松嫩平原高氟地下水的分布特征及防氟改水研究

第9 期
蔡贺等 松嫩平原高氟地下水的分布特征及防氟改水研究
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2 结果与分析
2． 1 松嫩平原高氟地下水的分布
2． 1． 1 高氟地下水的分布
松嫩平原地下水氟含量超标的水样主要分布在吉林省西部的通榆县、乾安县、洮南市，黑龙江省的大
庆市、林甸县、安达市以及三肇地区，高值区主要分布在大庆 － 肇源 － 大安 － 通榆一线。在这些地区，第四
得地下水中氟含量升高（ 图 1） 。在承压水中，氟、钙与 pH 同样存在这种关系。pH ＜ 8． 2 时，以萤石的溶解
为主，当 pH 增大时，硅铝酸盐矿物中的氟的释放作用越趋明显（ 图 2） 。
2． 2 松嫩平原高氟含水层结构分析
松嫩低 平 原 及 高 低 平 原 过 渡 地 区 分
布有大面积的高氟潜水，氟离子含量普遍 ＞ 1mg·L － 1 ，最高达 16． 85mg·L － 1 ，第四
带，地下水径流微弱，水循环缓慢，以垂直交替为主，水中盐分不易运移，氟离子储存的条件优越，有利于氟
的富集，最终形成高氟地下水。
（ 2） 气候因素。松嫩平原属于温带半湿润半干旱大陆性季风气候，具有明显过渡性质。该区多年平
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干旱区资源与环境
第 27 卷
均降水量为 456mm，蒸发量为 943mm，属于黑龙江省与吉林省蒸发量的高值区及重点旱区。由于该区地
1 材料与研究方法
松嫩平原位于吉林省的西部和黑龙江省的西南部，面积 18． 3 × 104 km2 ，为一四周高、中间低，由周边 向中部缓倾斜的半封闭式、不对称盆地。西、北、东三面分别为大、小兴安岭、张广才岭及长白山丘陵山地 所环绕，南部由微隆起的松辽分水岭与西辽河平原相连［2］。
松嫩平原是一个潜水普遍分布，包括古今系依安组、新近系大安组、泰康组和第四系下更新统承压水 在内的多层叠置结构的大型蓄水盆地。按照区域地貌特征分为东部高平原，中部低平原，西部山前倾斜平 原及河谷平原四个水文地质区。东部高平原和西侧大兴安岭山前倾斜平原，既是山区基岩裂隙水的排泄 区，又是松嫩平原中部承压水盆地的主要补给区［3］。
系承压水也有高氟水分布，这是引起地方
性氟中毒发病和流行的主要原因。
2． 2． 1 高氟含水层
区内第四纪沉积物较发育，但沉积厚
度变化很大。在盆地中部，冲湖积低平原
厚 60 － 100m，在 盆 地 边 缘 厚 度 2 － 40m。
区内高 氟 地 下 水 主 要 赋 存 于 第 四 系 松 散
岩类含水 层，按 地 下 水 埋 藏 特 征、含 水 岩 系及水 力 特 征 分 为 第 四 系 上 更 新 统 孔 隙 潜水含 水 层 及 下 更 新 统 白 土 山 组 承 压 含 水层。
Tab． 1 Statistics of the soluble F content in the aquifer of Tongyu County，Jilin Province
位置
时代
鸿兴镇 鸿兴镇 双岗镇铁宝屯
第四系上更新统 第四系上更新统 第四系上更新统
岩性
粉细砂 亚砂土
粉砂
可溶性氟含量 （ mg·kg － 1 ）
中经常保持较高的浓度梯度，形成氟从岩石、土壤
表 1 吉林省通榆县含水地层可溶性氟含量统计表
中向地下水中转移，最后富集在合适环境的地下 水中［7］。另外，五 大 连 池 火 山 群 喷 发 时，其 喷 出 物中含有大量氟化物，直接或间接增加了地质环 境中氟的含量［8］。
松嫩平原是一个大型的陆相湖积盆地，它接 受两侧山地搬运下来的剥蚀物质的堆积，形成了
3． 41 3． 92 7． 98
深厚的河湖相堆积层，在其西部第四系沉积厚达 乌兰花大康屯 第四系上更新统
粉砂
3． 74
140m。该地区第四纪粉质粘土、粉土沉积物中， 乌兰花大康屯 第四系上更新统 淤泥质粉砂
6． 26
鸿兴镇
第四系下更新统
砂砾石
3． 15
富含高氟矿物，如黄铁矿风化过程产生的硫和钙 乌兰花大康屯 新近系泰康组
图 1 松嫩平原第四系潜水中 F － 、Ca2 + 与 pH 值关系对照图 Fig． 1 Correlations of pH value to F － and Ca2 + in the Quaternary phreatic water in Songnen Plain
蔡贺，张梅桂，李旭光，朱魏
（ 中国地质调查局沈阳地质调查中心，沈阳 110032）
提 要： 选取具有典型意义的吉林省通榆县等地氟病高发区和松嫩平原作为研究区，对地下水及含水层
进行系统取样，运用描述性统计分析及相关性分析等方法，综合研究松嫩平原地下水中氟的分布、来源及影响
因素。结果表明： 松嫩平原高氟地下水主要分布于第四系潜水中，平原四周及含水层组富氟的地质环境是其主
弱碱性的水文地球化学环境有利于氟元素从含氟矿物中析出并进入地下水中。再加上蒸发浓缩作用的结 果，使浅层地下水和包气带内有大量的氟富集［10］。
（ 3） 水化学因素。水化学场中的 pH 值是影响氟富集作用的控制性因素。汤明皋、沈照理等人的试验
结果显示，萤石矿物的溶解随 pH 值的变化趋势呈似正态分布曲线，最大溶解度出现于 pH 为 8 － 8． 2 之
位置
地质时代
岩性
水溶性氟含量 （ mg·kg － 1 ）
层可溶性氟含量介于 3． 15 － 7． 98mg·kg － 1 ，隔水 层可溶性氟含量介于 6． 58 － 10． 12mg·kg － 1 （ 表 1、表 2） 。可以看出，无论是含水层还是隔水层中 可溶性氟含量均较高，赋存于其中的氟将直接进
在黑龙江、吉林两省西部地下潜水中氟含量普遍较高，当地群众长期饮用含氟量较高的地下水，引发 氟中毒在松嫩平原流行。这些地区在地貌上表现为低平原和高平原的低洼地带，当地居民饮用水主要是 第四纪浅层水，高氟区地下水氟含量一般为 1 － 3mg / L，饮用高氟水是氟中毒的主要原因［1］。
从 2006 年开始，按照中国地质调查局的统一安排，选择地方性氟中毒严重的吉林省通榆县、黑龙江省 肇源县等地区，开展地方病现状、地质地貌、水文地质条件和水化学特征等专项调查，并实施供水安全示范 工程，提出地方病严重区地下水开发利用区划，并对地下水中氟的来源与迁移、富集规律进行了深入研究。
第 27 卷 第 9 期 2013 年 9 月
干旱区资源与环境 Journal of Arid Land Resources and Environment
Vol． 27 No． 9 Sep． 2013
文章编号： 1003 － 7578（ 2013） 09 － 148 － 05 *
松嫩平原高氟地下水的分布特征及防氟改水研究
中 F － 含量的分布范围为 0． 1 － 4． 1mg·L － 1 。
2． 1． 2 地下水中氟的来源
松嫩平原地区的氟主要来自四周的大兴安岭、小兴安岭、长白山、松辽分水岭以及松嫩平原地层的组
成物质。大、小兴安岭、长白山等山地的岩石பைடு நூலகம்广泛分布有火山岩 － 次火山岩和萤石矿脉，构成典型的富
氟地球化学环境区。含氟矿物长期暴露于地表，经风化、淋溶、迁移、富集，在" 岩石、土壤 － 地下水" 系统
室内对土壤化学成分分析采用荧光光谱法、离子选择电极法、等离子质谱法和原子荧光法，土壤可溶 岩和地下水成分分析采用 ITC 发射光谱法、离子色谱法、容量法、分光光度法和等离子质谱法［6］。
样品分析由中国国土资源部东北矿产资源监督检测中心完成。
* 收稿日期： 2012 － 4 － 23； 修回日期： 2012 － 7 － 4。 基金项目： 中国地质调查局地质调查项目" 东北地方病严重区地下水勘查及供水安全示范" （ 1212010634701） 资助。 作者简介： 蔡贺（ 1963 ～ ） ，男，河南遂平人，教授级高级工程师，长期从事地下水资源与环境地质研究。E － mail： hljcaihe@ 163． com
按照中国地质调查局《地方病严重区地下水勘查及供水安全示范技术要求》，项目组开展了地方病严 重区水文地质专项调查，系统采集了土壤和地下水样品，样品的采集与测试按照规范要求执行［4］。在 0 － 20cm 深度，分别采取了病区和非病区土壤样品； 按浅层、中层和深层分别采取了病区与非病区的地下水样 品，并现场加入 HNO3 和 NaOH 等保护剂并封存［5］。
双岗镇铁宝屯 双岗镇铁宝屯 乌兰花镇大康屯 乌兰花镇大康屯 双岗镇铁宝屯
第四系上更新统 第四系中更新统 第四系中更新统
新近系泰康组 新近系泰康组
黄土状粉质粘土 淤泥质粉质粘土 淤泥质粉质粘土
泥岩 泥岩
9． 91 9． 56 6． 58 9． 49 10． 12
入地下水中，成为本区地下水中氟的重要的直接 双岗镇铁宝屯 新近系泰康组
细砂岩
5． 41
结合生成了石膏矿体，在石膏的化学成分中，含氟 乌兰花大康屯 新近系泰康组
粉砂岩
6． 48
量达 1 － 5% ，致使该地区含水层中可溶性氟含量 增高。对取自吉林省通榆县钻孔中含水层与隔水 层的岩石进行薄片鉴定、红外光谱、X 光和重砂矿 物分析，结果显示，上更新统含水层中含氟矿物有 氟硅钠石（ 3Na20 ·6CaO·2SiO2 ·ZnO2 ·2HF） 、 水铝氟石（ CaF·2Al（ F·OH） 2 ·2H2 O） 和方霜晶 石（ NaF·CaF2 ·AlF·H2 O） ，下更新统含水层仅 含方霜晶石。上述含氟矿物的存在，使该区含水
要来源区，地貌条件、气候因素及水化学条件影响地下水中氟的富集与扩散，研究区第四系及前第四系承压水
水量丰富，水质良好，氟含量低于规范要求，可作为地氟病区防氟改水的主要供水目的层。
关键词： 高氟水； 氟中毒； 松嫩平原； 防病改水
中图分类号： X523