甘肅省河西地區(qū)鍶礦泉水富集分布規(guī)律和水質(zhì)特征分析

劉延兵　張彥林　劉海生　文美蘭

摘 要：在甘肅河西地區(qū)采集水樣點231個，鍶含量為0.10～2.67 mg·L-1，最高值達2.67 mg·L-1，達到飲用天然礦泉水界限含量（鍶含量≥ 0.40 mg·L-1）的水樣點171個，占全部水點的74.0%。按各地貌單元統(tǒng)計，走廊平原區(qū)含鍶礦泉水點占水點總數(shù)的比例最高，走廊平原區(qū)地下水中有利于鍶的富集；從地下水類型分析，第四系地下水中含鍶礦泉水點數(shù)量最多，其次為地表水體，基巖礦泉水點較少；從各類型水中鍶含量達到礦泉水標準的比率分析，基巖地下水鍶礦泉水達標率最高，其次為第四系地下水，地表水達標率較低。依據(jù)甘肅河西地區(qū)鍶礦泉水富集分布規(guī)律和水文地質(zhì)特征，結合地形地貌等要素，劃分出走廊平原區(qū)第四系鍶礦泉水富集區(qū)和山地鍶礦泉水富集區(qū)2個大區(qū)，細分了13個小區(qū)。

關鍵詞：鍶礦泉水；富集分布規(guī)律；水質(zhì)特征分析；河西地區(qū)；甘肅省

Strontium mineral water enrichment， distribution and water quality characteristics in Hexi Region of Gansu Province

LIU Yanbing1， ZHANG Yanlin1， LIU Haisheng2， WEN Meilan3

（1.Gansu Institute of Geological Survey， Lanzhou 734000， Gansu， China；

2.Gansu Hydrogeology and Engineering Geology Survey Institute， Lanzhou 734000， Gansu， China；

3.Guilin University of Technology， Guilin 541004， Guangxi， China）

Abstract： Based on a comprehensive analysis of regional hydrogeological conditions， 231 water points collected in the study region were tested and analyzed. The strontium content ranged from 0.10～2.67 mg·L-1， and the highest strontium content reached 2.67 mg·L-1. There were 171 water points with strontium content ≥ 0.40 mg·L-1， which reached the threshold of drinking natural mineral water， accounting for 74.0% of all the water points. According to statistical analysis， in Hexi Region of Gansu Province， the proportion of strontium mineral water points reaching the threshold content standard in each geomorphic unit to the total number of water points investigated in the region is the highest in corridor plain， which is conducive to the enrichment of strontium in groundwater of the corridor plain. According to the analysis of groundwater types of strontium mineral water， the number of strontium mineral water points produced in quaternary groundwater is the largest， followed by surface water， and the number of bedrock mineral water points is less. According to the analysis of the rate of strontium content reaching the standard of mineral water in various types of water， the rate of strontium mineral water in bedrock groundwater is the highest， followed by quaternary groundwater， and the rate of strontium mineral water reaching the standard is low.

Keywords： strontium mineral water; enrichment and distribution law; analysis of water quality characteristics; Hexi Region; Gansu Province

鍶元素廣泛存在于土壤、海水中，是一種人體必需的微量元素（陶勇等，1993；吳茂江，2012；位秀麗等，2020），鍶與人體健康的關系主要表現(xiàn)在生理作用方面（張建江等，2021），具有防止動脈硬化、防止血栓形成的功能（曾昭華等，1996）。富鍶礦泉水是天然飲用礦泉水中的主要類型，甘肅省的礦泉水類型主要為鍶型礦泉水和以鍶型為主的復合型礦泉水（張家峰等，2021；張彥林等，2020）。前人取得多項鍶礦泉水富集特征研究成果，鍶元素在礦物溶解釋放的過程中具有一定的選擇性（王兵等，2009），決定礦泉水中鍶含量的因素與化學環(huán)境無多大關系，主要決定于巖石中鍶元素含量、溶濾時間及溫度條件（賀秀斌，1997），與沉積速率、介質(zhì)環(huán)境、礦物結晶體生長機制和生物聚集關系密切（許佩瑤等，1997），礦泉水中鍶富集的最有利的環(huán)境是碳酸鹽巖地層， 其次是碎屑巖地層（劉慶宣等，2004；王玉功等，2009）。省內(nèi)的飲用礦泉水勘查研究工作始于20世紀80年代中后期，近30年來在全省范圍內(nèi)勘查評價了40余處礦泉水點（甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，2014—2015），由于已有的勘查研究工作只是零星的點上勘查評價，全省飲用礦泉水資源的家底和分布規(guī)律尚不清楚。依托甘肅省地質(zhì)調(diào)查院于2015—2016年承擔完成的省國土資源廳“甘肅省礦泉水調(diào)查項目”所掌握的資料及最新水質(zhì)測試分析數(shù)據(jù)，筆者在全面分析區(qū)域水文地質(zhì)條件的基礎上，分析甘肅河西地區(qū)鍶礦泉水富集分布規(guī)律和水質(zhì)特征，圈定鍶礦泉水的集中富集區(qū)，探討礦泉水勘查的有利靶區(qū)，為甘肅省天然礦泉水的勘查開發(fā)利用提供一定參考。

1? 區(qū)域水文地質(zhì)條件

甘肅省西部地區(qū)構造復雜，地形地貌多樣。各區(qū)域的水文地質(zhì)條件復雜多變，地下水類型復雜多樣，水文地質(zhì)條件差異很大。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構造、地貌特征及地下水賦存條件將西部地區(qū)劃分為阿爾金山—祁連山區(qū)、河西走廊平原區(qū)和北山區(qū)3個水文地質(zhì)單元區(qū)（圖1）。

1.1? 阿爾金山—祁連山水文地質(zhì)特征

根據(jù)地下水賦存條件及含水介質(zhì)特征分為中高山區(qū)基巖裂隙水、中高山區(qū)碳酸鹽巖類裂隙溶洞水、中低山區(qū)碎屑巖類孔隙裂隙水和山間盆（谷）地松散巖類孔隙水。1）中高山區(qū)基巖裂隙水，主要賦存于變質(zhì)巖、火山巖、侵入巖的表層風化裂隙、構造裂隙及斷層破碎帶中。地下水礦化度一般小于0.5 g·L-1，平均地下徑流模數(shù)1～5 L·s-1·km-2，自西向東漸趨豐富。疏勒河流域為0.5～2 L·s-1·km-2，黑河流域為2～5 L·s-1·km-2，石羊河流域為5～14 L·s-1·km-2。2）中高山區(qū)碳酸鹽巖類裂隙溶洞水，主要分布于陶萊山、陶萊南山和疏勒南山等疏勒河上游，海拔一般大于3 500 m，含水層主要由侏羅系、三疊系、二疊系和石炭系灰?guī)r構成。3）中低山區(qū)碎屑巖類孔隙裂隙水，主要賦存于白堊系和古近系、新近系碎屑巖孔隙—裂隙中，分布于淺山地帶和山間盆（谷）地周邊。地下水化學類型復雜多樣，礦化度一般0.8～1.5 g·L-1，個別地段大于3 g·L-1。4）山間盆（谷）地松散巖類孔隙水，主要賦存于山間盆（谷）地中，主要的山間盆（谷）地為蘇干湖盆地、昌馬—石包城盆地、疏勒河谷地、野馬河谷地、黨河谷地、哈勒騰河谷地、陶萊河谷地、野馬大泉谷地、黑河上游谷地、八寶河谷地。地下水質(zhì)優(yōu)良，礦化度0.2～0.5 g·L-1，水化學類型以HCO3-—Ca2+·Mg2+型水為主。

1.2? 走廊平原區(qū)水文地質(zhì)特征

走廊平原區(qū)堆積有巨厚層的第四系松散層，賦存有豐富的地下水資源，其主要含水層位為中上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)的砂礫卵石層。該含水層為山前沖洪積堆積，自南向北分為“扇形礫石平原潛水帶”與“細土平原承壓水帶”，構成潛水—承壓水系統(tǒng)。根據(jù)地下水的補給、徑流及排泄條件，走廊平原區(qū)可劃分為石羊河、黑河和疏勒河三大流域水文地質(zhì)單元；受構造及基巖隆起分割，又分為南、北兩列水文地質(zhì)盆地，南盆地主要包括武威盆地、張掖盆地、酒泉盆地、玉門－踏實盆地等；北盆地主要包括民勤盆地、金塔－花海盆地、瓜州—敦煌盆地等。

走廊平原地下水水質(zhì)呈現(xiàn)明顯的水平分帶特征，自南而北可劃分為淡水帶、咸水覆蓋下的淡水—微咸水帶和咸水帶3個帶。淡水帶分布于南部盆地的大部分地區(qū)和北盆地南部，面積占走廊平原的1/2以上，地下水礦化度0.21～0.96 g·L-1，地下水化學類型為重碳酸鹽型；咸水覆蓋下的淡水—微咸水帶分布于南盆地北部和北盆地大部分地區(qū)，其中南盆地北部和北盆地的南部在表層（厚5～20 m）高礦化潛水覆蓋下，賦存有淡的承壓水，而北盆地的中部和北部在表層高礦化潛水之下的承壓水也呈現(xiàn)較高的礦化現(xiàn)象；咸水帶分布于各大河流下游的尾閭地帶，礦化度為3～10 g·L-1。

1.3? 北山區(qū)水文地質(zhì)特征

北山區(qū)氣候干旱，年降水量不足100 mm，大部分小于70 mm，年蒸發(fā)量3 000～4 000 mm，地貌形態(tài)以構造剝蝕丘陵為主。在地質(zhì)構造及地貌、氣候條件的控制下，水文網(wǎng)不發(fā)育，植被稀疏，無常年性地表徑流，僅有降水（暴雨）形成的季節(jié)性瞬時洪流，是地下水的唯一補給來源。地下徑流模數(shù)小于0.5 L·s-1·km-2，大部小于0.1～0.01 L·s-1·km-2，徑流微弱，地下水資源貧乏，含水層分布不連續(xù)，一般呈“溝”“槽”“束”等形式存在，水質(zhì)普遍較差。

2? 樣品采集與分析

2.1? 樣品采集

水樣采集在2016年進行，樣品采集方法符合中國地質(zhì)調(diào)查局水樣采集與送檢技術要求，采樣范圍控制阿爾金山—祁連山區(qū)、河西走廊平原區(qū)和北山區(qū)3個水文地質(zhì)單元區(qū)，采樣時間為5—10月，采集分析礦泉水樣231個，其中第四系地下水樣129個、基巖地下水樣4個、泉水樣品51個、地表水樣47個。

2.2? 樣品測試

樣品分析項目包括了感官指標、一般化學指標、礦泉水界限指標、礦泉水限量指標和污染指標。所取樣品由甘肅地質(zhì)工程實驗室檢測分析，在部分水點采集了平行樣品送至陜西工程勘察研究院水土檢測中心進行驗證。樣品測試方法按照GB/T 8538―2008《飲用天然礦泉水檢驗方法》進行，鋅、鍶、鋰采用火焰原子吸收分光光度法，硒采用氫化物發(fā)生原子吸收分光光度法，偏硅酸采用硅鉬黃分光光度法。鍶的檢出限為0.10 mg·L-1。

3? 結果與分析

3.1? 鍶礦泉水的分布特征

GB 8537―2018《飲用天然礦泉水標準》規(guī)定，天然水中鍶含量≥0.40 mg·L-1，為鍶型礦泉水。本次采集水樣231個，達到礦泉水界限含量（鍶含量≥0.40 mg·L-1）的水樣有171個，占全部水樣的74.0%（表1）。

從鍶礦泉水點分布看，走廊平原區(qū)共有鍶礦泉水點120個，占全部鍶礦泉水點總數(shù)的70%；祁連山區(qū)共有鍶礦泉水點43個，占總數(shù)的25%；走廊山地（分布于走廊平原南、北盆地之間的山地）共有鍶礦泉水點8個，占總數(shù)的5%（圖2）。

從各地貌單元看：走廊平原區(qū)鍶礦泉水點占水點總數(shù)的比例最高，達到界限含量的鍶礦泉水點占該地區(qū)水點總數(shù)的82.2%；其次為走廊山地，達標率分別為61.5%；祁連山區(qū)最低，達標率為59.7%（圖3）。從中可看出，走廊平原區(qū)地下水中有利于鍶的富集。

3.2? 地下水中鍶礦泉水的產(chǎn)出特征

從地下水類型分析：第四系地下水中產(chǎn)出的鍶礦泉水點數(shù)量最多，達129處，占全部171處礦泉水點的76%；其次為地表水體，檢出的鍶礦泉水點共有38處，占全部鍶礦泉水點的22%；基巖礦泉水點較少，僅有4處，占全部鍶礦泉水點的2%。從鍶含量達到礦泉水標準的比率分析：基巖地下水鍶礦泉水達標率最高，取樣的4處水點均達到鍶礦泉水標準；其次為第四系地下水，達標率為81.1%；地表水達標率較低，為55.9%。

4? 鍶礦泉水富集分布規(guī)律和水文地質(zhì)特征

根據(jù)前述鍶型飲用天然礦泉水的分布特征，并在全面分析區(qū)域水文地質(zhì)條件的基礎上，結合區(qū)域地質(zhì)背景，在河西地區(qū)圈定出13處鍶礦泉水的富集分布區(qū)，總面積13 546 km2。鍶礦泉水集中富集區(qū)水文地質(zhì)特征見表2。

5? 結論

1）研究區(qū)調(diào)查采集的231個水樣點中，鍶含量為0.08～2.67 mg·L-1，最高值達2.67 mg·L-1，達到飲用天然礦泉水界限含量（鍶含量≥ 0.40 mg·L-1）的水點共有171個，占全部水點的74.0%。鍶是甘肅省地下水中普遍含有并且含量較豐的微量元素之一。

2）甘肅河西地區(qū)從各地貌單元達到界限含量標準的鍶礦泉水點占該區(qū)域調(diào)查水點總數(shù)的比例來看，走廊平原區(qū)最高，走廊平原區(qū)地下水中有利于鍶的富集。鍶礦泉水產(chǎn)出的地下水類型分析，第四系地下水中產(chǎn)出的鍶礦泉水點數(shù)量最多，其次為地表水體，基巖礦泉水點較少。從各類型水中鍶含量達到礦泉水標準的達標率分析，基巖地下水鍶礦泉水達標率最高，其次為第四系地下水，地表水達標率較低。

3）根據(jù)甘肅河西地區(qū)鍶礦泉水富集分布規(guī)律和水文地質(zhì)特征，結合地形地貌等要素，劃分出走廊平原區(qū)第四系鍶礦泉水富集區(qū)和山地鍶礦泉水富集區(qū)2個大區(qū)，細分為武威盆地鍶礦泉水富集區(qū)、永昌高古城—月牙湖—毛卜喇盆地鍶礦泉水富集區(qū)、張掖盆地鍶礦泉水富集區(qū)、酒泉盆地鍶礦泉水富集區(qū)、玉門—鎖陽城盆地鍶礦泉水富集區(qū)、瓜州盆地鍶礦泉水富集區(qū)、敦煌盆地鍶礦泉水富集區(qū)、民勤—昌寧盆地鍶礦泉水富集區(qū)、金塔盆地鍶礦泉水富集區(qū)、山丹紅寺湖白堊系碎屑巖類地下水鍶礦泉水富集區(qū)、肅南縣白銀鄉(xiāng)—康樂鄉(xiāng)白堊系碎屑巖鍶礦泉水富集區(qū)、肅南縣紅山河—堡子灘祁連山北麓淺山地帶、鍶礦泉水富集區(qū)、黨河上游河谷盆地第四系鍶礦泉水富集區(qū)共13個小區(qū)。

4）根據(jù)各富集區(qū)鍶礦泉水水質(zhì)特征，可優(yōu)先選在在張掖盆地鍶礦泉水富集區(qū)、永昌高古城—月牙湖—毛卜喇盆地鍶礦泉水富集區(qū)、武威盆地鍶礦泉水富集區(qū)、酒泉盆地鍶礦泉水富集區(qū)開展礦泉水勘查工作。

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收稿日期：2023-03-13；修回日期：2023-07-11

基金項目：甘肅省國土資源廳甘肅省礦泉水調(diào)查（西部）項目與中國地質(zhì)調(diào)查局項目（DD20160288）聯(lián)合資助

第一作者簡介：劉延兵（1988- ），男，碩士，工程師，主要從事水文地質(zhì)調(diào)查、旅游地質(zhì)、地質(zhì)災害調(diào)查與研究工作。E-mail： 894966674@qq.com

引用格式：劉延兵，張彥林，劉海生，文美蘭，2023.甘肅省河西地區(qū)鍶礦泉水富集分布規(guī)律和水質(zhì)特征分析［J］.城市地質(zhì)，18（3）：112-117