柴達(dá)木盆地礦泉水資源前景和開發(fā)利用條件

黨學(xué)亞，顧小凡，曾慶銘

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054；2.陜西省水資源與環(huán)境工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710054；3.中國地質(zhì)調(diào)查局干旱-半干旱地區(qū)地下水與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054)

飲用天然礦泉水因含有益于人體健康的微量元素，越來越多地成為了人們健康飲水的重要選擇(葛文彬等，2008；曹彩杰，2010)。目前，全球主要有中國、法國、德國、意大利、俄羅斯、美國、奧地利、比利時(shí)、西班牙等礦泉水生產(chǎn)國(田廷山，2001；潔，2016)，形成了法國的阿爾卑斯山、俄羅斯北高加索山以及中國吉林長白山三大礦泉水產(chǎn)業(yè)基地(王卓銘，2011；陳守則等，2013；崔瑋，2015)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國市場上銷售的礦泉水多達(dá)百種以上，銷售份額較大的有十幾種，但高端礦泉水始終以歐洲品牌為主導(dǎo)(羅明薇等，2014)。隨著中國東部人口密集區(qū)水污染的加重、城市邊界向近郊水源地的擴(kuò)張以及人們對(duì)健康的重視，向“梵天凈土”拓展水源，開發(fā)包括天然飲用礦泉水在內(nèi)的包裝水產(chǎn)品，提供安全、優(yōu)質(zhì)的飲水已成為打造品質(zhì)飲水的新趨勢。青藏高原無疑是理想取水之地，已開發(fā)出了西藏5100冰川礦泉水和昆侖山礦泉水2個(gè)品牌的天然飲用礦泉水(許張喬，2012)。柴達(dá)木盆地位于青藏高原之上，區(qū)內(nèi)地下水來自于降水和冰雪融水，無論是盆地的山區(qū)還是山前平原都有優(yōu)質(zhì)的地下水源分布。同時(shí)，從盆地眾多鹽湖地下鹵水富含鍶、鋰可見，區(qū)內(nèi)地下水完全具備形成優(yōu)質(zhì)礦泉水的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。找到符合國家飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)的地下水將為柴達(dá)木循環(huán)經(jīng)濟(jì)試驗(yàn)區(qū)發(fā)展綠色礦業(yè)經(jīng)濟(jì)增添重要的資源支撐。開發(fā)礦泉水也將豐富區(qū)內(nèi)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式，為資源環(huán)境約束趨緊條件下青藏高原的生態(tài)保護(hù)做出積極貢獻(xiàn)。2016～2018年中國地質(zhì)調(diào)查局部署了“柴達(dá)木盆地巴音河—塔塔凌河流域1∶5萬水文地質(zhì)調(diào)查”工作，項(xiàng)目組對(duì)格爾木市、德令哈市、大柴旦行委、烏蘭縣及都蘭縣境內(nèi)地下水進(jìn)行了鍶(Sr)、鋰(Li)、鋅(Zn)、硒(Se)、偏硅酸(H2SiO3)、游離二氧化碳(游離CO2)、溶解性總固體(TDS)等7種礦泉水界限指標(biāo)含量檢測。依據(jù)檢測結(jié)果，筆者梳理了調(diào)查點(diǎn)的水質(zhì)特征和礦泉水資源線索，在比照國內(nèi)外礦泉水品質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合地下水資源量、水文地質(zhì)條件、交通條件綜合評(píng)判了礦泉水品質(zhì)、資源優(yōu)勢及開發(fā)利用前景，圈定了可供進(jìn)一步調(diào)查評(píng)價(jià)的水源地靶區(qū)，以期支持柴達(dá)木循環(huán)經(jīng)濟(jì)試驗(yàn)區(qū)綠色發(fā)展。

1 環(huán)境概況及水文地質(zhì)特征

1.1 環(huán)境概況

柴達(dá)木盆地面積達(dá)276.2×103km2，是由昆侖山、祁連山、阿爾金山三面環(huán)抱所形成的一個(gè)巨型山間盆地(黨學(xué)亞等，2019)。盆地山區(qū)海拔大致在3 200～6 880 m，有雪山、冰川、凍土和高山草甸；平原區(qū)海拔在2 670～3 200 m，從山前向盆地中心，地貌形態(tài)依次為戈壁礫石帶、細(xì)土平原帶及鹽沼平原。盆地礦產(chǎn)資源豐富，素有“聚寶盆”之稱。為此，國家在此設(shè)立了柴達(dá)木循環(huán)經(jīng)濟(jì)試驗(yàn)區(qū)，以推動(dòng)資源節(jié)約集約利用，其中能源和礦產(chǎn)資源開發(fā)主要集中在鹽沼平原和局部山區(qū)，農(nóng)牧業(yè)開發(fā)生產(chǎn)主要在山前綠洲帶。因地域遼闊，受人類活動(dòng)影響較小，區(qū)內(nèi)的自然環(huán)境總體上保持著天然狀態(tài)。

1.2 水文地質(zhì)特征

柴達(dá)木盆地多年平均降水量在300 mm以下。平原區(qū)降水多在150 mm以下，東南部多，在50～150 mm；西北部少，多在50 mm以下。山區(qū)降水量相對(duì)較大，可達(dá)150～300 mm。降水及冰川、雪山融水不僅為山區(qū)的巖溶孔洞裂隙水、火成巖和變質(zhì)巖基巖裂隙水提供了良好的水源補(bǔ)給，同時(shí)也通過河流輸入盆地內(nèi)部，在山前沖洪積平原滲入地下形成了豐富的第四系孔隙水。從山區(qū)起源至進(jìn)入平原區(qū)湖泊被蒸騰蒸發(fā)，地下水總體經(jīng)歷了2個(gè)補(bǔ)給—徑流—排泄過程。第一個(gè)補(bǔ)徑排過程發(fā)生在山區(qū)，補(bǔ)給水源進(jìn)入巖石孔洞、溶隙、裂隙或松散層孔隙徑流運(yùn)移，之后以泉水和潛流等形式排泄，匯入山區(qū)河谷成為河水；第二個(gè)補(bǔ)徑排過程發(fā)生在盆地平原區(qū)，從河流出山開始，約有50%～90%的河水在山前沖洪積扇區(qū)中后部河谷滲入地下，之后向下游徑流運(yùn)移，大部分在戈壁礫石帶與細(xì)土平原接觸帶溢出地表，形成泉集河再流入終端湖；未溢出的部分保持潛流進(jìn)入終端湖泊。整個(gè)補(bǔ)徑排過程中，地下水與圍巖不斷進(jìn)行礦物質(zhì)交換，累積了多種微量元素。使其中的一部分水質(zhì)達(dá)標(biāo)，成為天然飲用的礦泉水或具有醫(yī)療保健作用的醫(yī)療熱礦水。

2 樣品采集與分析測試

2.1 樣品采集

根據(jù)柴達(dá)木盆地的水文地質(zhì)條件和自然環(huán)境條件，項(xiàng)目在格爾木市、德令哈市、大柴旦行委、烏蘭縣及都蘭縣境內(nèi)選取了30個(gè)地下水點(diǎn)進(jìn)行采樣，包括3個(gè)產(chǎn)出于山區(qū)碳酸鹽巖的泉水，2個(gè)產(chǎn)出于內(nèi)部平原區(qū)火成巖斷塊山裂隙的泉水，25個(gè)產(chǎn)出于山前沖洪積平原和沖湖積平原第四系砂層、砂卵礫石層或含泥砂卵礫石層的井水或泉水進(jìn)行采樣，時(shí)間主要在2017年4月～2018年9月，共采集水樣34件(圖1、表1)。其中，KQ6-1與KQ6-5、TK1-1與TK1-2、TK2-1與TK2-2分別取自3眼水文地質(zhì)勘探井的上層和下層地下水；對(duì)DL5點(diǎn)第一次檢測出現(xiàn)的Zn達(dá)標(biāo)這一不尋常情況，于2019年12月再次進(jìn)行了采樣復(fù)檢。水樣采用2.5 L塑料壺在出水口灌裝。灌裝前洗凈樣壺，滿裝后蓋封，再用膠帶進(jìn)一步密封壺口并及時(shí)交付資質(zhì)單位檢測。

1.第四系井水采樣點(diǎn)及編號(hào)；2.第四系泉水采樣點(diǎn)及編號(hào)；3.火成巖泉水采樣點(diǎn)及編號(hào)；4.巖溶泉水采樣點(diǎn)及編號(hào)圖1 柴達(dá)木盆地礦泉水采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution map of mineral water sampling in Qaidam Basin

2.2 分析測試

檢測工作主要由青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院檢測中心完成，DL5復(fù)檢樣由陜西工程勘察研究院水土測試中心完成，執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T8538.4.38-2008、GB/T8538.4.32.3-2008、GB/T8538.4.39-2008、GB/T8538.4.8.2-2008、GB/T8538.4.35.1-2008、GB/T8538.4.24.2-2008、GB/T8538.4.18.1-2008、GB/T8538.4.25.1-2008、GB/T8538-2016。

3 結(jié)果與討論

3.1 結(jié)果

表1中的34件樣品檢測結(jié)果顯示：Li達(dá)標(biāo)的32個(gè)，達(dá)標(biāo)率91%；鋰達(dá)標(biāo)的1個(gè)，Zn達(dá)標(biāo)者1個(gè)，TDS達(dá)標(biāo)的5個(gè)，H2SiO3、游離CO2、Se未達(dá)標(biāo)，其中，①Sr含量在0.33～2.47 mg/L，量值普遍較高。②Li在諾木洪河源頭雪山的1#巖溶泉水達(dá)標(biāo)，含量為0.32 mg/L，其他地段未達(dá)標(biāo)，但大柴旦塔塔凌河平原—魚卡谷地一帶含量達(dá)到0.06～0.15 mg/L，接近標(biāo)準(zhǔn)值。③Zn在烏蘭卜浪溝DL5首樣中含量為0.228 mg/L，達(dá)標(biāo)；復(fù)檢樣含量為0.034 mg/L，未達(dá)標(biāo)，但明顯高出其他水點(diǎn)，謹(jǐn)慎考慮認(rèn)定為不達(dá)標(biāo)。④TDS含量在228～2 822 mg/L，達(dá)標(biāo)水點(diǎn)為諾木洪河源頭雪山的2個(gè)巖溶泉水、烏蘭賽什克村火成巖斷塊山泉水、都蘭湖南岸火成巖泉水及大柴旦綠梁山南側(cè)的第四系泉水；其余水點(diǎn)的TDS均小于1 000 mg/L，在塔塔凌河平原低至220～400 mg/L。⑤H2SiO3含量為7.72～20.5 mg/L，均未達(dá)標(biāo)。⑥游離CO2含量均低，未達(dá)標(biāo)，但諾木洪河源頭雪山的2個(gè)巖溶泉水達(dá)到65.6～92.2 mg/L，明顯高出其他水點(diǎn)。⑦Se含量均小于0.000 25 mg/L，未達(dá)標(biāo)。

表1 柴達(dá)木盆地礦泉水測試結(jié)果一覽表Tab.1 Test data of mineral water in Qaidam Basin

3.2 討論

3.2.1 礦泉水品質(zhì)與水源條件

全球礦泉水資源較為豐富。中國已查明的礦泉水源達(dá)3 500處以上(寧波等，2010；許張喬，2012)。據(jù)文獻(xiàn)資料(韓鳳財(cái)，1994；張潔萍，1995；劉永林等，2013；吳立新，2014；鄭勇等，2015；董海勝等，2016；廖先遠(yuǎn)等，2017；蘇春田等，2017；新華社，2017；楊章賢，2018；多曉松，2018；崔云祥等，2018；敬海霞等，2018；張?jiān)姷龋?018；王佳武，2019；蘇宏建等，2019)：最常見的是Sr型礦泉水(表2)，Sr含量多在0.2～2.5 mg/L。其次是H2SiO3型礦泉水。其三是TDS型礦泉水。最少的是Li、Zn、Se、游離CO2型礦泉水，其資源稀缺水源數(shù)量為個(gè)位數(shù)，其中：Li含量為0.2～1.76 mg/L，目前達(dá)標(biāo)的地下水出現(xiàn)在西藏5100礦泉水水源地以及新疆烏魯木齊水磨溝和于田縣、山西天鎮(zhèn)縣、河北滄州、山東淄博、安徽蕪湖的個(gè)別地段；Zn含量為0.23～1.39 mg/L，達(dá)標(biāo)的地下水僅出現(xiàn)在捷克薩奇苦味礦泉水源地及安徽滁州的瑯琊區(qū)和霍山縣局地；Se含量為0.01～0.04 mg/L，達(dá)標(biāo)的地下水僅出現(xiàn)在陜西紫陽縣、石泉縣、漢濱區(qū)及河南洛寧縣局地；游離CO2達(dá)標(biāo)的地下水僅出現(xiàn)在法國巴黎水以及黑龍江五大連池、安徽蕪湖和滁州局地。比較可見，柴達(dá)木盆地地下水具有獨(dú)特的品質(zhì)特征：①Sr含量高于或與其他地區(qū)相當(dāng)，大柴旦塔塔凌河沖洪積扇、魚卡河谷地地下水Sr含量相對(duì)稍低，但Li含量相對(duì)較高，同時(shí)低硫酸鹽、低氯化物、低硬度、低礦化度，口感較好，是非常難得的飲水水源；素棱郭勒河與柴達(dá)木河源頭沙漠地帶的地下水，高Sr的同時(shí)Li、Zn含量較高，這顯著提升了區(qū)內(nèi)礦泉水的品質(zhì)。②Li達(dá)標(biāo)的諾木洪河源頭1#巖溶泉，Sr和TDS也同時(shí)達(dá)標(biāo)，并含有較多的CO2氣體，與西藏5100冰川礦泉水類似且有獨(dú)特之處。綜上認(rèn)為，區(qū)內(nèi)地下水具有開發(fā)Sr型礦泉水、含Li或含Zn的Sr型礦泉水，以及Li-Sr-TDS復(fù)合型、Sr-TDS復(fù)合型礦泉水的資源前景。

表2 已查明和在售礦泉水的界限指標(biāo)含量一覽表Tab.2 List of identified and sold mineral water limit index contents

對(duì)礦泉水開發(fā)而言，按目前國內(nèi)外的生產(chǎn)狀況，一般中型水源地的水量(日產(chǎn)水能力10×103～50×103m3)即可滿足要求。據(jù)實(shí)地調(diào)查以及王永貴等2008年完成的《柴達(dá)木盆地地下水資源及其環(huán)境地質(zhì)問題調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》、黨學(xué)亞等2019年完成的《柴達(dá)木盆地地下水調(diào)查報(bào)告》，各井水樣點(diǎn)地段地下水的補(bǔ)給和儲(chǔ)存條件良好，基本處在單井涌水量3 000～5 000 m3/d的強(qiáng)富水區(qū)能夠建設(shè)中型以上水源地的富水地段；泉水采樣地段地下水多以泉群形式產(chǎn)出，單泉流量多在100 m3/d以上。因此，區(qū)內(nèi)開發(fā)礦泉水有充足的水源保障。

3.2.2 礦泉水產(chǎn)業(yè)動(dòng)向與市場前景分析

2019年4月17～18日中國飲料工業(yè)協(xié)會(huì)天然礦泉水分會(huì)在?？谡匍_第十三次會(huì)員大會(huì)，以“呵護(hù)自然、品位天然”為主題，積極布局新水源、增加產(chǎn)能、擴(kuò)大容量成為飲料行業(yè)的新動(dòng)能，生產(chǎn)高端礦泉水已逐漸成為趨勢(許張喬，2012)。目前，中國市場銷售的大部分為普通礦泉水，少數(shù)為高端礦泉水，二者的價(jià)格相差懸殊。公認(rèn)的高端礦泉水基本標(biāo)準(zhǔn)是資源的稀缺性和水源環(huán)境純潔性，即水源品質(zhì)獨(dú)特和水源環(huán)境天然潔凈無污染(王卓銘，2011；羅明薇等，2014；現(xiàn)代營銷(經(jīng)營版)編輯部，2016)。如西藏5100冰川礦泉水、昆侖山礦泉水、湖北芙絲礦泉水、黑龍江五大連池礦泉水，以及法國巴黎水、依云礦泉水、意大利圣培露礦泉水均占有這兩方面的優(yōu)勢。柴達(dá)木盆地地下水具備的稀缺品質(zhì)和幾乎天然的環(huán)境狀態(tài)，無論是開發(fā)普通礦泉水還是開發(fā)高端礦泉水均有突出的資源環(huán)境優(yōu)勢。如果能形成產(chǎn)業(yè)，并加以長期開發(fā)，柴達(dá)木有望成為中國繼長白山之后又一高品質(zhì)飲水產(chǎn)業(yè)基地。從發(fā)展趨勢看，把礦泉水列入柴達(dá)木盆地的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用規(guī)劃符合飲料行業(yè)新動(dòng)能要求，依托礦泉水發(fā)展綠色礦業(yè)經(jīng)濟(jì)前景廣闊。

3.2.3 生產(chǎn)和交通運(yùn)輸條件

柴達(dá)木盆地土地廣人稀，礦泉水開發(fā)可選擇的水源靶區(qū)多，建廠選址較容易。同時(shí)，豐富的水能、光能和風(fēng)能發(fā)電可為設(shè)施建設(shè)和產(chǎn)品生產(chǎn)提供可靠的動(dòng)力保障。加之，青藏鐵路、格(爾木)敦(煌)鐵路、格(爾木)庫(爾勒)鐵路，以及國道G109、G3011、G315和西寧至格爾木、德令哈與大柴旦高速公路構(gòu)成的交通網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，便于產(chǎn)品運(yùn)輸。故柴達(dá)木開發(fā)礦泉水具有良好的產(chǎn)運(yùn)條件。

3.2.4 水源靶區(qū)與開發(fā)利用建議

根據(jù)采樣地段的水文地質(zhì)條件、環(huán)境狀況和地下水資源量，目前區(qū)內(nèi)可圈定10處水源靶區(qū)開展天然飲用礦泉水調(diào)查評(píng)價(jià)，其中，大柴旦塔塔凌河沖洪積扇、魚卡河谷地為含Li的Sr型礦泉水靶區(qū)；德令哈柏樹山，烏蘭縣的都蘭湖南岸、都蘭湖西岸、金子海，都蘭縣柴達(dá)木河源頭的鐵奎灘沙區(qū)，格爾木沖洪積扇西翼格茫公路北側(cè)等地段為單純的Sr型礦泉水靶區(qū)；素棱郭勒河中游翻漿灘為含Li、Zn的Sr型礦泉水靶區(qū)；都蘭縣諾木洪河源頭雪山巖溶泉水出露地段為含CO2的Li-Sr-TDS復(fù)合型礦泉水靶區(qū)?？紤]交通、電力設(shè)施和市場等因素，建議：首先在交通和電力保障好的大柴旦塔塔凌河平原、魚卡谷地以及素棱郭勒河中游翻漿灘開展調(diào)查評(píng)價(jià)；其次是在德令哈柏樹山，烏蘭縣的金子海、都蘭湖周邊，柴達(dá)木河源頭鐵奎灘沙區(qū)、格爾木沖洪積扇西翼、諾木洪河源頭雪山等地開展調(diào)查評(píng)價(jià)。同時(shí)，根據(jù)柴達(dá)木鹽湖鹵水和那棱格勒河流域地下水富Li的情況(韓鳳清，2001；馬東旭等，2009；展大鵬等，2010；乜貞等，2010；董啟偉等，2018)，建議及早在盆地西部地區(qū)開展Li礦泉水專項(xiàng)調(diào)查，進(jìn)一步發(fā)掘稀缺礦泉水資源。

4 結(jié)論

(1)柴達(dá)木盆地地下水7種礦泉水界限指標(biāo)除Se外均其余6種均有檢出，Sr、Li、TDS三種組分達(dá)標(biāo)，是寶貴的水資源，并有望成為發(fā)展綠色礦業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要資源。

(2)柴達(dá)木盆地地下水的稀缺性品質(zhì)顯著。水中Sr含量普遍達(dá)標(biāo)且量值高，并有1處泉水Li達(dá)標(biāo)，多個(gè)處地段Li、Zn含量較高，具有開發(fā)Sr型礦泉水、含Li或含Zn的Sr型礦泉水以及Sr-Li-TDS復(fù)合型、Sr-TDS復(fù)合型礦泉水的資源前景。

(3)柴達(dá)木盆地地下水突出的品質(zhì)優(yōu)勢、良好的水源條件及環(huán)境優(yōu)勢，為生產(chǎn)高端礦泉水提供了理想的水源保障，長期開發(fā)，有望打造成中國的高品質(zhì)飲水產(chǎn)業(yè)基地。

(4)筆者為礦泉水開發(fā)提供了水源靶區(qū)，實(shí)際開發(fā)尚需在其基礎(chǔ)上，按照《天然礦泉水資源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GBT13727-2016)開展調(diào)查評(píng)價(jià)。

(5)建議在盆地西部地區(qū)開展Li礦泉水調(diào)查評(píng)價(jià)，進(jìn)一步發(fā)掘稀缺礦泉水資源，增加柴達(dá)木盆地的礦泉水資源優(yōu)勢和價(jià)值。

致謝:感謝楊炳超、猶香智、王倩等同事在樣品采集和送檢測試工作中付出的勞動(dòng)。