内蒙古希热矿泉水赋存特征及成因分析
2018-11-01施俊杰陈燕张春华姜德强
施俊杰 陈燕 张春华 姜德强
摘要：本文在分析内蒙古希热矿泉水水文地质条件的基础上，揭示了矿泉水的赋存特征，进行了矿泉水的成因分析。确定了新近系上新统黑色气孔状玄武岩中的二氧化硅及锶等矿物质为矿泉水的形成提供了丰富的物质来源。柱状节理、风化裂隙与玄武岩孔洞相连通或穿插在一起，形成良好的渗流通道和储水空间。
关键词：赋存特征；成因分析；矿泉水；希热
“天然、安全、营养、健康”是当今世界水饮品消费的时尚，天然矿泉水已成为人们日常生活必需饮品。内蒙古希热矿泉水井始建于1998年，开采方式为地下开采，开采标高从1325m～1316m。该矿泉水井稳定流量为190.08m3/d，稳定降深1.74m。经长期水文观测结果，矿泉水无嗅、无味、无肉眼可见物和悬浮物，清澈透明，口味纯正，感官指标良好。pH值为7.66～8.35，矿化度501mg/Lmg/L～595.05mg/Lmg/L，锶含量为0.547mg/L～0.873mg/L，偏硅酸含量为27.7mg/L～49.40mg/L，已达到国家饮用天然矿泉水标准，并检出有锂、锌等多种人体必需的微量元素，综合评定为含锶偏硅酸重碳酸钙钠镁型饮用天然矿泉水。
1.自然地理概况
内蒙古希热矿泉水位于乌拉特中旗新忽热苏木希热庙。研究区为火山堆积熔岩台地，向南倾斜，海拔高程1300m～1500m，相对高差200m～300m。总的趋势是东高西低，北高南低。由于长期风化剥蚀作用，台面已破坏，切割后支离破碎，岩性多为新近系上新统气孔状与致密状玄武岩。研究区位于北温带干旱—半干旱气候区，多年平均降水量仅212.5mm，多年平均蒸发量高达2674.06mm。
2.区域地质概况
2.1地层
区内出露的地层从老至新有：新近系上新统、第四系更新统、第四系全新统，现叙述如下：
（1）新近系上新统（N2）
该地层分上、下两层，上层为黑色气孔状玄武岩和致密状玄武岩互层，下伏砂岩顶面常具烘烤现象，该段地层厚131m；下部为红色泥岩、砂岩夹玄武岩岩段，下伏有侏罗白垩系砂砾岩互层，该段地层厚约200m。
（2）第四系（Q）
更新统（Qppl）：分布于现代河谷中的一、二级阶地，由砂、砾石混合堆积，厚5m～10m。
全新统（Qhal）：分布于现代河谷的河漫滩中，由砂及砾石和粘性土物质混合堆积而成，分选性差，松散，厚3m～10m。
2.2地质构造
本区属于内蒙地轴北缘，地处阴山纬向构造带中段与狼山弧形构造带之复合部位，其次一级构造单元为中亚带之海流图东西向挽近盆地，沿海流图盆地北侧有喜山期构造断裂，为一近东西向，向南突出之弧形断裂。规模巨大，地表出露12km以上，断层面向南倾。由于上盘下降、下盘上升，沿断层形成一条规则的沟谷，西端新近系玄武岩遭受破坏，上盘玄武岩倾向南东170°，倾角70°，下盘玄武岩产状近水平或倾角很缓，不超过十几度，东端隐没于地下。
2.3岩浆岩
本区岩浆活动强烈，广泛分布华力西晚朗中、酸性侵入岩。
3.区域水文地质条件
研究区地下水类型比较简单：主要有松散岩类孔隙潜水、碎屑岩类孔隙裂隙水及玄武岩孔洞裂隙水三种。
3.1松散岩类孔隙潜水
主要分布于苏亥高勒现代沟谷及其他支沟中，含水层主要为冲洪积的砂卵石、含砾中粗砂，厚度小，一般为厚35m，地下水位埋深浅，为0.5m～2m，水量相对较丰富，一般单井涌水量在100m3/d～500m3/d。水质较好，矿化度小于0.5g/l，地下水类型为HCO3-Na型水。
3.2碎屑岩类孔隙裂隙水
3.3玄武岩孔洞裂隙水
主要分布于希热乌拉山地区，呈东西向条带状分布。地下水主要赋存于气孔状玄武岩的构造裂隙，柱状节理、层问孔洞中，地下水的富水程度变化较大，分布亦极不均匀，它受地貌、含水层的结构、构造等诸多因素的控制。区内地形切割强烈，沟谷一旦切入下部新近系泥岩时，其上部的地下水便以泉的形式溢出。希热矿泉水亦赋存于新近系上新统黑色气孔状玄武岩中。
本区地形地貌利于大气降水补给。据调查，民井出水量多为10m3/d～50m3/d，个别地区可大于100m3/d，泉流量一般在0.21/s左右。地下水交替循环强烈，水质较好，矿化度为0.4g/l～0.5g/l，水化学类型为HCO3-Ca·Na·Mg型水。
3.4地下水的补径排条件
松散巖类孔隙潜水主要接受大气降水、碎屑岩类孔隙裂隙水及新近系玄武岩孔洞裂隙水的侧向补给，沿河谷向下游排泄；碎屑岩类孔隙裂隙水其补给来源除山区玄武岩孔洞裂隙水外，主要为降水的渗入补给。潜水径流条件尚好，水力坡度基本上同地形坡度一致，在5‰～7‰。排泄途径除在地形低洼处消耗于蒸发外，一般均排向于河谷，成为河谷潜水的补给源之一；玄武岩孔洞裂隙水以泉形式排泄或直接补给第四系孔隙水及碎屑岩类孔隙裂隙水。
4.矿泉水赋存特征
4.1矿泉水含水层赋存特征
矿泉井井口高程为1325m，井径5.6m，井深8.5m，水位埋深3.97m，石砌井壁结构，矿泉水赋存于新近系上新统黑色气孔状玄武岩中（见图1）。本区属阴山纬向构造带中段与狼山弧形构造带之复合部位。构造运动频繁，伴随岩浆活动强烈。区内上新统玄武岩分布较广，玄武岩经历了多次的构造运动与长期的风化作用，柱状节理与风化裂隙都很发育，柱状节理、风化裂隙往往与玄武岩孔洞相连通或穿插在一起，形成良好的渗流通道和储水空间。
4.2矿泉水年龄估算
经对本矿泉水中放射性同位素氚测定，其值为26.0±5.0Tu～38.1±4.9Tu。根据内蒙古西部地区计算氚浓度与矿泉水年龄对比表所列数据。可以算出希热图庙饮用天然矿泉水形成的时间为25a左右（表1）。
4.3矿泉水动态特征
（1）矿泉水水量变化
1993年11月18日（平水期）对该矿泉水井进行了抽水试验，用离心泵作抽水设备，从9时开始，18时30分结束，历时9小时30分，水位、流量稳定后的延续时间5h，符合有关勘察规范的要求。经测定，稳定流量为7.92m3/h（190.08m3/d），稳定降深1.74m，渗透系数为7.24m/d。
2015年8月26日，再次對该矿泉水井进行了最大落程单孔稳定流抽水试验，抽水设备为潜水泵等，利用测线进行水位观测。从8月26日16时开始，8月27日16时，历时24h，水位、流量稳定后的延续时间11h，符合有关勘察规范的要求。通过稳定流抽水试验，希热矿泉水开采井稳定流量为6.73m3/h（161.5m3/d），静水位3.97m，稳定降深2.18m，基本达到了含水层的一半，影响半径26m，渗透系数7.58m/d。
（2）矿泉水水位动态特征
矿泉水动态监测工作始于1992年12月，结束于1993年11月，为期一个水文年。该矿泉水水位变化的主要影响因素为自然条件下补给条件的变化，水位埋深呈现规律性波动，最高水位2.84m，最低水位2.17m，水位年变幅0.67m，水温保持在8.3℃～9.5℃，动态稳定。
2013年5月～2014年4月期间，再次对该矿泉水井进行了一个水文年的动态观测表明，矿泉水井实测水温为9℃，水温比较稳定。水位变化的主要影响因素为自然条件下补给条件的变化，水位埋深呈现规律性波动，最高水位3.4m，最低水位4.0m，水位年变幅0.6m，平均水位3.71m，该井水动态稳定。
（3）矿泉水水质的变化特征
动态监测期间（1992年12月至1993年11月）分别在丰、平、枯三个时间段采集了矿泉水水样，分别送内蒙古矿产实验研究所、北京地质工程勘察院、中国预防医学科学院环境卫生检测所进行检测。检测结果溶解性总固体、重碳酸根、锶及偏硅酸含量的变化很小，基本上不受气候和季节变化的影响。
2014年9月28日再次采集矿泉水样送内蒙古自治区地质环境监测院检测中心进行检测，测得锶含量0.873mg/L，偏硅酸38.34mg/L，地下水质变化不大，水化学类型为HC03-Ca·Na·Mg型，溶解性总固体及其他组分也没有明显的变化，表明该矿泉水水质非常稳定。
4.4矿泉水成因分析
矿泉水是在特定的地质构造、水文地质条件及地球化学环境下形成的。矿泉水井所处区域内分布的新近系玄武岩，系火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成，该区玄武岩共有七个喷发回次，岩性为黑色气孔状玄武岩和致密状玄武岩互层，气孔中可见填充物。此外，区内广泛分布华力西晚期中、酸性侵入岩。岩石中含有占绝对优势的二氧化硅及锶等矿物质，这些成分为矿泉水的形成提供了丰富的物质来源。
本区属阴山纬向构造带中段与狼山弧形构造带之复合部位。构造运动频繁，伴随岩浆活动强烈。区内上新统玄武岩分布较广，玄武岩经历了多次的构造运动与长期的风化作用，柱状节理与风化裂隙都很发育，柱状节理、风化裂隙往往与玄武岩孔洞相连通或穿插在一起，形成良好的渗流通道和储水空间。
大气降水沿这些通道渗入后，形成地下水，并继续向远距离运移，径流滞缓，水与围岩相互作用，溶滤了围岩中岩石分散状态的微量元素及组分，水质优化，富含各种微量元素，形成了希热饮用天然矿泉水。
5.结论
（1）1993年11月18日内蒙古希热矿泉水稳定流量为190.08m3/d，稳定降深1.74m；2015年8月26日该矿泉水井稳定流量为161.5m3/d，稳定降深2.18m。pH值为7.66～8.35，矿化度501mg/L～595.05mg/L，锶含量为0.547mg/L～0.873mg/L，偏硅酸含量为27.7mg/L～49.40mg/L，可命名为含锶偏硅酸重碳酸钙钠镁型饮用天然矿泉水。
（2）内蒙古希热矿泉水赋存于新近系上新统黑色气孔状玄武岩中。岩石中含有占绝对优势的二氧化硅及锶等矿物质，这些成分为矿泉水的形成提供了丰富的物质来源。区内广泛分布的上新统玄武岩柱状节理与风化裂隙都很发育，柱状节理、风化裂隙与玄武岩孔洞相连通或穿插在一起，形成良好的渗流通道和储水空间。
