李旭光,蔡 賀,王長琪 ,郭常來

(遼寧省沈陽市地質(zhì)調(diào)查中心,遼寧沈陽 110034)

1 基本概況

安達(dá)市位于松嫩平原黑龍江省西部,屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。區(qū)內(nèi)無江河,地表水主要為引嫩江水及大氣降水匯入庫泡中。地勢東北高,西南低,海拔一般 140～180m。地貌形態(tài)為沖積湖積壟崗狀高平原及沖積湖積波狀低平原。安達(dá)市位于興安嶺—內(nèi)蒙地槽褶皺區(qū),小興安嶺—松嫩地塊,松嫩中斷(坳)陷帶西南部。由于受新構(gòu)造運動的影響,區(qū)內(nèi)沉積了較厚的第四系松散堆積物,地形平坦開闊,河谷切割微弱,北部有沼澤化濕地分布,南部多湖泡。是黑龍江省西部工業(yè)最發(fā)達(dá)的縣級市之一。

2 區(qū)域水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)地下水的賦存條件及分布規(guī)律,主要受地質(zhì)、構(gòu)造、地貌、巖性、氣候等因素控制。由于區(qū)內(nèi)第四紀(jì)松散堆積物的厚度和巖性結(jié)構(gòu)變化較大,故在低洼區(qū)缺失第四系潛水、鹽沼化低地區(qū)及壟崗狀高平原局部地區(qū)缺失第四系含水層。第四紀(jì)地下水不僅發(fā)育上層潛水,而且埋藏有富水性變化較大的承壓水,在其下又發(fā)育有新近系和白堊系孔隙裂隙承壓水。

3 飲水型氟中毒

飲水型氟中毒是一種常見的地方病,是由于飲用水中氟(F)過量或不足而引起的地域性氟中毒或缺氟性疾病。

人體對飲用水中氟濃度比較敏感,人體生理適應(yīng)范圍為0.7～1.0mg/L。一般認(rèn)為,低于此限會出現(xiàn)齲齒、骨質(zhì)疏松癥,高于此限則出現(xiàn)斑釉牙、氟骨病。缺氟不利于人體對鈣(Ca)、磷(P)等的吸收利用而導(dǎo)致缺鈣,使人體骨、齒發(fā)育不健全。老年人可致骨質(zhì)松脆,易發(fā)骨折。氟過量會引起代謝紊亂,影響機體內(nèi) F、Ca、P的正常比例。剩余的 F與血 Ca形成氟化鈣沉積于骨骼組織中,可導(dǎo)致骨密度增大,骨膜變厚,骨韌帶鈣化,引發(fā)腰椎僵直,骨關(guān)節(jié)畸形等多種病變[1-3]。

4 地下水中氟的分布

第四系中更新統(tǒng)孔隙潛水是安達(dá)市氟中毒的致病層位,氟離子檢出值在 0.30～9.33 mg/L,平均值 2.03 mg/L。大于 1.5mg/L的檢測點主要分布于西部低平原區(qū)的的昌德鎮(zhèn)一帶及任民鎮(zhèn)以西的大部分地區(qū)普遍氟含量偏高,在高平原區(qū)的青肯泡至火石山一帶的低洼地區(qū)氟值也普遍偏高。見圖1。

中更新統(tǒng)孔隙承壓水氟離子檢出值在 0.70～6.10mg/L之間,分布于調(diào)查區(qū)昌德鎮(zhèn)中部及東部呈面狀分布,羊草鎮(zhèn)至南來一帶,安達(dá)鎮(zhèn)至萬寶山一帶呈線狀分布,在太平莊鎮(zhèn)、中心屯呈點狀分布。

前第四系(包括新近系依安組及白堊系)裂隙孔隙承壓水氟離子檢出值在 0.03～2.80 mg/L之間,大部分地區(qū)氟離子含量小于農(nóng)村生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(見圖 3),僅在調(diào)查區(qū)東北部的火石山鄉(xiāng)三勝村和任民鎮(zhèn)的革新村一帶檢出值較高,分別為 2.8mg/L、2.17mg/L,主要原因是由于成井過程中止水工作沒有做好,上層污染潛水穿層污染所致。

圖1 安達(dá)市第四系孔隙潛水氟離子含量分布圖

圖2 安達(dá)市前第四系承壓水氟含量分布圖

5 氟中毒與地質(zhì)環(huán)境之間的關(guān)系

氟中毒與地質(zhì)、地貌、水文地質(zhì)條件有密切關(guān)系[4]。

5.1 氟中毒與地貌關(guān)系

安達(dá)市氟中毒的分布與地貌有一定的關(guān)系,大體規(guī)律是在沖湖積低平原氟中毒發(fā)病率較高,屬中、重病區(qū)。在沖湖積崗阜狀高平原患病率較低,屬中、輕病區(qū)。但在沖湖積高平原中碟形洼地,也有中、高病區(qū)出現(xiàn),見圖 3。

圖3 氟中毒病情與土壤鹽漬化關(guān)系圖

分布于低平原上的昌德鎮(zhèn)、升平鎮(zhèn)、萬寶山及中本鎮(zhèn)、太平莊鎮(zhèn)、老虎崗鎮(zhèn)部分地區(qū)氟中毒患病率大于 70%,氟骨癥患病率大于 7%,屬中、重病區(qū);位于低平原上的羊草鎮(zhèn)、臥里屯鄉(xiāng)等地區(qū),氟中毒患病率大于 50%,屬中病區(qū);在羊草、南來、安達(dá)城郊位于低平原,但屬輕病區(qū),可能與兩鎮(zhèn)經(jīng)濟條件有關(guān),居民生活條件改善,生活水平提高也能抑制氟中毒的發(fā)生。

位于沖湖積高平原上的青肯泡鄉(xiāng)患病率大于 50%,氟骨癥患者 0.8%,屬中病區(qū);地貌上雖然是高平原,但青肯泡鄉(xiāng)屬于高平原中的碟形洼地,在該地區(qū)地勢相對低洼,容易使離子富集;再與鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟相對落后,村民生活較貧困有一定關(guān)系。

5.2 氟中毒與地質(zhì)條件關(guān)系

5.2.1 地下水氟含量與地球化學(xué)條件

病區(qū)居民飲用的地下潛水中的氟主要來源于富含氟的土壤的淋溶作用及含氟礦物的溶濾和水合作用。在松嫩平原的外圍、本區(qū)地下水的上游區(qū)小興安嶺分布有大面積的酸性、中酸性火山巖及偉晶巖脈,存在富含氟的熱液蝕變礦床,含氟礦物有螢石、磷灰石、電氣石、云母等。這些巖石及含氟礦物是松嫩平原沉積地層中碎屑物的重要來源,據(jù)大慶油田在鉆孔中采集的重砂樣分析,第四系沉積地層中含氟礦物有黃玉、云母、磷灰石、角閃石、電氣石等。據(jù)本次調(diào)查結(jié)果,安達(dá)市第四系孔隙水 pH檢出值在 7.25～8.94,偏堿性,易于富氟礦物的溶濾和水合作用。

螢石和磷灰石的溶濾作用如下:

CaF2(螢石)+2OH-=Ca(OH)2+2F-

云母的水合作用:

KAl2[AlSi3O10]F2(白云母)→KAl2[AlSi3(O,OH)](水白云母)+2F

KMg3[AlSi3O10]F2(黑云母 )→ K＜1Mg3[A lSi3(O,OH)＜12]n? H2O+2F-

地層中含氟礦物的溶濾、水合作用是病區(qū)土壤、地下水中氟元素的重要來源。

5.2.2 氟中毒與巖性

從安達(dá)市地方性氟中毒的分布特征可以看出,氟中毒重病區(qū)表層土壤巖性為淤泥質(zhì)亞粘土、黃土狀亞粘土;中、輕病區(qū)土壤巖性主要為亞砂土。病情的輕重與土壤巖性、顆粒粗細(xì)關(guān)系度較高。在昌德鎮(zhèn)、太平莊鎮(zhèn)、老虎崗鎮(zhèn)、萬寶山鎮(zhèn)等發(fā)病率高、病情重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤巖性多為淤泥質(zhì)亞粘土、粘土。土壤顆粒越細(xì),比表面積越大,粘土質(zhì)膠體含量越高,越有利于氟的富集,病情越重。見表 1。

表1 氟含量與巖性對比表

5.2.3 氟中毒與土壤化學(xué)條件

1)氟元素在土壤中的分布

安達(dá)市土壤水溶液中 F-的檢出值一般在 0.32～37.5 mg/kg,在升平鎮(zhèn)至安達(dá)鎮(zhèn)一帶和吉星崗鎮(zhèn)一帶,土壤中 F-的檢出值較低,為 0.32～10mg/kg,在青肯泡一帶,土壤中F-的檢出值較高,最高為 55.8mg/kg,在昌德建設(shè)四村一帶,土壤中 F-的檢出值最高,達(dá) 65.3mg/kg。見圖 4。

2)氟中毒與土壤蘇打鹽漬化作用

安達(dá)市地處松嫩平原腹地,是第四系孔隙水的匯流區(qū)。該區(qū)多年平均降水量為 450.6mm,蒸發(fā)量為1 524.0mm,屬于黑龍江省蒸發(fā)的高值區(qū)及重點旱區(qū)。由于該區(qū)地下潛水埋藏淺,土壤顆粒細(xì),毛細(xì)作用較強,地下水中的鹽分被帶入土壤表層,土壤鹽漬化發(fā)育,在昌德鎮(zhèn)、升平鎮(zhèn)、青肯泡鄉(xiāng)、萬寶山鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布有中、重度鹽漬化土(見圖 4)。根據(jù)本次調(diào)查結(jié)果,土壤水溶液中陰離子 CO2-+HCO-＞SO2-＞334Cl-,屬蘇打鹽漬土。在雨季土壤飽水情況下,土壤水溶液呈堿性,據(jù)實驗測試,pH值 8.64～10.33,弱堿性的水文地球化學(xué)環(huán)境有利于氟元素從含氟礦物中析出并進(jìn)入地下潛水中,因此在鹽漬化發(fā)育地區(qū),氟中毒的病情也相對較重,鹽漬化發(fā)育區(qū)也是地氟病的中、重病區(qū)。

圖4 安達(dá)市土壤溶液氟離子含量分布圖

5.3 氟中毒與水文地質(zhì)條件關(guān)系

5.3.1 氟中毒與含水層條件

安達(dá)市地方性氟中毒屬于飲水型,病情分布特點是:重病區(qū)居民生活多較貧困,多飲用淺層第四系孔隙潛水,中病區(qū)的居民生活條件部分改善,飲用國家、當(dāng)?shù)卣蜃约一I資所打的第四系中下更新統(tǒng)及白堊系裂隙孔隙深層地下水,輕病區(qū)居民普遍生活條件較好,飲用水中氟離子含量也較低。

安達(dá)市地方性氟中毒致病層位為第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)孔隙潛水,重病區(qū)分布范圍內(nèi)氟離子含量一般在 1.26～5.28mg/L,含水層厚度一般在 1.05～7.2m,巖性全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)黃土狀亞粘土及細(xì)粉砂為主,單井涌水量 100～500 m3/d,水位埋深 1.2～5.2 m,在部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)受人類活動影響,出現(xiàn)重碳酸氯型水。

中上更新統(tǒng)孔隙承壓水是工作區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要供水目的層。氟離子含量一般小于 1.5 mg/l,但局部地下水中氟離子檢出值較高,可能與成井工藝有關(guān),由于止水不好,造成上層潛水對下層水的污染。第四系中更新統(tǒng)含水層厚度一般為 4.05～30.9 m,水位埋深在 0.3～5.10 m,單井涌水量小于 1000m3/d,含水層巖性主要為中細(xì)砂、中粗砂、砂礫石。中上更新統(tǒng)孔隙承壓含水層全區(qū)廣泛分布,局部缺失。

前第四系承壓水中新近系依安組裂隙孔隙承壓水分布在安達(dá)市西部低平原,巖性為粉細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖、中粗砂巖,含水層厚度 5.0～17.0 m,水位埋深 1～10 m,單井涌水量 280～540 m3/d。F-含量一般小于 1.0 mg/L,局部小于1.5,可做為病區(qū)防病改水層。

白堊系明水組裂隙孔隙承壓水是工作區(qū)主要供水水源。氟離子含量小于 1.5 mg/L,在大部分地區(qū)小于 1mg/L。巖性主要為砂巖、含礫砂巖,含水層有 8～10個單層,厚度 3.5～45.5m,水位埋深一般 37.61～38.47m,單井涌水量2 400～2 800m3/d。是病區(qū)居民防病改水的首選層位。

5.3.2 氟中毒與補逕排條件

地下水徑流條件的優(yōu)劣對水中氟離子的富集有著很大的影響。在尚未進(jìn)行大規(guī)模防病改水工作前,在安達(dá)市東部的高平原地區(qū),因地勢較高,地形切割強烈,地下水徑流條件好,水循環(huán)交替迅速,氟離子處于強烈的遷移狀態(tài)中,缺少良好的儲存條件,難以富集,故第四系上更新統(tǒng)孔隙潛水中氟離子含量低,氟中毒發(fā)病率低。而在沖湖積低平原區(qū),地勢較低平,鹽沼洼地、草甸遍布,地下水徑流微弱,水平循環(huán)緩慢,而以垂直交替為主,水中鹽分不易運移,氟離子儲存的條件優(yōu)越,水化學(xué)作用以蒸發(fā)濃縮作用為主,有利于氟的富集,形成高氟地下水,致使氟中毒比較嚴(yán)重。但在高平原局部地區(qū)地形相對低洼形成蝶形洼地,也出現(xiàn)高氟富集區(qū),氟中毒較嚴(yán)重的現(xiàn)象。

5.4 地方性氟中毒與水化學(xué)條件

5.4.1 病區(qū)地下水水質(zhì)特征

工作區(qū)內(nèi)各層地下水多為無色、無味、無嗅、透明、無肉眼可見物,陰離子以重碳酸為主,陽離子以鈉、鈣、鎂為主,溶解性總固體大多小于1 000 mg/L,屬低礦化重碳酸型淡水,局部大于 1000mg/L,形成高礦化碳酸型咸水。

1)第四系孔隙潛水

第四系孔隙潛水主要用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)村人畜飲水。地下水中溶解性總固體一般 410.12～2 175.89 mg/L,總硬度 39.41～1 082.17 mg/L,pH值在 7.35～8.79之間,大部分地區(qū)屬弱堿性淡水,局部屬弱堿性咸水。陰離子以重碳酸根為主,局部地區(qū)為 CI離子,陽離子以鈉、鈣、鎂為主,水化學(xué) 類 型 主 要 有 HCO3—Na、HC O3—Ca、HCO3—Na、Mg和HCO3—Ca、Mg型水,在火石山鄉(xiāng)、中本鎮(zhèn)、太平莊鎮(zhèn)、任民鎮(zhèn)、羊草鎮(zhèn)、萬寶山鎮(zhèn)的局部地段受人為污染,出現(xiàn)氯化物型水。

調(diào)查區(qū)內(nèi)超過飲用水標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749-85《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》,其中氟化物標(biāo)準(zhǔn)參照 2006年的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(報批稿),下同)的項目有溶解性總固體、總硬度、鐵、氟化物、氯化物、硝酸鹽氮等。

超標(biāo)項目中鐵、氟化物與原生地球化學(xué)環(huán)境有關(guān),溶解性總固體、總硬度、氯化物及硝酸鹽氮的檢出值偏高主要是人為污染造成的。

2)第四系中更新統(tǒng)孔隙承壓水

調(diào)查區(qū)內(nèi)第四系中更新統(tǒng)孔隙承壓水主要用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人畜飲水。溶解性總固體檢出值一般 457.09～1647.81mg/L,總硬度 68.38～594.27 mg/L,PH值在 7.42～8.79之間,大部分地區(qū)屬弱堿性低礦化型水。局部地區(qū)屬弱堿性高礦化型水,陰離子以重碳酸根為主,局部地區(qū)為 CI離子,陽離子以鈉、鈣為主,局部地區(qū)為 Mg離子,水化學(xué)類型主要有 HCO3—Ca、HC O3—Na、Ca型。 該層水局部地區(qū)鐵、錳超標(biāo),氟、溶解性總固體等檢出項超標(biāo)嚴(yán)重。

3)前第四系裂隙孔隙承壓水

主要包括第三系依安組和白堊系含水層,該層地下水主要用于農(nóng)村生活飲水。溶解性總固體在 459.23～1 192.41 mg/L之間,總硬度小于 561.98 mg/L,pH值在 7.25～8.52之間,陰離子以重碳酸根為主,陽離子以鈉、鈣為主,水化學(xué)類型主要有 HC O3—Ca、Na、HCO3—Ca和 HCO3—Na型。

檢測項目多符合飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),僅溶解性總固體、氟化物在調(diào)查區(qū)東北部的火石山鄉(xiāng)三勝村和任民鎮(zhèn)的革新村一帶檢出值較高,最高超標(biāo)倍數(shù)分別為 1.87和 1.23倍,可能是上層污染潛水穿層污染所致。該層水氟離子的檢出值在 0.03～1.48 mg/L之間,小于農(nóng)村生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(1.5mg/L),是防病改水的首選目的層。

5.4.2 氟離子含量

第四系中上更新統(tǒng)孔隙潛水是安達(dá)市氟中毒的致病層位,氟離子檢出值在 0.30～9.33 mg/l,平均值 2.03 mg/l。大于 1.5mg/l的檢測點主要分布于西部低平原區(qū)的的昌德鎮(zhèn)一帶及任民鎮(zhèn)以西的大部分地區(qū)普遍氟含量偏高,在高平原區(qū)的青肯泡至火石山一帶的低洼地區(qū)氟值也普遍偏高。

中更新統(tǒng)孔隙承壓水氟離子檢出值在 0.70～6.10mg/l之間,分布于調(diào)查區(qū)昌德鎮(zhèn)中部及東部呈面狀分布,羊草鎮(zhèn)至南來一帶,安達(dá)鎮(zhèn)至萬寶山一帶呈線狀分布,在太平莊鎮(zhèn)、中心屯呈點狀分布。

白堊系裂隙孔隙承壓水氟離子檢出值在 0.03～2.80 mg/L之間,大部分地區(qū)氟離子含量小于農(nóng)村生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),僅在調(diào)查區(qū)東北部的火石山鄉(xiāng)三勝村和任民鎮(zhèn)的革新村一帶檢出值較高,分別為 2.8mg/L、2.17mg/L,主要原因是由于成井過程中止水工作沒有做好,上層污染潛水穿層污染所致。

5.4.2 氟離子富集的水化學(xué)特征

地方性氟中毒的發(fā)病情況與飲水中氟含量關(guān)系密切。地下水中氟的富集除受含水層埋藏條件、地下水的補逕排條件制約外,還受地下水中相關(guān)組份的影響。

本次調(diào)查結(jié)果顯示,第四系孔隙潛水中氟離子含量與重碳酸根離子、EH值呈顯著正相關(guān),與偏硅酸、鈣離子呈顯著負(fù)相關(guān)。與鈉離子、溶解性總固體呈一般正相關(guān)。見表 2。

表2 潛水氟離子與其它組份的相關(guān)系數(shù)表

從水質(zhì)分析結(jié)果顯示,第四系孔隙潛水處于弱堿性環(huán)境,結(jié)合相關(guān)性分析可看出,在第四系孔隙潛水弱堿性環(huán)境中,水體中鈣離子、偏硅酸含量低有利于氟離子的富集。

第四系中更新統(tǒng)孔隙承壓水中氟離子的富集與鈉、重碳酸根、溶解性總固體的檢出值呈顯著正相關(guān),見表 3。

表3 中更新統(tǒng)孔隙承壓水氟離子與其它組份的相關(guān)系數(shù)表

前第四系裂隙孔隙承壓水中氟離子含量隨鈉離子、重碳酸根離子含量的增加而升高,堿性的水化學(xué)環(huán)境有利于氟元素的富集,見表 4。

表4 前第四系裂隙孔隙承壓水氟離子與其它組份的相關(guān)系數(shù)表

通過氟離子與其它元素的相關(guān)性計算可看出,導(dǎo)致安達(dá)市地方性氟中毒發(fā)生的第四系孔隙水氟含量與鈉離子、重碳酸根離子含量、EH值、溶解性總固體呈正相關(guān)關(guān)系,隨著水化學(xué)條件向堿性化發(fā)展而溶于水中的氟離子含量會增加。地下水中偏硅酸及鈣離子含量的升高會抑制氟元素的富集。在中更新統(tǒng)及白堊系含水層中,地下水中氟離子含量也隨著水化學(xué)條件向堿性化發(fā)展而含量增加。

6 結(jié)論及建議

6.1 結(jié)論

控制安達(dá)市飲水型氟中毒病區(qū)分布的主要因素有地形地貌、地質(zhì)、地球化學(xué)環(huán)境、水文地質(zhì)環(huán)境。飲水型地氟病的分布在地形地貌上,主要分布于沖積湖積低平原及高平原的蝶形洼地處。在地質(zhì)環(huán)境上,通過大量實物工作,分析了影響工作區(qū)地方性氟中毒發(fā)生、發(fā)展的因素,土壤顆粒越細(xì),粘粒含量越高,鹽漬化程度越高,地方性氟中毒發(fā)病率越高,病性越重;土壤溶液氟含量越高,地下水氟含量也越高,氟中毒發(fā)病率越高;鹽漬化發(fā)育地區(qū),氟中毒的病情也相對較重;在水文地質(zhì)及水化學(xué)環(huán)境方面,地下水逕流循環(huán)條件越差,蒸發(fā)作用越強烈,地方性氟中毒發(fā)病率越高。致病含水層主要為第四系淺層孔隙水含水層.新近系及白堊系孔隙裂隙、裂隙孔隙承壓水,可作為病區(qū)供水目的層.飲水型地氟病防治方向應(yīng)是使病區(qū)人民飲用安全衛(wèi)生低氟水源。

6.2 建議

(1)安達(dá)市第四系中、下更新統(tǒng)承壓水水量豐富,宜開采,但較易受上層水污染,在成井工藝好,且無污染環(huán)境的條件下,防病改水宜開采此層水;白堊系及新近系裂隙孔隙水水質(zhì)好,應(yīng)做為生活、工業(yè)供水的主要水源;農(nóng)業(yè)用水宜開采淺層第四系孔隙潛水;

(2)地下供水管井施工過程中,應(yīng)重視成井工藝,避免上層污染潛水穿層污染下層優(yōu)良水;

(3)調(diào)查結(jié)果顯示,第四系孔隙潛水污染范圍較大,對此現(xiàn)象應(yīng)引起重視,對地下水資源的保護應(yīng)采取措施;

(4)制定地下水開發(fā)利用規(guī)劃,合理、持續(xù)、有效利用地下水資源。

[1]盧慶林.湖南省地氟病分布的地球化學(xué)特征[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究 ,1995,16(增刊 ):98.

[2]冀天寶.氟污染對人體有何危害[M].環(huán)保知識與工作問答.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1987.74.

[3]吳杰.塔里木河水氟分布與地方性氟中毒[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究 ,1995,16(增刊 ):96.

[4]黑龍江省地質(zhì)局第一水文地質(zhì)隊.地方病環(huán)境水文地質(zhì)[M]丁.北京:地質(zhì)出版社,1982.20— 35.