濟南鍶類型礦泉水的成因分析

閆昭秀，郝海霞

（1.濟南市水利學會，山東 濟南 250101；2.濟南市臘山分洪工程管理站，山東 濟南 250000）

礦泉水是地下水的重要組成部分，天然飲用礦泉水有利于人們的健康，是一種高質量的飲用水。在濟南市發現的眾多的飲用礦泉水，就其化學成分而論，含鍶（Sr）量高，基本上是單一的鍶型礦泉水。關于礦泉水的成因，其含義分兩個方面，一是物質來源，即Sr元素的分布、含量；二是Sr、Si元素遷移，聚集形成礦泉水的水文地質環境。本文作者通過搜集參閱有關的地質、水文資料，外業地質、水文調查和室內分析測定，對濟南地區地下水中富含的偲礦泉水成因進行了分析。

1 濟南市礦泉水概況

1.1 地理分布與井點性質

濟南市現已評價鑒定的飲用礦泉水均非天然出露的泉水，全部為人工井孔，有的自流溢出地面，大多數需機械采提取水；在地理分布上，現有井點全部在黃河以南，以丘陵及山前平原地帶居多。從水文地質條件分析，礦泉水井點處在以寒武—奧陶系巖層組成的單斜構造上，屬于被斷裂切割的不同的水文地質斷塊。

1.2 水溫、水量及動態

現已發現各井點的礦泉水溫度，大多數小于20℃，少數井點高于20℃，如白鶴礦泉水，水溫為23℃，尚未發現有低于16℃的礦泉水。礦泉水各井點的井孔水量不一，大小有較大差異，動態具有一定水文周期的規律，但波動起落一般不與旱雨季的降水相吻合，有的后延時間短，有的后延時間較長。

1.3 水質

水質是衡量飲用礦泉水質量的決定性因素。從所含宏量元素來看，濟南市礦泉水中鈣、鎂和重碳酸鈣含量高，礦化度大部分在0.5 g/L左右，成為低礦化的重碳酸—鈣鎂型水；對所含微量元素，濟南市礦泉水含有眾多的微量元素，但大部分含量甚微，鍶與偏硅酸含量普遍較高。

2 鍶類型礦泉水成因分析

2.1 鍶的化學性質

鍶為金屬元素，符號為“Sr”，在元素周期表中處于第5周期，原子序數為38，原子量為87.62，化合價為2價。Sr是弱堿性元素，它在地殼和地下水及海水中具有廣泛的分布性和不同的富集性。Sr在地殼巖石中廣泛存在，不同環境豐度（ppm）：地殼中為326，主要類型沉積巖20～2000，主要類型巖漿巖 1～800。

按照戈德施密特的分類，Sr屬于親石元素，在巖石圈中集中，但在不同的巖石中其含量有很大差異。根據研究表明，Sr與水有一定的關系，不同水體中的含量不同，在自然界水循環中其分布有一定的規律性，即在大氣水中不含Sr，在河川等地表水體含量甚微，在地下水中含量較高，在海水中富集。

2.2 濟南市不同巖石及地下水中的Sr含量

根據已發現礦泉水井點所處的地質構造部位，絕大部分井點與濟南單斜構造有密切關系。在單斜構造帶上，有不同的地貌類型和不同的地層巖石，從低山丘陵至山前平原，主要的巖層為古老變質巖系、寒武—奧陶系的碎屑巖和碳酸鹽類巖層以及輝長閃長巖體；單斜構造帶上主要的地下水類型為裂隙水及巖溶水，而富水性強化具有供水意義的是巖溶水。根據上述產出礦泉水的水文地質條件，選取了有代表性的巖層，進行了巖石化學分析，測定了不同地層不同巖石的Sr含量，并搜集了其他的研究資料，對有代表性的巖溶泉水和礦泉水，分析測定了Sr、Ca含量，分析結果如表1～3示：

表1 濟南市巖石Sr含量測定結果統計表

表2 濟南市礦泉水代表性井點Sr含量統計表

表3 濟南市泉水Sr、Ca含量測定成果統計表

2.3 對“單斜構造”水循環的分析

此處所稱的“單斜構造”，以濟南市山丘及山前平原一帶出露和隱伏的寒武—奧陶系巖層為主。這一單斜構造受到斷裂切割和巖漿體的穿插，出露的巖層表面風化強烈，溝谷發育。經地質部門多年的研究，寒武—奧陶系灰巖巖層，在各種地質作用下，形成了裂隙溶洞發育的灰巖含水巖層，大氣降水以后，接受降水和地表水的滲入并運動、儲存于其中，形成了自南向北、自高向低流動的地下徑流；地下水在運動過程中，受構造的制約，一部分溢流成泉，如明水、白泉、濟南泉群等，一部分潛流于地下，有的向深層運動。

2.4 地下水中影響Sr含量的地質及水文地質因素

1）巖石中Sr的含量。巖石中Sr含量的有無及多少是地下水中含Sr元素的基礎條件，地下水在流經不同的巖層時，與巖石發生作用，Sr元素隨著巖石的被溶蝕而溶解于地下水中，Sr含量高的巖石，溶于地下水中的量就高。不含或含Sr量少的巖層，不可能形成Sr含量高的地下水。

2）巖層的透水性。易被溶解和透水的巖層，地下水與圍巖巖石才有可能發生化學溶解作用，使巖石中的化學成分溶解于水中，因此，巖層的透水性成為巖石中元素轉入地下水中的重要條件。

3）圍巖的化學活潑性、地下徑流的循環交替條件以及pH、Eh的高低等，對元素的遷移均有一定的影響。圍巖化學活潑性強，易于被地下水所溶解而有利于元素的遷移；地下徑流及其循環交替影響著元素的溶解以及水中元素的遷移、聚集和分布；水溶液的酸堿程度（pH）及氧化還原電位Eh的高低，影響離子在水中的存在和分布。pH、Eh是元素地球化學環境指標，pH、Eh的不同和改變，是地球化學環境的改變，不同的元素，其存在條件要求有一定的地球化學環境。

3 結語

1）濟南市有形成礦泉水的自然地理和水文地質條件：有適宜的氣象水文、南高北低的山丘地勢、水文地質單斜構造、隆起斷裂與巖漿活動所形成的復雜構造形式等。這些條件使大氣降水后，入滲地下形成了不同類型的地下水，在運動過程中可以溶解與圍巖成分有關的元素和礦物質，為形成礦泉水創造了物質條件。

2）濟南市的主要巖層均含有Sr元素，有的含量較高，從而使不同含水組中的地下水普遍含Sr元素，在含Sr量高的巖層中的地下水，易形成含Sr量高的地下水。

3）濟南市巖層中具有含Sr的普遍性，但由于含量的不均一性，以及受巖層透水性、地下徑流條件和地球化學環境因素的影響，達到含Sr標準的礦泉水，是在一定的地質地下水環境中形成的，在特定的水文地質區段存在的。如濟南市各主要泉水，是濟南“單斜構造”含水巖層的地下水，其含Sr量普遍較高，但多數未達到標準，只有少數泉水達標。

4）鍶類礦泉水與一般地下水有密切聯系，具有相同的起源與成因，均為大氣降水滲入成因為主的地下水。