泗水南部灰巖地區礦泉水鍶源及形成條件分析

肖為國，馮鳳玲，王集寧，馮克印，付娟

（1.山東省地質環境監測總站，山東濟南 250014；2.國網技術學院，山東濟南 250002）

鍶是人體必需的微量元素，人體所有組織都含有鍶，其中99%分布在骨骼和牙齒之中。鍶還有利于維持人體正常的心血管功能以及神經和肌肉的興奮性，它與血管的作用機制是鍶在腸內與鈉競爭吸收部位，從而減少人體對鈉的吸收，增加鈉的排泄。此外，對于由副甲狀腺功能不全等原因引起的抽搦癥患者，經常飲用含鍶礦泉水，會有一定的效果［1－4］。因此，查明礦泉水的鍶源及其形成條件，可以為今后該區域開展礦泉水調查、評價和開發利用工作提供方向。

1 礦泉水分布概況

泗水南部灰巖地區礦泉水，為含鍶礦泉水。主要分布于寒武紀長清群地層中，自西向東有3組天然的礦泉水礦田（上蘆城－圣水峪、押山莊－羅家莊、踅莊－南陳）展布（圖1）。這3組天然的礦泉水帶分別位于3個水文地質單元（蘆城－安德水文地質分區、代家莊－西高水文地質分區、泉林－苗館水文地質分區）的補給徑流區，礦泉水很大一部分處于自流或者自噴狀態，可利用天然地形自流供水，開發極為方便。

3組天然的礦泉水礦田水資源量豐富：上蘆城－圣水峪一帶資源量10 892.74m3／d，押山莊－羅家莊一帶資源量11 431.83m3／d，踅莊－南陳一帶資源量8 673.67m3／d。據多年監測結果表明，3個礦泉水礦田水資源豐富，取水井泉流量穩定，適合建立大規模開發的礦泉水生產基地［5］①山東省地質環境監測總站，肖為國、馮克印、羅梅等，泗水縣礦泉水資源調查評價與開發利用研究，2009年。。

2 礦泉水中鍶的來源

為查明鍶的物質來源，于泗水南部灰巖地區及周邊采集8件變質巖樣品進行巖礦分析（表1），測試設備為ZSX Primusll型X 熒光光譜儀。泗水縣與淄博淄川區同處于魯西地層，地層特征（巖性和深度）相似，采用類比分析評價法，泗水南部地區的頁巖及鮞狀灰巖中含鍶量數據參考《淄博市淄川區礦泉水開發利用與保護研究》②山東省地質環境監測總站，劉廣成等，淄博市淄川區礦泉水開發利用與保護研究，2008年。（表2）。

由表1可知，變質巖中鍶的檢出率為100%，其中最大檢出值為736.4 mg／g，最小檢出值259.8 mg／g，變質巖中的鍶平均含量為459.46 mg／g，遠遠大于鍶在地殼中的平均豐度375mg／g②。由表1和圖2可知，研究區變質巖中鍶含量和巖樣取樣點地下水中鍶含量成正相關關系，說明地下水中鍶含量與變質巖中含鍶水平密切相關。

圖1 泗水縣南部灰巖地區礦泉水礦田分布圖

表1 巖礦測試結果

圖2 泗水縣南部地下水鍶含量與巖石中鍶含量的關系圖

由表2知，頁巖、灰巖及鮞狀灰巖中鍶的檢出率為100%，其中，鮞狀灰巖中含量最高，均值為443mg／g；石灰巖次之，均值為438 mg／g；頁巖最低，均值為341mg／g。石灰巖和鮞狀灰巖中的鍶含量遠大于在地殼中鍶的平均豐度375mg／g。

表2 頁巖灰巖鮞狀灰巖中鍶含量統計（mg／g）

因此，工作區廣泛分布的變質巖和寒武紀石灰巖富含鍶，為區內天然飲用礦泉水的形成提高了重要的物質來源。

3 礦泉水形成條件

3.1 地質構造和水動力條件

泗水南部灰巖地區構造復雜，以斷裂為主，尤其NW 及NWW 向斷裂十分發育，斷裂性質多為壓扭和張性（兼具扭性），斷裂破碎帶及其影響帶裂隙巖溶發育形成了構造裂隙網絡，構成地下水的良好通道和富水地帶。

大氣降水滲入是礦泉水補給來源，大氣降水降落至低山丘陵區裸露的碳酸鹽巖和太古宙變質巖地帶上，降水沿風化、構造裂隙下滲，在水頭壓力傳導作用下，地下水沿著構造裂隙、裂隙溶蝕空洞運移，經斷裂構造深循環，在徑流中升溫，其溶解能力增強，促進水巖交換，為礦泉水淋濾、溶解和匯集微量元素提供了條件，因此，斷裂帶是礦泉水循環交替運移的主要途徑。

3.2 區域水文地質條件

礦泉水分布區域地下水類型為碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶裂隙水。主要含水層巖性為灰巖、泥質灰巖及硅質灰巖，巖溶發育程度中等，巖溶發育深度一般在180m 以上，主要發育段在60～160m，一般單井涌水量＜1 000m3／d。該區域巖溶裂隙水水質良好，礦化度一般＜0.5mg／L。

3.3 形成機理分析

泗水南部灰巖地區為富含鍶的地層，又有良好的地下水動力條件。在新太古代、元古宙和中生代巖漿侵入或噴溢過程中，常伴有CO2，H2，H2S，N2，CH4等氣體成分沿著噴發活動形成的裂隙或斷裂帶向上涌或受阻滯留在其中。外部大氣降水沿裂隙入滲，與裂隙中的氣體成分混合，使水中溶入了特種氣體成分或特種非氣體（成分）元素。

在適宜的溫度，鍶礦物（以SrCO3為主）與含侵蝕性CO2的水相互作用，即形成含鍶礦泉水。其化學反應式為：

隨著淋濾和溶解作用的不斷進行，地下水溶蝕能力也逐步減弱，部分巖類趨于飽和，整個地下水水化學體系達到平衡，各類組分含量相對穩定下來，鍶含量也趨于穩定，達到泗水縣南部灰巖地區地下水中鍶含量的目前水平。

4 結語

通過對泗水南部灰巖地區含鍶礦泉水的形成條件分析，說明鍶型礦泉水的形成與變質巖、寒武紀長清群灰巖有著密切關系，為鍶型礦泉水的形成提供了礦物質來源。研究區地質構造所形成的構造裂隙網絡，使地下水經斷裂構造深循環，徑流中升溫，其溶解能力增強，促進水巖交換，并為含鍶水進入提供了通道，并構造其富集單元。

［1］ GB／8537－2008，飲用天然礦泉水［S］.2008.

［2］ 張宏陶.水質分析大全［M］.北京：科學技術文獻出版社，1997.

［3］ 高國華，周金生，張本琪.礦泉水的評價與合理開發利用（第1版）［M］.北京：地震出版社，1990.

［4］ 沈照理，許紹倬.中國飲用天然礦泉水［M］.武漢：中國地質大學出版社，1989.

［5］ 肖為國，馮鳳玲，王集寧，等.泗水南部礦泉水分布特征及開發建議［J］.山東國土資源，2012，28（2）：15－17.