内蒙古化德县七号盆地高氟浅层地下水水化学特征

施俊杰，张春华，杨文凯，张建军

(1.内蒙古自治区第七地质矿产勘查开发院，内蒙古呼和浩特 010020;2.内蒙古自治区地质调查院，内蒙古呼和浩特 010020)

内蒙古化德县七号盆地高氟浅层地下水水化学特征

施俊杰1，张春华2，杨文凯1，张建军1

(1.内蒙古自治区第七地质矿产勘查开发院，内蒙古呼和浩特 010020;2.内蒙古自治区地质调查院，内蒙古呼和浩特 010020)

通过资料收集、野外调查、样品采集与测试分析，应用水文地质学、水文地球化学的基本理论和方法，分析了化德县七号盆地高氟浅层地下水水化学特征及氟的分布特征，归纳总结了研究区地下水氟的来源及影响因素，为该地区防氟改水提供了水文地质依据。

化德县;七号盆地;高氟水;水化学特征

氟是与人类健康密切相关的化学元素，对人体构成具有重要影响，但摄氟过量会导致氟中毒。地方性氟中毒在世界范围流行很广，危害极大。在我国除了上海、海南、台湾到目前还没有发现氟中毒，其他各个省市自治区都有地方性氟中毒不同程度的流行。内蒙101个旗县中有77个旗县存在饮水型氟中毒，生活在高氟地区的人口大约为600万，氟斑牙患者现有170万。据不完全统计，我国有近7 000万人饮用高氟水。

内蒙古化德县七号盆地是我国典型原生高氟地下水分布区，高氟地下水的存在直接威胁着广大农牧民的饮水安全。同时，地下水氟含量超标也造成了原本贫水的地区更加缺水，供需矛盾突出，严重阻碍了社会经济的快速发展。2009年，内蒙古自治区地质勘查项目招标委员会启动了“内蒙古自治区化德县城市供水七号水源地水文地质详查”计划项目，本文首次在系统总结本区已有水文地质调查的基础上，旨在分析七号盆地高氟地下水分布及水化学特征，为该地区防氟改水提供了水文地质依据。

1 研究区概况

1.1 自然地理概况

七号盆地位于内蒙古自治区乌兰察布市化德县东北部，东经 114°12'43″～ 114°49'41″，北纬 41°58'08″～42°17'16″。东西长 51 km，南北宽36 km。

七号盆地北临内蒙古高原中部，西南与阴山之余脉相联，处于区域分水岭地段。区内地形总趋势为西高东低，南、西、北三面环山，中部为区内最大的间歇性河流前二图郭勒，最高点在化德县七号镇西长顺沟北，地面高程为1 686.7 m;最低点在化德县七号镇东安叶村东北，地面高程1 236.0 m，整体上为低山丘陵和波状高原地形。

研究区地处内蒙古高原南沿，属于典型的半干旱大陆性气候。多年平均气温为2.8℃，多年平均降水量312.21 mm，蒸发量高达2013.23 mm。大气降水主要集中在6～8月份，占年降水量的58%以上。

1.2 地质与构造

区内地层区划属内蒙～松花江地层区，内蒙草原分区，镶黄旗～赤峰小区。出露地层从老到新为下二叠统三面井组(P1s)、上侏罗统张家口组(J3z)、下白垩统巴彦花组(K1b)、新近系上新统(N2)和第四系(Q)地层。其中新近系上新统(N2)地层分布最广，下白垩统巴彦花组(K1b)出露最少。

研究区岩浆浸入自华力西期以来较为频繁，以酸性深成侵入为主，其中华力西(γ4)和燕山期(γ5)花岗岩体分布最广，变质石英闪长岩δo4、花岗闪长岩γδ4、石英闪长玢岩δou4等均以小型岩体侵入，且与花岗岩有脉生关系。各种小型岩脉侵入也是境内岩浆活动的主要特点之一。在秋灵沟和七号镇三胜的石英脉岩中，伴有钨矿、绿柱石等小型脉岩，而在各期花岗岩中均见萤石以脉岩出现。华力西期花岗岩在李二考沟至沙河湾一带，形成了似片麻状花岗岩。由于较大的断裂构造的控制，各期花岗岩多以NE·NW两个方向侵入，为大小不一的岩株、岩墙产出。

研究区在大地构造上位于华力西晚期褶皱带与内蒙地轴交接部位。三级构造单元为阴山台拱。四级构造单元为化德穹褶断束。在构造体系上，恰位于纬向构造体系与新华夏系之复合部位。区内褶皱与断裂受复合体系的控制，以北东南西向为主。区内构造行迹以断裂为主，褶皱次之，岩浆岩活动频繁广泛。

1.3 水文地质概况

研究区主要供水含水层主要为第四系河谷松散岩类的孔隙潜水，主要分布在前二图郭勒河谷。在小比例克以西河谷宽约500 m，以东河谷宽约1 500－2 000 m。岩性以细砂、中粗砂、砂砾石为主，厚度平均10 m左右。在河谷上游其厚度一般小于10 m，在下游厚度大于10 m，最厚处在小比例克至徐四营子一带。涌水量由上游的小于100 m3/d到中下游渐增至300 m3/d。水位埋深一般在3 m以内，矿化度小于1.0 g/L。该含水层之下普遍分布一层厚度比较大的粘性土层，最厚处约40 m左右，为第四系河谷松散岩类孔隙潜水的隔水底板。

除第四系河谷外其它地段由于第四系松散层薄，甚至第三系地层直接出露地表，无第四系松散岩类的孔隙潜水。

第四系河谷松散岩类的孔隙潜水主要接受大气降水和洪水补给，少量接受低山丘岭裂隙潜水补给。地下水流向由西南向东北流，地下水的开采和地下径流是排泄的主要途径，潜水蒸发也是其不可忽视的排泄途径之一。

2 样品的采集与分析

为了研究七号盆地高氟地下水的水化学特征和成因，在研究区共采集潜水水样12组。采集的水样主要进行了常规水化学组分、氟离子分析。样品分析工作在内蒙古自治区第一水文地质工程地质勘查院实验室完成。

为了研究工作内地下水的形成环境、年龄，地下水的补给、径流、排泄条件，在充分分析已有资料的基础上，在研究区内共采集同位素样(T、D、18O)3组，其中大气降水样1组，浅层水(潜水)2组。样品由国土资源部地下水矿泉水及环境监测中心实验室测定完成，测试结果见表1、表2。

3 结果与讨论

3.1 高氟地下水水化学－同位素特征

3.1.1 潜水水化学特征

由于地处分水岭地带，研究区潜水主要接受大气降水的垂直入渗补给，水循环积极，交替作用强烈，地下水以溶滤作用为主，在河谷中心区，地下水位埋藏较浅，水化学成份受到蒸发浓缩作用影响较大。

根据本次研究取样分析结果(见图1)，潜水多为HCO3·CL～Na·Mg型水。PH值在7.50～8.23之间;矿化度在0.50～1.27 g/L之间，在不同地层岩性和地貌单元上表现出明显的分带性。潜水中的阴离子类型主要以HCO3型水和HCO3·CL型水为主，仅在沟谷下游崩红脑包支沟中以CL－型水为主。阳离子类型主要以Na·Mg型为主，仅在前二图郭勒上游设清沟中，阳离子类型为Na·Ca型。

图1 研究区地下水Piper三线图

潜水在前二图郭勒上游区主要为HCO3～Ca·Mg或Na·Mg型水。下游工作区边界邓家村一带主要为HCO3～Na·Mg型和HCO3·CL～Na· Mg型水;下游支沟中崩红脑包以南为CL～Na型水;其它广大地区皆HCO3·CL～Na·Mg型水。

沿前二图郭勒河谷，潜水矿化度呈现低～高～低的变化特征，在四合村、和睦村一带为0.65 g/L左右，到大庙、小比例克一带则增加到0.9 g/L左右，到河北三木匠以下，多＞1 g/L;在工作区边界邓家村，可能受到附近支沟地下水混合作用，矿化度又减少到0.7 g/L左右。潜水中其它离子的变化特征与矿化度变化规律基本一致(见表1)。

表1 研究区潜水水质测试结果

3.1.2 同位素分布特征

在水循环的每一阶段，受大气蒸汽源的同位素组成、水汽凝结和蒸发过程中的同位素分馏作用、蒸发作用以及不同水体的混合作用等影响，水中的18O和D具有不同的演化规律和组成特征。

工作区内没有开展过系统的同位素研究工作，不能建立当地大气降水稳定同位素雨水线方程，仅以临近本区的包头地区大气降水稳定同位素雨水线方程作为本地区的参考方程。

表2 同位素测试结果汇总表

从图2可以看出，各取样点均落在大气降水线的右下侧，说明区内地下水主要接受大气降水的补给，并且受到一定程度的蒸发作用影响。

图2 潜水、雨水δ18O与δD关系图

3.1.3 地下水氚年龄

根据地下水是否受到核爆试验期间产生的大量核爆氚的标记，可将地下水形成时间划分为核爆试验前和核爆试验后两个阶段。核爆试验前(1953年前)天然情况下大气降水的氚浓度为10 TU，这种含氚的降水入渗进入地下水之后，按照同位素放射性衰变方程，到取样时间2006年时，地下水的氚浓度衰减为0.5 TU，小于氚的测试本底。因此若地下水的氚浓度小于此数值，一般可认为其年龄大于50年;若地下水的氚浓度大于0.5 TU，则表明地下水为核爆试验开始后补给的，其年龄小于50年。

地下水中氚的浓度变化因素受多种因素的影响，不仅与大气降水及地表水输入到地下水中的氚浓度有关，还与含水介质的构造、岩石性质、地下水运动规律等因素有一定的关系。

从本次工作采集样品测试结果(表2)可以看出潜水中的氚值与大气降水中的氚值极为接近，说明潜水主要接受大气降水补给，并于近期形成。而承压水中氚含量分别为小于1 TU和1.3 TU，其年龄较大，但也应为核爆试验开始后补给的，其年龄也应小于50年。

3.2高氟地下水成因浅析

由表1可知，研究区第四系河谷潜水氟含量偏高，氟离子在12件水样中有10个样点超标，超标值在1.6～5.6 mg/L之间，超标率达83.33%，高氟水在河谷地区大面积分布。

3.2.1 形成高氟水原因之一

研究区二叠系板岩、凝灰质砂砾岩、岩屑晶屑凝灰岩和黑云母花岗岩、花岗斑岩、石英闪长岩比较发育。因此，为形成高氟水提供了物质来源。

3.2.2 氟的迁移和富集

含水层颗粒越粗，水力坡度越大，径流条件越好，氟越不易富集。而研究区内第四系松散岩类孔隙潜水分布地区(前二图郭勒河谷洼地区)，地形相对平缓，向下游缓倾斜，地形坡度上游罗家村一带约8‰，中游大公乌素村一带约2.5‰左右，下游八号村以下多1‰～2‰，地下水径流条件差，不利于氟迁移，而有利于氟富集。

3.2.3 弱碱性水有利于氟的富集

本区地下水pH值在7.50～8.23之间，为弱碱性水。资料显示，弱碱性水中含氟硅酸盐矿物易溶于水，导致岩石中的氟溶出。因此，地下水的pH值越高，越有利于氟的富集。

3.2.4 气候条件

气候条件为本区地下水中氟富集最根本的外在因素。研究区多年平均降水量312.21 mm，蒸发量高达2 013.23 mm，为极其干旱的气候特征，降水稀少，水动力条件差，蒸发强烈，浓缩作用加剧，致使含氟矿物溶解后富集。

4 结语

(1)研究区浅层地下水潜水氟含量在0.8～5.6 mg/L之间，氟离子在12件水样中有10个样点超标，超标率达83.33%，高氟水在河谷地区大面积分布。

(2)研究区地下水的弱碱性环境、背景岩石含氟高、地下水径流条件差、干旱、半干旱的气候条件是造成地下水氟元素富集的重要因素。

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Research on Hydro－chemical Characteristics of Fluorine－rich Shallow Groundwater in No.7 Basin of Huade County，Inner Mongolia

Shi Junjie1，Zhang Chunhua2，Yang Wenkai1，Zhang Jianjun1
(1.Inner Mongolia Seventh Geological Mineral Exploration Institute of，Hohhot 010020，China;2.Geological Survey Institute of Inner Mongolia，Hohhot 010020，China)

By analyzing water samples collected from No.7 basin of Huade county and field investigation data，the paper makes a study on the hydrochemical characteristics and distribution features of the fluorine－rich shallow groundwater under the guidance of hydrogeology and hydrogeochemistry theories.According to the result，source and influencing factors of fluorine in studied groundwater are summarized，which provide scientific basis for changing fluorine content and improve groundwater quality.

Huade County;No.7 basin;fluorine － rich groundwater and Hydrochemical characteristics

P641.12

A

1004－1184(2013)05－0032－04

2013-05-13

施俊杰(1984-)，男，山西大同人，助理工程师，主要从事水工环地质工作。