張 群,李同賀,呂曉紅

(1.新疆石河子水文水資源勘測(cè)局,新疆石河子 832000;2.新疆地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì),新疆喀什 844002;3.新疆水文水資源局,新疆烏魯木齊 830000)

氟是地殼中普遍存在的微量元素,也是人體所必需的生命元素,在維持人體正常的新陳代謝過(guò)程中起著重要作用,但其濃度過(guò)高或過(guò)低對(duì)人體均有害,而人體所需的氟80%來(lái)自日常飲用水,因此飲用水中氟濃度的高低將起著決定性的作用。常見的氟中毒即是長(zhǎng)期飲用高氟水造成的結(jié)果,其病情分布與水中氟濃度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系,病情主要顯示為氟斑牙和氟骨癥。這種現(xiàn)象在塔里木盆地西部部分地區(qū)較常見,因此,開展水中含氟量的研究具有重要意義。

1 塔里木盆地西部地區(qū)氟病及氟分布規(guī)律

1.1 氟病的分布規(guī)律

塔里木盆地西部地區(qū)氟病主要表現(xiàn)為氟斑牙,其病區(qū)呈片狀分布,具有分布面積廣的特點(diǎn)[1]。阿克蘇沖積平原、克州地區(qū)的阿克陶縣、喀什地區(qū)的岳普湖縣、葉爾羌河中下游區(qū)及和田大部分地區(qū),均有不同程度的病情顯示。而其中以阿克蘇沖積平原區(qū)氟中毒最為嚴(yán)重,患病率高達(dá)60%～80%,有些地帶甚至達(dá)90%以上。其他地區(qū)則為輕中型,患病率達(dá)30%～50%。各流域具有從山區(qū)到平原至沙漠區(qū)由非病區(qū)到輕病區(qū)到中病區(qū)至重病區(qū)演化的規(guī)律和特點(diǎn)。這與水中氟濃度的變化有密切關(guān)系。區(qū)內(nèi)地下水及地表水氟濃度在各河上游區(qū)普遍較低,愈往下游水中氟濃度逐漸增高。從各流域看,阿克蘇沖積平原地下水中氟濃度高低分布與病情輕重分布相吻合,氟離子質(zhì)量濃度相對(duì)最高,一般在1.5mg/L以上,最高達(dá)9.1mg/L;阿克陶縣及岳普湖縣潛水中氟離子質(zhì)量濃度多在1～2mg/L;葉爾羌河中下游區(qū)水氟離子質(zhì)量濃度也多在1～2mg/L,最高達(dá)4.5 mg/L。蓋孜河、葉爾羌河、和田河流域水氟離子質(zhì)量濃度明顯較高。這一區(qū)域分布特征表明,水氟離子濃度較高是本區(qū)主要水文地球化學(xué)特征之一。

1.2 水氟離子濃度分布規(guī)律

新疆南疆地區(qū)(以天山為界)水中氟離子濃度在垂向上的變化與北疆地區(qū)截然不同,表現(xiàn)出上部潛水或承壓水氟離子濃度超標(biāo),下部潛水或承壓水則完全符合國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn),具有愈往深處,水氟離子濃度越低的特點(diǎn)。從全面收集的資料來(lái)看,昆侖山各流域高氟區(qū)普遍與此特征相一致,除少數(shù)深井水氟離子質(zhì)量濃度高于1mg/L超標(biāo)外,絕大部分深井水均符合國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。如新疆地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì)于1987—1989年進(jìn)行的墨玉縣防病改水水文地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目[2],共鑿11眼深井,除一口50m井取水層位淺,水氟離子質(zhì)量濃度為2.03mg/L以外,其余多在0.28～0.93mg/L,而最深的160m井水中水氟離子質(zhì)量濃度為0.28mg/L。表現(xiàn)出明顯的垂直遞減分布規(guī)律。但是在阿克蘇沖積平原區(qū),水氟離子濃度在垂向上的變化與北疆區(qū)相似,除上層潛水略高于中部承壓水氟離子濃度外,下部承壓水水氟離子濃度也大大超過(guò)國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn),水中氟離子濃度由上到下表現(xiàn)出上下高,中間低的分布特征。如溫宿縣黑孜鄉(xiāng)200 m勘探井分層取水[3],在109～140m段水氟離子質(zhì)量濃度為1.88mg/L;而185～199m段,水氟離子質(zhì)量濃度達(dá)2.6mg/L。在相距十幾千米的農(nóng)-師六團(tuán),井深190m,水氟離子質(zhì)量濃度達(dá)4.5mg/L,甚至超過(guò)上層潛水水氟離子濃度,愈往深層水氟離子濃度反而有增高的趨勢(shì)。

總之,塔里木盆地西部地區(qū)地下水中含氟現(xiàn)象是普遍存在的,但因流域不同,氟的垂向分布規(guī)律又表現(xiàn)出各自的特殊性。

2 氟離子富集成因分析

2.1 溶蝕和溶濾作用

地下水中氟的來(lái)源是極其廣泛的,但實(shí)際上并不是因此而到處是高氟水。氟離子富集的最根本原因是氟離子的本身特征和古自然地理環(huán)境。因此,分析研究氟離子富集的控制因素,以及不同地區(qū)控制因素的差異性,才能掌握各地區(qū)氟的分布規(guī)律和適于各區(qū)的尋找地下水的措施。

本區(qū)地下水主要來(lái)源于溶蝕和溶濾作用。天山、昆侖山富氟巖石受到地質(zhì)營(yíng)力作用而破壞,被地表水淋濾攜帶至平原區(qū)。另外,雨洪水將大量的富氟碎屑物質(zhì)從山區(qū)搬運(yùn)到平原河谷地帶沉積下來(lái),被地表水充分溶解,因此地表水中氟離子質(zhì)量濃度隨流程而升高(表1)。

表1 區(qū)內(nèi)主要河流地表水氟離子質(zhì)量濃度

2.2 地表水對(duì)地下水的補(bǔ)給及古地質(zhì)沉積作用

地下水中氟離子濃度在區(qū)域上也有隨流程而增高的變化特征,即山區(qū)低、平原高,因此,地表水補(bǔ)給地下水成為地下水中氟的來(lái)源之一,但起決定作用的則是古地質(zhì)時(shí)期所沉積下來(lái)的沉積物中氟的富集程度。對(duì)比低氟區(qū)的伽師土樣含氟量與阿克蘇溫宿縣黑孜鄉(xiāng)土樣分析資料(土溶氟)(表2),伽師縣3組15個(gè)樣[4],平均質(zhì)量比為3.9mg/kg;阿克蘇溫宿縣4組18個(gè)土樣,平均質(zhì)量比為15.9mg/kg,后者為前者的4倍,即兩地區(qū)潛水中氟離子濃度與表層土(＜3m)氟離子濃度的差值吻合。因此,研究區(qū)內(nèi)土壤中含氟量高是形成高氟地下水環(huán)境的主導(dǎo)因素。)

表2 伽師縣與溫宿縣土溶氟[3-4]

2.3 溫度及埋深的影響

研究區(qū)地處內(nèi)陸干旱盆地,氣候炎熱,降雨量稀少,強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用為水中氟的濃縮創(chuàng)造了條件,造成區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)一定深度范圍內(nèi)氟離子濃度較高,特別在地勢(shì)低洼、水位埋藏淺的區(qū)域,較水位深的地區(qū)氟離子濃度為大。分布于戈壁礫石帶前緣的地下水,水氟離子濃度很少大于1mg/L,其含氟量與河水含氟量相近,而細(xì)土平原區(qū)的地下潛水氟離子濃度普遍濃縮增高。因此氟的分布規(guī)律與地質(zhì)地貌的分布有著密切的內(nèi)在聯(lián)系,而地質(zhì)地貌的分區(qū)可為氟的分帶劃分提供基礎(chǔ)依據(jù)。戈壁礫石帶沉積物顆粒粗大,含水介質(zhì)以巖石和礦物的形式組成,加之水交替作用強(qiáng)烈,徑流暢通,因而水氟離子濃度較低。而細(xì)土平原區(qū)沉積物顆粒細(xì)小,含水介質(zhì)多以礦物的形式存在,徑流條件差,水氟離子濃度就高。顆粒越細(xì),徑流遲緩,則水對(duì)介質(zhì)中氟的溶解就越充分,就越易富集。從收集到的基巖山區(qū)熱水資料看,水溫為20℃的溫泉,水氟離子質(zhì)量濃度為0.5mg/L,而70～76℃的溫泉,水氟離子質(zhì)量濃度達(dá)到8～12mg/L,表明隨溫度及埋深的增加,地下水含氟量增高。

區(qū)內(nèi)水氟富集除上述原因外,還與所處的水文地球化學(xué)環(huán)境有關(guān)。區(qū)內(nèi)地下水多呈堿性,pH值在7.4～8.2之間,易產(chǎn)生含氟的鹽類,并促使其趨于穩(wěn)定,從而有利于氟的富集。

自然界的氟鹽中NaF、KF在水中溶解遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CaF2的溶解,在20℃時(shí),前者達(dá)41.7mg/L,后者僅為16.5mg/L,地下水中的氟離子必然與鈉、鉀與鈣的關(guān)系密切。選擇墨玉縣及阿克蘇溫宿縣潛水水氟分析資料,作 ρ(F-)與 ρ(Na++K+)/ρ(Ca2+)相關(guān)關(guān)系散點(diǎn)圖(圖1),可以看出墨玉縣潛水中ρ(F-)低于1mg/L,ρ(Na++K+)/ρ(Ca2+)多在 0.75～2 之間,而 ρ(F-)大于1mg/L,ρ(Na++K+)/ρ(Ca2+)多在 2～12之間,僅少部分介于1～2。阿克蘇溫宿縣調(diào)查所取潛水水樣中 ρ(F-)全部超標(biāo),但 ρ(Na++K+)與ρ(Ca2+)的比值小于1時(shí),ρ(F-)多在1.5～3.5mg/L之間,而其比值大于1時(shí),潛水中 ρ(F-)則多在4.5～8.2mg/L之間,可見,當(dāng)?shù)叵滤械?ρ(Na++K+)較大時(shí),F-從含水介質(zhì)中釋放出來(lái),而Ca2+離子濃度較大時(shí),抑制了F-從圍巖中釋出,即地下水中ρ(F-)與 ρ(Na++K+)的離子濃度成正比,與Ca2+的離子濃度成反比,地下水中 ρ(F-)將隨著 ρ(Na++K+)/ρ(Ca2+)比值增大而地表水中的離子濃度也不斷增多。

圖1 ρ(F-)與 ρ(Na++K+)/ρ(Ca2+)相關(guān)分析

3 結(jié) 語(yǔ)

a.塔里木盆地西部地區(qū)地下水補(bǔ)給源氟離子濃度和含水介質(zhì)中氟離子濃度高低是客觀存在的,只能通過(guò)外界條件而起變化。

b.強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用是造成細(xì)土平原區(qū)潛水中氟離子進(jìn)一步濃縮增高的主導(dǎo)因素,但土壤中含氟是不可忽視的前提條件。

c.細(xì)土平原區(qū)的深層水,處于高壓及長(zhǎng)期的充分溶解的過(guò)程中,造成了氟的富集。pH值的增大及ρ(Na++K+)/ρ(Ca2+)的增高也是造成地下水氟離子濃度增高的因素之一。綜合作用的結(jié)果形成區(qū)內(nèi)眾多的高氟環(huán)境區(qū)。

d.建議長(zhǎng)期觀測(cè)水中含氟量,為合理利用及保護(hù)水資源和防病改水提供可靠依據(jù)。

[1] 新疆地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì).塔里木盆地西部水文地球化學(xué)調(diào)查研究報(bào)告[R].喀什:新疆地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì),1989.

[2] 新疆地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì).新疆墨玉縣防病改水水文地質(zhì)勘查報(bào)告[R].喀什:新疆地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì),1990.

[3] 新疆地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì).新疆溫宿縣黑孜鄉(xiāng)古勒阿提瓦提鄉(xiāng)防病改水水文地質(zhì)勘查報(bào)告[R].喀什:新疆地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì),1994.

[4] 新疆地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì).新疆伽師縣胡夏瓦提鄉(xiāng)克孜勒鄉(xiāng)防病改水水文地質(zhì)勘查報(bào)告[R].喀什:新疆地礦局第三水文工程地質(zhì)大隊(duì),1991.