安徽省舒城縣柳抱泉天然飲用礦泉水水質(zhì)特征及成因分析

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(安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蚌埠 233000)

1 自然地理概況

安徽省舒城縣柳抱泉位于干汊河鎮(zhèn)泉堰村，距縣城12 km，距合肥市60多 km。省道舒岳路貫穿其中，交通方便。

舒城縣屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，氣和溫和，雨水充沛。多年平均氣溫在12.9℃～15.6℃，多年平均降水量1 142.9 mm，每年的6、7、8三個月是降水集中時段，占全年降水40%～50%，為豐水期。多年平均蒸發(fā)量1 397.8 mm。

柳抱泉北面約3 km為杭埠河，向東北注入巢湖，歸屬長江流域。西南方向約10 km為龍河口水庫，與之相配套的舒城至廬江干渠該區(qū)內(nèi)由西向東流過。

本區(qū)位于合肥構(gòu)造盆地南部邊緣地帶，區(qū)內(nèi)最近的山峰為春秋山，海拔標(biāo)高337 m。柳抱泉位于春秋山西側(cè)下的雙廟村至瓦屋村，地形總體呈東南部高，西北及北部低的緩變趨勢，東南部邊緣為丘陵地區(qū)，地面標(biāo)高為100～120 m，西北及北部地區(qū)為波狀平原，標(biāo)高30～80 m。

2 礦泉水賦存的地質(zhì)背景

2.1 礦泉水賦存的地質(zhì)條件

2.1.1 地層

區(qū)地層區(qū)劃屬北淮陽地層區(qū)佛子嶺地層分區(qū)。出露的地層主要為晚侏羅世毛坦廠組(J3m)和第四系全新統(tǒng)豐樂鎮(zhèn)組(Qhf)，其中晚侏羅世毛坦廠組巖性為安山巖、粗安巖、安山質(zhì)火山角礫巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)砂礫巖、砂巖。第四系巖性主要為黃灰、土黃色砂礫石、砂土、粉質(zhì)粘土。

2.1.2 地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)位于郯廬斷裂帶西側(cè)，合肥盆地南緣。構(gòu)造有北西西向與北北東向二組：

北西西向主要為裂隙密集破碎帶，是區(qū)域金寨～舒城斷裂的一部分，北北東向斷裂是郯廬斷裂西側(cè)次級斷裂，平行于東側(cè)的西湯池斷裂帶，切割北西西向斷裂。區(qū)內(nèi)礦泉出露主要出露于兩組次級斷裂交匯處，以構(gòu)造裂隙水和風(fēng)化裂隙水為主。

2.1.3 巖漿巖

中生代火山巖廣為發(fā)育，中生代火山巖主要為安山巖和粗面巖等。淺部風(fēng)化強(qiáng)烈。

2.2 礦泉水賦存的水文地質(zhì)特征

2.2.1 含水巖組及其富水性

根據(jù)地下水賦存條件、含水介質(zhì)、水力特征，本區(qū)地下水可劃分為松散巖類孔隙水和火山巖裂隙水兩大類。

松散巖類孔隙水含水巖組由第四系全新統(tǒng)豐樂鎮(zhèn)組組成，巖性主要為砂礫石、砂土層，分布于山間溝谷地帶，厚約2～8 m，上覆蓋1～2 m粉質(zhì)粘土，部分沿溪流出露地表。礫石大小一般為20×30 mm，呈次棱角狀。經(jīng)調(diào)查一般單井涌水量10～100 m3/d。水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Na型，溶解性總固體小于1 g/L。

火山碎屑巖裂隙水含水巖組為晚侏羅系毛坦廠組安山巖類，巖石節(jié)理較發(fā)育，形成密集裂隙破碎帶和風(fēng)化帶。下部水沿密集破碎帶或多組裂隙復(fù)合部位出露地表，形成上升泉水。經(jīng)調(diào)查，一般泉、井涌水量10～100 m3/d，水質(zhì)較好，流量、水溫較穩(wěn)定，受季節(jié)變化小。地下水化學(xué)類型為和HCO3-Ca型，溶解性總固體小于0.5 g/L。

2.2.2 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給源主要為大氣降水補(bǔ)給，以及流經(jīng)該區(qū)的舒廬干渠和西南方向的龍河口水庫通過構(gòu)造裂隙補(bǔ)給。本區(qū)地下水與地表水一樣，由西南向東北方向徑流，風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙水主要通過裂隙徑流，松散巖類孔隙水通過巖石孔隙緩慢徑流，排泄以人工開采和蒸發(fā)為主，次為側(cè)向河流排泄。

3 礦泉水特征

3.1 礦泉水同位素特征

3.1.1 礦泉水穩(wěn)定同位素特征

根據(jù)地下水系統(tǒng)中的礦泉水的氫氧同位素組成特征及相應(yīng)的大氣降水的同位素組成分析對比，可以判斷地下礦泉水起源與補(bǔ)給來源。柳抱泉地區(qū)同位素樣品結(jié)果分析為：δD(‰)值為-43，δ18O(‰)值為-6.7。 其值與相鄰地區(qū)的地表水、淺層地下水的δD、δ18O值基本相近，說明區(qū)內(nèi)礦泉水的補(bǔ)給來源與大氣降水成因聯(lián)系密切，主要起源于大氣降水。

3.1.2 放射性同位素特征

氚是水中氫的放射性同位素，由于形成條件的特殊性，可以用來判斷礦泉水形成的年齡和成因。經(jīng)測試該1號井礦泉水中的3H為6.2±0.9TU，根據(jù)黃淮海平原大氣降水氚濃度55 TU，應(yīng)用放射性衰變公式N=N0e-λt近似計算，本區(qū)礦泉水形成年齡為29 a或更老，另據(jù)J.Ch豐特的經(jīng)驗估算法認(rèn)為氚含量5～20 TU之間，應(yīng)為20 a前滲入的水和“古水”之間有混合作用，因此認(rèn)為本區(qū)礦泉水形成年齡為20多年前大氣降水入滲形成。

3.2 礦泉水水質(zhì)特征

柳抱泉礦泉水清澈透明、色度小于5度，渾濁度小于2NTU，無臭和味，無肉眼可見物，口感甘甜，未檢測出微生物，感官實測值、微生物檢測值完全符合國標(biāo)《飲用天然礦泉水》(GB8537-2008)要求。

通過對柳抱泉地區(qū)3個有代表性的礦泉點(diǎn)及2口井點(diǎn)現(xiàn)場取樣分析，檢測項目按照《飲用天然礦泉水》(GB8537-2008)標(biāo)準(zhǔn)要求，共67個項目。檢測結(jié)果表明：該礦泉水主要陽離子：K+為0.67～1.67 mg/L，Na+為11.92～13.15 mg/L，Ca2+為36.02～52.70 mg/L，Mg2+為10.40～13.09 mg/L；主要陰離子：HCO3-為161.5～213.4 mg/L，SO42-為7.29～8.66 mg/L，Cl-為6.62～21.01 mg/L，F(xiàn)-為0.12～0.25 mg/L，總硬度為132.77～183.6 mg/L，溶解性總固體值為282～367.4 mg/L，pH值7.22～7.81，其水化學(xué)類型為HCO3--Ca型。柳抱泉礦泉水偏硅酸值為61.21～69.26 mg/L， Sr值為0.328～0.823 9 mg/L，礦泉水中有害組份含量均低于國標(biāo)的限量要求。根據(jù)礦泉水化學(xué)成分特征，該礦泉水可定名為重碳酸鈣型含鍶、高偏硅酸型優(yōu)質(zhì)天然飲用礦泉水。

3.3 礦泉水動態(tài)特征

3.3.1 礦泉水水量動態(tài)特征

根據(jù)對各井在枯水期、平水期和豐水期的靜水位及抽水試驗所得的穩(wěn)定流量觀察可知(見表1)，各井的靜水位在枯水期及豐水期的水位有稍微的變化，穩(wěn)定流量數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，變化幅度不大，說明該區(qū)礦泉水的水量受季節(jié)性變化比較小，水量較穩(wěn)定。

3.3.2 礦泉水主要元素動態(tài)特征

據(jù)柳抱泉的檢測報告及柳抱泉旁1號井檢測報告的主要元素含量顯示(見表2)，幾年來，達(dá)標(biāo)元素Sr值含量0.34～0.440 9 mg/L，H2SiO3值61.33.2～72.34 mg/L，常量元素K+值含量0.68～1.8 mg/L，Na+值含量12.3～13.68 mg/L，Ca+值含量49.8～54.17 mg/L，Mg+值含量12.4～13.76 mg/L，HCO3-值含量197.3～227.8 mg/L，Cl-值含量7.48～10.3 mg/L，SO42-值含量8.04～11.32 mg/L，變幅不大，含量穩(wěn)定。根據(jù)對柳抱泉進(jìn)行長期觀測資料，水溫變化范圍為19.1℃～19.6℃，水溫受氣候影響小。

綜上所述，經(jīng)過多年的動態(tài)觀測，柳抱泉水溫、流量、水質(zhì)變化較穩(wěn)定，不受季節(jié)變化影響，該礦泉水為深循環(huán)的承壓水。

表1 柳抱泉地區(qū)各井的靜水位及穩(wěn)定流量變化表

表2 柳抱泉1號井礦泉水中主要元素含量變化表 mg/L

4 礦泉水成因分析

4.1 礦泉水形成的地質(zhì)構(gòu)造條件分析

在柳抱泉附近2 km2范圍內(nèi)有6個泉水和7個民井出露，其空間位置大致順北東、東西向呈鏈狀展布，明顯受構(gòu)造控制。通過物探資料分析，在柳抱泉附近推測有兩條構(gòu)造裂隙帶通過，一條在柳抱泉東側(cè)，為北東向構(gòu)造裂隙帶(F1)，另一條為東西向構(gòu)造裂隙帶(F2)。該泉以下至250m深度以上，存在構(gòu)造破碎帶，賦存有豐富的地下水，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，該深度為毛坦廠組與中元古代鄭沖片麻巖鉀長花崗巖不整合接觸位置，期間存在著構(gòu)造破碎帶。在該泉140°方向50 m處發(fā)育的構(gòu)造破碎帶，是柳抱泉的導(dǎo)水構(gòu)造，使深層礦泉水沿此上侵，在相對較低洼處出露地表，形成上升泉即柳抱泉。

4.2 鍶、高偏硅酸型礦泉水形成條件分析

含鍶、硅礦物(巖石)的存在是形成鍶型、偏硅酸型礦泉水的物質(zhì)基礎(chǔ)，本區(qū)第四系下部主要為風(fēng)化、半風(fēng)化的安山巖，安山巖類中SiO2含量變化較大(52%～63%)﹐平均含量為58.17%。在巖漿巖中，以中性閃長巖的鍶含量最高，平均可達(dá)800 ppm，本區(qū)第四系下部主要為中性噴出巖即安山巖，其礦物成分、化學(xué)成分與閃長巖相似，鍶含量較高。

礦物的性質(zhì)、地下水環(huán)境及地下水對礦物的溶解能力是形成礦泉水的前提。鍶鹽的溶解度相對較小，富鍶巖石能否形成富鍶礦泉水主要與水的侵蝕性、溫度、pH值及造巖礦物的風(fēng)化破碎程度等有關(guān)，本區(qū)pH值在7～8.5之間，巖石較破碎，有利于鍶型礦泉水的形成。地下水對石英礦物的溶解力較弱，但對本區(qū)含硅酸鹽礦物較多的安山巖溶解能力相對較強(qiáng)，所以該區(qū)地下水中含有較高的硅酸成分。

地下水與周圍含鍶、硅礦物(巖石)長期接觸是礦泉水形成的基本條件，在相同條件下，地下水與含鍶、硅礦物(巖石)接觸時間越長，則水中鍶、偏硅酸含量就越高，因本區(qū)為深層承壓水，形成時間較長，根據(jù)本區(qū)對放射性同位素氚的測試，本區(qū)礦泉水形成年齡為29 a或更老，有利于地下水的溶解作用。

區(qū)內(nèi)地下水補(bǔ)給源主要為大氣降水補(bǔ)給，由于降水中的CO2滲入地下，在一定溫度和壓力環(huán)境中與鍶礦物(以SrCO3為主)、硅酸鹽礦物長石(NaAlSi3O8、CaAl2Si2O8)相互作用，形成含鍶、偏硅酸礦泉水。其化學(xué)反應(yīng)式為：

SrCO3+H2O+CO2→Sr2++2HCO3-

2NaAlSi3O8+4H2O+2CO2→2Na++6SiO2+Al2O3·3H2O+ +2HCO3-

CaAl2Si2O8+4H2O+2CO2→Ca2++2SiO2+Al2O3·3H2O+ +2HCO3-

SiO2+ H2O→H2SiO3

5 結(jié)語

安徽省舒城縣柳抱泉賦存于晚侏羅系毛坦廠組安山巖的密集裂隙破碎帶和風(fēng)化帶中，礦泉水起源于大氣降水，形成年齡為29年或更老，為深循環(huán)的承壓水。柳抱泉的導(dǎo)水構(gòu)造為一構(gòu)造破碎帶，使深層礦泉水沿此上侵，在相對較低洼處出露地表，形成上升泉即柳抱泉。本區(qū)第四系下部主要為風(fēng)化、半風(fēng)化的安山巖，安山巖中鍶、SiO2含量高，遇地下水后，巖石中部分鍶、SiO2組分發(fā)生溶解，富集于水中，便形成了鍶型、偏硅酸型礦泉水。

柳抱泉礦泉水清澈透明、口感甘甜，各項指標(biāo)完全符合國標(biāo)要求，根據(jù)礦泉水化學(xué)成分特征，該礦泉水可定名為重碳酸鈣型含鍶、高偏硅酸型優(yōu)質(zhì)天然飲用礦泉水。