大同盆地高氟地下水的分布特征及形成过程分析
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2020-01-21 14:09:55
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第33卷第2期2014年3月地质科技情报GeologicalScienceandTechnologyInformationVol.33No.2Mar.2014收稿日期:2013-03-18编辑:刘江霞基金项目:国家高技术发展计划(863计划)项目(2012AA062602)作者简介:梁川(1990—),女,现正攻读环境科学与工程专业硕士学位,主要从事水文地质、地下水污染与防治方面的研究工作。E-mail:lch1990@126.com通信作者:苏春利(1976—),女,副教授,主要从事水-岩相互作用与水文地球化学模拟方面的教学和科研工作。E-mail:chunli.su@gmail.com!大同盆地高氟地下水的分布特征及形成过程分析梁川,苏春利,吴亚,李世杰(中国地质大学环境学院,武汉430074)摘要:大同盆地是典型的高氟地下水分布区,其分布规律和成因在类似地区具有代表性。在对盆地地下水水化学特征和空间变化特征分析的基础上,深入讨论了高氟地下水的空间分布规律、控制因素及其形成的水文地球化学过程。结果表明,整个盆地浅层孔隙水中的氟质量浓度普遍较高,变化范围为0.29~6.22mg/L,平均值为1.82mg/L。氟质量浓度高值区主要分布于盆地中部和北部,呈现出由盆地边缘至盆地中心,质量浓度趋向于升高的变化规律。强烈的蒸发浓缩作用以及高pH、高碱度、高钠低钙含量的水化学特征有利于氟富集。大同盆地高氟地下水的形成是含氟矿物的溶解、离子交换和蒸发浓缩作用等水文地球化学过程共同作用的结果。关键词:高氟地下水;分布;形成机制;水文地球化学作用;大同盆地中图分类号:P614.3文献标志码:A文章编号:1000-7849(2014)02-0154-06氟是人体必需的微量元素之一,人体摄入适量的氟有益于身体健康,缺氟会引起多种生理和病理变化,但过量的氟进入人体后主要沉积在牙齿和骨骼上分别形成氟斑牙和氟骨症[1]。世界卫生组织(WHO)规定饮用水中氟质量浓度应低于1.5mg/L[2]。最新调查表明,来自世界各地的25个国家如印度、非洲东部、韩国东南部以及中国北方地区约200百万人口面临氟中毒的危害[3-4]。氟中毒在大同盆地的桑干河和黄水河河谷地区普遍发生,在桑干河以北玄武岩出露区的合盛堡、黄花岭一带最为严重[5]。地方性氟中毒严重影响着当地居民的身体健康,制约着当地农业的发展。因此,查明高氟地下水形成的水文地球化学过程对合理开发地下水资源以及供水安全具有重要意义。1研究区概况大同盆地是我国北方典型的大型新生代断陷盆地。盆地东西长250km,南北宽330km,北、西、南三面被中低山环绕。研究区为大同盆地中部山阴—应县一带,东经112°30′~113°20′,北纬39°15′~39°40′(图1)。大同盆地属东亚季风区,冬季受蒙古高压控制,气候寒冷干燥,夏季受海洋气团影响,气候温暖湿润。日照充足、干燥少雨、蒸发强烈。多年平均降水量不足400mm,平均蒸发量则保持2000mm以上,属温带半干旱地区[1]。大同盆地周围基岩,北部主要包括太古界片麻岩与第四系玄武岩、寒武系-奥陶系灰岩、石炭系-二叠系、侏罗系砂岩;西部为页岩[7]。在盆地边缘地带广泛分布着冲积扇和冲积倾斜平原,盆地中心为向东微倾斜宽阔的冲积—湖积平原。盆地中松散沉积物的孔隙水是最重要的含水层组。在水平方向,依据明显地貌单元特征可将孔隙含水层划分为洪积倾斜平原和冲湖积平原。洪积倾斜平原孔隙含水层是研究区最富水的含水层之一,主要含水层组为冲洪积、坡积卵砾石、中粗砂等,埋深20~150m;冲湖积平原在盆地中部桑干河和黄水河流域一带,宽10~20km,地势平坦,含水层组主要为卵砾石、中粗砂、中细砂及粉细砂等,埋深10~150m[8]。大同盆地地下水径流排泄方向与桑干河的地表水系状况基本一致。盆地内地下水总的运动趋势为由洪积倾斜平原向盆地中心运动。中部冲湖积平原地下水主要接受大气降水垂直入渗补给,部分为侧向洪积倾斜平原地下水径流补给,地表水体(包括河、渠)和灌溉回渗补给也占一定比例。潜水蒸发为该区主要排泄方式[9-10]。第2期梁川等:大同盆地高氟地下水的分布特征及形成过程分析2样品采集与分析2012年9月对研究区进行了系统采样,共采集地下水样品45个,井深3~120m。其中深度低于50m的浅层地下水样品33个,超过50m的中深层地下水样品12个。研究区地下水采样点位置及氟质量浓度分布见图1。采样时现场测定pH、Ec、Eh和水温等指标。样品在采样当天滴定碱度,用0.45μm滤膜过滤,分别用于阴离子分析和金属元素分析,用于金属元素分析的子样应在过滤处理后加入1:1的HNO3酸化至pH值小于2。主要阴离子采用戴安公司生产的离子色谱(ICS1100)测定,主要阳离子采用ICP-OES(IRISINTREⅡ
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