陸徐榮, 楊 磊, 陸 華, 谷小溪

江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院, 江蘇南京 210018;

國土資源部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇南京 210018

碘是人體必需的微量元素, 人體中三分之一以上的碘以甲狀腺素形式存在, 低碘會引發(fā)甲狀腺腫、智障等缺乏病; 攝入過多, 也會引發(fā)高碘甲狀腺腫、碘中毒。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn), 飲用水碘含量大于150 μg/L的區(qū)域被稱為高碘地區(qū)(衛(wèi)生部, 2003), 超過1000 μg/L的被一些學(xué)者定義為超高碘區(qū)(李洋等,2003; 任先云等, 1997)?；春恿饔蚪K段潛水(區(qū)內(nèi)潛水定義: 無明顯隔水頂板、底板埋深多在 3～5 m左右、最深不超過15 m的含水層)碘含量變化大, 很多地區(qū)存在高碘水, 并直接飲用, 研究潛水碘含量分布與成因具有重大意義。

1 區(qū)域潛水碘含量分布

取樣化驗(yàn)結(jié)果表明, 工作區(qū)潛水碘化物含量普遍偏高(本文測試數(shù)據(jù)未注明的皆為國土資源部南京礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心測試, 碘測試的方法為電感耦合等離子質(zhì)譜法), 總計(jì) 581組樣品中, 大于40 μg/L的潛水樣品達(dá)388個(gè), 占66.8%, 達(dá)到高碘標(biāo)準(zhǔn)的210個(gè), 占36.1%。

1.1 低碘區(qū)

全區(qū)地勢較高的新東贛丘崗臺地、洪澤湖崗地、盱眙丘崗及其山前傾斜平原多為低碘分布區(qū)(如圖 1), 徐州低山丘陵地區(qū)存在少量的高碘潛水, 分布在穿越而過的廢黃河帶上, 地勢低平。

1.2 高碘區(qū)

高碘區(qū)共 3個(gè): (1)江蘇沿海: 大致以廢黃河為界, 南部、北部碘化物平均含量分別為200 μg/L、420 μg/L, 均為高碘區(qū), 峰值為灌南縣堆溝港鎮(zhèn)的3320 μg/L; (2)廢黃河帶: 以上游的豐沛地區(qū)最高,平均達(dá)560 μg/L, 王溝鎮(zhèn)最高達(dá) 1920 μg/L, 向下游以廢黃河為軸線逐漸下降; (3)里下河洼地區(qū): 三個(gè)高碘區(qū)中最低, 平均120 μg/L, 以興化為最, 23組樣品中, 超過 150 μg/L的 9組, 峰值為興化陶莊的500 μg/L。

2 土壤中碘的分布

研究土壤中碘的分布對潛水碘的形成具有重要指導(dǎo)意義, 這是因?yàn)闈撍饕ㄟ^土壤層獲得補(bǔ)給, 蒸發(fā)排泄作用也通過土壤進(jìn)行, 豐水期水位埋深大多0.5～1 m, 高于深層土壤取樣位置, 因此, 研究土壤中的碘分布對潛水碘的形成具有指導(dǎo)意義。

測試結(jié)果表明, 工作區(qū)不論表層土壤還是深層土壤, 大部分地區(qū)碘含量穩(wěn)定在1～4 mg/kg。

2.1 表層土壤

取樣深度0.2 m。

工作區(qū)表層土壤碘含量范圍為 0.44～18.6 mg/kg, 平均含量是2.11 mg/kg, 元素含量變異系數(shù) 0.61, 大部分地區(qū)表層土壤碘含量在1.5～2.5 mg/kg之間, 空間分布較不均勻。

總體上表現(xiàn)出東部高、中西部低的特征(圖 2),規(guī)律明顯: 沿海連云港市—響水一帶表層土壤的碘含量最高, 普遍都在 4 mg/kg以上, 其中環(huán)云臺山地區(qū)表層土壤高達(dá)8 mg/kg以上; 東臺、鹽城、灌南等以東的沿海地區(qū)也普遍在2～4 mg/kg左右, 含量較豐富; 內(nèi)陸平原地區(qū)最低, 小于2 mg/kg, 環(huán)湖地帶、低山丘陵、泗洪崗地及豐沛兩縣1.5～4 mg/kg,為全區(qū)平均。

2.2 深層土壤

取樣深度為1.2 m。

與淺層土壤有相似之處, 又有明顯特色:

1)由第四紀(jì)全新統(tǒng)海積亞粘土、海積-沖積亞粘土為主的沿海地區(qū)深層土壤碘含量普遍較高, 海積亞粘土平均達(dá)到4.68 mg/kg, 海積-沖積亞粘土則為4.48 mg/kg, 均明顯高于江蘇省深層土壤平均值,兩者的元素含量變異系數(shù)均大于 0.5, 呈不均勻分布。沿海灌河以北地區(qū)深層土壤碘平均含量反映了海洋地質(zhì)作用, 一般超過 4 mg/kg; 南部沿海為沖海積成因, 含量介于 1.5～3.0 mg/kg, 局部 3.0～5.5 mg/kg。

2)環(huán)湖地帶碘含量較高, 以 2～4 mg/kg為主,局部大于4 mg/kg。

3)黃泛平原、里下河洼地碘含量小于2 mg/kg,部分地區(qū)小于1 mg/kg。

圖1 淮河流域(江蘇)潛水高碘分布圖(a)、碘含量等值圖(b)Fig.1 Distribution of high iodine content (a) and contour of iodine content (b) in phreatic water in the Huaihe River of Jiangsu Province

圖2 淮河流域(江蘇)表層土壤(a)、深層土壤(b)碘含量分布圖Fig.2 Distribution of iodine content in surface soil (a) and deep soil layer (b )in the Huaihe River of Jiangsu Province

2.3 水土碘含量的異同點(diǎn)

2.3.1相似點(diǎn)

連云港、灌云是全區(qū)土壤碘含量最高的區(qū)域,這也是潛水碘含量較高的區(qū)域, 全區(qū)大于1000 μg/L的17組潛水樣, 該地區(qū)即占8組。

2.3.2異常點(diǎn)

沿廢黃河帶土壤碘含量區(qū)內(nèi)最低, 多小于2.0 mg/kg, 部分地區(qū)小于1.0 mg/kg, 卻是典型的潛水高碘含量區(qū), 其中豐沛地區(qū)更為全區(qū)之冠, 平均達(dá) 630 μg/L;

低山丘陵、山前傾斜平原等土壤碘的含量中等,一般為1.5～2.5 mg/kg, 但潛水為典型的低碘含量區(qū),全部小于 40 μg/L。

總體上, 水土碘含量規(guī)律復(fù)雜, 值得進(jìn)一步研究。

3 潛水碘含量特征控制因素分析

自然界中的碘元素通常以化合物的形式存在,主要礦物有碘鈣石和碘鈣鉻石等, 遷移能力強(qiáng)且易溶, 一般可溶解于水中, 往往以 I–的形式存在, 少量為 IO3–, 具有隨水流動的特性, 一定條件下可氧化為I2而蒸發(fā)(曹欽臣等, 1995; 李洪偉等, 2009; 徐清等, 2010; 張二勇等, 2010; 袁修錦, 1999)。本次研究表明, 潛水碘含量的控制因素與碘自身的特性、土壤碘含量以及水文地質(zhì)條件、環(huán)境、地形地貌等都有一定的關(guān)系, 主要表現(xiàn)在以下方面。

3.1 徑流條件

3.1.1徑流條件較好

徑流條件較好的地區(qū)包括新東贛丘崗、臺地、山前傾斜平原(碎屑巖、火成巖皆有), 洪澤湖崗地,揚(yáng)州儀征丘崗(碎屑巖為主), 盱眙丘崗、山前傾斜平原, 徐州低山丘陵、崗地, 潛水碘含量全部小于40 μg/L, 符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

該類地區(qū)主要特點(diǎn): 有一定的地形坡度, 水力坡度較大; 地表巖性多砂礫, 顆粒較粗, 補(bǔ)給作用強(qiáng); 土壤碘含量屬于全省平均水平(1.5～2.5 mg/kg),潛水碘含量全區(qū)最低, 15個(gè)未檢出樣品全部位于該類地區(qū); 地域分布廣泛, 包括徐州、宿遷、淮安、揚(yáng)州等; 成因類型齊全, 即碎屑巖、灰?guī)r、巖漿巖以及傾斜平原的松散巖類。

綜合其它參考文獻(xiàn)資料(張二勇等, 2010; 袁修錦, 1999; 曾昭華, 1999), 都證明了這一觀點(diǎn), 因此可以得出徑流條件好的地區(qū)地下水低碘的結(jié)論。

3.1.2徑流條件較差

區(qū)內(nèi)徑流條件差的主要包括里下河平原、廢黃河帶。

3.1.2.1 里下河洼地

里下河洼地區(qū)地勢低洼, 地下水水位極淺, 多為0.5～1 m, 上覆巖性顆粒細(xì), 潛水運(yùn)移路徑短, 透水、儲水和給水能力較差, 溶濾作用占主導(dǎo)地位,濃縮作用造成溶質(zhì)濃度不斷升高(張光輝等, 2009;高存榮等, 2014), 多為微咸水, 碘離子隨之增加,多達(dá)39.1%的潛水碘含量超過150 μg/L, 為高碘區(qū)。

3.1.2.2 廢黃河帶

黃河泛濫所形成的扇形沖積扇為微型地下水循環(huán)系統(tǒng)。扇形地頂部顆粒較粗, 形成高亢地形,扇形地的中下部為緩坡地, 扇形地的前緣地勢低平,有亞粘土等隔水物質(zhì)沉積等。

由于黃河多次泛濫, 大量的扇形沖積扇相互疊加, 沖積扇間由于亞粘土阻隔造成徑流不暢, 從而形成了大量的局部循環(huán)小系統(tǒng)。表層土壤中的富碘礦物溶解潛水后, 只能在相對封閉的水文地質(zhì)小單元中循環(huán), 不易被排出, 從而形成高碘潛水。

廢黃河帶地表巖性以亞砂土、細(xì)粉砂為主, 巖性顆粒較粗, 補(bǔ)給資源豐富, 土壤碘可隨雨水補(bǔ)給潛水。

3.2 土壤碘含量

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn), 相似水文地質(zhì)條件下, 潛水與土壤碘的含量密切相關(guān)。

3.2.1沿海地區(qū)

江蘇沿海北部土壤碘含量普遍較高, 灌云、灌南、響水等沿海地區(qū)是江蘇省土壤碘含量最高的區(qū)域, 多在 6.7 mg/kg以上, 某些塊段超過 8 mg/kg,潛水碘含量平均 420 μg/L。南部沿海土壤碘含量2.0～4.0 mg/kg, 局部4.0～5.5 mg/kg, 為區(qū)內(nèi)次高區(qū);潛水中碘的含量平均為200 μg/L。

南北兩片土壤碘含量以平均值計(jì), 比例為1:2.5,潛水為1:2.1, 兩者基本接近, 關(guān)系密切。

3.2.2廢黃河帶

沿廢黃河帶因黃河泛濫而形成, 物源一致、水文地質(zhì)條件相似、地形地貌接近, 水土碘的含量具有以下特點(diǎn):

(1)沿廢黃河兩岸土壤碘含量以河流為軸線從上向下, 具有明顯的分帶性: 即豐沛地區(qū)(1.5～4.2 mg/kg)＞睢寧(1.2～2.5 mg/kg)＞宿遷(0.8～1.5 mg/kg)＞淮安(0.8～1.2 mg/kg)。

(2)沿廢黃河帶, 地下水中碘的含量均值分帶性也十分明顯: 豐沛地區(qū)(630 μ/L)＞睢寧(410 μg/L)＞宿遷(230 μg/L)＞淮安(80 μg/L)。

(3)取土壤碘含量的均值, 與相應(yīng)的潛水碘含量進(jìn)行相關(guān)分析, 發(fā)現(xiàn)兩者完全同步, 相關(guān)系數(shù)達(dá)0.977, 相關(guān)性極好。

因此, 同一水文地質(zhì)單元內(nèi)部規(guī)律一致。可以認(rèn)為: 相似水文地質(zhì)條件下水土碘含量密切相關(guān),不同地區(qū)由于各自的環(huán)境、水文條件、地形地貌的不同, 碘含量迥異。

3.3 土壤有機(jī)質(zhì)含量

前人研究表明, 地下水碘的含量與有機(jī)質(zhì)的含量成正比(曾昭華, 1999; 田文法等, 1997; 牛喜貴等,1991; 韓俊杰等, 1996), 原因?yàn)楫?dāng)土壤中有機(jī)質(zhì)含量較高、地表巖性以亞粘土為主時(shí), 易形成還原環(huán)境, 增強(qiáng)碘絡(luò)合物的溶解性, 并易被有機(jī)質(zhì)吸附,不易遷移和流失, 隨著有機(jī)質(zhì)的分解而析出, 并溶解于水, 從而形成高碘潛水。本區(qū)也有這樣的例證。

江蘇北部沿海地區(qū)有機(jī)質(zhì)含量較高, 深層土壤在 4‰～6‰間, 潛水碘含量平均 420 μg/L; 南部沿海深層土壤有機(jī)質(zhì)含量小于 2‰, 約為北部沿海的一半, 潛水中碘含量平均為 200 μg/L, 同樣接近北部沿海的一半, 符合相關(guān)規(guī)律。里下河洼地區(qū)土壤中碘很少, 有機(jī)質(zhì)含量高達(dá) 8.5‰～18‰, 有機(jī)質(zhì)作用下使之成為區(qū)內(nèi)三大高碘區(qū)之一。

與上述論據(jù)相異的是廢黃河帶, 該帶有機(jī)質(zhì)含量全區(qū)最低(表層土壤小于 8.5‰, 深層土壤小于2‰)、土壤碘含量最低(小于1 mg/kg的區(qū)域主要存在于該區(qū))、地表巖性最粗(地表巖性以亞砂土、細(xì)粉砂為主), 潛水碘含量卻極高, 其中豐沛地區(qū)更高達(dá)630 μg/L, 為全區(qū)之冠。

前人文獻(xiàn)得出該結(jié)論的論據(jù)應(yīng)該沒有疑問, 主要是忽略了水文地質(zhì)條件的差異。本文認(rèn)為應(yīng)更正為“相同或相似水文地質(zhì)條件下, 地下水中碘含量與有機(jī)質(zhì)含量具相關(guān)性”。

3.4 土壤吸附性

區(qū)內(nèi)最富碘的地層巖性為第四紀(jì)海積亞粘土,最貧碘的則為第四紀(jì)全新統(tǒng)沖積亞砂土, 平均含量前者是后者的 3倍多, 主要與其吸附能力有關(guān), 土壤吸附能力強(qiáng), 碘元素則不易進(jìn)入地下水中, 反之也然。

以廢黃河帶為例, 該區(qū)域地表巖性以亞砂土、細(xì)粉砂為主, 碘離子不易被土壤吸附, 從而隨雨水進(jìn)入地下水中, 加上地下水排泄不暢, 不斷濃縮而形成高碘水。

3.5 蒸發(fā)作用

廢黃河帶地表顆粒較粗, 地下水易蒸發(fā), 加上該地區(qū)地下水排泄不暢, 礦物質(zhì)不斷被濃縮, 在上世紀(jì) 80年代以前, 該地區(qū)因此而形成了大量的鹽堿地, 水中的碘元素也隨之被濃縮, 形成高碘地下水(徐芬等, 2012)。

3.6 碘在地下水中的變化特征

不論深層水、還是淺層水, 地下水中碘含量變化較小, 在地下水中含量保持穩(wěn)定。

在江蘇盱眙沿淮地區(qū)研究了5條碘含量系列變化曲線, 其年際變化平均不超過6 μg/L(如圖3), 表現(xiàn)為隨時(shí)間濃度保持基本穩(wěn)定: 深層地下水波幅最多不超過10 μg/L, 淺層地下水變化略大, 如新遷村微+Ⅰ承壓水波幅達(dá)為170 μg/L。

江蘇地質(zhì)調(diào)查研究院、南京地質(zhì)調(diào)查中心均對豐沛地區(qū)深層地下水樣品進(jìn)行了測試(取樣點(diǎn)相同),取樣間隔 1年, 測試單位不同, 測試結(jié)果平均僅相差 60 μg/L(見表 1, 南京地質(zhì)調(diào)查中心樣品由南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所測試中心測試, 測試方法為電感耦合等離子質(zhì)譜法), 誤差11.7%。將多期樣品進(jìn)行系列相關(guān)分析, 碘含量變化的相關(guān)系數(shù)在 0.983～1之間, 相關(guān)性高于同期取樣的礦化度等其它指標(biāo), 因此, 地下水中的碘含量較為穩(wěn)定。

表1 深層水碘元素測試結(jié)果(單位: μg/L)Table 1 Iodine content of deep-lying groundwater (unit: μg/L)

圖3 江蘇沿淮地區(qū)地下水碘含量曲線Fig.3 Curve of iodine content in groundwater in Huaihe River area of Jiangsu Province

4 結(jié)論與建議

1)工作區(qū) 1/3的潛水樣品碘含量超過高碘地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(150 μg/L), 可直接飲用的主要包括丘陵、崗地、山前傾斜平原、環(huán)湖等地下水徑流條件較好的地區(qū);

2)地下水徑流條件差、蒸發(fā)作用較強(qiáng)的地區(qū)往往潛水碘含量較高, 主要包括廢黃河帶、里下河洼地區(qū)等;

3)相同水文地質(zhì)、環(huán)境條件下, 潛水中的碘含量與土壤中的碘正相關(guān), 有機(jī)質(zhì)可起到促進(jìn)水溶性碘溶解的作用;

4)碘在地下水中的含量十分穩(wěn)定, 為達(dá)到飲用或其它需求目標(biāo), 需進(jìn)行加、降碘處理時(shí), 可不必考慮其濃度會發(fā)生大幅變化, 從而降低成本。

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