楊 飛，黃 凱

(1.河南省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，河南鄭州450045;2.河南省地礦局第二地質(zhì)勘查院，河南許昌461000)

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程中起著重要的作用，但其濃度過高或者過低對人體均有害。而人體所需的氟80%來自日常飲用水[1]。當(dāng)飲用水中的氟含量超過1mg/L時(shí)即為高氟水。如果長期飲用高氟水可引起氟中毒。氟中毒時(shí)一種慢性的全身性疾病，早期表現(xiàn)為疲乏無力、食欲不振、頭暈、頭痛、記憶力減退等癥狀。過量的氟進(jìn)入人體后，主要沉積在牙齒和骨骼上，形成氟斑牙和氟骨病。當(dāng)氟含量超過1.5 mg/L時(shí)，將引起牙齒斑釉病，出現(xiàn)氟斑牙;當(dāng)達(dá)到6～10 mg/L時(shí)，牙齒明顯破損，造成骨質(zhì)疏松，進(jìn)而導(dǎo)致氟骨癥;超過10 mg/L時(shí)，引起氟中毒，使胃腐蝕和肝、腎細(xì)胞變性[2]。

1 概況

沈丘縣位于周口市東南部的豫皖交界處，西臨項(xiàng)城市，西北、北部接淮陽縣、鄲城縣，東南與安徽省的界首市、臨泉縣毗鄰;地理坐標(biāo):東徑 114°57'43″～ 115°21'31″，北緯 33°05'06″～33°31'45″，全縣面積約 1069.92 km2。

沈丘縣地形較為平坦，地勢西北高東南低，地面高程最高42m，最低35.5m，地面比降為1/5000－1/7000，由西北向東南傾斜。地貌類型簡單，屬流水堆積地貌。根據(jù)成因類型及形態(tài)特征，全縣分為沙潁河沖積平原、沙潁河沼澤平原、黃河泛流沖積平原三個(gè)地貌單元。

沈丘縣境內(nèi)主要河流有沙潁河和汾泉河，屬于淮河水系。沈丘縣年平均氣溫14.7°C。6－9月份占全年降水量的62.4%，12月至翌3月占總降水量的15.6%。區(qū)內(nèi)多年平均蒸發(fā)量1185 mm，約為多年平均降雨量的1.4倍。

沈丘縣全境處于廣闊的沙穎河沖積平原上，第四系松散地層厚度可達(dá)360～410m，賦存孔隙水;新近系上新統(tǒng)最大揭露厚度257m，砂層無交結(jié)，松散，賦存孔隙水。本區(qū)含水層在垂向上分為淺、深兩個(gè)含水層。淺層含水層組由地表以下50～70m深度內(nèi)的砂層、粉質(zhì)粘土、粉土層組成的淺層含水層組。深層含水層(組)頂板埋藏50～70m，底板埋深360～410m，由中更新統(tǒng)下粉細(xì)砂、細(xì)砂、中細(xì)砂組成;深層含水層(組)與淺層含水層(組)之間由較大厚度(一般60～100m)的粉土、粉質(zhì)粘土、粘土層相隔，水力聯(lián)系非常微弱。深層含水層是本次研究的對象。

從地下水的埋藏條件來看，本區(qū)深層含水層與其上部含水層有巨厚的粉質(zhì)粘土、粘土層相隔，接受其上部含水層中地下水的補(bǔ)給非常微弱，因此，來自西部、西北部上游地段的地下水徑流補(bǔ)給是其最主要的補(bǔ)給來源。而強(qiáng)開采地段(如縣城一帶)，其補(bǔ)給來源是其周圍地下水徑流補(bǔ)給。地下水總體流向是自西北流向東南，與物質(zhì)來源一致。水力坡度約1/15000，地下徑流滯緩。但局部開采地段地下水徑流強(qiáng)烈，如縣城一帶，水力坡度約1/100。排泄途徑除有地下徑流方式排出區(qū)外，城鎮(zhèn)生活及工業(yè)開采是其主要的排泄方式。

2 高氟水的成因分析

形成地下水氟高的成因，一是與本區(qū)的水文地質(zhì)條件有關(guān)，二是與本區(qū)地下水的水文地球化學(xué)環(huán)境有關(guān)。

2.1 水文地質(zhì)條件因素

1)水文條件

本區(qū)地下水總體流向是自西北流向東南，水力坡度約1/15000，地下徑流滯緩。地下徑流滯緩，地下水交替緩慢，排泄不暢，為氟的富集創(chuàng)造了有利條件。

2)地質(zhì)條件

地下水水中氟的形成需具有提供氟源的地質(zhì)背景，即具有含氟巖石的存在。本區(qū)的中、上更新統(tǒng)的粘性土體供氟源主要為含氟礦物黑云母、角閃石，且在粘粒和膠粒表面呈分散狀存在的易溶氟化物NaF和難溶氟化物CaF2等。以上這些巖石都為地下水中氟的富集提供了物質(zhì)來源。

2.2 水文地球化學(xué)環(huán)境因素

1)氟與PH的關(guān)系

本區(qū)內(nèi)所采集水樣PH值變化范圍在7.5～8.64之間，構(gòu)成了弱堿性環(huán)境。由圖1可以看出，當(dāng)F－≤1 mg/L時(shí)，PH值多在7.67～8.2之間，平均值為8.07;當(dāng)F－ ＞1 mg/L時(shí)，PH值多集中多在8.2～8.6之間，平均值為8.38?？梢姷叵滤谌鯄A性環(huán)境下為氟的遷移搬運(yùn)提供了條件，氟在堿性環(huán)境中極為活躍，常呈離子狀態(tài)存在，形成了本區(qū)分布范圍較大的高氟水。

2)氟與溶解性總固體的關(guān)系

由圖2可以看出，當(dāng)F－≤1 mg/L時(shí)，溶解性總固體值在452～714 mg/L之間，平均值為569 mg/L;當(dāng)F－含量＞1mg/L時(shí)，溶解性總固體值多集中在500～1000 mg/L之間，平均值為719 mg/L。在溶解性總固體變化空間不大的情況下(500～1000 mg/L之間)，F(xiàn)－濃度隨著 TDS增大有升高趨勢，在溶解性總固體大于1000 mg/L時(shí)，F(xiàn)－濃度有減小趨勢但仍大于1。深入分析，造成F－濃度減小的原因可能是F－與地下水中某些離子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成絡(luò)合物，降低了F－濃度[3]。

圖1 F－與PH值變化關(guān)系圖

圖2 F－與溶解性總固體值變化關(guān)系圖

3)氟與HCO3—Na型水的關(guān)系

從piper圖(F－含量＞1 mg/L)(圖3)上可以看出，影響高氟水濃度的優(yōu)勢陽離子為Na+，毫克當(dāng)量百分比在62%以上;優(yōu)勢陰離子為HCO3－，毫克當(dāng)量百分比在50%以上。可見Na離子占優(yōu)勢的地下水往往有利于F的富集，HCO3占優(yōu)勢的堿性環(huán)境中有利于含氟礦物中可交換的氟離子被水中的羥基置換而釋放到水中，因此高氟水與HCO3—Na型水密切相關(guān)，HCO3—Na型有利于氟的遷移和富集。

圖3 piper三線圖(F－含量＞1 mg/L)

4)氟與Ca2+的關(guān)系

本次運(yùn)用美國地質(zhì)調(diào)查局研發(fā)的PHREEQC[4]地球化學(xué)模擬軟件計(jì)算了地下水螢石CaF2的飽和指數(shù)SI值在－3.52～－0.71之間，均小于0，均未達(dá)到飽和。所有水樣都落在螢石的溶度積曲線以下(圖4);可見地下水水中的氟多以離子形式出現(xiàn)，這也是地下水水中氟高的原因之一。

圖4 F與Ca2+濃度的關(guān)系圖

3 高氟水泡茶試驗(yàn)

很多人喜歡喝茶葉水，因?yàn)椴杷泻芏嗪锰?但是高富水地區(qū)用茶葉泡水后，茶葉水有益處嗎?氟的含量是否會(huì)降低?帶著這個(gè)疑問，我們做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，即先測下高氟水的本底值(F－原)，然后把高氟水煮開后，分別用信陽毛尖及普洱茶進(jìn)行泡水，半個(gè)小時(shí)分別測其氟的含量。

由表1可知，煮開后的高氟水比本底值略高，其原因是濃縮的作用。用高氟水泡的茶葉水，氟的含量都有顯著提高，提高幅度約在27% －72%之間;其原因是茶葉呈堿性。可見，在高氟水地區(qū)盡量少喝茶葉水。

表1 氟的含量對比表

4 結(jié)語

由于沈丘縣淺層地下水受到污染，自2005年農(nóng)村飲水安全工程實(shí)施以來，沈丘縣開始開鑿深井，取水段在120～400m，但是深層地下水多數(shù)為高氟水。本文查明了沈丘縣地下水氟高的成因，為沈丘縣城鄉(xiāng)供水工程開發(fā)利用飲用地下水資源提供水文地質(zhì)依據(jù)，為沈丘縣水利局下一步開展除氟工作指明了方向。

[1]張群，李同賀，呂曉紅.塔里木盆地西部地區(qū)氟分布規(guī)律及成因分析[J].水資源保護(hù)，2010.7，Vol.26 No.4:43 －45

[2]趙鎖志，王喜寬，黃增芳，等.內(nèi)蒙古河套地區(qū)高氟水成因分析[J].巖礦測試，2007.8，Vol.26 No.4:320 －324

[3]劉進(jìn)，許光泉.淺層地下水氟的水化學(xué)特征及其水文地球化學(xué)成因[J].中國農(nóng)村水利水電，2010.4:33 －35

[4]劉瑞平，朱樺，楊炳超，等.大荔潛水含水層中氟的賦存規(guī)律及水化學(xué)成因[J].西北地質(zhì)，2008.6，Vol.41 No.4:134－140