吉林省優質飲用天然礦泉水特征分析

馬軼楠

吉林省地質科學研究所，吉林 長春 130012

0 引言

天然礦泉水作為自然界賜予人類的最佳飲品，以天然、純凈、安全、營養、健康，并富含多種對人體有益的礦物質和微量元素而受到消費者的青睞。近年來，隨著經濟的快速發展和人民生活水平的提高，礦泉水銷量逐步增加，市場需求以10%的速度增長，飲用天然礦泉水現已成為一種時尚。飲用天然礦泉水是在特定的地質條件下形成的、含有一定量人體所需的礦物質和微量元素的地下礦水。礦泉水中，pH值大于7的弱堿水又可以有效中和酸過高而引發的中毒。

全球的天然礦泉水，在地理分布上，主要集中分布在北緯36°～46°地帶，被譽為世界“黃金水源帶”。因為這一緯度帶的高海拔地區，遠離人類活動和工業、農業污染，自然環境良好、地質條件特殊，大氣降水和冰雪融水也都經過了多年的巖石層天然過濾，從而形成了聞名世界的珍稀水源帶。我國是世界上飲用天然礦泉水資源最為豐富、水源地最多的國家，開發潛力十分巨大。由于我國處于獨特的板塊構造帶，復雜的地質構造和頻繁的火山及構造運動，為我國飲用天然礦泉水的形成提供了極其有利的地質條件。吉林省又由于其獨特的地質條件優勢，有著豐富的礦泉水資源，且水質優純。經過國家自然資源部門鑒定的有三百多處，現已開發利用的也有近百余處。而位于北緯41.35°～42.25°的吉林省長白山地區，正處于“黃金水源帶”上。長白山地區礦泉水口感和指標與世界知名品牌的礦泉水極其相近，對人體有益的礦物質和微量元素含量也適當，有部分指標相比一些世界著名的礦泉水，還有一定優勢，可以同歐洲的阿爾卑斯山、俄羅斯的高加索山并列為世界三大礦泉水產地。

為了更科學合理地開發吉林省礦泉水資源，并為現代人找到對人體有益的放心水、優質水，進行礦泉水特征分析是極其重要的。本次選取了具有代表性的52處礦泉水水源的水質檢測數據來進行飲用天然礦泉水特征分析。

1 地質背景

1.1 概況

吉林省地處中國東北三省中部，北緯40°52′～46°18′，是礦泉水資源大省。各類礦泉水分布廣泛，從東南部長白山地區，經中西部松遼平原，到西北部大興安嶺山地，均有天然礦泉水出露，可謂“質優、量大、分布廣”。在盛產礦泉水方面，有著特殊的、得天獨厚的地理條件和地質構造優勢。吉林省的天然礦泉水成群、成帶地分布在風景優美、森林茂密、至今保留原始天然狀態的東部長白山地區和經濟發達、交通便利的中部松遼平原。尤其是長白山地區，是我國少有的礦泉水集中分布區[1]，由于其獨特的地質條件和自然環境，大氣降水和冰雪融水歷經數年的天然巖石過濾，地下水在循環過程中不斷溶解巖石的礦物成分和微量元素。長白山地區的天然礦泉水資源具有生態環境優越、資源儲量豐富、種類多樣等特點，符合歐盟和德國礦泉水標準，并得到自然資源部、國際飲水資源保護組織、國內外知名礦泉水專家的高度贊譽和評價[1]。長白山地區生態環境良好，礦泉水水源地周圍居民較少、農業林業等產業活動也較少，水源沒有受到污染，對礦泉水資源的開發與保護較為有利[2]。

1.2 地質條件

吉林省天然礦泉水的形成主要基于其獨特的地質條件[3，4]。

(1)地質構造復雜。吉林省地處古亞洲構造域華北板塊北緣與濱太平洋構造帶的疊加部位。地殼經過長期和多次的活動，形成應力集中部位。這種復雜的大地構造為天然礦泉水的形成帶來了得天獨厚的自然條件。

(2)新構造運動強烈。長白山地區和松遼平原東部是受新構造運動影響的上升區，活動性斷裂比較發育，地形相對破碎，溝谷交織，水文網密集，為天然礦泉水的出露提供了有利的動力地質條件。

(3)火山活動頻繁。長白山地區從古近系開始，至有人類活動的歷史記載，火山噴溢活動劇烈且火山噴溢方式多樣。這種頻繁的火山噴溢活動與活動性斷裂關系密切。頻繁的火山活動，提供了豐富的物質來源來促進天然礦泉水的形成。

2 水文地質條件

縱觀吉林省的地質、水文地質和構造地質條件，自中生代以后的太平洋板塊運動奠定了吉林省以東、中、西三分的地貌景觀。即東部為長白山山地、中部松遼平原、西部大興安嶺山地。由此可劃分為三個一級地下水單元[5]。

(1)長白山山地地下水單元為丘陵山地，長白山及其周圍的火山熔巖臺地以及碎屑巖盆地，發育了3條北東向深大斷裂構造帶及因火山噴發而形成的環狀構造裂隙帶，為礦泉水的形成、貯存創造了得天獨厚的地質條件，地下水在補給、徑流、排泄等循環過程中，在高溫、高壓條件下，經溶濾、離子交換等水文地質化學作用，能溶解圍巖中的有益礦物組分和微量元素，使水質中特征有益元素含量大大增高，從而達到了天然礦泉水界限指標的要求，形成了獨特的長白山地區天然礦泉水資源。

(2)松遼平原地下水單元為盆地式平原，區內東部高平原邊緣，分布有白堊系碎屑巖單斜組成的承壓水斜地[6]。整個東部高平原地區呈條帶狀分布的隱伏斷裂富水帶，大多數呈NNE向，且比較發育。

(3)西部大興安嶺山地地下水單元為近于準平原化的丘陵，該地區以中酸性火成巖、花崗巖和淺變質巖等基巖裂隙水為主。

3 天然礦泉水的形成機制

礦泉水是從地下深層自然涌出，或者經過人工揭露、并且未受污染的地下礦水。含有一定量的微量元素、礦物鹽或二氧化碳等氣體。通常情況下，其水溫、流量、化學成分等動態因素都相對穩定。礦泉水是在地層深部經過多年循環形成的，符合國家標準規定的限定指標。

根據地質條件、水文地質條件以及熱源等因素，全省可劃分為6個礦泉水帶[7]，即：

(1)長白山火山活動型礦泉水帶。包括靖宇、撫松、安圖等，由于新生代火山作用，形成大面積玄武巖覆蓋層，與下伏灰巖、變質巖形成玄武巖臺地。該礦泉水帶的特征為高礦化度，水溫、水量都較高，游離二氧化碳含量高，多為自流泉形式。

(2)敦密斷裂裂隙型礦泉水帶。位于敦化、樺甸、蛟河、輝南、磐石等地區的敦密深大活動斷裂帶上。該礦泉水帶的特征為低礦化度、水質呈弱堿性。

(3)伊舒斷裂裂隙型礦泉水帶。包括伊通、舒蘭、九臺、雙陽等地。礦泉水沿著伊舒斷裂帶的兩側分布。

(4)中部高平原沉積盆地型礦泉水帶。包括長春、四平、公主嶺、農安、德惠等地。受四平—長春深大隱伏活動斷裂的控制。該礦泉水帶分布集中、多為人工揭露形式，且含水層埋藏較深。

(5)山間斷陷盆地型礦泉水帶。包括延吉、和龍、琿春、汪清山間盆地的地下水。該礦泉水帶特征為低水溫、低礦化度。

(6)洮白斷裂裂隙型礦泉水帶。包括洮南、白城、鎮賚等地，即西北大興安嶺東緣與嫩江平原過渡地帶。該礦泉水帶范圍較小，且已發現的礦泉水水源地不多。

4 資料的來源與分析項目

4.1 資料來源

根據《吉林省自然資源廳關于2019年度全省礦泉水水源年檢結果的公告》，2019年度吉林省礦泉水水源年檢合格企業共81家，其中來我所進行礦泉水年檢的合格企業有52家。吉林省地質科學研究所是經國家質量技術監督局、吉林省技術監督局計量認證合格單位，曾獲國家、部、省級科技成果40余項，是國內首家多目標化探測試質量認可實驗室，集地質科研、分析測試、礦業開發為一體的科研單位，可充分確保本次分析數據的真實性和有效性。

4.2 檢測依據和檢測方法

礦泉水分析評價標準依據《飲用天然礦泉水》(GB 8537-2018)[8]和《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)[9]，水質采樣與檢驗方法按《飲用天然礦泉水檢驗方法》(GB 8538-2016)[10]和《生活飲用水標準檢驗方法》(GB/T5750-2006)[11]。

4.3 檢測項目

水源年檢共檢測55個項目，其中包括感官要求、一般化學指標、界限指標(鋰、鍶、鋅、碘化物、偏硅酸、硒、游離二氧化碳、溶解性總固體)、限量指標、污染物指標。其中界限指標和污染物指標是本次礦泉水特征分析的目標項，可以判斷礦泉水的類型，具體界限指標要求詳見表1[10]，只要有一項(或者一項以上)指標符合表1 要求，即可評價為該類型的礦泉水。再通過pH值、總硬度(以碳酸鈣計)、溶解性總固體、礦物質含量和二氧化碳含量等5個方面，來進行全面地分析和評價我省的優質飲用天然礦泉水資源對當今社會的重要價值。

表1 礦泉水界限指標要求

5 水質界限指標特征分析

通過界限指標和污染物指標來判斷我省的礦泉水類型(見表2)。

表2 2019年吉林省52家礦泉水水源地界限指標檢測數據表

續表2 2019年吉林省52家礦泉水水源地界限指標檢測數據表

5.1 物理指標

吉林省飲用天然礦泉水均為無色、無嗅無味、透明，無肉眼可見物，煮沸無顏色。符合礦泉水評價的感官要求。

5.2 污染物指標

5.3 季節變化

由于吉林省礦泉水為深層地下水，雖然有大氣降水補給，但其水量隨著季節變化是很小的，動態特征穩定。豐水期、平水期、枯水期水量幾乎沒有變化或者變化很小，其水溫和pH也相對保持不變[9]。

5.4 界限指標

吉林省礦泉水水源地眾多，根據《飲用天然礦泉水》(GB8537-2018)判定，礦泉水類型主要以偏硅酸型為主(見表2)，偏硅酸鍶復合型次之，52個水源地全部偏硅酸達標，質量濃度范圍為28.05 ～ 69.42 mg/L。其中偏硅酸+鍶兩項達標的有16處，長春7處、吉林5處、龍井2處、通化1處、白城1處；偏硅酸、鋰、鍶、溶解性總固體、游離二氧化碳5項達標的1處，是位于撫松縣松江河鎮松山林場的世稀泉，此處礦泉水是吉林省唯一一家5項界限指標均達標的礦泉水，為稀有的復合型天然礦泉水。

6 水質特征元素特征分析

通過pH值、總硬度(以碳酸鈣計)、溶解性總固體、礦物質含量和二氧化碳含量來評價我省的優質礦泉水資源所具有的獨特優勢(見表3)。

表3 2019年吉林省52家礦泉水水源地特征元素檢測數據表

續表3 2019年吉林省52家礦泉水水源地特征元素檢測數據表

6.1 pH值

眾所周知，優質的礦泉水資源應該是呈弱堿性的(pH在7.5～8.5之間)，因為人的體液是呈偏堿性的，若長期處于酸性體質，人就會生病[12]。弱堿水除了pH值大于7呈堿性外，還富含多種微量元素，是尤為上好的飲用佳品，對傳輸氧氣、調節新陳代謝、排除酸性廢物和預防疾病是非常必要的。有研究表明，飲用弱堿性水可促進機體在運動時維持身體的正常機能，延緩運動疲勞的產生，提高運動耐力，具有一定的抗運動疲勞作用[13]。弱堿水的好處還有以下幾點：

(1)弱堿水滲透性比較強，能夠促進人體新陳代謝，改善人體微循環；

(2)弱堿水含有豐富的氧，具有活化細胞的功效，增強人體的免疫能力；

(3)弱堿水能加速體內毒素的清除，溶解性較強，可以快速的被人體吸收。

但如果是含CO2的礦泉水，無論是天然含氣的還是人工充氣型，均不能單純以pH值來加以判定。從表1的檢測數據來看，52家礦泉水有20家pH值在7.5～8.5之間，其中13家位于長白山保護區，26家pH在7.0～7.5之間，僅有6家pH<7呈弱酸性。

6.2 總硬度(以碳酸鈣計)

硬度是水質的一個重要監測指標，是由鈣、鎂離子的含量來決定的。鈣、鎂離子在水中是以離子狀態存在的，非常容易被人體吸收，水中鈣、鎂離子適量，能對人體起到很好的補鈣作用。高硬度的水，有苦澀味、口感差，飲用后甚至影響胃腸功能。我們平時喝的自來水，煮沸后，常常可以看到水壺上有水垢殘留，水垢就是水中的鈣鎂離子沉淀下來造成的，含有水垢的水，長期飲用對人體腎臟有壓力。飲用高硬度的會對人體健康和日常生活造成不利影響，對于皮膚敏感人群，用高硬度水沐浴后身體也會感到不舒服。在日常生活中，用硬度高的水洗衣服不僅會使肥皂不易起泡沫，喪失了去污能力，而且還會使衣物纖維變硬發脆[14]。從表1的檢測數據上來看，52家礦泉水中，有46家礦泉水的總硬度都在150 mg/L以下，屬于Ⅰ類水范疇，有5家礦泉水的總硬度都在150～300 mg/L，屬于Ⅱ類水范疇[15]。總硬度適量，是對人體有益的礦泉水。

6.3 溶解性總固體

指在水中所含能溶解于水中的固體物質的總量，一般來說，小于1 000 mg/L的礦泉水，在飲用上口感較好，而大于1 000 mg/L的高礦化度礦泉水，則會對內分泌系統、心血管系統、腎臟代謝系統以及泌尿系統，都有更好的療養作用。在歐洲國家，高礦化度天然礦泉水經正規機構檢測并出具報告后可稱為“療養水”。從表1檢測數據來看，52家礦泉水水源地中，只有世稀泉的礦化度高達2 828.9 mg/L，能對人體代謝起到很好的療養作用，可作為療養水。其他51家礦泉水水源地，溶解性總固體均小于1 000 mg/L，飲用口感最佳。

6.4 礦物質含量

水中的礦物質含量應該適當，特別是一些特殊的礦物質含量必須均衡，否則會影響礦泉水的口感。例如鈣離子含量適當時水會略帶甜味；鐵化合物含量過高時水則有收斂味；鎂離子含量過高時水有苦味等。從表1中52家水源的檢測結果來看，有51家鈣離子質量濃度小于70 mg/L，50家鐵化合物小于0.4 mg/L，51家鎂離子質量濃度小于25 mg/L。這些礦物質含量范圍均不會對礦泉水口感造成太大影響。正是這些微量元素的存在，對人體的新陳代謝起著舉足輕重的作用。例如：鉀、鈉是汗液的重要成分，維持著體液的電離平衡，同時在神經傳輸中起著無法替代的作用；鈣則是組成牙齒及人體骨骼的主要元素，控制著人體的神經系統尤其是青少年神經系統的發育，同時還影響肌肉的興奮程度；鐵則是人體血液中血紅蛋白的重要組成元素，負責向體內運輸氧氣，同時將二氧化碳運出體內。總而言之，水中的礦物質對健康有著極其重要的作用。

6.5 二氧化碳含量

游離二氧化碳的存在，增加了礦泉水的口感，喝起來更加爽口。含有二氧化碳的水在一定程度上有助于調節血液中的酸堿程度，利于維持酸堿失衡的狀態，還可以促進新陳代謝，保證機體代謝廢物以及毒素排出，加速胃腸蠕動來緩解便秘，對于暈車的現象也有一定的緩解作用。另外可清除身體自由基，改善皮膚狀態，提高身體免疫力。餐前適量的喝些二氧化碳水還容易產生飽腹感，有助于減肥。52家水源中均含有一定量的二氧化碳，其中有51家水源地二氧化碳質量濃度范圍在1.93～30.88 mg/L，僅有作為療養水的世稀泉二氧化碳質量濃度高達564.50 mg/L。

7 結論

通過以上分析，可總結出吉林省礦泉水資源具有水質優純、分布范圍廣、量大的特點，特別是長白山地區，是世界上少有的礦泉水集中分布區。我省的礦泉水資源以偏硅酸型為主，偏硅酸鍶復合型次之。偏硅酸型礦泉水的好處是：硅是與人體長壽有關的必須微量元素，具有軟化血管、美容、抗衰老的作用，還能增加軟骨強度和結締組織的彈性，同時促進牙齒和骨骼的發育，有利防止骨質疏松，有研究顯示，硅還能保護心臟、預防高血壓，降低心腦血管的患病率和死亡率。不少疾病均與缺硅有關，缺硅可導致骨骼異常、畸形、牙齒及釉質發育不良，在飲水中，氟含量相同的情況下，硅含量越低，齲齒的發病率則越高[16]。硅還具有維持血管正常彈性的功能，在硬化的血管壁上，硅的含量都低[16]，動脈硬化必然導致人體衰老。在英國飲水硅質量濃度為17 mg/L的地區人群中，由于冠心病而致死率較高[17]。而硅在水中的溶解度很低，易被人體吸收，能有效的維持人體的生理機能和電解質平衡。由此可見，硅對長壽是十分有益的。

同時，優質的水源應同時滿足pH值、總硬度(以碳酸鈣計)、溶解性總固體、礦物質含量和二氧化碳含量以上5個條件，而優質的礦泉水應該是純天然的，各項指標符合國家標準的。市面上很多瓶裝水被人們誤認為是礦泉水，其實有很大一部分是純凈水或其他水。在中國，礦泉水在所有包裝水中是最為嚴格，也是規范性最強的，因為想作為礦泉水被開發利用，要有專門的勘查標準、分析標準、檢驗標準、水質標準、衛生標準等。

吉林省是水質天然、純凈、無污染、偏硅酸含量高的優質天然礦泉水水源地集中區。這些優質的礦泉水，成為人們日常飲用的健康水、放心水。要大力宣傳和推廣，科學利用、合理開發、防止生態環境遭受破壞，以確保吉林省的飲用天然礦泉水資源永續利用。