綏寧礦泉水形成機理

殷 維， 何玉蝶

（1.湖南省地質礦產勘查開發局402 隊，湖南 長沙410000；2.湖南省勘測設計院，湖南 長沙410000）

天然礦泉水是一種重要的自然水資源，有著顯著的社會效益與經濟效益，為此需要在開采等實際工作開展前切實做好水資源形成的調查、分析與評價，明確形成機理，為后續工作順利進行提供參考。為了進一步開發綏寧豐富的礦泉水資源，助力區域經濟發展，需對該區礦泉水資源形成機理進行分析與評價。

1 研究區概況

1.1 地形地貌

工作區整體位于瓦屋塘花崗巖體，區域性鐵山廟—武陽壓扭性大斷裂（溆浦—桂林壓扭性斷裂）F86 的兩側。 以工作區的地貌情況與特征為依據，其地貌形態可以分成以下兩種：侵蝕構造中低山地貌；侵蝕堆積溝谷平原地貌，如圖1 所示。

1.2 區域地質構造

圖1 水源地地貌形態

工作區位于揚子陸塊（Ⅳ－4）的桂湘早古生代陸緣沉降帶（Ⅳ-4-8） 的邵陽坳褶帶（Ⅳ-4-8-1）。 屬雪峰加里東期褶皺帶東緣，印支期祁陽山字型構造前弧內帶，構造線方向多呈北東20° ～30°，工作區構造綱要如圖2 所示。

工作區構造較為復雜，主要發育南北向主斷裂、北西西向斷裂以及北北東向斷裂。

1.2.1 南北向主斷裂

該斷裂可能在印支期形成，到達燕山期后開始產生活動，是長時間處在活動狀態的斷裂帶。斷裂帶上有山間谷地，部分地段可為地下水匯集提供有利場所。

圖2 工作區構造綱要

1.2.2 北西西向扭性斷裂

F1 斷裂：走向北西290°，推測向北東20°方向傾斜，傾角較陡；向北西延長3.2 km 到圖幅外，沿線有7 處泉水呈北西西向線狀展布，流量在0.15L／ s以下。

F2 斷裂：位于F1 斷裂北側3 km 的拖木岑—水廟—冷水坪—冷水丫沖—百家坑，走向290°； ZK4孔揭露該斷裂，位于孔深111.36 ～120.00 m、147.60～157.08 m 處，厚度18.12 m；向北東20°方向傾斜，傾角70°左右。

F3 斷裂：位于F2 斷裂北側3 km 的長岑—相片村—瓦2 井，走向290°；鉆孔瓦2 揭露到該斷裂，揭露位置位于孔深32.84 ～70.80 m、82.00 ～110.00 m處，總厚度78.80 m；向北東20°傾斜，傾角70°左右。

F4 斷裂：位于F3 斷裂北測約800 m；鉆孔瓦3揭露到該斷裂，揭露位置位于孔深164.91 ～240.44 m、277.00～282.00 m 處，總厚98.53 m；推測向北東20°方向傾斜，傾角75°左右。

1.2.3 北東向張扭性斷裂

F5 斷裂：該斷裂為推測斷裂，位于雙江—祖山腳一帶，長約1.3 km。F20 斷裂：即大安源—楊家坊壓扭性斷裂，為鐵山廟—武陽南北向壓扭性斷裂（ F86） 次一級的斷裂。

2 綏寧礦泉水資源形成機理

2.1 地下水的補徑排特征

瓦2 與ZK4 鉆孔的礦泉水都出露于地勢較低的溪水旁，即F2 和F3 斷裂帶的上盤。 F2 與F3 斷裂走向為290°，間隔距離為3 km，具有張扭性質，規模相對較大，延伸可達5 ～7 km［1］。 斷裂分布地層屬印支期黑云母二長花崗巖［2］。

2.2 形成機理

通過對礦泉水所在水文地球化學環境的分析可知，含水層的硅含量很高。 根據巖礦分析成果，石英（含量約45%）主要由二氧化硅（含量約66.5%） 組成［3］。 一般降水下滲以后，沿巖石的裂隙發生運移，因斷裂帶的巖石較為破碎，且裂隙發育，具有良好的儲水與導水性，所以地下水將在斷裂的交匯處匯聚。 運移時，地下水和圍巖直接接觸，受水解與溶濾等作用后，偏硅酸大量聚集，含量明顯增高，成為偏硅酸含量可以達到國家現行標準的優質天然礦泉水。 地下水運移時間明顯較長，且循環深度大，使水溫較低。 以瓦2 孔為例，其水溫只有21 ℃，這說明有冷水混入［4］。 除此之外，瓦2 與ZK4 孔處的地下水為HCO3-Na·Ca 型，礦化度相對較低，為淡水型，說明地下水有活躍的交替循環，冷水混入，如圖2所示。

圖3 礦泉水循環交替示意圖

2.3 富集規律與空間分布特征

工作區中的地形地貌、地質構造和地層巖性，特別是斷裂破碎帶，都對礦泉水的形成與富集有利，其富集特征為：

（1）北西西向張扭性斷裂帶礦泉水富集。 由于南北向鐵山苗—武陽（溆浦—桂林） 壓扭性大斷裂（F86）促使西盤向北產生了6 km 左右的平移，局部應力集中釋放形成次級北西西向張扭性斷裂帶F1、F2、F3、F4。 由于花崗巖較脆，受力后會出現彈性形變，以拉裂為主，中心處主要是疏松角礫巖［5］，兩側是裂隙率與張開度均較大的裂隙密集帶，張開性很好，并且延伸距離也較遠，可形成帶狀空間，具有良好導水性能，利于蓄水。

（2）北西西向斷裂和南北向斷裂交匯處礦泉水富集。 由于F86 斷裂性質比較特殊，其導水性相對較差，而沿北西西向分布的斷裂帶有較好的導水能力，因此該區域地下水會從北西西持續向南東東運移和徑流。 因F86 具有阻擋的作用，所以這一區域的地下水和其他部位相比較為富集，以瓦2 鉆孔最為顯著。

（3）從北西西到南東東不斷富集。 礦泉水以西部廣大花崗巖為主要補給來源，在地形及斷裂帶因素的影響下，地下水自北西西向南東東發生運移，其富水性具有從北西西到南東東越來越富集的特點［6］。 如ZK4 孔和F86 的水平距離相對較大，約為3 320 km，單位涌水量僅為0.273 L／（s·m）；而瓦2孔和F86 的水平距離相對較小，約為1 400 km，相較于ZK2，單位涌水量從0.273 L／（s·m）增加至0.843 L／（s·m）。

2.4 礦泉水年齡

根據中國地質大學（武漢） 環境學院實驗教學中心（同位素液閃儀實驗室） 礦泉水的年齡測試報告（2015 年12 月20 日），本工作區瓦2 孔14C 表觀年齡為3.35 kaB.P.（±0.11 kaB.P.），由此推算出礦泉水的年齡為3.24～3.46 kaB.P.。

2.5 礦泉水微量元素的動態變化特征

2.5.1 礦泉水微量元素含量和季節之間的關系

瓦2 孔偏硅酸實測結果在39.0 ～41.66 mg ／ L 范圍內，均值為40.17 mg ／ L，最大值為41.66 mg ／ L，產生于2016 年7 月6 日；最小值為39.0 mg ／ L，產生于2016 年3 月3 日，含量變化系數為1.068，該鉆孔偏硅酸實際含量保持穩定。

由于礦泉水偏硅酸實際含量和季節有一定關系，在每年的4～8 月，即豐水期，偏硅酸實際含量較高，而平水期相對較低。 其原因為雨季地下水有著豐富的補給，加劇了地下水的循環和交替，但總體上的變化并不大［7］。

2.5.2 礦泉水中H2SiO3含量和平面位置之間的關系

通過對偏硅酸實際含量的綜合分析可以看出，F86 斷裂中，礦泉水偏硅酸實際含量具有從北西到南東不斷增多的特點，如表1 所示。其他斷裂帶由于采樣數量相對較少，而且比較分散，所以無法統計其規律。

表1 地下水偏硅酸含量統計結果

3 結論

（1）工作區地貌類型屬于構造侵蝕、剝蝕中低山和侵蝕堆積溝谷平原，地質構造相對復雜，南北向區域性鐵山廟—武陽壓性大斷裂（ 溆浦—桂林斷裂）F86 構成軸部，東西兩側分布北西西、北東東次級張扭性斷裂，北西西向斷裂富含偏硅酸礦泉水，屬承壓含水層，補給充沛；

（2）工作區中礦泉水主要分布于北西西向張扭性斷裂帶，主要受南北向F86 主斷裂影響，在北西西到南東東的方向上，地下水越來越富集，最終在兩個斷裂的交匯部位富集，形成工區內優質礦泉水；

（3）根據工作區礦泉水富水部位、儲存條件與分布特征，應對北西西向斷裂帶，尤其是與F86 交匯、地質較低的部分進行深入的工作，以此確定水源地具體狀況。 但這需要基于全面的地面調查及物探，待綜合研究完成后，進行探水工程；

（4）對于不同級別的保護區，需要以保護級別為依據設置相應的警示標志，以此不斷提高附近居民自發保護水源的意識，減少或避免污染及破壞，使水源地水質始終保持穩定。