含量/% 含量统计 岩 性 样品数/个 最小值 最大值 平均值 标准差 最小值 最大值 平均值 粘土 32 19 13 11 6 5.15 4.05 3.33 2.91 2.01 6.90 4.94 3.90 3.20 2.81 5.88 4.47 3.66 3.06 2.53 0.51 0.32 0.19 0.11 0.37 0.49 0.48 0.24 0.15 0.10 0.11 0.08 0.03 0.03 0.05 0.23 0.19 0.13 0.06 0.06 淤泥质粘土 粉砂 细砂 中砂 74 地 球 学 报 第三十六卷 图 10 铁 pH-pE 图 Fig. 10 pH-pE diagram of Fe I-高[H+]和高电子活度区, 酸性还原介质, Fe2+是主要存在形式; II-高[H+]和低电子活度区, 酸性氧化介质, Fe3+是主要存在形式; III-低酸性氧化介质, Fe(OH)3是主要存在形式; IV-碱性还原介质, Fe(OH)3是很稳定的 I-high [H+] and high activity area, acid reducing medium, Fe2 + is the main existence form; II-high [H+] and low electron activity area, acid oxidation medium, Fe3+ is the main existence form; III-low acidity oxidizing medium, Fe(OH)3 is the main existence form; IV-alkaline reducing medium, Fe(OH)3 is very stable 成 的 理 论 与 实 践 开 展 了 大 量 的 调 查 研 究 工 作 (Bower et al., 1967; 曾溅辉, 1995; 曹玉清等, 1997; Manouchehr et al., 2008; Tewodros et al., 2009; Chander et al., 2011; Dey et al., 2012; Chidambaram et al., 2013), 本文仅就河套平原高氟地下水中氟的来源与富集的主要因素进行分析。 氟的来源氟的来源: 河套平原周边山区出露的地层比较齐全, 中生界以前的地层在山区均以裸露基岩出现, 新生界的松散岩类地层主要分布在平原区。其中, 太古界的乌拉山群主要由区域深变质的各种片麻岩、片岩等组成; 元古界的渣尔泰群属于区域中深变质岩系, 主要有千枚岩、绢云石墨片岩及角闪斜长片麻岩等组成; 古生界、中生界主要由海相和海陆交互相的碎屑岩和碳酸盐岩沉积组成。另外, 山区还分布着大量不同时期的火成岩, 其岩性主要是花岗岩和闪长岩。上述地层和岩体中存在着大量富含氟的矿物, 如: 黑云母、金云母、绢云母、角闪石等 , 经 取 样 测 试 氟 的 含 量 范 围 在 火 成 岩 中 为85~5400 μg/g(n=30), 平均 673 μg/g, 变质岩中为19~6250 μg/g(n=43), 平 均 952 μg/g( 赵 锁 志 等 , 2007)。 通过对山区流出的泉水和地表水的分析表明, 在 5 个样品中有两个样品氟含量超标, 其中最大值为1.38 mg/L, 最小值为0.71 mg/L, 平均为0.996 mg/L, 这充分表明山区含氟的矿物、岩石是目前河套平原山前冲洪积扇区高氟地下水的主要物质来源。 氟的富集氟的富集: 河套平原地下水中氟的富集主要与气候、构造和水文地质以及水化学条件有关。 如前所述, 河套地区属于典型的干旱半干旱地区, 具有降雨量少、蒸发量大、昼夜温差大等气候特点。这一特殊的气候条件, 一方面使山区植被稀少岩体风化破碎强烈, 易于氟的溶出; 另一方面在山前的冲洪积扇径流排泄区, 由于地下水的强烈蒸发易于氟的富集, 再加上干旱半干旱气候条件使地表水和地下水的 pH 值普遍偏高, 有利于氟的迁移。因此认为气候条件是河套平原高氟地下水形成和聚集的主要因素之一。 河套平原是一个构造形态上呈现北深南浅、西深东浅不对称簸箕状拗陷, 也是一个构造活动和垂直差异运动十分显著的地区, 这一构造特征使得山前冲积洪积扇区的地形仍然比较低平, 平原西部地区 的 水 力 坡 度 为 1/3000~1/4000, 东 部 地 区 为1/4000~1/6000, 在扇裙地带多在 1‰~5‰, 再加如前所述的水文地质条件, 地下水几乎处于停滞状态, 这样从山区流出的高氟地表水和地下水在冲、洪积扇区形成聚集。 通过对全区地下水水质类型的分析和研究, 河套平原山前冲洪积区的地下水, 其阴离子全部为HCO3显大于碱金属(Na++K+)离子含量, 但 Ca2+、Mg2+和Na+单一离子成分均不构成本区地下水中的优势离子成分。通过对河套平原地下水环境背景值的研究–, 阳离子中碱土金属离子含量(Ca2++Mg2+)明表明(刘文波等, 2014), 河套平原冲洪积扇区地下水中 Ca2+的背景值是全区最低的区域, 在高氟区 (F– >1.0 mg/L)128 个地下水样品中 Ca2+的平均含量为 61.29 mg/L, 而在非高氟区(F– ≤ 1.0 mg/L)Ca2+的平均含量为 125.12 mg/L(n=508)。 Ca2+含量低不利于CaF2的形成, 使 F–在地下水中得不到自然的沉淀, 从而形成了高氟地下水。 5 结论与建议结论与建议 通过对内蒙古河套平原高铁高氟地下水分布与成因研究得出如下结论。 (1)河套平原分布有大量的高铁和高氟地下水, 在 调 查 研 究 区 12510.83 km2范 围 内 , 深 度 在 10~40 m 的浅层地下水中, 分布有高铁水(Fe> 0.3 mg/L)9310.66 km2,占调查区总面积的 74.40%, 其中 Fe>1.5 mg/L 的Ⅴ类水的分布面为 3050.63 km2; 分布有高氟水(F– >1.0 mg/L)2308.35 km2, 占调查区总面积的 18.45%, 其中 F– >2.0 mg/L 的Ⅴ类水的分 第一期 冯翠娥等: 内蒙古河套平原浅层高铁高氟地下水分布与成因 75 布面积为 104.3 km2。 (2)高铁水主要分布在平原中部的冲湖积平原。在平面上, Fe>1.5 mg/L 的Ⅴ类水, 主要分布在西部的蛮会、白脑包、团结一带, 中部的海子堰、塔尔湖, 东部的新安、德岭山、苏独仑等地带, 这些地带地势较为低洼, 均为地下水排泄区; 在垂向上, 同一地点随着深度的增加铁含量增大; 在时间上, 铁含量的变化呈现出低水位期含量低, 高水位期含量高的变化规律。 (3)高氟水主要分布在山前的冲洪积扇地带。在垂向上同一地点地下水中氟含量随着深度的增加有增大的倾向, 但是变化较小; 在时间上, 高水位期氟含量急剧增大, 低水位期氟含量也急剧变小, 这一特征在非高氟区表现的不是特别明显。 (4)研究表明, 河套平原中部冲积湖积物中以[Fe(OH)3]n或[Fe(OH)]+Fe3+的胶体形式存在的沉积物, 是高铁地下水形成的主要物质来源, 封闭盆地的还原环境, 包括地下水水位的抬升, 以及中性偏碱性的 pH 值是铁从沉积物中溶出的主要原因; 平原周边山区含氟矿物、岩石是河套平原山前冲洪积扇区高氟地下水的主要物质来源, 干旱半干旱气候、特殊的地质构造、水文地质及水化学条件是高氟地下水形成的主要因素。 (5)由于河套平原地下水的pH值属于中性偏碱性, 因此在使用地下水的过程中, 可采取曝气溶氧和过滤的方法去除水中的铁; 对于中重度氟超标(F >2 mg/L)的高氟水可采用活性氧化铝吸附处理工艺、混凝沉淀工艺、电渗析或反渗透处理工艺等的除氟方法。 参考文献