羅煒宇

(廣東省地質(zhì)局第四地質(zhì)大隊(duì)，廣東 湛江 524049)

1 研究區(qū)概況

雷州半島東北部是湛江市地下水資源較為豐富的地區(qū)之一，地下水資源量約占湛江市的10%。長(zhǎng)期以來，該地區(qū)一直以地下水作為生產(chǎn)生活用水的主要供水水源，地下水成為了該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。隨著湛江市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，千萬噸現(xiàn)代化鋼鐵基地、中科煉化一體化以及巴斯夫(廣東)一體化等大型項(xiàng)目落戶湛江，給區(qū)域經(jīng)濟(jì)帶來巨大的發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，地下水開采量將進(jìn)一步增加。由于區(qū)內(nèi)地下水鐵離子含量相對(duì)較高，因此，給地下水的開發(fā)利用帶來了不利因素。

2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件分析

研究區(qū)內(nèi)地勢(shì)較低，標(biāo)高多低于40 m，最高點(diǎn)位于交椅嶺標(biāo)高165.3 m；地勢(shì)總體上西北高，東南低，向海傾斜；區(qū)內(nèi)地形起伏不大，屬沿海臺(tái)地和濱海平原地形。本區(qū)西北部為剝蝕侵蝕地貌，高程50～165 m，是地下水補(bǔ)給區(qū)；沿海地帶和海島為高程2 ～20 m的堆積平原及高程20～30 m的剝蝕低臺(tái)地，是地下水的徑流-排泄區(qū)及補(bǔ)給-徑流區(qū)。區(qū)內(nèi)出露地層為第四系。據(jù)鉆孔揭露，地層自上而下依次為第四系、新近系和古新系，基底為白堊系、元古系。其中，新近系的下洋組、第四系的湛江組是區(qū)內(nèi)主要的承壓水含水層位。

構(gòu)造部位處于湛江凹陷中。凹陷中沉積原逾千米的松散-半固結(jié)砂、砂巖和粘土、泥巖互層，其中夾多層厚約2～30.0 m的火山巖及數(shù)層厚幾厘米至十幾厘米的鐵皮層、泥炭土或炭化木塊(屑)。由下至上劃分為潿洲組、下洋組及湛江組，含水層巖性均由砂、礫組成，可見3～25個(gè)粗粒層(含水層)，單層厚2～30 m，總厚度20～310 m，均含孔隙承壓水。地表普遍分布北海組，厚5～25 m，巖性為砂礫石、粉土，含孔隙潛水—微承壓水。西、北部及東南部的硇洲島和其它少數(shù)塊段為火山巖(玄武巖、凝灰?guī)r)及其風(fēng)化紅土所覆蓋，含火山巖孔洞裂隙水。海邊和河流兩側(cè)分布全新統(tǒng)海成風(fēng)成砂、粉土和河流沖洪積砂、粉質(zhì)粘土等，厚度一般為5～15 m，含孔隙潛水。

3 鐵質(zhì)地下水主要危害及成因分析

3.1 鐵質(zhì)地下水主要危害

研究區(qū)范圍內(nèi)地下水(尤其承壓水)鐵含量普遍較高，一般為1～5 mg/L，部分達(dá)10 mg/L，俗稱為鐵質(zhì)水。鐵在人體新陳代謝中是必不可少的礦物質(zhì)之一。在生活飲用水中，含鐵量過高對(duì)人們的健康會(huì)有一定影響，會(huì)對(duì)心、肝和胰產(chǎn)生損害，容易產(chǎn)生鐵中毒，當(dāng)含鐵量大于1 mg/L時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鐵腥味而引起感官不適；當(dāng)含鐵量在0.3～0.5 mg/L以上時(shí)，洗滌衣物和衛(wèi)生設(shè)備便會(huì)殘留褐紅色的銹斑，用于造紙、紡織工業(yè)的漂白工藝會(huì)增加生產(chǎn)成本甚至降低產(chǎn)品質(zhì)量等，所以不同的供水對(duì)象，對(duì)水中鐵質(zhì)含量均有具體的要求，凡超過者均要處理方可使用。

3.2 鐵質(zhì)地下水成因分析

雷州半島東北部屬于為濕熱氣候，且地勢(shì)低平，因而地表植被繁茂，植物的腐枝爛葉甚多；濕熱多雨能促進(jìn)微生物的繁殖和有機(jī)物的分解，從而使有機(jī)物和有機(jī)酸的來源豐富。這些物質(zhì)長(zhǎng)年累月隨大氣降雨所形成的地表和地下徑流帶進(jìn)河流、湖泊和滲入地下的土壤、巖層中，在微生物的不斷作用下繼續(xù)進(jìn)行分解而產(chǎn)生大量CO2、有機(jī)酸、沼氣及少量硫化氫等，使區(qū)內(nèi)地表水和地下水中均含CO2，且絕大多數(shù)含HCO3-、SO42-、NO3-及微量H2S、NO2-、NH4+等；況且區(qū)內(nèi)淺層微承壓水—承壓水含水層的頂部和各層組間大多為粘土、粉質(zhì)粘土所覆蓋和隔離，絕大多數(shù)含水層處于封閉缺氧的還原環(huán)境中，具備了對(duì)巖層中二價(jià)鐵氧化物進(jìn)行溶解和使三價(jià)鐵氧化物還原生成可溶性二價(jià)鐵的優(yōu)越地理地質(zhì)條件。此外，區(qū)內(nèi)廣泛分布的北海組、湛江組、下洋組等松散地層中普遍夾有數(shù)層厚約幾至十幾厘米的鐵皮層和呈星點(diǎn)狀分布的黃鐵礦(FeS2)或結(jié)核狀菱鐵礦(FeCO3)?？梢妳^(qū)內(nèi)自地表至地下四五百米內(nèi)的松散層中，鐵的化合物含量較高，為區(qū)內(nèi)不斷產(chǎn)生鐵質(zhì)水提供了廣泛而豐富鐵質(zhì)來源。

研究區(qū)地下水根據(jù)其總鐵含量的高低劃分成非鐵質(zhì)水(小于0.3 mg/L)、低鐵質(zhì)水(0.3～1 mg/L)、中等鐵質(zhì)水(1～5 mg/L)、高鐵質(zhì)水(大于5 mg/L)。從表1可看出，由潛水→淺層水→承壓水，總鐵含量逐漸增大，而消耗氧則相應(yīng)地減少；同時(shí)這些水中均含CO2且絕大多數(shù)含HCO3-、NO3-及NH4+，據(jù)此推斷地下水中鐵質(zhì)的來源大體有四種主要途徑。

表1 各含水層組承壓水總鐵含量表

(1)含碳酸的地下水在滲透過程中，對(duì)巖石中所含的二價(jià)鐵化合物逐漸地進(jìn)行溶解，生成可溶性的重碳酸亞鐵：

FeO+2CO2+H2O→Fe(HCO3)2

(1)

Fe CO3+CO2+H2O→Fe(HCO3)2

(2)

(2)三價(jià)鐵的氧化物在還原環(huán)境里被還原而溶解于水。在富含有機(jī)質(zhì)的松散層中，因微生物的強(qiáng)烈作用而處于厭氧的還原條件下，有機(jī)物的厭氣分解又產(chǎn)生出相當(dāng)數(shù)量的硫化氫、二氧化碳及沼氣等，致使地層中的三價(jià)鐵氧化物被硫化氫還原生成硫化鐵，硫化鐵在碳酸作用下進(jìn)一步生成可溶性的二價(jià)鐵溶于水中：

Fe2O3+3H2S→2FeS+3H2O+S

(3)

FeS+2CO2+2H2O→Fe(HCO3)2+H2S

(4)

(3)有機(jī)物對(duì)鐵質(zhì)的溶解作用。有些有機(jī)酸能對(duì)巖層中的二價(jià)鐵起溶解作用；有些有機(jī)物能將巖層中的三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵并使其溶于水中；還有部分有機(jī)物能與鐵生成復(fù)雜的有機(jī)鐵而溶于水中。

(4)巖層中鐵的硫化物如黃鐵礦(FeS2)與含有自由氧的地下水相遇時(shí)，被氧化而溶于水中：

2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4

(5)

4 鐵質(zhì)地下水的分布特征

(1)鐵離子含量隨含水層位埋藏深度的增加而增多。據(jù)2014年4-5月在區(qū)內(nèi)選取水樣83個(gè)，其中潛水(民井)25個(gè)，淺層水(鍋錐井)25個(gè)，承壓水(鉆孔)33個(gè)，化驗(yàn)結(jié)果，鐵離子在各類型地下水中含量為承壓水﹥淺層水﹥潛水(見表2)。

表2 地表水及各類型地下水總鐵及有關(guān)成分含量表

(2)承壓水湛江組、下洋組中，總鐵含量隨埋深增加或減少，不同條帶或塊段有不同的規(guī)律性。隨深度增加鐵含量增多的主要分布于高陽～龍標(biāo)、東山～鋪?zhàn)小忌健綐贰嫌突匾粠?；隨深度增加鐵含量反而減少的則分布于合流～黃略～調(diào)順～赤坎～火車北站一帶和麻斜、民安等附近。

(3)在同地的不同層組中，總鐵含量高者，則Fe2+和游離CO2含量大多較高，pH值卻大多變低，而絕大多數(shù)含HCO3-和多數(shù)含SO42-也相對(duì)減少(見表3)，這可能是部分HCO3-、SO42-與鐵作用生成可溶性的Fe(HCO3)2、FeSO4所致。

表3 同地不同層組承壓水總鐵及有關(guān)成分含量表

(4)無論是潛水、淺層水還是承壓水，其總鐵含量在水平方向的變化與地形地貌、水文地質(zhì)條件有關(guān)。在補(bǔ)給區(qū)或近補(bǔ)給區(qū)的丘陵、臺(tái)地上，總鐵含量低，多為非鐵質(zhì)水；補(bǔ)給～逕流區(qū)為低～中鐵質(zhì)水；逕流～排泄區(qū)因水力坡度變小，地下逕流緩慢，使鐵質(zhì)富集成為中～高鐵質(zhì)水(見表1)。

(5)承壓水的總鐵含量變化概況大致為：在湛江組、下洋組層組中，除本區(qū)西至西北補(bǔ)給區(qū)一帶的湛江組地下水為非鐵質(zhì)水外，其余在該帶向東至南側(cè)沿逕流方向，依次形成低鐵質(zhì)水、中等鐵質(zhì)水和高鐵質(zhì)水。

5 結(jié)語

雷州半島東北部是地下水開采量較大的地區(qū)之一，無論城市或農(nóng)村、工業(yè)或農(nóng)業(yè)開發(fā)利用地下水已相當(dāng)普遍。針對(duì)該區(qū)域地下水中鐵含量較高的實(shí)際情況，對(duì)該區(qū)域鐵質(zhì)地下水成因及分布特征進(jìn)行了認(rèn)真研究，提出了相應(yīng)地下水開發(fā)利用中的除鐵措施和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)手段。在承壓水中等或高鐵質(zhì)水區(qū)布設(shè)生活用水開采井，必須采取除鐵措施；為降低開采成本，在有條件的地方，建議井位應(yīng)盡可能布在非鐵質(zhì)水區(qū)，如利用民井開采潛水、鍋錐井開采淺層水或機(jī)井開采承壓水，井位均宜布于補(bǔ)給區(qū)和靠近補(bǔ)給區(qū)一帶的逕流區(qū)內(nèi)，這樣既能降低開采成本又能保證水質(zhì)，確保飲水安全。此外，要加強(qiáng)對(duì)地下水資源量和水質(zhì)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握地下水水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化及發(fā)展趨勢(shì)，為區(qū)域地下水資源合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。