西藏谢通门县大骨节病与地质环境的关系

郭鹏，陈刚

西藏谢通门县大骨节病与地质环境的关系

郭鹏1，陈刚2 3

（1.四川省地质矿产勘查开发局九一五地质队，四川眉山 620010； 2.国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室，南京 210018；3.江苏省地质调查研究院，南京 210018）

2010年6月中国地质调查局启动了西藏大骨节病区地下水调查与供水安全示范项目，谢通门县作为示范项目县率先开展工作。以谢通门县大骨节病为例，重点探讨该地区大骨节病分布与地形地貌、地层岩性、元素地球化学、土壤以及饮用水之间的关系，初步探讨大骨节病区的形成原因，并据此提供改水建议，为缓解病区病情提供一定的地学依据。

大骨节病；地质环境；元素地球化学；谢通门县

大骨节病（Kashin-Beck Disease，简称KBD）是一种原因不明的地方性变形性骨关节病[1]，其原发病变是发育期关节软骨、骺板软骨多发对称性变性、坏死和早期化骨修复，并继发为变形性骨关节病[2]。

大骨节病区与地质环境存在密切的关系[3-6]。王建平等通过对阿坝壤塘县大骨节病区的地表水和地下水进行了取样分析，得出大骨节病区与环境地质条件存在紧密的联系[7]；林年丰等通过对陕西省永寿县大骨节病区考察的统计学分析，探讨了大骨节病与环境地质的相关性[8]；李胜伟等通过对阿坝州壤塘县大骨节病区地质环境特征的调查，分析研究大骨节病与地形地貌、地层岩性、饮水水源及饮水水质的相关关系，并探讨大骨节病区改水方向[9]；李亮等以若尔盖县大骨节病区为例,重点分析了地形地貌、地层岩性、土壤、饮水及饮食结构与大骨节病分布之间的联系与影响[10]。

图1 谢通门县病区分布图略图

1 谢通门县气象与地形特征

谢通门县属高原温带半干旱季风气候类型。总的气候特点是：北部干冷，南部河谷相对湿润，具有日照时间长，太阳辐射强，积温少，气温低，昼夜温差大，干湿季分明，冬春季干旱严重的气候特点。据谢通门县气象统计资料，区内多年平均气温6℃，年均地温10.4℃，最热月为7月，月平均最高气温25.3℃；最冷月为1月，月平均最低气温为-15.7℃。年降雨量250~470mm，雨季集中在6～9月，10月至翌年5月为旱季；年蒸发量2 196.6mm，无霜期95d～125d，河谷风盛行，以西南风为主，最大风力等级为8级；日照年总辐射量为8 000J/m2，年照时数2 893.1h。

县境内地势受雅鲁藏布江及其次级支流美曲藏布、查拉普曲、荣曲、大纳浦曲、布曲藏布、江公河、烈巴藏布、切琼藏布等水系切割控制，在区内形成了广大基岩山区挟持狭长河谷的山川河谷地形。这些水系呈树枝状或网格状镶嵌于山岳之间。区内地势总体特点是北高南低，北侧为广袤无垠的基岩山区，山势高耸，谷坡陡峻，沟壑纵横，将高原山区切割得支离破碎；南侧雅鲁藏布江由西向东径流，河谷平原平坦开阔，谷底为全县的侵蚀基准面。

2 谢通门县大骨节病分布特征

据谢通门县疾病控制中心检查资料和现场调查资料，全县大骨节病患病乡镇主要有4个，分别是仁钦则乡、达那普乡、孜许乡和春哲乡，共涉及9个行政村（图1），占全县行政村的9.78%，大骨节病区总人数2 940人，调查人数2 231人，共检出大骨节病患者582人，患病率为6.3%~31.2%，平均患病率为19.8%。在这些患病村中，共有轻病区村2个，占患病村总数的22.2%，分别是达那普乡布如村、春哲乡春哲村；中等病区村2个，占患病村总数的22.2%，分别是达那普乡拉嘎村、冲当村；重病区村5个，占患病村总数的55.56%分别是达那普乡聂普村、仁钦则乡伦珠孜村、堆措村、萨村和孜许乡夏桑村。

表1 研究区大骨节病与地貌单元及高程关系统计表

3 大骨节病与地质环境关系探讨

3.1 大骨节病与地形地貌的关系

重病区集中分布在以构造侵蚀剥蚀极高山、高山为主的地貌单元上，而中等病区、轻病区主要在侵蚀堆积河谷阶地、支沟扇形地貌单元上（表1）。

表2 大骨节病区地层岩性与患病人数分布情况统计表

不同类型地貌单元水文地质条件有很大的差异，这种差异造成了水文地球化学过程的不同，地下水中的元素及其同位素的迁移规律亦会有很大的差异，从而就造成了水文地球化学过程的差异，影响着地下水中各种元素及其同位素的迁移、积聚、沉淀及分散。总体来讲，病区地形切割深，沟域汇水面积小，径流途径短，水与岩土的溶滤作用不充分，可能造成F、I、Fe、Mn、Se等生命体必需微量元素的贫乏。

3.2 大骨节病与地层岩性的关系

据县域大骨节病区地层分布情况分析，病区出露的地层以侵入岩、喷出岩为主，其次为沉积岩、浅变质岩。其中前第四系地层分布区面积142.33km2，占大骨节病区面积的17.90%；侵入岩分布区面积568.53km2，占大骨节病区面积的71.48%；第四系地层分布区面积84.47km2，占大骨节病区面积的10.62%。

地层的差异导致岩石类型的不同，从而决定了构成岩石的各种矿物元素分布不均匀，特别是缺失某些人体必需的微量元素，影响着病区的差异性分布。

病区与基岩山区岩性关系密切。据表2统计，病区患病人数大部分生活在花岗岩、闪长岩为主的侵入岩地区，其次是分布在变质岩与沉积岩过渡区以及喷出岩地区。另一方面，病区与岩性存在一定的耦合关系。重病区岩性主要以花岗岩、闪长岩等侵入岩为主；中等病区的岩性以玄武岩、安山岩等喷出岩

以及结晶灰岩为主的；轻病区主要集中第四系松散堆积层，如图2所示。

3.3 大骨节病与元素地球化学的关系

地球化学背景的不同可以引起元素及其同位素的迁移、富集、分散，也就导致了各种元素在地壳中的丰度不同。人是生活在地球上的，岩石—水—植物—动物系统处在动态平衡中，元素在该系统的分布、迁移、转化对人体的健康存在着重要的影响。另外可以从另一方面考虑，元素地壳丰度与人体生命元素的必需性存在着正相关的关系，也就是说某种元素的地壳丰度大那么此种元素就可能是人体的必需元素。这一地壳丰度控制生命元素的必需性的现象称之为“丰度效应”。

图2 病区类型与岩性耦合关系示意图

表3 不同病区类型岩石化学成分含量（ppm）对照表

在大骨节病区取8件岩石样进行测试，从表3发现重病区岩石中人体所必需的微量元素的平均值比轻、中等病区的含量要低，尤其是Cu、F、Zn、Mn等。另一方面，重病区岩石中某些对人体不必需或者有毒元素的平均含量要比中等病区的含量高，但是其从轻病区到中等病区再到重病区的含量并不是严格的积聚，部分有波动，比如As在重病区的含量低于中等病区含量却高于轻病区的。综上，病区某些对人体必需的微量元素的缺乏，必然导致土壤、青稞小麦、水中这些元素含量缺失，可能影响到人体骨骼的不正常发育而患上大骨节病。再者，重病区环境中某些有毒元素的积聚可能激发或加重了大骨节病。

岩石中元素的含量分布情况与病区类型的关系可以用图3来表示，图中箭头方向为元素含量增加的方向，但是个别元素并非是严格递增的。

图3 岩石元素含量与病区类型关系示意图

3.4 大骨节病与土壤的关系

土壤由岩石风化而成、动植物残体腐解产生的有机质、土壤生物（固相物质）以及水分（液相物质）、空气（气相物质）等组成。其作为地质环境系统中的重要组成部分，是元素富集与迁移的一个重要载体，与人类的生产生活关系密切。谢通门县全县涉及多种耕作土壤类型，包括暗棕壤、棕壤、灰褐土、褐土等山地淋溶、半淋溶土壤类型和亚高山草甸土、亚高山草原土和山地灌丛草原土等高山土壤类型。其中，棕壤性土、暗棕壤、灰褐土等淋溶、半淋溶土是县域大骨节病的主要分布区。县域大骨节重病区所在的达那普、仁钦则乡的高山土壤类型主要以亚高山草甸土为主，局部有积水洼地和沼泽湿地分布。可以认为，土壤对大骨节病的影响主要是通过农牧民饮水和农作物(青稞、小麦、土豆为主)来直接或者间接对人体起作用。土壤中微量元素的富集与缺失直接制约着大骨节病的发展。

表4 病区与非病区饮用水主要离子成分对照表（mg/L）

对谢通门县病区与非病区采集具有代表性土壤样15份进行测试，结果发现：非病区中的F、Sr、CaO等含量高于病区（图4）；病区中的Ni、Ba、MnO、TiO2等含量又高于非病区（图5）。土壤中这些元素的相对富集或者缺乏相应导致饮用水、粮食中某些元素的富集或缺乏，长期食用这些粮食和水源，导致对对人体有益的必需微量元素的相对贫乏以及有毒元素在人体中的相对积聚，最终可能诱发大骨节病。

图4 谢通门县病区与非病区土壤化学成分对照图（单位：ppm）

图5 谢通门县病区与非病区土壤化学成分对照图(单位：ppm)

3.5 大骨节病与饮用水水质的关系

通过谢通门县取样测试，并在病区与非病区各选10组水样测试结果对比发现，病区常见离子（K++Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、HCO3-）平均含量比非病区要低，如表4所示。由于病区饮用水Ca2+、Mg2+等含量偏低，属于软水。比如非病区Ca2+的平均含量为52.50mg/L，而病区的平均含量仅为25.25mg/L，前者为后者的达到两倍关系。Ca是人体骨骼的主要化学成分，直接影响到人体的生长发育。鲍伊等认为，人从固体食物中Ca的摄入量不到其本身含Ca量的30%，所以水中钙可能是Ca的重要来源。因此推测认为，病区饮用水低钙或许正是产生大骨节病的一个重要原因。再者，病区饮用水的总硬度和矿化度都比非病区低（图6所示），长期饮用这种低硬度低矿化度的软水，可能导致缺钙，进而引起大骨节病、软骨病等骨科病。

图6 病区与非病区常见离子含量示意图

4 结论

1）大骨节病重病区集中分布在构造侵蚀剥蚀极高山、高山为主的地貌单元上，而中等病区、轻病区主要在侵蚀堆积河谷阶地、支沟扇形地貌单元上。

2）大骨节病重病区岩性主要以花岗岩、闪长岩等侵入岩为主；中等病区的岩性以玄武岩、安山岩等喷出岩和结晶灰岩为主；轻病区主要集中第四系松散堆积层。

3）病区岩石中Cu、Mn、Mo、Se、Zn、Co、F、I等相对缺乏以及Hg、Cd相对富集可能诱发大骨节病。

4）病区土壤中MnO、TiO2、Ni、Ba、等含量高于非病区；F、Sr、CaO等含量又低于非病区；土壤中这些元素的相对富集与贫乏，相应引起水和粮食中这些元素的相对富集与贫乏，人通过饮用水源和食用粮食可能导致某些必需元素摄入不足或者摄入有毒元素，最终可能引发大骨节病。

5）病区饮用水的总硬度和矿化度都比非病区低，长期饮用这种低硬度低矿化度的软水，可能导致缺钙，进而引起大骨节病、软骨病等骨科病。

6）大骨节病的病因现在仍然不明确，在粮食改良、搬迁等一系列措施之下，通过打井工程钻取深层地下水，在国家《生活饮用水卫生标准》允许范围内适当提高饮用水源的总溶解固体的天然含量，使病区水土环境中过少的人体必需元素比例得到有效调整，减少饮用水中某些元素缺乏对人体正常新陈代谢的影响，对防治大骨节病发生具有明显的意义。

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Relationship of Kaschin-Beck Disease with Geological Environment in Xaitongmoin, Tibet

GUO Peng1CHEN Gang2,3

(1-No.915Hydrogeological and Engineering Geological Party, Sichuan Bureau of Geology and Mineral Resources, Meishan, Sichuan 620010; 2-Key Laboratory of Earth Fissures and Geological Disaster, MLR, Nanjing 210018; 3-Jiangsu Institute of Geological Survey, Nanjing 210018)

Demonstration project of groundwater investigation and water supply safety in the Kaschin-Beck ward, Tibet was started by China Geological Survey in June, 2010. This paper makes an approach to the relation of landform, geomorphology, stratigraphy, lithology, element geochemistry, soil and drinking water with the Kaschin-beck disease in Xaitongmoin, Tibet and makes a suggestion on improving water quality.

Kashin-Beck disease; geological environment; element chemistry;Xaitongmoin, Tibet

2017-06-15

地方病严重区地下水勘查及供水安全示范（中国地质调查局水[2010]02-06-09）

郭鹏（1986- ），男，四川仁寿人，工程师，主要从事区域水文地质调查工作

[P66]

A

1006-0995（2018）01-0106-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.01.023