黔中地區(qū)某飲用天然礦泉水成因動(dòng)態(tài)特征研究

向 剛，韋國(guó)巧

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局一〇四地質(zhì)大隊(duì)，貴州 都勻 558000；2.貴州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 都勻 558000)

0 引言

飲用天然礦泉水是一種含有一定量的對(duì)人體健康有益的微量元素或礦物質(zhì)的優(yōu)質(zhì)地下水，是寶貴的液體礦產(chǎn)資源之一[1-2]。目前，隨著人民物質(zhì)文化生活水平的提高，礦泉水作為一種保健飲料越來(lái)越受到人們的歡迎。開(kāi)發(fā)利用天然礦泉水資源已成為人民物質(zhì)生活的迫切需要，同時(shí)對(duì)于推動(dòng)地方綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。貴州省鳳岡縣紅沙溝礦泉水為一巖溶大泉，該泉具有水量大、水質(zhì)優(yōu)良的特征，對(duì)其成因以及動(dòng)態(tài)特征開(kāi)展分析及研究，有助于查明天然飲用礦泉水資源的賦存條件和分布規(guī)律，對(duì)于西南巖溶地區(qū)勘查找尋優(yōu)質(zhì)飲用天然礦泉水具有重要的意義[3-4]。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)內(nèi)出露地層由老至新有志留系韓家店組(S1h)、二疊系梁山組(P2l)、棲霞茅口組(P2q-m)、合山組第一段(P3h1)和第四系(Q)[5]。

合山組第一段(P3h1)：黃褐色頁(yè)巖夾炭質(zhì)泥巖、煤層。含基巖裂隙水，富水貧乏。

棲霞茅口組(P2q-m)：巖性主要為中至厚層灰?guī)r。含水介質(zhì)為裂隙-溶洞，其次為溶洞-管道，含碳酸鹽巖巖溶水，地下水徑流模數(shù)為6.78 L/s·km2，富水性強(qiáng)，水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO3-Ca型，礦化度為0.16～0.28 g/L[6-7]。

梁山組(P2l)：巖性為鋁土質(zhì)頁(yè)巖夾燧石層，含基巖裂隙水，富水性貧乏。

韓家店組(S1h)：巖性主要為頁(yè)巖及泥巖。含水介質(zhì)為網(wǎng)格狀分布的風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙等。含基巖裂隙水，地下水枯季徑流模數(shù)為0.76 L/s·km2，富水性貧乏。

2 區(qū)域地下水系統(tǒng)

紅沙溝礦泉水點(diǎn)位于葫蘆塘巖溶大泉系統(tǒng)(F050110D-1-3)中，地貌組合類(lèi)型為溶蝕峰叢洼地[8-9]。總體地勢(shì)北高南低，地形起伏較大，相對(duì)高差 120～554 m，最高點(diǎn)位于系統(tǒng)北部無(wú)名山頭，海拔1 346 m，最低點(diǎn)位于系統(tǒng)南部董家林S24巖溶泉出露處，海拔792 m。

該系統(tǒng)構(gòu)造上處于北東向覃家坡背斜的西翼，整個(gè)系統(tǒng)的邊界以相對(duì)隔水層為界，系統(tǒng)東部以梁山組相對(duì)隔水層為界，系統(tǒng)的西部以合山組一段的相對(duì)隔水層為界，南部以湄潭組相對(duì)隔水層為界，系統(tǒng)北部以梁山組為界[10]，系統(tǒng)內(nèi)含水巖組為 P2q-m，巖性為較純的厚層灰?guī)r，系碳酸鹽巖含水巖組，含水介質(zhì)以溶孔、溶洞、裂隙等組合為其特征，含水不均勻。系統(tǒng)內(nèi)巖溶洼地，落水洞等較發(fā)育，地下水接受大氣降水補(bǔ)給，受地形地貌、地層巖性、四周碎屑巖圈閉等控制，地下水由北向南匯集、徑流，分別于董家林(S24)、水清巖(S38)、葫蘆塘(S52)、義陽(yáng)春(S85)等地勢(shì)低洼處以巖溶大泉的形式集中排泄。2018年2月枯測(cè)流量分別為S24：56.55 L/s、S38：71.55 L/s、S52：8.21 L/s，S85：8.62 L/s(圖1)。

表1 葫蘆塘巖溶大泉系統(tǒng)代表性泉點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

3 文地質(zhì)條件及成因分析

3.1 補(bǔ)給徑流排泄特征

紅沙溝礦泉水點(diǎn)(S38號(hào))出露于花坪鎮(zhèn)石盆村紅沙溝組，泉口標(biāo)高759 m，其涌水量大，水質(zhì)較好，該泉出露層位為二疊系陽(yáng)新統(tǒng)棲霞茅口組(P2q-m)，巖性主要為灰?guī)r，厚度為351～551 m，該層含水巖組含水介質(zhì)組合類(lèi)型為溶洞-管道型，地下水運(yùn)移及賦存的空間主要為灰?guī)r中的巖溶管道，富水不均一，棲霞茅口組地下水徑流過(guò)程中在山體底部沿巖溶裂隙帶涌出，為巖溶下降泉，2019年6月至2020年6月長(zhǎng)觀(guān)期間流量范圍為71.55～189.75 L/s，該地層地下水枯季徑流模數(shù)大于6 L/s·km2，富水性強(qiáng)(圖2)。

該泉位于地下水系統(tǒng)的徑流排泄區(qū)，補(bǔ)給區(qū)分布在地勢(shì)較高的北部，補(bǔ)給區(qū)海拔一般為900～1 200 m，主要補(bǔ)給水源為大氣降水，大氣降水通過(guò)地表發(fā)育的溶孔、溶隙、落水洞等途徑集中式補(bǔ)給地下。沿巖石中網(wǎng)絡(luò)狀、樹(shù)枝狀的巖溶裂隙徑流，徑流方向從北往南[11]。

棲霞茅口組地下水徑流過(guò)程中，在紅沙溝組山體低洼處，沿巖溶裂隙帶涌出，成為紅沙溝組溪溝的基流。

1.碳酸鹽巖巖溶水，富水性強(qiáng)；2.純碳酸鹽巖含水巖組，富水性中等；3.碎屑巖含水巖組，富水性弱；4.泉；5.地層代號(hào)；6.地層產(chǎn)狀；7.地下水流向；8.斷層及編號(hào)；9.地層界線(xiàn)；10.剖面線(xiàn)；11.溪溝；12.保護(hù)區(qū)范圍

3.2 地質(zhì)構(gòu)造條件

研究區(qū)外北側(cè)發(fā)育一條北東向斷層—水清巖斷層，該斷層為石盆沖斷裂(F2)的分支斷裂(F2-1),石盆沖斷裂整體呈S型展布，由3條行跡相近的斷層構(gòu)成，屬于南北向構(gòu)造體系。水清巖斷層F2-1呈北東向展布在紅沙溝礦泉的上游補(bǔ)給區(qū)域，距離紅沙溝礦泉約300 m，該斷層傾向南東，傾角40°，該斷層破碎帶較寬，具有較好的導(dǎo)水性，其下盤(pán)地層為韓家店組碎屑巖，該碎屑巖具有較好的阻水性，地下水在從南往北徑流過(guò)程中，受到下盤(pán)韓家店組碎屑巖的阻水作用，在紅沙溝處出露形成下降泉。水清巖斷層對(duì)紅沙溝礦泉水的形成具有明顯的控制作用(圖3和圖4)。

圖3 A—A＇水文地質(zhì)剖面圖

圖4 B—B＇水文地質(zhì)剖面圖

3.3 含鍶成因分析

紅沙溝礦泉水點(diǎn)鍶含量達(dá)到0.4 mg/L以上，達(dá)到國(guó)家含鍶礦泉水標(biāo)準(zhǔn)。地下水在徑流過(guò)程中，受到石盆沖斷裂—水清巖斷層(F2-1)下盤(pán)韓家店組碎屑巖的阻水作用，并經(jīng)斷層破碎帶導(dǎo)通，與棲霞茅口組灰?guī)r中的含鍶礦物充分接觸、溶蝕、萃取等，含鍶礦物在地下水中溶解，導(dǎo)致地下水中鍶含量增加，并沿巖溶裂隙帶出露，成為紅沙溝含鍶天然礦泉水。因此，紅沙溝礦泉點(diǎn)成因?qū)儆谔妓猁}巖層控型兼斷裂裂隙型。

表2 紅沙溝礦泉水(S38)涌水量動(dòng)態(tài)變化表

圖5 紅沙溝礦泉露頭處流量動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)圖

4 紅沙溝礦泉的動(dòng)態(tài)特征

S38號(hào)泉涌水量較大，動(dòng)態(tài)長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)時(shí)間為2019年6月3日至2020年6月30日，為一個(gè)完整的水文年，其中每年的5-8月為豐水期，12月至次年3月為枯水期，4月、9月至11月為平水期。觀(guān)測(cè)結(jié)果表明，地下水的流量變化與大氣降水變化過(guò)程基本一致，其在枯水季節(jié)的流量小，在豐水季節(jié)流量最大，其動(dòng)態(tài)成因類(lèi)型屬于氣象型。S38號(hào)泉涌水量變化范圍為71.55～189.48 L/s，涌水量動(dòng)態(tài)變幅為2.65，涌水量動(dòng)態(tài)變化范圍較小，其動(dòng)態(tài)特征屬于較穩(wěn)定型(圖5)。

通過(guò)對(duì)S38號(hào)礦泉水溫度的測(cè)量，整個(gè)觀(guān)測(cè)期內(nèi)泉水溫度均保持在13℃～15℃，泉水溫度較為穩(wěn)定。

5 結(jié)論和建議

5.1 結(jié)論

(1)鳳岡縣花坪鎮(zhèn)花盆村紅沙溝礦泉水鍶含量范圍0.41～0.47 mg/L，屬于含鍶的天然礦泉水,其它各項(xiàng)離子指標(biāo)、感官指標(biāo)、理化指標(biāo)、毒理性指標(biāo)、放射性指標(biāo)達(dá)到了飲用天然礦泉水國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，水質(zhì)較為優(yōu)良。

(2)礦泉水出露于二疊系棲霞茅口組中，為巖溶下降泉，礦泉水系棲霞茅口組地下水徑流過(guò)程中，溶解了巖石中含鍶礦物，導(dǎo)致地下水中鍶含量增高，并沿低洼處的巖溶裂隙帶涌出地表，其成因?qū)儆谔妓猁}巖層控型兼斷裂裂隙型。

(3)紅沙溝礦泉水涌水量大，流經(jīng)勘查區(qū)入口溪溝(H01)處枯季最小流量為41.90 L/s，計(jì)算的允許開(kāi)采量為2 896 m3/d(105萬(wàn) m3)，該值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于擬建礦泉水廠(chǎng)計(jì)劃年開(kāi)采量11萬(wàn) m3(411 m3/d)，未來(lái)礦泉水建廠(chǎng)開(kāi)發(fā)利用資源量保障程度高。

5.2 建議

由于黔中地區(qū)巖溶大泉、地下河廣泛分布，且地下水富集與巖性和構(gòu)造條件緊密相關(guān)，因此在該區(qū)域開(kāi)展找尋優(yōu)質(zhì)礦泉水具有一定的找礦遠(yuǎn)景。建議在該區(qū)域結(jié)合巖性和構(gòu)造條件開(kāi)展礦泉水調(diào)查，進(jìn)行水質(zhì)采樣分析，尋找更多優(yōu)質(zhì)天然礦泉水資源。