青海曲海天然饮用富锶型矿泉水形成机制分析

廖先远，胡雨柔



青海曲海天然饮用富锶型矿泉水形成机制分析

廖先远1，胡雨柔2

（1．四川省核工业地质调查院，成都 610000；2．四川川核地质工程有限公司，成都 610000）

本文从地层条件、构造条件、矿泉水形成的物质基础、水文地质条件等几方面，对曲海天然饮用富锶型矿泉水形成机制进行了浅析，并对该矿泉水的水质、水量进行分析，该矿泉水阴离子以重碳酸氢根（HCO3-）为主，矿泉水中界限指标锶含量0.523～1.74mg/L，达到了《饮用天然矿泉水水质标准（GB8537～2008）》中锶的界限指标要求，属重碳酸钙富锶型天然饮用矿泉水。

矿泉水；水质分析；富锶；曲海

曲海天然矿泉水位于青藏高原东南部，河南蒙古族自治县托叶玛乡的曲海村，距县城西南24km。曲海矿泉水水源地主要是受扎日玛断裂控制呈上升泉形式出露，集中分布于北西向F2断裂100m破碎带宽范围内，出露有3个泉群S1、S2、S3泉。泉群最大自然流量为21 901.05m3/d，最小自然流量为7 302.66 m3/d，平均自然流量为13 521.47m3/d。矿泉水阴离子以HCO3-为主，S1泉HCO3-含量339.58～695.39 mg/L，S2、S3泉HCO3-含量421～442.8mg/L；SO42-次之，S1泉SO42-含量为3.46～36.41mg/L，S2、S3泉SO42-含量为11.27～14.34 mg/L；阳离子以Ca2-为主，S1泉Ca2+含量86.74～179.76 mg/L，S2、S3泉Ca2+含量118.4～134 mg/L。水源地S1泉中锶的含量0.523～1.74mg/L，S2泉中锶的含量0.67～0.916mg/L，S3泉中锶的含量0.67～0.89mg/L；泉水水质均无色、无味、无臭、无沉淀、透明纯净；泉的矿化度S1为0.75～0.78 mg/L，S2为0.75～0.79 mg/L，S3为0.64～0.77mg/L；Ca2+、HCO3-毫克当量均大于75%，根据《天然饮用矿泉水水质标准（GB8537～2008）》，属重碳酸钙富锶型天然饮用矿泉水。

1 天然富锶型矿泉水形成机制

1.1 矿泉水形成的地层条件

河南县曲海一带出露的地层有古生界泥盆系中统下那吾组（D2x）和二叠系上统大关山组（P1dg）、中生界三叠系下统隆务河组（T1lh）和中统古浪堤组（T2gt）、新生界新近系中新统贵德群咸水河组（N1x）和上新统贵德群临夏组（N2l）以及第四系（Q4）（表1）。

表1 曲海地区综合地层表

1.2 矿泉水形成的构造条件

区域上，工作区位于军功断裂带内。该断裂带是西秦岭印支地槽褶皱带与西倾山台缘褶皱带的分界断裂，发育深度可达50km，属岩壳性断裂。据区域资料，此带实为玛沁深断裂的分支断裂带，经构造位移后而成北东向延展。区内发育多级次级断裂，主断裂西起玛沁，经军功、拉家，止于泽库南，长200km，倾向北西，倾角40°～60°。

研究区水源地由于受区域上北东向玛沁深断裂带及北西向军功断裂控制，泉域内发育多条次级断裂，主要为近东西向断层（F1）、北西向扎玛日断层（F2）、北东向断层（F3）和东西断层（F4、F5）（图1）。

图1 曲海天然饮用矿泉水水源地地质简图

1-下那吾组；2-大关山组；3-隆务河组；4-古浪堤组；5-感水河组；6-临夏组；7-第四系；8-地质界线；9-断层；10-上升泉；11-上升泉群；12-地下水流向

F1东西向断裂：展布于泉域北侧，压性逆断层，倾向N-NE，倾角50°～70°，断层将砂砾岩地层切割，形成直立断层面，南盘逐渐下降形成沟谷。

F2扎玛日断层：经泉口群近东西向展布，为压性逆断层。倾向S-SW，倾角70°～80°，断层处砂岩地层破碎，形成宽约50～150m的破碎带，破碎带内的砂岩受构造挤压作用岩石破碎，形成粒径5～15cm构造角砾，角砾具有定向排列，角砾之间可见粘土化和泥质化充填，透水性差，为阻水断裂。F2断裂带初始可能为北西向构造带，后经左旋扭动而转为北东向。沿带发育挤压破碎带及宽5～7km的片理化带。断裂延伸稳定，迹线平直，主要切割下二叠统、下三叠统和上更新统。从资料上反映该断裂带从泉域附近经过，受其影响在泉域内发育有东西向、北东向的次级构造，为本区地下水地下运移的控制要素。

1.3矿泉水形成的物质基础

不同的地层岩性，因为其物质组成不同，从而对矿泉水的形成及其指标类型起到控制作用。断裂是控制矿泉水赋存、运移、出露的空间，而地层岩性及其内部的元素组份与地下水作用的共同结果，则是天然矿泉水的物质来源。

曲海矿泉水在区域上受控于近东西军功断裂构造带，补给高度为3 700m以上，从补给高度看，其补给源来自于南部的霍托沃日山。从补给源至矿泉水源地，其间出露的地层主要为灰岩、砂岩。从矿泉水中的锶（Sr）微量元素的物源分析，其与矿泉水流经的碳酸岩相应的高背景值密切相关。

矿泉水中特征元素锶（Sr）的迁移富集特征如下：

锶隶属于碱土金属族，是分散元素，在自然界广泛分布，地壳丰度为375ppm，在纯碳酸盐岩中含量为610ppm，在石英砂岩中含量较小。锶在流体中的含量取决于它在含钙矿物中置换钙离子的程度，也取决于它在钾长石中K+离子捕获Sr2+离子程度。锶的地球化学特点决定了其能经常进入到各种富钙或钾的矿物中，以岩浆岩中的钾长石、角闪石锶含量为最高，其次是斜长石，经过流体的淋滤作用，由离子半径较为接近的离子将锶从围岩中置换出来，当其富集到相当程度时，形成富锶型矿泉水。

1.4 矿泉水形成的水文地质条件

1.4.1 补给条件

泉水的补给来源主要来自矿泉水水源地南部的低高山区大气降水，补给范围约22km2。补给强度主要受岩性和构造两方面的因素共同影响。岩性方面：补给区的岩性为新近系、三叠系和二叠系的泥岩、砂岩、灰岩，其中的砂岩和灰岩岩质坚硬，裂隙发育程度和延伸、贯通性较好，灰岩中还存在一定的溶蚀裂隙或孔洞，为大气降水的入渗补给地下水提供了良好的条件。构造方面：补给区一带发育F3、F4、F5等数条东西、北西、北东向断层，断层通过地带断层破碎带和构造裂隙较为密集，岩石表面比较破碎，形成东西、北西向的地下水运移通道，在地形相对平缓处易于接受大气降水及冰雪融水的补给，提高了地下水的补给强度。补给区为高原亚寒带湿润气候区，降水较丰富，补给量的保证程度较高，为泉水的补给提供了充分的水源保证。

1.4.2 径流条件

根据区域地质条件分析，泉域地下水径流途径有两种类型：一种途径为断裂破碎带及其影响范围内的构造裂隙，如F3断裂呈北东－南西向延伸，其北东端可能延伸进入了浩陶奥日河流域内，断裂破碎带及其两侧的构造裂隙发育带成为了地下水的汇集通道，该通道将临近水文地质单元的地下水引入了浩陶奥日河水文地质单元内，增大了泉域的补给范围；另一种途径为古风化壳风化裂隙，根据区域地质条件，泉域一带新近系与三叠系存在角度不整合，因此，沿三叠系不整合面发育有古风化壳，根据区域地质资料，古风化壳内岩性分析有三叠系中统古浪堤组（T2）长石石英砂岩、粉砂岩，下统隆务河组（T1）粉砂岩、钙质石英砂岩、灰岩及二叠系下统大关山组（P1dg）灰岩，地层内风化裂隙、构造裂隙甚至溶蚀孔隙、孔洞较为发育，是浩陶奥日河河谷下部地下水的主要运移通道。根据EH4大地电磁测深资料，低阻异常中心埋深为390m左右，泉域上部地下水的运移通道主要位于不整合面下部。

1.4.3 排泄条件

根据所调查的矿泉水点的分布规律，泉水具有相同的地表露头特征，即都是沿断裂带出露的上升泉，说明扎玛日断层（F2）具有阻水作用，上游地下水运移至扎玛日断层（F2）时，地下水沿断层的构造薄弱部位以泉的形式出露(图2)。

2 曲海天然饮用富锶型矿泉水水质分析

2.1 物理性质

水质无色、无味、无臭、无沉淀、透明纯净、口味纯正的天然饮用矿泉水，其中，由于S1泉群中的游离CO2含量较高，泉水微涩、带有轻微的刺激感。水温常年保持在7.7～12℃，pH值7.02～8.09，属中性。

图2 矿泉水点地质剖面图

2.2 水量

据动态观测资料，S1泉群丰水期流量为603.33～616.12m3/d，枯水期流量为590.98m3/d；S2泉群丰水期流量为12 635.86～16 817.28m3/d，枯水期流量为5 570.84～6 559.48m3/d；S3泉群丰水期流量为3 969.57～4 467.65m3/d，枯水期流量为902.66～1 207.46m3/d。

2.3水质

2.3.1 常规元素

据动态观测（表2），阳离子K+含量较低，含量0.6～2.78mg/L，Na+、Mg2+中等、Ca2+含量较高，变化范围86.74～179.76mg/L，毫克当量大于75%，阳离子含量Ca2+＞Mg2+＞Na+＞K+；阴离子以HCO3-为主，毫克当量大于75%，变化幅度为339.58～695.39mg/L；其次为SO42-，变化幅度较大，变化范围3.46～36.41 mg/L，再次为C1-，变化范围2.74～7.02 mg/L。其它指标硒、锑、砷、铜、钡、镉、铬、铅、汞、锰、镍、银、碘化物、锌、溴酸盐、硼酸盐、硝酸盐、氟化物、耗氧量、226镭放射性均在限值范围内。

表2 S1、S2、S3泉群主要水化学成分动态变化特征表

2.3.2 微量元素

矿泉水S1中锶的含量0.523～1.74mg/L，S2中锶的含量0.67～0.916mg/L，S3中锶的含量0.67～0.89mg/L，高于限量指标0.20 mg/L，高于界限1.6～7.7倍，属富锶型。

3 结束语

1) 曲海矿泉水是青藏高原区域性断裂带的产物。该泉由大气降水作为远程补给，补给范围约22km2，补给高度3 700m以上，沿断裂带F3、F4、F5，区域破碎带及不整合接触带，经深循环后，遇到F2断层受阻后，呈片状泉群出露。

2) 泉群S1、S2、S3枯、丰水期水质检测表明：矿泉水S1中锶的含量0.523～1.74mg/L，S2中锶的含量0.67～0.916mg/L，S3中锶的含量0.67～0.89mg/L，达到国家《饮用天然矿泉水水质标准（GB8537～2008）》中锶的界限指标要求，属重碳酸钙富锶型天然饮用矿泉水，属优质的天然饮用矿泉水。

3) 继续开展该水源地的水温、水量动态观测工作，并进行水质检测。

[1] 饮用天然矿泉水水质标准（GB8537～2008）［S］. 北京：中国标准出版社

[2] 胡雨柔，廖先远等.青海省河南县曲海饮用天然矿泉水水源勘查评价报告［R］. 四川省核工业地质调查院.成都.2017

[3] 赵振，陈惠娟等.青海玉树热水沟天然矿泉水形成条件及水质分析［C］. 地下水.2013.36（6）:4-6．

Genetic Mechanism for the Sr-rich Mineral Water in Quhai, Qinghai

LIAO Xian-yuan1HU Yu-rou2

(1-Sichuan Institute of Uranium Geological Survey, Chengdu 610061; 2-Sichuan Sichuan nuclear geological engineering co., Ltd, Chengdu 610000)

This paper deals with stratigraphic, structural and hydrogeological conditions of the Sr-rich mineral water in Quhai, Qinghai. The Sr-rich mineral water belongs to heavy calcium carbonate-rich type strontium drinking natural mineral water characterized by enrichment in HCO3-and 0.523-1.74mg/L Sr which accords with the demands for Sr of the drinking natural mineral water quality standard GB8537-2008.

mineral water; water quality analysis; Sr-rich; Quhai, Qinghai

2017-03-28

廖先远（1981- ），广西岑溪市人，工程师，主要从事水文地质环境地质技术工作

P618

A

1006-0995（2017）04-0592-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.014