抚松饮用水水源保护区水资源特征分析

2013-01-25李红艳孙亚红卢黎黎

吉林地质 2013年3期

李红艳，孙亚红，卢黎黎，边静，王雪

吉林省地质环境监测总站，吉林长春 130021

1 自然地理环境

保护区属北温带大陆性季风气候，其东部天池附近接近寒温带。多年平均气温3.3 ℃，7～8 月份最热，最高气温34.7 ℃；1 月份最冷，最低气温-40.5 ℃，最大冻结深度1.50 m。多年平均降水量808.9 mm，降水多集中于6～8 月，占全年降水量的60%左右。多年平均蒸发量为1 291.7 mm，年平均风速1.7 m/s。

区域内水利资源丰富，河流众多，水网密集，均属松花江水系。其中泉阳镇以南的河流属头道松花江水系，以北属二道松花江水系。头道松花江发源于长白山脉望天鹅峰北侧，长233 km，流域面积7 910 km2，河道平均坡降3.2‰。境内主要支流有汤河、漫江、锦江、松江河、泉阳河和万良河等。二道松花江发源于长白山天池北坡，长292 km，流域面积10 690 km2。境内主要支流有露水河、头岔河、砬子河等。

2 区域地质与水文地质

2.1 区域地质

2.1.1 地层与岩浆岩

抚松县位于吉林省东南部长白山区，区域地质上属中朝准地台的辽东台隆区，地层上属华北地层区辽东分区的浑江小区。地层发育齐全，从太古界至新生界均有出露，按由老到新的顺序依次为：①太古界龙岗群；②元古界青白口系和震旦系；③古生界寒武系（∈）和奥陶系（Ο）；④中生界侏罗系下、中、上统；⑤新生界。

抚松县内岩浆岩可分为喷出岩和侵入岩两类，喷出岩分布广泛，侵入岩在区内分布零星，多以岩墙、岩脉、岩床及岩株方式存在。

图1 抚松饮用水水源保护区分布图Fig.1 Distribution of drinking water source protection zone, Fusong County

2.1.2 地质构造

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保护区位于中朝地台辽东台隆区的东北部，太古界鞍山群变质岩系构成区域性基底，总体上形成复背斜褶皱，但多被断裂构造切割或被新生界掩盖，构造形态不完整。区域性断裂构造大体上分为三组，即北东向、北西向和近东西向。

2.2 水文地质

保护区内地下水的形成与赋存主要受区域地质、地形地貌条件控制。依据地下水的赋存与埋藏条件、水力特征及水理性质，地下水类型可划分为玄武岩类孔洞裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙溶隙水和基岩裂隙水。

（1）玄武岩类孔洞裂隙水：分布在抚松矿泉水水源保护区及周围的广大地区。含水介质为军舰山组玄武岩，岩石中原生及次生孔洞裂隙发育，且连通性好，地下水循环条件好。接受降水渗入补给，多以泉的形式向河谷径流排泄。受玄武岩孔洞裂隙发育程度影响，富水性不均一。漫江—马鞍山和头岔河一带，玄武岩孔洞裂隙发育，富水性强，泉流量大于10 L/s，最大可达400 L/s 以上，水量丰富；外围地区泉流量一般为1～10 L/s，水量中等；草帽顶子一带泉流量小（＜1 L/s），水量贫乏。水化学类型为重碳酸钙镁（或镁钙、钠）型水，矿化度多小于300 mg/L，个别区段为300～500 mg/L，水中偏硅酸含量较高，常形成低矿化的偏硅酸型矿泉水，水质良好。可作为区内城镇集中供水水源。

（2）碎屑岩类孔隙裂隙水：主要分布在抚松县西侧的万良—抚松—仙人桥一带，漫江及东岗镇的西侧也有范围分布。大部分泉流量＞1 L/s（或降深20 m 时，单井涌水量＞100 m3/d），东岗镇松山—抚南林场、漫江镇管林村一带泉流量较小，降深20 m 时单井涌水量＜100 m3/d。水流较快，水化学反应微弱，矿化度多小于500 mg/L，为重碳酸钙钠、重碳酸钠钙型水。

（3）碳酸盐岩类裂隙溶隙水：零星分布在抚松镇、松山林场、抚南林场一带。含水介质为灰岩或大理岩，接受大气降水渗入补给或上覆含水层（段）地下水向下径流补给，多以泉的形式向河谷排泄。富水性差异较大，泉流量一般1～10 L/s，（或降深20 m 时，单井涌水100～1000 m3/d）。受降水渗入补给、且主要在浅部循环的裂隙溶隙水，其水化学类型为重碳酸钙型，矿化度小于300 mg/L；受上覆含水层（段）地下水向下径流补给、且主要参与深部循环的裂隙溶隙水，其水化学类型复杂：为重碳酸钙、钙镁、钙钠型水，矿化度较高，达2 000～3 500 mg/L，富含游离CO2，形成高矿化度的碳酸复合型稀有矿泉水（含气水）。

（4）基岩裂隙水：分布在保护区外的天池、影壁山、黎明林场和兴参镇等地区，含水介质主要为粗面岩、变质岩和侵入岩类。地下水主要赋存于构造裂隙或风化裂隙带中。接受大气降水渗入补给，向河谷径流排泄，在构造裂隙发育的天池周围地区和黎明林场一带，富水性一般相对较好，泉流量一般大于1.0 L/s，在构造裂隙不发育区段，风化网状裂隙水水量较贫乏，一般＜1.0 L/s。为重碳酸钙、钙镁型水，矿化度一般＜300 mg/L，个别地段可达700 mg/L 左右，水质较好。一般作为分散居民供水水源。

3 天然矿泉水类型及分布

3.1 矿泉水类型

保护区内的天然矿泉水类型主要为偏硅酸型矿泉水，个别为重碳酸型（即含气）矿泉水。

3.2 矿泉水分布

保护区内天然矿泉水资源的分布主要受地形地貌及区域地质构造条件控制。保护区内自北向南主要分布有4 个矿泉群，依次是露水河镇头岔河矿泉群、抚松镇碱场沟矿泉群、马鞍山矿泉群和漫江镇锦江矿泉群。上述4 处矿泉群泉点分布集中，泉流量大，生态环境优良，交通便利，易于开发与保护，具有重要的经济价值。

4 天然矿泉水赋存及形成条件

抚松饮用水水源保护区内天然矿泉水的形成条件主要包括补给条件、赋存与循环条件、物源条件和富集条件。

4.1 补给条件

丰沛的降水资源为矿泉水的形成提供了水源补给保障。长白山区降水丰沛，在抚松矿泉水水源保护区一带，降水量达800～1 100 mm，白头山地区高达1 400 mm，丰沛的降水渗入地下后，为矿泉水的形成提供了水源补给保障。

长白山地区茂盛的植被提供了良好的水源涵养条件。长白山地区植被发育，生态环境优良，植被覆盖率达90%以上。茂盛的植被对大气降水产生的地表径流起到了迟滞作用，一方面避免或减少了水土流失现象的发生，另一方面减缓了地表水径流速度，减弱径流强度，增大地下水补给量，并延长了地下水补给周期，减小地下水季节性水量变化幅度，对矿泉水资源的形成及合理开发利用创造了良好的水源补给条件。

4.2 赋存与循环条件

保护区矿泉水水源地主要地层岩性为第四系下更新统军舰山组致密块状玄武岩和气孔状玄武岩，其上游地区为中更新统白头山组粗面岩、粗面安山岩和全新统冰场组碱流质浮岩及含角砾火山灰。由于玄武岩和粗面岩、浮岩原生孔洞裂隙和构造裂隙发育，且保护区地势自白头山火山锥体向西、北方向呈阶梯状降低，玄武岩台地面又相对平坦，这为矿泉水的赋存与运移提供了良好的空间通道和水动力条件。矿泉水在玄武岩、粗面岩孔洞裂隙和构造裂隙中赋存、运移；在径流过程中遇阻水断裂或地形低洼处以泉（或泉群）的形式出露地表，形成矿泉水水源。水源保护区内的矿泉流量一般大于10 L/s，矿泉水资源丰富。

4.3 物源条件

偏硅酸矿泉水主要受区域地层岩石条件控制。保护区及上游水源补给、径流区地层岩性主要是玄武岩类和粗面岩类，岩石矿物组分以SiO2为主，玄武岩类岩石中SiO2质量分数47.53%护区内多为偏硅酸型矿泉水。偏硅酸的质量浓度变化主要受其循环条件影响，一般为25.74～62.98 mg/L，循环周期越长，循环深度越大，偏硅酸含量就越高。

重碳酸型矿泉水二氧化碳含量高，称“含气水”，是保护区内最具特色的矿泉水。主要赋存在地下深部碳酸盐岩溶洞裂隙中，有深大断裂与地表沟通，地下水在地下深处的温度、压力等条件作用下，不断析出游离二氧化碳，形成含气矿泉水。

位于抚松镇的仙人泉（碱场沟泉）为重碳酸型矿泉水，矿泉水含二氧化碳1 144～1 293.6 mg/L。此泉水从岩石裂隙中涌出时水温15 ℃，当矿泉水流出地表后由于温度、压力的改变，二氧化碳大量失散，水中的亚铁离子便开始氧化，形成三价铁，在泉口形成红色的铁质沉淀。

4.4 富集条件

长白山区独特的地质构造与地貌环境为矿泉水的赋存与运移提供了良好的空间通道及循环动力条件。受长白山火山活动影响，形成了以天池为中心，由放射状和环状断裂构成的网状构造格局，在网格状的结点处形成了多处次级火山喷发。岩浆喷溢出地表后，由于气体的溢出和冷凝收缩，形成了大量的空（孔）洞裂隙，为后期矿泉水的形成、运移与分布提供了空间和通道。由于含水介质（岩石）孔洞裂隙发育的不均一性，加之受地形地貌条件的控制，在保护区玄武岩台地的地势相对低洼处，以泉（或泉群）的形式出露地表。

火山及岩浆活动也为地下水与富含非晶质SiO2等矿物质的含水介质充分接触及溶滤、水解创造了条件。在白头山火山锥体附近降水渗入后，不断溶解含水介质中的非晶质SiO2，使之在地下水中以偏硅酸的形式逐渐富集，并向地势较低的西、北侧水源保护区方向运移，地下水在运移过程中，持续的溶滤作用和沿途不断接纳补充新的富含偏硅酸水体，最后形成资源丰富的偏硅酸型矿泉水。

5 天然矿泉水水化学特征及资源概况

保护区内有4 个主要水源地聚集区（矿泉群）——露水河镇头岔河矿泉群、抚松镇碱场沟矿泉群、马鞍山矿泉群和漫江镇锦江矿泉群，分别对各区内矿泉水水化学特征及水量等水资源情况进行分析。

5.1 天然矿泉水水化学特征

（1）偏硅酸矿泉水水化学特征：保护区内的偏硅酸矿泉水无色、无味、无肉眼可见物、清澈透明。头岔河—马鞍山矿泉群中阴离子以重碳酸根为主，质量浓度29.22～85.94 mg/L，硫酸根及氯离子质量浓度较小，分别为0.00～4.69 mg/L 和0.83～3.46 mg/L。阳离子以钙、镁为主，质量浓度分别为7.18～16.26 mg/L 和1.08～4.87 mg/L，次为钠离子（质量浓度4.24～9.20 mg/L），总硬度（以CaCO3计）较低，为26.73～56.78 mg/L，溶解性总固体84.39～160.98 mg/L，为低矿化度的重碳酸钙镁型水。漫江矿泉群中阴离子以重碳酸根离子为主，质量浓度50.45～369.54 mg/L，硫酸根及氯离子质量浓度较小，仅为0.00～8.92 mg/L和0.81～7.32 mg/L。阳离子则以钠离子为主，质量浓度为5.57～66.25 mg/L，其次为镁、钙离子（质量浓度分别为1.08～16.76 mg/L 和5.39～24.39 mg/L），总硬度（以CaCO3计）为26.73～199.00 mg/L，溶解性总固体的质量浓度84.39～484.93 mg/L，为低矿化度的重碳酸钠型水，水质动态稳定（见表1）。

（2）重碳酸复合型矿泉水（含气水）水化学特征：保护区内碳酸复合型矿泉水——碱场沟仙人泉位于抚松县城南，距公路1 km，该矿泉水为井泉，阳离子以钠、钙、镁为主，质量浓度分别为79.83 mg/L、224.05 mg/L、55.91 mg/L；阴离子以重碳酸氢根离子为主，质量浓度达935.01 mg/L，硫酸根离子质量浓度为186.85 mg/L，游离二氧化碳471.68 mg/L，现场测最高可达1 293.6 mg/L，锶1.84 mg/L，矿化度1 549.74 mg/L，水温为9 ℃，pH 值为6.70，属重碳酸复合型矿泉水。

5.2 天然矿泉水资源量概况

调查统计资料显示，保护区内共发现具有开采价值的天然矿泉水水源16 处，泉群总流量达74 515.19 m3/d，分布在头岔河、碱场沟、马鞍山、漫江等4 个水源地聚集区内（见表2）。

（1）天然矿泉水资源总量：调查统计资料显示，抚松矿泉水水源保护区共有16 处具备开发前景的矿泉水水源地（天然泉），泉群总流量达74 515.19 m3/d。其中头岔河矿泉群有1 处水源地，泉群总流量为2 242.94 m3/d；碱场沟矿泉群有1 处水源地（仙人泉），泉群总流量为1 860.00 m3/d；马鞍山矿泉群有6 处水源地，泉群总流量为16 778.91 m3/d；漫江矿泉群有8 处水源地，泉群总流量53 633.34 m3/d。

表1 抚松饮用水水源保护区天然矿泉水水化学特征表Table 1 Hydro-chemical features of natural mineral water of drinking water source protection zone in Fusong County mg/L

表2 吉林省抚松饮用水水源保护区天然矿泉水水资源统计表Table 2 Natural mineral water resources statistics of drinking water source protection zone in Fusong County, Jilin Province

（2）矿泉水允许开采资源量∶保护区内已开展调查的16 处矿泉水水源地中，有9 处已完成了勘查评价工作，确定允许开采资源总量达11 682.44 m3/d，有待于进一步勘查评价的矿泉水水源地有7处。按泉流量补给保证系数法计算，上述7 处水源地完成勘查评价工作之后，有望新增允许开采量44 320 m3/d，使保护区内天然矿泉水允许开采总量增加到56 002.44 m3/d。其中马鞍山水源地新增量为7 875 m3/d，漫江水源地新增量为36 445 m3/d。丰富的矿泉水资源为地方经济的可持续发展提供了资源保障。