吉林省松嫩平原氟中毒病區(qū)水文地質(zhì)特征及防氟改水對(duì)策

郭常來，曹玉和，蔡 賀，李旭光

（1.沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，遼寧沈陽110034；2.吉林省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，吉林長春130021）

吉林省是全國氟中毒較重的省份之一，中毒類型為飲水型?熊紹禮，安鐘元，許國章.吉林省西部低平原地下水含氟狀況及防氟改水研究.1985..飲水型氟中毒系指機(jī)體以飲水為主要途徑攝入過量氟所引起的地域性氟中毒，主要病癥表現(xiàn)為氟斑牙和氟骨癥［1］.吉林省氟中毒流行于15個(gè)縣（市）區(qū)，3171個(gè)自然屯，氟斑牙患者66萬余人，氟骨癥患者5.5萬余人，氟斑牙患病率36.96%，氟骨癥患病率3.06%.上述病屯除安圖縣5個(gè)病屯和輝南縣2個(gè)病屯居于吉林省東部山區(qū)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、鎮(zhèn)賚、洮北、乾安、前郭、長嶺、扶余、雙遼、農(nóng)安等縣（市）區(qū)［2］（見圖1）.這些地區(qū)在地貌上主要為低平原、高平原和山前扇形平原的低洼地帶，居民用水主要是第四紀(jì)淺層水，高氟區(qū)地下水氟含量一般為1～3 mg/L，飲用高氟水是氟中毒的主要原因［3］?熊紹禮，王德昌，高山.吉林省防氟改水技術(shù)調(diào)查研究報(bào)告.1985.因病致殘、因病致貧的現(xiàn)狀相當(dāng)嚴(yán)重，嚴(yán)重制約了病區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展.控制氟中毒，至今還未發(fā)現(xiàn)有效藥物食物，只能通過降低飲用水中氟含量來控制，目前唯一的辦法就是因地制宜，尋找低氟水源［1］.

1 氟的來源

吉林松嫩平原地下水中氟的來源主要是周邊山區(qū)巖石中氟的釋放和平原內(nèi)部巖石中氟的溶解［4］.周邊山區(qū)巖石中氟釋放后，再經(jīng)地下水流遷移，在地下水徑流的匯水區(qū)或徑流-匯水區(qū)內(nèi)富集而形成高氟水.上述氟來源中以周邊山區(qū)巖石中氟釋放為主.氟的主要來源區(qū)為大興安嶺、東部及南部高平原［5］.

大興安嶺來源區(qū)主要由華力西期、燕山期花崗巖和中生代火山巖組成.在漫長的地質(zhì)歷史時(shí)期中，巖石經(jīng)受了強(qiáng)烈的風(fēng)化作用，致使風(fēng)化層厚度達(dá)數(shù)十米，巖石中的氟得到了充分的釋放并進(jìn)入地下水中.經(jīng)過對(duì)巖石氟含量的測(cè)定，巖石中氟含量介于1.53～3.63 mg/L，氟的釋放系數(shù)達(dá)到 0.073～1.52（見表 1）.

表1 大興安嶺地區(qū)巖石含氟量、釋放系數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 1 The fluoride contents and release degrees of rocks in Daxinganling area

東部及南部高平原氟的原始來源為長白山區(qū)的花崗巖、火山巖和玄武巖類.據(jù)巖石氟含量測(cè)定和含氟礦物分析，東部及南部高平原地區(qū)的巖石中氟含量介于4.2～102 mg/L，平均含量為55 mg/L.主要含氟礦物有：方氟硅鉀石（2KF·SiF）、方霜晶石（NaF·CaF2·AlF·H2O）、氟硅鈉礦（3Na2O6·CaO·2SiO2·ZnO2·2HF）、水鋁氟石（CaF2·2Al（FOH）2·2H2O）、鉀冰晶石（2KF·NaF·3AlF3）等.

氟在巖石、土壤中的含量比在地下水中的濃度要高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，在巖石-土壤-地下水系統(tǒng)中經(jīng)常保持較高的濃度梯度，存在著氟從巖石、土壤中向地下水中轉(zhuǎn)移的潛在可能性［2］.在基巖地區(qū)，巖石在風(fēng)化過程中，其中的氟化物被地下水所溶解，水中氟含量的高低與所流經(jīng)的巖石類型的富氟程度有密切的關(guān)系.例如在松嫩平原西側(cè)的大興安嶺一帶，廣泛分布有火山巖-次火山巖和螢石礦脈，構(gòu)成典型的富氟地球化學(xué)環(huán)境區(qū).據(jù)《吉林省西部低平原地下水含氟狀況及防氟改水研究》（熊紹禮等，1985），吉林松嫩平原地層中不同程度地含有磷灰石、角閃石、黑云母、電氣石等含氟礦物，這些礦物中的F-經(jīng)溶濾作用或水合作用進(jìn)入地下水中，為地下水中氟的來源提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ).

螢石和磷灰石的溶濾作用如下：

云母的水合作用：

從上述兩個(gè)來源區(qū)巖石釋放出的氟進(jìn)入地下水后，隨地下水徑流向平原匯水區(qū)域運(yùn)移，在通榆至乾安一帶富集形成高氟水.根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)條件分析，兩個(gè)氟來源區(qū)雖然具有共同的水化學(xué)富集區(qū)，但其控制范圍各有所局限.大興安嶺來源區(qū)的控制范圍大致在通榆縣的邊昭鎮(zhèn)—長嶺縣的三十號(hào)鄉(xiāng)—乾安縣的大布蘇泡、安唱鎮(zhèn)、讓字鎮(zhèn)—前郭縣的新廟鎮(zhèn)連線以北的廣大地區(qū)，連線以南的地區(qū)受東部和南部高平原來源區(qū)的控制（圖2）.

2 氟中毒病區(qū)的水文地質(zhì)特征

氟中毒病區(qū)是在地下水區(qū)域性或地域性地下水動(dòng)力條件影響和控制下形成的，大都出現(xiàn)在地下水的徑流-匯水區(qū)和匯水區(qū)，以匯水區(qū)為主.在松嫩平原的西部，徑流區(qū)僅存在于通榆的向海以西、雙崗以北地區(qū)，在東部徑流區(qū)僅存在于長嶺縣城至新安鎮(zhèn)連線以東，北界嫩江，南部幾乎無徑流，越松遼分水嶺后直接進(jìn)入?yún)R水區(qū)，水文地球化學(xué)作用是以富集為主.

松嫩低平原氟中毒病區(qū)地下水儲(chǔ)存于第四系上更新統(tǒng)和中更新統(tǒng)砂層，下更新統(tǒng)砂礫石層，新近系泰康、大安組砂巖，以及白堊系下統(tǒng)明水、四方臺(tái)組砂巖的儲(chǔ)水構(gòu)造中，地層巖性見圖3.第四系上更新統(tǒng)砂層地下水單井涌水量多小于100 m3/d，其他含水層涌水量都在500～3000 m3/d，局部低于500 m3/d.第四系上更新統(tǒng)水化學(xué)類型比較復(fù)雜，但是具有比較明顯的水平分帶性.在通榆縣四井子經(jīng)雙崗鎮(zhèn)連線以西和北部地區(qū)為HCO3-Mg·Na或Na·Ca型，在該連線向南、向西經(jīng)大布蘇泡至乾安、安字鎮(zhèn)一帶，地下水化學(xué)類型遞次變?yōu)?HCO3·Cl—Cl·HCO3—C 型水，陽離子組合變?yōu)镹a·Ca或Na型.地下水溶解性總固體由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統(tǒng)含水層以及新近系和白堊系含水層的水化學(xué)類型均為HCO3型水，溶解性總固體在1.0 g/L以下.

高平原氟中毒病區(qū)主要分布于農(nóng)安縣境內(nèi)的波羅泡子、元寶泡子和敖寶圖泡子等積水洼地.洼地約低于高平原正常臺(tái)面3～10 m，并成為地域性匯水洼地，除匯集地表徑流外，有的泡子還有常年或季節(jié)性溪流注入，同時(shí)也是第四系地下水的匯水盆地.地下水儲(chǔ)藏于第四系中更新統(tǒng)黃土狀亞黏土或湖相堆積的粉細(xì)砂、亞黏土和白堊系下統(tǒng)青山口組砂巖中.第四系中更新統(tǒng)含水層單井水量一般都在20～100 m3/d，水化學(xué)類型為 HCO3·SO4或 HCO3·Cl、Cl·HCO3型水，陽離子則以Na或 Na·Ca為主，溶解性總固體 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，高者可達(dá)7.0～8.0 mg/L.下伏為白堊系下統(tǒng)青山口砂巖，單井涌水量低于500 m3/d，水化學(xué)類型為HCO3-Ca或Ca·Na型水，氟含量低于1.0 mg/L，溶解性總固體低于1000 mg/L.

3 防氟改水對(duì)策

解決病區(qū)氟中毒，只能通過因地制宜，尋找低氟水源.首先進(jìn)行地方病高發(fā)區(qū)專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查，查清病區(qū)水文地質(zhì)條件，明確致病含水層和改水目的層；采用物探工作來確定含水層厚度以及示范井井位；在鉆探施工過程中嚴(yán)格控制鉆探成井工藝，保證示范工程的成功性.

根據(jù)上世紀(jì)80年代和本次實(shí)施的東北地方病嚴(yán)重區(qū)地下水勘查及供水安全示范項(xiàng)目在氟中毒區(qū)的專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查和防氟改水示范工程研究結(jié)果，在鎮(zhèn)賚、洮南、洮北、大安、通榆縣的西部和北部，防氟改水目的層為新近系泰康組含水層，含水層由中、細(xì)砂巖及砂礫巖組成，單井涌水量在500～1000 m3/d，水化學(xué)類型為HCO3-Na或Ca·Na型水，溶解性總固體低于1000 mg/L.個(gè)別地段新近系泰康組含水層氟含量超過1.0 mg/L時(shí)可開采新近系大安組，成井時(shí)要嚴(yán)格進(jìn)行止水，止水部位可在第四系中更新統(tǒng)黏土中進(jìn)行.個(gè)別以新近系大安組作為防氟改水目的層的防氟井，應(yīng)進(jìn)行二次止水，第二止水段可放在新近系泰康組底部的泥巖中.

在通榆縣的南部，乾安、扶余、前郭和長嶺西部，可將新近系大安組作為防氟改水開采目的層，該層地下水單井涌水量500～1000 m3/d，水化學(xué)類型為HCO3-Ca或 Ca·Na、Ca·Mg 等型，溶解性總固體低于 1000 mg/L，氟含量低于1.0 mg/L，止水一次，阻斷上覆第四系高氟水下滲，止水部位為第四系中更新統(tǒng)黏土層，成井工藝見圖3.在長嶺西部和雙遼等地以白堊系上統(tǒng)明水或四方臺(tái)組粉細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖含水層為防氟改水目的層，多為構(gòu)造裂隙水，成井做一次止水，止水部位為白堊系上統(tǒng)明水或四方臺(tái)組泥巖，單井涌水量100～500 m3/d，水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg或Ca·Na型水，溶解性總固體低于1000 mg/L，氟含量低于1.0 mg/L.

4 結(jié)語

高氟水的形成大都是在地下水徑流緩慢的匯水區(qū)域或局部匯水地段［6］.地形顯示為負(fù)地形中的極負(fù)地形或正地形中的負(fù)地形，是地下水及地表徑流的匯集區(qū)，同時(shí)也是水文地球化學(xué)作用的元素富集區(qū)，是本區(qū)高氟水形成的普遍機(jī)制.

研究區(qū)為吉林省氟中毒規(guī)模最大的區(qū)域，分布面積大，氟含量高，病情重，防氟改水應(yīng)以打井改水為主，防病改水應(yīng)先對(duì)病區(qū)進(jìn)行專項(xiàng)水文地質(zhì)調(diào)查，再進(jìn)行物探確定防病改水供水目的層位置及井位，然后進(jìn)行鉆探成井.開采目的層以新近系泰康組和大安組含水層為主，局部地方開采白堊系明水、四方臺(tái)組及嫩江、青山口組構(gòu)造裂隙水，應(yīng)選擇最有效、最經(jīng)濟(jì)的含水層為開采目的層.從保護(hù)水資源和地下水環(huán)境考慮，對(duì)防氟改水井采取先進(jìn)有效的成井工藝，做好止水工作，避免上下層水串通及二次污染，以達(dá)到防氟改水的目的.考慮到該區(qū)地下水的特點(diǎn)，采用了U-PVC塑料管，可防止水井運(yùn)行過程中鐵銹的二次污染.

［1］郭常來，李旭光，蔡賀，等.中國東北地氟病防病改水示范：以肇源縣為例［J］.中國地質(zhì)，2010（6）:651—656.

［2］湯潔，卞建民，李昭陽，等.松嫩平原氟中毒區(qū)地下水氟分布規(guī)律和成因研究［J］.中國地質(zhì)，2010（6）:614—620.

［3］周和宇，周婷婷.我國農(nóng)村安全飲用水地區(qū)差異及對(duì)策研究［J］.中國農(nóng)村衛(wèi)生事業(yè)管理，2009（7）:524—527.

［4］邸志強(qiáng)，李景春，苗英，等.東北地區(qū)飲水型地氟病與地質(zhì)環(huán)境［J］.地質(zhì)與資源，2008，17（2）:153—157.

［5］蔡賀，王長琪，張梅桂，等.中國東北飲水型地方性氟中毒的地質(zhì)環(huán)境特征及防治［J］.中國地質(zhì)，2010（6）:646—650.

［6］沈照理.水文地球化學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京：地質(zhì)出版社，1999.