绥宁矿泉水形成机理

殷 维， 何玉蝶

（1.湖南省地质矿产勘查开发局402 队，湖南 长沙410000；2.湖南省勘测设计院，湖南 长沙410000）

天然矿泉水是一种重要的自然水资源，有着显著的社会效益与经济效益，为此需要在开采等实际工作开展前切实做好水资源形成的调查、分析与评价，明确形成机理，为后续工作顺利进行提供参考。为了进一步开发绥宁丰富的矿泉水资源，助力区域经济发展，需对该区矿泉水资源形成机理进行分析与评价。

1 研究区概况

1.1 地形地貌

工作区整体位于瓦屋塘花岗岩体，区域性铁山庙—武阳压扭性大断裂（溆浦—桂林压扭性断裂）F86 的两侧。 以工作区的地貌情况与特征为依据，其地貌形态可以分成以下两种：侵蚀构造中低山地貌；侵蚀堆积沟谷平原地貌，如图1 所示。

1.2 区域地质构造

图1 水源地地貌形态

工作区位于扬子陆块（Ⅳ－4）的桂湘早古生代陆缘沉降带（Ⅳ-4-8） 的邵阳坳褶带（Ⅳ-4-8-1）。 属雪峰加里东期褶皱带东缘，印支期祁阳山字型构造前弧内带，构造线方向多呈北东20° ～30°，工作区构造纲要如图2 所示。

工作区构造较为复杂，主要发育南北向主断裂、北西西向断裂以及北北东向断裂。

1.2.1 南北向主断裂

该断裂可能在印支期形成，到达燕山期后开始产生活动，是长时间处在活动状态的断裂带。断裂带上有山间谷地，部分地段可为地下水汇集提供有利场所。

图2 工作区构造纲要

1.2.2 北西西向扭性断裂

F1 断裂：走向北西290°，推测向北东20°方向倾斜，倾角较陡；向北西延长3.2 km 到图幅外，沿线有7 处泉水呈北西西向线状展布，流量在0.15L／ s以下。

F2 断裂：位于F1 断裂北侧3 km 的拖木岑—水庙—冷水坪—冷水丫冲—百家坑，走向290°； ZK4孔揭露该断裂，位于孔深111.36 ～120.00 m、147.60～157.08 m 处，厚度18.12 m；向北东20°方向倾斜，倾角70°左右。

F3 断裂：位于F2 断裂北侧3 km 的长岑—相片村—瓦2 井，走向290°；钻孔瓦2 揭露到该断裂，揭露位置位于孔深32.84 ～70.80 m、82.00 ～110.00 m处，总厚度78.80 m；向北东20°倾斜，倾角70°左右。

F4 断裂：位于F3 断裂北测约800 m；钻孔瓦3揭露到该断裂，揭露位置位于孔深164.91 ～240.44 m、277.00～282.00 m 处，总厚98.53 m；推测向北东20°方向倾斜，倾角75°左右。

1.2.3 北东向张扭性断裂

F5 断裂：该断裂为推测断裂，位于双江—祖山脚一带，长约1.3 km。F20 断裂：即大安源—杨家坊压扭性断裂，为铁山庙—武阳南北向压扭性断裂（ F86） 次一级的断裂。

2 绥宁矿泉水资源形成机理

2.1 地下水的补径排特征

瓦2 与ZK4 钻孔的矿泉水都出露于地势较低的溪水旁，即F2 和F3 断裂带的上盘。 F2 与F3 断裂走向为290°，间隔距离为3 km，具有张扭性质，规模相对较大，延伸可达5 ～7 km［1］。 断裂分布地层属印支期黑云母二长花岗岩［2］。

2.2 形成机理

通过对矿泉水所在水文地球化学环境的分析可知，含水层的硅含量很高。 根据岩矿分析成果，石英（含量约45%）主要由二氧化硅（含量约66.5%） 组成［3］。 一般降水下渗以后，沿岩石的裂隙发生运移，因断裂带的岩石较为破碎，且裂隙发育，具有良好的储水与导水性，所以地下水将在断裂的交汇处汇聚。 运移时，地下水和围岩直接接触，受水解与溶滤等作用后，偏硅酸大量聚集，含量明显增高，成为偏硅酸含量可以达到国家现行标准的优质天然矿泉水。 地下水运移时间明显较长，且循环深度大，使水温较低。 以瓦2 孔为例，其水温只有21 ℃，这说明有冷水混入［4］。 除此之外，瓦2 与ZK4 孔处的地下水为HCO3-Na·Ca 型，矿化度相对较低，为淡水型，说明地下水有活跃的交替循环，冷水混入，如图2所示。

图3 矿泉水循环交替示意图

2.3 富集规律与空间分布特征

工作区中的地形地貌、地质构造和地层岩性，特别是断裂破碎带，都对矿泉水的形成与富集有利，其富集特征为：

（1）北西西向张扭性断裂带矿泉水富集。 由于南北向铁山苗—武陽（溆浦—桂林） 压扭性大断裂（F86）促使西盘向北产生了6 km 左右的平移，局部应力集中释放形成次级北西西向张扭性断裂带F1、F2、F3、F4。 由于花岗岩较脆，受力后会出现弹性形变，以拉裂为主，中心处主要是疏松角砾岩［5］，两侧是裂隙率与张开度均较大的裂隙密集带，张开性很好，并且延伸距离也较远，可形成带状空间，具有良好导水性能，利于蓄水。

（2）北西西向断裂和南北向断裂交汇处矿泉水富集。 由于F86 断裂性质比较特殊，其导水性相对较差，而沿北西西向分布的断裂带有较好的导水能力，因此该区域地下水会从北西西持续向南东东运移和径流。 因F86 具有阻挡的作用，所以这一区域的地下水和其他部位相比较为富集，以瓦2 钻孔最为显著。

（3）从北西西到南东东不断富集。 矿泉水以西部广大花岗岩为主要补给来源，在地形及断裂带因素的影响下，地下水自北西西向南东东发生运移，其富水性具有从北西西到南东东越来越富集的特点［6］。 如ZK4 孔和F86 的水平距离相对较大，约为3 320 km，单位涌水量仅为0.273 L／（s·m）；而瓦2孔和F86 的水平距离相对较小，约为1 400 km，相较于ZK2，单位涌水量从0.273 L／（s·m）增加至0.843 L／（s·m）。

2.4 矿泉水年龄

根据中国地质大学（武汉） 环境学院实验教学中心（同位素液闪仪实验室） 矿泉水的年龄测试报告（2015 年12 月20 日），本工作区瓦2 孔14C 表观年龄为3.35 kaB.P.（±0.11 kaB.P.），由此推算出矿泉水的年龄为3.24～3.46 kaB.P.。

2.5 矿泉水微量元素的动态变化特征

2.5.1 矿泉水微量元素含量和季节之间的关系

瓦2 孔偏硅酸实测结果在39.0 ～41.66 mg ／ L 范围内，均值为40.17 mg ／ L，最大值为41.66 mg ／ L，产生于2016 年7 月6 日；最小值为39.0 mg ／ L，产生于2016 年3 月3 日，含量变化系数为1.068，该钻孔偏硅酸实际含量保持稳定。

由于矿泉水偏硅酸实际含量和季节有一定关系，在每年的4～8 月，即丰水期，偏硅酸实际含量较高，而平水期相对较低。 其原因为雨季地下水有着丰富的补给，加剧了地下水的循环和交替，但总体上的变化并不大［7］。

2.5.2 矿泉水中H2SiO3含量和平面位置之间的关系

通过对偏硅酸实际含量的综合分析可以看出，F86 断裂中，矿泉水偏硅酸实际含量具有从北西到南东不断增多的特点，如表1 所示。其他断裂带由于采样数量相对较少，而且比较分散，所以无法统计其规律。

表1 地下水偏硅酸含量统计结果

3 结论

（1）工作区地貌类型属于构造侵蚀、剥蚀中低山和侵蚀堆积沟谷平原，地质构造相对复杂，南北向区域性铁山庙—武阳压性大断裂（ 溆浦—桂林断裂）F86 构成轴部，东西两侧分布北西西、北东东次级张扭性断裂，北西西向断裂富含偏硅酸矿泉水，属承压含水层，补给充沛；

（2）工作区中矿泉水主要分布于北西西向张扭性断裂带，主要受南北向F86 主断裂影响，在北西西到南东东的方向上，地下水越来越富集，最终在两个断裂的交汇部位富集，形成工区内优质矿泉水；

（3）根据工作区矿泉水富水部位、储存条件与分布特征，应对北西西向断裂带，尤其是与F86 交汇、地质较低的部分进行深入的工作，以此确定水源地具体状况。 但这需要基于全面的地面调查及物探，待综合研究完成后，进行探水工程；

（4）对于不同级别的保护区，需要以保护级别为依据设置相应的警示标志，以此不断提高附近居民自发保护水源的意识，减少或避免污染及破坏，使水源地水质始终保持稳定。