陕西渭南朝邑滩潜水水溶氟的分布及形成机理分析

吴农庄

(陕西省地下水管理监测局，陕西 西安710003)

朝邑滩是全国饮水型氟中毒病区之一，据调查，全区12.5万人中，氟病患者约3.8万人，患病率达21%。通过对该区268.9 km2水文地质及水文地球化学调查，采取地下水样分析化验，对该区潜水水溶氟的分布规律及其影响因素有了较全面的了解，对该区域改水工作具有重要意义。

1 自然地理及地质构造概况

1.1 自然地理

朝邑滩位于三门峡库区，处于黄河北干下段右岸黄、渭、洛三河交汇处，地形平坦，由东向西，自北而南呈缓倾斜，坡降分别为4‰和0.3‰，该区属半干旱大陆性气候，多年平均降雨量为435.9 mm，多年平均蒸发量为1 780.3 mm，约为年降雨量的4倍。

1.2 地质构造

1.2.1 构造

构造上位于汾渭地堑中部固市、运城凹陷之间，北邻双泉—监猗大断裂，自新生代以来，断裂南北两侧地层不论在岩相特征及沉积厚度上都有很大差异，断裂以北为隆起区，以南为强烈下降区。自下更新世以来，本区地壳强烈下降，沉积了一套巨厚的河、湖相沉积。到了上更新世，地壳相对稳定，但仍呈缓慢下降趋势，形成了一套冲积的河流相沉积物。

1.2.2 地层

全区均为一套第四系地层，自上而下为全新统冲积(Q4

al)粉细砂，亚粘土及亚砂土，中粗砂，局部可见砾石，砾石直径0.5～2.0 cm，该地层水平方向表现为西部颗粒细，东部颗粒粗，在垂直方向为上细下粗的分布特征，总厚度35～50 m;上更新统冲积(Q3al)亚砂土、亚粘土及中细砂层厚30～40 m;中更新统(Q2al+l)冲积、湖积淤泥质粘土、亚砂土及粉细砂含少量黑色矿物，厚度35～45 m;下更新统冲积、湖积(Q1

al+l)亚粘土及亚砂土及粉细砂，见图1。

2 水文地质条件

该区潜水埋深一般小于3 m。地下水主要受大气降水入渗补给，其次受三级阶地及黄河侧向补给，地下水流动滞缓，地下水替交循环条件差，，主要从东、西两侧向中部汇流后沿中预安—六连—五连—二连一线向南排泄于渭河。另外垂直蒸发排泄是本区的主要排泄方式。

图1 水文地质剖面图

3 潜水水溶氟的分布

地下水水溶氟主要赋存第四系更新统含水岩组中，地层岩土中的含氟量与地下水中氟含量密切相关，但是，地下水水溶氟含量随着水文地质条件的变化而不同，由东向西地下水径流条件逐渐变差，含水介质颗粒逐渐变细，相应地地下水氟含量则由低变高，一般由小于0.5 mg/L变为大于1.5 mg/L。这表明水溶氟含量与地层颗粒组成有密切关系。颗粒越细水溶氟含量越高，即粘土、亚粘土高于亚砂土，这是由于一方面粘粒等细颗粒中含氟矿物较多，另一方面由于细颗粒比表面积大，对氟离子有较强的吸附能力。另外，由于西部地下水埋深小，一般小于1米，蒸发浓缩作用强烈，使潜水中水溶氟浓缩富集于潜水顶部及地表。因此，潜水水溶氟含量由东向西逐渐增大，以西部距三级阶地坡脚下250～350 m南北向洼地氟含量最高。

4 潜水中氟的来源

地下水水溶氟的主要来源于第四系松散地层中的含氟矿物，这些含氟矿物是由上游古老岩层风化后经过水流搬运沉积为第四系松散地层，含氟矿物以第四系粘土矿物为主，这些矿物主要有:黑云母［K(Mg·Fe·Mn)2(AlSi3O10)(OHF)2］，硅 镁 石［Mg(siO4)(OHF)］，白 云 母 ［(KAl(AlSiO3O10)(OHF)2］，金云母［KMg3(AlSi3O10)(OHF)2］，角闪石［Ca2Na(MgFe)4(AlFe)［(SiAl)4O11］2［OHFI］，含氟矿物中的氟在地球表生作用下，不断水解、溶滤，从固态(岩土)向液态(地下水)介质中转化，成为区内潜水中氟的主要来源，氟在地下水中主要以阴离子(F-)形式存在，含氟矿物经过水解作用氟离子(F-)便进入地下水中。

据调查，黄河三级阶地地下水氟含量普遍较高，一般2.0～3.0 mg/L，三级阶地地下水侧向补给黄河滩地，髙氟水补给进一步加剧了黄河漫滩潜水氟含量增加，这是该区水溶氟的又一来源。

5 地下水氟含量与沉积环境关系

地下水氟含量受沉积环境的制约，沉积环境不同，其水溶氟含量亦不同，因此，地下水中氟含量一方面与氟元素的化学特性有关，另一方面与沉积环境有更密切的关系。

5.1 氟含量与沉积相关系

朝邑滩潜水中氟含量较高的地层均为冲积，湖积相地层，实际资料表明，沉积环境不同，其氟含量亦不同，一般冲积相氟含量低于湖积相，这就是说积物颗粒较粗的地层氟含量低于颗粒较细的，颗粒愈细，其氟含量愈高，见图2、图3和图4。

图2 F-与PH关系图

图3 F-与Na+(K+)关系图

图 4 F-与 Ca+.Na+关系图

由于含水介质的氟含量不同，相应地下水氟含量亦有差异，尤其在地下水经流滞缓的条件下，地下水的成份受含水介质的影响更为突出，由黄河到三级阶地地下水径流条件逐渐变差，其潜水中氟含量亦由东向西逐渐增加，潜水氟含量从小于0.5 mg/L到大于1.5 mg/L。在西部凹槽地带，由于经流特别滞缓，而含水介质以粘土、亚粘土及粉细砂为主，地下水与含水介质相互作用的时间增长，其溶解和淋滤效果更加显著，又因西部凹槽一带地下水埋藏小于1.0 m，蒸发浓缩作用强烈，有利用氟离子的聚集。凹槽地带水溶氟一般大于1.5 mg/L.

5.2 湖相沉积物的关系

氟是咸水湖动物骨骼，贝壳的组成元素之一，尤其是淤泥质湖相地层富含胶体物质，对F-有一定吸附作用，在地下水交替循环中有利于氟进入地下水中。该区更新统地层多为淤泥质湖相沉积，对更新统地下水氟的富集起着一定的控制作用。

5.3 古气候与氟含量关系

第四系更新世以来，由于气候不断波动，出现多次冰期与间冰期，据有关资料，冰期气候比较寒冷，年平均气温为0℃左右，间冰期气候比较温暖，年平均气温在10℃左右，更新世气温这种周期性寒暖交替，在沉积物组成和颜色上有着明显地表现，当间冰期气温升高时，化学风比作用增强，蒸发浓缩作用显著，就水溶氟而言，易于富集。因此，凡间冰期对应含水介质含氟量就高。而冰期对应的含水介质含氟量相对较低。相应地赋存于间冰期含水介质中水溶氟含量就高。

6 氟含量与水化学成份的关系

环境地质条件及环境水文地质条件决定了该区地下水水化学成份及其组合，同时也制约着环境中氟的迁移与积聚。

6.1 氟与PH值的关系

氟的化学性质决定了氟离子(F-)在地下水中有极强的迁移能力，它不论在酸性还是碱性介质中都能迁移，但是尤其在偏碱性的条件下，氟的迁移能力更强，使岩土中的氟易进入水中，该区地下水的 PH一般为7.5～8.5之间，最高达9.3，随着潜水偏碱性幅度增大，其氟含量也随之增高。

6.2 氟与钾、钠离子的关系

氟离子(F-)与钾(K+)、钠(Na+)离子呈正相关性，因为该区地下水埋藏浅，以蒸发浓缩作用为主，这时氟离子的浓度总是同钾(K+)、钠(Na+)离子同时增加，在该区潜水中，一般当钾(K+)、钠(Na+)离子毫克当量百分数小于35%时，潜水水溶氟含量一般小于0.5 ml/l，当钾、钠离子毫子当量百分数为60%时，水氟含量大于1.5 mg/l。

6.3 氟与钙、镁离子的关系

氟(F-)与钙(Ca2+)镁(Mg2+)离子之间具有负相关性，但是，与钙离子相关性比与镁(Mg2+)离子的关系更密切，这是由于氟在水中可与钙(Ca2+)离子形成氟化钙沉淀，使水中氟离子减少，西部凹槽地带由于几乎无钙(Ca2+)离子，所以氟(F-)离子含量相对较高。

6.4 氟与水化学类型的关系

在该区，有一个非常明显的特征，潜水氟(F-)含量与该区地下水水化学类型有较密切的关系。区内水化学类型中，氟与其阴离子组合的关系不大明显，但与阳离子组合的关系非常密切，一般地当地下水为Na、Na·Mg型水时，其氟含量最高，一般为大于1.5 mg/L;当地下水类型为 Mg·Ca及Ca·Mg型水，其潜水氟含量最低。本区在东部一般为Ca·Mg或Ca·Mg·Na型水，潜水氟含量一般小于0.5 mg/L，中部为Na·Ca及 Ca·Na型水其潜水氟含量一般为0.5～1.0 mg/L，西部一般为Na或Na·Mg型水，其潜水氟含量一般大于 1.5 时/L。

7 结论

朝邑滩第四纪更新世的沉积地层是区内潜水水溶氟的主要来源，半封闭式和大陆性半干旱气候是氟水形成的重要因素。三级阶地地下水侧向补给加剧了该区地下水水溶氟进一步恶化。平坦的地形和滞缓的径流条件以及地下水埋藏小对本区氟水形成起着较为重要的作用，地下水水化学成分对区内氟迁移富集发挥着积极的作用。多种环境条件的综合影响决定了该区水溶氟的迁移和积聚。

［1］陕西省地质矿产局第二水文地质工程地质队.陕西省大荔县朝邑黄河滩饮用水水文地质勘察报告.1985(6):2-15.

［2］杨成田.专门水文地质学.1985(5):519-520.

［3］陕西省地下水工作队.朝邑滩排水工程水文地质勘察报告.1986(8):1—7.

［4］任耀根、朱仁猛等.陕西省定边平原地区潜水会氟量分布规律及影响因素的探讨.地球化学(第二期).1988(6).