高氟地下水形成机理

Question

如题所述

Answer 1

从气候、地形地貌、地层岩性、地下水动力条件等分析，得出区域高氟地下水的分布规律及其成因，这种结果对于解决实际问题还存在着较大的局限性，因为我们更关心的是具体位置处氟离子含量的高低，而这种宏观层面上的成因分析得到的只是一种统计的结果，很难用来指导实际工作。

地质环境作为一个系统，具有层级性，不同空间尺度层级之间的控制条件和主导限制因素不同。空间尺度越大（区域尺度），其与区域的影响要素关系密切；尺度越小（局域尺度），则对局域要素的关系更密切。而高氟地下水的形成机理指的是在微观水化学环境中所发生的一系列的物理化学过程，因此在研究井点尺度上高氟地下水成因时，我们着重注意该点处的水化学微环境。

20世纪60～70年代，氟对人体的危害机理受到了国内外专家学者的重视，发现氟和Ca、P有着密切的联系，氟可以影响人体内正常的钙磷代谢。之后高氟的形成机理开始成为研究的焦点。

Kundu et al.（2001）通过对Nayagarh 地区地下水水质分析，分别作了Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、Cl^-、

、pH值与F^-之间的散点图，观察到pH值、Na⁺、Cl^-以及

和F^-有较好的正相关关系，与 Ca²⁺、Mg²⁺存在负相关关系。Mondal（2009）用相关分析研究了AndhraPradesh地区F^-与其他离子之间的关系，并认为TDS、Ca²⁺、

与F^-为负相关关系，而与Na⁺没有明显相关关系，这说明研究区HCO₃-Na型水不适合高氟的富集。Subba（2009）认为F^-与

关系密切，大致呈正相关关系，而与Cl^-相关性较差。Rafiqueetal. （2009）通过研究，认为地下水中F^-的形成与多种水化学因子有关，如pH 值、Na⁺等。Jacks et al.（2005）通过研究证明，F^-含量与包气带土体的pH值相关性较好。Levy et al.（1999）通过对加利福尼亚地区的F^-与其他离子组分之间的相关关系进行研究，认为偏碱性的低钙环境有利于F^-的富集。Rukah et al.（2004）用地球化学方法研究了Jordan北部高氟地下水的形成，认为F^-与

、

相关关系明显。Chaeetal.（2007）认为，高氟地下水主要富集在HCO₃-Na型水中，而在HCO₃-Na型水中F^-含量较低。

我国自20世纪60年代以来，从地质环境、地球化学、水文地球化学等角度出发，对影响高氟地下水迁移富集的有关水文地球化学特征进行了大量的研究，并取得了很多成果。90年代以后，关于高氟地下水形成机理方面的研究越来越多，取得了许多十分有价值的成果，国内学者对高氟形成的研究往往将注意力放在氟离子含量与地下水中各个离子组分之间的相关关系，以及水化学类型与高氟之间的关系上，多采用统计分析的方法来进行研究。近些年来这方面的研究主要有下面几方面。

1.地下水中氟离子与其他单个离子之间的相关关系

起初人们通过对水化学资料的分析，发现地下水中的氟离子含量与地下水中某些离子（Ca²⁺、Na⁺、

等）之间存在一定的关系，并对此展开了研究。一般来说，Na⁺、Cl^-、

、pH值与F^-含量成正相关关系，与Ca²⁺含量成负相关关系。

田级生（1984）指出氟离子浓度受地下水中各种离子含量相互比例的制约，高钠低钙的碱性地下水化学类型有利于氟的富集。孙占学（1992）通过对广东省温泉水的水化学分析，发现氟离子含量与（K⁺+Na⁺）成正相关关系，矿化度高、水温高的水有利于氟的聚集。陈履安等（1992）通过对贵州和我国北方高氟地下水形成机理的比较，探讨了氟和钙之间的相关关系（负相关、不相关和正相关）的本质原因，认为氟和钙呈正相关关系是由于富钙的碳酸盐地下水，萤石的溶解往往未达到饱和，Ca²⁺、

含量的增加在一定范围内还会对萤石的溶解起促进作用。并指出碳酸盐岩区地下水氟含量与Ca²⁺、

含量呈正相关，与

含量呈负相关；硅质陆源碎屑岩中地下水氟含量与Na⁺、

含量和矿化度呈正相关，与

、Ca²⁺呈负相关。李向全等（2007）发现，太原盆地浅层地下水中的高氟地下水形成存在两种机制。第一种是氟离子浓度随着Mg²⁺、Ca²⁺增加而升高，主要是由含氟矿物溶解导致；第二种是氟离子浓度随Na⁺、Cl^-的增加而升高，这是由蒸发浓缩作用导致的（宋保平等，2000）。邴智武（2009）用统计学软件SP SS分析了F^-与

、Ca²⁺的相关关系，相关系数分别为0.907和-0.659，表明氟离子与重碳酸根存在显著正相关关系，而与钙离子存在负相关关系。

金琼等（2001）通过作F^-浓度与矿化度的散点图，发现在河西走廊F^-大小与矿化度呈近似正相关关系。梁秀娟（2008）研究了洋沙泡水库高氟底泥氟释放的影响因素，认为底泥氟的释放量与矿化度等关系密切，氟离子与矿化度的相关系数为0.9902，呈线性相关。刘瑞平（2009）通过对大荔地区239个水化学数据作散点图，得出地下水中F^-含量与矿化度的关系较为复杂，基本F^-呈偏态分布规律。

任福弘等（1996）注意到F^-与Mg²⁺之间的关系，指出F^-和Mg²⁺的相关不是两者反应机制上的直接相关。低氟地下水中的高Mg²⁺点，是由于含镁的碳酸盐、硫酸盐的溶解；而高氟地下水中的高Mg²⁺点是在强烈蒸发影响下，水体中氟与镁同时浓缩富集以及非饱和带土体中吸附性氟和氧化镁含量增多，通过降水淋溶而富集在地下水中。

2.氟离子与离子组合之间的关系

有些地下水中氟离子与地下水中其他单个离子之间的相关关系不明显。影响氟在水体中呈稳定离子态的化学因素有很多，因此许多学者用离子组分之间的各种组合方式和氟离子进行相关性分析，同时也注意了地下水的水化学类型与氟离子之间的关系。

曾溅辉（1994）以河北邢台山前平原浅层地下水为研究对象，选用（Na⁺+Mg²⁺）/Ca²⁺和（

）/Ca²⁺的比值研究其和F^-之间的关系，从散点图中可以看出两者和F^-之间存在着很好的正相关关系。张威等（2004）通过对F^-与（Na⁺+K⁺）/Ca²⁺进行回归分析，得出其相关系数为0.91，说明两者之间呈线性关系。冯超臣等（2005）通过对鲁西南平原地下水水化学资料的统计分析，得出F^-含量与Na⁺及Ca²⁺的含量呈不明显的线性关系，但和γNa⁺/γCa²⁺的比值呈明显的正相关关系。从F^-与（

）-（γCa²⁺+γMg²⁺）之间的散点图中可以看出，两者之间存在明显的正相关关系，从 F^-与（γCl^-）-（γK⁺+γNa⁺）之间的散点图看出，两者存在明显的负相关关系。赵锁志等（2007）根据河套地区浅层地下水水质检测结果，得出F^-与（Na⁺+Mg²⁺）/Ca²⁺、（

）/Ca²⁺与F^-呈较好的正相关关系，HCO₃-Na型水多出现高氟地下水。李小倩等（2008）研究了河北平原深层高氟地下水，发现 F^-浓度与（Na⁺+K⁺）以及总碱度（

）无明显关系，与总硬度（Ca²⁺+Mg²⁺）呈负相关关系。另外还发现⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的值与F^-浓度呈明显正相关关系。丁丹等（2009）以淮北平原浅层地下水为研究对象，运用统计方法计算了地下水中氟离子与其他组分之间的相关系数，发现与（K⁺+Na⁺）、Ca²⁺、Mg²⁺浓度无明显相关性，而与ρ（K⁺+Na⁺）/ρ（Ca²⁺）比值存在正相关关系，且高氟地下水多分布在HCO₃-Na型水地区。郭天辉（2009）分析了宁夏面子山山前区地下水的水化学类型与氟含量之间的关系，发现两者之间的相关关系并不明显，用相关性分析的方法研究F^-与各因素之间的相关关系，并求得回归方程，得出F^-与Na⁺/Ca²⁺呈正相关关系。

李志刚等（1999）发现在淮北平原，随着氟含量的升高，水化学类型由HCO₃-Ca、HCO₃-Ca·Mg（Na）依次递变为HCO₃-Na（Mg）·Ca（Mg）、HCO₃-Na（Mg）。王德耀（2004）根据陕西秦岭以北地区高氟区的分布规律，发现高氟地下水的水化学类型以SO₄-Na、HCO₃-Na为主，碱性条件有利于氟的富集，酸性溶液中，易形成HF，并溶解硅酸盐形成

，不利于氟的富集。沈辉（2005）作了盐池地区地下水中F^-与Mg²⁺/Ca²⁺、Na⁺/Ca²⁺之间的散点图，发现有很好的相关性。氟的配合物在SO₄-Na、SO₄·Cl-Na型水中含量高，在碱性条件下配合离子遭到破坏，成离子态存在，有利于氟的富集。何锦等（2008）对张掖市甘州区高氟地下水作了水化学类型Piper图，得出在SO₄·Cl-Na·Mg型水中容易出现氟的聚集。

综上所述，目前在研究水化学微环境条件下高氟地下水富集机理过程中，大多数学者是以统计分析为手段，研究地下水中的氟离子与单个离子或者两两离子之间比值或差值简单的线性相关关系，计算两者之间的相关系数，来判断其相关性。然而水-氟系统是一个多因素的复合系统，多种变量共同制约氟离子浓度场的演化，变量之间的相互关系十分复杂，简单的单因素分析很难解决更为细致的问题。