山東省沂源縣天然礦泉水成因及水質(zhì)評價研究

徐仲儀，關(guān) 琴

(山東省地礦局801水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，山東 濟南 250014)

水是生命之源，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，水的質(zhì)量問題越來越受到人們的關(guān)注。早在1993年1月18日，第四十七屆聯(lián)合國大會做出決議，確定每年的3月22日為“世界水日”，旨在喚起公眾的節(jié)水意識，加強水資源保護。山東省具有豐富的天然礦泉水資源，其中淄博市沂源縣是著名的“中國礦泉水之鄉(xiāng)”，平均海拔四百多米，素有“山東屋脊”和齊魯生態(tài)高地之稱，是沂河、汶河、淄河、彌河的源頭，境內(nèi)森林覆蓋率超57%，區(qū)內(nèi)分布新太古代變質(zhì)巖及寒武紀、奧陶紀碳酸鹽巖，斷裂構(gòu)造發(fā)育，為優(yōu)質(zhì)鍶型礦泉水的賦存提供了有利條件。

山東省天然礦泉水資源的研究一直是山東省內(nèi)水資源研究的熱點之一，業(yè)界學者從不同角度對山東省礦泉水資源進行了分析。研究的第一條主線是對山東省各地礦泉水資源的不同特點加以分析。早在上世紀九十年代，彭海昀(1990)[1]、張振克(1994)[2]對膠東半島地區(qū)飲用天然礦泉水的地質(zhì)背景、形成過程與基本特征進行了分析研究；吳泉源等(1994)[3]對其中威海衛(wèi)飲用天然礦泉水的生成背景與水質(zhì)評價進行了研究；除此之外，曹欽臣等(1995)[4]和肖為國等(2013)[5]分別分析了山東省德州市和濟寧市泗水縣的礦泉水資源；吳立新(2014)[6]對淄博市淄川區(qū)飲用天然礦泉水的賦存條件和形成機理進行了分析；而趙廣濤(1995)[7]、高楹等(2018)[8]、劉中業(yè)(2020)[9]則分別研究了山東省青島市、濟南市和臨沂市沂水縣的地下水；研究的第二條主線是從不同角度對山東省礦泉水資源進行總體分析，比如，高殿琪(1990)[10]商廣宇等(2010)[11]從資源開發(fā)的角度分析山東省礦泉水資源；谷振峰(1997)[12]、賈德旺等(2018)[13]則從資源評價角度對山東省地下水資源進行了研究；而張中祥等(2018)[14]從地下水環(huán)境演化角度、袁明等(2001)[15]從放射性水平及衛(wèi)生學角度對山東省礦泉水進行了分析，等等。

總體來說，有關(guān)山東省飲用天然礦泉水的研究成果不少，對我們的研究提供了很好的啟發(fā)，但作為中國重要的礦泉水之鄉(xiāng)，分析山東省沂源縣天然礦泉水資源的的文獻比較匱乏。基于此，本文依托山東省國土資源廳委托項目，對位于山東省沂源縣南魯山鎮(zhèn)璞邱村的YY17飲用天然礦泉水井進行了調(diào)查研究，查明了YY17井礦泉水資源的賦存條件和富集規(guī)律，通過多次檢測，結(jié)果表明YY17井水質(zhì)符合《飲用天然礦泉水》(GB8537-2008)中鍶型礦泉水要求，進一步揭示了山東省鍶型飲用天然礦泉水的分布規(guī)律，并針對該地礦泉水的開發(fā)利用提出了合理建議。

1 區(qū)域地質(zhì)條件

1.1 地層

山東省沂源縣地層分區(qū)屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)魯西地層分區(qū)淄博-新泰地層小區(qū)，主要發(fā)育新生代第四紀地層(粘土、含礫砂等)，奧陶紀(灰?guī)r、白云巖、粉砂巖等)，寒武紀(各式灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云巖、粉砂巖、頁巖等)，如圖1所示，基底為新太古代泰山巖群斜長角閃巖等。

圖1 區(qū)域地質(zhì)略圖

1.2 構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造極其發(fā)育，尤以北東向斷裂最為發(fā)育，區(qū)域內(nèi)幾處泉水基本也依這個方向分布，以上五井斷裂帶為代表。(見表1)。

表1 區(qū)域北東向斷裂一覽表

上五井斷裂帶是魯中地區(qū)一條重要的斷裂構(gòu)造，根據(jù)地表觀察，北起臨朐上五井，向南延伸到新泰市龍廷，長約80 km。區(qū)內(nèi)上五井斷裂帶非常發(fā)育，自西南向北東延伸，由東西兩側(cè)兩條主干斷裂形成寬約0.2～1 km的斷裂帶。

西支主干斷裂：區(qū)域內(nèi)稱璞邱-荊山斷裂，長21km，寬10～50 m，走向40°，傾向130°，傾角50°。斷裂兩側(cè)地質(zhì)體明顯不同，斷裂性質(zhì)顯示先張后壓，具有多期活動特點，在南麻鎮(zhèn)劉家大峪村東發(fā)育擠壓褶皺。

東支主干斷裂：區(qū)域內(nèi)北段稱為流水-光頭頂斷裂，長18.2 km，南段稱為西魚臺-高莊斷裂，長5 km。斷裂走向30°，北段傾向300°，南段傾向120°。斷裂中發(fā)育構(gòu)造角礫巖，充填煌斑巖脈，斷裂顯示先左行張扭、后右行壓扭的特點，從兩側(cè)主干斷裂的規(guī)模及性質(zhì)分析，西支主干斷裂是主斷裂。此外，區(qū)域內(nèi)還有北西向斷裂、東西向斷裂、南北向斷裂，對泉水的控制較弱。

1.3 巖漿巖

區(qū)域內(nèi)侵入巖比較發(fā)育，廣泛分布于北部魯山凸起和南麻、魯村盆地的北側(cè)，形成時代以新太古代為主，巖性以斜長角閃巖、角閃石英閃長巖、正長花崗巖、二長花崗巖為主。

2 礦泉水的賦存條件及成因分析

2.1 礦泉水的賦存條件

區(qū)域內(nèi)有YY17井，根據(jù)其地質(zhì)資料顯示，區(qū)域內(nèi)地層為第四紀山前組、寒武紀九龍群張夏組、長清群饅頭組(見圖2)。

第四紀山前組巖性為含礫粘土質(zhì)粉砂，厚度小于10 m。寒武紀九龍群張夏組下灰?guī)r段，巖性為鮞粒灰?guī)r，厚度在30 m左右，為含水層。由于厚度太小，富水性較弱。寒武紀長清群饅頭組洪河砂巖段，巖性為含云母砂質(zhì)頁巖，厚度40 m左右；下頁巖段，巖性為粉砂質(zhì)頁巖夾薄層灰?guī)r，厚度50 m左右；洪河砂巖段、下頁巖段的巖層含水性差，均為弱透水性，構(gòu)成了含水層的頂板。寒武紀長清群饅頭組石店段，巖性為條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖夾磚紅色鈣質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，該層未揭穿。泥巖，厚度大于120 m，為主要含水層，在斷裂破碎帶中石店段地層富水性極佳。基底為新太古代的斜長角閃巖，透水性差，構(gòu)成含水層的底板(見圖3)。

2.2 礦泉水成因分析

區(qū)域內(nèi)寒武紀張夏組、饅頭組地層中含有大量的厚層狀鮞粒灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r。鍶在鮞狀灰?guī)r中含量最高，平均值為443 ppm，泥質(zhì)灰?guī)r中次之，平均值為438 ppm，均遠高于鍶含量在地殼的豐度值 (375 ppm)，因此，區(qū)域地層提供了豐富的鍶。

區(qū)域處于山區(qū)，植被茂密，人煙相對稀少，腐殖質(zhì)經(jīng)低礦化近中性的大氣降水淋濾后，形成富含腐殖酸的偏酸性水入滲地下。碳酸鹽巖屬易溶巖石，區(qū)域斷裂構(gòu)造又極其發(fā)育，增大了與水的接觸面積，在淋濾作用和溶解作用下，大量的鍶溶解入水，造成了地下水中鍶元素的富集，形成鍶型飲用天然礦泉水。

3 礦泉水水質(zhì)評價

在查明YY17井礦泉水資源的賦存條件和富集規(guī)律的基礎(chǔ)上，從權(quán)威部門多次水質(zhì)檢測結(jié)果來看，YY17井礦泉水鍶含量(2.64～3.014 mg/L)，色度<5度、渾濁度<2 NTU、無異臭異味、無可見物，揮發(fā)酚含量<0.002 mg/L、氰化物含量<0.002 mg/L、陰離子合成洗滌劑含量<0.050 mg/L，礦物油含量<0.005 mg/L，亞硝酸鹽(以NO2-計)含量為0.0172～0.054 mg/L、放射性總β含量為0.06～0.1032 Bq/L，大腸菌群、糞鏈球菌、銅綠假單胞菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌檢驗結(jié)果均為0，均符合《飲用天然礦泉水》(GB8537-2018)的規(guī)定，是優(yōu)質(zhì)的鍶型天然礦泉水。

表2 山東省沂源縣YY17井礦泉水檢測結(jié)果

圖3 YY17井礦泉水形成概念模型圖

4 結(jié)語

(1)目前我國人口數(shù)量超過14億，但我國人均年消費瓶裝礦泉水(包括礦泉水和純凈水)只有5 L，與西方發(fā)達國家的消費量相差甚遠，比如，意大利人均年消費礦泉水量達120 L之多，法國人均年消費礦泉水量也有70 L。隨著人們生活水平的提高，對健康的要求越來越高，人們迫切要求喝干凈的、有營養(yǎng)價值的水。我國的礦泉水行業(yè)還處于初級階段，礦泉水市場尚未真正啟動，礦泉水行業(yè)在我國尚屬于朝陽產(chǎn)業(yè)，有著廣闊的發(fā)展前景。

(2)沂源縣當?shù)卣畱?yīng)當加強水源地監(jiān)管保護，根除周邊環(huán)境和污染物排放流入到水源地。同時，加大對生產(chǎn)廠家的政策引導(dǎo)。對現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)進行整合，去劣存優(yōu)、使得山東省沂源縣的礦泉水產(chǎn)業(yè)能夠走出家門，得到全省乃至全國廣泛的認可與認同。