珠海西部海岸带地下水锰的分布与成因

姚 普

(广东省地质调查院，广东 广州 510080)

珠海西部海岸带地下水锰的分布与成因

姚 普

(广东省地质调查院，广东 广州 510080)

珠海西部海岸是珠江三角洲地区主要组成部分，环境污染问题严重，通过开展水工环地质调查工作，对地下水水质资料进行分析。结果表明:平原区地下水锰含量普遍较高，为0.155～48.800 mg/L，平均含量为11.359 mg/L;而丘陵区地下水锰含量相对较低，为0.000 3～0.309 mg/L，平均含量为0.0433 mg/L，仅少量锰含量高点位于珠海市香洲区和斗门区的丘陵、台地边缘的地下水系统径流区或排泄区，地下水锰含量分布与所处区域补、径、排条件关系密切。平原区高锰含量的地下水主要为原生环境形成的，后期人类活动影响地下水的锰含量;地下水锰的迁移和富集受多因素控制，包括氧化还原条件、含水层介质与上覆土层性质、咸水区的“盐”效应、酸碱条件、地下水径流条件和环境污染等;该区地下水锰含量与矿化度、COD和氨离子呈显著的正相关关系，而与pH值呈较明显的负相关关系。

地下水;锰;分布特征;成因

珠海西部海岸带是珠江口西岸产业带的核心，是珠江三角洲地区的重要组成部分，位于珠江三角洲国家优化开发区域［1］。作为改革开放的前沿阵地，其经济的高速发展也带来了众多的环境污染问题。珠海市2011年公布的水资源公报表明，2011年全市入河废污水量19 200万 m3，根据江河、水库水质监测成果，以《地表水环境质量标准》为评价标准，城市内河前山河水质较差，部分水库总氮出现超标的情况;另外，枯水期该区地表水受咸潮上溯影响，水质恶化;珠海市已属于“水质型缺水”城市。为查明相关水文环境地质问题，有关部门开展了水工环地质工作，结果发现该区地下水锰是主要超标物之一。锰是人体必须的微量元素，锰摄入过量会损害身体健康［2］，我国饮用水卫生标准(GB5749－2006)和地下水质量标准(GB14848－93)均规定生活饮用水锰含量不应超过0.1mg/L，因此，分析研究地下水锰的成因，对于该区居民饮用水具有重要的现实意义。

1 研究区概况

珠海西部海岸带位于珠江三角洲南端，珠江口西岸，频临南海;地势由西北向东南倾斜;地貌有丘陵、冲积平原、滩涂，以丘陵为主;南亚热带季风海洋性气候，日照时间长，年日照1 991.8 h，年平均气温22.4℃，最低气温在2.5℃以上，最高气温38.5℃，年平均降雨量1 964 mm;河流众多，西江诸分流水道与当地河涌纵横交织，最后经崖门、磨刀门和鸡啼门流入南海(图1)。

区内出露地层主要有寒武系、泥盆系和第四系，大面积出露侏罗世和白垩世花岗岩。地下水分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、基岩裂隙水三大类。其中松散岩类孔隙水主要分布于河网发育的滨海平原区，含水层岩性以粗、中砂及卵砾石为主，厚度1～10 m，富水性贫乏—中等，多为微咸水～咸水，水质较差，地下水化学类型以Cl－Na型为主。丘陵区地下水水质一般较好，碎屑岩类裂隙孔隙水局部分布于平沙、南水和三灶等地，含水层岩性以砂砾岩、粉砂岩、石英砂岩为主，富水性贫乏，地下水化学类型主要为HCO3－ Na·Ca、HCO3·Cl－ Na·Ca型;基岩裂隙水广泛分布于区内丘陵、台地区，含水层岩性主要为二长花岗岩，富水性贫乏—中等，地下水化学类型主要为 HCO3－Na·Ca、HCO3·Cl－ Na·Ca型。

图1 珠海西部海岸带地下水锰含量分布图

2 样品采集与分析

样品的采集、保存及运输严格按照《水样的采取、保存和送检规程》(原地质矿产部)要求进行。2009年枯水期在民井中采集地下水样45组，主要分布于区域内低丘、台地及其边缘地带，多为古井，一般井口直径0.3～1.0 m，平均井深3.58 m，含水层岩性以粉细砂、细砂、砂质粘性土为主，水位埋深0.2～5.6 m;在施工的水文地质钻孔中采集地下水样6组，主要分布于滨海平原区，含水层岩性主要为中、粗砂;在河涌中采集地表水样6组。样品均在具有国家颁发的有关资质的广东省物料实验测试中心进行测试，执行标准参照GB/T 8538－95，分析质量报告和质控样分析结果显示，样品测试数据准确可靠。

3 锰含量的分布特征

依据国家标准《生活饮用水卫生标准》(GB5749－2006)，对珠海西部海岸带水样品中锰含量部分参数进行统计(表1)，结果表明:分布于丘陵、台地区的民井中采集的地下水锰的最小含量为0.000 3 mg/L，最大值为0.309 mg/L，平均值0.043 3 mg/L，超标组数6组，超标率为13.3%;平原区(钻孔)地下水锰的最小含量为0.155 mg/L，最大值达48.800 mg/L，平均值 11.352 mg/L，全 部 超 标，超 标率100%;钻孔附近河涌地表水锰含量最小值为0.0329 mg/L，最大值为0.374 mg/L，平均值0.153 mg/L，超标 3组，超标率50.0%。结合图1可以看出，地下水高锰含量主要分布于平原区，对应局部(3处)附近地表水锰含量也较高;而丘陵区地下水锰含量则相对较低，地下水系统补给区未见超标，仅6个超标点位于珠海市香洲区前山街办和斗门区的丘陵、台地边缘的地下水系统径流区或排泄区。地下水锰含量与所处区域补、径、排条件关系密切。

表1 水样品中锰含量统计表

4 成因分析

4.1 氧化还原条件

从区内地下水的锰含量来看，在平原区和地势低洼处的地下水锰含量明显高于丘陵区地下水(图1)。在丘陵区，岩石受到强烈的风化、分解以及溶滤作用而释放出锰离子，但由于所处区域为地下水系统的补给区，其氧化还原环境往往是强氧化环境，导致其释放出来的锰离子以高价的 Mn4+形式存在，在天然水中的溶解度很低［3］。在平原区则刚好相反，由于它们所处的区域多为地下水系统的排泄区，地下径流缓慢，其氧化还原环境一般处于还原环境状态，使得该区域中的锰离子主要以 Mn2+形式存在而较易溶于地下水中。本次调查发现地下水中的锰和COD呈较明显的正相关关系(图2)，地下水中COD与氧化还原电位Eh存在正相关关系，氧化还原往往预示着低COD，而还原环境往往预示着高COD，间接说明了该区地下水的还原条件有利于地下水锰的富集。

4.2 含水层介质及上覆土层性质

含水层介质及上覆土层性质是地下水锰分布的主要影响因素之一。含水层介质的岩性影响地下水锰的迁移和富集，地下水锰含量随着含水层介质锰含量的增高而增高;珠海西部海岸带丘陵区含水层介质多为砂质粘性土，多处于地下水系统的补给区，由于强氧化环境，土层中的锰离子多为高价难溶于水;而平原区地下水含水层的上覆土层多为淤泥、淤泥质土(表2)，富含有机质，所处的环境多为还原环境，其有机质发生厌氧反应，产生大量的较强还原剂HS和NH+，最

24终促使覆盖层中的 Mn4+被还原为 Mn2+而溶入地下水［4］。本次水样的测试结果也显示出该区地下水锰含量与其NH+4含量呈较明显的正相关关系(图3)。

图2 区内地下水锰含量与COD相互关系

图3 区内地下水锰含量与NH4+相互关系

图4 区内地下水锰含量与矿化度的相互关系

4.3 “盐”效应

平原区松散岩类孔隙水主要为半咸水－咸水，靠近丘陵、台地边缘地区松散岩类孔隙水为淡水;平原区水化学类型以Cl－Na型为主，矿化度普遍较高。本次在平原区施工的钻孔中(图1、表2)，仅靠近内陆丘陵边缘的 SW03为淡水，其矿化度为0.52 g/L，氯离子含量为133.19 mg/L;其他5处均为半咸水、咸水，矿化度为9.21～15.90 g/L，氯离子含量为5 126.44～9 582.14 mg/L(表2);平原区地下水锰全部超标，含量0.28～48.80 g/L。分析认为氯离子的含量在锰离子的形成中起主导作用［5］，矿化度和氯离子的含量越高，越有利于锰的迁移，“盐”效应对锰离子产生较大的影响，使地下水中的锰离子浓度增大，造成电性相同的钠、钙离子向吸附体交换出锰离子，与此同时，许多电性相反的离子(如氯离子)则争夺锰离子脱离固体表面转入地下水中，反映出随矿化度的不断增大，“盐”效应越强。本次该区水样的测试结果也显示出该区地下水锰含量与矿化度呈现非线性正相关关系(图4)，即矿化度大，锰离子含量高的特点;如SW04钻孔采集的地下水，矿化度达15.90 g/L，锰含量高达48.80 mg/L，而SW03采集的淡水锰含量则为0.155 mg/L。

表2 平原区地下水(钻孔)中部分化学成分

4.4 地下水的酸碱条件

地下水酸碱条件对锰的迁移与富集起到重要的作用。随着酸碱条件的改变，当环境由碱性向酸性条件转变时，锰元素变得更容易进入地下水中［5，6］。本次大量测试数据显示，区中的锰含量与pH值存在一定程度的非线性负相关关系(图5)，锰离子含量较高的地下水，多数pH值小于7;如平原区钻孔(SW04)中采集的地下水Mn含量为48.8 mg/L，对应的 pH 值为5.48。

图5 区内地下水锰含量与pH值的相互关系

4.5 地下水径流条件

一般情况下地下水径流条件越好，其锰元素越易流失，而地下水径流条件差则容易富集［5］。地下水的径流条件是影响地下水锰元素迁移和富集的重要因素之一。珠海西部海岸带平原区和地势低洼处的地下水径流条件明显差于丘陵区，其锰含量普遍高于丘陵区(图1)。

4.6 环境污染

根据本次调查资料，区内局部地段废水未经处理直接排入附近的地表水体，造成该地段河涌地表水污染，间接导致与其存在水力联系的地下水也受到一定程度的污染。本次调查发现，河涌地表水体的锰含量 为 0.032 9 ～0.374 mg/L，超标率50%(表 1)，局部河涌地表水已受到锰污染;表明环境污染是区内滨海平原区锰含量分布的影响因素之一，但与平原区地下水锰含量(表2)对比发现，地下水锰含量远高于地表水锰含量，表明环境污染不是地下水高锰含量的主导因素，高锰含量的地下水主要为原生环境形成的，后期人类活动影响地下水的锰含量。

5 结语

(1)珠海西部平原区地下水锰含量普遍较高，为0.155～48.800 mg/L，平均含量为 11.352 mg/L;而丘陵区地下水锰含量则相对较低，为 0.000 3～0.309 mg/L，平均含量为0.0433 mg/L，仅少量锰含量高点位于珠海市香洲区和斗门区的丘陵、台地边缘的地下水系统径流区或排泄区，地下水锰含量分布与所处区域补、径、排条件关系密切。

(2)平原区高锰含量的地下水主要为原生环境形成的，后期人类活动(环境污染)影响地下水的锰含量。

(3)地下水锰的分布受多因素控制，其影响因素包括氧化还原条件、含水层介质与上覆土层性质、咸水区的“盐”效应、酸碱条件、地下水径流条件和环境污染等;该区地下水锰含量与矿化度、COD和氨离子呈显著的正相关关系，而与pH值呈较明显的负相关关系。

［1］广东省人民政府.广东省主体功能区规划(R).粤府〔2012〕120号文.2012.

［2］孔祥瑞.必需微量元素的营养、生理及临床意义［M］.合肥:安徽科技出版社.1992.

［3］雷万荣，唐春梅，江凌云.浅谈地下水中锰、锰质的迁移与富集规律［J］.江西科学.2006，24(1):80－82.

［4］任陶军，李晓，周亚芹.成都市地下水中锰、锰变化规律及成因分析［J］.水土保持研究.2007，14(1):211－214.

［5］曾昭华.长江中下游地区地下水中Mn元素的背景特征及其形成［J］.上海地质.2004，(1):9－12.

［6］沈照理，朱宛华，钟佐燊.水文地球化学基础［M］.北京:地质出版社.1993:74－77.

Distribution and Origin of Manganese in Groundwater in the West Zhuhai Coastal Zone

YAO Pu
(Geological Survey of Guangdong Province，Guangzhou 510080，Guangdong)

The results of groundwater quality in the west Zhuhai coastal zone show that the content of manganese in the plain area is very high，range from 0.155 to 48.800 mg/L with an average of 11.359 mg/L.The content of manganese in the hilly area is relatively low，range from 0.0003 to 0.309 mg/L with an average of 0.0433 mg/L，only few contents of high manganese in groundwater distributed in runoff area or discharge area of groundwater system in the edge hilly area of in Xiangzhou district and Doumen district of Zhuhai city.The distribution of manganese content in groundwater is closely related to conditions of the groundwater recharge，runoff，discharge.The groundwater of high manganese content in the plain area is mainly formed in primary environment，afterwards influenced by human activity.Transport and concentrate of manganese in groundwater is controlled by many factors that are redox environment，aquifer media and characteristics of overlying soils，effect of“salt”，pH condition，runoff conditions，environmental pollution and so on.There exists an obvious positive correlation between the manganese content and salinity，COD，and ammonia ion of groundwater as well as a notable negative correlation between the manganese content and pH value of groundwater in the west Zhuhai coastal zone.

Groundwater;manganese content;distribution;origin

P641.12

A

1004－1184(2015)04－0001－03

2015－04－01

中国地质调查局“珠江三角洲经济区城市群地质环境综合调查”项目(1212011220013)资助

姚普(1982－)，男，安徽肥东人，工程师，主要从事水工环地质工作。