姚 普

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080)

珠海西部海岸帶地下水錳的分布與成因

姚 普

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080)

珠海西部海岸是珠江三角洲地區(qū)主要組成部分，環(huán)境污染問題嚴(yán)重，通過開展水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作，對地下水水質(zhì)資料進(jìn)行分析。結(jié)果表明:平原區(qū)地下水錳含量普遍較高，為0.155～48.800 mg/L，平均含量為11.359 mg/L;而丘陵區(qū)地下水錳含量相對較低，為0.000 3～0.309 mg/L，平均含量為0.0433 mg/L，僅少量錳含量高點(diǎn)位于珠海市香洲區(qū)和斗門區(qū)的丘陵、臺(tái)地邊緣的地下水系統(tǒng)徑流區(qū)或排泄區(qū)，地下水錳含量分布與所處區(qū)域補(bǔ)、徑、排條件關(guān)系密切。平原區(qū)高錳含量的地下水主要為原生環(huán)境形成的，后期人類活動(dòng)影響地下水的錳含量;地下水錳的遷移和富集受多因素控制，包括氧化還原條件、含水層介質(zhì)與上覆土層性質(zhì)、咸水區(qū)的“鹽”效應(yīng)、酸堿條件、地下水徑流條件和環(huán)境污染等;該區(qū)地下水錳含量與礦化度、COD和氨離子呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與pH值呈較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

地下水;錳;分布特征;成因

珠海西部海岸帶是珠江口西岸產(chǎn)業(yè)帶的核心，是珠江三角洲地區(qū)的重要組成部分，位于珠江三角洲國家優(yōu)化開發(fā)區(qū)域［1］。作為改革開放的前沿陣地，其經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展也帶來了眾多的環(huán)境污染問題。珠海市2011年公布的水資源公報(bào)表明，2011年全市入河廢污水量19 200萬 m3，根據(jù)江河、水庫水質(zhì)監(jiān)測成果，以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，城市內(nèi)河前山河水質(zhì)較差，部分水庫總氮出現(xiàn)超標(biāo)的情況;另外，枯水期該區(qū)地表水受咸潮上溯影響，水質(zhì)惡化;珠海市已屬于“水質(zhì)型缺水”城市。為查明相關(guān)水文環(huán)境地質(zhì)問題，有關(guān)部門開展了水工環(huán)地質(zhì)工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該區(qū)地下水錳是主要超標(biāo)物之一。錳是人體必須的微量元素，錳攝入過量會(huì)損害身體健康［2］，我國飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749－2006)和地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB14848－93)均規(guī)定生活飲用水錳含量不應(yīng)超過0.1mg/L，因此，分析研究地下水錳的成因，對于該區(qū)居民飲用水具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

珠海西部海岸帶位于珠江三角洲南端，珠江口西岸，頻臨南海;地勢由西北向東南傾斜;地貌有丘陵、沖積平原、灘涂，以丘陵為主;南亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候，日照時(shí)間長，年日照1 991.8 h，年平均氣溫22.4℃，最低氣溫在2.5℃以上，最高氣溫38.5℃，年平均降雨量1 964 mm;河流眾多，西江諸分流水道與當(dāng)?shù)睾佑靠v橫交織，最后經(jīng)崖門、磨刀門和雞啼門流入南海(圖1)。

區(qū)內(nèi)出露地層主要有寒武系、泥盆系和第四系，大面積出露侏羅世和白堊世花崗巖。地下水分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、基巖裂隙水三大類。其中松散巖類孔隙水主要分布于河網(wǎng)發(fā)育的濱海平原區(qū)，含水層巖性以粗、中砂及卵礫石為主，厚度1～10 m，富水性貧乏—中等，多為微咸水～咸水，水質(zhì)較差，地下水化學(xué)類型以Cl－Na型為主。丘陵區(qū)地下水水質(zhì)一般較好，碎屑巖類裂隙孔隙水局部分布于平沙、南水和三灶等地，含水層巖性以砂礫巖、粉砂巖、石英砂巖為主，富水性貧乏，地下水化學(xué)類型主要為HCO3－ Na·Ca、HCO3·Cl－ Na·Ca型;基巖裂隙水廣泛分布于區(qū)內(nèi)丘陵、臺(tái)地區(qū)，含水層巖性主要為二長花崗巖，富水性貧乏—中等，地下水化學(xué)類型主要為 HCO3－Na·Ca、HCO3·Cl－ Na·Ca型。

圖1 珠海西部海岸帶地下水錳含量分布圖

2 樣品采集與分析

樣品的采集、保存及運(yùn)輸嚴(yán)格按照《水樣的采取、保存和送檢規(guī)程》(原地質(zhì)礦產(chǎn)部)要求進(jìn)行。2009年枯水期在民井中采集地下水樣45組，主要分布于區(qū)域內(nèi)低丘、臺(tái)地及其邊緣地帶，多為古井，一般井口直徑0.3～1.0 m，平均井深3.58 m，含水層巖性以粉細(xì)砂、細(xì)砂、砂質(zhì)粘性土為主，水位埋深0.2～5.6 m;在施工的水文地質(zhì)鉆孔中采集地下水樣6組，主要分布于濱海平原區(qū)，含水層巖性主要為中、粗砂;在河涌中采集地表水樣6組。樣品均在具有國家頒發(fā)的有關(guān)資質(zhì)的廣東省物料實(shí)驗(yàn)測試中心進(jìn)行測試，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 8538－95，分析質(zhì)量報(bào)告和質(zhì)控樣分析結(jié)果顯示，樣品測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

3 錳含量的分布特征

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749－2006)，對珠海西部海岸帶水樣品中錳含量部分參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表1)，結(jié)果表明:分布于丘陵、臺(tái)地區(qū)的民井中采集的地下水錳的最小含量為0.000 3 mg/L，最大值為0.309 mg/L，平均值0.043 3 mg/L，超標(biāo)組數(shù)6組，超標(biāo)率為13.3%;平原區(qū)(鉆孔)地下水錳的最小含量為0.155 mg/L，最大值達(dá)48.800 mg/L，平均值 11.352 mg/L，全 部 超 標(biāo)，超 標(biāo)率100%;鉆孔附近河涌地表水錳含量最小值為0.0329 mg/L，最大值為0.374 mg/L，平均值0.153 mg/L，超標(biāo) 3組，超標(biāo)率50.0%。結(jié)合圖1可以看出，地下水高錳含量主要分布于平原區(qū)，對應(yīng)局部(3處)附近地表水錳含量也較高;而丘陵區(qū)地下水錳含量則相對較低，地下水系統(tǒng)補(bǔ)給區(qū)未見超標(biāo)，僅6個(gè)超標(biāo)點(diǎn)位于珠海市香洲區(qū)前山街辦和斗門區(qū)的丘陵、臺(tái)地邊緣的地下水系統(tǒng)徑流區(qū)或排泄區(qū)。地下水錳含量與所處區(qū)域補(bǔ)、徑、排條件關(guān)系密切。

表1 水樣品中錳含量統(tǒng)計(jì)表

4 成因分析

4.1 氧化還原條件

從區(qū)內(nèi)地下水的錳含量來看，在平原區(qū)和地勢低洼處的地下水錳含量明顯高于丘陵區(qū)地下水(圖1)。在丘陵區(qū)，巖石受到強(qiáng)烈的風(fēng)化、分解以及溶濾作用而釋放出錳離子，但由于所處區(qū)域?yàn)榈叵滤到y(tǒng)的補(bǔ)給區(qū)，其氧化還原環(huán)境往往是強(qiáng)氧化環(huán)境，導(dǎo)致其釋放出來的錳離子以高價(jià)的 Mn4+形式存在，在天然水中的溶解度很低［3］。在平原區(qū)則剛好相反，由于它們所處的區(qū)域多為地下水系統(tǒng)的排泄區(qū)，地下徑流緩慢，其氧化還原環(huán)境一般處于還原環(huán)境狀態(tài)，使得該區(qū)域中的錳離子主要以 Mn2+形式存在而較易溶于地下水中。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)地下水中的錳和COD呈較明顯的正相關(guān)關(guān)系(圖2)，地下水中COD與氧化還原電位Eh存在正相關(guān)關(guān)系，氧化還原往往預(yù)示著低COD，而還原環(huán)境往往預(yù)示著高COD，間接說明了該區(qū)地下水的還原條件有利于地下水錳的富集。

4.2 含水層介質(zhì)及上覆土層性質(zhì)

含水層介質(zhì)及上覆土層性質(zhì)是地下水錳分布的主要影響因素之一。含水層介質(zhì)的巖性影響地下水錳的遷移和富集，地下水錳含量隨著含水層介質(zhì)錳含量的增高而增高;珠海西部海岸帶丘陵區(qū)含水層介質(zhì)多為砂質(zhì)粘性土，多處于地下水系統(tǒng)的補(bǔ)給區(qū)，由于強(qiáng)氧化環(huán)境，土層中的錳離子多為高價(jià)難溶于水;而平原區(qū)地下水含水層的上覆土層多為淤泥、淤泥質(zhì)土(表2)，富含有機(jī)質(zhì)，所處的環(huán)境多為還原環(huán)境，其有機(jī)質(zhì)發(fā)生厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生大量的較強(qiáng)還原劑HS和NH+，最

24終促使覆蓋層中的 Mn4+被還原為 Mn2+而溶入地下水［4］。本次水樣的測試結(jié)果也顯示出該區(qū)地下水錳含量與其NH+4含量呈較明顯的正相關(guān)關(guān)系(圖3)。

圖2 區(qū)內(nèi)地下水錳含量與COD相互關(guān)系

圖3 區(qū)內(nèi)地下水錳含量與NH4+相互關(guān)系

圖4 區(qū)內(nèi)地下水錳含量與礦化度的相互關(guān)系

4.3 “鹽”效應(yīng)

平原區(qū)松散巖類孔隙水主要為半咸水－咸水，靠近丘陵、臺(tái)地邊緣地區(qū)松散巖類孔隙水為淡水;平原區(qū)水化學(xué)類型以Cl－Na型為主，礦化度普遍較高。本次在平原區(qū)施工的鉆孔中(圖1、表2)，僅靠近內(nèi)陸丘陵邊緣的 SW03為淡水，其礦化度為0.52 g/L，氯離子含量為133.19 mg/L;其他5處均為半咸水、咸水，礦化度為9.21～15.90 g/L，氯離子含量為5 126.44～9 582.14 mg/L(表2);平原區(qū)地下水錳全部超標(biāo)，含量0.28～48.80 g/L。分析認(rèn)為氯離子的含量在錳離子的形成中起主導(dǎo)作用［5］，礦化度和氯離子的含量越高，越有利于錳的遷移，“鹽”效應(yīng)對錳離子產(chǎn)生較大的影響，使地下水中的錳離子濃度增大，造成電性相同的鈉、鈣離子向吸附體交換出錳離子，與此同時(shí)，許多電性相反的離子(如氯離子)則爭奪錳離子脫離固體表面轉(zhuǎn)入地下水中，反映出隨礦化度的不斷增大，“鹽”效應(yīng)越強(qiáng)。本次該區(qū)水樣的測試結(jié)果也顯示出該區(qū)地下水錳含量與礦化度呈現(xiàn)非線性正相關(guān)關(guān)系(圖4)，即礦化度大，錳離子含量高的特點(diǎn);如SW04鉆孔采集的地下水，礦化度達(dá)15.90 g/L，錳含量高達(dá)48.80 mg/L，而SW03采集的淡水錳含量則為0.155 mg/L。

表2 平原區(qū)地下水(鉆孔)中部分化學(xué)成分

4.4 地下水的酸堿條件

地下水酸堿條件對錳的遷移與富集起到重要的作用。隨著酸堿條件的改變，當(dāng)環(huán)境由堿性向酸性條件轉(zhuǎn)變時(shí)，錳元素變得更容易進(jìn)入地下水中［5，6］。本次大量測試數(shù)據(jù)顯示，區(qū)中的錳含量與pH值存在一定程度的非線性負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖5)，錳離子含量較高的地下水，多數(shù)pH值小于7;如平原區(qū)鉆孔(SW04)中采集的地下水Mn含量為48.8 mg/L，對應(yīng)的 pH 值為5.48。

圖5 區(qū)內(nèi)地下水錳含量與pH值的相互關(guān)系

4.5 地下水徑流條件

一般情況下地下水徑流條件越好，其錳元素越易流失，而地下水徑流條件差則容易富集［5］。地下水的徑流條件是影響地下水錳元素遷移和富集的重要因素之一。珠海西部海岸帶平原區(qū)和地勢低洼處的地下水徑流條件明顯差于丘陵區(qū)，其錳含量普遍高于丘陵區(qū)(圖1)。

4.6 環(huán)境污染

根據(jù)本次調(diào)查資料，區(qū)內(nèi)局部地段廢水未經(jīng)處理直接排入附近的地表水體，造成該地段河涌地表水污染，間接導(dǎo)致與其存在水力聯(lián)系的地下水也受到一定程度的污染。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，河涌地表水體的錳含量 為 0.032 9 ～0.374 mg/L，超標(biāo)率50%(表 1)，局部河涌地表水已受到錳污染;表明環(huán)境污染是區(qū)內(nèi)濱海平原區(qū)錳含量分布的影響因素之一，但與平原區(qū)地下水錳含量(表2)對比發(fā)現(xiàn)，地下水錳含量遠(yuǎn)高于地表水錳含量，表明環(huán)境污染不是地下水高錳含量的主導(dǎo)因素，高錳含量的地下水主要為原生環(huán)境形成的，后期人類活動(dòng)影響地下水的錳含量。

5 結(jié)語

(1)珠海西部平原區(qū)地下水錳含量普遍較高，為0.155～48.800 mg/L，平均含量為 11.352 mg/L;而丘陵區(qū)地下水錳含量則相對較低，為 0.000 3～0.309 mg/L，平均含量為0.0433 mg/L，僅少量錳含量高點(diǎn)位于珠海市香洲區(qū)和斗門區(qū)的丘陵、臺(tái)地邊緣的地下水系統(tǒng)徑流區(qū)或排泄區(qū)，地下水錳含量分布與所處區(qū)域補(bǔ)、徑、排條件關(guān)系密切。

(2)平原區(qū)高錳含量的地下水主要為原生環(huán)境形成的，后期人類活動(dòng)(環(huán)境污染)影響地下水的錳含量。

(3)地下水錳的分布受多因素控制，其影響因素包括氧化還原條件、含水層介質(zhì)與上覆土層性質(zhì)、咸水區(qū)的“鹽”效應(yīng)、酸堿條件、地下水徑流條件和環(huán)境污染等;該區(qū)地下水錳含量與礦化度、COD和氨離子呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與pH值呈較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

［1］廣東省人民政府.廣東省主體功能區(qū)規(guī)劃(R).粵府〔2012〕120號文.2012.

［2］孔祥瑞.必需微量元素的營養(yǎng)、生理及臨床意義［M］.合肥:安徽科技出版社.1992.

［3］雷萬榮，唐春梅，江凌云.淺談地下水中錳、錳質(zhì)的遷移與富集規(guī)律［J］.江西科學(xué).2006，24(1):80－82.

［4］任陶軍，李曉，周亞芹.成都市地下水中錳、錳變化規(guī)律及成因分析［J］.水土保持研究.2007，14(1):211－214.

［5］曾昭華.長江中下游地區(qū)地下水中Mn元素的背景特征及其形成［J］.上海地質(zhì).2004，(1):9－12.

［6］沈照理，朱宛華，鐘佐燊.水文地球化學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京:地質(zhì)出版社.1993:74－77.

Distribution and Origin of Manganese in Groundwater in the West Zhuhai Coastal Zone

YAO Pu
(Geological Survey of Guangdong Province，Guangzhou 510080，Guangdong)

The results of groundwater quality in the west Zhuhai coastal zone show that the content of manganese in the plain area is very high，range from 0.155 to 48.800 mg/L with an average of 11.359 mg/L.The content of manganese in the hilly area is relatively low，range from 0.0003 to 0.309 mg/L with an average of 0.0433 mg/L，only few contents of high manganese in groundwater distributed in runoff area or discharge area of groundwater system in the edge hilly area of in Xiangzhou district and Doumen district of Zhuhai city.The distribution of manganese content in groundwater is closely related to conditions of the groundwater recharge，runoff，discharge.The groundwater of high manganese content in the plain area is mainly formed in primary environment，afterwards influenced by human activity.Transport and concentrate of manganese in groundwater is controlled by many factors that are redox environment，aquifer media and characteristics of overlying soils，effect of“salt”，pH condition，runoff conditions，environmental pollution and so on.There exists an obvious positive correlation between the manganese content and salinity，COD，and ammonia ion of groundwater as well as a notable negative correlation between the manganese content and pH value of groundwater in the west Zhuhai coastal zone.

Groundwater;manganese content;distribution;origin

P641.12

A

1004－1184(2015)04－0001－03

2015－04－01

中國地質(zhì)調(diào)查局“珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)城市群地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查”項(xiàng)目(1212011220013)資助

姚普(1982－)，男，安徽肥東人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作。