吉林省优质饮用天然矿泉水特征分析

马轶楠

吉林省地质科学研究所，吉林 长春 130012

0 引言

天然矿泉水作为自然界赐予人类的最佳饮品，以天然、纯净、安全、营养、健康，并富含多种对人体有益的矿物质和微量元素而受到消费者的青睐。近年来，随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，矿泉水销量逐步增加，市场需求以10%的速度增长，饮用天然矿泉水现已成为一种时尚。饮用天然矿泉水是在特定的地质条件下形成的、含有一定量人体所需的矿物质和微量元素的地下矿水。矿泉水中，pH值大于7的弱碱水又可以有效中和酸过高而引发的中毒。

全球的天然矿泉水，在地理分布上，主要集中分布在北纬36°～46°地带，被誉为世界“黄金水源带”。因为这一纬度带的高海拔地区，远离人类活动和工业、农业污染，自然环境良好、地质条件特殊，大气降水和冰雪融水也都经过了多年的岩石层天然过滤，从而形成了闻名世界的珍稀水源带。我国是世界上饮用天然矿泉水资源最为丰富、水源地最多的国家，开发潜力十分巨大。由于我国处于独特的板块构造带，复杂的地质构造和频繁的火山及构造运动，为我国饮用天然矿泉水的形成提供了极其有利的地质条件。吉林省又由于其独特的地质条件优势，有着丰富的矿泉水资源，且水质优纯。经过国家自然资源部门鉴定的有三百多处，现已开发利用的也有近百余处。而位于北纬41.35°～42.25°的吉林省长白山地区，正处于“黄金水源带”上。长白山地区矿泉水口感和指标与世界知名品牌的矿泉水极其相近，对人体有益的矿物质和微量元素含量也适当，有部分指标相比一些世界著名的矿泉水，还有一定优势，可以同欧洲的阿尔卑斯山、俄罗斯的高加索山并列为世界三大矿泉水产地。

为了更科学合理地开发吉林省矿泉水资源，并为现代人找到对人体有益的放心水、优质水，进行矿泉水特征分析是极其重要的。本次选取了具有代表性的52处矿泉水水源的水质检测数据来进行饮用天然矿泉水特征分析。

1 地质背景

1.1 概况

吉林省地处中国东北三省中部，北纬40°52′～46°18′，是矿泉水资源大省。各类矿泉水分布广泛，从东南部长白山地区，经中西部松辽平原，到西北部大兴安岭山地，均有天然矿泉水出露，可谓“质优、量大、分布广”。在盛产矿泉水方面，有着特殊的、得天独厚的地理条件和地质构造优势。吉林省的天然矿泉水成群、成带地分布在风景优美、森林茂密、至今保留原始天然状态的东部长白山地区和经济发达、交通便利的中部松辽平原。尤其是长白山地区，是我国少有的矿泉水集中分布区[1]，由于其独特的地质条件和自然环境，大气降水和冰雪融水历经数年的天然岩石过滤，地下水在循环过程中不断溶解岩石的矿物成分和微量元素。长白山地区的天然矿泉水资源具有生态环境优越、资源储量丰富、种类多样等特点，符合欧盟和德国矿泉水标准，并得到自然资源部、国际饮水资源保护组织、国内外知名矿泉水专家的高度赞誉和评价[1]。长白山地区生态环境良好，矿泉水水源地周围居民较少、农业林业等产业活动也较少，水源没有受到污染，对矿泉水资源的开发与保护较为有利[2]。

1.2 地质条件

吉林省天然矿泉水的形成主要基于其独特的地质条件[3，4]。

(1)地质构造复杂。吉林省地处古亚洲构造域华北板块北缘与滨太平洋构造带的叠加部位。地壳经过长期和多次的活动，形成应力集中部位。这种复杂的大地构造为天然矿泉水的形成带来了得天独厚的自然条件。

(2)新构造运动强烈。长白山地区和松辽平原东部是受新构造运动影响的上升区，活动性断裂比较发育，地形相对破碎，沟谷交织，水文网密集，为天然矿泉水的出露提供了有利的动力地质条件。

(3)火山活动频繁。长白山地区从古近系开始，至有人类活动的历史记载，火山喷溢活动剧烈且火山喷溢方式多样。这种频繁的火山喷溢活动与活动性断裂关系密切。频繁的火山活动，提供了丰富的物质来源来促进天然矿泉水的形成。

2 水文地质条件

纵观吉林省的地质、水文地质和构造地质条件，自中生代以后的太平洋板块运动奠定了吉林省以东、中、西三分的地貌景观。即东部为长白山山地、中部松辽平原、西部大兴安岭山地。由此可划分为三个一级地下水单元[5]。

(1)长白山山地地下水单元为丘陵山地，长白山及其周围的火山熔岩台地以及碎屑岩盆地，发育了3条北东向深大断裂构造带及因火山喷发而形成的环状构造裂隙带，为矿泉水的形成、贮存创造了得天独厚的地质条件，地下水在补给、径流、排泄等循环过程中，在高温、高压条件下，经溶滤、离子交换等水文地质化学作用，能溶解围岩中的有益矿物组分和微量元素，使水质中特征有益元素含量大大增高，从而达到了天然矿泉水界限指标的要求，形成了独特的长白山地区天然矿泉水资源。

(2)松辽平原地下水单元为盆地式平原，区内东部高平原边缘，分布有白垩系碎屑岩单斜组成的承压水斜地[6]。整个东部高平原地区呈条带状分布的隐伏断裂富水带，大多数呈NNE向，且比较发育。

(3)西部大兴安岭山地地下水单元为近于准平原化的丘陵，该地区以中酸性火成岩、花岗岩和浅变质岩等基岩裂隙水为主。

3 天然矿泉水的形成机制

矿泉水是从地下深层自然涌出，或者经过人工揭露、并且未受污染的地下矿水。含有一定量的微量元素、矿物盐或二氧化碳等气体。通常情况下，其水温、流量、化学成分等动态因素都相对稳定。矿泉水是在地层深部经过多年循环形成的，符合国家标准规定的限定指标。

根据地质条件、水文地质条件以及热源等因素，全省可划分为6个矿泉水带[7]，即：

(1)长白山火山活动型矿泉水带。包括靖宇、抚松、安图等，由于新生代火山作用，形成大面积玄武岩覆盖层，与下伏灰岩、变质岩形成玄武岩台地。该矿泉水带的特征为高矿化度，水温、水量都较高，游离二氧化碳含量高，多为自流泉形式。

(2)敦密断裂裂隙型矿泉水带。位于敦化、桦甸、蛟河、辉南、磐石等地区的敦密深大活动断裂带上。该矿泉水带的特征为低矿化度、水质呈弱碱性。

(3)伊舒断裂裂隙型矿泉水带。包括伊通、舒兰、九台、双阳等地。矿泉水沿着伊舒断裂带的两侧分布。

(4)中部高平原沉积盆地型矿泉水带。包括长春、四平、公主岭、农安、德惠等地。受四平—长春深大隐伏活动断裂的控制。该矿泉水带分布集中、多为人工揭露形式，且含水层埋藏较深。

(5)山间断陷盆地型矿泉水带。包括延吉、和龙、珲春、汪清山间盆地的地下水。该矿泉水带特征为低水温、低矿化度。

(6)洮白断裂裂隙型矿泉水带。包括洮南、白城、镇赉等地，即西北大兴安岭东缘与嫩江平原过渡地带。该矿泉水带范围较小，且已发现的矿泉水水源地不多。

4 资料的来源与分析项目

4.1 资料来源

根据《吉林省自然资源厅关于2019年度全省矿泉水水源年检结果的公告》，2019年度吉林省矿泉水水源年检合格企业共81家，其中来我所进行矿泉水年检的合格企业有52家。吉林省地质科学研究所是经国家质量技术监督局、吉林省技术监督局计量认证合格单位，曾获国家、部、省级科技成果40余项，是国内首家多目标化探测试质量认可实验室，集地质科研、分析测试、矿业开发为一体的科研单位，可充分确保本次分析数据的真实性和有效性。

4.2 检测依据和检测方法

矿泉水分析评价标准依据《饮用天然矿泉水》(GB 8537-2018)[8]和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[9]，水质采样与检验方法按《饮用天然矿泉水检验方法》(GB 8538-2016)[10]和《生活饮用水标准检验方法》(GB/T5750-2006)[11]。

4.3 检测项目

水源年检共检测55个项目，其中包括感官要求、一般化学指标、界限指标(锂、锶、锌、碘化物、偏硅酸、硒、游离二氧化碳、溶解性总固体)、限量指标、污染物指标。其中界限指标和污染物指标是本次矿泉水特征分析的目标项，可以判断矿泉水的类型，具体界限指标要求详见表1[10]，只要有一项(或者一项以上)指标符合表1 要求，即可评价为该类型的矿泉水。再通过pH值、总硬度(以碳酸钙计)、溶解性总固体、矿物质含量和二氧化碳含量等5个方面，来进行全面地分析和评价我省的优质饮用天然矿泉水资源对当今社会的重要价值。

表1 矿泉水界限指标要求

5 水质界限指标特征分析

通过界限指标和污染物指标来判断我省的矿泉水类型(见表2)。

表2 2019年吉林省52家矿泉水水源地界限指标检测数据表

续表2 2019年吉林省52家矿泉水水源地界限指标检测数据表

5.1 物理指标

吉林省饮用天然矿泉水均为无色、无嗅无味、透明，无肉眼可见物，煮沸无颜色。符合矿泉水评价的感官要求。

5.2 污染物指标

5.3 季节变化

由于吉林省矿泉水为深层地下水，虽然有大气降水补给，但其水量随着季节变化是很小的，动态特征稳定。丰水期、平水期、枯水期水量几乎没有变化或者变化很小，其水温和pH也相对保持不变[9]。

5.4 界限指标

吉林省矿泉水水源地众多，根据《饮用天然矿泉水》(GB8537-2018)判定，矿泉水类型主要以偏硅酸型为主(见表2)，偏硅酸锶复合型次之，52个水源地全部偏硅酸达标，质量浓度范围为28.05 ～ 69.42 mg/L。其中偏硅酸+锶两项达标的有16处，长春7处、吉林5处、龙井2处、通化1处、白城1处；偏硅酸、锂、锶、溶解性总固体、游离二氧化碳5项达标的1处，是位于抚松县松江河镇松山林场的世稀泉，此处矿泉水是吉林省唯一一家5项界限指标均达标的矿泉水，为稀有的复合型天然矿泉水。

6 水质特征元素特征分析

通过pH值、总硬度(以碳酸钙计)、溶解性总固体、矿物质含量和二氧化碳含量来评价我省的优质矿泉水资源所具有的独特优势(见表3)。

表3 2019年吉林省52家矿泉水水源地特征元素检测数据表

续表3 2019年吉林省52家矿泉水水源地特征元素检测数据表

6.1 pH值

众所周知，优质的矿泉水资源应该是呈弱碱性的(pH在7.5～8.5之间)，因为人的体液是呈偏碱性的，若长期处于酸性体质，人就会生病[12]。弱碱水除了pH值大于7呈碱性外，还富含多种微量元素，是尤为上好的饮用佳品，对传输氧气、调节新陈代谢、排除酸性废物和预防疾病是非常必要的。有研究表明，饮用弱碱性水可促进机体在运动时维持身体的正常机能，延缓运动疲劳的产生，提高运动耐力，具有一定的抗运动疲劳作用[13]。弱碱水的好处还有以下几点：

(1)弱碱水渗透性比较强，能够促进人体新陈代谢，改善人体微循环；

(2)弱碱水含有丰富的氧，具有活化细胞的功效，增强人体的免疫能力；

(3)弱碱水能加速体内毒素的清除，溶解性较强，可以快速的被人体吸收。

但如果是含CO2的矿泉水，无论是天然含气的还是人工充气型，均不能单纯以pH值来加以判定。从表1的检测数据来看，52家矿泉水有20家pH值在7.5～8.5之间，其中13家位于长白山保护区，26家pH在7.0～7.5之间，仅有6家pH<7呈弱酸性。

6.2 总硬度(以碳酸钙计)

硬度是水质的一个重要监测指标，是由钙、镁离子的含量来决定的。钙、镁离子在水中是以离子状态存在的，非常容易被人体吸收，水中钙、镁离子适量，能对人体起到很好的补钙作用。高硬度的水，有苦涩味、口感差，饮用后甚至影响胃肠功能。我们平时喝的自来水，煮沸后，常常可以看到水壶上有水垢残留，水垢就是水中的钙镁离子沉淀下来造成的，含有水垢的水，长期饮用对人体肾脏有压力。饮用高硬度的会对人体健康和日常生活造成不利影响，对于皮肤敏感人群，用高硬度水沐浴后身体也会感到不舒服。在日常生活中，用硬度高的水洗衣服不仅会使肥皂不易起泡沫，丧失了去污能力，而且还会使衣物纤维变硬发脆[14]。从表1的检测数据上来看，52家矿泉水中，有46家矿泉水的总硬度都在150 mg/L以下，属于Ⅰ类水范畴，有5家矿泉水的总硬度都在150～300 mg/L，属于Ⅱ类水范畴[15]。总硬度适量，是对人体有益的矿泉水。

6.3 溶解性总固体

指在水中所含能溶解于水中的固体物质的总量，一般来说，小于1 000 mg/L的矿泉水，在饮用上口感较好，而大于1 000 mg/L的高矿化度矿泉水，则会对内分泌系统、心血管系统、肾脏代谢系统以及泌尿系统，都有更好的疗养作用。在欧洲国家，高矿化度天然矿泉水经正规机构检测并出具报告后可称为“疗养水”。从表1检测数据来看，52家矿泉水水源地中，只有世稀泉的矿化度高达2 828.9 mg/L，能对人体代谢起到很好的疗养作用，可作为疗养水。其他51家矿泉水水源地，溶解性总固体均小于1 000 mg/L，饮用口感最佳。

6.4 矿物质含量

水中的矿物质含量应该适当，特别是一些特殊的矿物质含量必须均衡，否则会影响矿泉水的口感。例如钙离子含量适当时水会略带甜味；铁化合物含量过高时水则有收敛味；镁离子含量过高时水有苦味等。从表1中52家水源的检测结果来看，有51家钙离子质量浓度小于70 mg/L，50家铁化合物小于0.4 mg/L，51家镁离子质量浓度小于25 mg/L。这些矿物质含量范围均不会对矿泉水口感造成太大影响。正是这些微量元素的存在，对人体的新陈代谢起着举足轻重的作用。例如：钾、钠是汗液的重要成分，维持着体液的电离平衡，同时在神经传输中起着无法替代的作用；钙则是组成牙齿及人体骨骼的主要元素，控制着人体的神经系统尤其是青少年神经系统的发育，同时还影响肌肉的兴奋程度；铁则是人体血液中血红蛋白的重要组成元素，负责向体内运输氧气，同时将二氧化碳运出体内。总而言之，水中的矿物质对健康有着极其重要的作用。

6.5 二氧化碳含量

游离二氧化碳的存在，增加了矿泉水的口感，喝起来更加爽口。含有二氧化碳的水在一定程度上有助于调节血液中的酸碱程度，利于维持酸碱失衡的状态，还可以促进新陈代谢，保证机体代谢废物以及毒素排出，加速胃肠蠕动来缓解便秘，对于晕车的现象也有一定的缓解作用。另外可清除身体自由基，改善皮肤状态，提高身体免疫力。餐前适量的喝些二氧化碳水还容易产生饱腹感，有助于减肥。52家水源中均含有一定量的二氧化碳，其中有51家水源地二氧化碳质量浓度范围在1.93～30.88 mg/L，仅有作为疗养水的世稀泉二氧化碳质量浓度高达564.50 mg/L。

7 结论

通过以上分析，可总结出吉林省矿泉水资源具有水质优纯、分布范围广、量大的特点，特别是长白山地区，是世界上少有的矿泉水集中分布区。我省的矿泉水资源以偏硅酸型为主，偏硅酸锶复合型次之。偏硅酸型矿泉水的好处是：硅是与人体长寿有关的必须微量元素，具有软化血管、美容、抗衰老的作用，还能增加软骨强度和结缔组织的弹性，同时促进牙齿和骨骼的发育，有利防止骨质疏松，有研究显示，硅还能保护心脏、预防高血压，降低心脑血管的患病率和死亡率。不少疾病均与缺硅有关，缺硅可导致骨骼异常、畸形、牙齿及釉质发育不良，在饮水中，氟含量相同的情况下，硅含量越低，龋齿的发病率则越高[16]。硅还具有维持血管正常弹性的功能，在硬化的血管壁上，硅的含量都低[16]，动脉硬化必然导致人体衰老。在英国饮水硅质量浓度为17 mg/L的地区人群中，由于冠心病而致死率较高[17]。而硅在水中的溶解度很低，易被人体吸收，能有效的维持人体的生理机能和电解质平衡。由此可见，硅对长寿是十分有益的。

同时，优质的水源应同时满足pH值、总硬度(以碳酸钙计)、溶解性总固体、矿物质含量和二氧化碳含量以上5个条件，而优质的矿泉水应该是纯天然的，各项指标符合国家标准的。市面上很多瓶装水被人们误认为是矿泉水，其实有很大一部分是纯净水或其他水。在中国，矿泉水在所有包装水中是最为严格，也是规范性最强的，因为想作为矿泉水被开发利用，要有专门的勘查标准、分析标准、检验标准、水质标准、卫生标准等。

吉林省是水质天然、纯净、无污染、偏硅酸含量高的优质天然矿泉水水源地集中区。这些优质的矿泉水，成为人们日常饮用的健康水、放心水。要大力宣传和推广，科学利用、合理开发、防止生态环境遭受破坏，以确保吉林省的饮用天然矿泉水资源永续利用。