黃河源九龍灘飲用天然礦泉水成因分析

摘要：黃河源九龍灘地區(qū)多處泉水鍶含量達(dá)到國家現(xiàn)行飲用天然礦泉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。通過調(diào)查區(qū)域水文地質(zhì)條件、分析泉水水化學(xué)和動(dòng)態(tài)特征等，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)礦泉水形成的主要原因?yàn)榛鶐r山區(qū)接受大氣降水的補(bǔ)給后沿構(gòu)造裂隙匯集后運(yùn)移，進(jìn)入深循環(huán)，在遇到壓扭性構(gòu)造阻水后，在斷裂帶上盤上涌，以上升泉的形式泄出地表，完成地下水的深循環(huán)過程。

關(guān)鍵詞：富鍶礦泉水；成因；黃河源；深循環(huán)

中圖分類號(hào)：P641.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）06-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.023

Genesis Analysis of Drinking Natural Mineral Water in Jiulongtan of the Yellow River Source Region

LI Nan1，2，WANG Xiao1，2， ZHU Guangbin1，2， XU Dezhen1，2

（1. Key Lab of Geo-environment Qinghai Province;

2. Environmental Geological Prospecting Bureau of Qinghai Province， Xining 810000， China）

Abstract ： The content of strontium in many springs in Jiulongtan area of the Yellow River source reaches the current national drinking natural mineral water quality standard. Through the investigation of regional hydrogeological conditions， the analysis of spring water chemistry and dynamic characteristics， it is found that the main reasons for the formation of mineral water in this area are as follows ： after receiving the recharge of atmospheric precipitation， the bedrock mountain area migrates along the structural fissures and enters the deep circulation. After encountering the water resistance of the pressure-torsional structure， it rises on the hanging wall of the fault zone and discharges the surface in the form of rising springs to complete the deep circulation process of groundwater.

Keywords： strontium rich mineral water; genesis ; Yellow River source; deep cycle

黃河源九龍灘礦泉位于瑪多縣城西約2 km，研究區(qū)地理坐標(biāo)為東經(jīng)98°09′00″～98°13′00″，北緯34°54′00″～34°57′00″，隸屬青海省果洛州瑪多縣查里鎮(zhèn)。該地區(qū)巖性主要為下二疊統(tǒng)（P1）中三疊統(tǒng)（T2）沉積碎屑地層；河谷區(qū)第四系全新統(tǒng)（Q4）地層廣泛分布。區(qū)域內(nèi)多處泉水鍶含量異常偏高，飲用水的水文地質(zhì)條件優(yōu)良。實(shí)際調(diào)查顯示，在青海省礦泉水產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展精神的指導(dǎo)下，打造高品質(zhì)礦泉水成為新趨勢(shì)[1]，通過配置高性能機(jī)械裝備，并融合先進(jìn)的工藝技術(shù)，高質(zhì)量地開發(fā)利用優(yōu)質(zhì)礦泉水資源，將有效促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，研究省內(nèi)典型天然礦泉水對(duì)后續(xù)開開發(fā)利用具有良好的指導(dǎo)意義。

1 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)受氣候、地形與地貌條件、地層巖性與地質(zhì)構(gòu)造以及挽近地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)等因素的控制，主要地下水類型可分為基巖裂隙水、松散巖類孔隙水以及凍結(jié)層水[2]。

1.1 基巖裂隙水

基巖裂隙水主要分布于北、東北部基巖山區(qū)，含水層巖性為二疊系礫巖、粉砂巖，構(gòu)造裂隙極度發(fā)育，形成了良好的地下水運(yùn)移及儲(chǔ)水空間。單泉流量為0.28～3.2 L/s，且礦化度通常不超過1 g/L，水化學(xué)類型以HCO3·SO4-Ca·Na型水為主。

1.2 松散巖類孔隙水

松散巖類孔隙水分布于河谷區(qū)和山前大小支溝內(nèi)，含水層為第四系全新統(tǒng)砂礫卵石層，潛水埋深為1.5～5 m。據(jù)前人鉆孔資料，含水層厚度為10～20 m，富水性較強(qiáng)，單井涌水量為100～500 m3/d，滲透系數(shù)為15～20 m/d。水質(zhì)為淡水，水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型水。

1.3 凍結(jié)層水

1.3.1 凍結(jié)層上水

凍結(jié)層水主要為凍結(jié)層上水，主要在高山區(qū)，賦存于季節(jié)性凍融層，含水層巖性為二疊系的礫巖、粉砂巖及三疊系變質(zhì)巖系。受凍土上限控制，相態(tài)和水量隨季節(jié)變化大。冬季因結(jié)冰地下水處于停滯狀態(tài)；夏季在低洼的溝腦以下降泉的形式泄出，單泉流量為1～3 L/s，水質(zhì)好，礦化度小于0.5 g/L，水化學(xué)類型多屬HCO3-Ca或HCO3-Ca·Mg型水。

1.3.2 松散巖類凍結(jié)層水

松散巖類凍結(jié)層水主要為凍結(jié)層下水，含水層巖性主要為冰水洪積物層，地下主要接受冰雪融水的補(bǔ)給。據(jù)前人鉆孔揭露，含水層頂板埋深為25～30 m，含水層厚度大于50 m，根據(jù)實(shí)際勘探調(diào)查，單井涌水量超出500 m3/d，水化學(xué)類型為HCO3·CL-Ca·Mg·Na型水。

1.3.3 斷裂帶融區(qū)地下水

斷裂帶融區(qū)地下水賦存于斷裂帶兩側(cè)，富集于多期活動(dòng)斷裂帶和構(gòu)造斷裂的復(fù)合部位，接受冰川融水和凍結(jié)層水補(bǔ)給，地下水沿?cái)嗔褞С蕩罘植?，以上升泉的形式溢出。九龍灘礦泉水流量為4.24～5.24 L/s，水溫為4.5～5 ℃，因此在流經(jīng)一定距離后才形成冰錐；而在縣城附近的河谷區(qū)坡腳處出露的泉水流量為0.28～1.24 L/s，水溫約為4.5 ℃，但流量較小，常見在泉口或在流出泉口的不遠(yuǎn)處形成冰錐。

2 構(gòu)造特征

如圖1所示，研究區(qū)位于巴顏喀拉山東端，屬昆侖山系。受主壓應(yīng)力的影響，山的主脈多呈北西向或北西西向，構(gòu)造斷裂以北西、北西西向壓扭性斷裂為主導(dǎo)，北東向構(gòu)造斷裂在區(qū)內(nèi)處于從屬地位。其中，北西、北西西斷裂構(gòu)造線具有規(guī)模大、切割深、延伸遠(yuǎn)以及多期活動(dòng)的特點(diǎn)，如F1、F2、F3、F4斷裂；北東向構(gòu)造斷裂多與地層斜交，規(guī)模較小，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面以張性或張扭性為特征，大多控制著二級(jí)支谷的發(fā)育，如F7～F19斷裂。根據(jù)瑪多幅區(qū)域地質(zhì)資料，它們都形成于印支晚期，燕山期、喜山期復(fù)活至今。

北西西、北西向F1、F2、F3、F4斷裂屬相互平行的區(qū)域性深大斷裂，延伸都在50 km以上，現(xiàn)今仍在活動(dòng)。其中，F(xiàn)1、F4斷裂為隱伏斷裂，衛(wèi)星影像上斷層走向反映清晰；根據(jù)資料，F(xiàn)2、F3斷裂斷面北傾，斷層面及擦痕和破碎帶明顯，傾角為50°～70°，擠壓破碎帶寬為5～30 m，破碎帶內(nèi)巖石破碎、斷層泥、構(gòu)造透鏡體以及擠壓片理極為發(fā)育。

北東向F7～F19斷裂的斷層錯(cuò)斷山脊，為平移斷層，在衛(wèi)星影像上斷層走向反映清晰，多條斷裂帶近似平行排列，與北西西、北西向壓性斷裂帶錯(cuò)切，在平面上構(gòu)成棋盤格式狀。據(jù)F15、F16斷層調(diào)查，該組構(gòu)造斷裂帶具張性特點(diǎn)，現(xiàn)今仍在活動(dòng)。構(gòu)造斷裂帶寬為15～30 m，傾向?yàn)?50°，傾角為55°～63°。沿構(gòu)造斷裂帶附近，常見有泉水泄出。

3 礦泉水成因分析

由于區(qū)內(nèi)多年凍土的分布發(fā)育，地下水的補(bǔ)給與排泄不僅受地形地貌、氣候條件等主導(dǎo)因素的制約，還受到多年凍土的控制。受其影響，凍結(jié)層下基巖裂隙水的補(bǔ)給條件差，徑流滯緩，泉水流量一般較小，無供水意義。但是，本次調(diào)查九龍灘礦泉是個(gè)例外，補(bǔ)給區(qū)位于東北部的峨維扎呷山，海拔為4 486 m，常年被冰雪覆蓋，地下水主要通過構(gòu)造融區(qū)或構(gòu)造帶節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)接受冰川底部融冰水的補(bǔ)給；地下水在構(gòu)造等地質(zhì)因素形成的通道與巖石節(jié)理裂隙內(nèi)運(yùn)移（徑流），并經(jīng)過深循環(huán)，在此特定的地質(zhì)與水化學(xué)環(huán)境以及地質(zhì)構(gòu)造條件下溢出形成礦泉。該礦泉位于山前北東向F15斷裂帶附近，呈帶狀分布，泉口呈半圓形，泉水有冒泡和涌沙的現(xiàn)象，最小流量為4.24 L/s，水溫為4.5～5 ℃，礦泉甘甜可口，冬不結(jié)冰，是當(dāng)?shù)厝诵箫嬘盟粗弧?/p>

3.1 礦泉水的主要控制構(gòu)造

研究區(qū)位于秦嶺-昆侖山構(gòu)造體系與歹字形構(gòu)造體系的交界區(qū)域。根據(jù)調(diào)查，該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，斷裂較為發(fā)育，斷裂規(guī)模偏大，且切割偏深，存在一定的壓扭性質(zhì)，從而造成二疊系地層強(qiáng)烈隆起；在北東向，斷裂現(xiàn)今仍在活動(dòng)，存在張性特點(diǎn)，在斷裂區(qū)內(nèi)處于從屬地位。復(fù)雜的構(gòu)造促使區(qū)內(nèi)形成了良好的地下水網(wǎng)絡(luò)通道，便于地下水的流動(dòng)，為礦泉水形成提供了良好的地質(zhì)條件。

3.2 地下水深循環(huán)

研究區(qū)東北部的峨維扎呷山處于高寒積雪區(qū)，部分地段發(fā)育冰川，其底部的融水沿構(gòu)造裂隙運(yùn)移。融水充分與圍巖發(fā)生相互作用，并在較大構(gòu)造裂隙中逐漸匯集，進(jìn)入深循環(huán)。地下水運(yùn)移至山前壓扭性斷裂后受阻，在其上盤上涌后出露地表，形成現(xiàn)狀規(guī)模的礦泉水。

3.3 化學(xué)組分的形成

研究區(qū)礦泉水中鍶含量與區(qū)域地層高鍶的背景值密切相關(guān)，與區(qū)域構(gòu)造及水巖相互作用密不可分。由于巖石中鍶的豐度普遍較高，且分布廣泛，在特定的地球化學(xué)條件下，許多難溶微量成分均在長(zhǎng)時(shí)間作用下被地下水逐步溶解，如偏硅酸、鋅等。其中，偏硅酸主要由白云母分解，至于鋅則源于碳酸鹽礦物。研究區(qū)地層中鍶元素相對(duì)富集，鍶鹽的溶解度相對(duì)較小，而且易受水的酸堿度、溫度等因素的制約，因此在富鍶巖石分布區(qū)能否形成含鍶的礦泉水，主要取決于水中游離CO2的濃度、水溫及圍巖地質(zhì)條件。

研究區(qū)地層礦物成分以鉀、鈣長(zhǎng)石為主，其中鍶含量較高，水巖相互作用逐漸溶解圍巖中的鍶元素，水體中鍶逐漸富集。地下水的這一礦化積累過程即是鍶礦泉水的形成過程?！妒称钒踩珖覙?biāo)準(zhǔn) 飲用天然礦泉水》（GB 8537—2018）要求飲用天然礦泉水中的鍶含量應(yīng)大于0.2 mg/L，而黃河源九龍灘泉水中的鍶含量為0.97～1.13 mg/L，說明該泉水已具備鍶礦泉水的基本條件。

4 結(jié)論

黃河源九龍灘礦泉地處青藏高原腹地黃河源區(qū)的山前地帶，系地下水經(jīng)深部循環(huán)后沿?cái)嗔褞仙?jīng)上覆第四系覆蓋層溢出地表而形成的礦泉。地下水經(jīng)內(nèi)部循環(huán)后，會(huì)繼續(xù)沿?cái)嗔研纬傻耐ǖ酪绯龅乇?，同時(shí)，泉流量相對(duì)穩(wěn)定，是一處理想的飲用天然礦泉水源地。礦泉水清澈透明，礦泉限量指標(biāo)、微生物指標(biāo)等均滿足《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 飲用天然礦泉水》（GB 8537—2018）規(guī)定，礦泉水化學(xué)類型為HCO3-Na·Mg型水；pH值7.6～8.25，屬弱堿性水；礦泉水的鍶含量在0.97～1.13 mg/L，達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

參考文獻(xiàn)

1 祁澤學(xué)，肖 勇，汪生斌，等.柴達(dá)木盆地西緣尕斯庫勒湖流域地下水流數(shù)值模擬及地下水資源評(píng)價(jià)[J].鹽湖研究，2024（1）：57-65.

2 祁澤學(xué)，汪生斌，劉 魁，等.昆侖山北坡黑刺溝大型天然礦泉水成因分析[J].鹽湖研究，2024（3）：21-31.

作者簡(jiǎn)介：李楠（1991—），男，青海西寧人，助理工程師。研究方向：水文地質(zhì)。