青海省河南县某饮用天然矿泉水勘查评价

2018-04-25，

地下水 2018年2期

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(1.成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都 610059；2.四川省华地建设工程有限责任公司，四川成都 610081)

矿泉水是指含有一定矿物质、微量元素、气体或放射性成分的泉水或人工井水[1]，是在一定的地质环境背景下形成的深层地下循环水，含有人体所需的众多矿物质、微量元素以及气体成分，与一般地下水相比，具有纯净无污染的特点[2]，近年来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，市场对饮用天然矿泉水的需求与日俱增，矿泉水资源的开发及其相关产业的发展所带来的社会经济效益越来越显著，矿泉水事业已进入新的发展阶段[3]。

青海省河南县某矿泉水中锶含量0.523～1.74 mg/L，矿化度0.75～0.78 mg/L，Ca2+、HCO3-毫克当量均大于75%，根据《饮用天然矿泉水(GB8537-2008)》标准，可命名为重碳酸钙含锶天然饮用矿泉水。本文主要分析该泉所处研究区的水文地质条件、地下水形成机制、水化学特征等，对进一步开发和水源地保护具有一定的意义。

1 研究区概况

1.1 自然地理概况

研究区位于青海省河南县，总体地势南高北低，最高点海拔4 130 m，最低点海拔3 640 m，相对高差490 m，受新构造运动地壳强烈隆升，加之地表水长期侵蚀切割，致使地貌类型复杂，按形态可划分为侵蚀性低高山区和流水堆积的河谷平原；区内年均气温9.2 ℃～14.6 ℃，年降水量597.1～615.5 mm，气候类型属高原亚寒带湿润气候区；流域水系为泽曲河，属黄河一级支流，研究区位于旺什加河支流的浩陶奥日河，为泽曲河的三级水系，源于南部中高山区。

1.2 地质及水文地质条件

1.2.1 地层岩性

泉域地层有古生界、中生界和新生界。现由老至新分述如下：

1)二叠系(P)

下统大关山组(P1dg)：分布于研究区东南部达日乔地区，岩性主要为灰色薄层灰岩夹中厚层灰岩、浅灰色块层状灰岩、灰色-深灰色厚层不纯灰岩，产蜓类化石。厚度26～228 m。

2)三叠系(T)

下统隆务河组(T1lh)：分布于研究区东南部的晒日果儿地区，岩性主要深灰色粉砂岩、灰色中-细粒钙质石英砂岩、灰色薄层灰岩夹钙质板岩、灰色细粒长石石英砂岩、粉砂岩、板岩，产菊石。厚度36～322 m。

中统古浪堤组(T2gt)：分布于研究区西部加日果刚让地区。岩性下部以灰色中薄层细粒长石石英砂岩、粉砂岩、粉砂质板岩为主夹少量薄层灰岩、水平层理、包卷层理、交错层理；上部以粉砂质板岩与细砾岩为主，出现紫红色泥钙质板岩、白云质砂岩，发育不同方向的波痕。

3)新近系(N)

中新统贵德群咸水河组(N1x)：分布于研究区北部，少量出露，岩性为桔黄色-杂色厚层状砾岩夹中薄层砂岩、泥岩，偶夹石膏层。

上新统贵德群临夏组(N2l)：分布于研究区中、东部大部分地区，岩性为灰黄色-灰褐色厚层状泥岩、粉砂岩夹部分砾岩。

4)第四系(Q)

全新统洪冲积物(Q4al+pl)：分布于研究区旺什加河、浩陶奥日河河谷平原地区，由砂、砾石、黄土组成，构成山间缓倾斜洪冲积滩地。

1.2.2 地质构造

研究区位于扬子准地台西倾山台缘褶皱带北侧，秦岭-昆地槽褶皱系西秦岭印支褶皱带的南缘[4]，在NE向主压应力的作用下，区内构造发育。研究区内出露的泉点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100 m破碎带宽范围内。

1.2.3 地下水类型

1)松散岩类孔隙水

分布在河谷区内，受新构造运动及地形地貌影响，第四纪堆积厚度不同，地下水富水性不一。在河谷横向断面上，含水层岩性多为砂砾石、中粗砂，一般近河床地下水较丰富，单井计算涌水量100～1 000 m3/d，远离河床地下水富水性小于100 m3/d。矿化度小于1.0 g/L，水化学类型为HCO3·Cl—Ca·Na型。

2)碎屑岩类裂隙孔隙水

分布于研究区中东部区域，西部有少量分布，主要赋存于新近系贵德群咸水河组(N1x)、贵德群临夏组(N2l)地层。上部岩性多为砂岩和泥岩互层，地下水富水性差，水量贫乏，单井涌水量小于100 m3/d；下部含水层岩性主要为砂砾岩、砾岩，具承压性，富水性较差，计算单井涌水量100 m3/d左右。矿化度1.0 g/L，水化学类型为HCO3·SO4—Ca·Mg型。

3)基岩裂隙水

主要分布在研究区的西部和南部，含水层为三叠系中统古浪堤组(T2gt)、下统隆务河组(T1lh)砂质板岩、砂岩夹灰岩，以及二叠系下统大关山组(P1dg)灰岩，主要接受大气降水补给，单泉流量0.1～1.0 L/s。矿化度小于1.0 g/L，水化学类型为HCO3—Ca型。

图1 物探剖面解译图

图2 泉群水温、流量与气温、降雨量动态曲线图

2 矿泉水形成机制

构造活动是矿泉水形成的地质条件。构造不只是地下水赖以运移与储集的场所，更有利于水岩之间发生物理和化学反应，使水岩的化学成份相互作用更趋充分，直至达到一定的饱和状态[5]。

矿泉水出露在新近系砂砾岩与第四系松散堆积物接触带处，同时位于扎日玛断裂破碎带，裂隙连通性好，为丰富的地下水提供了良好的运移通道。

矿泉水的补给源为泉域南部的远程大气降水补给，通过基岩裂隙和断裂破碎带由南向北运移至F2断裂带处阻，以上升泉形式出露于地表。泉群沿F2阻水断裂呈线状分布(见图1)。

表1 矿泉水多年水质检测结果 mg/L

3 矿泉水水质分析

矿泉(群)出露于断裂带内，其内有多个上升泉，主要的矿泉点连成一片。据2000年到2015年的水质检测统计资料(表1)，单泉流量0.59～10.5 L/s，泉域流量最大值为21 901.05 m3/d，最小值为7 302.66 m3/d，平均流量为13 521.47 m3/d，最大流量与最小流量比值为0.33。矿泉水温7 ℃ ～13 ℃，溶解总固体264～642 mg/L，泉水(泉群)表现为无色，无嗅，无味。微量元素有锂、锶、锌等，其中锶含量0.523～1.74 mg/L，达到《饮用天然矿泉水(GB8537-2008)》中锶的界限指标，可命名为重碳酸钙含锶天然饮用矿泉水。

3.1 物理性质

水质无色、无嗅、清澈透明，色度与混浊度均较低，微有甘甜，常温条件下，无悬浮物和沉淀，水温常年始终保持7 ℃～13 ℃左右。溶解总固体264～642 mg/L，pH值6.18～8.19，属中性低矿化水。

3.2 水量

据多年统计资料，单泉流量0.59～10.5 L/s，泉域平均流量为13 521.47 m3/d，泉域流量随季节变化较大(图2)。

3.3 水质

3.3.1 常量元素

阳离子除K+含量较低外，Na+、Ca2+、Mg2+三者含量较高，其中Ca2+含量略高，其排列顺序为Ca2+>Mg2+>Na+。HCO3-占总阴离子的93%，其次是SO42-和Cl-，可见常量元素变化范围很小。根据这一特点，结合该地区的岩性特征可知泉水的化学成分主要是来自碳酸盐岩和蒸发岩的溶解作用。泉水中Ca2+含量之所以较高于其他离子，主要是来源于两类岩石，即碳酸盐岩、蒸发岩的溶解。Mg2+与Ca2+相近，Na+主要来源于蒸发岩。阴离子中HCO3-含量最高，表明地下水的中性特征，SO42-较高，其次是Cl-含量。究其原因，该地区为典型的干旱气候特征，土壤和浅部岩层中沉积大量的盐分，其中包括KCl、NaCl(食盐)、CaCl2、MgCl2、Na2SO4(芒硝)、MgSO4(镁矾)、CaSO4(石膏)以及较少的硝酸盐类(KNO3、NaNO3)等，因易受降雨和冰雪水的溶解，渗人地下形成地下水中的重要化学组分。因此，矿泉水中含有大量的盐类。

3.3.2 微量元素

微量元素中含量最高的是Sr2+，其含量0.523～1.74 mg/L，达到饮用天然饮用矿泉水国家标准(≥0.20 mg/L)[6]。由于地下水在岩石构造裂隙和风化裂隙中贮集、运移并与富锶的岩石矿物发生水岩作用，使锶以离子形式迁移、富集，在构造有利部位，以矿泉形式排泄[7]。且锶在地层中的克拉克值很大，且化学性质活泼，易溶于水，故泉水中锶含量最高[8]。微量元素在水中过量和缺乏都对人体产生不良的影响，研究区矿泉水中却含有多种极微量的元素，如Zn、Se、As、Fe、Mn、Li、溴化物、碘化物、Co、Ni、Ti以及HBO2、H2SiO3等多种有益于人体健康的微量元素和组分。其中一些有毒元素Ag、Hg、Cr6+、Cd、As、Pb、Al等都在国家标准限定指标之内，甚至低于标准2～3个数量级。因此，长期饮用这种矿泉水，将有助于人体健康。

综上所述：该矿泉水中含有丰富的宏量元素和多种有益于人体健康的微量元素，这与区内地层岩性、地质构造以及地下水的形成条件密切相关，最终成为含多种元素的锶矿泉水。锶是人体必需的微量元素之一，对于促进人体骨骼发育，降低冠心病及肺心病，减少心血管死亡率有明显作用[9-10]。