塔里木盆地西部地區氟分布規律及成因分析

張 群,李同賀,呂曉紅

(1.新疆石河子水文水資源勘測局,新疆石河子 832000;2.新疆地礦局第三水文工程地質大隊,新疆喀什 844002;3.新疆水文水資源局,新疆烏魯木齊 830000)

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作用,但其濃度過高或過低對人體均有害,而人體所需的氟80%來自日常飲用水,因此飲用水中氟濃度的高低將起著決定性的作用。常見的氟中毒即是長期飲用高氟水造成的結果,其病情分布與水中氟濃度呈明顯的正相關關系,病情主要顯示為氟斑牙和氟骨癥。這種現象在塔里木盆地西部部分地區較常見,因此,開展水中含氟量的研究具有重要意義。

1 塔里木盆地西部地區氟病及氟分布規律

1.1 氟病的分布規律

塔里木盆地西部地區氟病主要表現為氟斑牙,其病區呈片狀分布,具有分布面積廣的特點[1]。阿克蘇沖積平原、克州地區的阿克陶縣、喀什地區的岳普湖縣、葉爾羌河中下游區及和田大部分地區,均有不同程度的病情顯示。而其中以阿克蘇沖積平原區氟中毒最為嚴重,患病率高達60%～80%,有些地帶甚至達90%以上。其他地區則為輕中型,患病率達30%～50%。各流域具有從山區到平原至沙漠區由非病區到輕病區到中病區至重病區演化的規律和特點。這與水中氟濃度的變化有密切關系。區內地下水及地表水氟濃度在各河上游區普遍較低,愈往下游水中氟濃度逐漸增高。從各流域看,阿克蘇沖積平原地下水中氟濃度高低分布與病情輕重分布相吻合,氟離子質量濃度相對最高,一般在1.5mg/L以上,最高達9.1mg/L;阿克陶縣及岳普湖縣潛水中氟離子質量濃度多在1～2mg/L;葉爾羌河中下游區水氟離子質量濃度也多在1～2mg/L,最高達4.5 mg/L。蓋孜河、葉爾羌河、和田河流域水氟離子質量濃度明顯較高。這一區域分布特征表明,水氟離子濃度較高是本區主要水文地球化學特征之一。

1.2 水氟離子濃度分布規律

新疆南疆地區(以天山為界)水中氟離子濃度在垂向上的變化與北疆地區截然不同,表現出上部潛水或承壓水氟離子濃度超標,下部潛水或承壓水則完全符合國家飲用水標準,具有愈往深處,水氟離子濃度越低的特點。從全面收集的資料來看,昆侖山各流域高氟區普遍與此特征相一致,除少數深井水氟離子質量濃度高于1mg/L超標外,絕大部分深井水均符合國家飲用水標準。如新疆地礦局第三水文工程地質大隊于1987—1989年進行的墨玉縣防病改水水文地質調查項目[2],共鑿11眼深井,除一口50m井取水層位淺,水氟離子質量濃度為2.03mg/L以外,其余多在0.28～0.93mg/L,而最深的160m井水中水氟離子質量濃度為0.28mg/L。表現出明顯的垂直遞減分布規律。但是在阿克蘇沖積平原區,水氟離子濃度在垂向上的變化與北疆區相似,除上層潛水略高于中部承壓水氟離子濃度外,下部承壓水水氟離子濃度也大大超過國家飲用水標準,水中氟離子濃度由上到下表現出上下高,中間低的分布特征。如溫宿縣黑孜鄉200 m勘探井分層取水[3],在109～140m段水氟離子質量濃度為1.88mg/L;而185～199m段,水氟離子質量濃度達2.6mg/L。在相距十幾千米的農-師六團,井深190m,水氟離子質量濃度達4.5mg/L,甚至超過上層潛水水氟離子濃度,愈往深層水氟離子濃度反而有增高的趨勢。

總之,塔里木盆地西部地區地下水中含氟現象是普遍存在的,但因流域不同,氟的垂向分布規律又表現出各自的特殊性。

2 氟離子富集成因分析

2.1 溶蝕和溶濾作用

地下水中氟的來源是極其廣泛的,但實際上并不是因此而到處是高氟水。氟離子富集的最根本原因是氟離子的本身特征和古自然地理環境。因此,分析研究氟離子富集的控制因素,以及不同地區控制因素的差異性,才能掌握各地區氟的分布規律和適于各區的尋找地下水的措施。

本區地下水主要來源于溶蝕和溶濾作用。天山、昆侖山富氟巖石受到地質營力作用而破壞,被地表水淋濾攜帶至平原區。另外,雨洪水將大量的富氟碎屑物質從山區搬運到平原河谷地帶沉積下來,被地表水充分溶解,因此地表水中氟離子質量濃度隨流程而升高(表1)。

表1 區內主要河流地表水氟離子質量濃度

2.2 地表水對地下水的補給及古地質沉積作用

地下水中氟離子濃度在區域上也有隨流程而增高的變化特征,即山區低、平原高,因此,地表水補給地下水成為地下水中氟的來源之一,但起決定作用的則是古地質時期所沉積下來的沉積物中氟的富集程度。對比低氟區的伽師土樣含氟量與阿克蘇溫宿縣黑孜鄉土樣分析資料(土溶氟)(表2),伽師縣3組15個樣[4],平均質量比為3.9mg/kg;阿克蘇溫宿縣4組18個土樣,平均質量比為15.9mg/kg,后者為前者的4倍,即兩地區潛水中氟離子濃度與表層土(＜3m)氟離子濃度的差值吻合。因此,研究區內土壤中含氟量高是形成高氟地下水環境的主導因素。)

表2 伽師縣與溫宿縣土溶氟[3-4]

2.3 溫度及埋深的影響

研究區地處內陸干旱盆地,氣候炎熱,降雨量稀少,強烈的蒸發作用為水中氟的濃縮創造了條件,造成區內大部分地區一定深度范圍內氟離子濃度較高,特別在地勢低洼、水位埋藏淺的區域,較水位深的地區氟離子濃度為大。分布于戈壁礫石帶前緣的地下水,水氟離子濃度很少大于1mg/L,其含氟量與河水含氟量相近,而細土平原區的地下潛水氟離子濃度普遍濃縮增高。因此氟的分布規律與地質地貌的分布有著密切的內在聯系,而地質地貌的分區可為氟的分帶劃分提供基礎依據。戈壁礫石帶沉積物顆粒粗大,含水介質以巖石和礦物的形式組成,加之水交替作用強烈,徑流暢通,因而水氟離子濃度較低。而細土平原區沉積物顆粒細小,含水介質多以礦物的形式存在,徑流條件差,水氟離子濃度就高。顆粒越細,徑流遲緩,則水對介質中氟的溶解就越充分,就越易富集。從收集到的基巖山區熱水資料看,水溫為20℃的溫泉,水氟離子質量濃度為0.5mg/L,而70～76℃的溫泉,水氟離子質量濃度達到8～12mg/L,表明隨溫度及埋深的增加,地下水含氟量增高。

區內水氟富集除上述原因外,還與所處的水文地球化學環境有關。區內地下水多呈堿性,pH值在7.4～8.2之間,易產生含氟的鹽類,并促使其趨于穩定,從而有利于氟的富集。

自然界的氟鹽中NaF、KF在水中溶解遠遠大于CaF2的溶解,在20℃時,前者達41.7mg/L,后者僅為16.5mg/L,地下水中的氟離子必然與鈉、鉀與鈣的關系密切。選擇墨玉縣及阿克蘇溫宿縣潛水水氟分析資料,作 ρ(F-)與 ρ(Na++K+)/ρ(Ca2+)相關關系散點圖(圖1),可以看出墨玉縣潛水中ρ(F-)低于1mg/L,ρ(Na++K+)/ρ(Ca2+)多在 0.75～2 之間,而 ρ(F-)大于1mg/L,ρ(Na++K+)/ρ(Ca2+)多在 2～12之間,僅少部分介于1～2。阿克蘇溫宿縣調查所取潛水水樣中 ρ(F-)全部超標,但 ρ(Na++K+)與ρ(Ca2+)的比值小于1時,ρ(F-)多在1.5～3.5mg/L之間,而其比值大于1時,潛水中 ρ(F-)則多在4.5～8.2mg/L之間,可見,當地下水中的 ρ(Na++K+)較大時,F-從含水介質中釋放出來,而Ca2+離子濃度較大時,抑制了F-從圍巖中釋出,即地下水中ρ(F-)與 ρ(Na++K+)的離子濃度成正比,與Ca2+的離子濃度成反比,地下水中 ρ(F-)將隨著 ρ(Na++K+)/ρ(Ca2+)比值增大而地表水中的離子濃度也不斷增多。

圖1 ρ(F-)與 ρ(Na++K+)/ρ(Ca2+)相關分析

3 結 語

a.塔里木盆地西部地區地下水補給源氟離子濃度和含水介質中氟離子濃度高低是客觀存在的,只能通過外界條件而起變化。

b.強烈的蒸發作用是造成細土平原區潛水中氟離子進一步濃縮增高的主導因素,但土壤中含氟是不可忽視的前提條件。

c.細土平原區的深層水,處于高壓及長期的充分溶解的過程中,造成了氟的富集。pH值的增大及ρ(Na++K+)/ρ(Ca2+)的增高也是造成地下水氟離子濃度增高的因素之一。綜合作用的結果形成區內眾多的高氟環境區。

d.建議長期觀測水中含氟量,為合理利用及保護水資源和防病改水提供可靠依據。

[1] 新疆地礦局第三水文工程地質大隊.塔里木盆地西部水文地球化學調查研究報告[R].喀什:新疆地礦局第三水文工程地質大隊,1989.

[2] 新疆地礦局第三水文工程地質大隊.新疆墨玉縣防病改水水文地質勘查報告[R].喀什:新疆地礦局第三水文工程地質大隊,1990.

[3] 新疆地礦局第三水文工程地質大隊.新疆溫宿縣黑孜鄉古勒阿提瓦提鄉防病改水水文地質勘查報告[R].喀什:新疆地礦局第三水文工程地質大隊,1994.

[4] 新疆地礦局第三水文工程地質大隊.新疆伽師縣胡夏瓦提鄉克孜勒鄉防病改水水文地質勘查報告[R].喀什:新疆地礦局第三水文工程地質大隊,1991.