鄂爾多斯盆地鄂托克旗礦泉水井含鍶礦泉水成因分析

李 馨 杜利偉

內蒙古自治區地質環境監測院 呼和浩特 010020

內蒙古順源水文勘測有限責任公司 呼和浩特 01020

1.區域地質背景

礦泉水井位于鄂爾多斯市西部鄂托克旗境內，區內氣候屬中溫帶大陸性季風氣候，區內主要河流為都思圖河，見圖1。

區域內地層出露簡單，主要包括白堊系和第四系地層。由老到新為白堊系下統保安群華池——環河組，該組地層在研究區都思圖河第四系地層兩側大面積分布，地層厚度約500m，該層巖性下部為中、粗砂巖，中部為粉砂巖含泥，上部為中細砂巖，孔隙多為泥質填充。該層是區域內的主要含水層。第四系地層僅在都思圖河兩岸分布，分布面積較少，厚度約30m，地層巖性主要為灰黃色砂礫石層、細至粗砂層，富水性較差。

區域地質構造簡單，處于鄂爾多斯坳陷的西北部，為中生代拗陷形成的沉降盆地。自印支期開始下陷沉降，接受了巨厚中生界沉積物，中生代晚三疊系、早侏羅世是內陸盆地發展階段和鼎盛時期。由于盆地存在巨厚的中生代碎屑巖類和松散巖類蓋層，創造一個封閉型——還原環境，對該層承壓水的賦存和形成創造了良好的水文地球化學環境。

礦泉水井距鄂托克旗政府所在地烏蘭鎮西南方向約27km處，礦泉水井口坐標東經107°49′06.4″，北緯38°55′57.7″，礦泉水井深900.12m，開采標高1，088.70m～378.88m。取得為白堊系承壓含水層中的水，地下水中鍶含量0.279mg/L～0.362mg/L，水溫度穩定在27.5℃左右，水化學類型為SO4·Cl—Na型，礦泉水物理性質、部分微量元素和組分、限量指標、污染物指標、微生物指標均符合《飲用天然礦泉水》（GC8537—2008）之規定，可定名為含鍶硫酸氯鈉型礦泉水。

2.含鍶礦泉水水化學及礦泉水井巖樣分析特征

2.1 水化學特征

地下水化學組成反映了地下水在儲存運移過程中與巖石相互作用的信息，通過分析研究區地下水化學組成可以幫助分析地下水流的特征。

為了研究礦泉水井水化學特征及其水化學動態變化，分別對礦泉水井在豐、平、枯時間段進行取樣。分析結果見表1。

表1 礦泉水井水化學分析結果

從表1中可以看出，礦泉水井水化學類型均為SO4·Cl—Na型，礦化度<1g/l，屬于淡水，從pH值來看，為弱堿性水，離子含量上面，陽離子K++Na+含量占絕對優勢，陰離子SO42-、Cl-、HCO3-以 SO42-含量為主，形成SO4·Cl—Na的原因為地下水徑流時間較長，總的來看，枯、平、豐三期的各個離子含量相差較小，水化學類型一致，表明礦泉水水化學組成動態變化較為穩定。

2.2 巖樣分析特征

礦泉水中鍶以SrSO4離子化合物形式存在，25℃時，SrSO4的 Ksp=10-6.35，若 水 中［SO42-］=10-3mol（96mg/l），則［Sr2+］=39mg/l，地下水中 Sr2+的濃度多小于 1mg/l，遠低于SrSO4的溶解度界限。所以含鍶礦泉水中鍶含量主要取決于巖石中鍶的含量及水循環條件。

本次研究分別在礦泉水井上、中、下部和礦泉水井周邊白堊系地層各取一件巖樣進行化學全分析和鍶元素含量測試。分析結果見表2。

表2 礦泉水井巖樣分析結果

通過表2，可看出巖樣中鍶含量在184.85mg/kg～303.40mg/kg，礦泉水中的鍶主要來源于白堊系砂巖中的鍶元素在長時間的水巖作用下溶濾進地下水中，形成含鍶礦泉水。

3.含鍶礦泉水成因分析

礦泉水井位于都斯圖河右岸二級侵蝕構造階地之上，據大地構造資料表明，都斯圖河沿岸為鄂爾多斯坳陷的西北部，為中生代拗陷形成的沉降盆地，盆地存在巨厚的中生代碎屑巖類和松散巖類蓋層，創造一個封閉型——還原環境，對該層承壓水的賦存和形成創造了良好的水文地球化學環境。

據礦泉水井東北向3.5km包樂浩曉的深層水中氚值測試結果表明：其同位素年令氚值濃度為（6.0～7.3±4.6TU，說明40年以前的“古水”成分占優勢，標志著來源于1952年以前含最氚量較低的大氣降水補給。推算其形成年令達30年以上，說明礦泉水封存條件好，循環時間長，來自地下深部，表3內蒙古西部地區氚濃度與礦泉水年齡對照表。

表3 內蒙古西部地區氚濃度與礦泉水年齡對照表

礦泉水井礦泉水取自白堊系承壓含水層中的地下水，地下水在上游鄂托克梁、新召等區域性分水嶺地區接受補給后，首先通過垂向向下運動，再漸轉為水平運動向都斯圖河匯聚，在都思圖河下游排泄，受白堊系沉積巖層平緩產狀的制約，運動滯緩，水巖作用時間長，在長時間的水巖作用下，白堊系砂巖中的鍶元素溶濾進地下水中，形成含鍶礦泉水。

由此可見，本礦泉水的形成與賦存主要受地質背景條件控制，包括地層巖性沉積環境及水文地球化學環境等，表現出沉積盆地成因型。一是巨厚沉積蓋層的存在和封閉的還原環境為承壓水的形成和儲存提供了良好的蓋層環境條件。二是白堊系地層中大量鍶元素的存在為礦泉水提供了物質來源。三是中生代沉積層產狀平緩，使地下水逕流緩慢，水巖作用時間長，有利于礦泉水的演化過程。其形成過程大致為：早期大氣降水經孔隙通道運移至深部含水層高溫和高壓條件。經與深部地下熱水相互勾通并與巖層中非晶質二氧化硅、石膏、硫化物及鍶礦物相互作用進行水巖成分平衡交替，在這一復雜過程中逐漸溶濾了巖層中的鍶等多種礦物成分，從而形成富含多種微量元素的含鍶礦泉水。

4.結論

（1）水化學分析結果表明礦泉水為含鍶硫酸氯鈉型水，礦化度低，為弱堿性水，從枯、平、豐三期的各個離子含量相差較小，水化學類型一致，表明礦泉水水化學組成動態變化較為穩定，形成礦泉水的地質、水文地質條件較為穩定。

（2）含鍶礦泉水的成因主要為來自鄂托克梁、新召等區域性分水嶺地區接受補給后，首先通過垂向向下運動，再漸轉為水平運動向都斯圖河匯聚，受白堊系沉積巖層平緩產狀的制約，運動滯緩，水巖作用時間長，由于白堊系砂巖中鍶元素含量較高，在長時間的水巖作用下，白堊系砂巖中的鍶元素溶濾進地下水中，形成含鍶礦泉水。

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