峨眉山玄武巖地下水水化學(xué)特征及水質(zhì)評(píng)價(jià)

林永生 鄒勝章 王佳 李軍

摘要：四川昭覺縣地區(qū)峨眉山玄武巖地下水資源豐富。為了查明研究區(qū)地下水水化學(xué)特征及水質(zhì)狀況，于2019年7～8月在峨眉山玄武巖地區(qū)采取了76組地下水樣并進(jìn)行水化學(xué)測(cè)試;運(yùn)用水化學(xué)軟件繪制Piper 三線圖，并對(duì)水樣進(jìn)行了舒卡列夫分類;利用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行描述性分析、相關(guān)性分析;采用地下水水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：① 峨眉山玄武巖地區(qū)地下水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca·Mg 型，其次為HCO3-Ca型，地下水化學(xué)成分具有明顯的空間變異性;② 地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示研究區(qū)的地下水質(zhì)量能夠滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)的占67.1%，總體上地下水質(zhì)量較好;③ 19組水樣的偏硅酸大于25.0 mg/L，滿足Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的有10組水樣，硅酸濃度達(dá)到了天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，建議進(jìn)行一個(gè)完整水文年的天然飲用偏硅酸礦泉水評(píng)價(jià)工作。研究結(jié)果可為昭覺縣地下水資源開發(fā)及礦泉水產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān) 鍵 詞：

水化學(xué)特征; 水質(zhì)評(píng)價(jià); 偏硅酸; 峨眉山玄武巖

中圖法分類號(hào)： P641.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.06.004

我國(guó)玄武巖（主要指新生代玄武巖及二疊紀(jì)峨眉山玄武巖）出露面積約為13.4萬(wàn)km2，是全球大陸玄武巖分布的重要區(qū)域之一。其中，分布于云南、貴州及四川三省交界區(qū)域的二疊系峨眉山玄武巖，呈近似菱形分布，露頭面積約3.8萬(wàn)km2[1-3]。玄武巖為孔隙、裂隙雙重介質(zhì)，在特殊的條件下，是良好的含水層[4]。20世紀(jì)80年代，我國(guó)開展的“中國(guó)玄武巖地下水研究”是第一次對(duì)玄武巖地下水進(jìn)行較全面、系統(tǒng)的專題研究[5]。近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者對(duì)玄武巖裂隙發(fā)育、地下水特征等進(jìn)行了研究，表明地下水化學(xué)成分由于礦物溶解和水-巖相互作用，沿地下水流路徑逐漸變化[6-7]。國(guó)內(nèi)主要是對(duì)玄武巖地區(qū)礦泉水特征、開發(fā)潛力等進(jìn)行研究，尤其是對(duì)長(zhǎng)白山地區(qū)[8-13]、雷瓊地區(qū)[14-16]新生代玄武巖進(jìn)行了重點(diǎn)研究。而對(duì)西南二疊紀(jì)峨眉山玄武巖礦泉水，尤其是峨眉山玄武巖地下水區(qū)域水化學(xué)特征及水質(zhì)量狀況的研究相對(duì)較少[17-19]。

昭覺縣位于四川烏蒙山區(qū)腹地，二疊紀(jì)峨眉山玄武巖分布廣泛，其玄武巖地下水資源豐富。前人對(duì)昭覺縣玄武巖地區(qū)地下水研究工作相對(duì)較薄弱。隨著昭覺縣脫貧攻堅(jiān)工作的開展，為滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)布局對(duì)地下水資源的需要，在昭覺縣開展了水文地質(zhì)調(diào)查研究工作。本文探討了昭覺北部峨眉山玄武巖地區(qū)地下水水化學(xué)特征及其地下水質(zhì)量，其結(jié)果有助于地下水資源的開發(fā)利用和保護(hù)，提高昭覺縣玄武巖地區(qū)地下水研究水平。

1 研究區(qū)概況

昭覺縣位于四川省涼山彝族自治州中東部，縣境受金沙江水系強(qiáng)烈切割剝蝕，東部侵蝕基準(zhǔn)面降低，形成了西高東低的地貌類型。地貌以中山和山原為主，約占總面積的89%左右，境內(nèi)最低點(diǎn)520 m，最高點(diǎn)3 878 m，相對(duì)高差3 358 m。屬川西高原雅礱江溫帶氣候區(qū)，干濕季節(jié)分明，冬季干寒，夏季濕潤(rùn)，多年平均氣溫10.9 ℃。昭覺縣境內(nèi)河流屬長(zhǎng)江上游金沙江水系。研究區(qū)為昭覺縣北部地區(qū)。

2 研究區(qū)水文地質(zhì)背景

依據(jù)研究區(qū)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及水動(dòng)力條件，研究區(qū)地下水劃分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水及碳酸鹽巖巖溶水三大類。其中，基巖裂隙水包括了基巖孔隙裂隙層間水、碎屑巖裂隙水、巖漿巖裂隙水。

松散巖類孔隙水主要分布于河谷兩岸、溝口沖積扇以及昭覺盆地、核竹盆地。碎屑巖類孔隙裂隙層間水主要分布于昭覺盆地北部、慶恒鄉(xiāng)一帶，木佛山西側(cè)。碎屑巖裂隙水主要分布于金曲鄉(xiāng)、昭覺盆地四周。碳酸鹽巖巖溶水分布于木佛山斷裂及竹核鄉(xiāng)東部。本文主要討論巖漿巖（峨眉山玄武巖）裂隙水（見圖1）。

玄武巖地下水賦存于玄武巖類巖石的孔隙、裂隙和孔洞中。峨眉山玄武巖在研究區(qū)分布范圍廣，面積約271.3 km2，主要分布在補(bǔ)約鄉(xiāng)-色底鄉(xiāng)、木佛山、爾古鄉(xiāng)南側(cè)一帶。峨眉山玄武巖組分為二段、三段。峨眉山玄武巖組二段（P3em2）厚931.20～1 082.25 m不等，分布較為廣泛，主要分布于補(bǔ)約鄉(xiāng)-色底鄉(xiāng)、木佛山、爾古鄉(xiāng)南側(cè)，巖性以深灰色、灰褐色致密塊狀玄武巖、杏仁狀玄武巖、斑狀玄武巖、玄武質(zhì)凝灰角礫熔巖為主，夾玄武質(zhì)角礫巖，底部為青褐色玄武巖。峨眉山玄武巖組三段（P3em3）厚228.11 m，分布面積較小，分布于烏坡鄉(xiāng)、竹核盆地以南、木佛山一帶，呈條帶狀或者環(huán)狀分布，巖性以暗紫色含杏仁狀玄武巖、灰-灰綠色致密狀玄武、杏仁狀玄武巖、深灰色含杏仁安山質(zhì)玄武巖組成，底部為灰紫色硅化、鈉化玄武質(zhì)角礫熔巖，組成多個(gè)厚度不等的韻律層。

地下水主要受大氣降水入滲補(bǔ)給，地下水徑流受地形地貌和地層結(jié)構(gòu)控制。由于研究區(qū)峨眉山玄武巖厚度大，孔隙、裂隙發(fā)育，地下水沿孔隙、構(gòu)造裂隙、風(fēng)化裂隙等徑流，向低洼地形及臺(tái)地周邊排泄。大多在溝壑中溢出或沿構(gòu)造斷裂帶上升到地表，以泉的形式溢出。

3 樣品采集與測(cè)試

為查明地下水化學(xué)特征以及水質(zhì)狀況，選取了76個(gè)泉點(diǎn)采樣，分布見圖1。采樣前先用純凈水清洗采樣瓶3次，再用待采樣水潤(rùn)洗3次;現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試水樣的pH、水溫、電導(dǎo)率等各項(xiàng)指標(biāo)，穩(wěn)定后取樣;根據(jù)DD2008-01《地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范》、GB/T 14848-2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和DZ/T 0064-93《地下水水質(zhì)檢查方法》[20-21]，由自然資源部巖溶地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)督檢測(cè)中心對(duì)水樣進(jìn)行了分析測(cè)試。

各指標(biāo)間的特征統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析均采用統(tǒng)計(jì)軟件完成，Piper 三線圖采用水化學(xué)軟件制作。用地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 地下水化學(xué)特征

4.1 常量元素分析

對(duì)研究區(qū)76個(gè)水樣的8項(xiàng)水化學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

由表1可知，研究區(qū)地下水pH值為6.06～9.73，平均值為7.56。有兩組水樣pH值大于8.5，說(shuō)明研究區(qū)地下水大部分為弱堿性。各陰離子在地下水中的平均含量為HCO3-> SO42-> Cl-，各陽(yáng)離子在地下水中的平均含量為Ca2+>Mg2+>Na+>K+。

利用水化學(xué)軟件繪制水化學(xué)Piper三線圖（見圖2），直觀地確定地下水中的主要離子及特征組分。按舒卡列夫分類法，研究區(qū)地下水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca·Mg型（36組），HCO3-Ca型水有16組，HCO3-Ca·Mg·Na 型16組，HCO3-Ca·Na有4組，HCO3·SO4-Mg·Na、HCO3·Cl-Ca·Mg、HCO3-Mg、HCO3·SO4-Ca·Mg各 1組。

在玄武巖地區(qū)，水巖作用主要發(fā)生的溶解反應(yīng)方程式如下：

（1）全等溶解。

CaSO4·2H2O（石膏）Ca2++SO42-+2H2O;

CaCO3（方解石）+H+Ca2++HCO3-;

SiO2（石英）+2H2OH4SiO4;

CO2+H2OH2CO3;

NaClNa++Cl-;

CaCO3Ca2++CO32-;

（2）非全等溶解，硅酸鹽和鋁硅酸鹽的非全等溶解均可使水中出現(xiàn)H4SiO4。

Mg2SiO4+4CO2+4H202Mg2++4HCO3-+H4SiO4

鉀長(zhǎng)石：

CaAl2Si2O8+2H++H2OAl2Si2O3（OH）4+Ca2+

硅酸的進(jìn)一步離解作用可形成水中的偏硅酸：H4SiO4 H2SiO3+H++OH-。

玄武巖中的長(zhǎng)石含量比較高，因此地下水與長(zhǎng)石之間的水巖作用也最具有代表性，本文結(jié)合變異系數(shù)（CV）討論。變異系數(shù)主要用于反映數(shù)據(jù)的相對(duì)離散程度，一般認(rèn)為CV≤0.1為弱變異性，0.1

4.2 主要微量組分特征

微量組分主要考慮偏硅酸、F-、Hg、Sr、Al，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表2。從表2中可知，所取玄武巖裂隙水中偏硅酸含量為8.15～51.09 mg/L，均值為21.56 mg/L。根據(jù)我國(guó)飲用礦泉水命名標(biāo)準(zhǔn)GB 8537-2018中規(guī)定偏硅酸含量大于25 mg/L，則可命名為偏硅酸礦泉水。本次測(cè)試結(jié)果中，偏硅酸含量大于25.0 mg/L的水樣有19組，因此對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而得出是否有價(jià)值。鍶含量為0.008～0.635 mg/L，達(dá)到天然飲用礦泉水值（0.2 mg/L）僅1組樣。

F-、Al、Hg含量最高分別為3.69，2.36 mg/L和0.04 mg/L，均超過了地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值，應(yīng)引起注意。從表2中可看處，除偏硅酸外，微量元素含量的變異系數(shù)均較大，都表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間變異性。

4.3 討 論

水中離子濃度和指標(biāo)之間的相關(guān)性是離子的物理、化學(xué)性質(zhì)以及互相作用的結(jié)果，相關(guān)分析可以揭示地下水化學(xué)參數(shù)的相似性和差異性，并分析水源的一致性和差異性[23-26]。利用SPSS 24.0 軟件Person 相關(guān)積差系數(shù)，對(duì)所采集的地下水中各離子間的相關(guān)性進(jìn)行分析。

大氣降水入滲地下，在徑流過程中，發(fā)生水巖相互作用，會(huì)產(chǎn)生一部分特征組分。玄武巖中的長(zhǎng)石含量比較高，因此地下水與長(zhǎng)石之間的水巖作用也最具有代表性，泉水中主要陽(yáng)離子Ca2+，主要來(lái)源于長(zhǎng)石的水解過程中[17]。由表3中可以看出，Ca2+和HCO-3正相關(guān)系數(shù)達(dá)0.945，基本上呈線性分布，具有相同的變化規(guī)律，表明了具有相同的來(lái)源，印證了其主要來(lái)自于玄武巖的溶解。

Cl-是水循環(huán)中的一種保守元素，不參與化學(xué)風(fēng)化，但可來(lái)自人類源，如農(nóng)業(yè)化合物（碳酸鉀或KCl）、含鹽生活污水、動(dòng)物糞便和經(jīng)Cl2處理的自來(lái)水[27]。從表3中可以看出，K+和Cl-呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明主要來(lái)源為農(nóng)業(yè)來(lái)源。

從表4中可以看出，F(xiàn)-和Al、Hg和Al均呈正的顯著相關(guān)關(guān)系，表明這些元素可能經(jīng)過相似的環(huán)境地球化學(xué)作用[28-29]。

研究區(qū)地下水中偏硅酸含量較高。偏硅酸泉水形成的主要原因?yàn)榈叵滤c圍巖的長(zhǎng)期相互水巖作用[30]。SiO2存在于地殼中的各種巖石和礦物中，包括石英、硅鋁酸鹽和黏土礦物，在一般環(huán)境條件下，石英溶解非常緩慢[31]。含有CO2的大氣降雨入滲玄武巖地層，通過巖層的風(fēng)化、構(gòu)造裂隙向下運(yùn)移，與玄武巖中的鋁硅酸鹽、硅酸鹽礦物發(fā)生較為充分的水巖作用產(chǎn)生了偏硅酸[18]。通常情況下，水解反應(yīng)的程度越強(qiáng)，地下水中偏硅酸的含量越高。隨著水解反應(yīng)的進(jìn)行，與Na+呈同類質(zhì)同像可溶性SiO2也隨之溶在水中，因此，Na+與偏硅酸呈正相關(guān)（見表5）。

5 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

水質(zhì)評(píng)價(jià)工作是水資源保護(hù)、開發(fā)和利用的重要內(nèi)容，對(duì)科學(xué)地認(rèn)識(shí)和利用水資源具有重要的意義。據(jù)DZ/T0288-2015《區(qū)域地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范》和《區(qū)域地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)技術(shù)要求》，本次暫不考慮有機(jī)指標(biāo)，地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)將采用GB/T 14848-2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中提出的綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)方法[32]。

根據(jù)評(píng)價(jià)方法，確定地下水水質(zhì)分級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為：Ⅱ類水17點(diǎn)，占總數(shù)的22.4%;Ⅲ類水34點(diǎn)，占總數(shù)的44.7%;Ⅳ類水17點(diǎn)，占總數(shù)的22.4%，超標(biāo)因子為Al;Ⅴ類水8點(diǎn)，占總數(shù)的10.5%，超標(biāo)因子為Al、F、Hg。對(duì)IV、V類超標(biāo)因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)Al超標(biāo)率達(dá)31.6%，主要還是天然背景來(lái)源。

在評(píng)價(jià)結(jié)果中，滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ類水、Ⅲ類占67.1%，可以看出峨眉山玄武巖地區(qū)大部分水質(zhì)較好。其中，有10組偏硅酸大于25.0 mg/L，硅酸濃度達(dá)到了天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，建議進(jìn)行一個(gè)完整水文年的天然飲用礦泉水評(píng)價(jià)工作。

6 結(jié) 論

（1） 昭覺北部峨眉山玄武巖地區(qū)地下水陽(yáng)離子以Ca2+、Mg2+為主，陰離子以HCO3-為主，地下水化學(xué)類型以HCO3-Ca·Mg型為主，顯示了該區(qū)玄武巖對(duì)水化學(xué)類型的控制。從變異系數(shù)可知，除pH 值外，其余指標(biāo)均表現(xiàn)出較好的變異性。

（2） 對(duì)該區(qū)主要離子和微量元素進(jìn)行描述性分析及相關(guān)性分析表明，Ca2+和HCO3-呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，具有相同的來(lái)源，主要來(lái)自于玄武巖的溶解。K+和Cl-呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，主要來(lái)源為農(nóng)業(yè)來(lái)源。偏硅酸與Na+呈正相關(guān)，表明玄武巖中的硅酸鹽礦物發(fā)生了較為充分的水巖作用產(chǎn)生了偏硅酸。

（3） 地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，Ⅱ類、Ⅲ類水占總數(shù)的67.1%，Ⅳ類水占總數(shù)的22.4%，Ⅴ類占總數(shù)的10.5%。超標(biāo)因子為Al、F、Hg。因此，從綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果看，研究區(qū)大部分區(qū)域地下水滿足飲用標(biāo)準(zhǔn)。

（4） 偏硅酸含量大于25.0 mg/L的水樣有19組，且滿足Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的有10組。建議進(jìn)一步利用新技術(shù)新方法，深入研究玄武巖賦水規(guī)律，同時(shí)開展一個(gè)完整水文年的天然飲用礦泉水評(píng)價(jià)，以盡快支撐當(dāng)?shù)孛撠毠?jiān)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的的需要。

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（編輯：劉 媛）

Hrdrochemical characteristics and water quality assessment of

Emei Mountain basalt groundwater

LIN Yongsheng，ZOU Shengzhang，WANG Jia，LI Jun

（Key Laboratory of Karst Dynamiccs，Ministry of Natural Resources & Guangxi Zhuang Zutonomous Region MLR&GZAR，Institute of Karst Geology，CAGS，Guilin 541004，China）

Abstract：

Emei Mountain basalt groundwater resources are abundant in Zhaojue County area of Sichuan Province.In order to ascertain the groundwater hydrochemical characteristics and water quality conditions in the study area，76 groups of groundwater samples were taken from the Emei Mountain basalt region for hydrochemical testing from July to August 2019.The water chemical software was used to make a Piper′plot，and the Shoka Lev′s classification was performed on the water samples.The water chemical characteristics and sources were studied by descriptive analysis and correlation analysis using statistical software.Comprehensive assessment method of groundwater quality was used for water quality assessment.The results show that：① The groundwater chemistry type in the Emei Mountain basalt area is mainly HCO3-Ca·Mg type，followed by HCO3-Ca type，and the groundwater chemical composition has obvious spatial variability;② the comprehensive evaluation results of groundwater quality show that the quality of groundwater is generally good，and about 67.1% of the groundwater samples can meet the drinking water standards;③ the metasilicic acid of 19 groundwater samples are greater than 25.0 mg/L，and 10 groups meet the class III water standard，the silic acid concentration meet the natural mineral water standard.It is recommended to carry out a natural drinking metasilicic acid mineral water evaluation work of a complete hydrological year.The research results provide scientific basis for groundwater resources exploration and mineral water industry development in the Zhaojue County.

Key words：

hydrochemical characteristics;water quality evaluation;metasilicic acid;Emei Mountain Basalt