青海曲海天然飲用富鍶型礦泉水形成機制分析

廖先遠，胡雨柔

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青海曲海天然飲用富鍶型礦泉水形成機制分析

廖先遠1，胡雨柔2

（1．四川省核工業地質調查院，成都 610000；2．四川川核地質工程有限公司，成都 610000）

本文從地層條件、構造條件、礦泉水形成的物質基礎、水文地質條件等幾方面，對曲海天然飲用富鍶型礦泉水形成機制進行了淺析，并對該礦泉水的水質、水量進行分析，該礦泉水陰離子以重碳酸氫根（HCO3-）為主，礦泉水中界限指標鍶含量0.523～1.74mg/L，達到了《飲用天然礦泉水水質標準（GB8537～2008）》中鍶的界限指標要求，屬重碳酸鈣富鍶型天然飲用礦泉水。

礦泉水；水質分析；富鍶；曲海

曲海天然礦泉水位于青藏高原東南部，河南蒙古族自治縣托葉瑪鄉的曲海村，距縣城西南24km。曲海礦泉水水源地主要是受扎日瑪斷裂控制呈上升泉形式出露，集中分布于北西向F2斷裂100m破碎帶寬范圍內，出露有3個泉群S1、S2、S3泉。泉群最大自然流量為21 901.05m3/d，最小自然流量為7 302.66 m3/d，平均自然流量為13 521.47m3/d。礦泉水陰離子以HCO3-為主，S1泉HCO3-含量339.58～695.39 mg/L，S2、S3泉HCO3-含量421～442.8mg/L；SO42-次之，S1泉SO42-含量為3.46～36.41mg/L，S2、S3泉SO42-含量為11.27～14.34 mg/L；陽離子以Ca2-為主，S1泉Ca2+含量86.74～179.76 mg/L，S2、S3泉Ca2+含量118.4～134 mg/L。水源地S1泉中鍶的含量0.523～1.74mg/L，S2泉中鍶的含量0.67～0.916mg/L，S3泉中鍶的含量0.67～0.89mg/L；泉水水質均無色、無味、無臭、無沉淀、透明純凈；泉的礦化度S1為0.75～0.78 mg/L，S2為0.75～0.79 mg/L，S3為0.64～0.77mg/L；Ca2+、HCO3-毫克當量均大于75%，根據《天然飲用礦泉水水質標準（GB8537～2008）》，屬重碳酸鈣富鍶型天然飲用礦泉水。

1 天然富鍶型礦泉水形成機制

1.1 礦泉水形成的地層條件

河南縣曲海一帶出露的地層有古生界泥盆系中統下那吾組（D2x）和二疊系上統大關山組（P1dg）、中生界三疊系下統隆務河組（T1lh）和中統古浪堤組（T2gt）、新生界新近系中新統貴德群咸水河組（N1x）和上新統貴德群臨夏組（N2l）以及第四系（Q4）（表1）。

表1 曲海地區綜合地層表

1.2 礦泉水形成的構造條件

區域上，工作區位于軍功斷裂帶內。該斷裂帶是西秦嶺印支地槽褶皺帶與西傾山臺緣褶皺帶的分界斷裂，發育深度可達50km，屬巖殼性斷裂。據區域資料，此帶實為瑪沁深斷裂的分支斷裂帶，經構造位移后而成北東向延展。區內發育多級次級斷裂，主斷裂西起瑪沁，經軍功、拉家，止于澤庫南，長200km，傾向北西，傾角40°～60°。

研究區水源地由于受區域上北東向瑪沁深斷裂帶及北西向軍功斷裂控制，泉域內發育多條次級斷裂，主要為近東西向斷層（F1）、北西向扎瑪日斷層（F2）、北東向斷層（F3）和東西斷層（F4、F5）（圖1）。

圖1 曲海天然飲用礦泉水水源地地質簡圖

1-下那吾組；2-大關山組；3-隆務河組；4-古浪堤組；5-感水河組；6-臨夏組；7-第四系；8-地質界線；9-斷層；10-上升泉；11-上升泉群；12-地下水流向

F1東西向斷裂：展布于泉域北側，壓性逆斷層，傾向N-NE，傾角50°～70°，斷層將砂礫巖地層切割，形成直立斷層面，南盤逐漸下降形成溝谷。

F2扎瑪日斷層：經泉口群近東西向展布，為壓性逆斷層。傾向S-SW，傾角70°～80°，斷層處砂巖地層破碎，形成寬約50～150m的破碎帶，破碎帶內的砂巖受構造擠壓作用巖石破碎，形成粒徑5～15cm構造角礫，角礫具有定向排列，角礫之間可見粘土化和泥質化充填，透水性差，為阻水斷裂。F2斷裂帶初始可能為北西向構造帶，后經左旋扭動而轉為北東向。沿帶發育擠壓破碎帶及寬5～7km的片理化帶。斷裂延伸穩定，跡線平直，主要切割下二疊統、下三疊統和上更新統。從資料上反映該斷裂帶從泉域附近經過，受其影響在泉域內發育有東西向、北東向的次級構造，為本區地下水地下運移的控制要素。

1.3礦泉水形成的物質基礎

不同的地層巖性，因為其物質組成不同，從而對礦泉水的形成及其指標類型起到控制作用。斷裂是控制礦泉水賦存、運移、出露的空間，而地層巖性及其內部的元素組份與地下水作用的共同結果，則是天然礦泉水的物質來源。

曲海礦泉水在區域上受控于近東西軍功斷裂構造帶，補給高度為3 700m以上，從補給高度看，其補給源來自于南部的霍托沃日山。從補給源至礦泉水源地，其間出露的地層主要為灰巖、砂巖。從礦泉水中的鍶（Sr）微量元素的物源分析，其與礦泉水流經的碳酸巖相應的高背景值密切相關。

礦泉水中特征元素鍶（Sr）的遷移富集特征如下：

鍶隸屬于堿土金屬族，是分散元素，在自然界廣泛分布，地殼豐度為375ppm，在純碳酸鹽巖中含量為610ppm，在石英砂巖中含量較小。鍶在流體中的含量取決于它在含鈣礦物中置換鈣離子的程度，也取決于它在鉀長石中K+離子捕獲Sr2+離子程度。鍶的地球化學特點決定了其能經常進入到各種富鈣或鉀的礦物中，以巖漿巖中的鉀長石、角閃石鍶含量為最高，其次是斜長石，經過流體的淋濾作用，由離子半徑較為接近的離子將鍶從圍巖中置換出來，當其富集到相當程度時，形成富鍶型礦泉水。

1.4 礦泉水形成的水文地質條件

1.4.1 補給條件

泉水的補給來源主要來自礦泉水水源地南部的低高山區大氣降水，補給范圍約22km2。補給強度主要受巖性和構造兩方面的因素共同影響。巖性方面：補給區的巖性為新近系、三疊系和二疊系的泥巖、砂巖、灰巖，其中的砂巖和灰巖巖質堅硬，裂隙發育程度和延伸、貫通性較好，灰巖中還存在一定的溶蝕裂隙或孔洞，為大氣降水的入滲補給地下水提供了良好的條件。構造方面：補給區一帶發育F3、F4、F5等數條東西、北西、北東向斷層，斷層通過地帶斷層破碎帶和構造裂隙較為密集，巖石表面比較破碎，形成東西、北西向的地下水運移通道，在地形相對平緩處易于接受大氣降水及冰雪融水的補給，提高了地下水的補給強度。補給區為高原亞寒帶濕潤氣候區，降水較豐富，補給量的保證程度較高，為泉水的補給提供了充分的水源保證。

1.4.2 徑流條件

根據區域地質條件分析，泉域地下水徑流途徑有兩種類型：一種途徑為斷裂破碎帶及其影響范圍內的構造裂隙，如F3斷裂呈北東－南西向延伸，其北東端可能延伸進入了浩陶奧日河流域內，斷裂破碎帶及其兩側的構造裂隙發育帶成為了地下水的匯集通道，該通道將臨近水文地質單元的地下水引入了浩陶奧日河水文地質單元內，增大了泉域的補給范圍；另一種途徑為古風化殼風化裂隙，根據區域地質條件，泉域一帶新近系與三疊系存在角度不整合，因此，沿三疊系不整合面發育有古風化殼，根據區域地質資料，古風化殼內巖性分析有三疊系中統古浪堤組（T2）長石石英砂巖、粉砂巖，下統隆務河組（T1）粉砂巖、鈣質石英砂巖、灰巖及二疊系下統大關山組（P1dg）灰巖，地層內風化裂隙、構造裂隙甚至溶蝕孔隙、孔洞較為發育，是浩陶奧日河河谷下部地下水的主要運移通道。根據EH4大地電磁測深資料，低阻異常中心埋深為390m左右，泉域上部地下水的運移通道主要位于不整合面下部。

1.4.3 排泄條件

根據所調查的礦泉水點的分布規律，泉水具有相同的地表露頭特征，即都是沿斷裂帶出露的上升泉，說明扎瑪日斷層（F2）具有阻水作用，上游地下水運移至扎瑪日斷層（F2）時，地下水沿斷層的構造薄弱部位以泉的形式出露(圖2)。

2 曲海天然飲用富鍶型礦泉水水質分析

2.1 物理性質

水質無色、無味、無臭、無沉淀、透明純凈、口味純正的天然飲用礦泉水，其中，由于S1泉群中的游離CO2含量較高，泉水微澀、帶有輕微的刺激感。水溫常年保持在7.7～12℃，pH值7.02～8.09，屬中性。

圖2 礦泉水點地質剖面圖

2.2 水量

據動態觀測資料，S1泉群豐水期流量為603.33～616.12m3/d，枯水期流量為590.98m3/d；S2泉群豐水期流量為12 635.86～16 817.28m3/d，枯水期流量為5 570.84～6 559.48m3/d；S3泉群豐水期流量為3 969.57～4 467.65m3/d，枯水期流量為902.66～1 207.46m3/d。

2.3水質

2.3.1 常規元素

據動態觀測（表2），陽離子K+含量較低，含量0.6～2.78mg/L，Na+、Mg2+中等、Ca2+含量較高，變化范圍86.74～179.76mg/L，毫克當量大于75%，陽離子含量Ca2+＞Mg2+＞Na+＞K+；陰離子以HCO3-為主，毫克當量大于75%，變化幅度為339.58～695.39mg/L；其次為SO42-，變化幅度較大，變化范圍3.46～36.41 mg/L，再次為C1-，變化范圍2.74～7.02 mg/L。其它指標硒、銻、砷、銅、鋇、鎘、鉻、鉛、汞、錳、鎳、銀、碘化物、鋅、溴酸鹽、硼酸鹽、硝酸鹽、氟化物、耗氧量、226鐳放射性均在限值范圍內。

表2 S1、S2、S3泉群主要水化學成分動態變化特征表

2.3.2 微量元素

礦泉水S1中鍶的含量0.523～1.74mg/L，S2中鍶的含量0.67～0.916mg/L，S3中鍶的含量0.67～0.89mg/L，高于限量指標0.20 mg/L，高于界限1.6～7.7倍，屬富鍶型。

3 結束語

1) 曲海礦泉水是青藏高原區域性斷裂帶的產物。該泉由大氣降水作為遠程補給，補給范圍約22km2，補給高度3 700m以上，沿斷裂帶F3、F4、F5，區域破碎帶及不整合接觸帶，經深循環后，遇到F2斷層受阻后，呈片狀泉群出露。

2) 泉群S1、S2、S3枯、豐水期水質檢測表明：礦泉水S1中鍶的含量0.523～1.74mg/L，S2中鍶的含量0.67～0.916mg/L，S3中鍶的含量0.67～0.89mg/L，達到國家《飲用天然礦泉水水質標準（GB8537～2008）》中鍶的界限指標要求，屬重碳酸鈣富鍶型天然飲用礦泉水，屬優質的天然飲用礦泉水。

3) 繼續開展該水源地的水溫、水量動態觀測工作，并進行水質檢測。

[1] 飲用天然礦泉水水質標準（GB8537～2008）［S］. 北京：中國標準出版社

[2] 胡雨柔，廖先遠等.青海省河南縣曲海飲用天然礦泉水水源勘查評價報告［R］. 四川省核工業地質調查院.成都.2017

[3] 趙振，陳惠娟等.青海玉樹熱水溝天然礦泉水形成條件及水質分析［C］. 地下水.2013.36（6）:4-6．

Genetic Mechanism for the Sr-rich Mineral Water in Quhai, Qinghai

LIAO Xian-yuan1HU Yu-rou2

(1-Sichuan Institute of Uranium Geological Survey, Chengdu 610061; 2-Sichuan Sichuan nuclear geological engineering co., Ltd, Chengdu 610000)

This paper deals with stratigraphic, structural and hydrogeological conditions of the Sr-rich mineral water in Quhai, Qinghai. The Sr-rich mineral water belongs to heavy calcium carbonate-rich type strontium drinking natural mineral water characterized by enrichment in HCO3-and 0.523-1.74mg/L Sr which accords with the demands for Sr of the drinking natural mineral water quality standard GB8537-2008.

mineral water; water quality analysis; Sr-rich; Quhai, Qinghai

2017-03-28

廖先遠（1981- ），廣西岑溪市人，工程師，主要從事水文地質環境地質技術工作

P618

A

1006-0995（2017）04-0592-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.014