遼寧省典型地區高氟地下水的分布特征及成因分析

喬曉霞，孫 熠，劉玉潔

(四川交通職業技術學院，四川 成都 611130)

地方性氟病(飲水性氟中毒)是遼寧省域內六種主要地方病(鼠疫、布氏病、克山病、肺吸蟲病、地氟病及碘缺乏病)之一。微量氟是人體所必需的元素之一，如果長期攝入過量氟，引起氟中毒，干擾了鈣磷代謝，如出現氟斑牙，牙齒變脆易碎及脫落;骨骼癥狀如關節疼痛，活動受限，骨骼變形甚至癱瘓[1]。

在收集自然地理資料及地方政府對氟病調查統計、防氟改水資料的基礎上，通過對氟病區及其周邊地域的地質環境調查;水文地球化學調查，水質分析、氟離子專項分析、土體可溶鹽含量分析;地球物理勘探;水文地質鉆探;抽水試驗等，對遼寧省典型地區高氟地下水的分布和成因進行初步分析。

1 水文地質條件[2]

地下水系統按其賦存條件或賦水介質的不同，可劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類巖溶裂隙水、塊狀巖類基巖裂隙水及構造裂隙水[3]。

全區氣候具干旱、半干旱少雨多風的特點，蒸發量是降水量的4倍。而且降水集中，七、八、九，三個月的降水量占全年降水量的三分之二。由于降水集中，而且該區多為丘陵山地地形，坡度較大，植被復蓋率較低。故降水的70% ～80%由蒸發和地表逕流排泄，而滲入地下的則較少。就全區而言，丘陵區為地下水的補給區，山前、河谷平原為逕流區，逕流途徑除平原區和構造盆地比較長而外，一般因地形切割破碎途徑較短。地下水排泄方式為泉水溢流，河流排泄和人工開采。據近年來的調查資料顯示，大部泉點流量明顯減小或枯竭，因此，區域內的地下水以河流和人工開采排泄為主。

2 研究區水化學特征與高氟水分布規律[4]

2.1 水化學特征

遼寧西北部地區由于長期處于緩慢上升階段，侵蝕、剝蝕作用較強，地形破碎，溝谷發育，地下水逕流條件較好，以溶濾作用為主，礦化度較低，水化學類型主要為重碳酸鈣型，局部地段為重碳酸鈣鎂型、氯化物重碳酸鈣型。彰武至遼北康法地區，含水層巖性及逕流條件穩定性較差，故地下水化學類型變化較大。

2.1.1 阜新 -建平地域地下水化學特征

該區域地形地貌條件類似，以丘陵山地為主，地下水逕流條件較好，以溶濾作用為主，故地下水化學類型較單一，主要為重碳酸鈣型，在山間溝谷內多為重碳酸鈣鈉型。局部地段為重碳酸鈣鎂型。阜新市區附近煤礦開采及煤矸石堆放地段，因受降水淋濾入滲影響，使地下水受到污染，為氯化物重碳酸鈣型、重碳酸硫化物鈣型，該區域內地下水礦化度多小于0.5 g/L，但在阜新市區附近，采礦污染區，地下水礦化度多為 0.5 ～1.0 g/L，煤礦區附近大于 1.0 g/L。

該區內老哈河流域的山前地帶及朝陽、阜新局部地段地下水氟離子含量大于1.0 g/L。

2.1.2 彰武 -康法地域地下水化學特征

該區地形地貌為寬闊的河谷平原和低丘陵區，不同地段地下水含水層巖性變化較大，地下水逕流條件穩定性較差，故地下水化學類型多變。彰武柳河河谷平原及康法地區為重碳酸鈉鈣型，秀水河河谷平原為重碳酸氯化物鈣型，黑山以南沙河、羊腸河流域淺層含水層為中細砂層，夾粘性土薄層，地下水逕流條件較差，化學類型為重碳酸氯化物鈣鈉型。地下水礦化度為 0.3 ～1.0 g/L。

2.2 高氟地下水區域分布規律概述

區內高氟地下水的分布規律與含水層或含水巖系及地下水埋藏深度關系密切。

遼寧中部平原和東西兩側地區，山前地帶及西北部的新開河右岸，淺部(20 m以上)地下水氟離子含量普遍超標，彰武縣部分由兩側丘陵區至平原區氟離子存在由高到低的變化規律，丘陵區為3～8 mg/L，平原區為1～3 mg/L。

遼西(朝陽、阜新、)地區，地形、地貌以丘陵山區為主。區內侵入巖、火山巖分布面積較大，該巖系風化裂隙水及其山前地帶坡洪積層孔隙水，氟離子含量多大于1 mg/L，最大6 mg/L。該區除老哈河外，其它各高氟地段的河谷區沖洪積層除底部粗粒(砂礫卵石)層外，其上部細粒(粉砂、細砂)含水層中之地下水氟離子含量也多大于1 mg/L。

遼東地域其地形、地貌以山前傾斜平原、河谷平原為主，地下水含水巖組為第四系全新統、上更新統、中更新統粉細砂、中粗砂、砂礫石。該域內沙河、柳河、秀水河、遼河流域淺層即全新統含水層(20～25 m以上)，及康平以北西遼河淺層即上更新統，含水層巖性以砂為主，地下水中氟離子含量大于 1 mg/L，最大為 5 mg/L。

由此可見，全域內高氟地下水主要分布于侵入巖、火山巖風化帶及其山前坡洪積層中，呈水平分布規律，在平原區主要分布于20～25 m以上的淺層含水層中，氟離子在地下水中的含量垂向變化明顯。

3 高氟地下水的成因[5]

3.1 高氟地下水形成的物質基礎

地下水化學成分的形成受周圍巖石和礦物成分的影響，不同巖石類型含量不同，而圍巖含氟量的高低直接影響地下水的含氟量變化。遼寧省西北部低山丘陵地區，大面積出露安山巖、凝灰巖等酸性熔巖，還有各期花崗巖，特別是花崗巖的斷裂與裂隙中充填有瑩石礦脈，這些巖石氟含量較高，組成的剝蝕低山丘陵大部分裸露地表，風化強烈，裂隙發育。在不斷遭受物理及化學風化作用的同時，受大氣降水入滲淋慮和溶解，巖石中的氟離子被溶解進入地下水 中，并在粘性土的吸附作用下聚集儲存。在降水入滲補給過程中，粘性土層受到淋濾使氟離子溶解進入地下水中，由于逕流不暢而富集形成高氟地下水，由兩側丘陵區至中部平原，即從高氟區到低氟區，粘性土由厚變薄，砂性土由薄增厚，其氟離子含量也由高變低。

3.2 水文地質環境對氟離子變化的制約

地下水在形成運動中，必然將氟離子帶到一定的水文地質環境中，高氟水分布區正是這種特殊的環境。

黑山山前傾斜平原區，區內淺層地下水含氟量由西北向東南表現出低高低的明顯規律，這種規律的分布，主要受第四紀水文地質環境控制的結果。明羅屯至無梁殿為扇地中后緣，含水層厚10 m左右，以砂礫石為主，亞粘土、亞砂土層僅2～4 m，為地下水逕流溶濾帶，地下水以水平運動為主，不利于巖類滯留，所以地下水含氟量適宜。向東南進入扇地前緣和河間地塊重迭區的靠山、二道、翟家、大馬駕子一帶，含水層變薄，粒細混土。而亞粘土、亞砂土層增厚達25 m左右，致使水文地質條件發生變化，地下水逕流由暢通為滯緩，為氟離子聚集創造了良好的條件。再由于本區降雨與蒸發量相差懸殊，蒸發量大于降雨量3～5倍，有利于蒸發濃縮作用進行，鹽分積累于淺層水中，氟量也相應增高，形成高氟區。本區東南部，為繞陽河沖積平原，表層為亞粘土和亞砂土，厚度變薄，而砂、細砂或粉細砂含水層厚度增大，特別是繞陽河、康屯兩鄉的廣大地區，含水層厚度40～80 m，水文交替增強，地下水與河水關系密切，旱季河水排泄地下水，雨季河水補給地下水，導致這一帶地下水氟量適宜或偏低。

柳河中上游地區兩側丘陵地帶，地形起伏較大，含水層分布不穩定，逕流不暢，基巖中溶濾出的氟隨降水補給地下水，富集成為高氟地下水。北部平原區水利坡度大但粘性土層厚，含水層顆粒細，逕流條件較差，以蒸發濃縮作用為主。中部平原區，地形及地下水水力坡度均變緩，顆粒細，均有利于氟離子的富集，上述地區多形成高氟地下水。南部平原區，雖然水力坡度小，但含水層顆粒粗，粘性土層薄，導致水性良好。加之農業開采，加快了水循環速度，不利于氟的富集，而形成低氟地下水。

老哈河流域的近山坡洪積裙裾的前緣，該區地下水，除降雨溶解土中氟外，尚有來源于酸性巖漿巖、變質巖組成的富氟山區，隨著地下水形成運移過程，將其帶入此處。于此又受到階地上部細粒層所阻，水位變淺，加之蒸發濃縮，水中化學組分易于富集，形成高氟水區。階地上部細粒層。由前所述，該層地下水與其它含水層聯系較弱，以垂直運動為主。大氣降水易將土中氟溶解于水，又弱微的接受了側向高氟水所補，在不暢的逕流條件下，氟隨鹽分一起聚集，年復一年，水中氟濃度自然加大。還有黃土丘陵的低地、洼地及殘山谷地、丘間低地。多呈封閉、半封閉型，地下水多于該處垂直交替進行，在有氟源的情況下，富氟即可知之。殘山谷地，從巖性特征看，謂古水文網分布區，谷之頂端泉水中含氟量很高，可見谷中地下水匯集后，必然構成高氟水了。

綜上所述，高氟水形成于一定的水文地球化學環境中，其與所處母巖、地貌、水文地質環境有密切關系。

3.3 粘性土層是氟離子的儲存場所

土壤氟離子含量垂向上隨巖性的變化而異，無論是高氟區還是低氟區，均表現出粘性土含氟量相對較高(見圖1)，據此分析粘性土對氟離子具有較強的吸附能力。

圖1 土壤含氟量隨巖性變化曲線圖

4 結語

研究區高氟區水平變化規律為:高氟區氟離子含量從山麓、山間谷地向河谷階地有逐漸減少的趨勢;在垂向上淺層地下水含氟量高，深層地下水含氟量低，淺層地下水含氟量隨季節變化較大。

本次調查是通過水文地質調查、綜合物探勘測、多學科論證、鉆探等等技術相結合的方法，探明研究區高氟地下水的分布及成因，為尋找低氟水源奠定了堅實的基礎。

[1]郭曉英，蔡偌欣，吳思思，等.氟鋁聯合對 MC3T3-E1細胞Runx2、Osterix mRNA 表達的影響[J].衛生研究.2011，40(2):164-166.

[2]何錦，安永會，韓雙寶.張掖市甘州地下水中氟的分布規律和成因[J].水資源保護.2008，24(6):53-56.

[3]中國地質調查局水文地質環境地質調查中心.遼寧省地方病高發區地下水勘查與供水安全示范工程建議[R].

[4]韓洪偉，吳國學，王永祥，等.高氟地下水在內蒙古赤峰地區的分布于形成初探[J].世界地質.2004，12(4):376-380.

[5]湯潔，卞建明，李昭陽，等.松嫩平原氟中毒區地下水氟分布規律和成因研究[J].中國地質.2010，37(3):614-619.