氟水什麼地質產生

1. 高氟地下水分布規律及成因

（1）氟的循環。氟的遷移是以地質大循環方式進行的，內動力地質作用是決定岩層氟含量和多次分配的主要原動力，外動力地質作用是地球表生環境中氟的遷移和不均勻分布的主要原因。

（2）地球表生環境中氟的運動有從陸地向海洋的宏觀趨勢，其間存在以水為紐帶的各種小循環，各小循環中存在微觀尺度的水-岩-土-氣之間的相互聯系和耦合關系，促使氟在水中的遷移與地下水由源到匯的運動具有一致性，地下水流動系統的多層級性和相互嵌套特點，決定了淺層地下水和深層地下水氟分布的不同特徵。

（3）區域地下水流動系統控制高氟地下水分布的宏觀格局。地下水氟含量由山區向平原按地形勢降低方向，宏觀分布依次為低氟地下水、中氟地下水、高氟地下水；溫縣—內黃西的高氟地下水分布帶，位於太行山—山前流動系統與黃河沖積扇流動系統的交接部位，由氟在流動系統的匯區富集形成；以鄭州、原陽為頂點的黃河沖積扇流動系統，形成了以中牟為頂點的高氟地下水扇形分布區；盆地的中央部位易形成高氟地下水。

（4）不同級別流動系統對氟分布的影響。局域的地形地貌反映了在小尺度空間范圍內地形的起伏變化情況，它控制了淺表小范圍內的地下水流場，導致了高氟地下水分布的不均勻性，出現插花狀、斑塊狀分布；不同級別流動系統的嵌套，造成氟在垂向上的分異，在垂向上出現淺層高氟、深層低氟，淺層低氟、深層高氟等不同的組合方式。

（5）地下水化學特徵的影響。高氟地下水的形成和它的水化學微環境密切相關，地下水水化學組分的差異，會影響氟在地下水中的存在形態，從而影響地下水中氟離子的濃度。

2. 由於地質原因造成的地下水中氟化物高 高氟水如何解決

看你是小型家用還是大型水廠？
若只是家用，則用帶ro膜的凈水器就回可以了，方便且除的徹答底。我們家就是這樣的。好象也是目前唯一的最安全的辦法。
若是大型水廠，用RO自然成本太大，可以用活性氧化鋁過濾的辦法。活性氧化鋁（γ-Al2O3）用於飲水除氟在國外已是相當成熟與普遍的方法；除氟後的水質符合國家規定的衛生標准。
原理： 活性氧化鋁吸附氟，可以再生。
設備：主要是活性氧化鋁濾罐，以及再生設備，配套水泵，水箱等。

3. 地下水中氟的形成條件與富集規律

一、氟的水文地球化學簡述

氟屬鹵族元素，其原子外層有7個電子，因此，在自然界常以F^﹣的形式存在，與一價的鹼金屬形成易溶鹽，如氟鹽（NaF）、氟鉀鹽（K F），與鹼土金屬形成難溶鹽，如螢石（CaF₂）、氟鎂石（MgF₂）。

由於F^﹣和OH^﹣離子半徑相近，可以產生類質同象置換，因此，在岩漿岩和熱液礦物中形成含氟鋁硅酸鹽礦物，如白雲母、電氣石、腳閃石等。氟的負電性高達3.95，居所有元素之首，其化學活性最大。這種特性使氟趨向於形成穩定的絡合物，不易水解，電離也很弱。它們與鹼金屬、鹼土金屬和稀土元素相結合形成各種含氟礦物，如氟硅鈉石（Na₂﹝SiF﹞₆）、氟磷灰石（Ca₅﹝PO₄]₃F）等。

氟礦物和含氟礦物在表生帶的風化作用是地下水中氟的主要來源。風化作用主要包括溶解和水解作用。螢石，無論在酸性條件下，還是鹼性條件下，都可以發生水解。但螢石在地殼上的分布具有局限性，而含氟硅酸鹽的分布則極為普通，為地下水氟的來源提供了廣泛的物質基礎，如白雲母轉變為水白雲母、黑雲母轉變為水黑雲母時，氟被釋放出來進入地下水中。

在自然界中，鈣與氟是一對拮抗體，鈣對氟的遷移起著抑製作用。因為它們形成的氟化鈣沉澱，不易被水所溶解。氟化鈣的形成起著固定儲存氟的作用，有利於氟的富集。因此，在富鈣的情況下，土層中往往氟含量較高，而地下水中則較低，在富鈣環境中的鹽漬化、蘇達化地段，由於陽離子交替吸附作用，使鈣的活度降低，而鈉的活度提高，形成了HCO₃﹣Na型水。氟化鈉在常溫常壓下，溶解度達40540～42100mg/l。氟不在受鈣的抑制，活度大大增加，在這種情況下，土層中含氟量不一定很高，而地下水中卻很高。總之，富鈣地區為氟的積累富集提供了場所，而其中的鹽漬化、蘇達化地段又為氟的活化創造了條件，這就構成了高氟地下水形成的特殊的地球化學環境。

二、地下水中氟的來源

（一）岩、土中的氟

地下水中的氟主要來自於含水圍岩，因為氟在岩石、土壤中的含量比在地下水中的濃度要高出幾個數量級，因此，在「岩石、土壤—地下水」系統中經常保持較高的濃度梯度，存在著氟從岩石、土壤中向地下水轉移的潛在可能性。

在基岩地區，岩石在風化過程中，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的岩石類型的富氟程度有密切的關系。例如，在伏牛—桐柏—大別山一帶，廣泛分布有花崗岩和螢石礦脈，構成典型的富氟地球化學環境區，該區具有高氟地下水的分布。據在太行山區的調查，不同富氟程度的岩組中，地下水氟含量有明顯的差別，見表7-2。

表7-2 不同岩組中水氟含量統計表

對於鬆散沉積物來說，其氟含量與顆粒組分關系密切。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，見表7-3。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基礎。

表7-3 各種土的氟含量單位：ppm

（二）大氣中的氟

在自然條件下，大氣中氟的含量很低，約0.01μg/m³，高者也僅在0.3～0.4μg/m³。我國衛生標准規定居住區的大氣中日平均最高濃度為0.007mg/m³。

大氣中的氟來自於火山噴發、海水蒸發和生活、工業污染。磷肥、氟硅酸岩、煉鋁、煉鋼、玻璃、陶瓷、水泥、有機氟農葯等工業部門排放的廢氣以及煤，特別是劣質煤的燃燒、鋁土礦的煅燒，都可以造成氟污染，從而使大氣氟含量增加。據測定，煅燒前鋁土礦含氟量為160ppm，而煅燒後為20ppm，可見在煅燒過程中絕大部分氟逸入大氣。

氟在大氣中主要以氟化氫（H F）、四氟化硅（SiF₄）、氟硅酸（H₂SiF₆）、氟氣（F₂）和含氟粉塵的形成存在。大氣中的氟化氫遇水形成氫氟酸，隨降水落到地面，成為地下水中氟的來源之一。

（三）地表水中的氟

黃河為我省東部平原地區地下水的常年補給來源，由於其流經黃土地區，水氟含量較高，參見表7-4。因此，在補給影響帶內，地表水中的氟成為地下水氟的來源之一。

表7-4 黃河水化學特徵表

另外，含氟廢水、廢渣的任意排放，必然造成地下水的污染，使其氟含量升高，但這種影響范圍有局限性。

三、地下水氟含量分布概況

我國生活飲用水水質標准規定，氟含量不過超過1.0mg/l，適宜濃度為0.5～1.0mg/l。根據水質標准，結合我省實際情況，將地下水氟含量劃分為三個級別，見表7-5。

表7-5 地下水氟含量級別劃分及分布面積統計表

高氟地下水，集中分布在黃河沖積平原、太行山前傾斜平原和南陽盆地中，分散分布於黃土地區和基岩山區。在黃河沖積平原的黃河以北地區，分布於濮陽市大部分地區和封丘縣的東部，其中2～3mg/l的級別呈片狀分布，大於3mg/l的級別主要分布在內黃—浚縣一帶。黃河以南地區主要分布在許昌市東部、開封市南部、周口市北部和商丘市東南部，其中2～3mg/l的級別亦呈不連續的片狀分布，大於3mg/l的級別主要分布於周口市北部。在太行山前傾斜平原，主要分布在溫縣、武陟、獲嘉、新鄉等縣的北部和博愛、修武、輝縣等南部以及安陽、湯陰東部，其中2～3mg/l和大於3mg/l的級別主要分布在博愛—修武—輝縣一帶。在南陽盆地中，分布面積較大的有鄧州、新野、唐河、南陽、鎮平等縣，並出現有2～3mg/l和大於3mg/l的區域，其他縣市呈星點狀和小片狀分布。在黃土地區呈小片狀分布靈寶、陝縣、義馬、洛寧、偃師、滎陽等縣市。在基岩山區呈星點狀或小片狀分布於靈寶、欒川、嵩縣、魯山、方城、沁陽、桐柏、信陽、羅山、光山、新縣以及登封、汝州、洛寧、浙川、內鄉、南召等縣市。

中氟地下水，在平原的盆地中分布於高氟地下水的外圍，在黃土地區有較大面積分布，在基岩山區呈零星片狀分布。低氟地下水廣泛分布於基岩山區，上蔡朱里、鄲城連線以南的平原地區，在連線以北的平原地區和黃土地區，亦有較大面積的分布。

在平原地區，氟在地下水中的富集具有分帶性的演化規律。太行山前沖積傾斜平原從山麓地帶到前緣，地下水氟含量逐漸升高，到交接窪地達到最高值。黃河沖積平原，從後緣到前緣，地下水氟含量也大致是由低到高，高氟地下水主要分布於中部和前緣的窪地中。從黃河沖積平原南部（西華—周口—淮陽—鄲城雙樓以北）過渡到淮河沖湖積平原（商水固牆—項城范集—沈丘老城以南），隨著環境條件的改變，地下水氟含量具有明顯的分帶性，見表7-6。

無論在山區或平原，不同氟含量級別的地下水，常常是插花分布，在一個較小的范圍內，既有低氟地下水的分布，也有高氟地下水的形成。例如，扶溝南部重病區張店—汴崗—馮家一帶126km²范圍內，淺層地下水氟含量的變化就極其復雜。因此，所謂高氟地下水分布區，嚴格地來說應該是有高氟地下水分布的地區。在地下水氟含量分布圖上，氟含量點有50%以上達到某一較高級別時，即以該級別加以表示。

表7-6 黃淮平原環境條件與地下水氟含量比較

續表

四、高氟地下的成因類型與形成條件

根據高氟地下水形成的環境條件和化學作用，可劃分為三個成因類型。

（一）溶濾型

主要分布於高氟的岩漿岩地區，特別是螢石礦附近，呈不連續的星點狀或小片狀分布。由於地形切割破碎，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，雖然氟源異常豐富，但由於淋濾作用強烈，因此，地下水氟含量一般並不太高，多在1～2mg/l之間。僅在地形、構造不利於水交替的局部地段，出現較高的含氟水，有時大於4mg/l。

（二）鹼化型

主要分布在平原和盆地中。其化學作用的特點是，溶濾作用已不甚充分；而陽離子交替吸附作用在含水層中廣泛進行，在對改變地下水的化學成分和提高氟的活度方面具有重要意義；同時，濃縮作用對於氟的富集也有明顯的影響。該類型高氟地下水的形成條件主要有：

1.氣候條件

氣候是高氟地下水形成的重要因素之一。降水入滲補給和蒸發消耗，對地下水的動態類型與化學成分的形成具有明顯的影響。蒸降比較大，有利於氟的活化和富集。因此，就全省范圍來看，半乾旱的氣候條件是高氟地下水形成的區域性控制因素，即高氟地下水分布於蒸降比大於2.0的地區（南陽盆地東部接近2.0）。春旱夏澇，澇後有旱的現象，使土壤中水鹽運行頻繁，積鹽和脫鹽在年內交替發生，加之地下水多含NaHCO₃，這就促使了鹼化環境的形成。

2.地貌條件

地形地貌是氟的分異集散的重要條件。從山區到平原地下水，氟含量呈有規律性的變化。沉降堆積作用為主的平緩低窪地區是氟富集的主要場所。特別是在地形閉塞、排水不暢的情況下，地下水以垂直交替運動為主，氟與其他可溶性鹽分僅隨降水與蒸發反復上下運動，而不向外區排泄，構成高氟地下水集中分布的地形條件。

3.地質條件

高氟地下水分布區，一方面具有提供氟源的地質背景，即其鬆散堆積物主要來自於富含雲母、磷灰石、角閃石、電氣石等礦物的岩漿岩、變質岩、黃土等地區；另一方面又具有氟的積累的化學條件及富鈣的地質環境。鈣與氟結合形成氟化鈣沉積下來，造成氟在土地中富集。特別是細顆粒沉積物中，具有較高的氟含量。

4.水文地質條件

地下水中氟含量也與含水層結構類型、導水性能、地下水位埋藏深度、徑流條件、補排類型以及包氣帶岩性等均有較為明顯的關系。高氟地下水主要形成於多層結構、導水性能弱（導水系數小於200 m²/d）、地下水為淺埋（小於2 m，或歷史上長期小於2 m），水平徑流滯緩、入滲—蒸發、開采型和側滲—蒸發的條件下，也常有較大面積的高氟地下水的形成，但含量級別相對較低。地下水的蒸發排泄，是通過包氣帶進行的，其蒸發強度決定於包氣帶岩性的毛細上升高度與速度。實際觀測表明，粉砂、亞砂土毛細上升高度一般為2～3 m，較大者可達3～4 m，亞粘土1～2 m，粘土0.5～1m。可見粉砂與亞砂土毛細上升高度最大，速度亦較快，因而地下水的蒸發作用強烈，是高氟地下水形成的重要條件之一。

5.水化學環境

地下水中的氟與pH值、某些常量組分呈現明顯的相關關系。

pH值較高是高氟地下水形成的重要條件，因為在較高pH值的情況下，容易發生Ca(HCO₃)₂的沉澱，鈣的活度降低而氟的活度增加。例如，在黃河沖積平原的南部，地下水一般呈鹼性甚至強鹼性反應，因而普通有高氟水分布；向南過渡，pH值降低，到淮河沖湖積平原，地下水趨於中性，並較多地出現了弱酸性水，成為低氟地下水分布區。南陽盆地與淮河沖湖積平原比較，地下水pH值也有明顯差別，前者pH值最高為8.4，大於7.5的佔20%；後者最高為7.9，大於7.5的僅佔3.6%。因此，南陽盆地中高氟地下水的形成也與pH值較高有關。

氟還隨著礦化度增加而升高，但增加到一定時（一般為1.5g/1），礦化度繼續增加而氟不再升高，因為隨著礦化度的繼續增加，地下水向中性轉化，這在一定程度上降低了氟的活性。地下水氟含量與水質類型也有密切關系，由低礦化的HCO₃-Ca型水向礦化度較高的Cl－Na型水演化的過程中，氟含量的最高級別出現在HCO₃-Na·Mg和HCO₃-Na型水中。在太行山前傾斜平原前緣的交接窪地中，較高的氟含量形成於HCO₃·SO₄－Na·Mg和SO₄-Na·Mg型水中。

6.土壤條件

淺層地下水與土壤的化學性狀具有明顯的一致性，其化學組分在一定條件下互相轉移。在這種條件下，含氟礦物易被溶解，氟以離子狀態活躍於水體之中。同時，土壤膠體和粘粒吸附的氟也被釋放出來。這些活性氟轉移到地下水中，形成含氟很高的水。從全省情況來看，凡有鹽鹼土分布的地區，就有高氟地下水的出現。就黃河沖積平原來講，鹽鹼土與高氟地下水分布的范圍與特點是一致的。

鹼化型高氟地下水是在多種因素綜合作用下形成的，把這些因素歸納起來，一是有提供氟源的富氟岩層和有利於氟積累的低窪地形；二是有使氟濃縮富集的水位淺埋和乾燥的氣候條件，三是有促進氟的活化和向水中轉移的鹼性環境。這幾個因素的協同作用，便構成了高氟地下水形成的水文地球化學過程。

（三）熱水富集型

河南省已發現溫泉35處，其中大部分為高氟溫泉，氟含量常超過10mg/l，魯山下湯高達24.8mg/l。溫泉水pH值大於8.0，以鈉和二氧化硅含量較高為其特徵，主要化學類型為HCO₃-Na、HCO₃·SO₄-Na型，見表7-7。

表7-7 高氟溫泉一覽表

高氟溫泉的形成一般都與挽近活動斷裂和岩漿岩分布有關。魯山的溫泉形成於車村—魯山深斷裂帶，斷裂帶南側為燕山晚期黑雲母花崗岩。斷裂帶為地下水深循環提供了空間和通道，富氟的岩漿提供了氟在水中聚積的物質來源。地下水的溶濾作用又產生有利於氟遷移和聚積的水文地球化學環境。因為水中含有多量的鈉時，便形成了易溶的氟化鈉，保證了氟在溶液中高度的穩定性，造成了氟在熱水中富集的有利條件。另外，pH值和溫度也是影響氟在水中富集的重要因素。較高的氟含量，出現在pH值大於8.0、溫度高於50℃熱水中。

出露於河谷地帶的高氟溫泉，往往與冷水混合，使河谷潛水氟含量升高。魯山的溫泉對沙河河谷潛水有明顯的影響。南召皇路店白河西岸一級階地，被熱水浸染的砂礫石層孔隙水，氟含量達到3.5mg/l，見表7-8，使該村氟病患病率達80%。

表7-8 皇路店河谷潛水氟含量對比表

4. 氟與地下水

地下水含氟量的影響因素很多，如與地形、地貌、岩性與礦物成分、地下水徑流、水化學類型、地下水溫度、氣候、自然界的理化作用、人類活動等因素密切相關。在高、中山地區，含氟岩礦在風化、淋溶條件下，易被洪水沖刷流失，不利於氟的聚集；而窪地和盆地地區，氟不易流失，有利於富集。所以地下水含氟量從高到低為盆地（窪地區）、平原區、丘陵區、高中山區。在地下水徑流強烈地區，地下水運動交替積極，有利於氟的遷移；反之，則有利於氟的聚集。

國外學者如 Agrawal 研究斯里蘭卡的氟分布時發現氟的分布趨向於被氣候控制，Subba研究得出該地區氟的聚集是由於蒸發作用、長時間的水-岩作用、農業土壤施肥綜合作用的結果，地下水中的氟與氯離子沒有明顯的相關關系，而與碳酸氫根離子有很好的相關性。Rafique et al.（2009）的研究結果表明地下水為高礦化的Cl-Na型水，鹹水入侵、高蒸發率、離子交換強度大是氟富集的主要原因。Meenakshi et al.（2004）認為地下水作為一個整體，氟的自然聚集決定於地質、含水層的物理和化學特性。Chae et al.（2007）發現高氟地下水賦存的水化學類型為HCO₃-Na，而含氟量最低的水化學類型為HCO₃-Ca，因此他們認為地下水中氟的水文地球化學行為與鈉離子的釋放以及鈣離子的沉澱有關；Rukah et al.（2004）認為硝酸鹽和重碳酸鹽能促進氟的聚集。Abdelrahman et al.（2009）認為含氟礦物的風化程度也是影響氟聚集的重要成因。Levy et al.（1999）認為鈣含量的降低和鹼性環境是氟聚集的最重要因素。

國內學者鄭明凱等（2007）認為，焦作市處於乾旱半乾旱大陸性季風氣候條件下，蒸發量遠遠大於降水量，地下水中鹽分積累，致使氟聚集。鄧英春（2006）認為安徽淮北地區高氟地下水是由於遠河泛濫帶及湖相沉積區的地下水徑流相對滯緩造成的。曾昭華（1997）認為，深層水的高氟形成與斷裂等構造有關，而淺層高氟地下水的形成則是受氣候條件控制。曹小虎（2005）認為高氟是由半乾旱的氣候、富氟的包氣帶土體和獨特的水文地質構造決定的。王德耀（2008）的研究結果表明，地層岩性、氣候、地貌是該區高氟的主要原因。孫占學（1992）認為，我國大多數地下水中的氟受自然地理條件（氣候、土壤、地形地貌）、地質條件（岩性、構造、火山活動）、水文地質條件、水化學條件的共同制約。曾濺輝等（1997）認為，河北邢台平原中氟的保存條件取決於淺層地下水的化學成分特徵。金瓊等（2001）對甘肅河西走廊地區氟的環境特徵研究表明，氟的富集與水化學特徵關系密切，低

的貧鈣鹼性水環境有利於氟的溶解與聚集。劉瑞平等（2009）認為，水化學組分中的Na⁺、Cl^-、

、pH與氟呈正相關，而Ca²⁺則抑制水中氟的增加。丁丹等（2009）運用統計分析的方法研究氟離子的賦存化學環境，結果表明氟離子濃度隨地下水中pH增大而增大，但是與（K⁺+Na⁺）濃度、Ca²⁺濃度、Mg²⁺濃度之間並無明顯的相關性。郭天輝（2009）認為，地下水中的氟含量與水化學類型關系不明顯，與pH及鈉鈣比呈正相關。王根緒等（2000）的研究表明，氟離子在鹼性環境中容易聚集，且與礦化度呈近似正相關關系，同時認為氟的賦存環境與硬度、Ca²⁺、Na⁺等有關。

5. 高氟地下水成因分析研究現狀

氟在自然界的分布很廣，也極不均勻，呈一定的分帶特性，影響氟遷移富集的因素有很多，總的來說有氣象水文、地形地貌、地層岩性、地下水流場（源匯）、水文地質條件以及人類活動等因素。地層岩性是氟的物質來源，地形地貌、水文地質條件控制了氟遷移的趨勢，人類活動也影響著氟的富集。高氟地下水的成因類型大致有三種：溶濾型、鹼化型、熱水型。國內學者針對高氟地下水的成因開展了一系列的工作，並取得了一些認識。

陳國階等（1988）將高氟地下水的成因分為三種成因類型：①乾燥氣候型，蒸發作用強使地下水中的氟濃縮富集，形成高氟地下水；②地質背景型，包括高氟的地層或礦床，有利於氟向地下水中匯集的地質構造和水文地質條件；③綜合成因型，指在氣候、地形地貌、地層岩性、水化學類型等多種因素綜合作用下形成高氟地下水。任榮等（1991）在研究了河北平原淺層高氟地下水之後，認為在沉積環境直接制約著地下水中的氟含量，湖積相氟含量大於沖積相，在古氣候中，間冰期對應的氟含量高於冰期；同時地下水資源量的消耗使黏性土釋水，其中的氟離子被釋放出來，從而造成地下水氟富集，另外還與海進、火山噴發、黃泛因素有關。蔡垳（1999）指出，地質環境和氟物質來源是形成高氟地下水的前提，各種水文地球化學過程影響著氟離子在地下水中的富集。蘇英等（2004）通過對咸陽城區高氟地下水水化學資料分析，認為研究區高氟地下水的形成受多種因素控制，其中隱伏斷裂是該區高氟地下水呈帶狀分布的決定因素，深層高氟熱水通過斷裂與中、淺層地下水混合，形成該區高氟地下水。

高氟地下水是在一定的氣候條件（半乾旱）、包氣帶土體（富含氟化物）、地球化學環境（鹼性）、地下水過量開采及獨特的水文地質條件下綜合作用形成的，另外地表水可以通過污染土壤進而影響地下水中氟的含量。邵琳琳等（2006）通過研究奎屯河流域包氣帶土和潛水中氟的關系，認為該地區的氟源主要為湖積-沖積物，該區溫差大、蒸發作用強烈導致氟富集，此外農業灌溉也導致氟在土壤表層富集。郎文捷等（2007）認為土體中含氟礦物較多、孔隙地下水徑流不暢是導致鄂北崗地地下水氟含量超標的主要原因。

不同的水化學條件也影響高氟地下水的形成。丁丹等（2009）認為，在淮北平原高氟地下水主要分布在HCO₃-Na型水地區，同時地下水循環交替程度影響F^-的分布。陳履安（2001）將貴州高氟地下水的成因分為兩種類型，碳酸鹽岩區和硅質陸源碎屑岩區，碳酸鹽岩中的高氟地下水具有高Ca²⁺、高

的特點，非碳酸鹽岩區的高氟地下水具有高Na⁺、高pH值的特點。

曾濺輝等（1997）將影響非飽和帶土體-淺層地下水之間氟遷移和富集的因素概括為兩個方面：非飽和帶岩土體的供氟能力以及淺層地下水體保存氟的能力。岩土體的礦物組成、顆粒大小影響岩土體的供氟能力，淺層地下水的水化學特徵決定了其賦存氟的能力。並認為黏性土是很強的氟源，並且土體的化學成分影響著土體向水體中的供氟能力。

對於深淺層高氟地下水的形成機制和控制因素，任弘福等（1996）認為，華北平原地區淺層地下水中的氟源主要為吸附性氟，在地形、水動力條件、氣候等多種要素的綜合作用下形成的。深層高氟地下水則是在地下水徑流緩慢的條件下，本地F^-積累與外界氟補給共同作用的結果。

6. 岩石和地下水中的氟

長期以來，人們注意到自然界土壤和岩石的含氟量遠遠超過各種水體（地表水、地下水）的氟含量。據此，許多學者從水對岩土具有淋濾作用的認識出發，認為岩石和土壤是地下水主要的氟源。譬如Apabire等對迦納高氟地下水進行研究後認為，地下水中氟含量高是由於角閃石、雲母、螢石及其風化產物的溶解造成的。McCaffey et al.（1998）認為高氟地下水的分布區與基岩和土壤中氟的含量等有密切的關系。Limantseva et al.（2005）調查了莫斯科地區，認為由於水與氟——白雲石集合體的相互作用構成了該地區地下水中氟的來源。Conrad et al.（2009）認為肯塔基地下水中氟主要來源於基岩和沉積物中礦物質。Msonda et al.（2001）對非洲馬拉維的Nathenje地區進行調查後認為，該地區的氟來源於黑雲母、角閃石和螢石等礦物。Farooqi et al.（2007）認為，地下水中的氟來自螢石、冰晶石、氟磷灰石等富氟礦物。Chae et al.（2005）對韓國南部的基岩地下水進行調查，認為氟來源於變質岩和燕山期的花崗岩中的黑雲母。Kun et al.（2001）對印度Nayagarh地區的高氟地下水進行調查，認為富含氟的地殼深部熱水經過斷層和破碎帶等通道上升是該地區地下水中氟的主要來源。AbdeIrahman et al.（2009）對日本的Mizunami地區的地下水中氟的來源進行研究，認為氟的主要來源是螢石、雲母類礦物。Moghaddam et al.（2009）對伊朗Maku 地區的研究發現，高氟地下水分布於玄武岩區，玄武岩中的硅酸鹽、氟磷灰石等礦物被不斷地風化和淋溶進入地下水中。關於地下水氟來源的問題，我國學者也有相同的觀點。朗文捷等（2007）對鄂北高氟地下水進行了調查，對區內岩石中氟的豐度進行了測試，認為低山丘陵區的基岩中含有的雲母、角閃石、磷灰石是氟的主要物質來源。陳覆安（2001）對貴州高氟地下水進行了分類後認為其主要物質來源有兩類：一類是碳酸鹽岩區，另一類是硅質陸源碎屑岩區。王根緒等（2000）對西北乾旱區高氟地下水進行了研究，發現祁連山、天山岩漿岩和變質岩中的雲母類礦物中氟含量高達2.1%～5.2%，山區河網發育為乾旱內陸流域氟的富集提供了豐富的物質基礎。陳英（1999）認為我國雲南地區高氟地下水主要為火山岩的溶解。朱立軍等（1999）對黔中岩溶地區岩土水系統中氟的環境地球化學進行了研究，得出以含石膏碳酸鹽岩為主的三疊紀海相地層是該區土中氟的主要來源的結論。尹國勛等（1997）認為花崗片麻岩及其風化產物中含氟礦物的溶解是兗州岳庄水源地下水中氟的主要來源。

應該指出，上述觀點主要針對岩石、土壤中的可溶態氟，岩土對地下水的單向物質輸入，以及岩土中氟的分散、遷移行為，從這些角度來看，上述提法有一定的合理性，但如果將這些觀點絕對化或者認為作為研究高氟地下水成因的基本出發點則是不妥的。換句話說，脫離氟的分散、遷移、聚集等完整的動力學過程，泛泛地討論氟的來源問題，對於摸清高氟地下水形成機理沒有多少助益，甚至會產生錯誤導向，即會把岩土可溶性氟含量的高低作為解決問題的主方向。除此之外，將岩土視為地下水氟的來源，還會引申出另一個理論疑點，即在地下水長期淋溶作用下，作為過水介質的岩土尤其是相對古老的沉積物應該出現氟貧化現象，然而相關研究並沒有這方面的有力證據。應該指出，上述觀點考慮的是自然環境對人體、岩土對水的單向物質輸入，以及岩土中氟的分散、遷移行為，具有一定的合理性，但若將岩土中的氟認為是有關環境中氟的來源是不妥的。因為氟的源與匯是相對的概念，它們以不同的等級存在於各對應層級的地質環境中，並與各層級地下水流動系統相契合。

我們認為，水與岩土之間的物質交換是地球上普遍存在的物質運動形式之一，特別是在地球表生地質環境中水-岩（土）作用更為活躍，並直接影響著各地地下水中的氟含量和氟的化學形態。因此，研究地下水中氟的來源，既要考慮岩土中氟的形態及數量，又要考慮地下水的化學條件、動力學特徵，以及岩土吸附、解吸能力等諸多因素。具體研究中，要把握兩點：①氟的源與匯是相對的概念，它們以不同的等級存在於各對應層級的地質環境中，並與各層級地下水流動系統相契合；②氟在自然界中的存在有各種形態，在一定的水-岩條件下是可以相互轉化的。因此，水與岩土在氟的交換上源匯的角色不是固定的，在不同的水化學微環境中兩者可以彼此轉換。

氟是一種親石元素，往往以化合物的形式廣泛存在於岩石、土壤及土壤母質（未成壤的鬆散沉積物）中。在岩漿岩、變質岩、沉積岩這三大岩類中，一般而言，岩漿岩含氟量相對較高。例如，基性岩中的玄武岩氟含量為180～540mg/kg，酸性岩中的花崗岩氟含量為520～4550mg/kg。若按氟含量的高低來排序，各種岩漿岩有如下規律：基性岩＜中性岩＜酸性岩。岩漿侵入時溫度、壓力會發生變化，岩漿的物質組成也會隨之改變，從而影響礦物的含氟量和氟化物的形態。根據氟是否為成礦元素，可將礦物分為氟礦物和含氟礦物。前者指氟在礦物化學組成上為不可或缺的元素，如螢石（CaF₂）及冰晶石（Na₃AlF₆）、鈉氟石（NaF·2CaO·SiO₂）、氟鎂石（MgF₂）、氟鋁石（Al₂［PO₄］F₂（OH）（H₂O））、黑雲母（K（Mg，Fe）₃［AlSi₃O₁₀］（OH，F）₂）、鈉雲母、南平石、魚眼石、水墨葉石等，後者指氟不是必需的成礦元素，僅僅是因為礦物晶格中帶有［OH］，在某些條件下，［OH］與F置換，使氟進入礦物，這時礦物的名稱與是否含氟無關，若含有氟，可稱為含氟礦物，如角閃石等。

沉積岩往往也含有一定數量的氟，但含量差異較大，例如頁岩含氟量一般介於500～1300mg/kg之間，是沉積岩中最富氟的岩石，而砂岩和碳酸岩的氟含量大致在270～540mg/kg之間。各種沉積岩含氟量的多少取決於兩方面，一方面是構成碎屑的原生礦物（含氟礦物和氟礦物）的種類和含量，另一方面是成岩過程中次生礦物親氟能力和現狀條件下殘留的數量。至於未固結成岩的鬆散堆積物如土壤和土壤母質中的含氟狀況除具有上述與沉積岩相類似的特點之外，也有其特殊之處，這就是在頻繁的水土相互作用下土中氟在某些層位和時間會脫出，進入水中，在另外層位和時間會吸納水中的氟，而表現為更明顯的波動性。換句話說，如果把鬆散堆積物判為地下水氟的來源，不如將這些過水介質理解為氟的調節器或中轉站在認識上更科學。

7. 高氟地下水形成機理

從氣候、地形地貌、地層岩性、地下水動力條件等分析，得出區域高氟地下水的分布規律及其成因，這種結果對於解決實際問題還存在著較大的局限性，因為我們更關心的是具體位置處氟離子含量的高低，而這種宏觀層面上的成因分析得到的只是一種統計的結果，很難用來指導實際工作。

地質環境作為一個系統，具有層級性，不同空間尺度層級之間的控制條件和主導限制因素不同。空間尺度越大（區域尺度），其與區域的影響要素關系密切；尺度越小（局域尺度），則對局域要素的關系更密切。而高氟地下水的形成機理指的是在微觀水化學環境中所發生的一系列的物理化學過程，因此在研究井點尺度上高氟地下水成因時，我們著重注意該點處的水化學微環境。

20世紀60～70年代，氟對人體的危害機理受到了國內外專家學者的重視，發現氟和Ca、P有著密切的聯系，氟可以影響人體內正常的鈣磷代謝。之後高氟的形成機理開始成為研究的焦點。

Kun et al.（2001）通過對Nayagarh 地區地下水水質分析，分別作了Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、Cl^-、

、pH值與F^-之間的散點圖，觀察到pH值、Na⁺、Cl^-以及

和F^-有較好的正相關關系，與 Ca²⁺、Mg²⁺存在負相關關系。Mondal（2009）用相關分析研究了AndhraPradesh地區F^-與其他離子之間的關系，並認為TDS、Ca²⁺、

與F^-為負相關關系，而與Na⁺沒有明顯相關關系，這說明研究區HCO₃-Na型水不適合高氟的富集。Subba（2009）認為F^-與

關系密切，大致呈正相關關系，而與Cl^-相關性較差。Rafiqueetal. （2009）通過研究，認為地下水中F^-的形成與多種水化學因子有關，如pH 值、Na⁺等。Jacks et al.（2005）通過研究證明，F^-含量與包氣帶土體的pH值相關性較好。Levy et al.（1999）通過對加利福尼亞地區的F^-與其他離子組分之間的相關關系進行研究，認為偏鹼性的低鈣環境有利於F^-的富集。Rukah et al.（2004）用地球化學方法研究了Jordan北部高氟地下水的形成，認為F^-與

、

相關關系明顯。Chaeetal.（2007）認為，高氟地下水主要富集在HCO₃-Na型水中，而在HCO₃-Na型水中F^-含量較低。

我國自20世紀60年代以來，從地質環境、地球化學、水文地球化學等角度出發，對影響高氟地下水遷移富集的有關水文地球化學特徵進行了大量的研究，並取得了很多成果。90年代以後，關於高氟地下水形成機理方面的研究越來越多，取得了許多十分有價值的成果，國內學者對高氟形成的研究往往將注意力放在氟離子含量與地下水中各個離子組分之間的相關關系，以及水化學類型與高氟之間的關繫上，多採用統計分析的方法來進行研究。近些年來這方面的研究主要有下面幾方面。

1.地下水中氟離子與其他單個離子之間的相關關系

起初人們通過對水化學資料的分析，發現地下水中的氟離子含量與地下水中某些離子（Ca²⁺、Na⁺、

等）之間存在一定的關系，並對此展開了研究。一般來說，Na⁺、Cl^-、

、pH值與F^-含量成正相關關系，與Ca²⁺含量成負相關關系。

田級生（1984）指出氟離子濃度受地下水中各種離子含量相互比例的制約，高鈉低鈣的鹼性地下水化學類型有利於氟的富集。孫占學（1992）通過對廣東省溫泉水的水化學分析，發現氟離子含量與（K⁺+Na⁺）成正相關關系，礦化度高、水溫高的水有利於氟的聚集。陳履安等（1992）通過對貴州和我國北方高氟地下水形成機理的比較，探討了氟和鈣之間的相關關系（負相關、不相關和正相關）的本質原因，認為氟和鈣呈正相關關系是由於富鈣的碳酸鹽地下水，螢石的溶解往往未達到飽和，Ca²⁺、

含量的增加在一定范圍內還會對螢石的溶解起促進作用。並指出碳酸鹽岩區地下水氟含量與Ca²⁺、

含量呈正相關，與

含量呈負相關；硅質陸源碎屑岩中地下水氟含量與Na⁺、

含量和礦化度呈正相關，與

、Ca²⁺呈負相關。李向全等（2007）發現，太原盆地淺層地下水中的高氟地下水形成存在兩種機制。第一種是氟離子濃度隨著Mg²⁺、Ca²⁺增加而升高，主要是由含氟礦物溶解導致；第二種是氟離子濃度隨Na⁺、Cl^-的增加而升高，這是由蒸發濃縮作用導致的（宋保平等，2000）。邴智武（2009）用統計學軟體SP SS分析了F^-與

、Ca²⁺的相關關系，相關系數分別為0.907和-0.659，表明氟離子與重碳酸根存在顯著正相關關系，而與鈣離子存在負相關關系。

金瓊等（2001）通過作F^-濃度與礦化度的散點圖，發現在河西走廊F^-大小與礦化度呈近似正相關關系。梁秀娟（2008）研究了洋沙泡水庫高氟底泥氟釋放的影響因素，認為底泥氟的釋放量與礦化度等關系密切，氟離子與礦化度的相關系數為0.9902，呈線性相關。劉瑞平（2009）通過對大荔地區239個水化學數據作散點圖，得出地下水中F^-含量與礦化度的關系較為復雜，基本F^-呈偏態分布規律。

任福弘等（1996）注意到F^-與Mg²⁺之間的關系，指出F^-和Mg²⁺的相關不是兩者反應機制上的直接相關。低氟地下水中的高Mg²⁺點，是由於含鎂的碳酸鹽、硫酸鹽的溶解；而高氟地下水中的高Mg²⁺點是在強烈蒸發影響下，水體中氟與鎂同時濃縮富集以及非飽和帶土體中吸附性氟和氧化鎂含量增多，通過降水淋溶而富集在地下水中。

2.氟離子與離子組合之間的關系

有些地下水中氟離子與地下水中其他單個離子之間的相關關系不明顯。影響氟在水體中呈穩定離子態的化學因素有很多，因此許多學者用離子組分之間的各種組合方式和氟離子進行相關性分析，同時也注意了地下水的水化學類型與氟離子之間的關系。

曾濺輝（1994）以河北邢台山前平原淺層地下水為研究對象，選用（Na⁺+Mg²⁺）/Ca²⁺和（

）/Ca²⁺的比值研究其和F^-之間的關系，從散點圖中可以看出兩者和F^-之間存在著很好的正相關關系。張威等（2004）通過對F^-與（Na⁺+K⁺）/Ca²⁺進行回歸分析，得出其相關系數為0.91，說明兩者之間呈線性關系。馮超臣等（2005）通過對魯西南平原地下水水化學資料的統計分析，得出F^-含量與Na⁺及Ca²⁺的含量呈不明顯的線性關系，但和γNa⁺/γCa²⁺的比值呈明顯的正相關關系。從F^-與（

）-（γCa²⁺+γMg²⁺）之間的散點圖中可以看出，兩者之間存在明顯的正相關關系，從 F^-與（γCl^-）-（γK⁺+γNa⁺）之間的散點圖看出，兩者存在明顯的負相關關系。趙鎖志等（2007）根據河套地區淺層地下水水質檢測結果，得出F^-與（Na⁺+Mg²⁺）/Ca²⁺、（

）/Ca²⁺與F^-呈較好的正相關關系，HCO₃-Na型水多出現高氟地下水。李小倩等（2008）研究了河北平原深層高氟地下水，發現 F^-濃度與（Na⁺+K⁺）以及總鹼度（

）無明顯關系，與總硬度（Ca²⁺+Mg²⁺）呈負相關關系。另外還發現⁸⁷Sr/⁸⁶Sr的值與F^-濃度呈明顯正相關關系。丁丹等（2009）以淮北平原淺層地下水為研究對象，運用統計方法計算了地下水中氟離子與其他組分之間的相關系數，發現與（K⁺+Na⁺）、Ca²⁺、Mg²⁺濃度無明顯相關性，而與ρ（K⁺+Na⁺）/ρ（Ca²⁺）比值存在正相關關系，且高氟地下水多分布在HCO₃-Na型水地區。郭天輝（2009）分析了寧夏面子山山前區地下水的水化學類型與氟含量之間的關系，發現兩者之間的相關關系並不明顯，用相關性分析的方法研究F^-與各因素之間的相關關系，並求得回歸方程，得出F^-與Na⁺/Ca²⁺呈正相關關系。

李志剛等（1999）發現在淮北平原，隨著氟含量的升高，水化學類型由HCO₃-Ca、HCO₃-Ca·Mg（Na）依次遞變為HCO₃-Na（Mg）·Ca（Mg）、HCO₃-Na（Mg）。王德耀（2004）根據陝西秦嶺以北地區高氟區的分布規律，發現高氟地下水的水化學類型以SO₄-Na、HCO₃-Na為主，鹼性條件有利於氟的富集，酸性溶液中，易形成HF，並溶解硅酸鹽形成

，不利於氟的富集。沈輝（2005）作了鹽池地區地下水中F^-與Mg²⁺/Ca²⁺、Na⁺/Ca²⁺之間的散點圖，發現有很好的相關性。氟的配合物在SO₄-Na、SO₄·Cl-Na型水中含量高，在鹼性條件下配合離子遭到破壞，成離子態存在，有利於氟的富集。何錦等（2008）對張掖市甘州區高氟地下水作了水化學類型Piper圖，得出在SO₄·Cl-Na·Mg型水中容易出現氟的聚集。

綜上所述，目前在研究水化學微環境條件下高氟地下水富集機理過程中，大多數學者是以統計分析為手段，研究地下水中的氟離子與單個離子或者兩兩離子之間比值或差值簡單的線性相關關系，計算兩者之間的相關系數，來判斷其相關性。然而水-氟系統是一個多因素的復合系統，多種變數共同制約氟離子濃度場的演化，變數之間的相互關系十分復雜，簡單的單因素分析很難解決更為細致的問題。

8. 淺層高氟地下水的成因

1.包氣帶中的氟分布規律及成因

周口開封地區淺層地下水埋藏較淺，淺層地下水和包氣帶土體構成了一個相互作用的水文地球化學系統。在該系統中，地下水垂直交替運動比較強烈，包氣帶中的氟化物伴隨水，在水鹽的垂直交替運動過程中參與淋溶、運移、富集等演變，從而影響淺層地下水中氟的遷移和富集。因此，包氣帶土體的氟源強度是地下水氟轉移和富集的一個關鍵因素，直接控制淺層地下水中氟的遷移和富集。

衡量土壤氟的分布狀況的一個重要尺度就是土壤氟含量，一般以土壤中各種形態的氟和相對數量來表示，通常比較普遍採用的是全氟和水溶性氟這兩個指標。全氟是指土壤中各種形態的氟的總含量，它反映了土壤中氟的貯量水平，是了解氟的化學特徵和區域差異的基本指標。水溶性氟是以中性水作為溶劑浸提出的氟，沒有外來元素或物質的干擾，同時在大多數情況下能近似反映自然狀況。

在周口及開封地區選擇1985年查明的高氟區域，開挖取樣坑6個（見圖6-1）按10cm分層取土樣共60個。用鹼熔法處理，再採用離子選擇電極法測定樣品中的全氟；以水土比10：1振盪3h，用離子選擇電極法測定水溶性氟。統計結果見表6-9，頻率分布直方圖如圖6-8所示。

表6-9 周口開封地區土壤氟含量統計表

圖6-8 周口開封地區土壤氟含量直方圖

研究區岩性以粉砂和亞黏土為主，圖6-9a，d所示為取樣坑岩性均為粉砂，圖6-9c所示取樣坑均為亞黏土，圖6-9b所示取樣坑上層為粉砂，下層為黏土，圖6-9e所示取樣坑上部為黏土，下部為亞黏土，圖6-9f所示取樣坑上部為粉砂，下部為亞黏土。土壤中水溶性氟含量變化范圍較小，為3.94～38.66mg/kg，總氟含量差異較大，變化范圍為416.04～901.83mg/kg。所取土體樣品均在1m范圍內，主要屬於土壤淋溶層，據《中國土壤元素背景值》資料顯示，全國土壤淋溶層總氟含量最小值為50mg/kg，最大值為3467mg/kg，算術平均值為478mg/kg，河南省土壤淋溶層總氟含量最小值為192mg/kg，最大值為962mg/kg，算術平均值為406mg/kg。研究區土體樣品總氟含量平均值603.1mg/kg，高出全國平均值478mg/kg和河南平均值406mg/kg，這表明研究區包氣帶中總氟含量偏高（表6-10）。有研究表明，我國地氟病發生區表層土壤水溶性氟的平均值為2.50mg/kg，在土壤水溶性氟大於2.50mg/kg的地區很可能發生氟元素過量引起的地方性氟中毒，研究區土壤中水溶性氟含量的平均值為12.82mg/kg，且所有土壤樣品中水溶性氟含量均大於2.50mg/kg，最小值為3.94mg/kg。

表6-10 土壤中總氟含量對比表

根據取樣坑數據繪制研究區不同取樣坑中土壤總氟含量、水溶性氟含量隨取樣深度變化圖（圖6-9）。從圖6-9可以得出如下規律：①地表的總氟和水溶性氟含量都比較低，隨著深度的加大有增高的趨勢，增高到某一深度會出現一個峰值，有的取樣坑還存在兩個峰值，如圖6-9a，d所示取樣坑均為粉砂土，水溶性氟含量的峰值出現在60～70cm范圍處，但總氟含量的變化轉折點不一致；②在氟含量達到峰值後，各取樣坑的氟含量變化有升高也有降低；③水溶性氟與總氟的變化曲線大致平行，總氟含量高，水溶性氟含量也高，總氟含量低，水溶性氟含量也低。

出現上述峰值的原因可能有兩個：

①在包氣帶中可能存在一個零通量面，在這個零通量面以上，水鹽受蒸發作用向表層運移，而在這個零通量面以下則遵循入滲規律向深處運移；②岩性的變化可能造成這種情況，如圖6-9f所示取樣坑總氟含量和水溶性氟含量的峰值出現在岩性變化處，剖面上層為粉砂土，下層為亞黏土，從粉砂土到亞黏土滲透性降低，造成氟在這里聚集。

總之，在地下水系統中，包氣帶在其中是地下水化學場的調節器，起著穩定局域水化學環境的作用，在一定條件下，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。在沖洪積扇、沖積平原兩種不同地貌類型的下游地區，黏性土與砂礫質土上下疊置、交錯分布，如同眾多調節器彼此串聯或並聯的組構形式，從而形成了局域水化學環境的多樣化格局，即地下水類型的多樣化和氟濃度的高低不一。

圖6-9 各取樣坑土壤剖面氟含量分布圖

2.淺層高氟地下水分布成因

除了上述包氣帶對淺層水的影響之外，由於淺層水靠近地表，蒸發作用和地形的變化對其影響較大，因此區域上的影響因素對淺層高氟地下水的形成也至關重要。地表起伏、水動力條件等上述的區域作用在淺層水中表現更為明顯。

研究區地下水的補給分為垂直補給和水平補給兩種，而以垂直補給為主。垂直補給以大氣降水為主，其次為河流、渠系及灌溉回滲補給。大氣降水的補給與降水量大小，降水強度、包氣帶岩性、土壤含水量、地形條件、地下水位埋深及植物等因素有關。它們對降水入滲補給量的大小，都不同程度地起控製作用和影響作用，但在一般情況下，降水入滲補給量是隨降水量增加而增大的，隨地下水位埋深增大而減少，包氣帶岩性越粗、地形越平坦、地下水徑流越遲緩、土壤含水量越少、植被越密集則補給量越大，反之則補給量愈小。本區廣大平原區地形平坦，地表徑流遲緩，岩性以亞砂土為主，地下水位埋深為3～4m，部分埋深為1～2m，少數埋深為4～6m，這對降水補給十分利。尉氏縣西部條形崗地，起伏較大，地表徑流較好，降水補給條件稍差。

本研究區地下水的主要補給來源為大氣降水，其次在雨季部分河流補給地下水，旱季排泄地下水。地下水位埋深較淺，這對降水補給十分有利。隨降水入滲，包氣帶中的含氟組分在溶濾作用下隨之遷移到地下水中。

蒸發是研究區地下水排泄的主要形式，由於包氣帶岩性不同和地下水埋深不同，其蒸發強度也不相同。我國蒸降比為1的地帶可以大致看作高低氟地下水的分界區，蒸降比越大，水氟的濃縮特徵越明顯，這種濃縮特徵在以鬆散均質沉積物構成的平原區尤為顯著。在地下水位埋深1～2m的地區，蒸發量最大，地下水位埋深在4m以下的蒸發量微小。研究區蒸降比達到2，地下水位埋深一般2～4m，部分地區1～2m和4～6m，地表岩性尤以亞砂土為主，毛細管作用強烈，蒸發量大，十分有利於氟的濃縮富集。

總的來說，周口開封地區為黃河沖積平原，地貌類型分為以下四類：黃河泛流平原、黃河沖積平原、淮河沖積平原、沖洪積殘崗。地勢為西北高，東南低，相對平緩，地形坡降在1/1000～1/4000。地下水徑流緩慢，地下水流向為從西北流向東南，以蒸發作用為主要排泄方式，有利於鹽分的富集，為地下水中氟的富集提供了有利條件，使高氟地下水在本區域分布十分廣泛。

9. 氟的地質循環

如果將下地殼和上地幔作為討論問題的起點，可以知道，處於高溫高壓條件的岩層被熔融，其中的氟以岩漿為載體不斷流動，在地殼的薄弱處侵入圍岩或沿著深大斷裂進入上地殼，甚至噴出地表形成火山，將含氟物質帶到地表。在岩漿上侵過程中存在著劇烈而復雜的物理、化學過程，隨著溫度、壓力的下降，一部分氟與其他元素直接化合形成富氟礦物，另一部分可在岩漿侵入時，或在岩漿分異而形成的熱液中與圍岩的非氟礦物進行交代，使礦物的含氟量劇增；在許多情況下，熱液還可能與表生水混合，形成熱水上湧出露地表；熱液的進一步分異，則會有氣體脫出，使氟以氣體形式（如 HF 和SiF₄）上升到地球淺部或沿深大斷裂進入大氣中。除上述活動之外，岩層斷裂和褶皺的發生也促使深層岩層中的氟向地球表生環境運動，斷塊的隆升和岩層的褶皺可將地下深處的岩層連同固化的氟推擠到地球淺表。

在含氟物質從地球深部環境向淺表環境運動的同時，地球的另外一些地方則發生含氟物質從地球表生環境向深部環境的反向運動。匯集到海洋中的陸源物質包括含氟的礦物碎屑、土壤以及溶解態的氟，可沿大洋板塊邊緣進入地殼深部，沉積在陸地的含氟岩土亦可在板內斷裂帶隨下降盤進入地下。

由此可見，內動力作用是驅動氟由深部上升到地球淺表，以及由淺表回到地球深部的主要原因。正是這種運動決定了地殼氟的分布以及各地的氟背景值。

進入地球淺表的氟物質不會立即返回地下，而是經歷一個較長的也許是更為復雜的分散、遷移和暫時富集的外動力地質過程。也就是說，只有通過地球表生環境的連接，地球氟物質的大循環才可以形成。

地球表生環境是一個籠統、相對的概念。一般來說，地球表生環境是指外生水運動、賦存空間的下界至地表這一范圍。該范圍是地球四大圈層代表的四大要素即岩（土）、水、氣、生物最為活躍，彼此相互作用、相互聯系最緊密的空間。在地球表生環境中，氟遷移有其宏觀的指向，這就是從大陸的高處指向海洋。如果進一步分析就會發現，其中還存在著更多級次不等的復雜過程，如水分運動形成的局部氟循環，水-岩（土）之間的氟交換，通過食物鏈實現的生物（包括人）與含氟水土之間的生物化學循環等。值得注意的是，無論是宏觀循環還是局部的小循環，氟的運動大部分都是以水分（流）為載體的，這就是為什麼在討論氟遷移和地氟病的機理時，往往將水的運動過程作為研究主線的原因。

自然界中的氟循環，是指氟在岩石圈、水圈、大氣圈和生物圈之間的循環，以簡單氟離子、氟化物、氟配合物等形式相互轉化遷移的過程。岩石中的氟在風化、侵蝕以及人類活動等作用下被釋放出來，進入土壤、水、大氣中，經由植物、草食動物和肉食動物等在生物之間流動，待生物死亡後被微生物分解，回到自然環境中。大氣中的氟可被動植物吸收後分解返回自然，或隨降水進入岩土及地下水中。溶解性的氟，隨水流進入江河湖海，並沉積在海底，可沿大洋板塊邊緣進入地殼深部，沉積在陸地的含氟岩土亦可在板內斷裂帶隨下降盤進入地下，再風化後再次進入循環，自然界中氟循環如圖1-1所示。

自然界中的氟循環，除了氟在岩石圈、水圈、大氣圈、生物圈之間的全球大循環外，在地殼中，氟在岩漿、岩漿岩、變質岩、沉積岩中不斷循環，如圖1-2所示。自然界中氟循環可分為三個不同的層次：①生物地質大循環，即氟在地球各圈層之間的循環；②生態系統層次，即在初級生產者的代謝基礎上，通過各級消費者和分解者將氟歸還自然環境；③生物個體層次，即生物個體在自身生長過程中從周圍環境中吸取氟，經機體代謝活動又將氟排出體外，經分解者的作用歸還於環境。這三種層次的循環是相互聯系、互相影響的。

在討論有關自然界中氟的來源時，諸多學者將岩石中的氟作為自然環境中氟的最初來源，若把岩石圈以上的土、水、生物系統當作一個環境整體，把岩石作為環境中的氟源是合理的，但若把岩石作為自然環境中氟的來源是欠妥的，因為若岩石中的氟是自然環境中氟的來源，岩石長年累月地向自然環境中輸出氟，其氟含量會逐漸減少，但經測試岩石圈中的氟含量並未逐漸降低，而是一直保持在一個較穩定的范圍。自然界中沒有絕對的源和匯，源和匯只是相對的概念，自然界中存在不同級別層次的氟循環，氟源與氟匯也以不同的等級存在於各對應層級的地質環境中。如果把整個淺地殼表面空間當作一個整體環境，可認為其氟的主要來源是地殼深部和上地幔，經過循環遷移後，最終又匯入地殼深部。

圖1-1 自然界中氟循環示意圖

圖1-2 氟在地殼中的循環示意圖（據牟哲富，2011，有修改）

在生態學中，生態系統中的物質循環可以用庫和流通兩個概念來描述。對於某一種元素，存在一個或者多個主要的庫，物質在生態系統中的循環實際上是在庫與庫之間流通（蔡曉明，2000）。上述氟在自然界中的循環過程亦是氟在不同庫之間的相互流通。物質的庫可分為兩類，貯存庫和交換庫（蔡曉明，2000），岩石是氟的貯存庫，動物、植物、土壤等可看作氟的交換庫。在自然界氟的生物地質大循環中，土壤是連接生物循環和地質循環的重要樞紐，許多學者在研究與氟有關的生物遷移與循環時，把土壤作為氟源，但其實土壤只是相當於氟的調節器或者中轉站，在一定條件下，水-土-生物系統中的氟可以互相轉換，水可以吸收溶解土壤中的氟，土壤也可以吸附水中的氟。

值得注意的是，無論是宏觀循環還是局部的小循環，氟的運動大部分都是以水分（流）為載體的，水在一個地方將岩石中的氟溶出，搬運至別處沉降下來，氟隨著地下水流動系統或者地表水流動系統不斷遷移循環，其中伴隨著各種水化學動力作用，如蒸發濃縮作用、吸附解析作用等，水化學作用和地下水流場對氟在淺地表環境中的分布有著重要影響，使氟在地球表生環境中分布不均勻，往往在水流系統的匯區容易富集。

10. 氟化水是怎麼形成的對身體有那些害處

以氣態與顆來粒態形成存源在的無機氟化物。主要來源於含氟產品的生產、磷肥廠、鋼鐵廠、冶鋁廠等工業生產過程。氟化物對眼睛及呼吸器官有強烈刺激，吸入高濃度的氟化物氣體時，可引起肺水腫和支氣管炎。長期吸入低濃度的氟化物氣體會引起慢性中毒和氟骨症，使骨骼中的鈣質減少，導致骨質硬化和骨質疏鬆。