《论文天地ｌ 内蒙古腾格里地下水 化学特征及高氟、高矿化水成因探讨 侯建军 内蒙古自治区地质调查院呼和浩特０１００２０ 摘要：由于受地层岩性、构造、地貌、气候、径流条件及人为等因素的影响，腾格里地区不同部位形成了不同水质类型 的地下水，为了合理开发利用地下水，研究其分布规律和形成机制及演化过程，有着重要意义。 关键词：腾格里地下水化学特征矿化度离子成因探讨 一、前育 ２ｍｇ门Ｌ变化。由于该层水分布面积小，含水层 薄，水质差，做为水源地进行集中供水意义 不大，不在敖述。 Ｍ Ｎａ—Ｎａ・Ｍｇ—Ｎａ渐变。就分布面积而 言，阴离子以ＣＩ・ｓｏ４水为主，ＨＣＯ ・ＣＩ和ｃＩ・ Ｓ０４・ＨＣ０，水次之，阳离子以Ｎａ型水为主， Ｎａ・Ｃａ・Ｍｇ、Ｎａ・Ｍｇ型水次之。水化学类型 ＳＯ４・ＣＩ——Ｎａ、ＨＣＯ３・ＣＩ・Ｓ０４——一Ｎａ、ＨＣＯ ・ 腾格里位于阿拉善左旗南部，区内蕴藏 着丰富的芒硝、原盐、煤、铁等资源。腾格里 工业园是以精细化工、煤化工及新型建材深 加工为主的工业园区，是阿拉善盟重点打造 （二）第四系和新近系混合承压水水化 学特征 该含水层位于第四系潜水之下，是本区 主要开采层位，阴离子以ＣＩ・ｓｏ４・ＨＣ０，一 ＨＣＯ，・ＣＩ—ｃＩ・Ｓｏ４渐变，阳离子以Ｎａ・Ｃａ・ 的经济开发区，目前人驻企业４Ｏ余家，２０１０ 年完成生产总值１６亿元，财政收入１亿元。 然而区内无可用的地表水，地下水是支撑经 济发展的唯一水资源，经过几年的快速发 ＣＩ——Ｎａ和ＨＣＯ３・ＣＩ——Ｎａ・Ｃａ・Ｍｇ。水分 析成果见表ｌ。 该层水虽然类型多样，但具有明显的水 展，水质性缺水问题日益显现，环境压力越 来越大，成为制约当地经济进一步发展的瓶 颈。因此，寻找新的水源，研究地下水的分布 规律、水化学特征及形成机制已刻不容缓。 表１ 第四系和新近系混合承压水水分析结果表 水点 主要阴离子含量（ｍｇ几） 主要阳离了含量（ｍｇ／Ｌ） 氟Ｆ 矿化度Ｍ 水化学 编号 ＨＣ０ ＳＯ（ｇ，Ｌ） 类型 ＣＩ Ｎａ Ｃａ Ｍｇ （ｍ Ｌ） ４ ＺＫ１ ＺＫ３ ＺＫ４ ２５６．３ ３３４．３ ４２９ ９６．４ ３２．１ ３８１．５ ７８．１ １４７．７ ５０．５ １７．０ ７１．１ ６４．２ ２５．２ ７８ ２．２ １．１５ ０．８７ １，４８ ０３９ ０．４３ Ｃ・Ｓ—Ｎ Ｃ・Ｓ—Ｎ・Ｍ Ｈ・Ｃ—Ｎ ＝、地下水分布规律墨水化学特征 根据不同含水介质、埋藏条件和水力性 质，区内地下水自上而下分为第四系孔隙潜 水、第四系和新近系孔隙、裂隙混合承压水 和新近系裂隙孔隙承压水。由于受区内地层 岩性、构造、地形地貌、气候、水动力条件及 人为等因素的控制，本区地下水比较复杂， 现自上而下分述如下： １０２．８ ９８．６ １８．２ ８８．１ ＺＫ８ ＺＫ９ １３９．１ ２５．５ ３９．７ ５９．６ ３９．９ ５０．２ ３０．１ ３３．７ １５．６ ２０．３ ０．８ ０．５４ ０．２７ ０．３４ Ｈ・Ｃ—Ｎ・（ ・Ｍ Ｈ・Ｃ— ・Ｃ・Ｍ １２０．８ ６０ ＺＫ１０ ２０２．６ ９８９ ＺＫ１４ １５３ ２６１３ １３４７ ３１９１ ９６０ ２３９７ １１４．６ ５０１ １６１．４ ０．９２ ２３３ １．０８ ３．７３ ９．０７ Ｃ・Ｓ—Ｎ Ｃ・Ｓ—Ｎ ＺＫ２２ ２０１．４ ３２９０ Ｓ８ １４７．７ ７５．９ ４３９６ ７０．９ ３２１４ ５３．９ ２０６．４ ４４０ ４７．１ ２３．７ ２．７ ０．５４ １１．７２ Ｃ・Ｓ—Ｎ ０．３９ Ｃ・Ｓ—Ｎ・Ｃ （一）第四系孔隙潜水水化学特征 第四系潜水分布在本区南部，阴离子以 ｓ０ ・ｃＩ为主，ＨＣ０３・ｓ０４・Ｃ１次之，阳离子以Ｎａ 型为主，Ｃａ・Ｎａ型次之，Ｍｇ・Ｎａ型少量，水化 学类型为Ｓ０ ・ＣＩ——Ｎａ、Ｈｃｏ］・Ｓｏ４・ＣＩ—— Ｎａ、ＨＣＯ３・Ｓｏ４・ＣＩ——Ｃａ・Ｎａ和Ｓ０４・Ｃ卜＿＿ Ｓ１２ Ｓ１３ Ｓ１６ １２６．９ ８５．５ ２６３．６ １９４ ２７８．６ １２７．３ ７２．７ ４２９ ９２．２ ５１．９ ３５６．５ ４７．７ ８１ ２０．７ ２８．７ ｌ８．２ ０．４６ ２．１ｌ ０．７２ １．５４ １．３６ ０．５４ Ｃ・Ｓ—Ｎ Ｈ・Ｓ・Ｃ—Ｎ １２８．２ ３１．１ Ｓ１８ ￥２０ Ｓ２ｌ ￥２９ ｌ８３．１ ８１．６５ ６９．１ ｌ９１．５ １２２．３ ２３１．２ ９５．４ ２０６ ｌ３０．１ ２２６．１ ３１．７ ３２．１ ３２．５ ５８．１ １７－３ ３１．４ ２１．０３ ２４．１ Ｏ．５２ ０．８９ ０．７５ １．７８ ０．４４ ０．８ｌ ０．５６ ０．９１ Ｃ・Ｓ—Ｎ Ｃ・Ｓ—Ｎ Ｈ・Ｓ・Ｃ—Ｎ Ｃ・Ｓ—Ｎ １９６．５ ２０１．７ １５５．６ ２０１．４ １２９．７ ２２３．８ Ｍｇ・Ｎａ型，矿化度在南侧沙漠边缘＜１ｇ，Ｌ，向 北逐渐过渡到＞２ｇ／Ｌ。氟离子含量同矿化度 相近，自南向北由＜１ｍｇ／Ｌ一１—２ｍｇ／Ｌ一＞ ￥４１ ｌ５１．３ ８６．５ ３３８．９ １６３．５ ６３．７ ４０．４ ０．５１ ０．８３ Ｃ—Ｎ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ／０８３ 《论文天地ｌ 从这里了解西部资源 从这里了解西部经济 ０８４ 表２ 第四系和新近系混合承压水矿化度、氟离子统计表 样口总数 矿化度＜ｌｇ／Ｌ水样 矿化度１－１．５ｇ／Ｌ样 矿化度＞１．５ｇ，／Ｌ水样 由＜ｌｅＪＬ渐变为＞２ｓ／Ｌ，氟离子由＜ｌｍ＃Ｌ 渐变为＞２ｍｇ／Ｌ，由于该层水埋藏深，水交 替相对较弱，矿化度总体比混合水高，而 ｌ７件 １１件 ６４．７％ ３件 ｌ７．６５％ ３件 １７．６５％ 氟离子布规律基本相近，见表４。 氟离子＜ｌｍｇ／Ｌ水样 氟离子１－１．５ｍｇ／Ｌ样 氟离子＞１．５ｍｇ／Ｌ水样 三、高矿化水成因探讨 １．地层高含盐量是地下水高矿度的 物质基础：区内新近系碎屑岩含盐量普遍 ｌ１件 ６４．７％ ２件 １１．８％ ４件 ２３．５％ 表３ 新近系承压水水分析结果表 水点 主要阴离子含量（ｍｇ／Ｌ） 主要阳离了含量（ｍｇ／Ｌ） 氟Ｆ 矿化度 水化学 编号 ＨＣＯ ＳＯ４ ＣＩ Ｎａ Ｃａ Ｍｇ （ｍｇ／Ｌ） Ｍ（ｇ／Ｌ） 类型 ＺＫ１３ ２３３ ３２２ ４２５ ３５８ ４７ ６１ １．８ １－４２ Ｃ・Ｓ—Ｎ ＺＫ１５ ２６７ ２６１ ３２６ ２８２８ ６６ ４８ ２．９ １．１６ Ｃ・Ｓ—Ｎ ＺＫ１８ １４３ ３８ ４５ ４９ ３ｌ １７ Ｏ．９ ０．３Ｏ ＺＫｌ９ １２９ ４２ ４８ ５５ ３０ １４ Ｏ．７７ Ｏ．３Ｏ Ｈ・Ｃ—Ｎ・Ｃ ＺＫ２Ｏ ８５ ８２６ ２５１７ １（）０４ ４８５ ２５５ ０．５９ ５．１６ Ｃ—Ｎ・Ｃ ＺＫ２ｌ １ｌｌ ２５７９ ５２７４ ２９５７ ６２５ ５２６ １．２３ １２．０３ Ｃ－Ｓ－Ｎ 表４新近系承压水矿化度、氟离子统计表 样口总数 矿化度＜ｌｇ／Ｌ水样 矿化度１—１．５ｓｎ 样 矿化度＞１．５ｇ／Ｌ水样 ６件 ２件 ３３－３％ ２件 ３３．３％ ２件 ３３．３％ 氟离子＜ｌｍｇ／Ｌ水样 氟离子１－１．５ｍｇ／Ｌ样 氟离子＞１．５ｍｇ／Ｌ水样 ３件 ５Ｏ％ １件 １６．７％ ２件 ３３－３％ 表５ 钻孔含盐量化验结果统计表 钻孔编号 ＺＫ７ ＺＫｌ３ ＺＫ１４ ＺＫｌ５ ＺＫｌ７ ＺＫ１８ ＺＫ１９ ＺＫ２Ｏ ＺＫ２１ 单孔含盐 １５９．３ １４８．７ ３７１．５ １７３．６ １１８５．６ ７６．４７ ８８．７８ １２８．６３ １７４．１ 量 平均含盐 ２７８．５ （备注：单位为ｍｇ／１００ｇ土中） 量 表６ 地层含盐量和地下水矿化度关系统计表 ＺＫ１３ ＺＫ１５ ＺＫ１８ ＺＫ１９ ＺＫ２０ ＺＫ２１ ＺＫ１４ 混合 含盐量（ｍｇ／１００ｇ） １９—１５８ ３９－２４５４ ５－１３ｌ ８５一ｌ３２ ９７－２５６ ４２—５４６ ７２－６６２ 承压 矿化度（ｇ／Ｌ） １．４８ Ｏ－３９ ０．２７ ０．３４ ３．７３ ０．４４ ９．１ 水 平均含￣ｔ（ｍｇ／ｌＯ０ｇ） ８３．５ １５２．４ ７９－３６ １０１．４ ２０３．７ ２１４．６ 承压 含盐量（ｍｇ／１００ｇ） ３６－８１１ ８２－２８５ ５０—９２ ３０—２４６ ８－２６７ ２３－２４８ 水 矿化度（ｇ／Ｌ） １．４２ １．１６ Ｏ．３０ ０－３ ５．１６ １２．０３ 平均含盐］ｌ（ｍｓ／１００ｇ） ２ｌ３．９ １７１．８ ６８．５ １１８．７ １５７．５ １１４．ｏ７ ２９７．９ 平分带规律，自盆地边缘向中心，矿化度 子以ＣＩ・Ｓ０４、ＨＣ０３・ＣＩ、ＣＩ为主，阳离子以 由＜ｌｇ／Ｌ渐变为＞２ｇ／Ｌ，氟离子由＜ｌｍｓ，＇Ｌ Ｎａ、Ｎａ・ｃａ、№・ｃａ・Ｍｇ为主。水化学类型为 渐变为＞２ｍｇ／Ｌ，见表２。氟离子同矿化度 Ｓ０４‘Ｃ卜—。Ｎａ、ＨＣＯ３・ＣＩ・Ｓ０厂—一Ｎａ・Ｃａ、 变化趋势相同，高矿化水区氟含量也高。 ＨＣＯ３・Ｃ卜一Ｎａ和ＨＣＯ３・ＣＩ——Ｎａ・Ｃａ・ （三）新近系承压水水化学特征 Ｍｇ，水分析成果见表３。 该含水层位于混合承压水之下，阴离 地下水自盆地边缘向中心，矿化度 较高，单孔每１００克土中含盐量 ７６．５—１ １８５．６ｍｇ，全区平均每１００克土中含 盐量２７８．５ｍｇ，见表５、表６。 由表可见，除个别孔外，一般地层含 盐量高，矿化度也相对较高，二者成正相 关关系。由于溶滤作用及阳离子吸附交替 的结果，地层中的盐分被转移到水中，并 随水迁移并富集，使矿化度增高。各种盐 类溶解度的顺序如下：ＣａＣ１２＞Ｍｇｅｌ２＞Ｎａ＿ Ｃ１＞ＫＣＩ２＞Ｍｒ，ｓｏ４＞Ｎａ￣ＣＯ ＞ＣａＳ０４＞Ｃａ— ＣＯ，，氯化物和硫酸盐首先从岩（石）土中 溶解，当蒸发时，这些盐的顺序刚好相反。 其次，地下水的化学成分主要取决于盐的 种类，如盐岩（ＮａＣ１）矿床内Ｎａ￣及Ｉ（＋和 ＣＬ－占优势。而在石膏、天青石、重晶石等 矿床内Ｓ０ｑ和Ｃａ＋较多。区内沉积岩盐以 前者居多，所以经过长期溶滤作用，区内 地下水形成了ｃＩ・ｓＯｒ Ｎａ为主的高矿水。 ２．地下水径流、排泄条件是控制矿化 度的主导因素：地形起伏影响着地下水的 径流及渗入补给强度，也控制着水交替强 烈程度。本区地形起伏不大，由盆地边缘 到中心水力坡度渐小，地下水随着水力坡 度的减小径流逐渐缓慢，水交替局部处于 停滞状态，盐分累积逐渐增大。其次，本区 为半封闭的断陷盆地，地下水由西南、西、 北向盆地中心径流，然后由东南排出区 外，由于排泄断面狭窄，且基底隆起，地下 水由盆地中心至排泄区径流条件渐差，局 部受阻，水交替渐缓，矿化度随之增高。 ３．古地理环境也是高矿化水形成的 重要因素：本区为山间半封闭断陷盆地， 堆积了较厚的第三系碎屑岩和第四系松 散层，在慢长的地质历史进程中，盆地呈 断续间隙性沉降，地形低洼处多次形成古 湖泊、沼泽等地貌形态，后因环境变迁，盆 地进一步沉降，古湖泊又多次被沉积覆 盖，封存了大量含盐、碱等矿物成份。后期 《论文天地ｌ 地下水进入后，溶解了这些盐分形成了高矿 化水。 表７ 变化关系、～＼ 岩石中氟含量与地下水中氟含量变化关系 页岩 ０．６ １．５ 、＼岩石名称 砂岩 ．白云岩 ０．５ １．０ 石灰岩 ０．３ ０．５ 花岗岩 ０．９ １．７５ 玄武岩 ０．２ ０＿２ ４．干旱气候也是高矿化水形成的原因 之一，区内多年平均降水量仅１５０ｍｍ，而多 年平均蒸发量高达２９９６ｍｍ。这就决定了本 区极其干旱的气候特征，降水稀少，水动力 条件差，蒸发强烈，浓缩作用加剧，致使矿化 度增高。 岩石中氟含量（ｍｇ／Ｌ） ０４ 地下水中氟含量（ｍｇ／Ｌ） １Ｏ ．表８ 水分析样品ＰＨ值统计表 样品总数 ＰＨ ７－７．５ 百分比 ＰＨ ７．５－８ 百分比 ＰＨ＞８ 百分比 四、高■水的成因探讨 １．背景岩石含氟高是形成高氟水的原 因之一：氟广布于自然界中，绝对不含氟的 岩土是很少见的。土壤中黏土矿物为氟源， 其次，磷灰石、冰晶石和萤石是循环水中氟 的主要来源。根据前人研究资料，岩石中氟 含量与地下水中氟含量成正相关关系，见表 ７。而本地区砂岩、页岩、石灰岩及白云岩等 分布甚广，因此，为形成高氟水提供了物质 来源。 ２．地下水动力条件影响氟的迁移和富 集：含水层颗粒越粗，水力坡度越大，径流条 件越好，氟越不易富集。而本区含水层多以 湖相沉积的泥质砂岩、含砾泥质砂岩及泥质 细粉砂岩为主，平均水力坡度仅２＿４％。，地 下水径流条件差，不利于氟迁移，而有利于 氟富集。 ３．地下水化学成份制约着氟的迁移和 富集： （１）弱碱性水有利于氟的富集，本区地 下水ｐＨ值均大于７，见表８。弱碱性水可使 铝硅酸盐矿物溶于水，促使含氟硅酸盐矿物 溶解，使岩石中的氟溶出。因此，ｐＨ值越高的 地下水越有利于氟的富集。相反，在ｐＨ值低 的酸性水中，氟离子与氢离子生成氢氟酸， 氢氟酸溶解二氧化硅及硅酸盐岩石生成气 态的氟化硅．使地下水中的氟减少，不利于氟 的富集。 （２）本区水中氟常以ＮａＦ形式存在，所 以ＨＣＯ３一Ｎａ型、ＣＩ・ＨＣＯ３一Ｎａ型水有助于 氟从岩石或土壤中溶滤及稳定的存在于水 中，地下水中氟的富集与ｃＩ一、ＨＣＯ 一离子含 量呈正相关趋势。 （３）地下水中氟含量有随硬度升高而 降低的趋势，钙是氟在水中富集和迁移的障 碍，由于氟离子（ 和钙离子（ｃａ 能形成难 溶的氟化钙（ｃａＦ２），其反应式为２Ｆ－＋Ｃａ２— ５４件 ２ ３．７％ ３０ ５５．６％ ２２ ４０．７％ ＣａＦ２，而本区地下水ｃａ离子含量较少，因此 ｇ／Ｌ和ｌｍｇ／Ｌ，局部大于２ ｇ／Ｌ和２Ｉｎ 水质 不易形成氟化钙沉淀使ＦＬ析出。其次，氟的 逐渐变差；垂直方向：第四系孔隙潜水由于 钠盐和钙盐在水中的溶解度极不相同，氟化 水位埋藏浅，蒸发浓缩作用使水中盐类和氟 钙的溶解度为１６ｍｇ／Ｌ，氟化钠的溶解度为 富集，水质最差；第四系和新近系混合承压 ４２×１０３ｍｇ／Ｌ，氟化钠在水中完全溶解时，氟 水由于不受蒸发影响，含水层颗粒较下部 在地下水中呈离子状态，可随水迁移和富 粗，水交替较强烈，水质较好；而新近系承压 集；而氟化钙在水中溶解度很低，大部分为 水位于混合承压水之下，含水层埋藏深，颗 白色沉淀，难融于水，不易随水迁移富集，因 粒较上部细，水交替相对较弱，水质较差。 此，钠质水有利于氟的富集，钙质水不利于 但本区地下水成因多样，成份复杂，有 氟的富集。形成了高钙低氟、高钠高氟的现 待在今后的开发利用中进一步研究其空间 象。 分布规律、化学成份特征、形成机制及演化 ４．气候条件决定了本地区高氟水的广 过程。针对本区高氟、高矿水的化学特征，提 泛性，本区处于干旱少雨和高蒸发气候条 出以下预防和治理建议：１．加强工业“ｉ唆” 件，水交替作用弱，导致地下水在含水层中 排放治理，和农林业农药污染和城镇生活污 长期滞留，促使含氟矿物溶解后富集，并使 染治理；２．净化包气带，植树造林，提高土壤 风化产物中的Ｆ一和ＯＨ一之间离子交换，致 自净能力；３．科学利用地下水，隔离高氟、高 使地下水中氟离子进一步富集，一般情况下 矿化含水层，并在适宜部位利用分层开采中 随含水层埋深加大，氟含量减低。 氟、中矿化地下水，以加强人工水循环来净 五、结谮 化含水层；４．采用集中供水，划分水源地卫 综上所述，本区地层岩性是高氟、高矿 生防护区；５．对于饮用的高氟水可用以下简 化水形成的物质基础；水动力条件是高氟、 单方法去氟①将铝化物加入水中，形成胶状 高矿化水形成的主导因素；古地理环境及水 沉淀物，水中氟离子取代其中的羟基（ＯＨ一）， 化学特征是高氟、高矿化水形成的内在条 从而使水中含氟量降低；②将活性碳等『发ｌ附 件；干旱气候是高氟、高矿化水形成的外在 剂放在过滤池中，吸附水中氟离子；③也可 因素。尽管有诸多因素影响，本区氟和矿化 用煮沸去氟和结冰去氟。 度在不同的环境水文地质条件下呈现有规 律的变化。水平方向：在盆地边缘补给区，由 参考文献： 于含水层颗粒粗，水力坡度大，径流条件好， ｒ玎地质矿产部水文地质工程地质研 水交替强烈，地下水矿化度和氟离子含量一 究队，１９７８，水文地质手册【Ｍ】，北京： 般都小于ｌｇ／Ｌ和ｌｍｇ／Ｌ，水质好，而在盆地 地质出版社 中心径流区和东南排泄区，由于含水层颗粒 【２ｌ王大纯．张．等，１９９５，水文地 变细，水力坡度减小，径流条件变差，水交替 质学基础【Ｊ＼＾】。北京：地质出版社 缓慢，矿化度和氟离子含量一般都大于１ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ／０８５
