甘肃省河西地区锶矿泉水富集分布规律和水质特征分析

2023-09-27刘延兵张彦林刘海生文美兰

城市地质 2023年3期

刘延兵　张彦林　刘海生　文美兰

摘要：在甘肃河西地区采集水样点231个，锶含量为0.10～2.67 mg·L-1，最高值达2.67 mg·L-1，达到饮用天然矿泉水界限含量（锶含量≥ 0.40 mg·L-1）的水样点171个，占全部水点的74.0%。按各地貌单元统计，走廊平原区含锶矿泉水点占水点总数的比例最高，走廊平原区地下水中有利于锶的富集；从地下水类型分析，第四系地下水中含锶矿泉水点数量最多，其次为地表水体，基岩矿泉水点较少；从各类型水中锶含量达到矿泉水标准的比率分析，基岩地下水锶矿泉水达标率最高，其次为第四系地下水，地表水达标率较低。依据甘肃河西地区锶矿泉水富集分布规律和水文地质特征，结合地形地貌等要素，划分出走廊平原区第四系锶矿泉水富集区和山地锶矿泉水富集区2个大区，细分了13个小区。

关键词：锶矿泉水；富集分布规律；水质特征分析；河西地区；甘肃省

Strontium mineral water enrichment， distribution and water quality characteristics in Hexi Region of Gansu Province

LIU Yanbing1， ZHANG Yanlin1， LIU Haisheng2， WEN Meilan3

（1.Gansu Institute of Geological Survey， Lanzhou 734000， Gansu， China；

2.Gansu Hydrogeology and Engineering Geology Survey Institute， Lanzhou 734000， Gansu， China；

3.Guilin University of Technology， Guilin 541004， Guangxi， China）

Abstract： Based on a comprehensive analysis of regional hydrogeological conditions， 231 water points collected in the study region were tested and analyzed. The strontium content ranged from 0.10～2.67 mg·L-1， and the highest strontium content reached 2.67 mg·L-1. There were 171 water points with strontium content ≥ 0.40 mg·L-1， which reached the threshold of drinking natural mineral water， accounting for 74.0% of all the water points. According to statistical analysis， in Hexi Region of Gansu Province， the proportion of strontium mineral water points reaching the threshold content standard in each geomorphic unit to the total number of water points investigated in the region is the highest in corridor plain， which is conducive to the enrichment of strontium in groundwater of the corridor plain. According to the analysis of groundwater types of strontium mineral water， the number of strontium mineral water points produced in quaternary groundwater is the largest， followed by surface water， and the number of bedrock mineral water points is less. According to the analysis of the rate of strontium content reaching the standard of mineral water in various types of water， the rate of strontium mineral water in bedrock groundwater is the highest， followed by quaternary groundwater， and the rate of strontium mineral water reaching the standard is low.

Keywords： strontium mineral water; enrichment and distribution law; analysis of water quality characteristics; Hexi Region; Gansu Province

鍶元素广泛存在于土壤、海水中，是一种人体必需的微量元素（陶勇等，1993；吴茂江，2012；位秀丽等，2020），锶与人体健康的关系主要表现在生理作用方面（张建江等，2021），具有防止动脉硬化、防止血栓形成的功能（曾昭华等，1996）。富锶矿泉水是天然饮用矿泉水中的主要类型，甘肃省的矿泉水类型主要为锶型矿泉水和以锶型为主的复合型矿泉水（张家峰等，2021；张彦林等，2020）。前人取得多项锶矿泉水富集特征研究成果，锶元素在矿物溶解释放的过程中具有一定的选择性（王兵等，2009），决定矿泉水中锶含量的因素与化学环境无多大关系，主要决定于岩石中锶元素含量、溶滤时间及温度条件（贺秀斌，1997），与沉积速率、介质环境、矿物结晶体生长机制和生物聚集关系密切（许佩瑶等，1997），矿泉水中锶富集的最有利的环境是碳酸盐岩地层，其次是碎屑岩地层（刘庆宣等，2004；王玉功等，2009）。省内的饮用矿泉水勘查研究工作始于20世纪80年代中后期，近30年来在全省范围内勘查评价了40余处矿泉水点（甘肃省地质调查院，2014—2015），由于已有的勘查研究工作只是零星的点上勘查评价，全省饮用矿泉水资源的家底和分布规律尚不清楚。依托甘肃省地质调查院于2015—2016年承担完成的省国土资源厅“甘肃省矿泉水调查项目”所掌握的资料及最新水质测试分析数据，笔者在全面分析区域水文地质条件的基础上，分析甘肃河西地区锶矿泉水富集分布规律和水质特征，圈定锶矿泉水的集中富集区，探讨矿泉水勘查的有利靶区，为甘肃省天然矿泉水的勘查开发利用提供一定参考。

1 区域水文地质条件

甘肃省西部地区构造复杂，地形地貌多样。各区域的水文地质条件复杂多变，地下水类型复杂多样，水文地质条件差异很大。根据区域地质构造、地貌特征及地下水赋存条件将西部地区划分为阿尔金山—祁连山区、河西走廊平原区和北山区3个水文地质单元区（图1）。

1.1 阿尔金山—祁连山水文地质特征

根据地下水赋存条件及含水介质特征分为中高山区基岩裂隙水、中高山区碳酸盐岩类裂隙溶洞水、中低山區碎屑岩类孔隙裂隙水和山间盆（谷）地松散岩类孔隙水。1）中高山区基岩裂隙水，主要赋存于变质岩、火山岩、侵入岩的表层风化裂隙、构造裂隙及断层破碎带中。地下水矿化度一般小于0.5 g·L-1，平均地下径流模数1～5 L·s-1·km-2，自西向东渐趋丰富。疏勒河流域为0.5～2 L·s-1·km-2，黑河流域为2～5 L·s-1·km-2，石羊河流域为5～14 L·s-1·km-2。2）中高山区碳酸盐岩类裂隙溶洞水，主要分布于陶莱山、陶莱南山和疏勒南山等疏勒河上游，海拔一般大于3 500 m，含水层主要由侏罗系、三叠系、二叠系和石炭系灰岩构成。3）中低山区碎屑岩类孔隙裂隙水，主要赋存于白垩系和古近系、新近系碎屑岩孔隙—裂隙中，分布于浅山地带和山间盆（谷）地周边。地下水化学类型复杂多样，矿化度一般0.8～1.5 g·L-1，个别地段大于3 g·L-1。4）山间盆（谷）地松散岩类孔隙水，主要赋存于山间盆（谷）地中，主要的山间盆（谷）地为苏干湖盆地、昌马—石包城盆地、疏勒河谷地、野马河谷地、党河谷地、哈勒腾河谷地、陶莱河谷地、野马大泉谷地、黑河上游谷地、八宝河谷地。地下水质优良，矿化度0.2～0.5 g·L-1，水化学类型以HCO3-—Ca2+·Mg2+型水为主。

1.2 走廊平原区水文地质特征

走廊平原区堆积有巨厚层的第四系松散层，赋存有丰富的地下水资源，其主要含水层位为中上更新统—全新统的砂砾卵石层。该含水层为山前冲洪积堆积，自南向北分为“扇形砾石平原潜水带”与“细土平原承压水带”，构成潜水—承压水系统。根据地下水的补给、径流及排泄条件，走廊平原区可划分为石羊河、黑河和疏勒河三大流域水文地质单元；受构造及基岩隆起分割，又分为南、北两列水文地质盆地，南盆地主要包括武威盆地、张掖盆地、酒泉盆地、玉门－踏实盆地等；北盆地主要包括民勤盆地、金塔－花海盆地、瓜州—敦煌盆地等。

走廊平原地下水水质呈现明显的水平分带特征，自南而北可划分为淡水带、咸水覆盖下的淡水—微咸水带和咸水带3个带。淡水带分布于南部盆地的大部分地区和北盆地南部，面积占走廊平原的1/2以上，地下水矿化度0.21～0.96 g·L-1，地下水化学类型为重碳酸盐型；咸水覆盖下的淡水—微咸水带分布于南盆地北部和北盆地大部分地区，其中南盆地北部和北盆地的南部在表层（厚5～20 m）高矿化潜水覆盖下，赋存有淡的承压水，而北盆地的中部和北部在表层高矿化潜水之下的承压水也呈现较高的矿化现象；咸水带分布于各大河流下游的尾闾地带，矿化度为3～10 g·L-1。

1.3 北山区水文地质特征

北山区气候干旱，年降水量不足100 mm，大部分小于70 mm，年蒸发量3 000～4 000 mm，地貌形态以构造剥蚀丘陵为主。在地质构造及地貌、气候条件的控制下，水文网不发育，植被稀疏，无常年性地表径流，仅有降水（暴雨）形成的季节性瞬时洪流，是地下水的唯一补给来源。地下径流模数小于0.5 L·s-1·km-2，大部小于0.1～0.01 L·s-1·km-2，径流微弱，地下水资源贫乏，含水层分布不连续，一般呈“沟”“槽”“束”等形式存在，水质普遍较差。

2 样品采集与分析

2.1 样品采集

水样采集在2016年进行，样品采集方法符合中国地质调查局水样采集与送检技术要求，采样范围控制阿尔金山—祁连山区、河西走廊平原区和北山区3个水文地质单元区，采样时间为5—10月，采集分析矿泉水样231个，其中第四系地下水样129个、基岩地下水样4个、泉水样品51个、地表水样47个。

2.2 样品测试

样品分析项目包括了感官指标、一般化学指标、矿泉水界限指标、矿泉水限量指标和污染指标。所取样品由甘肃地质工程实验室检测分析，在部分水点采集了平行样品送至陕西工程勘察研究院水土检测中心进行验证。样品测试方法按照GB/T 8538―2008《饮用天然矿泉水检验方法》进行，锌、锶、锂采用火焰原子吸收分光光度法，硒采用氢化物发生原子吸收分光光度法，偏硅酸采用硅钼黄分光光度法。锶的检出限为0.10 mg·L-1。

3 结果与分析

3.1 锶矿泉水的分布特征

GB 8537―2018《饮用天然矿泉水标准》规定，天然水中锶含量≥0.40 mg·L-1，为锶型矿泉水。本次采集水样231个，达到矿泉水界限含量（锶含量≥0.40 mg·L-1）的水样有171个，占全部水样的74.0%（表1）。

从锶矿泉水点分布看，走廊平原区共有锶矿泉水点120个，占全部锶矿泉水点总数的70%；祁连山区共有锶矿泉水点43个，占总数的25%；走廊山地（分布于走廊平原南、北盆地之间的山地）共有锶矿泉水点8个，占总数的5%（图2）。

从各地貌单元看：走廊平原区锶矿泉水点占水点总数的比例最高，达到界限含量的锶矿泉水点占该地区水点总数的82.2%；其次为走廊山地，达标率分别为61.5%；祁连山区最低，达标率为59.7%（图3）。从中可看出，走廊平原区地下水中有利于锶的富集。

3.2 地下水中锶矿泉水的产出特征

从地下水类型分析：第四系地下水中产出的锶矿泉水点数量最多，达129处，占全部171处矿泉水点的76%；其次为地表水体，检出的锶矿泉水点共有38处，占全部锶矿泉水点的22%；基岩矿泉水点较少，仅有4处，占全部锶矿泉水点的2%。从锶含量达到矿泉水标准的比率分析：基岩地下水锶矿泉水达标率最高，取样的4处水点均达到锶矿泉水标准；其次为第四系地下水，达标率为81.1%；地表水达标率较低，为55.9%。

4 锶矿泉水富集分布规律和水文地质特征

根据前述锶型饮用天然矿泉水的分布特征，并在全面分析区域水文地质条件的基础上，结合区域地质背景，在河西地区圈定出13处锶矿泉水的富集分布区，总面积13 546 km2。锶矿泉水集中富集区水文地质特征见表2。

5 结论

1）研究区调查采集的231个水样点中，锶含量为0.08～2.67 mg·L-1，最高值达2.67 mg·L-1，达到饮用天然矿泉水界限含量（锶含量≥ 0.40 mg·L-1）的水点共有171个，占全部水点的74.0%。锶是甘肃省地下水中普遍含有并且含量较丰的微量元素之一。

2）甘肃河西地区从各地貌单元达到界限含量标准的锶矿泉水点占该区域调查水点总数的比例来看，走廊平原区最高，走廊平原区地下水中有利于锶的富集。锶矿泉水产出的地下水类型分析，第四系地下水中产出的锶矿泉水点数量最多，其次为地表水体，基岩矿泉水点较少。从各类型水中锶含量达到矿泉水标准的达标率分析，基岩地下水锶矿泉水达标率最高，其次为第四系地下水，地表水达标率较低。

3）根据甘肃河西地区锶矿泉水富集分布规律和水文地质特征，结合地形地貌等要素，划分出走廊平原区第四系锶矿泉水富集区和山地锶矿泉水富集区2个大区，细分为武威盆地锶矿泉水富集区、永昌高古城—月牙湖—毛卜喇盆地锶矿泉水富集区、张掖盆地锶矿泉水富集区、酒泉盆地锶矿泉水富集区、玉门—锁阳城盆地锶矿泉水富集区、瓜州盆地锶矿泉水富集区、敦煌盆地锶矿泉水富集区、民勤—昌宁盆地锶矿泉水富集区、金塔盆地锶矿泉水富集区、山丹红寺湖白垩系碎屑岩类地下水锶矿泉水富集区、肃南县白银乡—康乐乡白垩系碎屑岩锶矿泉水富集区、肃南县红山河—堡子滩祁连山北麓浅山地带、锶矿泉水富集区、党河上游河谷盆地第四系锶矿泉水富集区共13个小区。

4）根据各富集区锶矿泉水水质特征，可优先选在在张掖盆地锶矿泉水富集区、永昌高古城—月牙湖—毛卜喇盆地锶矿泉水富集区、武威盆地锶矿泉水富集区、酒泉盆地锶矿泉水富集区开展矿泉水勘查工作。

参考文献

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