山東省膠萊盆地桃村凹陷溝南復合型礦水研究

呂寶平 楊麗君 呂泓霖

（1.山東省海洋資源與環境研究院 山東煙臺 264006；2.煙臺市地質環境監測站 山東煙臺 264000；3.北京林業大學 北京 100083）

山東省的膠東地區是優質地下水產地，盛產礦泉水。以往發現和開發的礦泉水多賦存于中生代花崗巖裂隙中，著名的如嶗山地區的礦泉水和昆崳山地區的礦泉水，均以富含偏硅酸、鍶等元素而聞名。膠萊盆地中生代地層中礦泉水分布較少，偶有產出，主要為偏硅酸型，如賦存于王氏群玄武巖裂隙中的膠州市安家溝村礦泉水即屬此型。2016～2017年，山東省地質環境監測總站在1∶10萬水工環調查（桃村幅）工作中，發現一處白堊紀復合型醫療礦水，且同時達到理療天然礦泉水標準，經處理后還可實現飲用礦泉功能。此富CO2、Li、Sr高礦化地下水的發現，為我國理療礦水增加了一種新類型，根據其水質特征將其命名為溝南復合型礦水（簡稱溝南礦水）。同時，根據所處地質環境條件分析，通過深入開展水文地質工作有望在盆地沉積演化、古氣候古生物演變及地質找礦等方面取得新的成果。

一、區域地質背景

溝南礦水位于煙臺市牟平區觀水鎮溝南村西北，該區處于膠萊盆地東北緣（圖1）。膠萊盆地分布總面積約14000km2，是一個受郯廬斷裂、五蓮—青島斷裂、牟（平）即（墨）斷裂控制的具有走滑拉分盆地性質的白堊紀陸相盆地，最大沉積厚度達12000m。盆地內的沉積地層自下而上分為三套，早白堊世萊陽群，主要為山麓洪積相、河流相、湖泊相砂巖、泥巖、礫巖等碎屑巖沉積，局部有中－酸性火山沉積；早白堊世青山群，為中基性—酸性火山巖建造，夾有少量沉積巖，有英安質火山碎屑巖—玄武安山質、安山質熔巖、火山碎屑巖—流紋質火山碎屑巖夾熔巖—粗安質（粗面質）熔巖夾火山碎屑巖等4類巖石組合；晚白堊世—古新世王氏群，為紅色砂巖、泥巖、礫巖等碎屑巖系。

圖1

溝南地下水出露點位于膠萊盆地東北緣的桃村凹陷中，這一凹陷夾持于桃村斷裂與郭城斷裂之間。凹陷周邊的基底巖系主要為新太古代TTG巖系、古元古代變質地層和侏羅—白堊紀花崗巖類。

二、含水層水文地質條件

溝南地下水賦存于白堊紀王氏群紅土崖組，出水深度為268米，井口自流量約80立方m3/d。紅土崖組巖性組合為由磚紅色細－粗砂巖、礫巖及泥質粉砂巖組成的韻律層，紅土崖組底部的砂礫巖層為理療地下水的含水層，其下部被王氏群辛格莊組的泥質粉砂巖、泥巖層阻隔，上部被紅土崖組的泥質粉砂巖層遮擋。巖層結構完整，周邊不發育斷裂、裂隙，屬承壓層間水。含水層與上部含水層及地表水無水力聯系。

同時，該地下水位于膠萊盆地東北邊緣的桃村凹陷北緣，牟（平）即（墨）斷裂帶桃村斷裂與郭城斷裂之間，周邊的基底巖系為花崗巖和變質巖類，為隔水性質，因此該處總體處于一獨立水文地質單元中。

三、水質特征分析及命名

（一）水質分析結果

根據水質分析結果（表1），此地下水水化學類型為HCO3·Na。

表1 溝南地下水水質檢驗結果

CO32- 0.00 Pb 0.20 N O2- 0.004 揮發酚 ＜0.002 NO3- 1.00 氰化物 ＜0.004 F- 0.18 CODM 0.80 OH- 0.00 可溶性總固體 4075.86 Cl- 294.26 PH 6.96

（二）飲用天然礦泉水水質評價

根據《飲用天然礦泉水》（GB 8537－2008），飲用天然礦泉水的界限指標為鋰≥0.2mg/L，鍶≥0.2mg/L，TDS≥1000mg/L，游離二氧化碳≥250mg/L。溝南礦泉水的水質組分中鋰含量達8.10mg/L，是國家標準的40倍多；鍶含量達10.31mg/L，是國家標準的51倍多；TDS含量達4076mg/L，是國家標準的4倍多；游離二氧化碳現場測試達1039mg/L，是國家標準的4倍多。上述4項離子含量遠遠高于國家標準，在天然礦泉水中極為罕見。但因水中鈉離子含量達1589mg/L，鐵離子達0.7mg/L，氯離子達290.71mg/L，不宜直接飲用，但可通過適當加水淡化稀釋處理實現飲用天然礦泉水的功能。

（三）理療熱礦泉水水質評價

根據《地熱資源地質勘查規范》（GB11615－2010）中《理療熱礦水水質標準》，對溝南礦泉水進行理療熱礦水評價，對溝南礦泉水主要指標與國家理療熱礦水標準比較，溝南地下水中的二氧化碳和鋰含量分別是國家標準的2倍和8倍，鍶含量略高于國家標準。根據標準，溝南地下水可命名為碳酸水、鍶水、鋰水復合型理療礦水（表2）。

（四）理療天然礦泉水水質評價

根據《天然礦泉水資源地質勘查規范》（GB13727－2016）中的《理療天然礦泉水水質標準》，對溝南礦泉水進行理療天然礦泉水評價（表2）。與理療天然礦泉水國家標準進行比較，其TDS是國家標準的4倍，二氧化碳含量是國家標準的2倍。根據標準，溝南地下水可命名為礦水、碳酸水復合型理療天然礦泉水。

表2 溝南地下水與理療熱礦水、理療天然礦泉水標準對比表

偏硅酸 50mg/L[硅水] 13.00mg/L水溫 36℃[溫礦（泉）水]≥34℃溫水 19.5℃

綜上，該處地下水溝南地下水可命名為碳酸水、鍶水、鋰水復合型理療礦水，礦水碳酸水復合型理療天然礦泉水，并可通過適當處理實現飲用天然礦泉水功能。為方便研究將其命名為溝南復合型礦水（簡稱“溝南礦水”）。

四、成因初步分析

溝南礦水位于膠萊盆地之桃村凹陷內。膠萊盆地分布于膠北隆起與膠南隆起之間，大致呈NE方向延伸，為東北窄而西南寬的菱形盆地，是山東省東部一個典型的晚中生代伸展斷陷盆地，面積約12000km2。膠萊盆地西側受控于NNE向的郯廬斷裂帶，南側為五蓮斷裂所控制，北界除了平度斷裂以外，大部分超覆在膠北隆起之上，東側NNE走向的牟平即墨斷裂帶將盆地分割為東西兩部分。膠萊盆地東部為海陽凹陷，其基底屬于膠南造山帶，為一個單斜的構造單元；西部由萊陽凹陷、大野頭凸起、高密凹陷、平度凹陷、夏格莊凹陷、李黨家馬山凸起、諸城凹陷和柴溝地壘構成，桃村凹陷分布于牟平－即墨斷裂帶內。

根據溝南礦水水文地質條件和水質特征分析，該水與上、下含水層及周邊地下水均無水力聯系。根據所處古地質環境初步分析，萊陽群在膠萊盆地內廣泛分布，為一套河湖相沉積，水南組為盆地內水位最深環境下沉積地層的代表。桃村凹陷鏡質組反射率局部高于萊陽凹陷，推測可能受凹陷內后期巖漿侵入的影響，使得有機質成熟度增高。桃村凹陷水南組泥頁巖密度平均為2.70g/cm3，與其他各凹陷水南組泥頁巖密度值差異明顯，推測與地層抬升及上覆地層沉積、剝蝕程度有關。

據此推測該礦水系古河湖水接受沉積過程中，受后期巖漿侵入影響封存于地層中而形成，屬封存水。

五、深入研究的意義

醫療礦水是寶貴的自然資源，但因缺乏必要的和有針對性的物探、鉆探等勘察工作，溝南礦水的形成機理尚未明確，需做進一步詳細勘察，掌握其地質和水文地質條件、資源量等情況，以便合理開發并充分利用這一寶貴的礦泉水資源。

同時，該處地下水地質信息豐富，具有極高的科研價值，通過進一步研究將會在優質地下水開發利用、盆地沉積演化、古氣候古生物演變甚至相關地質找礦等方面取得新的成果。

需要指出的是溝南礦水在頁巖氣勘探中具有特殊地質指標價值。膠萊盆地是山東省中生代白堊系沉積、保存最好的地區，綜合萊陽群沉積環境、水南組有機碳含量、生烴潛量、氯仿瀝青“A”、干酪根類型、鏡質體反射率、泥頁巖發育厚度、埋藏深度等，優選水南組4個遠景區，桃村凹陷是其中之一。桃村凹陷埋深300～2000m，頁巖氣潛在原地資源量為165.7×108m3，具有一定潛力和勘查開發前景。封存水在油氣資源勘探中具有寶貴的指標價值，因此對該處礦水的進一步研究將會更好地促進膠萊盆地油氣資源勘探。