济南锶类型矿泉水的成因分析

闫昭秀，郝海霞

（1.济南市水利学会，山东 济南 250101；2.济南市腊山分洪工程管理站，山东 济南 250000）

矿泉水是地下水的重要组成部分，天然饮用矿泉水有利于人们的健康，是一种高质量的饮用水。在济南市发现的众多的饮用矿泉水，就其化学成分而论，含锶（Sr）量高，基本上是单一的锶型矿泉水。关于矿泉水的成因，其含义分两个方面，一是物质来源，即Sr元素的分布、含量；二是Sr、Si元素迁移，聚集形成矿泉水的水文地质环境。本文作者通过搜集参阅有关的地质、水文资料，外业地质、水文调查和室内分析测定，对济南地区地下水中富含的偲矿泉水成因进行了分析。

1 济南市矿泉水概况

1.1 地理分布与井点性质

济南市现已评价鉴定的饮用矿泉水均非天然出露的泉水，全部为人工井孔，有的自流溢出地面，大多数需机械采提取水；在地理分布上，现有井点全部在黄河以南，以丘陵及山前平原地带居多。从水文地质条件分析，矿泉水井点处在以寒武—奥陶系岩层组成的单斜构造上，属于被断裂切割的不同的水文地质断块。

1.2 水温、水量及动态

现已发现各井点的矿泉水温度，大多数小于20℃，少数井点高于20℃，如白鹤矿泉水，水温为23℃，尚未发现有低于16℃的矿泉水。矿泉水各井点的井孔水量不一，大小有较大差异，动态具有一定水文周期的规律，但波动起落一般不与旱雨季的降水相吻合，有的后延时间短，有的后延时间较长。

1.3 水质

水质是衡量饮用矿泉水质量的决定性因素。从所含宏量元素来看，济南市矿泉水中钙、镁和重碳酸钙含量高，矿化度大部分在0.5 g/L左右，成为低矿化的重碳酸—钙镁型水；对所含微量元素，济南市矿泉水含有众多的微量元素，但大部分含量甚微，锶与偏硅酸含量普遍较高。

2 锶类型矿泉水成因分析

2.1 锶的化学性质

锶为金属元素，符号为“Sr”，在元素周期表中处于第5周期，原子序数为38，原子量为87.62，化合价为2价。Sr是弱碱性元素，它在地壳和地下水及海水中具有广泛的分布性和不同的富集性。Sr在地壳岩石中广泛存在，不同环境丰度（ppm）：地壳中为326，主要类型沉积岩20～2000，主要类型岩浆岩 1～800。

按照戈德施密特的分类，Sr属于亲石元素，在岩石圈中集中，但在不同的岩石中其含量有很大差异。根据研究表明，Sr与水有一定的关系，不同水体中的含量不同，在自然界水循环中其分布有一定的规律性，即在大气水中不含Sr，在河川等地表水体含量甚微，在地下水中含量较高，在海水中富集。

2.2 济南市不同岩石及地下水中的Sr含量

根据已发现矿泉水井点所处的地质构造部位，绝大部分井点与济南单斜构造有密切关系。在单斜构造带上，有不同的地貌类型和不同的地层岩石，从低山丘陵至山前平原，主要的岩层为古老变质岩系、寒武—奥陶系的碎屑岩和碳酸盐类岩层以及辉长闪长岩体；单斜构造带上主要的地下水类型为裂隙水及岩溶水，而富水性强化具有供水意义的是岩溶水。根据上述产出矿泉水的水文地质条件，选取了有代表性的岩层，进行了岩石化学分析，测定了不同地层不同岩石的Sr含量，并搜集了其他的研究资料，对有代表性的岩溶泉水和矿泉水，分析测定了Sr、Ca含量，分析结果如表1～3示：

表1 济南市岩石Sr含量测定结果统计表

表2 济南市矿泉水代表性井点Sr含量统计表

表3 济南市泉水Sr、Ca含量测定成果统计表

2.3 对“单斜构造”水循环的分析

此处所称的“单斜构造”，以济南市山丘及山前平原一带出露和隐伏的寒武—奥陶系岩层为主。这一单斜构造受到断裂切割和岩浆体的穿插，出露的岩层表面风化强烈，沟谷发育。经地质部门多年的研究，寒武—奥陶系灰岩岩层，在各种地质作用下，形成了裂隙溶洞发育的灰岩含水岩层，大气降水以后，接受降水和地表水的渗入并运动、储存于其中，形成了自南向北、自高向低流动的地下径流；地下水在运动过程中，受构造的制约，一部分溢流成泉，如明水、白泉、济南泉群等，一部分潜流于地下，有的向深层运动。

2.4 地下水中影响Sr含量的地质及水文地质因素

1）岩石中Sr的含量。岩石中Sr含量的有无及多少是地下水中含Sr元素的基础条件，地下水在流经不同的岩层时，与岩石发生作用，Sr元素随着岩石的被溶蚀而溶解于地下水中，Sr含量高的岩石，溶于地下水中的量就高。不含或含Sr量少的岩层，不可能形成Sr含量高的地下水。

2）岩层的透水性。易被溶解和透水的岩层，地下水与围岩岩石才有可能发生化学溶解作用，使岩石中的化学成分溶解于水中，因此，岩层的透水性成为岩石中元素转入地下水中的重要条件。

3）围岩的化学活泼性、地下径流的循环交替条件以及pH、Eh的高低等，对元素的迁移均有一定的影响。围岩化学活泼性强，易于被地下水所溶解而有利于元素的迁移；地下径流及其循环交替影响着元素的溶解以及水中元素的迁移、聚集和分布；水溶液的酸碱程度（pH）及氧化还原电位Eh的高低，影响离子在水中的存在和分布。pH、Eh是元素地球化学环境指标，pH、Eh的不同和改变，是地球化学环境的改变，不同的元素，其存在条件要求有一定的地球化学环境。

3 结语

1）济南市有形成矿泉水的自然地理和水文地质条件：有适宜的气象水文、南高北低的山丘地势、水文地质单斜构造、隆起断裂与岩浆活动所形成的复杂构造形式等。这些条件使大气降水后，入渗地下形成了不同类型的地下水，在运动过程中可以溶解与围岩成分有关的元素和矿物质，为形成矿泉水创造了物质条件。

2）济南市的主要岩层均含有Sr元素，有的含量较高，从而使不同含水组中的地下水普遍含Sr元素，在含Sr量高的岩层中的地下水，易形成含Sr量高的地下水。

3）济南市岩层中具有含Sr的普遍性，但由于含量的不均一性，以及受岩层透水性、地下径流条件和地球化学环境因素的影响，达到含Sr标准的矿泉水，是在一定的地质地下水环境中形成的，在特定的水文地质区段存在的。如济南市各主要泉水，是济南“单斜构造”含水岩层的地下水，其含Sr量普遍较高，但多数未达到标准，只有少数泉水达标。

4）锶类矿泉水与一般地下水有密切联系，具有相同的起源与成因，均为大气降水渗入成因为主的地下水。