江西贛中某礦泉水水資源水質(zhì)分析及成因研究

韓政興，夏 冰，黃毓瓊，王國(guó)峰，劉秀明

（1.江西省地質(zhì)局二二六地質(zhì)隊(duì)，江西 萍鄉(xiāng) 337000 2.江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001 3.江西省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究與規(guī)劃院，江西 南昌 330000）

1 項(xiàng)目概況

1.1 構(gòu)造及地層發(fā)育情況

項(xiàng)目位于贛中地區(qū)，屬于羅霄—諸廣隆起，在江西省飲用天然礦泉水類(lèi)型及資源潛力分區(qū)圖中屬于高潛力區(qū)范疇，屬于羅霄—諸廣中低山裂隙水（區(qū)）亞區(qū)，具有較好的礦泉水成礦地質(zhì)背景。項(xiàng)目區(qū)地層有寒武系中統(tǒng)高灘組、上統(tǒng)水石組、奧陶系下統(tǒng)茅坪組、泥盆系中統(tǒng)云山組、第四系全新統(tǒng)聯(lián)圩組及早志留世萬(wàn)洋山序列的中細(xì)粒似斑狀黑云花崗等，區(qū)內(nèi)主要受諸廣山導(dǎo)熱斷裂群的臨川—遂川北東向斷裂帶影響。

1.2 區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)特征

勘查區(qū)內(nèi)的水主要儲(chǔ)存在花崗巖的裂縫、間隙中，富水等級(jí)劃分屬于構(gòu)造裂隙水水量中等區(qū)。按地下水賦存條件劃分可分為第四系松散巖類(lèi)孔隙水和基巖裂隙水兩種類(lèi)型。第四系松散巖類(lèi)孔隙水含水層厚度一般為3.62～11.22 m，水位埋深1.0～4.3 m。單井出水量為49.49～695.65 t/d，滲透系數(shù)為10.50～98.65 m/d，水質(zhì)類(lèi)型為HCO3-Ca，礦化度為0.07～0.11 g/L，pH值為6.2～6.8，所以，屬于水量中等—貧乏?；鶐r裂隙水為早志留世萬(wàn)洋山序列中粒似斑狀黑云二長(zhǎng)花崗巖含水巖組：主要為灰色—深灰色中粒似斑狀黑云二長(zhǎng)花崗巖、中細(xì)粒似斑狀黑云花崗閃長(zhǎng)巖，構(gòu)造裂隙較發(fā)育，含裂隙水。其中，徑流模數(shù)為1.03～5.58/秒·平方千米，泉流量為0.03～0.28 L/s；水質(zhì)類(lèi)型為HCO3-Na-Ca，礦化度為0.085～0.106 g/L，總硬度為16.01～25.12 mg/L，pH值為6.8～7.53，所以，屬于水量中等—貧乏。

項(xiàng)目區(qū)礦泉水的補(bǔ)徑排條件為：礦泉水的主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水及上部第四系松散巖類(lèi)孔隙水的垂直滲入補(bǔ)給、地表徑流補(bǔ)給。其次為F1斷裂構(gòu)造裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給，而地下水徑流方向受地勢(shì)的影響，大致是由北西向南東徑流。在天然狀態(tài)下，F(xiàn)1斷裂構(gòu)造裂隙水是以散流或泉水的形式排泄，但在人工開(kāi)采后，則以井采排泄為主，散流或泉流次之[1]。

2 勘查工作情況

本次勘查工作的方法是：工程測(cè)量、1:1萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查、地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、高密度電法測(cè)量、水文地質(zhì)鉆探、樣品采集及測(cè)試、綜合報(bào)告研究等。主要實(shí)物工作量為：1:1萬(wàn)水文地質(zhì)調(diào)查1.69 km2；高密度電法測(cè)量295點(diǎn)（點(diǎn)距10 m）；水文地質(zhì)鉆探450 m/5孔；依次完成單孔抽水試驗(yàn)、多孔抽水試驗(yàn)。礦泉水分析16組+放射性13組+微生物12組，水質(zhì)分析10組（H2SiO3+F-），動(dòng)態(tài)觀測(cè)1個(gè)水文年[2]。具體內(nèi)容詳見(jiàn)表1。

通過(guò)表1可以看出，完成5個(gè)孔的水文地質(zhì)鉆探、抽水試驗(yàn)、巖性編錄及樣品測(cè)試工作。鉆探工作共完成總進(jìn)尺為450.21 m，提交涌水量為283.38 m3/d。

表1 完成的實(shí)物工作量一覽表

3 理化性質(zhì)和水質(zhì)分析

本次工作在豐、平、枯水期均有采樣，并進(jìn)行了水質(zhì)分析，共采集水樣41組，其中水質(zhì)全分析16組，放射性分析13組，微生物分析12組。

3.1 礦泉水物理性質(zhì)

勘查區(qū)礦泉水泉水清澈透明，無(wú)色（色度為0.6～3.0 ＜15）、無(wú)臭、微甜可口，無(wú)懸浮物（渾濁度為0.18～0.96 ＜5）。其取樣存放一年以上均未發(fā)現(xiàn)沉淀物。水溫常年保持恒定在19～21 ℃左右，屬于低溫礦泉水。通過(guò)打孔測(cè)定，ZK02孔pH平均值為7.23，ZK05孔pH平均值為7.06，均為中性水，因此該區(qū)域的礦泉水具備非常優(yōu)質(zhì)的物理性質(zhì)和品質(zhì)。

3.2 礦泉水水化學(xué)特征

綜合分析本區(qū)礦泉水的主要陽(yáng)離子為鈣、鈉離子。其中，鈣離子含量為11.14～12.76 mg/L，平均含量為11.85 mg/L，占陽(yáng)離子摩爾數(shù)的53.04%；鈉離子含量為7.58～8.17 mg/L，平均含量為7.97 mg/l，約占陽(yáng)離子摩爾數(shù)的38.26%；其他陽(yáng)離子還有K+、Mg2+、Al3+等。陰離子的類(lèi)別主要為重碳酸根，并且重碳酸根含量為56.69～61.03 mg/L，平均含量為59.06 mg/L，占陰離子摩爾數(shù)的89.43%。其次是Clˉ、SO42ˉ、NO3ˉ、Fˉ等。通過(guò)對(duì)以上陰、陽(yáng)離子的變化情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從2019年4月開(kāi)始，為期四年，將監(jiān)測(cè)結(jié)果和其他單位的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域礦泉水中所富含的陰、陽(yáng)離子分別為HCO3-、Ca2+和Na+。對(duì)各陰、陽(yáng)離子在水中的比例對(duì)比進(jìn)行計(jì)算，分析該區(qū)域水質(zhì)的化學(xué)類(lèi)型，可知該區(qū)域礦泉水為重碳酸鈣鈉型（HCO3--CaNa）[3]。

3.3 礦泉水水質(zhì)評(píng)價(jià)

經(jīng)一個(gè)水文年以上的實(shí)測(cè)監(jiān)控表明，該礦泉水物化性質(zhì)具有很高的穩(wěn)定性。主要組分K+、Na+、Ca+、Mg2+、Cl-、SO42-HCO3-、溶解性總固體等，均為穩(wěn)定組分，且不隨季節(jié)變化而變化。同時(shí)，礦泉水的物理形狀以及優(yōu)良色度為0.6～3.0≤15，渾濁度為0.18～0.96≤5，沒(méi)有任何異臭、異味及肉眼可見(jiàn)物，其甘爽可口、清澈透明。該礦泉水的水化學(xué)類(lèi)型為重碳酸鈣鈉型，總礦化度為117.26 mg／L，屬于低礦化度的礦泉水，總硬度平均值為24.24 mg/L，屬極軟水。pH平均值為7.06，屬于中性水。在該礦泉水中未檢測(cè)出大腸菌群、糞鏈球菌、銅綠假單胞菌、產(chǎn)氣夾膜梭菌，因此，該礦泉水未受到任何污染。其中，偏硅酸（H2SiO3）平均含量為34.14 mg/L，已達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)界限指標(biāo)大于30 mg/L的要求，屬于偏硅酸礦泉水。所以，該礦泉水各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，既屬于飲用天然礦泉水，又具有醫(yī)療礦泉水的特性。

4 礦泉水成因研究

（1）勘查區(qū)內(nèi)加里東期巖漿活動(dòng)形成的地球化學(xué)環(huán)境為礦泉水的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，本區(qū)早古生代巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，巖性以致密塊狀灰色中粒似斑狀黑云二長(zhǎng)花崗巖為主，其SiO2為72.28%，和地下水混合后，其中的一些非晶質(zhì)二氧化硅物質(zhì)會(huì)溶于地下水中，從而使水中含有豐富的偏硅酸成分。根據(jù)GB 8537—2018《飲用天然礦泉水》[4]中偏硅酸的含量要求，當(dāng)?shù)叵滤械钠杷岷繚M(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求后，同時(shí)該地下水中的微生物、污染物等其他相關(guān)指標(biāo)也滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，該區(qū)域的地下水便屬于偏硅酸型的礦泉水。

（2）由于該勘查區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特殊，使礦泉水的產(chǎn)生和流動(dòng)獲得了天然條件。早志留世，礦區(qū)處于擠壓隆起狀態(tài)，從而形成了新的地質(zhì)斷裂帶，這樣當(dāng)?shù)叵聨r漿流動(dòng)時(shí)就會(huì)沿著這些斷裂帶區(qū)域不斷上升，而巖漿的不斷流動(dòng)和多次噴發(fā)，也使得地質(zhì)中的斷裂層不斷發(fā)育，構(gòu)造也越來(lái)越復(fù)雜。后期巖漿的活動(dòng)會(huì)對(duì)前面已經(jīng)噴發(fā)出的巖漿產(chǎn)生一定的影響，最終產(chǎn)生很多孔洞和裂隙，之后再受到地質(zhì)裂隙的長(zhǎng)期影響，最終形成了富含大量孔洞裂隙網(wǎng)絡(luò)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而讓地下水的留存和流動(dòng)擁有了非常優(yōu)厚的天然條件。因此，地下水在這樣的地質(zhì)環(huán)境中通過(guò)流動(dòng)獲得了大量的非晶質(zhì)二氧化硅、碳酸鈣和鈉等多種礦物質(zhì)，于是進(jìn)行了天然的溶濾和水解。

在礦區(qū)的上游區(qū)域，自然降水滲入地下后，會(huì)對(duì)地下的非晶質(zhì)二氧化硅進(jìn)行不斷的溶解，從而使得該區(qū)域的地下水中富含大量的偏硅酸，在重力和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用下，不斷的流向地勢(shì)更低的區(qū)域。如此不斷重復(fù)，已經(jīng)存在于地下的水質(zhì)不斷的溶解非晶質(zhì)二氧化硅，同時(shí)新的降水也在不斷地流入地下并循環(huán)以上過(guò)程，從而該區(qū)域產(chǎn)生了大量的偏硅酸型礦泉水。由于地下水在滲入地下和在地下流動(dòng)的過(guò)程中，有一些地下水會(huì)向斷裂帶深處繼續(xù)滲透，在和碳酸鹽巖類(lèi)混合后，再次受到地下高溫、高壓的作用而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)對(duì)巖中的非晶質(zhì)二氧化硅產(chǎn)生溶解作用，且產(chǎn)生游離的二氧化碳，所以，最終形成的礦泉水具有偏硅酸、重碳酸鈣鈉的特點(diǎn)。

（3）該區(qū)域降水資源豐富，每年的降水量多達(dá)1 400 mm以上，使礦泉水具備了天然的產(chǎn)生條件，并為礦泉水的形成提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。所以，該區(qū)域內(nèi)礦泉水產(chǎn)量豐富，品質(zhì)穩(wěn)定，泉眼集中，這些天然優(yōu)勢(shì)讓礦泉水有了天然的、穩(wěn)定的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)。

（4）有利的地形地貌條件也是礦泉水形成的必要因素。一般情況下，礦泉水出露于山坡下地勢(shì)低洼處，通過(guò)泉眼的形式流動(dòng)出來(lái)，最終形成了天然礦泉水。

（5）該區(qū)域80%都被植被所覆蓋，所以，高植被覆蓋率呼吸作用加強(qiáng)，具備了優(yōu)質(zhì)的天然環(huán)境和豐富的植被條件。豐富的植被資源會(huì)讓降水在地表的流動(dòng)速度得以減緩，一方面減緩了地表水的徑流速度，另一方面避免或減少了水土流失現(xiàn)象的發(fā)生，降水的徑流強(qiáng)度降低，也會(huì)使地下水在同樣的時(shí)間內(nèi)可以?xún)?chǔ)存更多的水量，從而增加了地下水對(duì)季節(jié)變化的應(yīng)對(duì)能力，讓礦泉水資源更加充足、穩(wěn)定。同時(shí)，水解反應(yīng)時(shí)如果有CO2加入，反應(yīng)會(huì)更加劇烈。因高植被覆蓋率會(huì)使土壤呼吸作用加強(qiáng)，這在一定程度上使地下水中的游離CO2和HCO3-含量富集，偏硅酸會(huì)在水中以膠體形式存在，部分直接浸入水中，部分被高嶺石吸附沉淀并在特定環(huán)境中釋放到水中，形成本區(qū)礦泉水中的偏硅酸。

5 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)述了花崗巖型斷裂構(gòu)造礦泉水的地質(zhì)背景，研究了礦泉水的勘查成果，對(duì)水質(zhì)情況進(jìn)行了分析，得出了本區(qū)礦泉水屬于偏硅酸型礦泉水，屬于飲用天然礦泉水。重點(diǎn)對(duì)礦泉水的成因進(jìn)行了研究，闡述了其蘊(yùn)藏條件，梳理了水文地質(zhì)條件補(bǔ)徑排關(guān)系，研究了偏硅酸的形成和富集機(jī)理。