由Ca2+ 与I的散点图(图6c )发现,碘含量随着Ca2+ 的增加呈增长趋势,相关系数达 0.521 。罗津 [12 ] 曾开展的相关实验表明:“在有盐类参与时,溴和碘的吸附作用按下列顺序略有增强: K + >Na+>Mg2+>Ca2+和 SO2-4 >Cl- 。”这 说 明 随 着 Ca 2+ 、Mg2+和Cl- 含量的增高,碘的吸附作用逐渐减弱,解吸作用增强。在研究区的高碘地下水样中,有25%的水样属于碱土金属非重碳酸型,这一类型的地下水中碘的解吸作用是比较强的。图6c中有3个水样点Ca2+ 浓度很高,但碘含量小于100 μg/ L ,明显偏离这一趋势,主要是由于这3个水样点处于地下水的狼山山前补给区或黄河侧渗区。虽然高含量的Ca2+ 有利于碘的解吸,但解吸下来的碘会随着地下水运移,最后在地下水径流滞缓区富集。研究区地下水另一个较显著的特点就是具有较高的碱度,水中 HCO -3含量最高可达1　116mg/ L 。在碘含量小于150 μ g /L 时,HCO - 3 与碘有明显的正相关关系,而当碘含量大于 150 μ g / L 时,碘与HCO - 3 呈现负相关,如图 6f所示。一方面,铝硅酸盐等黏土矿物的水解会产生一定浓度的 HCO -3;另一方面,在强还原条件下,有机质的微生物代谢过程也会产生 HCO -3 。地下水中I与 HCO-3的关系可 王妍妍,马 　 腾,董一慧,等/ 地学前缘 ( Earth 　 Science 　 Frontiers ) 2014 , 21 ( 4 )　　 71 　 　 　http :// www.earthsciencefrontiers.net.cn　地学前缘, 2014 , 21 (4 )图6　碘的解吸作用分析图Fig.6　Diagrams　for　the　desorption　of　iodine用于解释碘的释放源自于微生物活动驱动下的有机质分解。Hu等[ 13 ] 指出,黏土矿物、倍半氧化物(Fe 2 O 3和 Al2 O 3 )以及有机质均可以固定土壤中的碘。而本研究区地下水中 Fe和I的相关系数达 0.819(图6d), HCO -3和I的相关系数为-0.325,而 Al和I的相关系数只有0.113 ,几乎不相关,所以杭锦后旗土壤中碘的吸附与解吸主要与 Fe2 O 3 及有机质有关。钻孔 SH 沉积物中 Fe 2 O 3 的质量分数为3.80%~6.92% ,在垂向上含量较高的层位( -25m处)正是高碘地下水所在的层位。由于沉积物黏土中方解石的含量变化不大,钻孔SH 中总碳的显著变化主要是有机碳的贡献。由钻孔沉积物 Fe 2 O 3 和总碳含量随深度变 化 趋 势(图7)可知,它们具有一定的对应关系,在黏土或亚黏土层中含量较高,说明二者在沉积物中受到相同的地球化学过程控制,有机质分解一方面可以将吸附在有机质上的碘解吸到地下水中,另一方面有机图7　钻孔 SH 中 Fe2 O 3 和总 C 含量在沉积物剖面上的变化Fig.7　The　variation　trends　of　Fe 2 O 3 andtotal　C　in　sediments　in　Drill　SH质分解过程中所形成的还原环境有利于 Fe2 O 3 的还原性溶解,碘从 Fe2 O 3 的表面释放,同时 Fe也溶解到地下水中。 72 　 　 　 　　 王妍妍,马 　 腾,董一慧,等/ 地学前缘 ( Earth 　 Science 　 Frontiers ) 2014 , 21 ( 4 )http :// www.earthsciencefrontiers.net.cn　地学前缘, 2014 , 21 (4 )在 F1 中 Eh 和 pH 所 占 载 荷 不 高,分 别 为-0.259和-0.195。由图6g可知,碘含量随着 Eh的增加呈降低趋势,I含量 >150μ g/ L的地下水样基本处于还原环境。在低 Eh条件下( Eh<-30mV ),Fe 2 O 3 的还原性溶解使得碘得以从沉积物释放而进入地下水中。高碘水普遍为还原环境,与前述晚更新世后期的沉积环境为湖相的还原环境相一致。pH 对于环境中离子形态和迁移具有决定性作用。从图6h中可以看出,高碘水基本都处于 pH=7.3~8.6的弱碱性环境,pH 过高或过低都不利于碘的富集。这是由于碘在地下水中主要以碘离子和碘酸根的形式存在 [14 - 16 ] ,随着 pH 值的增加,黏土矿物带更多的负电荷,降低了对以阴离子形式存在的碘离子和碘酸根的吸附,或者高的 pH 值阻止了碘的吸附 [17 - 18 ] ,增强了碘的解吸作用,为地下水中碘的富集创造了条件。综上所述, F1中的I 、Br 、 Fe和 Ca2+代表了碘的解吸作用。4.2　 杭锦后旗高碘地下水的成因研究区内的东升庙矿区狼山群变质岩原岩主要由砂岩、砂质泥岩、炭质泥岩、白云岩、泥灰岩等组成 [19 ] 。碘的地球丰度为0.6×10 -6 ,而砂岩含碘量为1.7×10-6 ,页岩为(1.0~1.2 ) ×10-6 ,碳酸盐岩为1.2×10-6 [ 20 ] ,均高于碘的地球丰度。对于平原浅层沉积物,2007年8月的钻孔 SH资料中没有碘的数据,所以我们选择地质及水文地质环境类似的大同盆地进行估算。河套平原和大同盆地均为中新生代断陷盆地,构造封闭,沉积了以内陆湖相为主的巨厚的第四系细粒碎屑沉积物,主要含水层为灰黑色的粉细砂层或粉细砂与黏土、淤泥质黏土互层。