鄂尔多斯盆地鄂托克旗矿泉水井含锶矿泉水成因分析

李 馨 杜利伟

内蒙古自治区地质环境监测院 呼和浩特 010020

内蒙古顺源水文勘测有限责任公司 呼和浩特 01020

1.区域地质背景

矿泉水井位于鄂尔多斯市西部鄂托克旗境内，区内气候属中温带大陆性季风气候，区内主要河流为都思图河，见图1。

区域内地层出露简单，主要包括白垩系和第四系地层。由老到新为白垩系下统保安群华池——环河组，该组地层在研究区都思图河第四系地层两侧大面积分布，地层厚度约500m，该层岩性下部为中、粗砂岩，中部为粉砂岩含泥，上部为中细砂岩，孔隙多为泥质填充。该层是区域内的主要含水层。第四系地层仅在都思图河两岸分布，分布面积较少，厚度约30m，地层岩性主要为灰黄色砂砾石层、细至粗砂层，富水性较差。

区域地质构造简单，处于鄂尔多斯坳陷的西北部，为中生代拗陷形成的沉降盆地。自印支期开始下陷沉降，接受了巨厚中生界沉积物，中生代晚三叠系、早侏罗世是内陆盆地发展阶段和鼎盛时期。由于盆地存在巨厚的中生代碎屑岩类和松散岩类盖层，创造一个封闭型——还原环境，对该层承压水的赋存和形成创造了良好的水文地球化学环境。

矿泉水井距鄂托克旗政府所在地乌兰镇西南方向约27km处，矿泉水井口坐标东经107°49′06.4″，北纬38°55′57.7″，矿泉水井深900.12m，开采标高1，088.70m～378.88m。取得为白垩系承压含水层中的水，地下水中锶含量0.279mg/L～0.362mg/L，水温度稳定在27.5℃左右，水化学类型为SO4·Cl—Na型，矿泉水物理性质、部分微量元素和组分、限量指标、污染物指标、微生物指标均符合《饮用天然矿泉水》（GC8537—2008）之规定，可定名为含锶硫酸氯钠型矿泉水。

2.含锶矿泉水水化学及矿泉水井岩样分析特征

2.1 水化学特征

地下水化学组成反映了地下水在储存运移过程中与岩石相互作用的信息，通过分析研究区地下水化学组成可以帮助分析地下水流的特征。

为了研究矿泉水井水化学特征及其水化学动态变化，分别对矿泉水井在丰、平、枯时间段进行取样。分析结果见表1。

表1 矿泉水井水化学分析结果

从表1中可以看出，矿泉水井水化学类型均为SO4·Cl—Na型，矿化度<1g/l，属于淡水，从pH值来看，为弱碱性水，离子含量上面，阳离子K++Na+含量占绝对优势，阴离子SO42-、Cl-、HCO3-以 SO42-含量为主，形成SO4·Cl—Na的原因为地下水径流时间较长，总的来看，枯、平、丰三期的各个离子含量相差较小，水化学类型一致，表明矿泉水水化学组成动态变化较为稳定。

2.2 岩样分析特征

矿泉水中锶以SrSO4离子化合物形式存在，25℃时，SrSO4的 Ksp=10-6.35，若 水 中［SO42-］=10-3mol（96mg/l），则［Sr2+］=39mg/l，地下水中 Sr2+的浓度多小于 1mg/l，远低于SrSO4的溶解度界限。所以含锶矿泉水中锶含量主要取决于岩石中锶的含量及水循环条件。

本次研究分别在矿泉水井上、中、下部和矿泉水井周边白垩系地层各取一件岩样进行化学全分析和锶元素含量测试。分析结果见表2。

表2 矿泉水井岩样分析结果

通过表2，可看出岩样中锶含量在184.85mg/kg～303.40mg/kg，矿泉水中的锶主要来源于白垩系砂岩中的锶元素在长时间的水岩作用下溶滤进地下水中，形成含锶矿泉水。

3.含锶矿泉水成因分析

矿泉水井位于都斯图河右岸二级侵蚀构造阶地之上，据大地构造资料表明，都斯图河沿岸为鄂尔多斯坳陷的西北部，为中生代拗陷形成的沉降盆地，盆地存在巨厚的中生代碎屑岩类和松散岩类盖层，创造一个封闭型——还原环境，对该层承压水的赋存和形成创造了良好的水文地球化学环境。

据矿泉水井东北向3.5km包乐浩晓的深层水中氚值测试结果表明：其同位素年令氚值浓度为（6.0～7.3±4.6TU，说明40年以前的“古水”成分占优势，标志着来源于1952年以前含最氚量较低的大气降水补给。推算其形成年令达30年以上，说明矿泉水封存条件好，循环时间长，来自地下深部，表3内蒙古西部地区氚浓度与矿泉水年龄对照表。

表3 内蒙古西部地区氚浓度与矿泉水年龄对照表

矿泉水井矿泉水取自白垩系承压含水层中的地下水，地下水在上游鄂托克梁、新召等区域性分水岭地区接受补给后，首先通过垂向向下运动，再渐转为水平运动向都斯图河汇聚，在都思图河下游排泄，受白垩系沉积岩层平缓产状的制约，运动滞缓，水岩作用时间长，在长时间的水岩作用下，白垩系砂岩中的锶元素溶滤进地下水中，形成含锶矿泉水。

由此可见，本矿泉水的形成与赋存主要受地质背景条件控制，包括地层岩性沉积环境及水文地球化学环境等，表现出沉积盆地成因型。一是巨厚沉积盖层的存在和封闭的还原环境为承压水的形成和储存提供了良好的盖层环境条件。二是白垩系地层中大量锶元素的存在为矿泉水提供了物质来源。三是中生代沉积层产状平缓，使地下水迳流缓慢，水岩作用时间长，有利于矿泉水的演化过程。其形成过程大致为：早期大气降水经孔隙通道运移至深部含水层高温和高压条件。经与深部地下热水相互勾通并与岩层中非晶质二氧化硅、石膏、硫化物及锶矿物相互作用进行水岩成分平衡交替，在这一复杂过程中逐渐溶滤了岩层中的锶等多种矿物成分，从而形成富含多种微量元素的含锶矿泉水。

4.结论

（1）水化学分析结果表明矿泉水为含锶硫酸氯钠型水，矿化度低，为弱碱性水，从枯、平、丰三期的各个离子含量相差较小，水化学类型一致，表明矿泉水水化学组成动态变化较为稳定，形成矿泉水的地质、水文地质条件较为稳定。

（2）含锶矿泉水的成因主要为来自鄂托克梁、新召等区域性分水岭地区接受补给后，首先通过垂向向下运动，再渐转为水平运动向都斯图河汇聚，受白垩系沉积岩层平缓产状的制约，运动滞缓，水岩作用时间长，由于白垩系砂岩中锶元素含量较高，在长时间的水岩作用下，白垩系砂岩中的锶元素溶滤进地下水中，形成含锶矿泉水。

[1]候光才，林学钰，苏小四等.鄂尔多斯白垩系盆地地下水系统研究[J];吉林大学学报（地球科学版）；2006年03期.

[2]王德潜，刘祖植，尹立河等.鄂尔多斯盆地水文地质特征及地下水系统分析[J];第四纪研究；2005年01期.

[3]窦妍.鄂尔多斯盆地北部白垩系地下水水文地球化学演化及循环规律研究[D];长安大学；2010年.

[4]董维红，苏小四，候光才等.鄂尔多斯白垩系地下水盆地地下水水化学类型的分布规律[J];吉林大学学报（地球科学版）；2007年02期.

[5]吴春勇.鄂尔多斯白垩系盆地地下水水化学演化的同位素示踪研究[D];吉林大学；2011年.

[6]候光才，苏小四，林学钰等.鄂尔多斯白垩系地下水盆地天热水体环境同位素组成及其水循环意义[J];吉林大学学报（地球科学版）；2007年02期.

[7]张二勇.鄂尔多斯盆地内蒙古能源基地地下水开发与植被演化风险评价研究[D];中国地质大学（北京）；2010年.