肃南县祁连山素珠链冰川矿泉成因及动态特征

刘玮霞，王国荣，杨晓龙，缪云腾，马孟丽

(甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000)



肃南县祁连山素珠链冰川矿泉成因及动态特征

刘玮霞，王国荣，杨晓龙，缪云腾，马孟丽

(甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000)

肃南县祁连山素珠链冰川矿泉位于祁连山主峰北坡观山河脑一带，由南泉和东泉构成，属祁连山主峰素珠链冰川区。泉域在大地构造上处于北祁连褶皱带，区域构造线呈北西～南东向展布。泉域地下水主要赋存于基岩裂隙孔隙中，主要接受冰川融水、大气降水和观山海子湖水的入渗补给。矿泉水的形成严格受地貌、地层和构造因素控制，经地下水的溶滤作用而形成锶型天然矿泉水。矿泉流量、水温、水质动态基本稳定，属低钠锶型矿泉水。研究祁连山素珠链冰川矿泉水的成因及动态特征，对于在祁连山冰川分布区寻找同类型锶型矿泉水具有十分重要的意义。

冰川矿泉水；形成；动态；祁连山

祁连山素珠链冰川矿泉位于甘肃省肃南裕固族自治县西部，祁连山主峰北坡观山河脑一带。该矿泉水矿于1992年9月发现，原中科院兰州冰川冻土研究所王宗太研究员带领的科考队在河西考察祁连山冰川时，带回水样进行水质化验分析，发现泉水具有典型的冰川泉水和矿泉水组合的特征。1993年，甘肃省地质工程总公司对该矿泉水进行了较详细的专门勘查评价，认为该泉水为低钠锶型矿泉水，可作为饮用天然矿泉水[1]。后经国土资源部地下水及环境监测中心等国家认定的实验测试单位测试，定名为低钠锶型矿泉水[2]。甘肃环陇高新农业开发有限责任公司于2011年3月取得采矿权证，并于2012年11月至2013年10月进行了为期一年的泉水动态观测。本文在充分收集利用前人资料的基础上，初步分析了祁连山素珠链冰川矿泉的成因，研究了泉水动态特征，这对于今后在祁连山冰川分布区寻找同类型锶型冰川矿泉水具有重要的意义。

祁连山素珠链冰川矿泉水主要由南泉和东泉构成，两泉相距350 m，泉点出露处海拔分别为3 200 m、3 170 m。泉域内海拔3 200～5 022 m，属中高山地形，海拔4 500 m以上分布现代冰川，属祁连山主峰素珠链冰川区。

泉域属高寒半干旱气候，年平均气温-2.2℃，年平均降水量205.3 mm，多集中于6～8月，年蒸发量<1 000 mm。观山河为季节性河流，属内陆河流域黑河水系，多年平均径流量0.159 0×108m3，保证率50%的来水量为0.157 5×108m3，保证率75%的来水量为0.138 6×108m3。受其源头大海子湖的调节，观山河流量动态年内和年际变化较小。

1 泉域文地质条件

1.1 泉域边界

泉域在大地构造上处于北祁连褶皱带[3]，区域构造线呈北西～南东向展布，出露的地层有奥陶系、志留系、二迭系、三迭系及第四系上更新统和全新统。受强烈构造活动的影响第四系地层均呈断层接触关系，并呈北NW～SE向条带状展布，而第四系地层仅分布泉域中部的地势低洼地段。

区内有5条呈NW～SE走向的断层通过，这些断层多为断距较大的逆掩断层。从构造形迹分析可以看出，该区构造运动主要表现为受断裂构造制的断块状差异性上升运动，并伴随有岩层褶曲和沿浆侵入活动。这些构造活动形迹以及由其产生的构造裂隙，严格控制着泉域地下水的赋存分布，为泉域地下水的形成、运动提供了条件。

1.2 地下水类型及富水性

泉域地下水主要赋存于基岩裂隙孔隙中。根据地下水赋存介质的岩性和空隙特征，可将泉域地下水划分为奥陶系-志留系基岩裂隙水和二叠系-三叠系碎屑岩类裂隙孔隙水两种类型(图1)。

图1 祁连山素珠链冰川矿泉水文地质略图

(1)奥陶系-志留系基岩裂隙水

分布于泉域东北及西南的大部分地段。据区域水文地质资料分析，奥陶系-志留系基岩裂隙水分布区单泉流量在0.01～1.046 1 L/s之间，地下水矿化度多<0.5 g/L，属淡水，水化学类型为HCO3-型及HCO3--SO42-型水。

(2)二叠系-三叠系碎屑岩类裂隙孔隙水

分布于泉域中部和西南角。根据区域水文地质资料，二叠系-三叠系碎屑岩类裂隙孔隙水分布区单泉流量0.047～0.221 L/s，地下水矿化度在0.4 g/L左右，属淡水，水化学类型为HCO3--SO42-型水或SO42--HCO3-型水。

1.3 地下水补径排条件

泉域地下水总体上来讲是接受冰川融水、大气降水的入渗补给。由于大海子湖及其北部面积较大的冰川堆积物的存在，使泉域地下水的补径排特点与祁连山区地下水补径排频繁转换的一般循环特点有所不同。

泉域南部地下水在接受冰川消融水和大气降水的补给后，以地下径流的形式向大海子湖方向汇集，在向下径流过程中受地形变化的影响，部分转换为地表径流，部分仍以地下潜流形式汇入大海子湖。泉域北部地下水除接受大气降水补给外，还接受大海子湖水的入渗补给，以地下径流形式汇集到NW～SE向阻水断裂与观山河谷交汇地段溢出地表，形成泉群。

1.4 地下水水化学特征

泉域地下水化学类型比较单一，以HCO3-型及HCO3--SO42-型水为主。由于靠近上游补给源区，水化学形成作用以溶滤作用为主，地下水在形成、运移过程中溶滤了与其接触岩石中的微量元素和盐分，属于低矿化度、中等硬度、弱碱性水。

1.5 地下水动态特征

泉域地下水动态与观山河动态基本一致，成因类型属水文～径流型。地下水位随地表水位升高、流量增大而上升，水位变化幅度随远离地表水体而逐渐减弱。

2 矿泉成因及锶富集的原因

2.1 矿泉成因

泉域上游的大海子是一个半封闭洼地，海拔3 300～3 500 m，其成因为冰碛湖，主要接受祁连山冰川融水及大气降水补给。受出口处末次冰期巨大的终碛阻挡，湖水一部分经人工渠道引用于下游山前进行农田灌溉，大部分沿岩石裂隙及构造裂隙呈地下潜流形式径流，NW～SE向阻水断裂与观山河谷交汇地段溢出地表，形成泉群(图2)。因此，矿泉的成因属侵蚀下降泉，其形成完全受地形地貌、地层和构造因素控制。

图2 祁连山素珠链冰川矿泉水文地质剖面

泉群由南泉和东泉组成，年内年际动态变化较大。据实测资料，枯水期测得南泉流量22.00 L/s，东泉流量为118.07 L/s，合计两泉流量140.07 L/s。2013年9月水质检测结果表明，东、南两泉锶含量为0.429～0.856 mg/L，溶解性总固体349.8～399.9 mg/L，pH值8.57～8.63，水化学类型属HCO3·SO4-Ca·Mg型水，与区域基岩裂隙水的水质基本一致。矿泉感官指标、限量指标、污染物指标、微生物指标均符合《饮用天然矿泉水》(GB8537-2008)国家标准要求[4]，界限指标中南泉和东泉锶含量均达到《饮用天然矿泉水》(GB8537-2008)国家界限标准，属锶型天然矿泉水。

2.2 锶富集的原因

地层岩性决定了泉水的水化学成分，是水化学形成的物质基础。泉水在形成和运移过程中溶滤了与其接触岩石中的微量元素和盐分，元素K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2-、Cl-、F-、I-、Sr2+含量均不高，变化范围也很小，属于低矿化度、中等硬度、弱碱性、低钠含锶型水。根据这一特点，结合该地区的岩性特征，在长期潜流过程中，但其氘含量并未增加，因为水中的氘含量只受蒸发与凝结分馏的影响而变化，潜水没有蒸发与凝结作用，故而基本上仍保持原有的含氘量。但潜水溶淋了沿途岩石的大量有益元素和矿物质，矿化度和微量元素的含量，主要是来自古生代和中生代地层及其侵入岩中，这些地层锶含量明显较高，最高达0.2%，为矿泉水提供了丰富的锶来源。因锶在地层中的克拉克值较大[5]，且化学性质活泼，易溶于水，故泉水中锶的含量较大。从泉水水量动态和水质特征推测，泉域地下水径流循环深度不大，只是由于上述地貌、地层和构造因素的作用使得地下水的径流途径加长，微量元素锶(Sr)含量相对富集。

该矿泉的补给水源来自古老冰雪融水，又经过地层长期循环天然矿化，融入大量钾、钠、钙、镁、锶、锌、溴、碘等多种对人体健康有益的矿物质和微量元素。既有高山冰川冰雪融水含氟量低、水龄古老、纯洁、无菌、无现代污染的特点，又符合国家饮用水天然矿泉水的标准，是当今世界上不可多得的珍稀“冰川矿泉水”。

3 矿泉动态特征

根据甘肃环陇高新农业开发有限责任公司2012年11月～2013年10月近一年的泉水动态观测资料，祁连山素珠链冰川矿泉水动态特征如下：

3.1 流量动态

南泉平均流量为43.38 L/s，丰水期最大流量67.20 L/s(2013年8月29日)，枯水期最小流量22.00 L/s(2013年5月14日)，泉流量不稳定系数a为0.327，介于0.1～0.5之间，属流量变化的泉；东泉平均流量为143.86 L/s，丰水期最大流量184.92 L/s(2013年10月28日)，枯水期最小流量118.07 L/s(2013年3月23日)，泉流量不稳定系数a为0.638，介于0.5～1.0之间，属流量稳定的泉。东泉流量明显大于南泉，两泉枯水期总流量140.07 L/s。

从泉流量动态曲线图可以看出，两泉流量动态变化过程基本一致(图3)。年内3～5月流量较小，6月份以后随着上游冰雪消融及降雨量的增加，上游来水量增大，泉流量亦随之增大。在8～10月泉流量出现年内峰值。10月以后，随着降水减少及地表封冻，泉流量逐步减小。

图3 祁连山素珠链冰川矿泉实测流量动态曲线

3.2 水温动态

南泉水温处于4℃～5℃之间，平均水温4.59℃；东泉水温处于3℃～5℃之间，平均水温3.95℃。两泉水温较稳定，年变幅较小。

3.3 水质动态

水质监测结果表明，祁连山素珠链冰川矿泉年内水质变化基本稳定。多年水质变化基本稳定，各主要成份(如锶、钠、偏硅酸等)含量的变化值均<30%(表1)。

因此，祁连山素珠链冰川矿泉流量、水温、水化学及水质动态基本稳定。

4 找矿意义

祁连山素珠链冰川矿泉的补给水源来自古老冰雪融水，又经过地层长期循环天然矿化，融入大量钾、钠、钙、镁、锶、锌、溴、碘等多种对人体健康有益的矿物质和微量元素。既有高山冰川冰雪融水含氟量低、水龄古老、纯洁、无菌、无现代污染的特点，又符合国家饮用水天然矿泉水的标准，是当今世界上不可多得的珍稀“冰川矿泉水”。

祁连山素珠链冰川矿泉是非常难得的、特殊环境条件下的产物。它的补给水源来自极高山冰川之古老冰雪融水，又经地层长期循环天然运移，融入大量锶、碘、硒、锂、氟、偏硅酸等微量元素，含量适中、符合人体需求、容易被人体所吸收。祁连山素珠链冰川矿泉水既有高山冰川冰雪融水含氟量低、水龄古老、纯洁、无菌、无现代污染的特点，又符合国家饮用水天然矿泉水的标准，是当今世界上不可多得的珍稀“冰川矿泉水”。

因此，祁连山素珠链冰川矿泉水具有典型性，具有较大的开发利用前景，同时也为祁连山冰川分布区寻找同类型的矿泉水提供了重要的参考价值和思路。

表1 祁连山素珠链冰川矿泉水质多年变化

5 结语

(1)祁连山素珠链冰川矿泉主要接受冰川融水、大气降水和观山海子湖水的入渗补给。矿泉的形成严格受地貌、地层和构造因素控制，成因为侵蚀下降泉。

(2)泉域地下水在向下径流过程中，溶淋了沿途岩石的大量有益元素和矿物质，矿化度和微量元素的含量，主要是来自古生代和中生代地层及其侵入岩中，这些地层为矿泉水提供了丰富的锶来源。

(3)祁连山素珠链冰川矿泉水为天然饮用矿泉水，属低钠锶型矿泉水，无污染，易开采，是非常难得的、特殊环境条件下的产物。

(4)祁连山素珠链冰川矿泉流量、水温、水化学及水质动态基本稳定，主要成份(如锶、钠、偏硅酸等)含量的多年变化值均<30%。

(5)祁连山素珠链冰川矿泉水既有高山冰川冰雪融水含氟量低、水龄古老、纯洁、无菌、无现代污染的特点，又符合国家饮用水天然矿泉水的标准，是当今世界上不可多得的珍稀“冰川矿泉水”。祁连山冰川分布区是寻找同类型的冰川矿泉水的有利地区。

[1]甘肃省地质工程总公司.甘肃省酒泉市金佛寺镇矿泉饮用天然矿泉水勘察评价报告[R](内部资料).1993.

[2]甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院.甘肃环陇高新农业开发有限责任公司祁连山素珠链冰川矿泉水矿储量报告(2011年1月-12月)[R]. 2013.12.

[3]甘肃省地矿局第二区域地质测量队.祁连山幅1:20万区域地质调查报告[R](内部资料). 1974.12.

[4]饮用天然矿泉水(GB8537～2008).北京：中国标准出版社.2008.

[5]刘庆宣，王贵玲，张发旺.矿泉水中微量元素锶富集的地球化学环境[J].水文地质工程地质.2004.6(1):19-23.

Formation Causes and Dynamic Characteristics on Qilian Mountain Suzhulian Glacier Mineral Water in Suan County

LIU Wei-xia，WANG Guo-rong，YANG Xiao-long，MIAO Yun-teng，MA Meng-li

(No4 Geology and Exploration Team,Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development,Jiuquan735000,China)

Sunan county Suzhulian glacier mineral water is located in the north slope of Qilian mountain, made up of south and east spring, belong to the Qilian mountain peaks Suzhulian glacier area. Spring area in the structure of the earth in north Qilian fold belt, tectonic line in the north west - south east to distribution. The spring area groundwater mainly occurs in the rock fissures, mainly accept glacier melt water, atmospheric precipitation and infiltration of Guanshanhaizi lake. The formation of mineral water was strictly controlled by landform, strata and structural factors, formed by the groundwater leached type strontium natural mineral water. The flow and quality of mineral water is basically stable, belong to low salinity heavy magnesium carbonate containing strontium calcium type mineral water. Making out the dynamic characteristics and genesis of Zhusulian glacier mineral water has significant meaning for looking for the same type containing strontium mineral water in Qilian mountain area.

The glacier mineral water；formation；dynamic and Qilian mountain

2016-10-17

刘玮霞(1978-)，女，山东泰安人，助理工程师，主要从事地质科技及技术管理工作。

P641.5

B

1004-1184(2016)06-0025-03