淺析淶源—易縣地下水中硫酸鹽成因

韓康芹 馮創業

(河北省水文工程地質勘查院 石家莊市 050021)

硫酸鹽大量攝入人體后，會出現腹瀉、脫水、胃腸道紊亂等現象，人們常把硫酸鎂含量超過600 mg/L的水溶液作為導泄劑。當水中硫酸鈣和硫酸鎂的質量濃度分別達到1000 mg/L和850mg/L時，有50%的被調查對象認為水的味道令人討厭，不能接受。目前飲用水標準中沒有一個基于其毒性的限值，在考慮了硫酸鹽可能對口感和胃腸道造成影響，我國《生活飲用水衛生標準》規定，限值為250 mg/L(中小型集中式供水和分散式供水中硫酸鹽的標準定為不超過300 mg/L)。2016年在司格莊幅、良崗幅1∶5萬(行政區劃屬淶源、易縣交界區域)水文地質調查時，發現56.3%的水樣為SO4·HCO3和HCO3·SO4型， 硫酸鹽含量高達304.00 mg/L。地下水中硫酸鹽含量超出生活飲用水標準，而且如此大面積的地下水硫酸鹽含量達到地下水類型命名濃度，非常引人注目，不符合一般山區地下水化學類型特點。與以往資料比較，1991年《1：20萬區域水文地質普查報告》(太行山北段)，本區地下水化學類型為重碳酸鈣、重碳酸鈣鎂型；2012年，《河北省淶源泉域水文地質調查報告》表明，地下水水化學類型以HCO3-Ca·Mg型水為主，局部區域出現SO4·HCO3-Ca型。分析產生這一結果的原因，是含水層本身特有的，還是近期工農業生產物源物質產生的，對進一步預測今后的發展變化趨勢是非常必要的。

1 地下水調查發現的水質問題

2016年司格莊幅、良崗幅1:5萬水文地質調查項目，共取水樣128件(包括10件重復樣)，其中72件為SO4·HCO3和HCO3· SO4型，占56.3%。在平面圖上，SO4·HCO3和HCO3·SO4型地下水分布面積接近調查區域一半(圖1)。

超出《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)(以下簡稱生活飲用水標準)硫酸鹽限值300 mg/L要求的水樣點兩個：淶源縣銀坊鎮康家莊村北100 m，60 m深機井，SQ10水樣，硫酸鹽含量高達304.00 mg/L；易縣大龍華鄉馬峪村，60 m深機井，LQ56水樣，硫酸鹽含量高達302.05 mg/L。

接近生活飲用水標準(硫酸鹽限值300mg/L)要求的水樣點三個：淶源縣銀坊鎮梁家安西南1200 m，8 m深大口井，SQ15水樣，硫酸鹽含量高達228.70 mg/L；淶源縣銀坊鎮長祥溝村，14 m深大口井，SQ16水樣，硫酸鹽含量高達241.83 mg/L；易縣橋家河鄉橋家河林場南東200 m，50 m深機井，SQ34水樣，硫酸鹽含量高達237.24 mg/L。

圖1 2016年調查區地下水水化學類型分布圖

2 以往調查本區地下水類型特點

2012年河北省地礦局水文工程地質勘查院《河北省淶源泉域水文地質調查報告》及以往研究資料可知(圖2)。工作區地下水水化學類型以HCO3-Ca·Mg型水為主，礦化度一般小于0.4 g/L。局部區域SO含量較高，出現SO4·HCO3-Ca型水等水化學類型。

綜合以往水文地質調查工作成果：1991年調查地下水化學類型為重碳酸鈣、重碳酸鈣鎂型，淶源縣木吉村水質異常，水的化學類型為SO4-Ca.Mg型；2012年調查地下水水化學類型以HCO3-Ca·Mg型水為主，局部區域出現SO4·HCO3-Ca型；2016年調查SO4·HCO3和HCO3· SO4型，占調查點數的56.3%，且在平面圖上，SO4·HCO3和HCO3·SO4型水沿溝谷大面積分布。SO4·HCO3和HCO3·SO4型水分布面積呈擴大態勢，可以明確斷定地下水中硫酸鹽含量在逐年增高。

3 自然地質水文地質背景

本區地處太行山北段東麓邊緣低山丘陵與華北平原西北邊緣的過渡傾斜地帶，行政區劃屬淶源—易縣交界區域。地形復雜，山脈、丘陵、溝谷縱橫交錯。淶源縣礦產資源種類多，主要有鐵、銅、鉛、鋅、金、銀、鉬等；易縣自然資源極其豐富，探明礦種有金、銀、鋅、鐵等20種。

地下水類型以基巖裂隙水為主，分布在中西部的大部分區域，巖性主要為太古宇片麻巖和燕山期花崗巖體。水位一般埋深淺，潛水面基本上與地形起伏變化一致。富水性受風化殼發育規模和構造控制，地下水以散泉形式排泄，在斷層帶上泉出露較多，個別泉流量很大。地下水受降雨影響較大，規模較小的風化殼只能形成季節性泉。

碳酸鹽巖類巖溶裂隙水主要分布在工作區易縣孟津嶺—龍家鋪以東地區及淶源盆地邊緣一帶，含水介質以長城系、薊縣系白云巖，寒武系的灰巖、白云質灰巖為主的含水巖組。受地層巖性、構造、地貌等因素影響，含水巖組具有不同的特征。

第四系含水層分布在山間河谷地帶，富水性差別大，多呈條帶狀展布。

圖2 2012年淶源泉域調查地下水化學圖

4 硫酸鹽成因分析

硫酸鹽易溶于水，天然水中硫酸鹽濃度差別甚大，從數mg/L到數千mg/L(海水中)，主要決定于其物源物質。

一般認為，地下水中硫酸鹽的主要來源是地層礦物質的硫酸鹽，多以硫酸鈣、硫酸鎂的形態存在；石膏、其它硫酸鹽沉積物的溶解；海水入侵，亞硫酸鹽和硫代硫酸鹽等在充分曝氣的地面水中氧化，以及生活污水、化肥、含硫地熱水、礦山廢水、制革、紙張制造中使用硫酸鹽或硫酸的工業廢水等都可以使地下水中硫酸鹽含量增高。結合該區自然條件，硫酸鹽成因有以下兩種可能。

4.1 矽卡巖成礦帶內富含硫

4.2 選礦污染

在查閱大量選礦資料的基礎上，從選礦工藝分析，精選貴金屬一般多是用來硫酸浸除雜質，保留金銀等貴金屬；重金屬經常用的選礦藥劑有硫酸、亞硫酸、硫化鈉、硫酸銅、二氧化硫等作為活化劑、抑制劑。所以,硫酸鹽或多或少地存在于廢水和尾礦渣中，隨尾礦渣存放、滲濾，采礦廢水排放，沿溝谷流動運移過程中，滲入地下水和土壤、巖石。形成硫酸鹽型地下水過程復雜，漫長，因礦床采選采，地形，地貌，地下水條件不同，硫酸鹽滲入、溶濾地下水中的濃度，時間長短有差別。

隨著本區金屬礦資源的產量提高，選礦規模不斷擴大。尾礦、廢水生成量也在增大，地下水中硫酸鹽的含量范圍也在擴大，與不同時期地下水水質調查結果基本相符。

結合水文地質條件， SO4·HCO3和HCO3·SO4型地下水主要分布在基巖裂隙水和溝谷中的第四系孔隙含水層中，賦存于基巖裂隙水和第四系孔隙水，水位埋藏淺，潛水面基本上與地形起伏變化一致。所以，基本可以肯定，近年擴大的SO4·HCO3和HCO3·SO4型地下水形成與貴、重金屬采選礦密不可分。

[1]GB 5749-2006,生活飲用水衛生標準[S],2006.

[2]李光紅,陳懷仁,鄭喜珍等.中華人民共和國1:20萬區域水文地質普查報告(河北省太行山北段)[R],河北省地礦局第三地質大隊,1991.

[3]劉健等,河北省淶源泉域水文地質調查報告[R],河北省地礦局水文工程地質勘查院.2012年.