环境地球化学论文选题

摘 要 以水化学数据为依据，应用相关分析，结合地质、水文勘探资料，对煤矿酸性矿排水( AMD) 的水化学特点及其成因进行了研究。煤矿 AMD 在一定的物质条件和环境条件下形成，只要条件适宜，不管是高硫煤还是低硫煤均可产生酸性水; 低 pH、高 Eh、高 TDS 及高硬度是煤矿 AMD 的重要特征，水中的 SO42 －与其 EC 之间以及 Fe3 +/ Fe2 +比值与其 Eh 值走势具有良好的一致性，水中微量元素及重金属来源较复杂，如 Ni、Cu、Co、Zn 等来源于黄铁矿的氧化溶解，但 Pb、Sr 等主要来自 AMD 对煤系地层中煤及岩石中矿物的淋滤作用。任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑一、引言煤矿在开采过程中，因含煤地层中所含硫化物( 主要为黄铁矿) 的赋存环境变化而自发进行氧化还原反应，可导致产生酸性矿排水( AMD) 。AMD 的低 pH 值和较高的矿化度特征，说明其有很强的溶解性和侵蚀性，这种矿排废水能携带大量的重金属及有害化学物质进入环境。煤矿酸性矿井水在我国分布广泛，北方主要分布在陕、晋、鲁和内蒙等省区，南方分布在川、桂、贵、浙、闽等省区。目前，对 AMD 的研究多集中在金属矿床、矿尾库等的酸性矿排水治理方面，而对含煤地层环境下产生的 AMD 的水化学数据中所蕴含的丰富环境地球化学信息的解读还不多见。煤矿 AMD 的化学特征在一定程度上反映了相应地区的物质组成、主要水—岩反应和水中组分的相互作用等环境信息，对这些信息的研究可了解煤矿AMD 的产生、变化过程及可能产生的环境效应，为煤矿环境治理及模拟预测提供可靠依据。笔者通过对福建省永安及上京两个矿区的井下现场勘查，系统采集和测试了煤层、顶底板岩石、黄铁矿以及矿井中的酸性水样品，通过综合分析这些数据，试图总结煤系酸性水的水化学特征，并探讨其中所反映的环境信息。二、研究区地质环境区内地层主要由上石炭统船山组、下二叠统栖霞组、文笔组、童子岩组、上二叠统翠屏山组及第四系残坡积物层组成。下二叠统童子岩组为主要含煤地层，由一套海陆过渡相岩性组成，以泥质岩为主，次为粉砂岩和砂质岩，砂岩多为钙质胶结。普遍含形态各异、含量不等的菱铁矿和黄铁矿结核。童子岩组内由下而上分为第 1、第 2、第 3 段，其中第 1 和第 3 段为含煤段。在永安矿区，第 3 段为主要含煤段，自上而下有 0 ～11 号煤层，其中 1 号、2 号、5 +6 号、9 号为主采煤层。在上京矿区，第 1 段为主要含煤段，煤层自上而下为 22 ～ 49 号煤，其中 33、34、38、45、48 等 16 层煤层为可采煤层。研究区沟谷发育，植被茂盛，海拔最高点标高为809m，最低点为300m。本区为亚热带潮湿气候区，年平均降雨量和气温分别为1565mm、9℃，气温最高2℃，全年相对湿度平均79%。水文地质条件属简单—中等类型，下部栖霞灰岩富水性较强，但远离煤层(距煤层200m左右)，正常情况下对煤层没有影响。大气降水是矿坑水的直接或间接补给水源。另外煤系构造裂隙发育，但富水性弱，岩性为砂岩，钻孔涌水量Q=57～5L/s，渗透系数K=073～15m/d。裂隙水水质为HCO3-Ca-Mg和HCO3-SO4-Cl-Mg型，总矿化度016～15g/L，属低矿化度具侵蚀性水。三、样品采集与检测为全面了解永安矿区童子岩组内整个含煤地层酸性水的情况，在永安矿区东坑仔矿的0号、1号、9号和上京矿区小华煤矿的34、38、48号等主采煤层的顶底板、煤和水及部分黄铁矿进行采样。在井下现场测定了水样温度、Eh值和pH值，其余水质项目按取样标准处理后送核工业北京地质研究院测定。用等离子质谱法(ICP-MS)测定水中阳离子及痕量元素含量;离子色谱法(IC)测定氯离子、氟离子、溴离子、硝酸根离子和硫酸根含量;采用容量法测定碳酸根、重碳酸根、氢氧根的浓度。对煤样、煤层顶底板岩样及黄铁矿样品进行了X射线衍射(XRD)分析和等离子质谱分析。四、结果与讨论井下AMD的环境特征在井下调研时发现，大量褐红色氧化铁沉淀物与酸性水伴生，可视其为存在酸性水或曾经有酸性水产出的标志。酸性水常常出现在松散、破碎的煤层顶板处及平巷上部的采空区下方，这些现象表明酸性水明显受环境条件的控制，这可能与含氧水的进入有关。在无破碎区，地表水中有限溶解氧在缓慢的下渗过程中，被浅部地层中的物质消耗，不足以氧化较深部的含硫矿物而产生酸性水。地质勘探资料表明，本区煤系由以铝、硅酸盐矿物为主的泥岩、粉砂岩及砂岩组成，地层中碳酸盐岩组分相对很少，CaCO3仅以脉状或钙质胶结物形式产出。有关黄铁矿氧化动力学实验表明［1］，在有碳酸盐岩存在时，产酸能力受到抑制。Holmstrom［2］等的研究表明，尾矿是否产生酸性排水和释放重金属主要取决于碳酸盐矿物的含量，而不是硫化物的含量。永安矿区煤中总硫含量小于1%，为低硫煤，但却产生了pH值低达75的酸性水，这一事实表明不管是高硫煤还是低硫煤均可产生酸性水。煤层AMD的水化学特征所取水样有3种类型:煤层酸性水样、煤层非酸性水样、地表水样。各水样的化学组成检测结果见表1，样品中除JS8为地表水外，其余为井下矿排水。根据矿井原钻孔资料，未经淋滤的地层裂隙水的水质为HCO3-Ca-Mg和HCO3-SO4-Cl-Mg型，总矿化度016～15g/L。而经淋滤煤层后形成的酸性水的组成变化很大，按库尔洛夫表达式计算后，水质类型变为SO4-Ca-Mg(如DS2)和SO4-Mg-Fe-Ca(如HS5)型水，TDS为64～398g/L，为高矿化度水。表1 永安矿区煤层矿井水水化学常量组分含量w单位:mg·L－1注:－为未检出;表中硬度以CaCO3计。由表1可以得出本区煤矿酸性有如下特点:(1)pH值变化范围较大，可从5点几至2点几，而在pH≤00的水中，HCO－3含量均为未检出。根据水中碳酸系统平衡关系，此时水中的碳酸盐组分以H2CO3或游离CO2形式存在，即水的总碱度趋于零，具有较强的侵蚀性。(2)酸性水具有SO42－高、总硬度高和TDS高的三高特征。SO2－4含量在阴离子中占绝对优势，表1中HS7水样硫酸根离子浓度达9mg/L，煤矿酸性水水化学类型一般为SO2－4－Ca、Mg(Fe、Al)型。酸性水使地层中碳酸盐类及铝硅酸盐类矿物大量溶解，而造成水的高硬度和高TDS，TDS>1g/L。如，HS7的TDS达5mg/L。酸性水中硫酸盐是其矿化度主要贡献者，水中SO2－4离子浓度与其电导率(EC)具有良好的对应关系(图1)。(3)煤矿酸性水的Eh范围在600～800mv，是一种高氧化态水，水中的多价态元素以高价态存在，如Fe3+、V5+、Mn4+、Cr6+等。检测结果表明，Fe3+/Fe2+比值在多数情况下与环境的Eh值有良好的相关性(图2)，Eh随Fe3+/Fe2+值增加而增加，Fe3+/Fe2+比值在井下酸性水环境中起到决定电势作用。图1 电导率与SO42－含量走势相关图图2 Eh与Fe3+/Fe2+走势相关图AMD中微量组分来源分析造岩矿物及矿石矿物中的微量元素通常以类质同象形式存在，而天然水中微量元素的分布通常受环境中水—岩相互作用控制。对永安矿区酸性矿坑水样中50多种微量元素进行了ICP—MS测定。对7个矿井水样中含量100×10－9以上的微量元素与水样中的主要特征元素进行了相关分析(表2)。综合分析上述数据，并结合煤、岩及黄铁矿样品的XRD分析结果，可得出以下初步结论:(1)pH值与大多数组分呈负相关，说明各组分的溶解度随介质pH的降低而增大，尤其对Fe和Al溶解度影响较大。同时也可能与它们在pH增大时易形成氢氧化物胶体而沉淀有关。胶体形成后对其他微量元素的吸附产生共沉淀是pH对微量元素含量的一个间接影响。(2)Ni、Co、Zn、Y等与Fe、SO2－4高度相关，相关系数大于94，说明它们的来源与黄铁矿的氧化溶解密切相关。Ni、Co、Zn均为过渡元素，常在黄铁矿中与铁形成类质同象替代，而在黄铁矿风化过程中被释放进入溶液;与Fe、SO2－4有较高相关性的还有Na、Cu、Mg、Mn元素，这些元素在地球化学上与铁元素常亲密共生，说明黄铁矿是其部分来源，或是黄铁矿的氧化溶解对它们的释放迁移有重要影响。(3)水中Pb-K和Pb-Al的相关系数分别为77和64，而与Fe和SO2－4的相关系数较低，分别为39和41。ICP-MS对煤、岩、矿的分析结果表明，大多数煤样品中的Pb含量高于同层位中黄铁矿的Pb含量，且由于本区为低硫煤，因此黄铁矿对矿井水中Pb的贡献相对较小，即本区酸性水样中的Pb除来源于黄铁矿的氧化溶解外，还来源于地层中的含铅矿物，如钾长石、黑云母的水解反应:任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑(4)锶是广泛存在于地下水中的一种微量元素。它在造岩矿物中的分配主要受钙和钾的互带性控制［3］，Sr2+主要是以类质同象的形式存在于含钙、钾的铝硅酸盐矿物中，随着含锶的钙长石、钾长石、白云母等矿物的水解，锶被释放而进入地下水中。本研究水样中锶含量在几百～上千μg/L，Sr与Ca呈正相关，相关系数为79，与K的相关系数仅为27。本水样中的锶可能主要来源于钙长石的水解反应。赵广涛(1998)［4］对崂山矿泉水的研究得出Ca-Sr的相关系数为6636，而K-Sr的正相关则不明显。这一结论与本文结果较为吻合，但是否具有代表性还有待研究。表2 永安酸性煤矿坑水中特征组分及微量元素间的相关系数矩阵五、结论(1)煤矿AMD可产生于高硫煤或低硫煤层中，含氧水沿破碎带入渗和地层中相对少量的碳酸盐岩是产生煤矿AMD的重要条件。(2)低pH、高矿化度和高硬度是煤矿AMD的水化学的典型特征。水中的硫酸盐是其矿化度的主要贡献者;煤矿酸性水中的SO2－4含量与其电导率具有良好的对应关系;Eh随Fe3+/Fe2+比值的增加而增加，Fe3+/Fe2+比值决定着煤矿酸性水的电势。(3)煤矿AMD中含有众多重金属及其他微量元素。其中Ni、Co、Zn、As等主要有害微量元素来源于黄铁矿的氧化分解，而Pb、Sr等则来源于酸性水对地层中物质的溶滤作用。煤矿酸性水的酸度大大增加了环境中有害化学物质的出溶率和迁移性。参 考 文 献［1］ Nicholson R V，Gillham R W，Reardon E J Pyrite oxidation in carbionate buffered solution: Experimental Kineti- Geochim Cosmochim Acta，1988，52: 1007 － 1085［2］ Holmstrom H，Salmon U J，Carlsson E et Geochemical investigations of sulfide-bearing tailings at Kristineberg，north- ern Sweden，a few years after The Science of the Total Environment，2001，( 273) : 111 － 133［3］ 文冬光，沈照理，钟佐 水-岩互相作用的地球化学模拟理论及应用 中国地质大学出版社，1998［4］ 赵广涛，李玉瑛，曹钦臣等 青岛西北地区矿泉水的水化学特征与形成机理 青岛海洋大学学报，1998，28( 1) :135 － 141The environment geochemistry information of the coal mine acid mining drainageYUE Mei1，2，ZHAO Feng-hua1，REN De-yi1( Department of Resource ＆ Earth Sciences，University of China Mining ＆ Technology( Beijing) ;Key Laboratory of Coal Resource，Ministry of Education，Beijing 100083，China; Anhui University of Sciences ＆ Technology，Huainan 232001，China)Abstract: The chemical characteristic and its formation of the coal acid mining drainage are discussed in this paper based on the spot investigation，samples examination，applied the cor- relation analysis method，and combined w ith the geology and hydrogeology background informa- Coal AMD formed in the specific substance and environment And w hen the con- dition is meet，the AMD can be produced in both high or low sulfur in the Low pH and high Eh，TDS，hardness are the important characteristic of coal AMD There are good relation betw een SO2 －4and EC，Fe3 +/ Fe2 +radio and E Some trace elements and harmful heavy metal such as Ni、Cu、Co、Zn in the AMD come from pyrit dissolution w hile some others like Pb、Sr are mainly come from the AMD eluviation to the coal and Key words: coal AMD; chemical characteristic; trace elements; correlation analysis( 本文由岳梅、赵峰华、任德贻合著，原载《煤田地质与勘探》，2004 年第 32 卷第 3 期)

必修课6门：①（证券投资专题、精算学专题、汇率专题任一）②金融统计方法③金融监管的理论与实践④投资学⑤现代金融市场与基本工具⑥投资银行学；选修课（12选6）：①数值方法与PDE②概率论与随机过程③金融时间序列分析④汇率统计分析⑤金融经济学⑥实用精算方法⑦动态资产定价⑧风险理论⑨金融工程学⑩金融衍生证券⑾金融风险管理⑿高级精算模型； 理论物理：①高等量子力学②群论③量子统计物理④量子场论⑤粒子物理⑥广义相对论⑦中高能核物理⑧李群和李代数⑨量子规范场论⑩粒子物理专题⑾微分几何与拓扑学⑿计算模拟方法 大气物理与大气环境：①大气湍流和扩散②大气化学③大气遥感④大气科学进展⑤大气辐射与光学⑥边界层物理⑦城市边界层气候和数值模拟⑧污染气象学概论⑨大气污染⑩大气科学概论； 气象学：①大气动力学②大气环流③全球气候④地球流体力学⑤气候动力学⑥统计-动力分析⑦应用卫星气象学⑧对流天气和短时预报⑨中尺度气象学⑩高等天气学⑾数值天气模拟⑿气候模拟； 地图学与地理信息系统：①遥感物理②计算机图象处理③遥感图像解释与方法④数字地球⑤GIS工程与应用⑥地理信息系统⑦地理学基础⑧空间数据库原理⑨遥感与地理信息科学⑩遥感光学图象处理⑾计算机地图制图； 人文地理（城市规划、房地产开发与管理）：①城市区域与国土规划②城市化与城市体系研究③房地产理论与方法④城市景观与生态规划⑤建设项目投资分析⑥城市问题研究⑦城市经济专题⑧城市设计⑨旅游规划原理⑩城市园林绿地规划； 基础心理学（发展与教育心理）：①心理学概论②发展心理学专题③社会心理学专题④认知心理学专题⑤儿童社会性发展⑥统计与测量⑦研究方法与实验⑧教育心理学专题⑨学校心理学专题⑩异常儿童心理学；另设非考试类专业课程若干门。 计算机软件与理论（金融信息化）：①数据库系统原理②数据仓库与数据挖掘③软件工程④面向对象分析与设计⑤金融管理信息系统⑥计算机网络⑦网络信息安全⑧数字图象处理⑨Internet与Web技术概论⑩信号与信息处理课题实习⑾信号与信息处理专题⑿金融学专题； 环境科学（规划与管理）：必修课①环境规划学②环境质量评价学③水环境学④微机及其应用⑤环境生态学⑥环境管理学⑦环境经济学⑧环境数学方法；选修课①污染气象学②环境法学③环境工程学④大气化学； 传播学（新闻传播学海口班）：①世界新闻事业②传播学概论③新闻学理论研究④新闻实务研究⑤传播学研究方法⑥说服学⑦网络传播⑧广告学概论⑨媒体经营管理⑩新闻传播政策与法规； 传播学（新闻传播学福州班）：①传播学概论②中外媒体比较研究③新闻学理论研究④新闻实务研究⑤传播学研究方法⑥说服学⑦网络传播⑧广告学概论⑨媒体经营管理⑩新闻传播政策与法规； 传播学（新闻传播学北京班）：①世界新闻事业②新闻学理论研究③新闻实务研究④传播学研究方法⑤传播学概论⑥说服学⑦网络传播⑧广告学概论⑨媒体经营管理⑩新闻传播政策与法规； 中国古代史（历史文化旅游）：必修课①周秦汉唐史研究②宋元明清史研究③中国古代文化史研究④中国古代艺术史研究⑤中国古代典章制度研究⑥考古学与旅游研究⑦历史地理学与旅游研究⑧宗教学与旅游研究⑨旅游历史文献研究⑩历史文化旅游系列讲座；选修课①中国近现代史研究②中外文化交流史研究；

地球化学环境与人类生存密切相关人们的生活环境与地球上地球化学场的分布有着密切的联系。地球表面元素分布的不均匀，一般通过食物、水、空气影响人体。当其含量变化（过高或过低）超出人体生理调节适应的范围时，人体健康即受影响，出现一些与地球化学场有关的疾病。在人体内的生物化学过程中，微量元素起着关键性的作用，目前已知的起关键性作用的元素有：Fe、Mn、F、Zn、Cu、Mo等14种人体必需的元素和Hg、Pb、Cd等有害元素。不同的微量元素在人体内有其各自的生物学作用及有害性。例如，氟是一种能增进骨骼和牙齿强度的元素，若缺乏氟，则龋齿发病率增高，若氟过量，又会引起斑釉齿；钼对生命的存在有关键性的作用，在土壤缺钼时，则食管癌流行，在高钼区，则痛风症多发。各微量元素间又能相互拮抗和协同人体的生物学作用。元素含量指标和病种指标的确定所谓元素含量指标是指人体为维持机体正常生理功能，对必需元素的需要范围和对有害元素的承受范围。在环境中，这些元素的含量不足或过量，都会有碍于健康，引起疾病。为此，需对这些元素确定其最低允许浓度和最高允许浓度，即元素含量指标。表6-1-1给出了某地区水系沉积物中一些元素的含量指标。它的确定是以某地区的地表土壤中元素丰度为健康基准含量，考虑到人体内的平衡作用以及水系沉积物与土壤的差异，将必需元素的基准含量的4倍和1/4倍分别作为过量和缺乏的含量限，对于有害元素，根据其毒性程度分别以基准含量的2倍、4倍、8倍作为对健康有影响的含量限。表6-1-1 水系沉积物中元素含量指标王成，1987。区域地球化学在人体健康问题上的应用，浙江地质科技情报，第3期。表6-1-2是用浙江土壤区域化探普查结果确定的地球化学病种指标。从表中可看出，不同的微量元素及其组合在人体内的生物作用不同，在环境中，其过量或缺乏都会引起地球化学病。这些引起地球化学病的元素及其组合称为地球化学病种指标王成，1987。区域地球化学在人体健康问题上的应用，浙江地质科技情报，第3期。。表6-1-2 地球化学病种指标（据王成，1987）注：＊本病发生在40～60岁绝经期妇女。实例（1）渡口市及其周围环境质量评价渡口市是一座新兴的中型工业城市，市区及其外围基岩广为出露。基岩区域地球化学测量为环境质量综合评价提供了基础资料。根据区内不同类型岩石中元素分布的统计资料（图6-1-1），对渡口地区进行了初步的地球化学区划。依基岩中元素的共生组合和含量差别，该区可大致划分为五个环境地球化学区（图6-1-2）。图6-1-1 渡口地区不同类型岩石中主要微量元素的丰度（据刘英俊等，1987）图6-1-2 渡口地区地球化学分区略图（据刘英俊等，1987）第Ⅰ区位于测区东、南及西北部，是大片闪长岩类分布的地区。该区的地球化学特点是，元素组合比较简单，元素含量变化幅度不大，且多数低于地壳同类岩石的平均丰度。含量较高的元素主要是Cd、G a、Ba，其次是Co、Cr、Pb，其他元素含量均较低。第Ⅱ区位于测区东南部，区内有面积不大的前震旦纪变质岩呈带状分布。地球化学特点是，元素种类少，含量低，除Cd、Ba、Co外，其他元素含量均接近或低于地壳同类岩石的平均丰度。第Ⅲ区位于测区西北部，出露地层为以石灰岩为主的早古生代地层。经光谱半定量分析，微量元素均未能检出。通过定量分析，发现Co、Cd、Pb、As的含量稍高，其他微量元素含量大大地低于地壳同类岩石的平均丰度。第Ⅳ区位于测区中部，有各类火成岩出露，富集了各种铁族元素和稀有、放射性元素。根据不同岩石类型中元素组合的不同，可将本区分为四个亚区，依次是玄武岩亚区（1）、正长岩亚区（2）、辉长岩亚区（3）和花岗岩亚区（4）。第Ⅴ区位于测区西南和东部，出露地层为中生代煤系地层。许多元素含量虽未形成异常，但多数含量偏高。通过对渡口地区不同岩石类型及其所含化学元素的分析对比可知，在测区东南部，岩性及其化学元素组合相对比较简单，沉积岩和前震且纪变质岩分布面积较大，地形高差比测区西北部小，岩石遭受的侵蚀作用也相对较小，三叠纪含煤层虽已开采，但现有资料表明，对环境影响不大，其他矿产资源尚未大规模开采，人为地造成各种化学元素迁移的因素少，环境质量相对较好。在测区西北部、中部和东北部，岩石类型及其化学元素组合比较复杂，各种火成岩广泛出露，影响人体的元素较多，较大的地形高差使岩石受到较甚的剥蚀作用，攀枝花共生矿正在进行大规模开采，选矿、冶炼过程正在大量排放“三废”，自然的和人为的因素使各种化学元素发生迁移，不断地转入生态环境，使环境质量降低。目前急需制订一合理方案，进行综合治理[1]。（2）北京地区高氟区与地质环境的关系地矿部物化探科技情报网，1987。物化探技术在城市工程中应用经验交流会论文集。北京地区的高氟区分布在13个区县80个乡的360多个村，氟斑牙和氟骨症患者达20万人。患氟斑牙，不仅影响牙齿的美观，而且影响咀嚼功能，不利于对食物的消化、吸收。患氟骨症，轻则腰腿、关节痛，重则四肢变形，不能像正常人一样自由伸曲，严重者使劳动力丧失，甚至生活上不能自理。图6-1-3 北京山区水系沉积物中全氟含量异常示意图（据地矿部物化探科技情报网，1987）氟中毒与含氟矿物、岩石的关系在北京地区，发现的含氟矿物主要有萤石、磷灰岩、黑云母、金云母和角闪石等。萤石中氟含量为7%，磷灰石中氟含量为4%，云母、角闪石中氟含量为n×102×10-6～n×104×10-6。北京山区水系沉积物全氟异常图表明，全氟异常（异常下限为800×10-6）与中性岩、基性岩、片麻岩、酸性岩和萤石矿有着密切的关系，异常是由这些岩矿石中含氟矿物相对富集所引起的（图6-1-3）。经试验，昌平上庄一带富含磷灰石的闪长岩、辉长岩附近，全氟异常高达27400×10-6。过80目筛的辉长岩、闪长岩样品，用蒸馏水浸泡三天，其水溶液中氟含量为3mg/L，比正常饮用水中氟含量（5mg/L）还低。因此可认为，由中、基性岩和片麻岩中的磷灰石引起的全氟异常与氟中毒无关。酸性岩与氟中毒有密切关系。酸性岩中全氟含量较高，可高达n×103×10-6，这是因为酸性岩中，磷灰石常与金云母等含氟矿物伴生并含有萤石矿物，往往有萤石脉分布，酸性岩经风化后，所含的氟很容易被水溶出而进入地下水。在地下水与地表水滞流的特定的水文地质环境中，水与含氟矿物接触时间长、接触面积大，地下水中的氟含量超标，这种环境中的裂隙水、孔隙水的含氟量可达1mg/L以上，最高达0mg/L。萤石矿与氟中毒关系更为密切。萤石全氟含量高达7%，萤石风化物的全氟含量也较高，可达7%。在萤石矿附近，由于萤石及其风化物碎屑沿水系运移，在一定范围内引起全氟异常，萤石及其风化物中的氟可被水溶出，造成饮用水中氟含量的增多。高氟区与平原低洼区碱性环境的关系 硅酸盐矿物是土壤的主要组分。硅酸盐矿物在物理化学风化作用下，形成碎屑及次生硅酸盐矿物——粘土矿物，在各种自然力的作用下，不断地向沉降地带运移，形成平原区的巨厚松散堆积物。F－和O－及OH－的同晶取代作用使硅酸盐矿物中普遍含氟，另外，土壤胶体和粘土矿物对氟有吸附作用，使土壤中的氟含量增高，以致各地土壤的全氟含量相近，约200×10-6。当处在碱性环境时，土壤里难溶的氟化物在羟基的作用下，使其中的氟以离子状态活跃在土壤中，土壤胶体和粘土矿物所吸附的氟，在碱性环境中容易被释放，使土壤中氟的活动性增加。此时，土壤里的氟离子随地下水流动而迁移到低洼地带，经强烈的蒸发，不断地在地表富集，形成高氟环境。因此，在碱性环境区，浅层地下水氟含量往往较深层地下水的高，长期饮用浅层高氟水，就会引起严重的氟中毒。另外，在碱性环境的土壤里，活性氟易被植物吸收，例如，大兴小皮营和前甫的黄豆、玉米、小麦等农作物的氟含量超过标准2～3倍。若长期食用高氟食物，会使人体内骨氟含量增加，造成严重的氟骨症。图6-1-4 北京地区饮水中氟含量异常示意图（据地矿部物化探科技情报网，1987）高氟区与地下热矿化水分布的关系　氟与地下热矿化水关系密切。当地下热矿化水在深部循环时，溶滤俘获了一定数量的源于岩浆中的化学成分，使其富含氟、氡、镭、偏硼酸、硫化物及可溶性二氧化硅等。北京地区地下热矿化水的氟含量在5～0mg/L之间。温泉和热水井中流出的热矿化水的扩散，各种用途的深水井不断增多，部分水井未严格封孔，使不同层的地下水连通混染，可造成饮水中的氟含量超标。北京的已知地热区，如延庆胡家营（1号异常）、海淀温泉一带（8号异常）、昌平小汤山一带（9号异常）、昌平太平庄一带（13号异常）、朝阳区北太平庄一带（14号异常）、房山良乡一带（16号异常）和廷庆康庄一带（2号异常）饮水中氟含量均超标准（图6-1-4）。总之，通过对北京地区高氟区与地质环境关系的研究，初步认为北京地区氟中毒区有以下四种类型：①萤石矿中氟溶出引起的氟中毒区；②酸性岩含氟矿物溶出引起的氟中毒区；③平原低洼地区碱性环境下活性氟积聚引起的氟中毒区；④地下热矿化水浸染漫延引起的氟中毒区。