岩石和地下水中的氟
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发布时间：2023-07-12 13:16
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时间：2024-11-22 17:42
长期以来，人们注意到自然界土壤和岩石的含氟量远远超过各种水体（地表水、地下水）的氟含量。据此，许多学者从水对岩土具有淋滤作用的认识出发，认为岩石和土壤是地下水主要的氟源。譬如Apabire等对加纳高氟地下水进行研究后认为，地下水中氟含量高是由于角闪石、云母、萤石及其风化产物的溶解造成的。McCaffey et al.（1998）认为高氟地下水的分布区与基岩和土壤中氟的含量等有密切的关系。Limantseva et al.（2005）调查了莫斯科地区，认为由于水与氟——白云石集合体的相互作用构成了该地区地下水中氟的来源。Conrad et al.（2009）认为肯塔基地下水中氟主要来源于基岩和沉积物中矿物质。Msonda et al.（2001）对非洲马拉维的Nathenje地区进行调查后认为，该地区的氟来源于黑云母、角闪石和萤石等矿物。Farooqi et al.（2007）认为，地下水中的氟来自萤石、冰晶石、氟磷灰石等富氟矿物。Chae et al.（2005）对韩国南部的基岩地下水进行调查，认为氟来源于变质岩和燕山期的花岗岩中的黑云母。Kun et al.（2001）对印度Nayagarh地区的高氟地下水进行调查，认为富含氟的地壳深部热水经过断层和破碎带等通道上升是该地区地下水中氟的主要来源。AbdeIrahman et al.（2009）对日本的Mizunami地区的地下水中氟的来源进行研究，认为氟的主要来源是萤石、云母类矿物。Moghaddam et al.（2009）对伊朗Maku 地区的研究发现，高氟地下水分布于玄武岩区，玄武岩中的硅酸盐、氟磷灰石等矿物被不断地风化和淋溶进入地下水中。关于地下水氟来源的问题，我国学者也有相同的观点。朗文捷等（2007）对鄂北高氟地下水进行了调查，对区内岩石中氟的丰度进行了测试，认为低山丘陵区的基岩中含有的云母、角闪石、磷灰石是氟的主要物质来源。陈覆安（2001）对贵州高氟地下水进行了分类后认为其主要物质来源有两类：一类是碳酸盐岩区，另一类是硅质陆源碎屑岩区。王根绪等（2000）对西北干旱区高氟地下水进行了研究，发现祁连山、天山岩浆岩和变质岩中的云母类矿物中氟含量高达2.1%～5.2%，山区河网发育为干旱内陆流域氟的富集提供了丰富的物质基础。陈英（1999）认为我国云南地区高氟地下水主要为火山岩的溶解。朱立军等（1999）对黔中岩溶地区岩土水系统中氟的环境地球化学进行了研究，得出以含石膏碳酸盐岩为主的三叠纪海相地层是该区土中氟的主要来源的结论。尹国勋等（1997）认为花岗片麻岩及其风化产物中含氟矿物的溶解是兖州岳庄水源地下水中氟的主要来源。
应该指出，上述观点主要针对岩石、土壤中的可溶态氟，岩土对地下水的单向物质输入，以及岩土中氟的分散、迁移行为，从这些角度来看，上述提法有一定的合理性，但如果将这些观点绝对化或者认为作为研究高氟地下水成因的基本出发点则是不妥的。换句话说，脱离氟的分散、迁移、聚集等完整的动力学过程，泛泛地讨论氟的来源问题，对于摸清高氟地下水形成机理没有多少助益，甚至会产生错误导向，即会把岩土可溶性氟含量的高低作为解决问题的主方向。除此之外，将岩土视为地下水氟的来源，还会引申出另一个理论疑点，即在地下水长期淋溶作用下，作为过水介质的岩土尤其是相对古老的沉积物应该出现氟贫化现象，然而相关研究并没有这方面的有力证据。应该指出，上述观点考虑的是自然环境对人体、岩土对水的单向物质输入，以及岩土中氟的分散、迁移行为，具有一定的合理性，但若将岩土中的氟认为是有关环境中氟的来源是不妥的。因为氟的源与汇是相对的概念，它们以不同的等级存在于各对应层级的地质环境中，并与各层级地下水流动系统相契合。
我们认为，水与岩土之间的物质交换是地球上普遍存在的物质运动形式之一，特别是在地球表生地质环境中水-岩（土）作用更为活跃，并直接影响着各地地下水中的氟含量和氟的化学形态。因此，研究地下水中氟的来源，既要考虑岩土中氟的形态及数量，又要考虑地下水的化学条件、动力学特征，以及岩土吸附、解吸能力等诸多因素。具体研究中，要把握两点：①氟的源与汇是相对的概念，它们以不同的等级存在于各对应层级的地质环境中，并与各层级地下水流动系统相契合；②氟在自然界中的存在有各种形态，在一定的水-岩条件下是可以相互转化的。因此，水与岩土在氟的交换上源汇的角色不是固定的，在不同的水化学微环境中两者可以彼此转换。
氟是一种亲石元素，往往以化合物的形式广泛存在于岩石、土壤及土壤母质（未成壤的松散沉积物）中。在岩浆岩、变质岩、沉积岩这三大岩类中，一般而言，岩浆岩含氟量相对较高。例如，基性岩中的玄武岩氟含量为180～540mg/kg，酸性岩中的花岗岩氟含量为520～4550mg/kg。若按氟含量的高低来排序，各种岩浆岩有如下规律：基性岩＜中性岩＜酸性岩。岩浆侵入时温度、压力会发生变化，岩浆的物质组成也会随之改变，从而影响矿物的含氟量和氟化物的形态。根据氟是否为成矿元素，可将矿物分为氟矿物和含氟矿物。前者指氟在矿物化学组成上为不可或缺的元素，如萤石（CaF2）及冰晶石（Na3AlF6）、钠氟石（NaF·2CaO·SiO2）、氟镁石（MgF2）、氟铝石（Al2［PO4］F2（OH）（H2O））、黑云母（K（Mg，Fe）3［AlSi3O10］（OH，F）2）、钠云母、南平石、鱼眼石、水墨叶石等，后者指氟不是必需的成矿元素，仅仅是因为矿物晶格中带有［OH］，在某些条件下，［OH］与F置换，使氟进入矿物，这时矿物的名称与是否含氟无关，若含有氟，可称为含氟矿物，如角闪石等。
沉积岩往往也含有一定数量的氟，但含量差异较大，例如页岩含氟量一般介于500～1300mg/kg之间，是沉积岩中最富氟的岩石，而砂岩和碳酸岩的氟含量大致在270～540mg/kg之间。各种沉积岩含氟量的多少取决于两方面，一方面是构成碎屑的原生矿物（含氟矿物和氟矿物）的种类和含量，另一方面是成岩过程中次生矿物亲氟能力和现状条件下残留的数量。至于未固结成岩的松散堆积物如土壤和土壤母质中的含氟状况除具有上述与沉积岩相类似的特点之外，也有其特殊之处，这就是在频繁的水土相互作用下土中氟在某些层位和时间会脱出，进入水中，在另外层位和时间会吸纳水中的氟，而表现为更明显的波动性。换句话说，如果把松散堆积物判为地下水氟的来源，不如将这些过水介质理解为氟的调节器或中转站在认识上更科学。
