浅析涞源—易县地下水中硫酸盐成因

韩康芹 冯创业

(河北省水文工程地质勘查院 石家庄市 050021)

硫酸盐大量摄入人体后，会出现腹泻、脱水、胃肠道紊乱等现象，人们常把硫酸镁含量超过600 mg/L的水溶液作为导泄剂。当水中硫酸钙和硫酸镁的质量浓度分别达到1000 mg/L和850mg/L时，有50%的被调查对象认为水的味道令人讨厌，不能接受。目前饮用水标准中没有一个基于其毒性的限值，在考虑了硫酸盐可能对口感和胃肠道造成影响，我国《生活饮用水卫生标准》规定，限值为250 mg/L(中小型集中式供水和分散式供水中硫酸盐的标准定为不超过300 mg/L)。2016年在司格庄幅、良岗幅1∶5万(行政区划属涞源、易县交界区域)水文地质调查时，发现56.3%的水样为SO4·HCO3和HCO3·SO4型， 硫酸盐含量高达304.00 mg/L。地下水中硫酸盐含量超出生活饮用水标准，而且如此大面积的地下水硫酸盐含量达到地下水类型命名浓度，非常引人注目，不符合一般山区地下水化学类型特点。与以往资料比较，1991年《1：20万区域水文地质普查报告》(太行山北段)，本区地下水化学类型为重碳酸钙、重碳酸钙镁型；2012年，《河北省涞源泉域水文地质调查报告》表明，地下水水化学类型以HCO3-Ca·Mg型水为主，局部区域出现SO4·HCO3-Ca型。分析产生这一结果的原因，是含水层本身特有的，还是近期工农业生产物源物质产生的，对进一步预测今后的发展变化趋势是非常必要的。

1 地下水调查发现的水质问题

2016年司格庄幅、良岗幅1:5万水文地质调查项目，共取水样128件(包括10件重复样)，其中72件为SO4·HCO3和HCO3· SO4型，占56.3%。在平面图上，SO4·HCO3和HCO3·SO4型地下水分布面积接近调查区域一半(图1)。

超出《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)(以下简称生活饮用水标准)硫酸盐限值300 mg/L要求的水样点两个：涞源县银坊镇康家庄村北100 m，60 m深机井，SQ10水样，硫酸盐含量高达304.00 mg/L；易县大龙华乡马峪村，60 m深机井，LQ56水样，硫酸盐含量高达302.05 mg/L。

接近生活饮用水标准(硫酸盐限值300mg/L)要求的水样点三个：涞源县银坊镇梁家安西南1200 m，8 m深大口井，SQ15水样，硫酸盐含量高达228.70 mg/L；涞源县银坊镇长祥沟村，14 m深大口井，SQ16水样，硫酸盐含量高达241.83 mg/L；易县桥家河乡桥家河林场南东200 m，50 m深机井，SQ34水样，硫酸盐含量高达237.24 mg/L。

图1 2016年调查区地下水水化学类型分布图

2 以往调查本区地下水类型特点

2012年河北省地矿局水文工程地质勘查院《河北省涞源泉域水文地质调查报告》及以往研究资料可知(图2)。工作区地下水水化学类型以HCO3-Ca·Mg型水为主，矿化度一般小于0.4 g/L。局部区域SO含量较高，出现SO4·HCO3-Ca型水等水化学类型。

综合以往水文地质调查工作成果：1991年调查地下水化学类型为重碳酸钙、重碳酸钙镁型，涞源县木吉村水质异常，水的化学类型为SO4-Ca.Mg型；2012年调查地下水水化学类型以HCO3-Ca·Mg型水为主，局部区域出现SO4·HCO3-Ca型；2016年调查SO4·HCO3和HCO3· SO4型，占调查点数的56.3%，且在平面图上，SO4·HCO3和HCO3·SO4型水沿沟谷大面积分布。SO4·HCO3和HCO3·SO4型水分布面积呈扩大态势，可以明确断定地下水中硫酸盐含量在逐年增高。

3 自然地质水文地质背景

本区地处太行山北段东麓边缘低山丘陵与华北平原西北边缘的过渡倾斜地带，行政区划属涞源—易县交界区域。地形复杂，山脉、丘陵、沟谷纵横交错。涞源县矿产资源种类多，主要有铁、铜、铅、锌、金、银、钼等；易县自然资源极其丰富，探明矿种有金、银、锌、铁等20种。

地下水类型以基岩裂隙水为主，分布在中西部的大部分区域，岩性主要为太古宇片麻岩和燕山期花岗岩体。水位一般埋深浅，潜水面基本上与地形起伏变化一致。富水性受风化壳发育规模和构造控制，地下水以散泉形式排泄，在断层带上泉出露较多，个别泉流量很大。地下水受降雨影响较大，规模较小的风化壳只能形成季节性泉。

碳酸盐岩类岩溶裂隙水主要分布在工作区易县孟津岭—龙家铺以东地区及涞源盆地边缘一带，含水介质以长城系、蓟县系白云岩，寒武系的灰岩、白云质灰岩为主的含水岩组。受地层岩性、构造、地貌等因素影响，含水岩组具有不同的特征。

第四系含水层分布在山间河谷地带，富水性差别大，多呈条带状展布。

图2 2012年涞源泉域调查地下水化学图

4 硫酸盐成因分析

硫酸盐易溶于水，天然水中硫酸盐浓度差别甚大，从数mg/L到数千mg/L(海水中)，主要决定于其物源物质。

一般认为，地下水中硫酸盐的主要来源是地层矿物质的硫酸盐，多以硫酸钙、硫酸镁的形态存在；石膏、其它硫酸盐沉积物的溶解；海水入侵，亚硫酸盐和硫代硫酸盐等在充分曝气的地面水中氧化，以及生活污水、化肥、含硫地热水、矿山废水、制革、纸张制造中使用硫酸盐或硫酸的工业废水等都可以使地下水中硫酸盐含量增高。结合该区自然条件，硫酸盐成因有以下两种可能。

4.1 矽卡岩成矿带内富含硫

4.2 选矿污染

在查阅大量选矿资料的基础上，从选矿工艺分析，精选贵金属一般多是用来硫酸浸除杂质，保留金银等贵金属；重金属经常用的选矿药剂有硫酸、亚硫酸、硫化钠、硫酸铜、二氧化硫等作为活化剂、抑制剂。所以,硫酸盐或多或少地存在于废水和尾矿渣中，随尾矿渣存放、渗滤，采矿废水排放，沿沟谷流动运移过程中，渗入地下水和土壤、岩石。形成硫酸盐型地下水过程复杂，漫长，因矿床采选采，地形，地貌，地下水条件不同，硫酸盐渗入、溶滤地下水中的浓度，时间长短有差别。

随着本区金属矿资源的产量提高，选矿规模不断扩大。尾矿、废水生成量也在增大，地下水中硫酸盐的含量范围也在扩大，与不同时期地下水水质调查结果基本相符。

结合水文地质条件， SO4·HCO3和HCO3·SO4型地下水主要分布在基岩裂隙水和沟谷中的第四系孔隙含水层中，赋存于基岩裂隙水和第四系孔隙水，水位埋藏浅，潜水面基本上与地形起伏变化一致。所以，基本可以肯定，近年扩大的SO4·HCO3和HCO3·SO4型地下水形成与贵、重金属采选矿密不可分。

[1]GB 5749-2006,生活饮用水卫生标准[S],2006.

[2]李光红,陈怀仁,郑喜珍等.中华人民共和国1:20万区域水文地质普查报告(河北省太行山北段)[R],河北省地矿局第三地质大队,1991.

[3]刘健等,河北省涞源泉域水文地质调查报告[R],河北省地矿局水文工程地质勘查院.2012年.