飲水型地方性氟中毒的地質(zhì)環(huán)境特征及防治

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提要：飲水型地方性氟中毒（簡稱地氟?。┦怯捎陂L期飲用氟含量超標(biāo)的水源而引發(fā)的地方性疾病，其流行原因主要是特定的自然環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境和生存環(huán)境等因素，論文論述了中國東北地區(qū)飲水型地氟病發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境特征，探討了地氟病防治中存在的問題與改水建議。

關(guān)鍵詞：東北地區(qū)；氟中毒；地質(zhì)環(huán)境；防治措施 1概述 地方病是指具有嚴(yán)格的地方性區(qū)域特點的一類疾病。它主要發(fā)生在某一特定地區(qū)，同一定的自然環(huán)境有密切關(guān)系。飲水型地方性氟中毒是由于長期飲用氟含量超標(biāo)的水源而引發(fā)的地方性疾病，它嚴(yán)重危害病區(qū)居民的身體健康。中國東北地區(qū)是中國地方病的重病區(qū)之一，幾乎每個行政區(qū)縣都有不同程度的地方病分布，具有病區(qū)分布廣、病人多、病情重、危害大的特點。松、遼平原地下潛水中氟含量普遍較高，當(dāng)?shù)厝罕婇L期飲用含氟量較高的地下水，引發(fā)氟中毒病流行。氟中毒病流行的地區(qū)主要包括有遼寧省的建平、盤山、黑山、遼中、新民等縣市，吉林省的通榆、長嶺、白城、乾安、大安等縣市，黑龍江省的肇源、肇州、肇東、安達、林甸等縣市，內(nèi)蒙古自治區(qū)滿洲里、科左中旗、奈曼、庫倫、阿魯科爾沁等旗縣，主要表現(xiàn)為氟骨癥和氟斑牙癥。據(jù)衛(wèi)生部門2005年的統(tǒng)計資料，東北地區(qū)氟斑牙的患病人數(shù)約為294萬人，氟骨癥的患病人數(shù)約為23.3萬人。這些地區(qū)在地貌上為低平原、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。 2氟中毒的地質(zhì)環(huán)境特征 2.1區(qū)域地質(zhì)、地貌特征 2.1.1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性特征 從黑龍江省三肇地區(qū)的肇州、肇東、肇源，經(jīng)吉林的白城、遼寧的康平、法庫到內(nèi)蒙的赤峰，是東北地方性氟中毒主要分布區(qū)。該區(qū)位于興安嶺—內(nèi)蒙地槽褶皺區(qū)的松嫩中斷(坳)陷帶內(nèi)，第四紀(jì)地層較發(fā)育，中、重病區(qū)基本都位于沉降幅度最大的沖湖積平原的中部，以第四紀(jì)特別是晚期的沉降運動與氟中毒的關(guān)系最為密切。另外，病區(qū)的巖土性質(zhì)都具有顆粒細，比表面積大的特點，巖性主要為黃土狀粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。非病區(qū)的主要為砂礫石和粉質(zhì)粘土，砂礫石具有較高的孔隙率，透水能力強，不利于氟的富集。通過取樣分析可以看出，不同的地層巖性中F的含量不同，分別引發(fā)不同程度的地氟病。 2.1.2地貌特征 地方性氟中毒流行病學(xué)的特點是呈灶狀分布，在地貌上多分布在山前沖積扇的扇緣交接洼地和沖積平原區(qū)相對低洼的地區(qū)，即地形地貌的差異，氟中毒已呈現(xiàn)出不同的特點。正地形中病情相對較輕，負地形中病情相對較重，而且地形越低洼越易形成病區(qū)，同時病情也隨之加重。比如肇州、肇源和乾安等處在松嫩盆地的中部，大部分為低平原區(qū)，氟中毒就比較嚴(yán)重；翁牛特旗和巴林右旗的氟中毒病區(qū)分布在山前沖積扇的山原交接洼地。而處在高平原之上的依安、克山、北安、五常等地幾乎沒有氟中毒的發(fā)生。 2.1.3土壤地球化學(xué)特征 松嫩平原是世界三大蘇打鹽堿土集中分布區(qū)之一，鹽漬化廣泛分布于低平原的閉流洼地中。該區(qū)地勢低洼平坦，地下水位高，氣候相對干旱，土壤鹽漬化現(xiàn)象比較普遍，以蘇打型占絕對優(yōu)勢。在這種環(huán)境中，土壤中難溶性的氟化物如CaF2，在羥基作用下發(fā)生反應(yīng)：CaF2+2OH-=Ca(OH)2+2F-，氟以離子形態(tài)活躍于土壤中。與此同時，土壤膠體和粘土吸附的氟，在高pH條件下解吸，把氟離子釋放出來，使土壤中氟的活度增加。這部分活性氟，隨水遷移或補給地下水、或補給地表水，參與環(huán)境中元素的再平衡。由于環(huán)境條件的差異，土壤堿化強度不同，氟的土壤地球化學(xué)行為在不同地區(qū)有所區(qū)別，也就造成氟在環(huán)境中的相對富集程度不同。據(jù)黑龍江省肇州縣、肇源縣地方病嚴(yán)重區(qū)水文地質(zhì)專項調(diào)查報告，上述兩地地處松嫩平原腹地，是第四系孔隙水的匯流區(qū)。該區(qū)多年平均降水量為456 mm，蒸發(fā)量為943 mm，屬于黑龍江省蒸發(fā)的高值區(qū)及重點旱區(qū)。由于該區(qū)地下潛水埋藏淺，土壤顆粒細，毛細作用較強，地下水中的鹽分被帶入土壤表層，土壤鹽漬化發(fā)育，分布有中、重度鹽漬化土。調(diào)查結(jié)果表明，土壤水溶液中陰離子CO2-3+HCO-3垌Cl->SO2-4，陽離子Na+>Ca2++Mg2+，屬蘇打鹽漬土。在雨季土壤飽水情況下，土壤水溶液呈堿性，pH值7.10～8.76。弱堿性的水文地球化學(xué)環(huán)境有利于氟元素從含氟礦物中析出并進入地下潛水中，因此在鹽漬化發(fā)育地區(qū)，氟中毒的病情也相對較重，鹽漬化發(fā)育區(qū)也是地氟病的中、重病區(qū)。 2.2區(qū)域水文地質(zhì)特征 2.2.1地下水補、徑、排特征 在大、小興安嶺和長白山等基巖山區(qū)、山前沖洪積扇以及嫩江、松花江等河谷地區(qū)，屬于地下水的補給區(qū)和排泄區(qū)，地下水徑流條件好，水流交替迅速，氟離子處于強烈的遷移狀態(tài)，缺少良好的儲存條件，難以富集，氟中毒就輕或者沒有；而位于地形平坦的低平原區(qū)，地下水徑流微弱，水循環(huán)緩慢，以垂直交替為主，水中鹽分不易運移，氟離子儲存的條件優(yōu)越，有利于氟的富集，形成高氟地下水，導(dǎo)致氟中毒比較嚴(yán)重。從調(diào)查看，松嫩平原的中部地勢低洼，屬于地下水的匯集區(qū)，地氟病就較重，而處在松嫩平原補給及徑流區(qū)的四周與排泄區(qū)的河谷地帶很少有地氟病的發(fā)生。另外，人工開采也影響著地下水中氟的富集，進而影響著地氟病的發(fā)生。根據(jù)大慶油田2000—2005年監(jiān)測資料，由于控制開采，水位在逐漸恢復(fù)，地下水中氟離子含量在逐漸升高。這也進一步證實，松嫩平原長期監(jiān)測資料顯示的地下水中氟離子含量在降低，是由于大規(guī)模、長期人工開采地下水引起的（松嫩平原長期觀測資料）。對比1989年與2007年肇州縣氟離子的監(jiān)測數(shù)據(jù)，同樣可以看出，氟離子的含量在降低。 2.2.2水文地球化學(xué)特征 非病區(qū)的水化學(xué)類型比較單一，主要為重碳酸鈣型水；病區(qū)的水化學(xué)類型比較復(fù)雜。比如在吉林省乾安縣，輕病區(qū)地下水化學(xué)類型組合主要為Cl-Ca•Na和HCO3•Cl-Na•Ca型水組合，局部為單一的HCO3-Ca•Na型。中病區(qū)地下水水化學(xué)類型組合主要為HCO3•Cl-Na•Ca、HCO3-Ca•Na和HCO3-Na型水組合，但以HOC3•Cl-Na•Ca型為主，次為HCO3-Ca•Na型。重病區(qū)地下水化學(xué)類型主要組合為HCO3-Ca•Na和HCO3-Na型組合，以HCO3-Ca•Na為主。 2.2.3地下水中氟含量特征 氟斑牙的發(fā)生與地下水氟含量基本呈正相關(guān)性，即水氟含量高的地區(qū)氟斑牙患病程度相對較高。在乾安縣調(diào)查時發(fā)現(xiàn)氟斑牙初始出現(xiàn)的飲水氟含量為1.06 mg/L，當(dāng)飲水氟含量上升至4.5 mg/L時，氟斑牙的最高患病率可增至70%；當(dāng)飲水氟含量升至7 mg/L時，氟斑牙的最高患病率可增至90%～95%；當(dāng)飲水氟含量超過7 mg/L時，氟斑牙的最高患病率可升至100%。氟骨癥的發(fā)育與水氟含量也有相關(guān)性，水氟含量達到1.5 mg/L時即出現(xiàn)氟骨癥，水氟含量超過2.5 mg/L時氟骨癥患病率達到高峰。吉林省西部氟骨癥與水氟含量調(diào)查結(jié)果表明，一般說飲水氟含量在1～2 mg/L為輕度氟中毒，2～4 mg/L為中度氟中毒，超過4 mg/L為重度氟中毒。綜上所述，地方性氟中毒的發(fā)生與地質(zhì)環(huán)境存蔡賀等：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647中國地質(zhì)2010年在著密不可分的關(guān)系。重病區(qū)和中病區(qū)主要分布在湖沼洼地密布的沖積湖積平原，常見巖性為細顆粒的黃土狀土、淤泥質(zhì)土，地下水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca•Na和HOC3•Cl-Na•Ca型，地下水中氟的含量為1.80～16.00 mg/L，一般在4～6 mg/L。輕病區(qū)和非病區(qū)主要分布在湖沼洼地較少或沒有的沖積湖積平原，常見巖性主要顆粒較粗的粉土、砂土等，地下水化學(xué)類型主要為Cl-Ca•Na和HCO3•Cl-Na•Ca，地下水氟的含量一般都低于2 mg/L。這種一致性表明地質(zhì)環(huán)境因素對地方性氟中毒的滋生和病情輕重起著控制性作用。但由于地質(zhì)環(huán)境因素各自的屬性所限，其對氟中毒的影響是不相同的。其中，地下水動力因素控制著地下水水文地球化學(xué)作用方向和水化學(xué)組分的集散，例如高氟水都出現(xiàn)在地下徑流遲緩的或不受局部排泄或局部補給干擾的匯水區(qū)。地貌形態(tài)特征對水文地球化學(xué)作用方面的貢獻：一是提供水化學(xué)組分集聚的場所，例如湖沼洼地密集的微波狀沖積湖積平原，是本區(qū)最有利的水化學(xué)組分的富集場地；二是對地下水的淡化，例如霍林河漫灘區(qū)，由于河流對上更新統(tǒng)含水層地下水的季節(jié)性補給和排泄，將起著淡化作用。水化學(xué)特征和地下水氟含量則是地下水動力因素的結(jié)果和表征。從各地質(zhì)環(huán)境因素對本區(qū)水文地球化學(xué)作用功能看，影響東北氟中毒發(fā)生和病情輕重的各地質(zhì)環(huán)境因素中，地下水的動力條件是首要的，其次是地貌因素，其他因素僅在此基礎(chǔ)上加劇或淡化水文地球化學(xué)組分的分配。另外，氟中毒的患病程度與年齡、性別、居住年限均有關(guān)。氟中毒的患病程度明顯隨年齡增長而逐漸嚴(yán)重，且女性患病率略高于男性，女性患病率隨生育次數(shù)增加而增高。居住年限越長患病程度越重，骨關(guān)節(jié)功能障礙及殘疾程度越高。 3高氟水成因分析 3.1地下水中氟的來源 東北地區(qū)地下水中的氟主要來源于含水圍巖，因為氟在巖石、土壤中的含量比在地下水中的濃度要高出幾個數(shù)量級，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。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，因此，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)前人資料，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入地下水中。螢石和磷灰石的溶濾作用如下：CaF2+2OH-=Ca(OH)2+2F-Ca5F(PO4)3+3H2O→5Ca2++3HPO2-4+3(OH)-+F-云母的水合作用：KAl2[AlSi3O10]F2→KAl2[AlSi3(O,OH)]+2F-KMg3[AlSi3O10]F2→K<1 Mg3[AlSi3(O,OH)<12]n•H2O+2F-對于松散沉積物來說，其氟含量與顆粒組分關(guān)系密切。顆粒越細，總氟和水溶性氟含量越高，而且水溶性氟與總氟的比值也越大，因此，細顆粒的沉積物（主要是粘粒和粉粒），為地下水中氟的來源提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。 3.2高氟地下水的成因類型 根據(jù)高氟地下水形成的環(huán)境條件和化學(xué)作用，可劃分為兩種成因類型。 3.2.1溶濾型 主要分布于富氟的巖漿巖地區(qū)，特別是螢石礦附近，呈不連續(xù)的星點狀或小片狀分布。由于地形切割破碎，地下水交替條件良好，溶濾作用不斷地進行，因此，多為低礦化度的HCO3-Ca•Na型水。在這些地區(qū)，雖然氟源異常豐富，但由于淋失作用強烈，因此，地下水氟含量一般并不太高。僅在地形、構(gòu)造不利于地下水交替的局部地段，出現(xiàn)較高的氟含量，有時大于4 mg/L。這種類型主要分布于內(nèi)蒙古東部的興安盟、通遼市和赤峰市地區(qū)。 3.2.2蒸發(fā)濃縮型 主要分布在平原和盆地中。其水化學(xué)作用的特點是，溶濾作用不甚充分，而陽離子交替吸附作用在含水層中廣泛進行，這對改變地下水的化學(xué)成分和提高氟的活度具有重要意義；同時，濃縮作用對于氟的富集也有明顯的影響。曹玉清等的研究證實了淺層地下水中各組分包括氟的行為是受蒸發(fā)作用控制的，控制的模式基本與理論模擬一致，尤其在淡水向HCO3-Na類型水演化階段吻合較好；蒸發(fā)作用的影響在宏觀上反映微地貌的水化學(xué)分帶上。高氟區(qū)集中出現(xiàn)在蘇打類型水存在范圍區(qū)，對應(yīng)的典型地貌為湖沼洼地。低氟低礦化水集中在HCO3-Ca、HCO3-Mg水區(qū)，對應(yīng)地貌為崗地崗坡。低氟高礦化水則出現(xiàn)在Cl-Na水分布區(qū),對應(yīng)地貌為鹽泡或鹽泡邊緣。這種類型主要分布于松嫩平原中部、下遼河平原和西遼河平原地區(qū)。 3.2.3地?zé)釡厝?與地?zé)峄顒佑嘘P(guān)，其周圍地帶地下水氟含量普遍較高。礦泉中的化學(xué)成分主要來自于圍巖的溶濾，熱水對圍巖中氟的溶濾作用更強，且溫度越高，溶濾速度越快，氟在泉水中的富集量越高，幾乎所有溫泉氟含量都超標(biāo)。水溫高達100℃時，水氟最高達29.2 mg/L。這種類型分布局限且分散，遼寧地區(qū)現(xiàn)已查明有34個溫泉型高氟水區(qū)，分布在丹東—鳳城—岫巖，本溪—鞍山—熊岳—龍門湯，錦州—興城—綏中—帶；內(nèi)蒙古克什克騰旗的熱水塘也屬于這種類型。 4存在問題 （1）改水意識淡薄貧困落后地區(qū)群眾對地氟病危害認識不足，因此，改水不主動，不積極。出現(xiàn)等、靠、要的思想,改水工作很難開展，并且改水工程遭到嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象屢見不鮮，嚴(yán)重地影響改水工程運行的質(zhì)量和效益，一些地區(qū)地方性氟中毒仍有大量的新發(fā)病例，給人民的身心健康帶來嚴(yán)重后果,阻礙了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。 （2）防氟改水工程老化目前東北現(xiàn)有改水工程大都是20世紀(jì)70—80年代修建的，多數(shù)已經(jīng)停用或報廢，只有少數(shù)在正常運轉(zhuǎn)。病區(qū)居民再次受到高氟水的危害，致使一些地區(qū)地方性氟中毒病情有回升趨勢。 （3）缺乏科學(xué)的改水技術(shù)現(xiàn)有的改水工程技術(shù)落后，工程質(zhì)量差，且改水工程不夠科學(xué)，沒有兼顧到多方面的利益，導(dǎo)致防氟改水工程壽命短，造成資金浪費，影響改水工程效益。 （4）改水方法單一大多數(shù)的改水工程都是采用打防氟改水井，這種方法投入大、成本高，在居住分散和不發(fā)達地區(qū)，缺乏方便、實用、簡便的除氟方法。 5防治建議 飲水型地方性氟中毒是由于長期飲用氟含量超標(biāo)的水源引發(fā)的地方性疾病，只要切斷或降低氟元素的攝入量，即能達到滿意的效果。為此提出以下幾個方面的防治建議： （1）加強宣傳教育加強領(lǐng)導(dǎo)，注重宣傳，進一步提高認識。各級政府和群眾要充分認識到氟中毒的嚴(yán)重危害以及防氟改水的重要性，防氟改水工作是一項長期、復(fù)雜、艱巨的任務(wù)。要把整治高氟水的計劃和改水規(guī)劃納人到國民經(jīng)濟發(fā)展計劃，認真地搞好防氟改水工作。 （2）加強科學(xué)研究飲水型地方性氟中毒病因清楚，研究重點應(yīng)放在高氟水治理上。在無低氟水源地區(qū)、分散地區(qū)和近期沒有條件打防并改水井的地區(qū)，應(yīng)因地制宜采取不同的改水方法和改水模式。在水文地質(zhì)條件和經(jīng)濟條件許可的地區(qū)，可就地打防病改水井，開采利用氟含量適宜的地下水作為飲用水源，這是防治地方性氟中毒的根本措施。 （3）加強科學(xué)管理加強對地方病防治工作的管理，建立一整套的調(diào)查、防治、評估體系；加強對水資源尤其是地下水資源的管理，開展地方病嚴(yán)重區(qū)專項水文地質(zhì)調(diào)查及供水安全示范工作，指導(dǎo)地方政府和群眾打井改水；加強病區(qū)患病人員和地下水質(zhì)量的監(jiān)測工作，建設(shè)流動和固定監(jiān)測點，及時掌握地氟病的發(fā)生和居民飲用水水質(zhì)情況，提供政府實施作出正確抉擇。   參考文獻（References）： [1]李延生,崔玉軍.黑龍江省松嫩低平原區(qū)鹽漬化地球化學(xué)特征[J].現(xiàn)代地質(zhì),2008,22(6)：934-938.Li Yansheng,Cui Yujun.Geochemical distribution characteristics ofsalinization in the Song-Nen low plain[J].Geoscience,2008,22(6)：934-938(in Chinese with English abstract). 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