江西赣中某矿泉水水资源水质分析及成因研究

韩政兴，夏 冰，黄毓琼，王国峰，刘秀明

（1.江西省地质局二二六地质队，江西 萍乡 337000 2.江西省煤田地质勘察研究院，江西 南昌 330001 3.江西省生态环境科学研究与规划院，江西 南昌 330000）

1 项目概况

1.1 构造及地层发育情况

项目位于赣中地区，属于罗霄—诸广隆起，在江西省饮用天然矿泉水类型及资源潜力分区图中属于高潜力区范畴，属于罗霄—诸广中低山裂隙水（区）亚区，具有较好的矿泉水成矿地质背景。项目区地层有寒武系中统高滩组、上统水石组、奥陶系下统茅坪组、泥盆系中统云山组、第四系全新统联圩组及早志留世万洋山序列的中细粒似斑状黑云花岗等，区内主要受诸广山导热断裂群的临川—遂川北东向断裂带影响。

1.2 区内水文地质特征

勘查区内的水主要储存在花岗岩的裂缝、间隙中，富水等级划分属于构造裂隙水水量中等区。按地下水赋存条件划分可分为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两种类型。第四系松散岩类孔隙水含水层厚度一般为3.62～11.22 m，水位埋深1.0～4.3 m。单井出水量为49.49～695.65 t/d，渗透系数为10.50～98.65 m/d，水质类型为HCO3-Ca，矿化度为0.07～0.11 g/L，pH值为6.2～6.8，所以，属于水量中等—贫乏。基岩裂隙水为早志留世万洋山序列中粒似斑状黑云二长花岗岩含水岩组：主要为灰色—深灰色中粒似斑状黑云二长花岗岩、中细粒似斑状黑云花岗闪长岩，构造裂隙较发育，含裂隙水。其中，径流模数为1.03～5.58/秒·平方千米，泉流量为0.03～0.28 L/s；水质类型为HCO3-Na-Ca，矿化度为0.085～0.106 g/L，总硬度为16.01～25.12 mg/L，pH值为6.8～7.53，所以，属于水量中等—贫乏。

项目区矿泉水的补径排条件为：矿泉水的主要补给来源为大气降水及上部第四系松散岩类孔隙水的垂直渗入补给、地表径流补给。其次为F1断裂构造裂隙水的侧向补给，而地下水径流方向受地势的影响，大致是由北西向南东径流。在天然状态下，F1断裂构造裂隙水是以散流或泉水的形式排泄，但在人工开采后，则以井采排泄为主，散流或泉流次之[1]。

2 勘查工作情况

本次勘查工作的方法是：工程测量、1:1万水文地质调查、地下水动态监测、高密度电法测量、水文地质钻探、样品采集及测试、综合报告研究等。主要实物工作量为：1:1万水文地质调查1.69 km2；高密度电法测量295点（点距10 m）；水文地质钻探450 m/5孔；依次完成单孔抽水试验、多孔抽水试验。矿泉水分析16组+放射性13组+微生物12组，水质分析10组（H2SiO3+F-），动态观测1个水文年[2]。具体内容详见表1。

通过表1可以看出，完成5个孔的水文地质钻探、抽水试验、岩性编录及样品测试工作。钻探工作共完成总进尺为450.21 m，提交涌水量为283.38 m3/d。

表1 完成的实物工作量一览表

3 理化性质和水质分析

本次工作在丰、平、枯水期均有采样，并进行了水质分析，共采集水样41组，其中水质全分析16组，放射性分析13组，微生物分析12组。

3.1 矿泉水物理性质

勘查区矿泉水泉水清澈透明，无色（色度为0.6～3.0 ＜15）、无臭、微甜可口，无悬浮物（浑浊度为0.18～0.96 ＜5）。其取样存放一年以上均未发现沉淀物。水温常年保持恒定在19～21 ℃左右，属于低温矿泉水。通过打孔测定，ZK02孔pH平均值为7.23，ZK05孔pH平均值为7.06，均为中性水，因此该区域的矿泉水具备非常优质的物理性质和品质。

3.2 矿泉水水化学特征

综合分析本区矿泉水的主要阳离子为钙、钠离子。其中，钙离子含量为11.14～12.76 mg/L，平均含量为11.85 mg/L，占阳离子摩尔数的53.04%；钠离子含量为7.58～8.17 mg/L，平均含量为7.97 mg/l，约占阳离子摩尔数的38.26%；其他阳离子还有K+、Mg2+、Al3+等。阴离子的类别主要为重碳酸根，并且重碳酸根含量为56.69～61.03 mg/L，平均含量为59.06 mg/L，占阴离子摩尔数的89.43%。其次是Clˉ、SO42ˉ、NO3ˉ、Fˉ等。通过对以上阴、阳离子的变化情况实时监测，从2019年4月开始，为期四年，将监测结果和其他单位的检测结果进行对比分析后发现，该区域矿泉水中所富含的阴、阳离子分别为HCO3-、Ca2+和Na+。对各阴、阳离子在水中的比例对比进行计算，分析该区域水质的化学类型，可知该区域矿泉水为重碳酸钙钠型（HCO3--CaNa）[3]。

3.3 矿泉水水质评价

经一个水文年以上的实测监控表明，该矿泉水物化性质具有很高的稳定性。主要组分K+、Na+、Ca+、Mg2+、Cl-、SO42-HCO3-、溶解性总固体等，均为稳定组分，且不随季节变化而变化。同时，矿泉水的物理形状以及优良色度为0.6～3.0≤15，浑浊度为0.18～0.96≤5，没有任何异臭、异味及肉眼可见物，其甘爽可口、清澈透明。该矿泉水的水化学类型为重碳酸钙钠型，总矿化度为117.26 mg／L，属于低矿化度的矿泉水，总硬度平均值为24.24 mg/L，属极软水。pH平均值为7.06，属于中性水。在该矿泉水中未检测出大肠菌群、粪链球菌、铜绿假单胞菌、产气夹膜梭菌，因此，该矿泉水未受到任何污染。其中，偏硅酸（H2SiO3）平均含量为34.14 mg/L，已达到国家标准界限指标大于30 mg/L的要求，属于偏硅酸矿泉水。所以，该矿泉水各项指标均符合国家标准，既属于饮用天然矿泉水，又具有医疗矿泉水的特性。

4 矿泉水成因研究

（1）勘查区内加里东期岩浆活动形成的地球化学环境为矿泉水的形成奠定了物质基础，本区早古生代岩浆活动强烈，岩性以致密块状灰色中粒似斑状黑云二长花岗岩为主，其SiO2为72.28%，和地下水混合后，其中的一些非晶质二氧化硅物质会溶于地下水中，从而使水中含有丰富的偏硅酸成分。根据GB 8537—2018《饮用天然矿泉水》[4]中偏硅酸的含量要求，当地下水中的偏硅酸含量满足标准中的相关要求后，同时该地下水中的微生物、污染物等其他相关指标也满足标准要求时，该区域的地下水便属于偏硅酸型的矿泉水。

（2）由于该勘查区的地质结构特殊，使矿泉水的产生和流动获得了天然条件。早志留世，矿区处于挤压隆起状态，从而形成了新的地质断裂带，这样当地下岩浆流动时就会沿着这些断裂带区域不断上升，而岩浆的不断流动和多次喷发，也使得地质中的断裂层不断发育，构造也越来越复杂。后期岩浆的活动会对前面已经喷发出的岩浆产生一定的影响，最终产生很多孔洞和裂隙，之后再受到地质裂隙的长期影响，最终形成了富含大量孔洞裂隙网络的地质结构，从而让地下水的留存和流动拥有了非常优厚的天然条件。因此，地下水在这样的地质环境中通过流动获得了大量的非晶质二氧化硅、碳酸钙和钠等多种矿物质，于是进行了天然的溶滤和水解。

在矿区的上游区域，自然降水渗入地下后，会对地下的非晶质二氧化硅进行不断的溶解，从而使得该区域的地下水中富含大量的偏硅酸，在重力和地质结构的作用下，不断的流向地势更低的区域。如此不断重复，已经存在于地下的水质不断的溶解非晶质二氧化硅，同时新的降水也在不断地流入地下并循环以上过程，从而该区域产生了大量的偏硅酸型矿泉水。由于地下水在渗入地下和在地下流动的过程中，有一些地下水会向断裂带深处继续渗透，在和碳酸盐岩类混合后，再次受到地下高温、高压的作用而产生化学反应，会对岩中的非晶质二氧化硅产生溶解作用，且产生游离的二氧化碳，所以，最终形成的矿泉水具有偏硅酸、重碳酸钙钠的特点。

（3）该区域降水资源丰富，每年的降水量多达1 400 mm以上，使矿泉水具备了天然的产生条件，并为矿泉水的形成提供了充足的物质基础。所以，该区域内矿泉水产量丰富，品质稳定，泉眼集中，这些天然优势让矿泉水有了天然的、稳定的开发基础。

（4）有利的地形地貌条件也是矿泉水形成的必要因素。一般情况下，矿泉水出露于山坡下地势低洼处，通过泉眼的形式流动出来，最终形成了天然矿泉水。

（5）该区域80%都被植被所覆盖，所以，高植被覆盖率呼吸作用加强，具备了优质的天然环境和丰富的植被条件。丰富的植被资源会让降水在地表的流动速度得以减缓，一方面减缓了地表水的径流速度，另一方面避免或减少了水土流失现象的发生，降水的径流强度降低，也会使地下水在同样的时间内可以储存更多的水量，从而增加了地下水对季节变化的应对能力，让矿泉水资源更加充足、稳定。同时，水解反应时如果有CO2加入，反应会更加剧烈。因高植被覆盖率会使土壤呼吸作用加强，这在一定程度上使地下水中的游离CO2和HCO3-含量富集，偏硅酸会在水中以胶体形式存在，部分直接浸入水中，部分被高岭石吸附沉淀并在特定环境中释放到水中，形成本区矿泉水中的偏硅酸。

5 结语

本文简述了花岗岩型断裂构造矿泉水的地质背景，研究了矿泉水的勘查成果，对水质情况进行了分析，得出了本区矿泉水属于偏硅酸型矿泉水，属于饮用天然矿泉水。重点对矿泉水的成因进行了研究，阐述了其蕴藏条件，梳理了水文地质条件补径排关系，研究了偏硅酸的形成和富集机理。