施俊杰，張春華，楊文凱，張建軍

(1.內蒙古自治區(qū)第七地質礦產勘查開發(fā)院，內蒙古呼和浩特 010020;2.內蒙古自治區(qū)地質調查院，內蒙古呼和浩特 010020)

內蒙古化德縣七號盆地高氟淺層地下水水化學特征

施俊杰1，張春華2，楊文凱1，張建軍1

(1.內蒙古自治區(qū)第七地質礦產勘查開發(fā)院，內蒙古呼和浩特 010020;2.內蒙古自治區(qū)地質調查院，內蒙古呼和浩特 010020)

通過資料收集、野外調查、樣品采集與測試分析，應用水文地質學、水文地球化學的基本理論和方法，分析了化德縣七號盆地高氟淺層地下水水化學特征及氟的分布特征，歸納總結了研究區(qū)地下水氟的來源及影響因素，為該地區(qū)防氟改水提供了水文地質依據。

化德縣;七號盆地;高氟水;水化學特征

氟是與人類健康密切相關的化學元素，對人體構成具有重要影響，但攝氟過量會導致氟中毒。地方性氟中毒在世界范圍流行很廣，危害極大。在我國除了上海、海南、臺灣到目前還沒有發(fā)現(xiàn)氟中毒，其他各個省市自治區(qū)都有地方性氟中毒不同程度的流行。內蒙101個旗縣中有77個旗縣存在飲水型氟中毒，生活在高氟地區(qū)的人口大約為600萬，氟斑牙患者現(xiàn)有170萬。據不完全統(tǒng)計，我國有近7 000萬人飲用高氟水。

內蒙古化德縣七號盆地是我國典型原生高氟地下水分布區(qū)，高氟地下水的存在直接威脅著廣大農牧民的飲水安全。同時，地下水氟含量超標也造成了原本貧水的地區(qū)更加缺水，供需矛盾突出，嚴重阻礙了社會經濟的快速發(fā)展。2009年，內蒙古自治區(qū)地質勘查項目招標委員會啟動了“內蒙古自治區(qū)化德縣城市供水七號水源地水文地質詳查”計劃項目，本文首次在系統(tǒng)總結本區(qū)已有水文地質調查的基礎上，旨在分析七號盆地高氟地下水分布及水化學特征，為該地區(qū)防氟改水提供了水文地質依據。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理概況

七號盆地位于內蒙古自治區(qū)烏蘭察布市化德縣東北部，東經 114°12'43″～ 114°49'41″，北緯 41°58'08″～42°17'16″。東西長 51 km，南北寬36 km。

七號盆地北臨內蒙古高原中部，西南與陰山之余脈相聯(lián)，處于區(qū)域分水嶺地段。區(qū)內地形總趨勢為西高東低，南、西、北三面環(huán)山，中部為區(qū)內最大的間歇性河流前二圖郭勒，最高點在化德縣七號鎮(zhèn)西長順溝北，地面高程為1 686.7 m;最低點在化德縣七號鎮(zhèn)東安葉村東北，地面高程1 236.0 m，整體上為低山丘陵和波狀高原地形。

研究區(qū)地處內蒙古高原南沿，屬于典型的半干旱大陸性氣候。多年平均氣溫為2.8℃，多年平均降水量312.21 mm，蒸發(fā)量高達2013.23 mm。大氣降水主要集中在6～8月份，占年降水量的58%以上。

1.2 地質與構造

區(qū)內地層區(qū)劃屬內蒙～松花江地層區(qū)，內蒙草原分區(qū)，鑲黃旗～赤峰小區(qū)。出露地層從老到新為下二疊統(tǒng)三面井組(P1s)、上侏羅統(tǒng)張家口組(J3z)、下白堊統(tǒng)巴彥花組(K1b)、新近系上新統(tǒng)(N2)和第四系(Q)地層。其中新近系上新統(tǒng)(N2)地層分布最廣，下白堊統(tǒng)巴彥花組(K1b)出露最少。

研究區(qū)巖漿浸入自華力西期以來較為頻繁，以酸性深成侵入為主，其中華力西(γ4)和燕山期(γ5)花崗巖體分布最廣，變質石英閃長巖δo4、花崗閃長巖γδ4、石英閃長玢巖δou4等均以小型巖體侵入，且與花崗巖有脈生關系。各種小型巖脈侵入也是境內巖漿活動的主要特點之一。在秋靈溝和七號鎮(zhèn)三勝的石英脈巖中，伴有鎢礦、綠柱石等小型脈巖，而在各期花崗巖中均見螢石以脈巖出現(xiàn)。華力西期花崗巖在李二考溝至沙河灣一帶，形成了似片麻狀花崗巖。由于較大的斷裂構造的控制，各期花崗巖多以NE·NW兩個方向侵入，為大小不一的巖株、巖墻產出。

研究區(qū)在大地構造上位于華力西晚期褶皺帶與內蒙地軸交接部位。三級構造單元為陰山臺拱。四級構造單元為化德穹褶斷束。在構造體系上，恰位于緯向構造體系與新華夏系之復合部位。區(qū)內褶皺與斷裂受復合體系的控制，以北東南西向為主。區(qū)內構造行跡以斷裂為主，褶皺次之，巖漿巖活動頻繁廣泛。

1.3 水文地質概況

研究區(qū)主要供水含水層主要為第四系河谷松散巖類的孔隙潛水，主要分布在前二圖郭勒河谷。在小比例克以西河谷寬約500 m，以東河谷寬約1 500－2 000 m。巖性以細砂、中粗砂、砂礫石為主，厚度平均10 m左右。在河谷上游其厚度一般小于10 m，在下游厚度大于10 m，最厚處在小比例克至徐四營子一帶。涌水量由上游的小于100 m3/d到中下游漸增至300 m3/d。水位埋深一般在3 m以內，礦化度小于1.0 g/L。該含水層之下普遍分布一層厚度比較大的粘性土層，最厚處約40 m左右，為第四系河谷松散巖類孔隙潛水的隔水底板。

除第四系河谷外其它地段由于第四系松散層薄，甚至第三系地層直接出露地表，無第四系松散巖類的孔隙潛水。

第四系河谷松散巖類的孔隙潛水主要接受大氣降水和洪水補給，少量接受低山丘嶺裂隙潛水補給。地下水流向由西南向東北流，地下水的開采和地下徑流是排泄的主要途徑，潛水蒸發(fā)也是其不可忽視的排泄途徑之一。

2 樣品的采集與分析

為了研究七號盆地高氟地下水的水化學特征和成因，在研究區(qū)共采集潛水水樣12組。采集的水樣主要進行了常規(guī)水化學組分、氟離子分析。樣品分析工作在內蒙古自治區(qū)第一水文地質工程地質勘查院實驗室完成。

為了研究工作內地下水的形成環(huán)境、年齡，地下水的補給、徑流、排泄條件，在充分分析已有資料的基礎上，在研究區(qū)內共采集同位素樣(T、D、18O)3組，其中大氣降水樣1組，淺層水(潛水)2組。樣品由國土資源部地下水礦泉水及環(huán)境監(jiān)測中心實驗室測定完成，測試結果見表1、表2。

3 結果與討論

3.1 高氟地下水水化學－同位素特征

3.1.1 潛水水化學特征

由于地處分水嶺地帶，研究區(qū)潛水主要接受大氣降水的垂直入滲補給，水循環(huán)積極，交替作用強烈，地下水以溶濾作用為主，在河谷中心區(qū)，地下水位埋藏較淺，水化學成份受到蒸發(fā)濃縮作用影響較大。

根據本次研究取樣分析結果(見圖1)，潛水多為HCO3·CL～Na·Mg型水。PH值在7.50～8.23之間;礦化度在0.50～1.27 g/L之間，在不同地層巖性和地貌單元上表現(xiàn)出明顯的分帶性。潛水中的陰離子類型主要以HCO3型水和HCO3·CL型水為主，僅在溝谷下游崩紅腦包支溝中以CL－型水為主。陽離子類型主要以Na·Mg型為主，僅在前二圖郭勒上游設清溝中，陽離子類型為Na·Ca型。

圖1 研究區(qū)地下水Piper三線圖

潛水在前二圖郭勒上游區(qū)主要為HCO3～Ca·Mg或Na·Mg型水。下游工作區(qū)邊界鄧家村一帶主要為HCO3～Na·Mg型和HCO3·CL～Na· Mg型水;下游支溝中崩紅腦包以南為CL～Na型水;其它廣大地區(qū)皆HCO3·CL～Na·Mg型水。

沿前二圖郭勒河谷，潛水礦化度呈現(xiàn)低～高～低的變化特征，在四合村、和睦村一帶為0.65 g/L左右，到大廟、小比例克一帶則增加到0.9 g/L左右，到河北三木匠以下，多＞1 g/L;在工作區(qū)邊界鄧家村，可能受到附近支溝地下水混合作用，礦化度又減少到0.7 g/L左右。潛水中其它離子的變化特征與礦化度變化規(guī)律基本一致(見表1)。

表1 研究區(qū)潛水水質測試結果

3.1.2 同位素分布特征

在水循環(huán)的每一階段，受大氣蒸汽源的同位素組成、水汽凝結和蒸發(fā)過程中的同位素分餾作用、蒸發(fā)作用以及不同水體的混合作用等影響，水中的18O和D具有不同的演化規(guī)律和組成特征。

工作區(qū)內沒有開展過系統(tǒng)的同位素研究工作，不能建立當地大氣降水穩(wěn)定同位素雨水線方程，僅以臨近本區(qū)的包頭地區(qū)大氣降水穩(wěn)定同位素雨水線方程作為本地區(qū)的參考方程。

表2 同位素測試結果匯總表

從圖2可以看出，各取樣點均落在大氣降水線的右下側，說明區(qū)內地下水主要接受大氣降水的補給，并且受到一定程度的蒸發(fā)作用影響。

圖2 潛水、雨水δ18O與δD關系圖

3.1.3 地下水氚年齡

根據地下水是否受到核爆試驗期間產生的大量核爆氚的標記，可將地下水形成時間劃分為核爆試驗前和核爆試驗后兩個階段。核爆試驗前(1953年前)天然情況下大氣降水的氚濃度為10 TU，這種含氚的降水入滲進入地下水之后，按照同位素放射性衰變方程，到取樣時間2006年時，地下水的氚濃度衰減為0.5 TU，小于氚的測試本底。因此若地下水的氚濃度小于此數值，一般可認為其年齡大于50年;若地下水的氚濃度大于0.5 TU，則表明地下水為核爆試驗開始后補給的，其年齡小于50年。

地下水中氚的濃度變化因素受多種因素的影響，不僅與大氣降水及地表水輸入到地下水中的氚濃度有關，還與含水介質的構造、巖石性質、地下水運動規(guī)律等因素有一定的關系。

從本次工作采集樣品測試結果(表2)可以看出潛水中的氚值與大氣降水中的氚值極為接近，說明潛水主要接受大氣降水補給，并于近期形成。而承壓水中氚含量分別為小于1 TU和1.3 TU，其年齡較大，但也應為核爆試驗開始后補給的，其年齡也應小于50年。

3.2高氟地下水成因淺析

由表1可知，研究區(qū)第四系河谷潛水氟含量偏高，氟離子在12件水樣中有10個樣點超標，超標值在1.6～5.6 mg/L之間，超標率達83.33%，高氟水在河谷地區(qū)大面積分布。

3.2.1 形成高氟水原因之一

研究區(qū)二疊系板巖、凝灰質砂礫巖、巖屑晶屑凝灰?guī)r和黑云母花崗巖、花崗斑巖、石英閃長巖比較發(fā)育。因此，為形成高氟水提供了物質來源。

3.2.2 氟的遷移和富集

含水層顆粒越粗，水力坡度越大，徑流條件越好，氟越不易富集。而研究區(qū)內第四系松散巖類孔隙潛水分布地區(qū)(前二圖郭勒河谷洼地區(qū))，地形相對平緩，向下游緩傾斜，地形坡度上游羅家村一帶約8‰，中游大公烏素村一帶約2.5‰左右，下游八號村以下多1‰～2‰，地下水徑流條件差，不利于氟遷移，而有利于氟富集。

3.2.3 弱堿性水有利于氟的富集

本區(qū)地下水pH值在7.50～8.23之間，為弱堿性水。資料顯示，弱堿性水中含氟硅酸鹽礦物易溶于水，導致巖石中的氟溶出。因此，地下水的pH值越高，越有利于氟的富集。

3.2.4 氣候條件

氣候條件為本區(qū)地下水中氟富集最根本的外在因素。研究區(qū)多年平均降水量312.21 mm，蒸發(fā)量高達2 013.23 mm，為極其干旱的氣候特征，降水稀少，水動力條件差，蒸發(fā)強烈，濃縮作用加劇，致使含氟礦物溶解后富集。

4 結語

(1)研究區(qū)淺層地下水潛水氟含量在0.8～5.6 mg/L之間，氟離子在12件水樣中有10個樣點超標，超標率達83.33%，高氟水在河谷地區(qū)大面積分布。

(2)研究區(qū)地下水的弱堿性環(huán)境、背景巖石含氟高、地下水徑流條件差、干旱、半干旱的氣候條件是造成地下水氟元素富集的重要因素。

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Research on Hydro－chemical Characteristics of Fluorine－rich Shallow Groundwater in No.7 Basin of Huade County，Inner Mongolia

Shi Junjie1，Zhang Chunhua2，Yang Wenkai1，Zhang Jianjun1
(1.Inner Mongolia Seventh Geological Mineral Exploration Institute of，Hohhot 010020，China;2.Geological Survey Institute of Inner Mongolia，Hohhot 010020，China)

By analyzing water samples collected from No.7 basin of Huade county and field investigation data，the paper makes a study on the hydrochemical characteristics and distribution features of the fluorine－rich shallow groundwater under the guidance of hydrogeology and hydrogeochemistry theories.According to the result，source and influencing factors of fluorine in studied groundwater are summarized，which provide scientific basis for changing fluorine content and improve groundwater quality.

Huade County;No.7 basin;fluorine － rich groundwater and Hydrochemical characteristics

P641.12

A

1004－1184(2013)05－0032－04

2013-05-13

施俊杰(1984-)，男，山西大同人，助理工程師，主要從事水工環(huán)地質工作。