貴州省六盤水市鐘山區(qū)礦泉水成因研究

許 杰，宋 晨

(貴州省地礦局一一三地質(zhì)大隊(duì)，貴州 六盤水 553001)

貴州省六盤水市鐘山區(qū)范圍內(nèi)礦泉水形成條件充分，開發(fā)潛力巨大，前景優(yōu)越，但區(qū)內(nèi)高端天然優(yōu)質(zhì)礦泉水形成原因研究程度較低，制約了當(dāng)?shù)亍百F水”產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為此，2018年3月按照省地礦局對口扶貧鐘山區(qū)的要求，安排我單位對該區(qū)開展天然礦泉水調(diào)查評價(jià)工作?；静槊鲄^(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件、礦泉水形成機(jī)制、賦存特征，采取水樣進(jìn)行檢測，重點(diǎn)對礦泉水形成成因進(jìn)行研究，為當(dāng)?shù)卣蜈A脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)、全面邁入小康社會，開發(fā)礦泉水產(chǎn)業(yè)提供地質(zhì)依據(jù)。

本次調(diào)查工作始于2018年3月，結(jié)束于2018年12月。前期通過收集區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、我單位2012年開展的11個(gè)枯季測流泉點(diǎn)數(shù)據(jù)及2014-2017年實(shí)施的32眼機(jī)井、2口地?zé)峋荣Y料基礎(chǔ)上，經(jīng)綜合分析研究選定大河～木果，保華～南開兩個(gè)地帶作為工作靶區(qū)[1]。中后期針對選定的靶區(qū)，開展專項(xiàng)水文地質(zhì)及其周邊環(huán)境污染現(xiàn)狀調(diào)查，最終篩選第一靶區(qū)范圍內(nèi)的大河鎮(zhèn)大地村泉點(diǎn)(S12)、底母落機(jī)井(J7)、周家寨嘎尼地?zé)峋?ZK1)、大地村恩華地?zé)峋?ZK2)、木果鎮(zhèn)龍井口泉點(diǎn)(S14)五個(gè)水源點(diǎn)，第二靶區(qū)篩選保華鎮(zhèn)太陽溝泉點(diǎn)(S52)，共計(jì)六個(gè)水源地作為本次礦泉水水源點(diǎn)成因研究對象，并于平、豐、枯水期分別對S12、S14、S52三個(gè)水源點(diǎn)開展水溫、水量動態(tài)觀測，采集水樣送至貴州省地礦局中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行飲用天然礦泉水水質(zhì)檢測。J7機(jī)井、ZK1、ZK2地?zé)峋蚍饪?，未能開展動態(tài)觀測，只收集到水質(zhì)檢測報(bào)告及竣工報(bào)告。通過一系列工作，掌握了第一手詳細(xì)、可靠的資料，獲得了相關(guān)數(shù)據(jù)。

1 礦泉水水源地基本情況

1.1 自然地理

六盤水市鐘山區(qū)位于貴州高原西部烏蒙山區(qū)，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)104°35′～105°05′，北緯26°30′～26°55′，屬中亞熱帶高原型季風(fēng)氣候區(qū)，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，氣候溫和，降水豐沛，雨熱同期，有明顯的旱季和雨季之分。年平均氣溫15.1℃、日照1 560 h、降水量1 214.7 mm。

1.2 地形地貌

鐘山區(qū)處在滇東高原向黔中丘原過渡，黔西北高原向廣西丘陵過渡之梯級狀大斜坡地帶。地形復(fù)雜，地貌類型多樣，區(qū)內(nèi)地勢總體為西高東低，海拔高度在1 800～2 200 m之間，最高點(diǎn)在西北邊鐘山區(qū)大灣鎮(zhèn)與赫章縣交界的韭菜坪，海拔高程2 900.30 m，最低點(diǎn)為月照鄉(xiāng)獨(dú)山村大河出境處，海拔高程1 500 m，相對高差1 400 m。區(qū)內(nèi)地貌主要有：溶蝕地貌、侵蝕地貌、溶蝕-侵蝕地貌。

1.3 地層巖性

區(qū)內(nèi)出露的地層主要有石炭系：分布于雙戛、德塢、鳳凰、荷城、月照鄉(xiāng)、保華鎮(zhèn)。二疊系：廣泛出露，發(fā)育較全，出露于鐘山區(qū)的中北部及東部，下統(tǒng)缺失，中統(tǒng)下部為濱海相砂頁巖，上部為淺海相碳酸鹽巖，頂部時(shí)有輝綠巖順層侵入。三疊系：分布廣，發(fā)育全，出露于鐘山區(qū)中東部，沉積巖相主要為濱海及淺海相。第三系：發(fā)育于大型洼地，構(gòu)造盆地及大型坡立谷之中，為一套棕紅、褐紅色含砂礫質(zhì)泥巖和灰色礫巖。巖性以碳酸鹽巖為主，碎屑巖、火成巖次之。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造

鐘山區(qū)處于黔北臺隆六盤水?dāng)嘞萃幈蔽飨驑?gòu)造變形區(qū)，褶皺構(gòu)造包括威水、水杉、阿都嘎、白泥-濫壩、布坑底背斜，格木底、得著向斜等；斷層構(gòu)造以NW-SE向?yàn)橹?，其中最為典型的是水城樞紐斷層；NE-SW向斷層主要有營腳斷層等。受地層巖性、含水性所控制，系列褶皺構(gòu)造分別形成區(qū)內(nèi)眾多相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，各水文地質(zhì)單元分別形成相對獨(dú)立的地下水循環(huán)系統(tǒng)。

1.5 水文地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)水系屬長江流域?yàn)踅嫌蔚娜砗?，其支流有水城河、汪家河、阿勒河及連山河，部分河流枯水季節(jié)常出現(xiàn)斷流，泉點(diǎn)流量具逐減現(xiàn)象。地表水總體由北西向南東徑流，最終從西往東流出境內(nèi)。區(qū)內(nèi)干流三岔河，流向由北西向南東，從西面大灣鎮(zhèn)流入境內(nèi)，再流經(jīng)汪家寨鎮(zhèn)、大河鎮(zhèn)后進(jìn)入水城縣發(fā)箐鄉(xiāng)，又從月照鄉(xiāng)北部邊界附近的獨(dú)山村經(jīng)過境內(nèi)。該河在大灣鎮(zhèn)、汪家寨鎮(zhèn)、大河鎮(zhèn)地段河谷寬緩、坡降小，而到了大河鎮(zhèn)以東逐漸表現(xiàn)出谷狹、水急、坡降大的特點(diǎn)。

1.6 礦泉水形成機(jī)制

區(qū)內(nèi)礦泉水的形成主要受獨(dú)特的地質(zhì)地貌條件控制和自然生態(tài)環(huán)境所影響。地下水主要補(bǔ)給區(qū)位于烏蒙山麓，地表植被茂盛，周邊無生活、生產(chǎn)污染，自然環(huán)境優(yōu)良。區(qū)內(nèi)二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖分布廣泛，巖石中非晶質(zhì)SiO2豐度較高，遇地下水后，巖石中部分非晶質(zhì)SiO2組分發(fā)生溶解，以偏硅酸的形式富集于地下水中，為本區(qū)偏硅酸型礦泉水的形成提供了充分條件。其次，區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖和碎屑巖分布廣泛，構(gòu)造活動強(qiáng)烈，部分地下水沿區(qū)域性深大斷裂下滲并參與深循環(huán)，在高溫、高壓等物理化學(xué)條件下，部分碳酸鹽巖類發(fā)生水解，形成重碳酸根離子和鈣、鎂離子，并析出游離CO2，同時(shí)地下水在徑流過程中不斷溶解碎屑巖類中非晶質(zhì)SiO2、硒、鋰、鍶等礦物組分，使之在地下水中富集，最終形成高礦化度碳酸、偏硅酸、硒、鋰、鍶復(fù)合型礦泉水。

2 礦泉水賦存特征

區(qū)內(nèi)礦泉水主要賦存于：二疊系中統(tǒng)茅口+棲霞組巖溶含水層、三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組、石炭系+三疊系碳酸鹽巖含水層[1]。

二疊系中統(tǒng)茅口+棲霞組巖溶含水層：地層巖性主要為灰?guī)r、白云巖。礦泉水賦存于溶蝕裂隙、管道、孔洞之中，含水性不均一，富水性強(qiáng)。上覆二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖，巖體中礦物質(zhì)含量豐富，非晶質(zhì)SiO2豐度較高，形成高礦化度碳酸、偏硅酸、硒、鋰、鍶復(fù)合型礦泉水的條件充分，是區(qū)內(nèi)天然礦泉水的主要賦存層位之一。

三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組：地層巖性主要由砂巖、砂質(zhì)粘土巖、粘土巖、泥質(zhì)粉砂巖及砂質(zhì)粘土巖構(gòu)成，含基巖裂隙水。礦泉水賦存于地層裂隙、節(jié)理之中，含水性中等至弱。該巖組中硒、鋰、鍶等礦物組分含量豐富，形成硒、鋰、鍶復(fù)合型礦泉水的條件充分；同時(shí)，由于地層中細(xì)小砂質(zhì)顆粒對有毒有害物質(zhì)具有一定的吸附作用，使地下水在徑流過程中得到凈化。

石炭系+三疊系碳酸鹽巖巖溶水含水層：在區(qū)域性深大斷裂分布地帶，具備形成高礦化度碳酸、偏硅酸、硒、鋰、鍶復(fù)合型礦泉水的有利條件，礦泉水主要賦存于深大斷裂破碎帶之中，沿深大斷裂分布地帶岀露的泉水點(diǎn)是本次工作的重點(diǎn)。

3 礦泉水成因研究

根據(jù)S12、S14、S52、J7、ZK1、ZK2水樣檢測報(bào)告結(jié)果，依據(jù)水化學(xué)成分、微量元素及水溫等方面綜合研究，將區(qū)內(nèi)礦泉水水源地劃分成兩種類型，即“碳酸鹽巖層控型”和“斷裂裂隙型”[1]。其中：“碳酸鹽巖層控型”為冷礦泉的主要成因類型，而熱礦泉的成因類型主要為“斷裂裂隙型”。

3.1 碳酸鹽巖層控型礦泉水

其水質(zhì)、水溫主要受巖石地球化學(xué)背景、埋深及地質(zhì)構(gòu)造控制，有益元素以鍶、偏硅酸、硒等為主。循環(huán)深度一般較小，表現(xiàn)為淺循環(huán)的特征。礦泉水中陰、陽離子以Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-為主，水化學(xué)類型以HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·M等為主，礦化度在100～1 000 mg/L之間，主要以泉點(diǎn)等形式出露。S12、S52及J7三個(gè)水源點(diǎn)屬于該類型，現(xiàn)就三個(gè)點(diǎn)情況敘述如下：

3.1.1 大河鎮(zhèn)大地村泉點(diǎn)S12

該點(diǎn)出露為一地下暗河出口，伏流口位于陡崖腳。含水巖組為三疊系關(guān)嶺組(T2g)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，含水介質(zhì)以巖溶管道、溶洞、溶隙為主。主要補(bǔ)給源為大氣降水匯集成溪溝由出口北邊2.7 km處地表落水洞直接灌入。地下水總體由巖溶管道向南徑流，最后匯入阿勒河。該點(diǎn)鍶含量0.570 mg/L，達(dá)到礦泉水界限指標(biāo)，綜合巖相古地理特征，其鍶含量主要受三疊系關(guān)嶺組(T2g)巖石地球化學(xué)背景影響(見圖1)。

圖1 大河鎮(zhèn)大地村泉點(diǎn)S12泉點(diǎn)平、剖面圖

3.1.2 保華鎮(zhèn)太陽溝泉點(diǎn)S52

該點(diǎn)出口位于斜坡腳，為下降泉。含水巖組為三疊系關(guān)嶺組(T2g)、永寧鎮(zhèn)組(T1yn)白云巖、灰?guī)r，含水介質(zhì)以溶隙、裂隙為主。主要補(bǔ)給源為大氣降水入滲補(bǔ)給，地下水總體由北東往南西徑流，匯水面積約7.2 km2。受斷層以及三疊系飛仙關(guān)組(T1f)碎屑巖阻隔出露于地表，該點(diǎn)鍶含量0.609 mg/L，達(dá)到礦泉水界限指標(biāo)，綜合巖相古地理特征，其鍶含量主要受三疊系關(guān)嶺組(T2g)、永寧鎮(zhèn)組(T1yn)巖石地球化學(xué)背景影響(詳見圖2)。

圖2 保華鎮(zhèn)太陽溝泉點(diǎn)S52泉點(diǎn)平、剖面圖

3.1.3 大河鎮(zhèn)底母落機(jī)井J7

該機(jī)井由我單位2014年施工，機(jī)井主要揭露地層為龍?zhí)督M(P3l)、峨嵋山玄武巖組(P3β)、茅口組(P2m)。施工至190 m時(shí)揭穿玄武巖，進(jìn)入茅口組(P2m)。含水巖組主要為二疊系棲霞茅口組(P2q-m)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。主要補(bǔ)給源為機(jī)井東面大氣降水沿溶隙、裂隙入滲，地下水總體由西往東徑流，在機(jī)井處被揭露。該點(diǎn)偏硅酸含量29.61 mg/L，綜合巖相古地理特征其礦物含量主要受二疊系峨嵋山玄武巖組(P3β)、棲霞茅口組(P2q-m)巖石地球化學(xué)背景影響(見圖3)。

圖3 大河鎮(zhèn)底母落機(jī)井J7泉水平、剖面示意圖

3.2 斷裂裂隙型礦泉水

主要受隆起褶皺構(gòu)造、斷裂、裂隙控制的礦泉水。本次調(diào)查工作中涉及此類型的點(diǎn)主要為ZK1、ZK2及S14。以ZK1、S14為例，地下水經(jīng)大氣降水入滲補(bǔ)給，由龍井口斷裂(F1)徑流，以泉點(diǎn)和鉆井揭露的方式出露于兩點(diǎn)。主要含水巖組為二疊系棲霞茅口組(P2q-m)，受斷裂破壞有徑流途經(jīng)長、經(jīng)過層位多的特點(diǎn)。其礦物含量種類居多，其中鍶含量、偏硅酸含量較高。由于二疊系峨嵋山玄武巖組(P3β)以及三疊系地層作良好的蓋層[2]，為地下水提供了良好的熱儲環(huán)境，龍井口F1斷裂為地下水提供了儲藏空間，二者相結(jié)合產(chǎn)出了溫度較高的熱礦泉。S14泉點(diǎn)2012年枯計(jì)測流時(shí)觀測溫度為21.5℃，屬于溫度異常點(diǎn)，其地下水運(yùn)移環(huán)境與ZK1地?zé)峋邢嗨菩?詳見圖4)。

圖4 嘎尼地?zé)峋甖K1及木果鎮(zhèn)龍井口泉點(diǎn)S14水平、剖面示意圖

通過區(qū)內(nèi)重點(diǎn)水源點(diǎn)成因研究，查明了區(qū)域內(nèi)“碳酸鹽巖層控型”、“斷裂裂隙型”礦泉水的形成機(jī)制。其中“碳酸鹽巖層控型”主要受二疊系棲霞茅口組(P2q-m)、峨嵋山玄武巖組(P3β)，三疊系關(guān)嶺組(T2g)等層位巖石地球化學(xué)背景影響，地下水與圍巖接觸發(fā)生水化學(xué)反應(yīng)，形成了該類型礦泉水?！皵嗔蚜严缎汀碧烊粺岬V泉一方面受地溫梯度的影響，另一方面在局部地區(qū)出露有二疊系飛仙關(guān)(T1f)、峨嵋山玄武巖組(P3β)作為天然蓋層，二疊系茅口組(P2m)頂部古巖溶為地下水提供了儲藏空間[2]，再通過鉆井開采產(chǎn)出。

4 水質(zhì)評價(jià)

根據(jù)區(qū)內(nèi)水源點(diǎn)的水質(zhì)檢測報(bào)告，參照《飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)》(GB8537-2008)[5]進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)。

4.1 礦泉水水質(zhì)評價(jià)

(1)感官指標(biāo)：區(qū)內(nèi)水源點(diǎn)物理性質(zhì)呈無色、無味、無嗅、透明，色度0度，濁度0度均符合規(guī)范要求。

(2)界限指標(biāo)：S12(Sr含量0.570 mg/L)、S14(Sr含量0.369 mg/L)、S52(Sr含量0.609 mg/L)、J7(H2SiO3含量29.61 mg/L)均達(dá)到礦泉水界限指標(biāo)；Zn、Se、I、Br、游離CO2、溶解性總固體含量低于標(biāo)準(zhǔn)。

(3)限量指標(biāo)：Cu、Cd、Cr、Ag、HBO3、Se、As、耗氧量(以O(shè)2計(jì))、NO32-指標(biāo)符合飲用礦泉水標(biāo)準(zhǔn)。

(4)污染指標(biāo)：冷泉檢出氰、酚、亞硝酸鹽、總β活性等污染物成分符合天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，表明區(qū)內(nèi)礦泉水沒有遭受污染。

(5)微生物指標(biāo)：水樣中檢出細(xì)菌總數(shù)、大腸桿菌群數(shù)結(jié)果超標(biāo)，主要與水樣的采集、送檢條件等有關(guān)。

4.2 理療礦泉水評價(jià)

根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T11615-2010)表E.1理療熱礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[6]，ZK1(F含量3.67 mg/L，H2SiO3含量31.45 mg/L，溫度49.5℃)[4]、ZK2(F含量2.77 mg/L，H2SiO3含量35.41 mg/L，溫度53℃)[3]，其指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，具有較高的理療價(jià)值。

5 結(jié)語

(1)經(jīng)對區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)、機(jī)井、枯季測流泉點(diǎn)、地?zé)峋荣Y料綜合分析，結(jié)合開展的水文地質(zhì)調(diào)查工作，基本查明了區(qū)內(nèi)礦泉水形成機(jī)制、賦存特征。

(2)通過對區(qū)內(nèi)重點(diǎn)水源點(diǎn)成因研究，查明了區(qū)內(nèi)“碳酸鹽巖層控型”、“斷裂裂隙型”礦泉水的形成原因。前者主要受二疊系棲霞茅口組(P2q-m)、峨嵋山玄武巖組(P3β)，三疊系關(guān)嶺組(T2g)等層位巖石地球化學(xué)背景影響，地下水與圍巖接觸發(fā)生水化學(xué)反應(yīng)，形成了該類型礦泉水。后者一方面受地溫梯度的影響，另一方面在局部地區(qū)出露有二疊系飛仙關(guān)(T1f)、峨嵋山玄武巖組(P3β)作為天然蓋層，二疊系茅口組(P2m)頂部古巖溶為地下水提供了儲藏空間，二者相結(jié)合產(chǎn)出了溫度較高的熱礦泉。

(3)從區(qū)內(nèi)水源點(diǎn)的水質(zhì)檢測報(bào)告分析評價(jià)得知適宜飲用天然礦泉水源點(diǎn)是S12、S14、S52、J7，適宜理療礦泉水源點(diǎn)是ZK1、ZK2。