1樓：中地數媒
1.氣候
氟在天然水中的富集與氣候條件密切相關，以往的研究表明，在乾旱半乾旱地區由於蒸發濃縮作用強烈，往往造成天然水中的氟含量升高。降水、蒸發及其平衡狀況是水量大小和季節變化的決定因素，而水量的大小和運移方向對於氟的運動方向和特徵又有明顯影響。
研究區地處中緯度北溫帶，受蒙古高壓、太平洋副熱帶高壓交替控制，屬溫帶大陸型季風氣候。四季分明，夏秋多雨，春冬乾燥。據區內氣象站21年觀測資料記載，平均氣溫14.
4℃，平均相對溼度71.7%，平均絕對溼度14.4mbar。
多年平均降水量為686.3mm，一年內最大降水量1175.3mm，最小降水量325.
3mm，月平均最大降水量為204mm，月平均最小降水量為7.4mm，一年之中的降水量多集中在
七、八、九三個月，佔全年總降水量的70%以上。全年平均蒸發量為1904.8mm，一年內最大蒸發量為2752.
3mm，最小蒸發量為1474.2mm，月平均最大蒸發量為343.2mm，月平均最小蒸發量為8.
4mm，一年之中二月和次年一月為最小，僅佔全年蒸發量的10%左右。
由以上資料可以看出，研究區降水在一年之中分佈不均勻，相對比較集中。在雨季，大氣降水通過包氣帶入滲補給地下水時，形成具有一定礦化度和化學成分及氟濃度的溶液，進入含水層。在這個過程中通過入滲水對包氣帶中的可溶性含氟礦物進行淋洗，基本是一個脫氟過程，表現為包氣帶中的氟向地下水中轉移和富集。
在旱季，蒸發作用強烈，靠近地表的支援毛細水不斷轉換為氣態，淺層地下水不斷通過毛細作用進行補充使蒸發作用得以繼續。隨地下水埋深的減小，這個過程的強度增大，氟化物的累積量也增大；反之則減小。在這個過程中產生的聚鹽效果使氟也滯留在淺層水中。
總的來說，本區的蒸發和降水量之比（即蒸降比）基本大於2，降水的淋洗過程和地下水的蒸發強度不對應，大陸鹽化效應明顯，因此在本區有傾向於氟聚集的趨勢，這是本區成為高氟區的重要原因。
2.地質背景
據河南省地礦局2023年的調查，在河南省廣泛分佈的岩漿岩的氟含量與岩石型別有關，基性巖與超基性岩含量較低，酸性巖和鹼性岩含量明顯增高，如鹼性岩的平均含量為1957mg/kg，侵入岩的含量一般要高於同型別噴出巖。分佈在豫北、豫西以及豫南山區的變質岩，如雲母片巖、角閃片岩、雲母片麻巖、角閃片麻岩中的氟含量在800～1600mg/kg之間。分佈在三門峽—魯山—確山以北和淅川地區的沉積岩中，泥岩、頁岩的氟含量較高，平均氟含量達800mg/kg以上。
一般認為，基岩山區對地下水的貢獻主要表現為在表生帶各種物理化學及生物化學因素影響下，通過溶解作用和水合作用使氟從各類基岩含氟礦物中釋放出來，由各種地表水體和補給區進入地下水體。值得注意的是，有人對風化花崗岩的總氟含量與可溶性氟含量進行比對，結果表明風化花崗岩中氟的溶出率為0.24～0.
52，而微風化花崗岩浸泡液氟溶出率僅為0.03左右。由此可見，岩石中大部分氟很難直接進入地下水中，而以往將岩石當作氟源認為氟是從基岩中不斷脫出的表述不太準確。
準確的表述是，地下水中的氟**於岩石的風化產物。
通過風化、水流搬運和沉積等物理作用，基岩風化成土壤的過程中不同發育階段的產物形成含有含氟礦物的第四系鬆散堆積物和砂礫石、砂、亞砂土及黏土等。在各種作用下基岩中進入水體的一些氟以吸附態和分散態氟的形式富集於顆粒較細的土壤中，並在其中重新分配。
取自周口地區的粉細砂、亞砂土和亞黏土的9個樣品物相分析沒有發現氟礦物，而蒙脫石、綠泥石、伊利石、高嶺石等對遊離態氟有吸附能力的黏土礦物含量之和為54%～68%，其餘為與氟沒有親和力的石英、長石、方解石、白雲石等礦物。黏土類物質有很強的吸附能力，在水鹽交換過程中扮演的是氟離子「轉運站」的角色。在一定的化學條件下，它可以將原先吸附的氟釋放到地下水中，在另外一些水化學條件下，則可吸納水中某種離子形態的氟，使之暫時聚集在土體內。
在這個過程中不斷調整，越到下游，水鹽交換越頻繁，這種調節過程越多。本研究區是平原區，有大量的黏土物質，而且厚度不薄，黏土的比表面積大，吸附性強。越到下游水流越滯緩，水-巖作用比較充分。
因此含氟的山區基岩從巨集觀上提供了地下水氟的物質**，而第四紀鬆散堆積物則作為一個調節器控制著地下水氟的富集和分配，對地下水氟構成更直接和更重要的影響。
3.地形地貌
研究區雖然屬於平原地區，但卻不是一馬平川，微地形高低起伏變化明顯，存在次一級的凹陷和窪地。研究區位於黃泛平原，從全省範圍來看，屬於區域的勢匯，地下水氟含量普遍高。然而在盆地或平原內部的不同地貌單元中，高氟地下水的空間分佈也存在差異，高氟地下水多分佈在山前洪積扇的扇前窪地、扇間窪地、河谷的低階地、河谷窪地等地勢較低處。
也就是說，不同層級的地形條件對研究區高氟分佈的影響不同。巨集觀、區域的地形地貌可以決定研究區氟分佈的總體格局，而次一級或者更次一級的地形地貌又影響氟更細緻的分佈，這種不同級別的地形地貌巢狀，會造成氟在研究區水平區域的分帶性以及垂向分異的特點，造成了高氟地下水分佈的斑塊狀和插花狀現象。
我們將從區域和局域兩個尺度上分析地形地貌對高氟地下水分佈的影響。
（1）從區域的地形地貌來看，研究區屬於黃河衝洪積平原，研究區的西部為山區。區域的地形地貌控制了區域的地下水流動系統，西部山區屬於補給區，而整個研究大部分處於匯區（排洩區）。
1）從整個河南省來看，研究區位於河南省東部，屬於黃河洪泛平原區，地勢平緩，向東南緩傾斜，坡度約0.125‰～0.2‰。
而研究區西部，主要為山區地貌，地形起伏大，坡度較陡。區域地形地貌如圖6-6所示。
圖6-6 河南省區域地形地貌
（據蔣輝，2008）
從整個河南省來看，西部山區為研究區的補給區，該地區地層巖性主要為砂礫層，顆粒較粗，透水效能好，水化學型別簡單，地下水埋藏較深，受蒸發作用的影響小，地下水中的氟離子容易遷移到別處，很少出現高氟現象；而豫東平原由於地勢較低，屬於整個河南省的地下水排洩區，另外受黃河以及其他河流的衝洪積影響，地層巖性較細，其透水能力差，地下水埋深較淺，受蒸發作用影響，地下水中的氟遷移聚集在淺表，其他地區的氟也不斷向該處運移，因此該地區氟的背景值較高。
2）從整個研究區來看，研究區西部接近西部山區，其特徵和區域的補給區類似，該地區地下水礦化度較低，地下水中的氟含量也偏低；而研究區東部同時為區域和局域的排洩區，地下水經過長距離運移，沿途不斷接受周圍環境中氟離子的補給，到達排洩區時在強烈的蒸發作用下，濃縮富集，形成高氟地下水，有利於氟的積累，因此該地區多出現高氟地下水。再加之研究區地下水的流向為由西北向東南，因此，研究區的東南部為地下水的匯區，地下水位埋藏淺。從深層、淺層高氟分佈圖中，我們可以印證，以開封—鄢陵一線為界，西北部多為低氟區，東南部則主要為高氟區。
（2）局域地形地貌對氟離子遷移富集的影響。在巨集觀大尺度的分析下，我們可以得到高氟地下水在區域上的分佈規律，然而我們從高氟地下水分佈圖中可以發現在區域的高氟區並不是全部的高氟，還有低氟區的存在，同樣在低氟區內也有斑塊狀的高氟區，高氟區的分佈呈現島狀、斑狀、插花狀。因此應該從中觀層次，即局域的地形地貌進行分析。
豫東平原區看似一馬平川，卻由於黃河歷史上的多次氾濫改道，造成了在平原內部出現多種微地貌，如長條狀崗地、河道沙灘地、窪地等，使豫東平原呈現崗地、窪地相間分佈的地貌特徵。局域的地形地貌高低起伏，決定了淺表範圍內的地下水流場。豫東平原地區斑塊狀高氟地下水往往集中在低窪地形。
這是由於地勢低窪處多是地表水以及地下水的匯聚區，氟離子也隨之遷移聚集，該處地下水中的氟離子濃度因此升高；同時，窪地處地下水位埋深較淺，地下水的排洩主要通過蒸發作用，在旱季蒸發作用強烈時，鹽分（氟離子）隨水分運移到地表附近，並聚集，當有降水時，鹽分（氟離子）又返回到該處的地下水中，從而使地下水中的氟離子濃度增加；另外，窪地處的巖性、水力條件等為氟離子的聚集提供了有利條件。
4.水動力條件
氟和其他常量組分一樣，遷移富集過程必然以地下水作為主要載體和介質，地下水的流動是其主要的遷移方式，在此動力學過程中發生一系列的物理化學作用來完成氟的遷移富集。
從全省的角度來看，研究區東部屬於黃河洪泛平原區，地形平坦，屬於地下水流動系統區域的匯。而在研究區的西部，即鄭州—平頂山一線以西，為山區地貌，主要由中山、低山和丘陵組成，海拔大部分為500～1500m，具有地勢高、起伏大、坡度陡、水流切割劇烈等特點，屬於區域的源。研究區，地勢向東南緩傾斜，全區海拔較低，地面坡度一般為1/5000～1/8000。
距離區域地下水的補給區有一定距離，靠近區域的匯。既不是源的特點，又不是真正匯的特點，處於中間狀態。在某些微地形影響下，區域性的源和匯均出現，地下水的流動比較複雜。
如果地下水水平徑流條件較好，有利於氟的遷移擴散，水氟含量較低；如果水平徑流滯緩，則為氟的富集提供了有利條件。研究區內的條形崗地，包括尉氏縣西部崗地以及召陵崗地帶，由於地形起伏大，地下水徑流條件好，不利於氟的富集，故形成礦化度低的淡水；而東部廣闊的黃河沖積平原，地形平緩，地下水徑流緩慢，尤其是崗間的帶狀窪地、槽形窪地、碟形窪地等微地形、地貌，地下水流動滯緩，又屬於地下水的排洩匯聚點，故易形成高氟地下水。
淺層地下水徑流受地形、補給**和含水層巖性控制，研究區西部崗地（主要分佈在中牟縣黃店和尉氏縣大橋以西）地形起伏較大，水力坡度也較大，自西向東、東北、東南呈放射狀緩慢向下遊流動，水力坡度1/200～1/1000，地下水的徑流相對較強，有利於氟的遷移。其他沖積平原地形平坦，地下水水力坡度上游為1/2000、下游為1/4000～1/6000，順地面坡降由西北向東南流動，地下水的流動相當滯緩，容易造成氟的富集。
在平原區內，受微地貌和古地形的影響，往往形成區域性的高氟和低氟地下水區。例如，在黃泛平原區，古河道分佈較廣，徑流條件較好，形成區域性的高滲透性透鏡體，氟在地下水中的含量就比較低。而在徑流條件差的閉塞低窪區，經過長期的水-巖作用，礦化度較高，促使氟向該處集中。
另外，中深層、淺層地下水之間沒有絕對的隔水層，它們之間有水力聯絡，存在天窗，中深層、淺層之間有補排關係，區域上有地下水增壓區和減壓區的分佈。從前面分析的結果可以得知，區域的地形地貌控制了研究區地下水流動系統，我們可以大致分辨出研究的補給區、徑流區以及排洩區，在水文地質資料不全的情況下，還可以判斷出區域地下水的大致流向，在周口地區，地下水是自西北流向東南。
將研究區淺層地下水、中深層地下水等水位線圖疊加後，圈出了中深層地下水位高於淺層地下水位的地區以及淺層水位高於中深層地下水位的地區，如圖6-7所示。
在研究區東北部通許—尉氏縣一帶以及太康縣西部和西北部，中深層地下水位要高於淺層水水位。這時，中深層地下水可以通過斷裂或含水層、弱隔水層，補給淺層地下水，與淺層地下水進行混合。我們從中深層高氟地下水分佈圖中可以看出，在通許—尉氏一帶和太康縣一帶，中深層地下水主要為低氟、中氟地下水，而這兩個地區的淺層水也主要為中、低氟地下水。
這是因為在通許縣附近發育許多大小不一的斷裂，較大的斷裂有姚家-朱仙鎮斷裂和朱仙鎮-莊頭斷裂，在太康縣附近也發育斷裂，其中規模較大的斷裂是鄢陵-太康大斷裂，這些斷裂切穿了含水層和隔水層，連通了淺層水和中深層水。具有一定壓力水頭的中深層水通過這些斷裂上升補給淺層水，與淺層水進行混合，將淺層水進行了稀釋，使淺層水中氟的濃度變小。
圖6-7 區域淺層、中深層水位疊加圖
在研究區的其他地區淺層水位高於中深層水位，淺層水可以通過斷裂或弱透水層等，下滲補給中深層地下水，由於高氟主要是在淺表環境中的作用下形成的，研究區淺表環境中的氟含量較高，淺層地下水中的氟可以通過一些導水通道進入中深層地下水中，可能造成中深層地下水的高氟含量。
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