山东高密高氟地下水成因类型及其富集模式

山东高密高氟地下水成因类型及其富集模式

高宗军1、2，郑秋霞1、2，朱喜1、2，付青1、2，王世臣1、2（1.山东科技大学，山东省 青岛 266510 ；2.山东省沉积成矿作用与沉积矿产重点实验室，山东 青岛 266510） 摘要：山东高密为氟污染较为严重的典型区域，本文通过探究该区域高氟地下水的形成条件来确定其成因类型，研究氟在地下水中的富集途径，深度认识研究区内高氟地下水的富集模式，为提出“原位驱氟”设想奠定理论基础。

关键字：高氟地下水；成因类型；富集模式；高密

中图分类号：P641.12 5献标识码：A 文章编号：1006-0995（2014）01-0113-04

DOI：10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.027

研究表明，长期饮用高氟的地下水是导致氟病的主要原因，由于高密市特殊的地质环境和历史原因，使其成为全国氟中毒较为严重的地区之一。因此，探究该区高氟地下水的成因类型及其富集模式，对有效控制病源水体，寻找新水源，提出有效的防治措施，保护人类的身体健康都具有重要的现实意义。

1 高氟地下水的成因类型划分

由研究资料显示，根据不同的地质环境条件和物理化学作用类型，一般将高氟地下水的成因划分为4个大类型[1-3]：①溶滤富集型；②蒸发浓缩碱化型；③热水富集型；④海侵富集型。

表1 高氟地下水成因类型

类型 分布 形成条件、富氟机制

溶滤富集型 主要分布于富氟的岩浆岩地区，如内蒙古

北部高原、阴山山地等；

该类型多存在于浅-中层承压含水层，富氟岩石经地下水长期的溶蚀

及溶滤作用，岩层中的氟不断的迁移进入地下水中，从而使得地下

水中的氟不断的升高，最终形成高氟水。

蒸发浓缩 碱化型 主要分布在平原和盆地中，是浅层高氟地

下水的主要成因类型，如山西六大盆地、

松嫩盆地、华北平原等地势低洼地带；

形成的条件一般为：①蒸降比大于2的干旱或半干旱的气候条件；

②地形闭塞，排水不畅的地形地貌条件；③具有多层含水结构，地

下水位较浅（一般埋深<2m），水平径流滞缓的入渗-蒸发型水文地

质条件；④能提供氟源的地质背景和能使氟不断累积的水化学环境。

热水富集型 该类型一般多见于Ph>8.0，温度>500℃的温泉热水中，如河南鲁山县下汤温泉，其氟含量高达24.8mg/L。

海侵富集型 该类型高氟地下水主要存在于滨海平原

一带，如天津、唐山等沿海城市地区；

富氟机制一般为，该区主要含水层在沉积形成时受到海水入侵影响，

浅海沉积相地层中富含淤泥质的粘土矿物会吸附海水中的氟离子，

海退时，氟离子赋存下来最终形成高氟地下水

经对高密研究区内高氟地下水的形成条件进行探讨研究，以总结该区高氟地下水成因类型，以及氟的富集模式。

2 高密市高氟地下水的形成条件

2.1 气候、水文和地形地貌条件

高密市地处胶潍平原与鲁东丘陵交接地带，境内地势南高北低，区内地貌类型有三种：南部低缓丘岭，中部缓平剥蚀平原，北部低平冲积平原。南部地势较高，地面起伏变化大，为低缓丘陵区；中部剥蚀平原地形缓坡起伏，沿几条主要河流，形成南北向滨河平地和低分水岭两种微地貌单元；北部为晚更

收稿日期：2013-07-19

基金项目：中国地质调查局“地方病严重区地下水勘查与供水安全示范综合研究”项目（项目编号：1212011121155）

作者简介：高宗军（1964-），男，山东泰安人，教授，博士，博士生导师，长期从事水工环地质方面的研究

113

114新世以来形成的冲积平原，盆地沉降与冲洪积物的充填同时进行，全新世以来主要表现为湖积，因此该区域地势较为低洼，局部存在小沙丘、土岗及河间洼地。

高密市地处胶莱盆地中南部，水系发育，境内主要河流多呈南北向，全市河流分属三个水系，即南胶莱河水系、北胶莱河水系及潍河水系。河中一般无常年流水，均属雨源性河流。据统计资料显示，高密市年均蒸发量为1 327.9mm，年均降雨量为619.6mm，年均蒸发量是降雨量的2.14倍，可见，研究区域内蒸发作用强烈，地下水主要通过蒸发和蒸腾作用排泄。

2.2 提供氟源的地质环境背景

氟在水中富集的首

要条件是需要有氟源，一般认为氟源主要来自2大方面：①岩石中的

氟；②大气中的氟。

岩石中的氟为地下水中氟的主要来源，高氟

岩石及矿物在漫长的地质年代中，经过长期的地质作用，释放出氟离子并被淋溶带入地下水中，形成高氟地下水。大气中的氟多来自火山喷发物、工业生产释

放物和海水蒸发，其中火山喷发物的氟含量最高。

研究内大部分为第四系覆盖区，仅南部、西

南部及县城附近出露中生代白垩纪莱阳群、青山

群和王氏群的含砾砂岩、砂岩、粉砂岩、页岩、

火山碎屑岩、火山熔岩、砾岩和粘土岩，含氟量

均很高（表2）。

研究区内岩石含氟背景值表现出一定的规

律：岩石粒度越细含氟越高，由莱阳群→青山群→王氏群，其氟平均含量逐渐增高。区域内岩石

是地下水中氟的重要来源，不同岩性，不同时代，

氟的转化量有着明显差异，易溶系数越高，岩石

中氟向水中转化能力越强，反之越弱。（易溶系数

=（岩石中F 易溶量/岩石中F 含量）*100%[4]）

2.3 地下水的水化学环境特征

氟能够在地下水中累积赋存需要一定的水化

学条件，例如酸碱度、水化学介质浓度、矿化度

和水力梯度等等，都是氟在地下水中富集的重要影响因素。其中水化学介质的影响作用最为主要，

经检测，高氟地下水中的阳离子主要为Na +、Ca 2+、

Mg 2+，占阳离子总数的98%~99%以上，阴离子主

要为CL -，HCO 3 -。

[6-7] 2.3.1 地下水中氟含量与Na +、Ca 2+、Mg 2+含量的关

系

高氟区地下水中的F -与Na +毫克当量百分比具

有比较明显的相关特征（图1），两者呈线性相关，

表达式为：y=0.087 2x-1.432，R 2=0.243 8；高氟区

地下水中的F -与Ca 2+毫克当量百分比具有负相关

特征（图2），两者呈线性负相关，表达式为：

y=-0.089 2x+5.327 3，R 2=0.199 7；高氟区地下水中的F -与Mg 2+毫克当量百分比表现出一定的线性负相关表

2 高密市高F 区岩石含F 背景值（10-6） 地层

莱阳群 青山群 王氏群 岩性 含砾砂岩砂岩粉砂岩

4火山碎屑岩火山熔岩膨润土 砾岩 砂岩粘土岩氟含量 180 370390 740490 440 1105 600 540600 平均值

420 465 580 图1 地下水中F -与Na +毫克当量百分数关系图 图2地下水中F -与Ca 2+毫克当量百分数关系图 图3 地下水中F -与Mg 2+毫克当量百分数关系图