吉林省靖宇縣長白山參女泉飲用天然礦泉水勘查評價(jià)

李偉，方巖，傅玉，劉剛，王鐸

吉林省水文地質(zhì)調(diào)查所，吉林 長春 130012

0 引言

吉林省靖宇縣參女泉地處靖宇縣國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，交通便利。具有得天獨(dú)厚的自然地理及地質(zhì)環(huán)境，因此為了開發(fā)利用這一寶貴的礦產(chǎn)資源，充分發(fā)揮其資源優(yōu)勢，并使其盡快轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。吉林省水文地質(zhì)調(diào)查所對靖宇縣參女泉飲用天然礦泉水進(jìn)行勘察評價(jià)工作，其目的是查明礦泉水賦存的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，礦泉水的形成機(jī)制，動(dòng)態(tài)特征，進(jìn)行礦泉水資源評價(jià)，為合理開發(fā)利用參女泉礦泉水資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 自然地理概況

1.1 位置交通

靖宇縣長白山參女泉位于靖宇縣國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，距靖宇縣南西約14 km處。本區(qū)交通便利，省道S204在該區(qū)通過，朝(陽鎮(zhèn))—撫(松)公路經(jīng)過縣城、輝南—白山市鐵路在縣城西側(cè)通過，靖宇縣城距白山市區(qū)50 km，距長春市區(qū)250 km。以縣城為中心的公路通往各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

1.2 地形、地貌

參女泉位于龍崗山脈火山群中，由火山噴發(fā)形成的玄武巖臺地上。臺面略有起伏向北東方向傾斜，區(qū)內(nèi)植被發(fā)育。該區(qū)地貌為侵蝕火山地貌玄武巖臺地。海拔標(biāo)高600～650 m，由第四系下更新統(tǒng)軍艦山組玄武巖組成。參女泉出露海拔高程612～614 m。

1.3 氣象水文

參女泉所在區(qū)域?qū)儆诒焙疁貛Т箨懶园霛駶櫦撅L(fēng)氣候。具有冷涼濕潤、雨量充沛、無霜期短、光照適中的氣候特點(diǎn)。春季溫差大，多偏西風(fēng)；夏季短暫，溫涼潮濕多雨；秋季涼爽多早霜；冬季漫長而寒冷。氣候垂直變化明顯，海拔高程850 m以上為寒溫帶濕潤氣候，氣溫較低，年平均氣溫0℃左右；海拔高程500～850 m為寒溫帶半濕潤氣候，年平均氣溫2.5℃，極端最高氣溫33.6℃，極端最低氣溫-42.2℃，年降水量486.3～1 173.2 mm，降水集中在6～9月，多年平均降水量為766.3 mm，歷年平均相對濕度73%。該區(qū)內(nèi)地表水均屬松花江流域，區(qū)內(nèi)主要河流為吊水湖河、青龍河及其支流，青龍河源于龍泉龍灣南，于靖宇縣城東匯入珠子河，由南向北徑流。

1.4 植被

參女泉所在區(qū)內(nèi)植被較發(fā)育，生態(tài)環(huán)境良好。多以次生林為主，主要植被類型有針闊葉混交林、闊葉混交林、灌木草叢和沼澤草甸。

2 礦泉水賦存的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

2.1 地層

區(qū)內(nèi)出露地層由老至新分述如下：

(1)太古界

主要分布于參女泉以東區(qū)域，由鞍山群四道砬子河組(Ar1s)片麻巖、角閃巖、混合巖、片巖組成。

(2)新生界

第四系下更新統(tǒng)軍艦山組玄武巖(βQ1j)大面積分布于區(qū)內(nèi)，巖性為：灰色、灰褐色，致密塊狀、氣孔狀玄武巖互層，厚度大于95 m。賦存了豐富的地下水。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)大地構(gòu)造位于中朝準(zhǔn)地臺，遼東臺隆區(qū)，龍崗斷塊Ⅲ級構(gòu)造單元。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為強(qiáng)烈，從而導(dǎo)致了基性巖漿的噴發(fā)。復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造控制了區(qū)域上的各類型地下水形成與分布，同時(shí)也為礦泉水的形成提供了空間環(huán)境。

2.3 水文地質(zhì)

根據(jù)區(qū)域地下水的賦存條件、水理性質(zhì)和水力特征，本區(qū)地下水類型主要有松散巖類孔隙水和玄武巖類孔洞裂隙水(圖1)。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)圖

松散巖類孔隙水呈條帶狀分布于濛江河床兩側(cè)的階地與漫灘上，含水巖性以第四系全新統(tǒng)沖積砂礫石、粉細(xì)砂為主，富水性良好，水位埋深1.5～0.6 m，單井涌水量100～500 m3/d，地下水補(bǔ)給來源主要是接受大氣降水滲入補(bǔ)給，以徑流形式排泄在地形低洼處出露于地表，水化學(xué)類型以重碳酸鈣型為主，局部為重碳酸鈣鎂型，礦化度小于0.8 g/L，pH值6.2～7.5。

玄武巖孔洞裂隙水：地下水賦存于第四系下更新統(tǒng)軍艦山組玄武巖(βQ1j)孔洞裂隙中。玄武巖孔洞裂隙發(fā)育，呈蜂窩狀且孔洞間連通性好，無充填，透水性強(qiáng)。該套玄武巖又具多次噴發(fā)旋回，每個(gè)旋回由氣孔狀玄武巖和致密塊狀玄武巖組成，玄武巖節(jié)理裂隙發(fā)育，以大氣降水為主要補(bǔ)給來源，地下徑流為主要排泄方式，因此對地下水的賦存非常有利。泉流量一般在1.0～10 L/s，局部地段泉流量大于10 L/s，礦化度為269.16 mg/L。水化學(xué)類型為重碳酸鈣鈉或重碳酸鈣鎂型(圖2)。

圖2 水文地質(zhì)剖面圖

2.4 礦泉水賦存條件

靖宇縣參女泉天然礦泉水，賦存于第四系下更新統(tǒng)軍艦山組玄武巖中。含水介質(zhì)為氣孔狀玄武巖。玄武巖受成巖作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，原生孔洞裂隙和構(gòu)造裂隙極其發(fā)育，為礦泉水的形成、賦存與運(yùn)移創(chuàng)造了有利條件。在地表低洼處溢出地表，形成自流泉。

2.5 礦泉水形成機(jī)制

參女泉天然礦泉水的形成、賦存與運(yùn)移主要受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌條件的控制。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，第四系下更新統(tǒng)軍艦山組玄武巖中，二氧化硅含量較大，為礦泉水中偏硅酸的富集提供了物質(zhì)來源。SiO2以晶質(zhì)狀態(tài)存在于巖石的基質(zhì)中，在水中CO2、溫度、壓力的作用下，一部分非晶質(zhì)SiO2被溶解，淋濾形成正硅酸與偏硅酸(一般均用偏硅酸表示)偏硅酸易溶于水，地下水與巖石不斷相互作用，使水中偏硅酸富集形成偏硅酸型礦泉水。分析其原因主要是火山活動(dòng)過程中，深部的巖漿分異和揮發(fā)作用產(chǎn)生了大量的CO2，對圍巖有強(qiáng)烈的侵蝕作用，溶解了玄武巖中的可溶性SiO2，當(dāng)巖漿頂端的熱流體與淺層水結(jié)合時(shí)，所攜帶SiO2便溶解于水中，導(dǎo)致了該玄武巖中礦泉水偏硅酸含量增高。早更新世軍艦山組玄武巖為橄欖玄武巖，鎂含量較高，所以相應(yīng)的礦泉水中鎂離子含量也較高，水化學(xué)類型為重碳酸鎂或重碳酸鈣鎂型。

參女泉補(bǔ)給來源主要以地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給為主，地下水沿玄武巖孔洞裂隙徑流，在循環(huán)運(yùn)移過程中，不斷溶解圍巖中的二氧化硅和微量元素，使地下水中的某些化學(xué)組分含量相對富集，其中偏硅酸含量41.62～43.43 mg/L，達(dá)到了《國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)飲用天然礦泉水》(GB 8537—2018)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，形成偏硅酸型礦泉水。

2.6 礦泉水水質(zhì)評價(jià)

依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)及《飲用天然礦泉水》(GB 8537—2008)國家標(biāo)準(zhǔn)及水質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)對吉林省靖宇縣參女泉礦泉水多次化驗(yàn)分析結(jié)果表明，參女泉礦泉水為無色、無味、無沉淀，清澈透明，水溫常年保持在7℃。參女泉礦泉水中陰離子以重碳酸根為主，含量160.95～174.22 mg/L，陽離子以鈣、鎂離子為主，含量分別為21.07～22.52 mg/L和15.62～18.09 mg/L，次為鈉、鉀離子，含量分別為15.15～16.80 mg/L和3.86～4.20 mg/L。溶解性總固體276～289.36 mg/L，pH值6.80～7.36，水化學(xué)類型為重碳酸鈣鎂型(表1)。

表1 參女泉飲用天然礦泉水化學(xué)特征表

參女泉礦泉水中偏硅酸含量41.62～43.43 mg/L，泉水限量指標(biāo)、污染物指標(biāo)和微生物指標(biāo)均符合《國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)飲用天然礦泉水》(GB 8537—2018)國家標(biāo)準(zhǔn)，可定名為偏硅酸型礦泉水。礦泉水的水樣采集、保存、運(yùn)輸及水質(zhì)檢驗(yàn)方法均符合《國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法》(GB 8537—2016)國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 礦泉水量評價(jià)

為了解和掌握參女泉礦泉水動(dòng)態(tài)特征，計(jì)算評價(jià)天然礦泉水資源量，進(jìn)行了為期一年的動(dòng)態(tài)觀測，用三角堰板測流法對該泉進(jìn)行了測試，流量為286～324.16 m3/d，水溫為6.5～7℃，泉流量豐、平、枯水期變化幅度較小。

根據(jù)參女泉賦存的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，本次主要計(jì)算礦泉水允許開采量。允許開采量主要依據(jù)泉水動(dòng)態(tài)長期觀測資料和30年的降水資料。采用泉水動(dòng)態(tài)與降水頻率分析法，計(jì)算參女泉允許開采量為284 m3/d，有開采保證，可作為飲用天然礦泉水開發(fā)利用的依據(jù)。

根據(jù)靖宇縣氣象局1985—2014年的降水資料，采用下列公式計(jì)算降水頻率如下：

式中：P—降水頻率(%)；m—排列序數(shù)；n—年數(shù)。

經(jīng)計(jì)算2001年為豐水年，降水量為878 mm；1996年為平水年，降水量為751.7 mm；2007年為枯水年，降水量為702.6 mm。

4 礦泉水水源地衛(wèi)生防護(hù)

參女泉飲用天然礦泉水水源地森林茂盛，自然生態(tài)環(huán)境良好，無污染源，有利于礦泉水水源地衛(wèi)生防護(hù)。為確保該礦泉水資源在開發(fā)利用過程中免受污染破壞，根據(jù)《天然礦泉水資源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T 13727—2016)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合該天然礦泉水水源地的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，必須設(shè)立水源衛(wèi)生保護(hù)區(qū)，并在防護(hù)區(qū)界設(shè)置固定標(biāo)志。衛(wèi)生保護(hù)區(qū)建立與劃分方案如下：

Ⅰ級保護(hù)區(qū)(安全保護(hù)區(qū))：(1)范圍包括天然礦泉水水源地取水點(diǎn)、引水及取水建筑設(shè)施所在地區(qū)；(2)保護(hù)區(qū)邊界距取水點(diǎn)最少為50 m半徑；(3)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)無關(guān)人員不得居住或逗留，不得興建與天然礦泉水水源引水無關(guān)的建筑，進(jìn)行任何影響水源地保護(hù)的活動(dòng)，取消一切可以導(dǎo)致天然礦泉水水源污染的因素。

Ⅱ級保護(hù)區(qū)(內(nèi)保護(hù)區(qū))：(1)范圍包括一級保護(hù)區(qū)的周邊地區(qū)，即地表水和潛水向礦泉水水源取水點(diǎn)流動(dòng)的徑流地區(qū)；(2)保護(hù)區(qū)邊界距離一級保護(hù)區(qū)最短距離不小于50 m半徑范圍；(3)范圍內(nèi)不得設(shè)置可導(dǎo)致天然礦泉水水源水質(zhì)、水量、水溫改變的工程，禁止進(jìn)行可能引起礦泉水含水層污染的人類生活及經(jīng)濟(jì)工程活動(dòng)。

Ⅲ級保護(hù)區(qū)(外保護(hù)區(qū))：(1)范圍包括水源補(bǔ)給地區(qū)，距取水點(diǎn)不小于500 m半徑范圍；(2)在此區(qū)內(nèi)只允許進(jìn)行對礦泉水水源地地質(zhì)環(huán)境沒有危害的經(jīng)濟(jì)工程活動(dòng)。

5 結(jié)論

(1)靖宇縣參女泉偏硅酸含量41.62～43.43 mg/L，為偏硅酸型礦泉水，并含有鋰、鍶、鋅等多種對人體健康有益的微量元素。

(2)依據(jù)2014年該礦泉枯水期流量(2、3月份)286 m3/d，經(jīng)過一年的動(dòng)態(tài)觀測，確定參女泉天然礦泉水允許開采量為284 m3/d，是有補(bǔ)給保證。

6 建議

(1)根據(jù)該泉所處地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，結(jié)合礦泉水的循環(huán)條件，提出了建立參女泉天然礦泉水水源地三級衛(wèi)生防護(hù)區(qū)方案。開發(fā)單位應(yīng)按各級水源地衛(wèi)生防護(hù)區(qū)的要求，做好礦泉水資源保護(hù)工作。

(2)礦泉水開發(fā)利用后，應(yīng)進(jìn)行礦泉水動(dòng)態(tài)監(jiān)測，設(shè)專人長期觀測泉水流量及水溫，礦泉水流量及水溫半月觀測一次，水質(zhì)每年至少檢測一次，及時(shí)掌握礦泉水動(dòng)態(tài)特征，并建立監(jiān)測檔案，為長期合理開發(fā)利用這一寶貴資源提供科學(xué)依據(jù)。