柴达木盆地矿泉水资源前景和开发利用条件

2021-09-10党学亚顾小凡曾庆铭

西北地质 2021年3期

党学亚，顾小凡，曾庆铭

(1.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西西安 710054；2.陕西省水资源与环境工程技术研究中心，陕西西安 710054；3.中国地质调查局干旱-半干旱地区地下水与生态重点实验室，陕西西安 710054)

饮用天然矿泉水因含有益于人体健康的微量元素，越来越多地成为了人们健康饮水的重要选择(葛文彬等，2008；曹彩杰，2010)。目前，全球主要有中国、法国、德国、意大利、俄罗斯、美国、奥地利、比利时、西班牙等矿泉水生产国(田廷山，2001；洁，2016)，形成了法国的阿尔卑斯山、俄罗斯北高加索山以及中国吉林长白山三大矿泉水产业基地(王卓铭，2011；陈守则等，2013；崔玮，2015)。据不完全统计，中国市场上销售的矿泉水多达百种以上，销售份额较大的有十几种，但高端矿泉水始终以欧洲品牌为主导(罗明薇等，2014)。随着中国东部人口密集区水污染的加重、城市边界向近郊水源地的扩张以及人们对健康的重视，向“梵天净土”拓展水源，开发包括天然饮用矿泉水在内的包装水产品，提供安全、优质的饮水已成为打造品质饮水的新趋势。青藏高原无疑是理想取水之地，已开发出了西藏5100冰川矿泉水和昆仑山矿泉水2个品牌的天然饮用矿泉水(许张乔，2012)。柴达木盆地位于青藏高原之上，区内地下水来自于降水和冰雪融水，无论是盆地的山区还是山前平原都有优质的地下水源分布。同时，从盆地众多盐湖地下卤水富含锶、锂可见，区内地下水完全具备形成优质矿泉水的地质和水文地质条件。找到符合国家饮用天然矿泉水标准的地下水将为柴达木循环经济试验区发展绿色矿业经济增添重要的资源支撑。开发矿泉水也将丰富区内矿业经济发展的模式，为资源环境约束趋紧条件下青藏高原的生态保护做出积极贡献。2016～2018年中国地质调查局部署了“柴达木盆地巴音河—塔塔凌河流域1∶5万水文地质调查”工作，项目组对格尔木市、德令哈市、大柴旦行委、乌兰县及都兰县境内地下水进行了锶(Sr)、锂(Li)、锌(Zn)、硒(Se)、偏硅酸(H2SiO3)、游离二氧化碳(游离CO2)、溶解性总固体(TDS)等7种矿泉水界限指标含量检测。依据检测结果，笔者梳理了调查点的水质特征和矿泉水资源线索，在比照国内外矿泉水品质的基础上，结合地下水资源量、水文地质条件、交通条件综合评判了矿泉水品质、资源优势及开发利用前景，圈定了可供进一步调查评价的水源地靶区，以期支持柴达木循环经济试验区绿色发展。

1 环境概况及水文地质特征

1.1 环境概况

柴达木盆地面积达276.2×103km2，是由昆仑山、祁连山、阿尔金山三面环抱所形成的一个巨型山间盆地(党学亚等，2019)。盆地山区海拔大致在3 200～6 880 m，有雪山、冰川、冻土和高山草甸；平原区海拔在2 670～3 200 m，从山前向盆地中心，地貌形态依次为戈壁砾石带、细土平原带及盐沼平原。盆地矿产资源丰富，素有“聚宝盆”之称。为此，国家在此设立了柴达木循环经济试验区，以推动资源节约集约利用，其中能源和矿产资源开发主要集中在盐沼平原和局部山区，农牧业开发生产主要在山前绿洲带。因地域辽阔，受人类活动影响较小，区内的自然环境总体上保持着天然状态。

1.2 水文地质特征

柴达木盆地多年平均降水量在300 mm以下。平原区降水多在150 mm以下，东南部多，在50～150 mm；西北部少，多在50 mm以下。山区降水量相对较大，可达150～300 mm。降水及冰川、雪山融水不仅为山区的岩溶孔洞裂隙水、火成岩和变质岩基岩裂隙水提供了良好的水源补给，同时也通过河流输入盆地内部，在山前冲洪积平原渗入地下形成了丰富的第四系孔隙水。从山区起源至进入平原区湖泊被蒸腾蒸发，地下水总体经历了2个补给—径流—排泄过程。第一个补径排过程发生在山区，补给水源进入岩石孔洞、溶隙、裂隙或松散层孔隙径流运移，之后以泉水和潜流等形式排泄，汇入山区河谷成为河水；第二个补径排过程发生在盆地平原区，从河流出山开始，约有50%～90%的河水在山前冲洪积扇区中后部河谷渗入地下，之后向下游径流运移，大部分在戈壁砾石带与细土平原接触带溢出地表，形成泉集河再流入终端湖；未溢出的部分保持潜流进入终端湖泊。整个补径排过程中，地下水与围岩不断进行矿物质交换，累积了多种微量元素。使其中的一部分水质达标，成为天然饮用的矿泉水或具有医疗保健作用的医疗热矿水。

2 样品采集与分析测试

2.1 样品采集

根据柴达木盆地的水文地质条件和自然环境条件，项目在格尔木市、德令哈市、大柴旦行委、乌兰县及都兰县境内选取了30个地下水点进行采样，包括3个产出于山区碳酸盐岩的泉水，2个产出于内部平原区火成岩断块山裂隙的泉水，25个产出于山前冲洪积平原和冲湖积平原第四系砂层、砂卵砾石层或含泥砂卵砾石层的井水或泉水进行采样，时间主要在2017年4月～2018年9月，共采集水样34件(图1、表1)。其中，KQ6-1与KQ6-5、TK1-1与TK1-2、TK2-1与TK2-2分别取自3眼水文地质勘探井的上层和下层地下水；对DL5点第一次检测出现的Zn达标这一不寻常情况，于2019年12月再次进行了采样复检。水样采用2.5 L塑料壶在出水口灌装。灌装前洗净样壶，满装后盖封，再用胶带进一步密封壶口并及时交付资质单位检测。

1.第四系井水采样点及编号；2.第四系泉水采样点及编号；3.火成岩泉水采样点及编号；4.岩溶泉水采样点及编号图1 柴达木盆地矿泉水采样点分布图Fig.1 Distribution map of mineral water sampling in Qaidam Basin

2.2 分析测试

检测工作主要由青海省水文地质工程地质环境地质调查院检测中心完成，DL5复检样由陕西工程勘察研究院水土测试中心完成，执行的标准为GB/T8538.4.38-2008、GB/T8538.4.32.3-2008、GB/T8538.4.39-2008、GB/T8538.4.8.2-2008、GB/T8538.4.35.1-2008、GB/T8538.4.24.2-2008、GB/T8538.4.18.1-2008、GB/T8538.4.25.1-2008、GB/T8538-2016。

3 结果与讨论

3.1 结果

表1中的34件样品检测结果显示：Li达标的32个，达标率91%；锂达标的1个，Zn达标者1个，TDS达标的5个，H2SiO3、游离CO2、Se未达标，其中，①Sr含量在0.33～2.47 mg/L，量值普遍较高。②Li在诺木洪河源头雪山的1#岩溶泉水达标，含量为0.32 mg/L，其他地段未达标，但大柴旦塔塔凌河平原—鱼卡谷地一带含量达到0.06～0.15 mg/L，接近标准值。③Zn在乌兰卜浪沟DL5首样中含量为0.228 mg/L，达标；复检样含量为0.034 mg/L，未达标，但明显高出其他水点，谨慎考虑认定为不达标。④TDS含量在228～2 822 mg/L，达标水点为诺木洪河源头雪山的2个岩溶泉水、乌兰赛什克村火成岩断块山泉水、都兰湖南岸火成岩泉水及大柴旦绿梁山南侧的第四系泉水；其余水点的TDS均小于1 000 mg/L，在塔塔凌河平原低至220～400 mg/L。⑤H2SiO3含量为7.72～20.5 mg/L，均未达标。⑥游离CO2含量均低，未达标，但诺木洪河源头雪山的2个岩溶泉水达到65.6～92.2 mg/L，明显高出其他水点。⑦Se含量均小于0.000 25 mg/L，未达标。

表1 柴达木盆地矿泉水测试结果一览表Tab.1 Test data of mineral water in Qaidam Basin

3.2 讨论

3.2.1 矿泉水品质与水源条件

全球矿泉水资源较为丰富。中国已查明的矿泉水源达3 500处以上(宁波等，2010；许张乔，2012)。据文献资料(韩凤财，1994；张洁萍，1995；刘永林等，2013；吴立新，2014；郑勇等，2015；董海胜等，2016；廖先远等，2017；苏春田等，2017；新华社，2017；杨章贤，2018；多晓松，2018；崔云祥等，2018；敬海霞等，2018；张援军等，2018；王佳武，2019；苏宏建等，2019)：最常见的是Sr型矿泉水(表2)，Sr含量多在0.2～2.5 mg/L。其次是H2SiO3型矿泉水。其三是TDS型矿泉水。最少的是Li、Zn、Se、游离CO2型矿泉水，其资源稀缺水源数量为个位数，其中：Li含量为0.2～1.76 mg/L，目前达标的地下水出现在西藏5100矿泉水水源地以及新疆乌鲁木齐水磨沟和于田县、山西天镇县、河北沧州、山东淄博、安徽芜湖的个别地段；Zn含量为0.23～1.39 mg/L，达标的地下水仅出现在捷克萨奇苦味矿泉水源地及安徽滁州的琅琊区和霍山县局地；Se含量为0.01～0.04 mg/L，达标的地下水仅出现在陕西紫阳县、石泉县、汉滨区及河南洛宁县局地；游离CO2达标的地下水仅出现在法国巴黎水以及黑龙江五大连池、安徽芜湖和滁州局地。比较可见，柴达木盆地地下水具有独特的品质特征：①Sr含量高于或与其他地区相当，大柴旦塔塔凌河冲洪积扇、鱼卡河谷地地下水Sr含量相对稍低，但Li含量相对较高，同时低硫酸盐、低氯化物、低硬度、低矿化度，口感较好，是非常难得的饮水水源；素棱郭勒河与柴达木河源头沙漠地带的地下水，高Sr的同时Li、Zn含量较高，这显著提升了区内矿泉水的品质。②Li达标的诺木洪河源头1#岩溶泉，Sr和TDS也同时达标，并含有较多的CO2气体，与西藏5100冰川矿泉水类似且有独特之处。综上认为，区内地下水具有开发Sr型矿泉水、含Li或含Zn的Sr型矿泉水，以及Li-Sr-TDS复合型、Sr-TDS复合型矿泉水的资源前景。

表2 已查明和在售矿泉水的界限指标含量一览表Tab.2 List of identified and sold mineral water limit index contents

对矿泉水开发而言，按目前国内外的生产状况，一般中型水源地的水量(日产水能力10×103～50×103m3)即可满足要求。据实地调查以及王永贵等2008年完成的《柴达木盆地地下水资源及其环境地质问题调查评价报告》、党学亚等2019年完成的《柴达木盆地地下水调查报告》，各井水样点地段地下水的补给和储存条件良好，基本处在单井涌水量3 000～5 000 m3/d的强富水区能够建设中型以上水源地的富水地段；泉水采样地段地下水多以泉群形式产出，单泉流量多在100 m3/d以上。因此，区内开发矿泉水有充足的水源保障。

3.2.2 矿泉水产业动向与市场前景分析

2019年4月17～18日中国饮料工业协会天然矿泉水分会在海口召开第十三次会员大会，以“呵护自然、品位天然”为主题，积极布局新水源、增加产能、扩大容量成为饮料行业的新动能，生产高端矿泉水已逐渐成为趋势(许张乔，2012)。目前，中国市场销售的大部分为普通矿泉水，少数为高端矿泉水，二者的价格相差悬殊。公认的高端矿泉水基本标准是资源的稀缺性和水源环境纯洁性，即水源品质独特和水源环境天然洁净无污染(王卓铭，2011；罗明薇等，2014；现代营销(经营版)编辑部，2016)。如西藏5100冰川矿泉水、昆仑山矿泉水、湖北芙丝矿泉水、黑龙江五大连池矿泉水，以及法国巴黎水、依云矿泉水、意大利圣培露矿泉水均占有这两方面的优势。柴达木盆地地下水具备的稀缺品质和几乎天然的环境状态，无论是开发普通矿泉水还是开发高端矿泉水均有突出的资源环境优势。如果能形成产业，并加以长期开发，柴达木有望成为中国继长白山之后又一高品质饮水产业基地。从发展趋势看，把矿泉水列入柴达木盆地的矿产资源开发利用规划符合饮料行业新动能要求，依托矿泉水发展绿色矿业经济前景广阔。

3.2.3 生产和交通运输条件

柴达木盆地土地广人稀，矿泉水开发可选择的水源靶区多，建厂选址较容易。同时，丰富的水能、光能和风能发电可为设施建设和产品生产提供可靠的动力保障。加之，青藏铁路、格(尔木)敦(煌)铁路、格(尔木)库(尔勒)铁路，以及国道G109、G3011、G315和西宁至格尔木、德令哈与大柴旦高速公路构成的交通网络四通八达，便于产品运输。故柴达木开发矿泉水具有良好的产运条件。

3.2.4 水源靶区与开发利用建议

根据采样地段的水文地质条件、环境状况和地下水资源量，目前区内可圈定10处水源靶区开展天然饮用矿泉水调查评价，其中，大柴旦塔塔凌河冲洪积扇、鱼卡河谷地为含Li的Sr型矿泉水靶区；德令哈柏树山，乌兰县的都兰湖南岸、都兰湖西岸、金子海，都兰县柴达木河源头的铁奎滩沙区，格尔木冲洪积扇西翼格茫公路北侧等地段为单纯的Sr型矿泉水靶区；素棱郭勒河中游翻浆滩为含Li、Zn的Sr型矿泉水靶区；都兰县诺木洪河源头雪山岩溶泉水出露地段为含CO2的Li-Sr-TDS复合型矿泉水靶区。考虑交通、电力设施和市场等因素，建议：首先在交通和电力保障好的大柴旦塔塔凌河平原、鱼卡谷地以及素棱郭勒河中游翻浆滩开展调查评价；其次是在德令哈柏树山，乌兰县的金子海、都兰湖周边，柴达木河源头铁奎滩沙区、格尔木冲洪积扇西翼、诺木洪河源头雪山等地开展调查评价。同时，根据柴达木盐湖卤水和那棱格勒河流域地下水富Li的情况(韩凤清，2001；马东旭等，2009；展大鹏等，2010；乜贞等，2010；董启伟等，2018)，建议及早在盆地西部地区开展Li矿泉水专项调查，进一步发掘稀缺矿泉水资源。