貴州省飲用天然礦泉水化學特征及鍶型礦泉水分布規(guī)律

江 峰，吉勤克補子，高 峰，王若帆，焦 恒

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563000)

飲用天然礦泉水是指在特定地質(zhì)條件下形成的直接取自天然或人工鉆孔而得的地下含水層的水，飲用天然礦泉水必須含有鋰、鍶、鋅、碘、硒、偏硅酸等9種對人體健康有益的組份中的一種或多種，且對人體有害組份含量不得超過所規(guī)定的限值。

貴州省地處我國西南腹地，云貴高原東部，有著豐富的飲用天然礦泉水資源，素有“天下山半黔中青，天下泉半黔中鳴”的美譽[1]。貴州省飲用天然礦泉水成因規(guī)律的研究一直是省內(nèi)礦泉水資源研究的熱點之一。早在上世紀八十年代，馬昌華等[2]通過對全省25件飲用礦泉水的調(diào)查研究，對貴州省礦泉資源進行了初步評價；高建平和黃震[3]對江口縣平寨礦泉水的地層及其導水和蓄水構(gòu)造等方面分析了該熱礦泉水的補給、徑流和排特征；此外，針對省內(nèi)零星天然礦泉水的水質(zhì)特征方面的研究亦非常豐富[4-9]。

總的來說，貴州省飲用天然礦泉水的成因規(guī)律有關(guān)的研究成果較多，但大多僅針對單一泉點的水質(zhì)特征及其成因進行剖析，缺乏對全省范圍的飲用天然礦泉水資源總體特征的研究，尤其是貴州省飲用天然礦泉水的水化學特征及其分布規(guī)律方面更是鮮見報道?；诖耍疚囊劳小百F州省礦泉水調(diào)查”項目對全省112件飲用天然礦泉水進行了系統(tǒng)地水樣采集與測試，基于測試結(jié)果對全省的飲用天然礦泉水的水化學特征進行了分析，進一步揭示了貴州省鍶型飲用天然礦泉水的分布規(guī)律。

1 樣品采集與分析方法

本文水樣采集涉及全省9個市州，飲用天然礦泉水采樣分析總計112件(圖1)。水樣采集按照《水質(zhì)采樣樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)范》(HJ493-2009)要求進行，除現(xiàn)場測定的項目，如水溫、pH值等，其余水質(zhì)指標在貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)中心實驗室完成。測試指標主要包括陰陽八大離子(即：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-)以及部分微量元素(鍶、硒、偏硅酸以及硫化氫等)。其中陽離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)采用陽離子色譜儀測定；陰離子(HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-)采用陰離子色譜儀測定。

圖1 貴州省飲用天然礦泉水取樣點分布圖

本文數(shù)理統(tǒng)計分析是基于SPSS 19進行，全省鍶等值線圖是基于MAPGIS 67制作，Piper三線圖是基于Origin 2019制作，其余圖表的制作及數(shù)據(jù)處理均是基于Microsoft office excel 2010和word 2010完成。

2 水質(zhì)特征

2.1 理化性質(zhì)

貴州省飲用天然礦泉水總體水質(zhì)良好[10]，無正常視力可見外來異物，且煮沸前后無異臭和味；水溫變幅較大，變化于13.0℃～52.9℃之間，平均為22.2℃；pH值介于7.0～8.1之間，平均為7.4，總體呈中性。

2.2 水化學組成

地熱井型飲用天然礦泉水陽離子含量方面，鈣離子(Ca2+)含量變化范圍極大，其值介于2.60～188.3 mg/L之間，平均含量為61.57 mg/L；鎂離子(Mg2+)含量變化較大，其值介于0.0～57.1 mg/L，平均含量為24.38 mg/L；鉀離子(K+)和鈉離子(Na+)含量平均含量分別為3.31 mg/L和23.54 mg/L。陰離子方面，重碳酸氫根離子(HCO3-)含量較為穩(wěn)定，其值介于94.7～407.5 mg/L，平均離子含量為202.23 mg/L；此外，地熱井型飲用天然礦泉水NO3-、SO42-和Cl-平均含量分別為1.43 mg/L、117.97 mg/L和6.79 mg/L。

溫泉型飲用天然礦泉水陽離子含量方面，鈣離子(Ca2+)含量介于5.00～176.0 mg/L之間，平均含量為71.60 mg/L；鎂離子(Mg2+)含量介于1.0～45.0 mg/L，平均含量為20.49 mg/L；鉀離子(K+)和鈉離子(Na+)含量平均含量分別為2.90 mg/L和14.72 mg/L。陰離子方面，重碳酸氫根離子(HCO3-)含量較為穩(wěn)定，其值介于157.0～333.0 mg/L，平均離子含量為209.75 mg/L；此外，溫泉型飲用天然礦泉水NO3-、SO42-和Cl-平均含量分別為1.40 mg/L、115.15 mg/L和3.37 mg/L。

地下水開采型飲用天然礦泉水陽離子含量方面，鈣離子(Ca2+)含量介于16.0～122.0 mg/L之間，平均含量為79.56 mg/L；鎂離子(Mg2+)含量介于4.0～39.0 mg/L，平均含量為22.97 mg/L；鉀離子(K+)和鈉離子(Na+)含量平均含量分別為1.65 mg/L和18.45 mg/L。陰離子方面，重碳酸氫根離子(HCO3-)含量較為穩(wěn)定，其值介于72.0～310.0 mg/L，平均離子含量為237.17 mg/L；此外，地下水開采型飲用天然礦泉水NO3-、SO42-和Cl-平均含量分別為8.23 mg/L、118.50 mg/L和6.68 mg/L。

泉點型飲用天然礦泉水陽離子含量方面，鈣離子(Ca2+)含量介于15.0～216.0 mg/L之間，平均含量為85.93 mg/L；鎂離子(Mg2+)含量介于2.0～60.0 mg/L，平均含量為18.1 mg/L；鉀離子(K+)和鈉離子(Na+)含量平均含量分別為1.62 mg/L和5.15 mg/L。陰離子方面，重碳酸氫根離子(HCO3-)含量較為穩(wěn)定，其值介于65.0～349.0 mg/L，平均離子含量為225.10 mg/L；此外，泉點型飲用天然礦泉水NO3-、SO42-和Cl-平均含量分別為10.93 mg/L、95.88 mg/L和6.14 mg/L。

2.3 水化學類型

貴州省飲用天然礦泉水化學類型豐富，從Piper三線圖(圖2)可以看出，貴州省飲用天然礦泉水陽離子方面(左下角三角區(qū)域)，貴州省飲用天然礦泉水陽離子投點明顯集中于Ca2+離子端元，指示其陽離子以Ca2+離子為主，而地熱井型和溫泉型飲用天然礦泉水有著明顯偏向于Mg2+和ALK端元發(fā)育的特征；陰離子方面(右下角三角區(qū)域)，泉點型和地下水開采井型飲用天然礦泉水投點均落于SO42-離子端元邊線，指示其由HCO3-離子為主導向以SO42-離子為主導過渡的趨勢特征。

圖2 貴州省飲用天然礦泉水Piper三線圖

水性質(zhì)方面(中間菱形區(qū)域)，投點大部份集中于右上角區(qū)域，指示貴州省飲用天然礦泉水強酸離子含量大于弱酸離子，且非碳酸硬度(次生鹽度)超過50%。總體上，貴州省飲用天然礦泉水化學類型以HCO3(SO4)-Ca(Mg)為主。

3 討論

3.1 水化學組份空間變異性

在數(shù)理統(tǒng)計學中，變異系數(shù)是概率分布離散程度的歸一化量度，是用于表征變量變幅和穩(wěn)定性的特征參數(shù)，變量的變幅越大，穩(wěn)定性越弱，其變異系數(shù)就越大，而較大的變異系數(shù)說明影響參與評價的地下水化學組份形成與演化的因素相對更加復雜。

貴州省地熱井型飲用天然礦泉水K+、Na+、Cl-、SO42-和NO3-的空間變異性較大，其變異系數(shù)分別為101.3%、134.8%、244.5%、136.6%和146.3%(表1)，說明其離子來源復雜多樣，主要包括與地表水的混合、人類生產(chǎn)生活、工礦企業(yè)生產(chǎn)等的綜合影響[11-12]；而Ca2+、Mg2+、HCO3-、偏硅酸和TDS等指標變異系數(shù)相對較小，主要反映的是礦物溶解、離子置換等過程的貢獻[13-14]。

表1 貴州省飲用天然礦泉水數(shù)理統(tǒng)計結(jié)果表

貴州省溫泉型飲用天然礦泉水Na+、SO42-和NO3-的空間變異性較大，其變異系數(shù)分別為171.4%、95.5%和98.8%(表1)，說明其離子來源并非單一水巖作用過程，而受一定程度農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活的影響[15]，其余水質(zhì)指標變異系數(shù)相對較小。

貴州省地下水開采井型和泉點型飲用天然礦泉水Na+、SO42-和NO3-的空間變異性較大，其變異系數(shù)均大于100%(表1)，說明貴州省地下水開采井型飲用天然礦泉水受一定程度居民生活污水的影響較為明顯，其余水質(zhì)指標變異系數(shù)相對較小，主要反映的是正常水巖作用過程的溶濾作用。

3.2 區(qū)域分布特征

對全省112件飲用天然礦泉水的空間分布特征進行分析發(fā)現(xiàn)，貴州省飲用天然礦泉水北富南貧的特征，但在各市州均有發(fā)育(表2)，其中銅仁市最多，占比達31.3%，其次為遵義市，其占比為17.0%，畢節(jié)市、貴陽市、黔東南州、黔南州、黔西南州和安順市發(fā)育數(shù)量相對較少，占比分別為13.4%、11.6%、7.1%、6.3%、5.4%和5.4%。飲用天然礦泉水類型方面，泉點型飲用天然礦泉水發(fā)育最多，其次為地熱井型，溫泉型再次，地下水開采井型最少(圖3)。

圖3 貴州省各市州各類型飲用天然礦泉水分布柱狀圖

表2 貴州省飲用天然礦泉水各市州分布圖

3.3 飲用天然礦泉水類型

通過對全省112件飲用天然礦泉水對人體有益組份含量的分析，結(jié)合各類飲用天然礦泉水的評價標準，將貴州省飲用天然礦泉水分為單一型、二元復合型和多元復合型(以三元復合型為主)，具體分類見表3和圖4。

表3 貴州省飲用天然礦泉水分類表

圖4 貴州省飲用天然礦泉水分類柱狀圖

首先，從圖4可以看出，貴州省飲用天然礦泉水以單一型為主，占比高達71.43%，其中尤以單一鍶型飲用天然礦泉水為主，其所占單一型飲用天然礦泉水的比例為92.5%，其次為單一偏硅酸型和單一硒型，其占比分別為6.3%和1.3%；其次，二元復合型飲用天然礦 泉水類型有偏硅酸+鍶二元型、鍶+鋰二元型以及鋰+偏硅酸二元型三種，其中以偏硅酸+鍶二元復合型為主，共計24件，占比達88.9%；最后，三元復合型飲用天然礦泉水總體發(fā)育數(shù)量最少，僅5件，類型為鋰+鍶+偏硅酸和硫化氫+鍶+偏硅酸兩種，其分別有4件和1件。

3.4 鍶的分布規(guī)律

根據(jù)前述研究發(fā)現(xiàn)，貴州省飲用天然礦泉水中最重要的發(fā)育最為常見的為含鍶型飲用天然礦泉水，為分析全省飲用天然礦泉水中有益組分鍶的分布特征，現(xiàn)對全省及飲用天然礦泉水的鍶含量進行克里金空間插值，并根據(jù)插值結(jié)果利用sufer 15.0進行貴州省飲用天然礦泉水鍶含量等值線圖的繪制，繪制結(jié)果見圖5。

圖5 貴州省飲用天然礦泉水鍶含量等值線圖

從圖中可以看到，貴州省飲用天然礦泉水鍶含量總體呈現(xiàn)出兩個高值區(qū)域，高值區(qū)以遵義市綏陽縣(DR61)和安順市黔西縣(DR103)為中心，其最鍶含量分別為11.17 mg/L和16.29 mg/L。另外，貴州省飲用天然礦泉水鍶含量存在多處明顯的鍶含量低值區(qū)，主要涉及黔東南州全區(qū)、貴陽市南部地區(qū)以及畢節(jié)市-六盤水市西部，上述區(qū)域內(nèi)的飲用天然礦泉水鍶含量均低于0.20 mg/L。

已有研究表明，飲用天然礦泉水鍶元素主要是受富水巖層礦物組分中的鍶元素的含量、水巖作用時間以及水溫等的控制[16]，地下水鍶含量與地下水中鈣離子含量呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系[17]。

貴州省高鍶型飲用天然礦泉水的賦存介質(zhì)均為碳酸鹽巖，且以白云巖(Ca(Mg)(CO3)2)為主。鍶元素多以分散狀態(tài)以類質(zhì)同象形式替換鈣離子占據(jù)白云巖等碳酸鹽巖的鈣離子占位。另外，礦泉水中鍶元素含量的高低的另一重要影響因素為水巖作用時間。地下水入滲深度越大、循環(huán)時間越長，水巖作用時間即越久，因此總體表現(xiàn)為在以遵義市綏陽縣DR61地熱井和安順市黔西縣DR103地熱井為中心的鍶含量高值區(qū)；貴州省低鍶型飲用天然礦泉水(鍶含量小于0.2 mg/L)主要分布與黔東南州及畢節(jié)-安順以西區(qū)域。低鍶區(qū)主要受地層巖性的控制，黔東南州發(fā)育地層以震旦系碎屑巖為主，含鍶礦物相對貧乏，因此即使在該類區(qū)域內(nèi)的地熱井水的鍶含量亦較低，無法達到鍶型礦泉水的限值標準。

4 結(jié)語

(1)貴州省巖飲用天然礦泉水水化學類型主要為HCO3(SO4)-Ca(Mg)型。

(2)貴州省飲用天然礦泉水以單一鍶型為主，二元復合型和多元復合型飲用天然礦泉水相對較少。

(3)貴州省鍶型飲用天然礦泉水主要分布于遵義市綏陽縣和安順市黔西縣，而在黔東南州全區(qū)、貴陽市南部地區(qū)以及畢節(jié)市-六盤水市西部地區(qū)飲用天然礦泉水鍶含量較低，未達鍶型礦泉水限值。