湘鄉(xiāng)東山天然礦泉水的賦存條件及形成機(jī)理

摘 要：湘鄉(xiāng)市東山飲用天然礦泉水，賦存于一條走向北東傾向北西的區(qū)域性東臺(tái)山斷裂之中，周邊的地層巖性為礦泉水提供了有益元素的來源，該斷裂帶南緞賦存的礦泉水屬偏硅酸型礦泉水，水量豐富，水質(zhì)較好，達(dá)到國(guó)家飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，是優(yōu)質(zhì)的天然礦泉水水源地。

關(guān)鍵詞：偏硅酸礦泉水；賦存條件；形成機(jī)理

中圖分類號(hào)：K928.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）33-0342-02

1 概 述

東山天然飲用礦泉水位于湘鄉(xiāng)市東南，湘鄉(xiāng)盆地的東南緣，行政區(qū)劃屬于湘鄉(xiāng)市山棗鎮(zhèn)和梅橋鎮(zhèn)管轄。該礦泉水劃定區(qū)域?yàn)閰^(qū)域性東臺(tái)山大斷裂兩側(cè)，礦權(quán)總面積28.4776km2。距離湘鄉(xiāng)市區(qū)僅有3.5km，區(qū)域北面有鐵路、高速公路、國(guó)道、省道通過交通十分便利。通過勘察，該礦泉水南段為偏硅酸型礦泉水。

2 賦存條件

2.1 地形地貌

區(qū)內(nèi)地形地貌主要為剝蝕構(gòu)造類型、構(gòu)造剝蝕類型及侵蝕堆積類型。東臺(tái)山山脈總體而言，地勢(shì)南東高峻，北西低緩，最高點(diǎn)海拔+356.9m，最低標(biāo)高為+42m，相對(duì)高差281m。剝蝕構(gòu)造類型地貌主要廣泛分布于該區(qū)，為由斷層硅化破碎帶及板溪群淺變質(zhì)巖構(gòu)成的高丘陵地貌及花崗巖構(gòu)成的低丘陵地貌。為礦泉水的補(bǔ)徑排提供了有利條件，如圖1。

2.2 地層巖性

區(qū)域內(nèi)岀露地層有板溪群、白堊-第三系、第四系，板溪群地層為儲(chǔ)水構(gòu)造的底板，為良好的隔水層。本區(qū)的巖性主要是硅質(zhì)巖，化學(xué)成份為二氧化硅（SiO2）、三氧化二鋁（Al2O3）、三氧化二鐵（Fe2O3）等，為礦泉水提供了較好的物質(zhì)來源。

2.3 水文地質(zhì)

本礦泉水出露所在的含水層為斷層硅化破碎帶，為脆性巖石，裂隙十分發(fā)育，斷層上下盤均為透水性弱的巖層，故礦泉水具有承壓性，水量豐富，為礦泉水提供了較好的運(yùn)移通道（見圖2）。

2.4 構(gòu)造形跡

東臺(tái)山斷裂帶是一條規(guī)模較大的多期活動(dòng)性斷裂，較近活動(dòng)期明顯的表明延續(xù)至第三世，它同時(shí)是一條斷陷盆地邊緣的大斷裂，其為區(qū)域性含水?dāng)嗔褞?，斷裂破碎帶厚度較大，其中裂隙孔洞發(fā)育，含水和導(dǎo)水性良好。同時(shí)，此斷裂還在多處與北西向的張性斷裂交匯（見圖3）。斷裂帶為礦泉水形成提供了物質(zhì)和運(yùn)移條件及水化學(xué)條件。

2.5 地球化學(xué)

根據(jù)鉆孔巖性取樣結(jié)果反映，斷裂帶中硅質(zhì)巖SiO2含量最高，平均達(dá)到97.46%（見表1），成為本礦泉水特征元素偏硅酸含量的主要基礎(chǔ)來源。

3 礦泉水形成機(jī)理

3.1 水巖作用

（1）巖石礦物成份

本區(qū)內(nèi)巖石中SiO2含量高，含CO2的水與這類礦物發(fā)生作用后，使這些礦物處于溶解一沉淀的平衡狀態(tài)，產(chǎn)生難溶解的次生礦物，當(dāng)CO2對(duì)巖石進(jìn)一步溶解和離子交換的結(jié)果，水中出現(xiàn)HCO3·SO4-Ca、Mg及H4SiO4，因而形成HCO3·SO4-Ca型或HCO3-Ca+Mg或HCO3-Ca型水。H4SiO4不斷溶解，可形成H2SiO3（偏硅酸），在其含量達(dá)到礦泉水界限量指標(biāo)時(shí)，即成為偏硅酸礦泉水。

（2）水巖作用時(shí)間和強(qiáng)度對(duì)礦泉水組份含量和穩(wěn)定性有著較明顯的影響；礦化度高的礦泉水，說明水巖作用時(shí)間長(zhǎng)。

（3）CO2對(duì)礦泉水的影響：CO2在水巖作用時(shí)間長(zhǎng)，溶于水中的礦物質(zhì)就愈多。本區(qū)地下水CO2一般都在10mg/L以上，故H4SiO4的含量一般都在30mg/L。

（4）巖石風(fēng)化程度的影響：風(fēng)化強(qiáng)度低的斷裂破碎帶，在同樣水巖條件作用下，H4SiO4被吸附數(shù)量少，因而水中偏硅酸含量相對(duì)高。因此本礦泉水主要與斷裂帶有關(guān)，偏硅酸含量較高。

3.2 偏硅酸礦泉水的形成重要因素是溫度和壓力。根據(jù)本礦泉水物理化學(xué)特征，用下式計(jì)算其遷移系數(shù)：

K=M×100/（α·h）

式中：

K——水遷移系數(shù)（無因次）；

M——元素在水中的含量（mg/L）；

h——元素在若石中的含量（%）；

α——水的礦化度（mg/L）。

將本礦泉水中Si02在水中的含量（按平均H2Si03）含量為34.54mg/L進(jìn)行計(jì)算），以及在巖石中的含量（97%）和礦化度（80mg/1），代入上述公式，計(jì)算結(jié)果：Si02在礦泉水中的遷移系數(shù)為44.51，屬?gòu)?qiáng)遷移強(qiáng)度。據(jù)此認(rèn)為，本礦泉水的水交替比較強(qiáng)的。

根據(jù)該鉆孔含水段巖石鏡下鑒定和分析結(jié)果，建立該礦泉水形成的水文地球化學(xué)模型如下：

①根據(jù)巖石鑒定和分析數(shù)據(jù)證明，巖石以等，因此本模型為硅質(zhì)巖的水解，對(duì)硅灰石反應(yīng)式為：

CaSiO3+2H2O+CO2→CaCO3+H2SiO3+H2O

水解結(jié)果，Si02或H2Si03呈離子狀態(tài)存在于水中。由于硅灰石較易水解，故該反應(yīng)對(duì)形成本礦泉水中的可溶性Si02或H2Si03的含量有重要作用。

②當(dāng)?shù)叵滤\(yùn)流速度較暢，水交替較強(qiáng)，鈉長(zhǎng)石被分解交換，可以形成三水鋁礦（即巖芯裂脈面上的白色薄膜）及游離二氧化硅等，反應(yīng)式為：

2NaAlSi3O8+2CO2+4H20→6Si02+Al2O3·3H2O+2NaHCO3

③鉀長(zhǎng)石水解結(jié)果，硅質(zhì)從鉀長(zhǎng)石中分解遷移出來，硅酸向外擴(kuò)散遷移，呈離子狀態(tài)存在地下水中，反應(yīng)式為：

2KAlSi3O8+2CO2+4H20→6Si02+Al2O3·3H2O+2K+2H2CO3

4 結(jié) 論

綜上所述，湘鄉(xiāng)東山飲用天然礦泉水是在特殊的地質(zhì)環(huán)境條件下形成的，是多種地質(zhì)因素綜合作用的結(jié)果。有利的地形條件、地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性為礦泉水提供了運(yùn)移、存儲(chǔ)和物質(zhì)來源。其富集主要規(guī)律為北東向斷裂與北西向斷裂交匯部位相對(duì)富集和地勢(shì)低平的沖溝附近相對(duì)富集。破碎帶聯(lián)通花崗巖區(qū)，偏硅酸越高。

收稿日期：2018-11-9

作者簡(jiǎn)介：黃棟良（1979-），男，高級(jí)工程師，碩士研究生，主要從事水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)方面的工作。