吉林省松嫩平原氟中毒病区水文地质特征及防氟改水对策

郭常来，曹玉和，蔡 贺，李旭光

（1.沈阳地质矿产研究所，辽宁沈阳110034；2.吉林省地质环境监测总站，吉林长春130021）

吉林省是全国氟中毒较重的省份之一，中毒类型为饮水型❶熊绍礼，安钟元，许国章.吉林省西部低平原地下水含氟状况及防氟改水研究.1985..饮水型氟中毒系指机体以饮水为主要途径摄入过量氟所引起的地域性氟中毒，主要病症表现为氟斑牙和氟骨症［1］.吉林省氟中毒流行于15个县（市）区，3171个自然屯，氟斑牙患者66万余人，氟骨症患者5.5万余人，氟斑牙患病率36.96%，氟骨症患病率3.06%.上述病屯除安图县5个病屯和辉南县2个病屯居于吉林省东部山区外，其余均位于松嫩平原，分布于吉林省西部的大安、通榆、洮南、镇赉、洮北、乾安、前郭、长岭、扶余、双辽、农安等县（市）区［2］（见图1）.这些地区在地貌上主要为低平原、高平原和山前扇形平原的低洼地带，居民用水主要是第四纪浅层水，高氟区地下水氟含量一般为1～3 mg/L，饮用高氟水是氟中毒的主要原因［3］❷熊绍礼，王德昌，高山.吉林省防氟改水技术调查研究报告.1985.因病致残、因病致贫的现状相当严重，严重制约了病区的经济发展.控制氟中毒，至今还未发现有效药物食物，只能通过降低饮用水中氟含量来控制，目前唯一的办法就是因地制宜，寻找低氟水源［1］.

1 氟的来源

吉林松嫩平原地下水中氟的来源主要是周边山区岩石中氟的释放和平原内部岩石中氟的溶解［4］.周边山区岩石中氟释放后，再经地下水流迁移，在地下水径流的汇水区或径流-汇水区内富集而形成高氟水.上述氟来源中以周边山区岩石中氟释放为主.氟的主要来源区为大兴安岭、东部及南部高平原［5］.

大兴安岭来源区主要由华力西期、燕山期花岗岩和中生代火山岩组成.在漫长的地质历史时期中，岩石经受了强烈的风化作用，致使风化层厚度达数十米，岩石中的氟得到了充分的释放并进入地下水中.经过对岩石氟含量的测定，岩石中氟含量介于1.53～3.63 mg/L，氟的释放系数达到 0.073～1.52（见表 1）.

表1 大兴安岭地区岩石含氟量、释放系数统计表Table 1 The fluoride contents and release degrees of rocks in Daxinganling area

东部及南部高平原氟的原始来源为长白山区的花岗岩、火山岩和玄武岩类.据岩石氟含量测定和含氟矿物分析，东部及南部高平原地区的岩石中氟含量介于4.2～102 mg/L，平均含量为55 mg/L.主要含氟矿物有：方氟硅钾石（2KF·SiF）、方霜晶石（NaF·CaF2·AlF·H2O）、氟硅钠矿（3Na2O6·CaO·2SiO2·ZnO2·2HF）、水铝氟石（CaF2·2Al（FOH）2·2H2O）、钾冰晶石（2KF·NaF·3AlF3）等.

氟在岩石、土壤中的含量比在地下水中的浓度要高出几个数量级，因此，在岩石-土壤-地下水系统中经常保持较高的浓度梯度，存在着氟从岩石、土壤中向地下水中转移的潜在可能性［2］.在基岩地区，岩石在风化过程中，其中的氟化物被地下水所溶解，水中氟含量的高低与所流经的岩石类型的富氟程度有密切的关系.例如在松嫩平原西侧的大兴安岭一带，广泛分布有火山岩-次火山岩和萤石矿脉，构成典型的富氟地球化学环境区.据《吉林省西部低平原地下水含氟状况及防氟改水研究》（熊绍礼等，1985），吉林松嫩平原地层中不同程度地含有磷灰石、角闪石、黑云母、电气石等含氟矿物，这些矿物中的F-经溶滤作用或水合作用进入地下水中，为地下水中氟的来源提供了丰富的物质基础.

萤石和磷灰石的溶滤作用如下：

云母的水合作用：

从上述两个来源区岩石释放出的氟进入地下水后，随地下水径流向平原汇水区域运移，在通榆至乾安一带富集形成高氟水.根据区域水文地质条件分析，两个氟来源区虽然具有共同的水化学富集区，但其控制范围各有所局限.大兴安岭来源区的控制范围大致在通榆县的边昭镇—长岭县的三十号乡—乾安县的大布苏泡、安唱镇、让字镇—前郭县的新庙镇连线以北的广大地区，连线以南的地区受东部和南部高平原来源区的控制（图2）.

2 氟中毒病区的水文地质特征

氟中毒病区是在地下水区域性或地域性地下水动力条件影响和控制下形成的，大都出现在地下水的径流-汇水区和汇水区，以汇水区为主.在松嫩平原的西部，径流区仅存在于通榆的向海以西、双岗以北地区，在东部径流区仅存在于长岭县城至新安镇连线以东，北界嫩江，南部几乎无径流，越松辽分水岭后直接进入汇水区，水文地球化学作用是以富集为主.

松嫩低平原氟中毒病区地下水储存于第四系上更新统和中更新统砂层，下更新统砂砾石层，新近系泰康、大安组砂岩，以及白垩系下统明水、四方台组砂岩的储水构造中，地层岩性见图3.第四系上更新统砂层地下水单井涌水量多小于100 m3/d，其他含水层涌水量都在500～3000 m3/d，局部低于500 m3/d.第四系上更新统水化学类型比较复杂，但是具有比较明显的水平分带性.在通榆县四井子经双岗镇连线以西和北部地区为HCO3-Mg·Na或Na·Ca型，在该连线向南、向西经大布苏泡至乾安、安字镇一带，地下水化学类型递次变为 HCO3·Cl—Cl·HCO3—C 型水，阳离子组合变为Na·Ca或Na型.地下水溶解性总固体由1.0～3.0 g/L，甚至更高，地下水氟含量介于1.0～12.0 mg/L.埋藏于其下的第四系中下更新统含水层以及新近系和白垩系含水层的水化学类型均为HCO3型水，溶解性总固体在1.0 g/L以下.

高平原氟中毒病区主要分布于农安县境内的波罗泡子、元宝泡子和敖宝图泡子等积水洼地.洼地约低于高平原正常台面3～10 m，并成为地域性汇水洼地，除汇集地表径流外，有的泡子还有常年或季节性溪流注入，同时也是第四系地下水的汇水盆地.地下水储藏于第四系中更新统黄土状亚黏土或湖相堆积的粉细砂、亚黏土和白垩系下统青山口组砂岩中.第四系中更新统含水层单井水量一般都在20～100 m3/d，水化学类型为 HCO3·SO4或 HCO3·Cl、Cl·HCO3型水，阳离子则以Na或 Na·Ca为主，溶解性总固体 1000～3000 mg/L，或大于3000 mg/L的微咸水、咸水.氟含量一般在3.0～5.0 mg/L，高者可达7.0～8.0 mg/L.下伏为白垩系下统青山口砂岩，单井涌水量低于500 m3/d，水化学类型为HCO3-Ca或Ca·Na型水，氟含量低于1.0 mg/L，溶解性总固体低于1000 mg/L.

3 防氟改水对策

解决病区氟中毒，只能通过因地制宜，寻找低氟水源.首先进行地方病高发区专项水文地质调查，查清病区水文地质条件，明确致病含水层和改水目的层；采用物探工作来确定含水层厚度以及示范井井位；在钻探施工过程中严格控制钻探成井工艺，保证示范工程的成功性.

根据上世纪80年代和本次实施的东北地方病严重区地下水勘查及供水安全示范项目在氟中毒区的专项水文地质调查和防氟改水示范工程研究结果，在镇赉、洮南、洮北、大安、通榆县的西部和北部，防氟改水目的层为新近系泰康组含水层，含水层由中、细砂岩及砂砾岩组成，单井涌水量在500～1000 m3/d，水化学类型为HCO3-Na或Ca·Na型水，溶解性总固体低于1000 mg/L.个别地段新近系泰康组含水层氟含量超过1.0 mg/L时可开采新近系大安组，成井时要严格进行止水，止水部位可在第四系中更新统黏土中进行.个别以新近系大安组作为防氟改水目的层的防氟井，应进行二次止水，第二止水段可放在新近系泰康组底部的泥岩中.

在通榆县的南部，乾安、扶余、前郭和长岭西部，可将新近系大安组作为防氟改水开采目的层，该层地下水单井涌水量500～1000 m3/d，水化学类型为HCO3-Ca或 Ca·Na、Ca·Mg 等型，溶解性总固体低于 1000 mg/L，氟含量低于1.0 mg/L，止水一次，阻断上覆第四系高氟水下渗，止水部位为第四系中更新统黏土层，成井工艺见图3.在长岭西部和双辽等地以白垩系上统明水或四方台组粉细砂岩、中细砂岩含水层为防氟改水目的层，多为构造裂隙水，成井做一次止水，止水部位为白垩系上统明水或四方台组泥岩，单井涌水量100～500 m3/d，水化学类型为HCO3-Ca·Mg或Ca·Na型水，溶解性总固体低于1000 mg/L，氟含量低于1.0 mg/L.

4 结语

高氟水的形成大都是在地下水径流缓慢的汇水区域或局部汇水地段［6］.地形显示为负地形中的极负地形或正地形中的负地形，是地下水及地表径流的汇集区，同时也是水文地球化学作用的元素富集区，是本区高氟水形成的普遍机制.

研究区为吉林省氟中毒规模最大的区域，分布面积大，氟含量高，病情重，防氟改水应以打井改水为主，防病改水应先对病区进行专项水文地质调查，再进行物探确定防病改水供水目的层位置及井位，然后进行钻探成井.开采目的层以新近系泰康组和大安组含水层为主，局部地方开采白垩系明水、四方台组及嫩江、青山口组构造裂隙水，应选择最有效、最经济的含水层为开采目的层.从保护水资源和地下水环境考虑，对防氟改水井采取先进有效的成井工艺，做好止水工作，避免上下层水串通及二次污染，以达到防氟改水的目的.考虑到该区地下水的特点，采用了U-PVC塑料管，可防止水井运行过程中铁锈的二次污染.

［1］郭常来，李旭光，蔡贺，等.中国东北地氟病防病改水示范：以肇源县为例［J］.中国地质，2010（6）:651—656.

［2］汤洁，卞建民，李昭阳，等.松嫩平原氟中毒区地下水氟分布规律和成因研究［J］.中国地质，2010（6）:614—620.

［3］周和宇，周婷婷.我国农村安全饮用水地区差异及对策研究［J］.中国农村卫生事业管理，2009（7）:524—527.

［4］邸志强，李景春，苗英，等.东北地区饮水型地氟病与地质环境［J］.地质与资源，2008，17（2）:153—157.

［5］蔡贺，王长琪，张梅桂，等.中国东北饮水型地方性氟中毒的地质环境特征及防治［J］.中国地质，2010（6）:646—650.

［6］沈照理.水文地球化学基础［M］.北京：地质出版社，1999.