肅南縣祁連山素珠鏈冰川礦泉成因及動態(tài)特征

劉瑋霞，王國榮，楊曉龍，繆云騰，馬孟麗

(甘肅省地礦局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000)

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肅南縣祁連山素珠鏈冰川礦泉成因及動態(tài)特征

劉瑋霞，王國榮，楊曉龍，繆云騰，馬孟麗

(甘肅省地礦局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000)

肅南縣祁連山素珠鏈冰川礦泉位于祁連山主峰北坡觀山河腦一帶，由南泉和東泉構(gòu)成，屬祁連山主峰素珠鏈冰川區(qū)。泉域在大地構(gòu)造上處于北祁連褶皺帶，區(qū)域構(gòu)造線呈北西～南東向展布。泉域地下水主要賦存于基巖裂隙孔隙中，主要接受冰川融水、大氣降水和觀山海子湖水的入滲補(bǔ)給。礦泉水的形成嚴(yán)格受地貌、地層和構(gòu)造因素控制，經(jīng)地下水的溶濾作用而形成鍶型天然礦泉水。礦泉流量、水溫、水質(zhì)動態(tài)基本穩(wěn)定，屬低鈉鍶型礦泉水。研究祁連山素珠鏈冰川礦泉水的成因及動態(tài)特征，對于在祁連山冰川分布區(qū)尋找同類型鍶型礦泉水具有十分重要的意義。

冰川礦泉水；形成；動態(tài)；祁連山

祁連山素珠鏈冰川礦泉位于甘肅省肅南裕固族自治縣西部，祁連山主峰北坡觀山河腦一帶。該礦泉水礦于1992年9月發(fā)現(xiàn)，原中科院蘭州冰川凍土研究所王宗太研究員帶領(lǐng)的科考隊(duì)在河西考察祁連山冰川時(shí)，帶回水樣進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)泉水具有典型的冰川泉水和礦泉水組合的特征。1993年，甘肅省地質(zhì)工程總公司對該礦泉水進(jìn)行了較詳細(xì)的專門勘查評價(jià)，認(rèn)為該泉水為低鈉鍶型礦泉水，可作為飲用天然礦泉水[1]。后經(jīng)國土資源部地下水及環(huán)境監(jiān)測中心等國家認(rèn)定的實(shí)驗(yàn)測試單位測試，定名為低鈉鍶型礦泉水[2]。甘肅環(huán)隴高新農(nóng)業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司于2011年3月取得采礦權(quán)證，并于2012年11月至2013年10月進(jìn)行了為期一年的泉水動態(tài)觀測。本文在充分收集利用前人資料的基礎(chǔ)上，初步分析了祁連山素珠鏈冰川礦泉的成因，研究了泉水動態(tài)特征，這對于今后在祁連山冰川分布區(qū)尋找同類型鍶型冰川礦泉水具有重要的意義。

祁連山素珠鏈冰川礦泉水主要由南泉和東泉構(gòu)成，兩泉相距350 m，泉點(diǎn)出露處海拔分別為3 200 m、3 170 m。泉域內(nèi)海拔3 200～5 022 m，屬中高山地形，海拔4 500 m以上分布現(xiàn)代冰川，屬祁連山主峰素珠鏈冰川區(qū)。

泉域?qū)俑吆敫珊禋夂?，年平均氣?2.2℃，年平均降水量205.3 mm，多集中于6～8月，年蒸發(fā)量<1 000 mm。觀山河為季節(jié)性河流，屬內(nèi)陸河流域黑河水系，多年平均徑流量0.159 0×108m3，保證率50%的來水量為0.157 5×108m3，保證率75%的來水量為0.138 6×108m3。受其源頭大海子湖的調(diào)節(jié)，觀山河流量動態(tài)年內(nèi)和年際變化較小。

1 泉域文地質(zhì)條件

1.1 泉域邊界

泉域在大地構(gòu)造上處于北祁連褶皺帶[3]，區(qū)域構(gòu)造線呈北西～南東向展布，出露的地層有奧陶系、志留系、二迭系、三迭系及第四系上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。受強(qiáng)烈構(gòu)造活動的影響第四系地層均呈斷層接觸關(guān)系，并呈北NW～SE向條帶狀展布，而第四系地層僅分布泉域中部的地勢低洼地段。

區(qū)內(nèi)有5條呈NW～SE走向的斷層通過，這些斷層多為斷距較大的逆掩斷層。從構(gòu)造形跡分析可以看出，該區(qū)構(gòu)造運(yùn)動主要表現(xiàn)為受斷裂構(gòu)造制的斷塊狀差異性上升運(yùn)動，并伴隨有巖層褶曲和沿漿侵入活動。這些構(gòu)造活動形跡以及由其產(chǎn)生的構(gòu)造裂隙，嚴(yán)格控制著泉域地下水的賦存分布，為泉域地下水的形成、運(yùn)動提供了條件。

1.2 地下水類型及富水性

泉域地下水主要賦存于基巖裂隙孔隙中。根據(jù)地下水賦存介質(zhì)的巖性和空隙特征，可將泉域地下水劃分為奧陶系-志留系基巖裂隙水和二疊系-三疊系碎屑巖類裂隙孔隙水兩種類型(圖1)。

圖1 祁連山素珠鏈冰川礦泉水文地質(zhì)略圖

(1)奧陶系-志留系基巖裂隙水

分布于泉域東北及西南的大部分地段。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料分析，奧陶系-志留系基巖裂隙水分布區(qū)單泉流量在0.01～1.046 1 L/s之間，地下水礦化度多<0.5 g/L，屬淡水，水化學(xué)類型為HCO3-型及HCO3--SO42-型水。

(2)二疊系-三疊系碎屑巖類裂隙孔隙水

分布于泉域中部和西南角。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，二疊系-三疊系碎屑巖類裂隙孔隙水分布區(qū)單泉流量0.047～0.221 L/s，地下水礦化度在0.4 g/L左右，屬淡水，水化學(xué)類型為HCO3--SO42-型水或SO42--HCO3-型水。

1.3 地下水補(bǔ)徑排條件

泉域地下水總體上來講是接受冰川融水、大氣降水的入滲補(bǔ)給。由于大海子湖及其北部面積較大的冰川堆積物的存在，使泉域地下水的補(bǔ)徑排特點(diǎn)與祁連山區(qū)地下水補(bǔ)徑排頻繁轉(zhuǎn)換的一般循環(huán)特點(diǎn)有所不同。

泉域南部地下水在接受冰川消融水和大氣降水的補(bǔ)給后，以地下徑流的形式向大海子湖方向匯集，在向下徑流過程中受地形變化的影響，部分轉(zhuǎn)換為地表徑流，部分仍以地下潛流形式匯入大海子湖。泉域北部地下水除接受大氣降水補(bǔ)給外，還接受大海子湖水的入滲補(bǔ)給，以地下徑流形式匯集到NW～SE向阻水?dāng)嗔雅c觀山河谷交匯地段溢出地表，形成泉群。

1.4 地下水水化學(xué)特征

泉域地下水化學(xué)類型比較單一，以HCO3-型及HCO3--SO42-型水為主。由于靠近上游補(bǔ)給源區(qū)，水化學(xué)形成作用以溶濾作用為主，地下水在形成、運(yùn)移過程中溶濾了與其接觸巖石中的微量元素和鹽分，屬于低礦化度、中等硬度、弱堿性水。

1.5 地下水動態(tài)特征

泉域地下水動態(tài)與觀山河動態(tài)基本一致，成因類型屬水文～徑流型。地下水位隨地表水位升高、流量增大而上升，水位變化幅度隨遠(yuǎn)離地表水體而逐漸減弱。

2 礦泉成因及鍶富集的原因

2.1 礦泉成因

泉域上游的大海子是一個(gè)半封閉洼地，海拔3 300～3 500 m，其成因?yàn)楸兒?，主要接受祁連山冰川融水及大氣降水補(bǔ)給。受出口處末次冰期巨大的終磧阻擋，湖水一部分經(jīng)人工渠道引用于下游山前進(jìn)行農(nóng)田灌溉，大部分沿巖石裂隙及構(gòu)造裂隙呈地下潛流形式徑流，NW～SE向阻水?dāng)嗔雅c觀山河谷交匯地段溢出地表，形成泉群(圖2)。因此，礦泉的成因?qū)偾治g下降泉，其形成完全受地形地貌、地層和構(gòu)造因素控制。

圖2 祁連山素珠鏈冰川礦泉水文地質(zhì)剖面

泉群由南泉和東泉組成，年內(nèi)年際動態(tài)變化較大。據(jù)實(shí)測資料，枯水期測得南泉流量22.00 L/s，東泉流量為118.07 L/s，合計(jì)兩泉流量140.07 L/s。2013年9月水質(zhì)檢測結(jié)果表明，東、南兩泉鍶含量為0.429～0.856 mg/L，溶解性總固體349.8～399.9 mg/L，pH值8.57～8.63，水化學(xué)類型屬HCO3·SO4-Ca·Mg型水，與區(qū)域基巖裂隙水的水質(zhì)基本一致。礦泉感官指標(biāo)、限量指標(biāo)、污染物指標(biāo)、微生物指標(biāo)均符合《飲用天然礦泉水》(GB8537-2008)國家標(biāo)準(zhǔn)要求[4]，界限指標(biāo)中南泉和東泉鍶含量均達(dá)到《飲用天然礦泉水》(GB8537-2008)國家界限標(biāo)準(zhǔn)，屬鍶型天然礦泉水。

2.2 鍶富集的原因

地層巖性決定了泉水的水化學(xué)成分，是水化學(xué)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。泉水在形成和運(yùn)移過程中溶濾了與其接觸巖石中的微量元素和鹽分，元素K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2-、Cl-、F-、I-、Sr2+含量均不高，變化范圍也很小，屬于低礦化度、中等硬度、弱堿性、低鈉含鍶型水。根據(jù)這一特點(diǎn)，結(jié)合該地區(qū)的巖性特征，在長期潛流過程中，但其氘含量并未增加，因?yàn)樗械碾恐皇苷舭l(fā)與凝結(jié)分餾的影響而變化，潛水沒有蒸發(fā)與凝結(jié)作用，故而基本上仍保持原有的含氘量。但潛水溶淋了沿途巖石的大量有益元素和礦物質(zhì)，礦化度和微量元素的含量，主要是來自古生代和中生代地層及其侵入巖中，這些地層鍶含量明顯較高，最高達(dá)0.2%，為礦泉水提供了豐富的鍶來源。因鍶在地層中的克拉克值較大[5]，且化學(xué)性質(zhì)活潑，易溶于水，故泉水中鍶的含量較大。從泉水水量動態(tài)和水質(zhì)特征推測，泉域地下水徑流循環(huán)深度不大，只是由于上述地貌、地層和構(gòu)造因素的作用使得地下水的徑流途徑加長，微量元素鍶(Sr)含量相對富集。

該礦泉的補(bǔ)給水源來自古老冰雪融水，又經(jīng)過地層長期循環(huán)天然礦化，融入大量鉀、鈉、鈣、鎂、鍶、鋅、溴、碘等多種對人體健康有益的礦物質(zhì)和微量元素。既有高山冰川冰雪融水含氟量低、水齡古老、純潔、無菌、無現(xiàn)代污染的特點(diǎn)，又符合國家飲用水天然礦泉水的標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)今世界上不可多得的珍稀“冰川礦泉水”。

3 礦泉?jiǎng)討B(tài)特征

根據(jù)甘肅環(huán)隴高新農(nóng)業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司2012年11月～2013年10月近一年的泉水動態(tài)觀測資料，祁連山素珠鏈冰川礦泉水動態(tài)特征如下：

3.1 流量動態(tài)

南泉平均流量為43.38 L/s，豐水期最大流量67.20 L/s(2013年8月29日)，枯水期最小流量22.00 L/s(2013年5月14日)，泉流量不穩(wěn)定系數(shù)a為0.327，介于0.1～0.5之間，屬流量變化的泉；東泉平均流量為143.86 L/s，豐水期最大流量184.92 L/s(2013年10月28日)，枯水期最小流量118.07 L/s(2013年3月23日)，泉流量不穩(wěn)定系數(shù)a為0.638，介于0.5～1.0之間，屬流量穩(wěn)定的泉。東泉流量明顯大于南泉，兩泉枯水期總流量140.07 L/s。

從泉流量動態(tài)曲線圖可以看出，兩泉流量動態(tài)變化過程基本一致(圖3)。年內(nèi)3～5月流量較小，6月份以后隨著上游冰雪消融及降雨量的增加，上游來水量增大，泉流量亦隨之增大。在8～10月泉流量出現(xiàn)年內(nèi)峰值。10月以后，隨著降水減少及地表封凍，泉流量逐步減小。

圖3 祁連山素珠鏈冰川礦泉實(shí)測流量動態(tài)曲線

3.2 水溫動態(tài)

南泉水溫處于4℃～5℃之間，平均水溫4.59℃；東泉水溫處于3℃～5℃之間，平均水溫3.95℃。兩泉水溫較穩(wěn)定，年變幅較小。

3.3 水質(zhì)動態(tài)

水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明，祁連山素珠鏈冰川礦泉年內(nèi)水質(zhì)變化基本穩(wěn)定。多年水質(zhì)變化基本穩(wěn)定，各主要成份(如鍶、鈉、偏硅酸等)含量的變化值均<30%(表1)。

因此，祁連山素珠鏈冰川礦泉流量、水溫、水化學(xué)及水質(zhì)動態(tài)基本穩(wěn)定。

4 找礦意義

祁連山素珠鏈冰川礦泉的補(bǔ)給水源來自古老冰雪融水，又經(jīng)過地層長期循環(huán)天然礦化，融入大量鉀、鈉、鈣、鎂、鍶、鋅、溴、碘等多種對人體健康有益的礦物質(zhì)和微量元素。既有高山冰川冰雪融水含氟量低、水齡古老、純潔、無菌、無現(xiàn)代污染的特點(diǎn)，又符合國家飲用水天然礦泉水的標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)今世界上不可多得的珍稀“冰川礦泉水”。

祁連山素珠鏈冰川礦泉是非常難得的、特殊環(huán)境條件下的產(chǎn)物。它的補(bǔ)給水源來自極高山冰川之古老冰雪融水，又經(jīng)地層長期循環(huán)天然運(yùn)移，融入大量鍶、碘、硒、鋰、氟、偏硅酸等微量元素，含量適中、符合人體需求、容易被人體所吸收。祁連山素珠鏈冰川礦泉水既有高山冰川冰雪融水含氟量低、水齡古老、純潔、無菌、無現(xiàn)代污染的特點(diǎn)，又符合國家飲用水天然礦泉水的標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)今世界上不可多得的珍稀“冰川礦泉水”。

因此，祁連山素珠鏈冰川礦泉水具有典型性，具有較大的開發(fā)利用前景，同時(shí)也為祁連山冰川分布區(qū)尋找同類型的礦泉水提供了重要的參考價(jià)值和思路。

表1 祁連山素珠鏈冰川礦泉水質(zhì)多年變化

5 結(jié)語

(1)祁連山素珠鏈冰川礦泉主要接受冰川融水、大氣降水和觀山海子湖水的入滲補(bǔ)給。礦泉的形成嚴(yán)格受地貌、地層和構(gòu)造因素控制，成因?yàn)榍治g下降泉。

(2)泉域地下水在向下徑流過程中，溶淋了沿途巖石的大量有益元素和礦物質(zhì)，礦化度和微量元素的含量，主要是來自古生代和中生代地層及其侵入巖中，這些地層為礦泉水提供了豐富的鍶來源。

(3)祁連山素珠鏈冰川礦泉水為天然飲用礦泉水，屬低鈉鍶型礦泉水，無污染，易開采，是非常難得的、特殊環(huán)境條件下的產(chǎn)物。

(4)祁連山素珠鏈冰川礦泉流量、水溫、水化學(xué)及水質(zhì)動態(tài)基本穩(wěn)定，主要成份(如鍶、鈉、偏硅酸等)含量的多年變化值均<30%。

(5)祁連山素珠鏈冰川礦泉水既有高山冰川冰雪融水含氟量低、水齡古老、純潔、無菌、無現(xiàn)代污染的特點(diǎn)，又符合國家飲用水天然礦泉水的標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)今世界上不可多得的珍稀“冰川礦泉水”。祁連山冰川分布區(qū)是尋找同類型的冰川礦泉水的有利地區(qū)。

[1]甘肅省地質(zhì)工程總公司.甘肅省酒泉市金佛寺鎮(zhèn)礦泉飲用天然礦泉水勘察評價(jià)報(bào)告[R](內(nèi)部資料).1993.

[2]甘肅省地礦局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院.甘肅環(huán)隴高新農(nóng)業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司祁連山素珠鏈冰川礦泉水礦儲量報(bào)告(2011年1月-12月)[R]. 2013.12.

[3]甘肅省地礦局第二區(qū)域地質(zhì)測量隊(duì).祁連山幅1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R](內(nèi)部資料). 1974.12.

[4]飲用天然礦泉水(GB8537～2008).北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.2008.

[5]劉慶宣，王貴玲，張發(fā)旺.礦泉水中微量元素鍶富集的地球化學(xué)環(huán)境[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2004.6(1):19-23.

Formation Causes and Dynamic Characteristics on Qilian Mountain Suzhulian Glacier Mineral Water in Suan County

LIU Wei-xia，WANG Guo-rong，YANG Xiao-long，MIAO Yun-teng，MA Meng-li

(No4 Geology and Exploration Team,Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development,Jiuquan735000,China)

Sunan county Suzhulian glacier mineral water is located in the north slope of Qilian mountain, made up of south and east spring, belong to the Qilian mountain peaks Suzhulian glacier area. Spring area in the structure of the earth in north Qilian fold belt, tectonic line in the north west - south east to distribution. The spring area groundwater mainly occurs in the rock fissures, mainly accept glacier melt water, atmospheric precipitation and infiltration of Guanshanhaizi lake. The formation of mineral water was strictly controlled by landform, strata and structural factors, formed by the groundwater leached type strontium natural mineral water. The flow and quality of mineral water is basically stable, belong to low salinity heavy magnesium carbonate containing strontium calcium type mineral water. Making out the dynamic characteristics and genesis of Zhusulian glacier mineral water has significant meaning for looking for the same type containing strontium mineral water in Qilian mountain area.

The glacier mineral water；formation；dynamic and Qilian mountain

2016-10-17

劉瑋霞(1978-)，女，山東泰安人，助理工程師，主要從事地質(zhì)科技及技術(shù)管理工作。

P641.5

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1004-1184(2016)06-0025-03