陈 娇，宁立波，王亚男，贾昊冉，李 明

(中国地质大学(武汉)环境学院，中国武汉 430074)

氟是人体必需的微量元素之一，但过量的氟会破坏代谢平衡，引起机体器官病变，形成氟中毒［1］.据《全国重点地方病防治规划(2004—2010年)》，饮水型氟中毒约占地方性氟中毒的2/3.地氟病发病率与饮水中的含氟量有直接关系［2］.我国生活饮用水卫生标准规定生活饮用水中氟化物不得超过1 mg/L.在许多国家和地区，地下水为主要水源，因此高氟地下水的分布规律与成因分析是国内外学者的研究热点［3-5］，但多集中于浅层地下水.实际上，高氟深层地下水也普遍存在:沧州市深层地下水含氟量超标率超过80%［6］;天津滨海地区深层地下水氟平均质量浓度为2.91 mg/L;在印度迦得河流域，高氟水主要在深层地下水中检出［7］.因此在地下水高氟地区，以深层地下水作为一种改水途径时，分析深层地下水是否属于高氟水及其成因具有重要的现实意义.

图1 南阳-襄樊坳陷构造略图Fig.1 Outline map of Nanyang-Xiangfan depression

1 研究区概况

南阳盆地位于河南省西南部，是三面环山向南开口的单断式中、新生代山间盆地.地处秦岭纬向构造带与华夏类型构造反接复合部位，地质构造及水文地质条件复杂，特别是长期活动的深断裂十分发育［8］:有南阳凹陷、新野凸起和枣-襄凹陷3个构造单元，如图1(资料来源:湖北省地质局，中华人民共和国区域水文地质普查报告(襄阳幅)，1977).根据开采实践和地质结构分析，将埋深150 m以下的定为深层地下水，在山前地带接受浅层地下水补给，自北向南流动，排泄于邻区或越流排泄.

开封-周口地区位于河南省东部-豫东平原区，包括开封地区通许、尉氏等县的大部，许昌地区鄢陵县，周口地区扶沟、西华、太康以及商水县的小部分以及漯河地区东部.地形自西向东逐渐降低，深层地下水大体由西北向东南径流.研究区属于巨型纬向构造体系，地质构造条件复杂，构造单元主要有开封凹陷、通许凸起、周口凹陷，如图2(资料来源:中华人民共和国河南省地质图，1∶500 000).

图2 开封-周口地区区域地质构造简要图Fig.2 Regional geological structure schematic diagram of Kaifeng-Zhoukou

2 深层高氟地下水的分布与成因讨论

2.1 南阳盆地和开封-周口地区深层高氟地下水分布

于2009年7月～8月在南阳盆地取深层地下水样89份，根据测试结果绘制南阳盆地深层地下水氟浓度等值区图(图3)可知:中氟水(含氟0.5～1.0 mg/L)分布区多呈“条带状”或“斑块状”，分布在桥头镇、郭集乡、金华乡、裴营乡大王楼、彭营乡和龙潭镇附近;高氟水(含氟大于1.0 mg/L)分布区呈规模很小的“孤岛状”，主要有:裴营乡鞠寨、金华乡附近、龙潭镇和郭集乡郭集村附近.

图3 南阳盆地深层地下水氟质量浓度分布图Fig.3 Distribution diagram of fluorine in deep groundwater，Nanyang basin

2009年7～8月，在开封-周口地区布设了78个深井取样点，氟质量浓度0.04～3.7 mg/L.其中低氟水(含氟小于0.5 mg/L)25个，中氟水20个，高氟水33个，占42.31%，表明高氟水在深部地下水中广泛分布.根据水质测试结果和采样点在研究区的分布，绘制深层地下水中氟质量浓度分布图(图4)，从图中可看出，高氟地下水主要分布于:开封县东部的大李庄乡-开封县城-陈留镇-仇楼镇一带，陈留镇附近深层地下水中氟质量浓度达3.7 mg/L;扶沟县东南部的乎庄-齐庄-汴岗镇一带，分布范围大且超标严重，杨村岗后府一带地下水中氟质量浓度大于3.0 mg/L;鄢陵县南部的鄢陵县城-马栏镇-张桥乡-南坞乡一带，呈长条状分布，地下水氟质量浓度为1.0～1.5 mg/L;西华县南部的老窝镇-谭庄镇-汤庄乡一带和大倚岗-栗楼岗一带.

2.2 南阳盆地和开封-周口地区深层高氟地下水成因

深层地下水由于赋存介质的空隙较小，渗透性较差，水流缓慢，水岩作用更为充分;其次，深层地下水的水动力条件主要由基底构造和深大断裂控制;最后，深层地下水中氟的来源除了补给区以及径流路径上岩土中氟的释放外，还有可能来自于地球深部含氟物质的上涌.姜月华等通过对浙江北部地区土壤、浅深层地下水、地层和区域基岩构造的综合分析，认为深层地下水的高氟与土壤、浅层地下水无关，也并非来自原地地层本身的溶解和侧向供应的地下水，高氟异常区是由于受断裂构造影响所致［10］，但具体的影响关系还有待进一步研究.国内外学者通常认为地下高氟热水通过断层补给深层地下水是导致深层高氟水出现的原因［11-12］.

值得注意的是:同浅层地下水一样，造成深层地下水高氟的根本原因是水动力条件的改变.由于深层地下水的水动力条件不仅由深大断裂构造控制，还受基底构造的影响，因此断层导通地下高氟热水并不是造成深层地下水高氟的唯一原因.以下将根据南阳盆地和开封-周口地区的调查和实验分析资料，深入分析两地深层高氟地下水的分布与地质构造的关系.

2.2.1 南阳深层中高氟地下水成因 根据图3，南阳盆地深层地下水中含氟量普遍较低，但仍然存在少部分中氟水和极少部分高氟水.分析可知，中高氟水的分布主要受地质构造条件控制，表现在以下两个方面:

(1)断裂构造引起地下热水上涌.南阳盆地恒温带深30 m，16.6℃，地层平均地温梯度(2.6℃/100 m)高于地壳近似平均地温梯度(2.5℃/100 m)，表明存在地热异常［8］.温泉水温主要来自地热增温，然后沿断裂上升［9］.通常温泉水含氟量较高，南阳盆地部分地区温泉水中含氟量如表1(资料来源:a.河南省地勘局第一地质勘察院:河南省南阳市(城区)地热资源综合研究，2003;b.河南省华夏建设勘察工程公司:南阳市能源公司医疗矿泉水评价报告，1998).在局部存在断层的情况下，深部高氟热水可以上涌与深层地下水混合.

结合南阳盆地深层地下水氟含量等值区图(图3)和南阳盆地构造纲要图(图5)(资料来源:中华人民共和国河南省地质图，1∶500 000)可以看出，深层中高氟地下水的分布区周围一般都存在多条断裂:桥头镇的中氟水分布区东南侧为隐伏断裂F45，西北侧为盆地边缘;郭集乡的中高氟水分布区是隐伏断裂F4和F36的交汇区;裴营乡中高氟水分布区内发育断裂 F30、F38;(隐伏)断裂 F14、F16、F42、F45、F15、F22都经过彭营乡中氟水分布区;龙潭镇中高氟水分布区紧邻盆地边缘，且发育隐伏断裂F32、F35;金华乡的中高氟水分布区内发育隐伏断裂F40、F23、F15、F36.

表1 南阳盆地部分地区温泉水中氟质量浓度Tab.1 Fluorine content of thermal spring water in some regions，Nanyang basin

图4 开封-周口地区深层地下水氟质量浓度分布图Fig.4 Distribution diagram of fluorine in deep groundwater，Kaifeng-Zhoukou

(2)基底构造改变深层地下水流动路径和速度.研究区地下水的流动方向为自北向南，经南阳盆地北部山区及山前地带的补给向新野凸起的方向流动，如图6(资料来源:湖北省地质局，中华人民共和国区域水文地质普查报告(襄阳幅)，1977).由于下第三系的泥岩砂岩相对于其下部白垩系泥灰岩及粉细砂岩含水量较高，渗透性较好，使得由白垩系泥灰岩及粉细砂岩组成的基底相对隔水.由图6可以看出，在新野凸起与南阳凹陷的交接带，由于新野凸起的隆升以及南阳凹陷的下沉使得本区产生了一条近东西向展布的深大断裂，形似盆状，构成了很好的储水构造.而下第三系泥岩砂岩含水层中的水继续向南流动必须越过新野凸起，新野凸起阻挡了深层地下水的流动，使得地下水在新野凸起与南阳断陷交接处的深大断裂带内聚集，同时水流速度大大降低.这种地下水流动相对滞缓的储水构造能够聚集较多的随深层地下水迁移的氟，加之深大断裂中可能有高氟地下热水上涌，为深层高氟地下水的形成创造了条件.由图3可知，在新野县的东部存在有较大范围的中氟地下水以及部分高氟地下水，无疑与本区特殊的构造条件有着密切的关系.

图5 南阳盆地构造纲要图Fig.5 Geological structure outline map of Nanyang basin

图6 南阳-襄樊盆地地质剖面示意图Fig.6 Constructed profile of Nanyang-Xiangfan depression

2.2.2 开封-周口地区深层高氟地下水成因分析 开封-周口地区深层水的含氟量受区域构造格局、基底形态和地下热水等因素的影响比较大，而这些因素也都直接或间接受地质构造控制，表现在以下两方面:

(1)基底构造改变深层地下水径流路径和速度.由于经历了新第三纪以前断拗和新第三纪及其以后拗陷两个发展阶段，研究区内的基底呈现出多隆、多凹、形态复杂的凹陷面貌，对研究区内深层地下水流动起到了一定的控制作用，从而对深层地下水中的氟聚集造成间接影响.一般而言，凹陷的底部为地下水汇集区，地下水交替循环缓慢，氟不断在此富集，致使地下水中含氟量较高.在部分凹陷与隆起相接的边缘地带，由于地下水交替运动快，氟易流失，地下水中含氟量较低;而在部分凹陷与隆起相接的边缘地带，地下水被迫抬升，流速缓慢，携带盐分不断在此聚集，易形成高氟地下水.研究区构造复杂，在大凸起中又有次一级的凸起和凹陷，在大凹陷中又有次一级的凹陷和凸起，这种构造特征控制着深层地下水流动系统，致使在隆起与凹陷内部，地下水中含氟量也有较大的差异，呈斑块状.另外，研究区各种大小构造分布较多，断裂、褶皱很发育，在某些地区形成一个较封闭的地下储水结构，地下水与外界联系少，无法排泄，径流条件差，地下水流动交替缓慢，导致水含氟量较高.

(2)断裂构造促使深层高氟水的形成.区内断裂发育，大都为正断层，具规模大、形成早、长期活动特点，在断层附近常有高氟深层地下水分布，例如在开封大断裂，临颖-商水大断裂等附近都分布着高氟地下水.断层对深层地下水的控制有两种不同机制:一种是使浅层高氟地下水补给深层，另一种是沟通地下高氟热水.

浅层和深层高氟地下水有很大一部分重叠区域，如开封县的八里湾镇、仇楼镇、扶沟县的齐庄、汴岗镇，鄢陵县许铺、张桥乡等地.而这些地区的浅层水位高于深层水位，且断裂发育，浅层水可以通过断裂下渗补给深层地下水.由于高氟主要是在浅表环境中的作用下形成的，研究区浅表环境含氟量较高，浅层地下水中的氟可以通过一些导水通道进入到深层地下水中，可能造成深层地下水高氟.

在开封县东部浅层地下水和深层地下水均为高氟地下水，且深层地下水中含氟量大于浅层地下水.这是由于开封县东部有地下热水分布，地下热水含氟量较高，该区断层较发育，故深层地下水含氟量较高，深层地下水也可通过断层裂隙补给浅层地下水.但在同一凹陷或凸起中，地下热水含氟量也有较大差异.因此，并不是所有的地下热水通过导水断层补给深层地下水，都会形成深层高氟地下水.而地下热水中氟含量的差异主要是受断裂构造及次一级的凹陷凸起的影响.

3 结论与建议

(1)深层高氟地下水多在构造断裂带附近分布.氟在深层地下水中的分布主要受地质构造控制.地质构造对于高氟水分布与形成的影响主要在3个方面:①构造运动使得地层起伏变化，深层地下水的循环途径和速度随之发生变化;②在一定的水头压力下，导水性较好的断裂构造可以使浅层高氟地下水或高氟地下热水补给深层地下水，从而形成深层高氟地下水，而地质构造形成的某些较封闭的地下储水结构，也会导致水含氟量较高;③伴随着构造的变化，在隆起部位地层变薄，凹陷部位地层变厚，而介质空间的厚度分布不均也会影响地下热水的分布和动态变化，当有断层构造沟通地下热水和深层地下水时，就间接改变了深层地下水的氟浓度.

(2)断层导通地下高氟热水并不是造成深层地下水高氟的唯一原因.

(3)高氟地区由于深层高氟水的存在将深层地下水作为改水途径并不可取.

［1］张小磊，何 宽，马建华.氟元素对人体健康的影响［J］.微量元素与健康研究，2006，23(6):66-67.

［2］秦 鹏，罗 梅.潍北平原高氟地下水的分布及成因分析［J］.山东国土资源，2012，28(10):29-31.

［3］VIKAS C，KUSHWAHA R，AHMAD W，et al.Genesis and geochemistry of high fluoride bearing groundwater from a semi-arid terrain of NW India［J］.Environ Earth Sci，2013，68(1):289-305.

［4］蔡 贺，王长琪，张梅桂，等.中国东北饮水型地方性氟中毒的地质环境特征及防治［J］.中国地质，2010，37(3):645-650.

［5］陈静生，尹 松，张朝生.我国南方水源低氟成因探讨［J］.环境科学，1992，13(1):68-70，74

［6］雷德林，付学功，耿红凤，等.沧州市高氟水分布规律及环境影响分析［J］.水资源保护，2007，23(2):43-46.

［7］DURAISWAMI R A，PATANKAR U.Occurrence of fluoride in the drinking water sources from gad river basin，maharashtra［J］.J Geol Soc India，2011，77(2):167-174.

［8］韩国童，张富有，彭 妮.南阳盆地地热地质特征研究［J］.地下水，2011，33(6):1-4.

［9］杨雷，肖 琼，沈立成.重庆市温塘峡背斜地下热水资源特征研究［J］.湖南师范大学自然科学学报，2011，34(5):86-91.

［10］姜月华，李 云，周 迅，等.浙江北部地区地下水高氟和高砷分布特点和建议［J］.资源调查与环境，2010，31(2):120-126.

［11］KUNDU N，PANIGRAHI M K，TRIPATHY S，et al.Geochemical appraisal of fluoride contamination of groundwater in the Nayagrh District of Orissa，India［J］.Environ Geol，2001，41(3-4):451-460.

［12］王德耀.陕西秦岭以北地区高氟地下水的成因与防治研究［J］.陕西师范大学学报:自然科学版，2004，32(3):112-115.