台安县高铁地下水分布及成因机制
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【摘要】:台安县地处辽宁省中部，属于下辽河平原腹部地带，是辽宁省的重要商品粮生产基地。地下水类型为第四系松散岩类孔隙水，地下水下水资源丰富，单井涌水量多在3000-5000吨/日，主要接受大气降水补给，地下水中铁离子含量多在10-60毫克/升，局部大于60毫克/升，属高铁地下水，地下水中的铁离子主要来源于与其相接触介质中的含铁矿物和岩石，以及上游地区高铁地下水对本区的补给。
【关键字】:台安地区高铁地下水成因机制
中图分类号：P641.139 文献标识码：A 文章编号：
一、引言
台安县位于辽宁省中部，隶属鞍山市管辖，地理坐标东径122°13′～122°38′，北纬40°01′～41°31′，面积1388平方千米，人口约40万。
台安县是辽宁省的重要商品粮生产基地，主要作物有水稻、玉米等，部分水田作物需要抽取大量地下水灌溉，而台安地区地下水中铁离子含量多在10-60毫克/升，局部大于60毫克/升，属高铁地下水(铁含量大于0. 3毫克/克，即为超标)。因此，研究高铁水的形成及其主要特征，不仅为区域性研究高铁地下水提供实际资料，同时也具有现实意义。
二、水文地质条件
台安地区地下水类型为第四系松散岩类孔隙水，以中更新统顶部亚粘土为界，分为浅、深两个含水岩组。浅层含水岩组由上更新统冲积细砂、细中砂、中粗砂、中砂含砾、中粗砂含砾，全新统为冲积、冲海积粉细砂、细砂等构成。含水层厚度59-91米，顶板埋深2-8米，地下水位埋深0.5-2.8米，渗透系数为8-36米/日，单井出水量在5000立方米/日；深层含水岩组由中、下更新统冲积，冲洪积细砂、中细砂、细中砂、中砂含砾、中粗砂含砾、砂砾石，砂砾石混土组成，含水层厚度52-186米，顶板埋深70-108米，地下水位埋深0.8-3.9米，渗透系数由北向南逐渐变小，由北部的26米/日，到南部变为7米/日。单井出水量由北向南逐渐变小，由北部大于5000立方米/日，到南部为1000-3000立方米/日。
区内地下水的补给方式主要有降水渗入、地表水渗入和上游地下水的侧向补给；地下水的迳流除受地质结构、水文地质条件控制外，还与邻区新民、辽中和黑山地区地质条件有关，这些地区的地质结构和水文地质的简单，含水层较颗粒相对较粗，地下水水力坡度0.44‰，迳流条件好于工作区，地下水可源源不断的流入台安境内。台安地区的下游有盘山县属于滨海平原，地质结构、水文地质条件复杂，含水层颗粒相对要细，粘性土夹层多，咸水比重大，不得于地下水的迳流和排泄。台安县处于中间部位，地下水运动处于后推前拥状况。区内的地下水排泄途径主要有两种方式，一是垂直蒸发排泄，二是水平迳流排泄。区内地下水水质受地下水循环条件的影响，浅层水：绕阳河流域以重碳酸钙钠型水为主， 辽河流域以重碳酸钙水为主，浑河流域为重碳酸钙镁型水，滨海地区属微咸水，地下水类型氯化重碳酸钙钠型水和氯化重碳酸钙钠型水。
三、高铁地下水的分布规律
(一)剖面上的分布规律
根据含水岩组分布情况分为浅、深两个高铁地下水垂向空间分布区。其中对于浅层水结合生活用水现状和取水层位，分出浅层含水岩组上段高铁地下水空间分布区和下段高铁地下水空间分布区。铁离子从上到下逐渐降低，见图1。
图中Iκ、Kχ、Kσ、Kπ计算公式为：
Iκ=CV
Kχ=
Kσ=
Kπ= Kχ+ Kσ
式中符号；
C-地下水中铁离子的浓度(克/米秒)
V-地下水的流动速度( 米/日)
-地下水中的铁离子含量(毫克/升)
a-地下水的矿化度(毫克/升)
-铁元素在岩石中的含量(%)
-水中铁离子形成次生矿物的含量(%)
(二)平面上的分布规律
为方便研究高铁地下水的空间分布规律，根据铁离子含量的卫生标准(小于O.3毫克/升)和超标显著的特点，将铁离子分为五个区：A区铁离子含量O.3-5.O毫克/升，B区铁离子含量5.O-1O.O毫克/升，C区铁离子含量1O.O-3O.O毫克/升，D区铁离子含量3O.O-6O.O毫克/升，E区铁离子含量大于6O.O毫克/升。
根据上述分区原则，进行分层、分段论述其规律性。
1.浅层含水岩组上段高铁地下水分布规律呈北东南西向的条带状分布(见图2)。在辽绕平原区以偏北部魏岭西佛一带的区(铁离子含量30-60毫克/升)为铁离子富集区，依次向两侧铁离子含量逐渐降低的规律，在辽河、浑河冲积平原区，呈现以黄沙北部的A区（铁离子含量0.3～5毫克/升）为铁离子含量最低区，依次向周围铁离子含量逐渐增高的规律，其中在各别大区内，也有更高级别或更低级别的小区嵌入。
2.浅层含水岩组高铁地下水分布规律（见图3），以桑林镇一带的A区为铁离子含量最低区，以新华农坊一带的D区为铁离子含量最高区。其余大部分为C区。B区在九间乡、达牛东、小高力房、高力房镇等地段，呈现过渡带或条带状。凸状镶嵌式分布。
3.深层含水岩组高地下水分布规律，呈北西东南向的条带关分布。以中部台安镇、黄砂坨镇 、高力房镇一带的A区为铁离子含量最低区，向其两侧铁离子含量增高。全区以新华农场、富家一带的C区含量最高，见图4。
(一)高铁地下水成因
地下水中的铁离子主要来源于与其相接触介质中的含铁矿物和岩石，以及上游地区高铁地下水对本区的补给。
据第四系钻孔的重砂资料表明，整个台安地区的第四系含水介质中均含有一定量的含铁矿物。如磁铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿、赤褐铁矿，菱铁矿、柘榴石、角闪石、绿帘石、绿泥石，海绿石、钛铁矿、十字石、电气石、辉石、紫苏辉石、阳起石、黑云母等。当含有自由氧、H2S及CO2的地下水流经孔隙介质时，其中的含铁矿物就会不断地发生氧化还原作用，使铁元素进入水中成为铁离子。
1、黄铁矿(FeS2)经氧化后：
2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4或
4FeS2+15O2 +2H2O= 2Fe2(SO4)3+2H2 SO4
铁元素以FeSO4、Fe2(SO4)3的形式溶于水，使Fe2+和Fe3+游离出来。
2、含低价铁的硅铝酸盐矿物（如柘榴石，角闪石、绿帘石、绿泥石等）也会发生氧化生成赤铁矿(Fe2O3)。赤铁矿在缺氧的还原环境中，在腐殖酸中细菌活动的作用下：
Fe2O3 +3H2S=2FeS+3H2O+S
FeS在碳酸作用下以重碳酸盐形式溶于水：
FeS+2CO2+2H2O=Fe(HCO3)2+H2S
使Fe2+游离出来，或三价铁的还原作用：
CH2O+ 4Fe(OH)3+ 8H+= 4Fe2++CO2 +11H2O
使铁离子游离出来。
（二）环境因素、水化学因素对其成因的控制
如果说上述各种化学反应是高铁地下水形成的“内因”，那么环境因素、水化学因素的控制即为其形成的“外因”。