芦溪县杨家田矿泉水特征及成因分析

方俊华， 赵毅斌， 黄 锦

(江西省地质调查研究院，江西 南昌 330030)

芦溪县地处属亚热带湿润性季风气候区，气候温和、四季分明、雨量充沛。境内以中低山、丘陵为主，东南多山，地势较高，西北低平，丘陵为主，地形复杂，山坡坡度一般为35°～50°，局部达60°～70°，沟谷深切呈“V”型、山脊方向呈北东或北北东向。杨家田矿泉水位于芦溪县南西210°方向，距县府13.4 km，见图1。周围地形属丘陵低山区，地势起伏一般，发育北东向条带状谷地，一般海拔250～390 m。

图1 研究区交通位置图

1 区域地质背景

研究区位于东南造山带武功山—仙霞岭逆冲带永新坳陷西北角及武功山隆起西北侧缘，周围均被深、大断裂所局限，为一断裂隆起地块。北东—北北东向断裂发育，如万龙山断裂，为压扭性断裂，呈北东东向展布，有一长约9 km，宽20～250 m的断裂硅化破碎带，具分带性明显、多期活动的特点，研究区外围发现地热区5处，地热异常钻孔69孔(10孔自流热水)，富含Rn、Li、Sr、Se、F、H2S和SiO2等，说明断裂切割深且具长期活动的特点。区内地层不全，发育第四系联圩组。张家坊序列岩浆岩大面积出露，风化程度较强。

2 水文地质条件

2.1 含水岩组特征

按区内地下水赋存条件、水力特征，地下水有松散岩类孔隙水和基岩裂隙水等2大类型。基岩裂隙水以风化带网状裂隙水为主，见图2。

图2 研究区水文地质图

松散岩类孔隙水1—单井涌水量<100 m3/d；2—单井涌水量100～500 m3/d；风化网状裂隙水；3—泉流量0.1～1 L/s；4—硅化破碎带；5—下降泉；6—监测点

(1)松散岩类孔隙水。第四系全新统冲积层分布于现代河流、水系两侧，构成河谷的Ⅰ级基座阶地，下部为浅黄色砾石层，上部为浅黄色亚黏土层，具二元结构，厚度>2 m。地下水位埋深0.5～3 m，单井涌水量5.1～128.28 m3/d。

(2)风化带网状裂隙水。含水层为张佳坊序列中-细粒黑云母花岗闪长岩(γδS12b)、中-细粒英云闪长岩(γδοS12a)。水源地附近出露岩体均为加里东期张佳坊序列中-细粒黑云母花岗闪长岩(γδS12b)，泉点开挖井底多为黑云母花岗闪长岩，岩石较新鲜，呈微风化状，泉水从裂隙中涌出，见气泡，岩体裂隙发育情况不明。地下水类型为风化带网状裂隙水，含水量中等-丰富，泉流量0.08～0.98 L/s，径流模数3.37～5.97 L/(s·km2)。据区内岩石化学检测资料：花岗闪长岩具有中等含量的SiO2含量(67.40%～70.86%)、中等含量的ALK(5.85%～6.99%)、MgO(1.14%～2.1%)、TiO2(0.33%～0.6%)、FeOT(2.7%～4.26%)。高硅的化学背景，为偏硅酸矿泉水的形成提供了丰富的物质基础。

2.2 动态特征

矿泉水水点A和B地下水动态监测数据显示，A水点埋深-1.6～-2.0 m，年变化幅度0.4 m，变化较小，受气候、水文因素影响较小。B水点为天然泉点，泉流量0.643～0.915 L/s(不含120 t/d抽水量)，变化0.272 L/s，变化较小，受气候、水文因素影响较小。水点水量丰沛稳定，水位、水温年变化幅度小，水质稳定。A水点温度18～19 ℃，B水点温度20 ℃，稳定，不受气候因素影响，动态曲线呈近直线型。各种离子及偏硅酸含量稳定。泉水水位、水温、水量及水质稳定，说明矿泉水不仅具有承压性，而且还具有深循环、远径流的特征。

2.3 补径排条件

区内岩石较为破碎，裂隙发育，导水性较好，为深部构造裂隙水补给矿泉水提供了良好的运移通道。矿泉水点三面环山，为矿泉水补给区。补给区内植被发育，区内降水充沛，构造裂隙发育，降水入渗率较高，为矿泉水提供丰富的天然补给来源。大气降水经浅部裂隙向深部裂隙向深部构造裂隙运移，缓慢汇集于构造裂隙密集带中，地下水经过深部循环，由高往低运移，于地势低洼处、裂隙密集带排泄，形成矿泉水露头点，如图3所示。

图3 研究区地下水补径排示意图

3 矿泉水水质特征

3.1 化学特征

2017年两次水样分析结果表明：偏硅酸含量为30.31～38.16 mg/L，偏硅酸(H2SiO3)含量超过30 mg/L，为偏硅酸矿泉水。矿泉水pH值7.16～7.75，为中性水。水中阴离子Cl-含量为2.5～6.35 mg/L、SO42-含量为0.56～1.20 mg/L，HCO3-含量为101.32～117.66 mg/L，以HCO3-为主，其毫摩尔百分比为88.72%～94.40%；阳离子Na+含量为3.50～5.92要mg/L；Ca2+含量为23.33～29.46 mg/L；Mg2+含量为2.48～2.92 mg/L，以Ca2+为主，其毫摩尔百分比为71.37%～75.83%，水质类型为HCO3-Ca型水。溶解性总固体含量为119.80～188 mg/L。此外，还含有Sr、Zn、Cu等多种有益人体的微量元素。

3.2 水质评价

根据A矿泉水点和B矿泉水点采样结果，按照国家饮用天然矿泉水标准(GB8537—2008)，矿泉水中偏硅酸(H2SiO3)含量30.31～38.16 mg/L，偏硅酸(H2SiO3)含量超过30 mg/L，属偏硅酸饮用天然矿泉水；水清澈透明，色度0.5度，混浊度0.38～0.43度，无肉眼可见物，无异味，口感纯正，爽口；限量指标、污染指标、微生物要求、感官指标符合饮用天然矿泉水国家标准的规定。

4 矿泉水成因分析

杨家田矿泉水的化学特征(高含量的H2SiO3、游离CO2及其他Sr、Zn、Cu等微量元素)、水文地质特征等表明，该矿泉水是在一定的地球物理、地球化学场中才得以形成，区内深大断裂和花岗岩是形成该矿泉水的重要因素。

(1)含硅矿物(岩石)的存在是形成偏硅酸型矿泉水的物质基础

研究区岩体为加里东期中-细粒黑云母花岗闪长岩(γδS12b)，据岩石化学检测资料，岩石中SiO2含量较高，SiO2含量67.40%～70.86%，平均为69.07%。SiO2含量高硅的地球化学背景。大气降水经浅部裂隙向深部裂隙转移，含硅矿物经地下水的溶滤作用后进入地下水中，SiO2不断富集，浓度达到动态平衡后，形成偏硅酸矿泉水。含硅矿物为偏硅酸矿泉水的形成提供了物质基础。

(2)地下水与水源区含硅矿物(岩石)长期接触是矿泉水形成的基本条件

岩石中含硅矿物一般难以溶解，其溶解过程相当长。在相同条件下，地下水与含硅矿物接触时间越长，地下水中偏硅酸含量越高，故深层承压水偏硅酸含量高于浅层潜水。区内矿泉水点涌水量较稳定，随季节性、降水量变化较小，偏硅酸含量较稳定，说明矿泉水补给路径较长，形成时间较长，含硅矿物补给稳定，补给主要来自深部。

(3)地质构造为地下水的深循环创造了有利条件，是矿泉水形成主要控制性因素。

杨家田矿泉水位于万龙山断裂附近。万龙山断裂为区域压扭性大断裂，呈北东东向展布，分带性明显，多期活动，附近发育一系列北西向、北东向次级断裂。在断裂或裂隙比较发育地段，裂隙纵横交错，相互连通，构成地下水渗流的良好通道，有利于地下水与断裂破碎带沟通，促进一定范围内的地下水深部循环，使富含偏硅酸的深部断裂带地下水沿裂隙或断裂带流出，如研究区3个矿泉水点。

5 结语

通过区域地质背景、水文地质条件、矿泉水水质特征、矿泉水成因等分析认为：

(1)杨家田矿泉水为偏硅酸含量为30.31～38.16 mg/L，为偏硅酸矿泉水，中性水，pH值7.16～7.75，水中阴离子含量以HCO3-为主，其毫摩尔百分比为88.72%～94.40%；阳离子含量以Ca2+为主，其毫摩尔百分比为71.37%～75.83%，水质类型为HCO3-Ca型水。溶解性总固体含量为119.80～188 mg/L。此外，还含有Sr、Zn、Cu等多种有益人体的微量元素。限量指标、污染指标、微生物要求、感官指标符合饮用天然矿泉水国家标准的规定。

(2)深大断裂和花岗岩是形成杨家田矿泉水的地质基础，含硅矿物(岩石)是该偏硅酸型矿泉水形成的物质基础，地下水与水源区含硅矿物(岩石)长期接触是该矿泉水形成的基本条件，地质构造为地下水的深循环创造了有利条件，是该矿泉水形成的主控因素。