江西贛中某礦泉水水資源水質分析及成因研究

韓政興，夏 冰，黃毓瓊，王國峰，劉秀明

（1.江西省地質局二二六地質隊，江西 萍鄉 337000 2.江西省煤田地質勘察研究院，江西 南昌 330001 3.江西省生態環境科學研究與規劃院，江西 南昌 330000）

1 項目概況

1.1 構造及地層發育情況

項目位于贛中地區，屬于羅霄—諸廣隆起，在江西省飲用天然礦泉水類型及資源潛力分區圖中屬于高潛力區范疇，屬于羅霄—諸廣中低山裂隙水（區）亞區，具有較好的礦泉水成礦地質背景。項目區地層有寒武系中統高灘組、上統水石組、奧陶系下統茅坪組、泥盆系中統云山組、第四系全新統聯圩組及早志留世萬洋山序列的中細粒似斑狀黑云花崗等，區內主要受諸廣山導熱斷裂群的臨川—遂川北東向斷裂帶影響。

1.2 區內水文地質特征

勘查區內的水主要儲存在花崗巖的裂縫、間隙中，富水等級劃分屬于構造裂隙水水量中等區。按地下水賦存條件劃分可分為第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種類型。第四系松散巖類孔隙水含水層厚度一般為3.62～11.22 m，水位埋深1.0～4.3 m。單井出水量為49.49～695.65 t/d，滲透系數為10.50～98.65 m/d，水質類型為HCO3-Ca，礦化度為0.07～0.11 g/L，pH值為6.2～6.8，所以，屬于水量中等—貧乏。基巖裂隙水為早志留世萬洋山序列中粒似斑狀黑云二長花崗巖含水巖組：主要為灰色—深灰色中粒似斑狀黑云二長花崗巖、中細粒似斑狀黑云花崗閃長巖，構造裂隙較發育，含裂隙水。其中，徑流模數為1.03～5.58/秒·平方千米，泉流量為0.03～0.28 L/s；水質類型為HCO3-Na-Ca，礦化度為0.085～0.106 g/L，總硬度為16.01～25.12 mg/L，pH值為6.8～7.53，所以，屬于水量中等—貧乏。

項目區礦泉水的補徑排條件為：礦泉水的主要補給來源為大氣降水及上部第四系松散巖類孔隙水的垂直滲入補給、地表徑流補給。其次為F1斷裂構造裂隙水的側向補給，而地下水徑流方向受地勢的影響，大致是由北西向南東徑流。在天然狀態下，F1斷裂構造裂隙水是以散流或泉水的形式排泄，但在人工開采后，則以井采排泄為主，散流或泉流次之[1]。

2 勘查工作情況

本次勘查工作的方法是：工程測量、1:1萬水文地質調查、地下水動態監測、高密度電法測量、水文地質鉆探、樣品采集及測試、綜合報告研究等。主要實物工作量為：1:1萬水文地質調查1.69 km2；高密度電法測量295點（點距10 m）；水文地質鉆探450 m/5孔；依次完成單孔抽水試驗、多孔抽水試驗。礦泉水分析16組+放射性13組+微生物12組，水質分析10組（H2SiO3+F-），動態觀測1個水文年[2]。具體內容詳見表1。

通過表1可以看出，完成5個孔的水文地質鉆探、抽水試驗、巖性編錄及樣品測試工作。鉆探工作共完成總進尺為450.21 m，提交涌水量為283.38 m3/d。

表1 完成的實物工作量一覽表

3 理化性質和水質分析

本次工作在豐、平、枯水期均有采樣，并進行了水質分析，共采集水樣41組，其中水質全分析16組，放射性分析13組，微生物分析12組。

3.1 礦泉水物理性質

勘查區礦泉水泉水清澈透明，無色（色度為0.6～3.0 ＜15）、無臭、微甜可口，無懸浮物（渾濁度為0.18～0.96 ＜5）。其取樣存放一年以上均未發現沉淀物。水溫常年保持恒定在19～21 ℃左右，屬于低溫礦泉水。通過打孔測定，ZK02孔pH平均值為7.23，ZK05孔pH平均值為7.06，均為中性水，因此該區域的礦泉水具備非常優質的物理性質和品質。

3.2 礦泉水水化學特征

綜合分析本區礦泉水的主要陽離子為鈣、鈉離子。其中，鈣離子含量為11.14～12.76 mg/L，平均含量為11.85 mg/L，占陽離子摩爾數的53.04%；鈉離子含量為7.58～8.17 mg/L，平均含量為7.97 mg/l，約占陽離子摩爾數的38.26%；其他陽離子還有K+、Mg2+、Al3+等。陰離子的類別主要為重碳酸根，并且重碳酸根含量為56.69～61.03 mg/L，平均含量為59.06 mg/L，占陰離子摩爾數的89.43%。其次是Clˉ、SO42ˉ、NO3ˉ、Fˉ等。通過對以上陰、陽離子的變化情況實時監測，從2019年4月開始，為期四年，將監測結果和其他單位的檢測結果進行對比分析后發現，該區域礦泉水中所富含的陰、陽離子分別為HCO3-、Ca2+和Na+。對各陰、陽離子在水中的比例對比進行計算，分析該區域水質的化學類型，可知該區域礦泉水為重碳酸鈣鈉型（HCO3--CaNa）[3]。

3.3 礦泉水水質評價

經一個水文年以上的實測監控表明，該礦泉水物化性質具有很高的穩定性。主要組分K+、Na+、Ca+、Mg2+、Cl-、SO42-HCO3-、溶解性總固體等，均為穩定組分，且不隨季節變化而變化。同時，礦泉水的物理形狀以及優良色度為0.6～3.0≤15，渾濁度為0.18～0.96≤5，沒有任何異臭、異味及肉眼可見物，其甘爽可口、清澈透明。該礦泉水的水化學類型為重碳酸鈣鈉型，總礦化度為117.26 mg／L，屬于低礦化度的礦泉水，總硬度平均值為24.24 mg/L，屬極軟水。pH平均值為7.06，屬于中性水。在該礦泉水中未檢測出大腸菌群、糞鏈球菌、銅綠假單胞菌、產氣夾膜梭菌，因此，該礦泉水未受到任何污染。其中，偏硅酸（H2SiO3）平均含量為34.14 mg/L，已達到國家標準界限指標大于30 mg/L的要求，屬于偏硅酸礦泉水。所以，該礦泉水各項指標均符合國家標準，既屬于飲用天然礦泉水，又具有醫療礦泉水的特性。

4 礦泉水成因研究

（1）勘查區內加里東期巖漿活動形成的地球化學環境為礦泉水的形成奠定了物質基礎，本區早古生代巖漿活動強烈，巖性以致密塊狀灰色中粒似斑狀黑云二長花崗巖為主，其SiO2為72.28%，和地下水混合后，其中的一些非晶質二氧化硅物質會溶于地下水中，從而使水中含有豐富的偏硅酸成分。根據GB 8537—2018《飲用天然礦泉水》[4]中偏硅酸的含量要求，當地下水中的偏硅酸含量滿足標準中的相關要求后，同時該地下水中的微生物、污染物等其他相關指標也滿足標準要求時，該區域的地下水便屬于偏硅酸型的礦泉水。

（2）由于該勘查區的地質結構特殊，使礦泉水的產生和流動獲得了天然條件。早志留世，礦區處于擠壓隆起狀態，從而形成了新的地質斷裂帶，這樣當地下巖漿流動時就會沿著這些斷裂帶區域不斷上升，而巖漿的不斷流動和多次噴發，也使得地質中的斷裂層不斷發育，構造也越來越復雜。后期巖漿的活動會對前面已經噴發出的巖漿產生一定的影響，最終產生很多孔洞和裂隙，之后再受到地質裂隙的長期影響，最終形成了富含大量孔洞裂隙網絡的地質結構，從而讓地下水的留存和流動擁有了非常優厚的天然條件。因此，地下水在這樣的地質環境中通過流動獲得了大量的非晶質二氧化硅、碳酸鈣和鈉等多種礦物質，于是進行了天然的溶濾和水解。

在礦區的上游區域，自然降水滲入地下后，會對地下的非晶質二氧化硅進行不斷的溶解，從而使得該區域的地下水中富含大量的偏硅酸，在重力和地質結構的作用下，不斷的流向地勢更低的區域。如此不斷重復，已經存在于地下的水質不斷的溶解非晶質二氧化硅，同時新的降水也在不斷地流入地下并循環以上過程，從而該區域產生了大量的偏硅酸型礦泉水。由于地下水在滲入地下和在地下流動的過程中，有一些地下水會向斷裂帶深處繼續滲透，在和碳酸鹽巖類混合后，再次受到地下高溫、高壓的作用而產生化學反應，會對巖中的非晶質二氧化硅產生溶解作用，且產生游離的二氧化碳，所以，最終形成的礦泉水具有偏硅酸、重碳酸鈣鈉的特點。

（3）該區域降水資源豐富，每年的降水量多達1 400 mm以上，使礦泉水具備了天然的產生條件，并為礦泉水的形成提供了充足的物質基礎。所以，該區域內礦泉水產量豐富，品質穩定，泉眼集中，這些天然優勢讓礦泉水有了天然的、穩定的開發基礎。

（4）有利的地形地貌條件也是礦泉水形成的必要因素。一般情況下，礦泉水出露于山坡下地勢低洼處，通過泉眼的形式流動出來，最終形成了天然礦泉水。

（5）該區域80%都被植被所覆蓋，所以，高植被覆蓋率呼吸作用加強，具備了優質的天然環境和豐富的植被條件。豐富的植被資源會讓降水在地表的流動速度得以減緩，一方面減緩了地表水的徑流速度，另一方面避免或減少了水土流失現象的發生，降水的徑流強度降低，也會使地下水在同樣的時間內可以儲存更多的水量，從而增加了地下水對季節變化的應對能力，讓礦泉水資源更加充足、穩定。同時，水解反應時如果有CO2加入，反應會更加劇烈。因高植被覆蓋率會使土壤呼吸作用加強，這在一定程度上使地下水中的游離CO2和HCO3-含量富集，偏硅酸會在水中以膠體形式存在，部分直接浸入水中，部分被高嶺石吸附沉淀并在特定環境中釋放到水中，形成本區礦泉水中的偏硅酸。

5 結語

本文簡述了花崗巖型斷裂構造礦泉水的地質背景，研究了礦泉水的勘查成果，對水質情況進行了分析，得出了本區礦泉水屬于偏硅酸型礦泉水，屬于飲用天然礦泉水。重點對礦泉水的成因進行了研究，闡述了其蘊藏條件，梳理了水文地質條件補徑排關系，研究了偏硅酸的形成和富集機理。