吉林省優(yōu)質(zhì)飲用天然礦泉水特征分析

馬軼楠

吉林省地質(zhì)科學(xué)研究所，吉林 長春 130012

0 引言

天然礦泉水作為自然界賜予人類的最佳飲品，以天然、純凈、安全、營養(yǎng)、健康，并富含多種對人體有益的礦物質(zhì)和微量元素而受到消費(fèi)者的青睞。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，礦泉水銷量逐步增加，市場需求以10%的速度增長，飲用天然礦泉水現(xiàn)已成為一種時(shí)尚。飲用天然礦泉水是在特定的地質(zhì)條件下形成的、含有一定量人體所需的礦物質(zhì)和微量元素的地下礦水。礦泉水中，pH值大于7的弱堿水又可以有效中和酸過高而引發(fā)的中毒。

全球的天然礦泉水，在地理分布上，主要集中分布在北緯36°～46°地帶，被譽(yù)為世界“黃金水源帶”。因?yàn)檫@一緯度帶的高海拔地區(qū)，遠(yuǎn)離人類活動(dòng)和工業(yè)、農(nóng)業(yè)污染，自然環(huán)境良好、地質(zhì)條件特殊，大氣降水和冰雪融水也都經(jīng)過了多年的巖石層天然過濾，從而形成了聞名世界的珍稀水源帶。我國是世界上飲用天然礦泉水資源最為豐富、水源地最多的國家，開發(fā)潛力十分巨大。由于我國處于獨(dú)特的板塊構(gòu)造帶，復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造和頻繁的火山及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，為我國飲用天然礦泉水的形成提供了極其有利的地質(zhì)條件。吉林省又由于其獨(dú)特的地質(zhì)條件優(yōu)勢，有著豐富的礦泉水資源，且水質(zhì)優(yōu)純。經(jīng)過國家自然資源部門鑒定的有三百多處，現(xiàn)已開發(fā)利用的也有近百余處。而位于北緯41.35°～42.25°的吉林省長白山地區(qū)，正處于“黃金水源帶”上。長白山地區(qū)礦泉水口感和指標(biāo)與世界知名品牌的礦泉水極其相近，對人體有益的礦物質(zhì)和微量元素含量也適當(dāng)，有部分指標(biāo)相比一些世界著名的礦泉水，還有一定優(yōu)勢，可以同歐洲的阿爾卑斯山、俄羅斯的高加索山并列為世界三大礦泉水產(chǎn)地。

為了更科學(xué)合理地開發(fā)吉林省礦泉水資源，并為現(xiàn)代人找到對人體有益的放心水、優(yōu)質(zhì)水，進(jìn)行礦泉水特征分析是極其重要的。本次選取了具有代表性的52處礦泉水水源的水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)來進(jìn)行飲用天然礦泉水特征分析。

1 地質(zhì)背景

1.1 概況

吉林省地處中國東北三省中部，北緯40°52′～46°18′，是礦泉水資源大省。各類礦泉水分布廣泛，從東南部長白山地區(qū)，經(jīng)中西部松遼平原，到西北部大興安嶺山地，均有天然礦泉水出露，可謂“質(zhì)優(yōu)、量大、分布廣”。在盛產(chǎn)礦泉水方面，有著特殊的、得天獨(dú)厚的地理?xiàng)l件和地質(zhì)構(gòu)造優(yōu)勢。吉林省的天然礦泉水成群、成帶地分布在風(fēng)景優(yōu)美、森林茂密、至今保留原始天然狀態(tài)的東部長白山地區(qū)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、交通便利的中部松遼平原。尤其是長白山地區(qū)，是我國少有的礦泉水集中分布區(qū)[1]，由于其獨(dú)特的地質(zhì)條件和自然環(huán)境，大氣降水和冰雪融水歷經(jīng)數(shù)年的天然巖石過濾，地下水在循環(huán)過程中不斷溶解巖石的礦物成分和微量元素。長白山地區(qū)的天然礦泉水資源具有生態(tài)環(huán)境優(yōu)越、資源儲(chǔ)量豐富、種類多樣等特點(diǎn)，符合歐盟和德國礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，并得到自然資源部、國際飲水資源保護(hù)組織、國內(nèi)外知名礦泉水專家的高度贊譽(yù)和評(píng)價(jià)[1]。長白山地區(qū)生態(tài)環(huán)境良好，礦泉水水源地周圍居民較少、農(nóng)業(yè)林業(yè)等產(chǎn)業(yè)活動(dòng)也較少，水源沒有受到污染，對礦泉水資源的開發(fā)與保護(hù)較為有利[2]。

1.2 地質(zhì)條件

吉林省天然礦泉水的形成主要基于其獨(dú)特的地質(zhì)條件[3，4]。

(1)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。吉林省地處古亞洲構(gòu)造域華北板塊北緣與濱太平洋構(gòu)造帶的疊加部位。地殼經(jīng)過長期和多次的活動(dòng)，形成應(yīng)力集中部位。這種復(fù)雜的大地構(gòu)造為天然礦泉水的形成帶來了得天獨(dú)厚的自然條件。

(2)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。長白山地區(qū)和松遼平原東部是受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響的上升區(qū)，活動(dòng)性斷裂比較發(fā)育，地形相對破碎，溝谷交織，水文網(wǎng)密集，為天然礦泉水的出露提供了有利的動(dòng)力地質(zhì)條件。

(3)火山活動(dòng)頻繁。長白山地區(qū)從古近系開始，至有人類活動(dòng)的歷史記載，火山噴溢活動(dòng)劇烈且火山噴溢方式多樣。這種頻繁的火山噴溢活動(dòng)與活動(dòng)性斷裂關(guān)系密切。頻繁的火山活動(dòng)，提供了豐富的物質(zhì)來源來促進(jìn)天然礦泉水的形成。

2 水文地質(zhì)條件

縱觀吉林省的地質(zhì)、水文地質(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)條件，自中生代以后的太平洋板塊運(yùn)動(dòng)奠定了吉林省以東、中、西三分的地貌景觀。即東部為長白山山地、中部松遼平原、西部大興安嶺山地。由此可劃分為三個(gè)一級(jí)地下水單元[5]。

(1)長白山山地地下水單元為丘陵山地，長白山及其周圍的火山熔巖臺(tái)地以及碎屑巖盆地，發(fā)育了3條北東向深大斷裂構(gòu)造帶及因火山噴發(fā)而形成的環(huán)狀構(gòu)造裂隙帶，為礦泉水的形成、貯存創(chuàng)造了得天獨(dú)厚的地質(zhì)條件，地下水在補(bǔ)給、徑流、排泄等循環(huán)過程中，在高溫、高壓條件下，經(jīng)溶濾、離子交換等水文地質(zhì)化學(xué)作用，能溶解圍巖中的有益礦物組分和微量元素，使水質(zhì)中特征有益元素含量大大增高，從而達(dá)到了天然礦泉水界限指標(biāo)的要求，形成了獨(dú)特的長白山地區(qū)天然礦泉水資源。

(2)松遼平原地下水單元為盆地式平原，區(qū)內(nèi)東部高平原邊緣，分布有白堊系碎屑巖單斜組成的承壓水斜地[6]。整個(gè)東部高平原地區(qū)呈條帶狀分布的隱伏斷裂富水帶，大多數(shù)呈NNE向，且比較發(fā)育。

(3)西部大興安嶺山地地下水單元為近于準(zhǔn)平原化的丘陵，該地區(qū)以中酸性火成巖、花崗巖和淺變質(zhì)巖等基巖裂隙水為主。

3 天然礦泉水的形成機(jī)制

礦泉水是從地下深層自然涌出，或者經(jīng)過人工揭露、并且未受污染的地下礦水。含有一定量的微量元素、礦物鹽或二氧化碳等氣體。通常情況下，其水溫、流量、化學(xué)成分等動(dòng)態(tài)因素都相對穩(wěn)定。礦泉水是在地層深部經(jīng)過多年循環(huán)形成的，符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限定指標(biāo)。

根據(jù)地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件以及熱源等因素，全省可劃分為6個(gè)礦泉水帶[7]，即：

(1)長白山火山活動(dòng)型礦泉水帶。包括靖宇、撫松、安圖等，由于新生代火山作用，形成大面積玄武巖覆蓋層，與下伏灰?guī)r、變質(zhì)巖形成玄武巖臺(tái)地。該礦泉水帶的特征為高礦化度，水溫、水量都較高，游離二氧化碳含量高，多為自流泉形式。

(2)敦密斷裂裂隙型礦泉水帶。位于敦化、樺甸、蛟河、輝南、磐石等地區(qū)的敦密深大活動(dòng)斷裂帶上。該礦泉水帶的特征為低礦化度、水質(zhì)呈弱堿性。

(3)伊舒斷裂裂隙型礦泉水帶。包括伊通、舒蘭、九臺(tái)、雙陽等地。礦泉水沿著伊舒斷裂帶的兩側(cè)分布。

(4)中部高平原沉積盆地型礦泉水帶。包括長春、四平、公主嶺、農(nóng)安、德惠等地。受四平—長春深大隱伏活動(dòng)斷裂的控制。該礦泉水帶分布集中、多為人工揭露形式，且含水層埋藏較深。

(5)山間斷陷盆地型礦泉水帶。包括延吉、和龍、琿春、汪清山間盆地的地下水。該礦泉水帶特征為低水溫、低礦化度。

(6)洮白斷裂裂隙型礦泉水帶。包括洮南、白城、鎮(zhèn)賚等地，即西北大興安嶺東緣與嫩江平原過渡地帶。該礦泉水帶范圍較小，且已發(fā)現(xiàn)的礦泉水水源地不多。

4 資料的來源與分析項(xiàng)目

4.1 資料來源

根據(jù)《吉林省自然資源廳關(guān)于2019年度全省礦泉水水源年檢結(jié)果的公告》，2019年度吉林省礦泉水水源年檢合格企業(yè)共81家，其中來我所進(jìn)行礦泉水年檢的合格企業(yè)有52家。吉林省地質(zhì)科學(xué)研究所是經(jīng)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、吉林省技術(shù)監(jiān)督局計(jì)量認(rèn)證合格單位，曾獲國家、部、省級(jí)科技成果40余項(xiàng)，是國內(nèi)首家多目標(biāo)化探測試質(zhì)量認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室，集地質(zhì)科研、分析測試、礦業(yè)開發(fā)為一體的科研單位，可充分確保本次分析數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性。

4.2 檢測依據(jù)和檢測方法

礦泉水分析評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《飲用天然礦泉水》(GB 8537-2018)[8]和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)[9]，水質(zhì)采樣與檢驗(yàn)方法按《飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法》(GB 8538-2016)[10]和《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》(GB/T5750-2006)[11]。

4.3 檢測項(xiàng)目

水源年檢共檢測55個(gè)項(xiàng)目，其中包括感官要求、一般化學(xué)指標(biāo)、界限指標(biāo)(鋰、鍶、鋅、碘化物、偏硅酸、硒、游離二氧化碳、溶解性總固體)、限量指標(biāo)、污染物指標(biāo)。其中界限指標(biāo)和污染物指標(biāo)是本次礦泉水特征分析的目標(biāo)項(xiàng)，可以判斷礦泉水的類型，具體界限指標(biāo)要求詳見表1[10]，只要有一項(xiàng)(或者一項(xiàng)以上)指標(biāo)符合表1 要求，即可評(píng)價(jià)為該類型的礦泉水。再通過pH值、總硬度(以碳酸鈣計(jì))、溶解性總固體、礦物質(zhì)含量和二氧化碳含量等5個(gè)方面，來進(jìn)行全面地分析和評(píng)價(jià)我省的優(yōu)質(zhì)飲用天然礦泉水資源對當(dāng)今社會(huì)的重要價(jià)值。

表1 礦泉水界限指標(biāo)要求

5 水質(zhì)界限指標(biāo)特征分析

通過界限指標(biāo)和污染物指標(biāo)來判斷我省的礦泉水類型(見表2)。

表2 2019年吉林省52家礦泉水水源地界限指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)表

續(xù)表2 2019年吉林省52家礦泉水水源地界限指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)表

5.1 物理指標(biāo)

吉林省飲用天然礦泉水均為無色、無嗅無味、透明，無肉眼可見物，煮沸無顏色。符合礦泉水評(píng)價(jià)的感官要求。

5.2 污染物指標(biāo)

5.3 季節(jié)變化

由于吉林省礦泉水為深層地下水，雖然有大氣降水補(bǔ)給，但其水量隨著季節(jié)變化是很小的，動(dòng)態(tài)特征穩(wěn)定。豐水期、平水期、枯水期水量幾乎沒有變化或者變化很小，其水溫和pH也相對保持不變[9]。

5.4 界限指標(biāo)

吉林省礦泉水水源地眾多，根據(jù)《飲用天然礦泉水》(GB8537-2018)判定，礦泉水類型主要以偏硅酸型為主(見表2)，偏硅酸鍶復(fù)合型次之，52個(gè)水源地全部偏硅酸達(dá)標(biāo)，質(zhì)量濃度范圍為28.05 ～ 69.42 mg/L。其中偏硅酸+鍶兩項(xiàng)達(dá)標(biāo)的有16處，長春7處、吉林5處、龍井2處、通化1處、白城1處；偏硅酸、鋰、鍶、溶解性總固體、游離二氧化碳5項(xiàng)達(dá)標(biāo)的1處，是位于撫松縣松江河鎮(zhèn)松山林場的世稀泉，此處礦泉水是吉林省唯一一家5項(xiàng)界限指標(biāo)均達(dá)標(biāo)的礦泉水，為稀有的復(fù)合型天然礦泉水。

6 水質(zhì)特征元素特征分析

通過pH值、總硬度(以碳酸鈣計(jì))、溶解性總固體、礦物質(zhì)含量和二氧化碳含量來評(píng)價(jià)我省的優(yōu)質(zhì)礦泉水資源所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(見表3)。

表3 2019年吉林省52家礦泉水水源地特征元素檢測數(shù)據(jù)表

續(xù)表3 2019年吉林省52家礦泉水水源地特征元素檢測數(shù)據(jù)表

6.1 pH值

眾所周知，優(yōu)質(zhì)的礦泉水資源應(yīng)該是呈弱堿性的(pH在7.5～8.5之間)，因?yàn)槿说捏w液是呈偏堿性的，若長期處于酸性體質(zhì)，人就會(huì)生病[12]。弱堿水除了pH值大于7呈堿性外，還富含多種微量元素，是尤為上好的飲用佳品，對傳輸氧氣、調(diào)節(jié)新陳代謝、排除酸性廢物和預(yù)防疾病是非常必要的。有研究表明，飲用弱堿性水可促進(jìn)機(jī)體在運(yùn)動(dòng)時(shí)維持身體的正常機(jī)能，延緩運(yùn)動(dòng)疲勞的產(chǎn)生，提高運(yùn)動(dòng)耐力，具有一定的抗運(yùn)動(dòng)疲勞作用[13]。弱堿水的好處還有以下幾點(diǎn)：

(1)弱堿水滲透性比較強(qiáng)，能夠促進(jìn)人體新陳代謝，改善人體微循環(huán)；

(2)弱堿水含有豐富的氧，具有活化細(xì)胞的功效，增強(qiáng)人體的免疫能力；

(3)弱堿水能加速體內(nèi)毒素的清除，溶解性較強(qiáng)，可以快速的被人體吸收。

但如果是含CO2的礦泉水，無論是天然含氣的還是人工充氣型，均不能單純以pH值來加以判定。從表1的檢測數(shù)據(jù)來看，52家礦泉水有20家pH值在7.5～8.5之間，其中13家位于長白山保護(hù)區(qū)，26家pH在7.0～7.5之間，僅有6家pH<7呈弱酸性。

6.2 總硬度(以碳酸鈣計(jì))

硬度是水質(zhì)的一個(gè)重要監(jiān)測指標(biāo)，是由鈣、鎂離子的含量來決定的。鈣、鎂離子在水中是以離子狀態(tài)存在的，非常容易被人體吸收，水中鈣、鎂離子適量，能對人體起到很好的補(bǔ)鈣作用。高硬度的水，有苦澀味、口感差，飲用后甚至影響胃腸功能。我們平時(shí)喝的自來水，煮沸后，常常可以看到水壺上有水垢殘留，水垢就是水中的鈣鎂離子沉淀下來造成的，含有水垢的水，長期飲用對人體腎臟有壓力。飲用高硬度的會(huì)對人體健康和日常生活造成不利影響，對于皮膚敏感人群，用高硬度水沐浴后身體也會(huì)感到不舒服。在日常生活中，用硬度高的水洗衣服不僅會(huì)使肥皂不易起泡沫，喪失了去污能力，而且還會(huì)使衣物纖維變硬發(fā)脆[14]。從表1的檢測數(shù)據(jù)上來看，52家礦泉水中，有46家礦泉水的總硬度都在150 mg/L以下，屬于Ⅰ類水范疇，有5家礦泉水的總硬度都在150～300 mg/L，屬于Ⅱ類水范疇[15]。總硬度適量，是對人體有益的礦泉水。

6.3 溶解性總固體

指在水中所含能溶解于水中的固體物質(zhì)的總量，一般來說，小于1 000 mg/L的礦泉水，在飲用上口感較好，而大于1 000 mg/L的高礦化度礦泉水，則會(huì)對內(nèi)分泌系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、腎臟代謝系統(tǒng)以及泌尿系統(tǒng)，都有更好的療養(yǎng)作用。在歐洲國家，高礦化度天然礦泉水經(jīng)正規(guī)機(jī)構(gòu)檢測并出具報(bào)告后可稱為“療養(yǎng)水”。從表1檢測數(shù)據(jù)來看，52家礦泉水水源地中，只有世稀泉的礦化度高達(dá)2 828.9 mg/L，能對人體代謝起到很好的療養(yǎng)作用，可作為療養(yǎng)水。其他51家礦泉水水源地，溶解性總固體均小于1 000 mg/L，飲用口感最佳。

6.4 礦物質(zhì)含量

水中的礦物質(zhì)含量應(yīng)該適當(dāng)，特別是一些特殊的礦物質(zhì)含量必須均衡，否則會(huì)影響礦泉水的口感。例如鈣離子含量適當(dāng)時(shí)水會(huì)略帶甜味；鐵化合物含量過高時(shí)水則有收斂味；鎂離子含量過高時(shí)水有苦味等。從表1中52家水源的檢測結(jié)果來看，有51家鈣離子質(zhì)量濃度小于70 mg/L，50家鐵化合物小于0.4 mg/L，51家鎂離子質(zhì)量濃度小于25 mg/L。這些礦物質(zhì)含量范圍均不會(huì)對礦泉水口感造成太大影響。正是這些微量元素的存在，對人體的新陳代謝起著舉足輕重的作用。例如：鉀、鈉是汗液的重要成分，維持著體液的電離平衡，同時(shí)在神經(jīng)傳輸中起著無法替代的作用；鈣則是組成牙齒及人體骨骼的主要元素，控制著人體的神經(jīng)系統(tǒng)尤其是青少年神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，同時(shí)還影響肌肉的興奮程度；鐵則是人體血液中血紅蛋白的重要組成元素，負(fù)責(zé)向體內(nèi)運(yùn)輸氧氣，同時(shí)將二氧化碳運(yùn)出體內(nèi)。總而言之，水中的礦物質(zhì)對健康有著極其重要的作用。

6.5 二氧化碳含量

游離二氧化碳的存在，增加了礦泉水的口感，喝起來更加爽口。含有二氧化碳的水在一定程度上有助于調(diào)節(jié)血液中的酸堿程度，利于維持酸堿失衡的狀態(tài)，還可以促進(jìn)新陳代謝，保證機(jī)體代謝廢物以及毒素排出，加速胃腸蠕動(dòng)來緩解便秘，對于暈車的現(xiàn)象也有一定的緩解作用。另外可清除身體自由基，改善皮膚狀態(tài)，提高身體免疫力。餐前適量的喝些二氧化碳水還容易產(chǎn)生飽腹感，有助于減肥。52家水源中均含有一定量的二氧化碳，其中有51家水源地二氧化碳質(zhì)量濃度范圍在1.93～30.88 mg/L，僅有作為療養(yǎng)水的世稀泉二氧化碳質(zhì)量濃度高達(dá)564.50 mg/L。

7 結(jié)論

通過以上分析，可總結(jié)出吉林省礦泉水資源具有水質(zhì)優(yōu)純、分布范圍廣、量大的特點(diǎn)，特別是長白山地區(qū)，是世界上少有的礦泉水集中分布區(qū)。我省的礦泉水資源以偏硅酸型為主，偏硅酸鍶復(fù)合型次之。偏硅酸型礦泉水的好處是：硅是與人體長壽有關(guān)的必須微量元素，具有軟化血管、美容、抗衰老的作用，還能增加軟骨強(qiáng)度和結(jié)締組織的彈性，同時(shí)促進(jìn)牙齒和骨骼的發(fā)育，有利防止骨質(zhì)疏松，有研究顯示，硅還能保護(hù)心臟、預(yù)防高血壓，降低心腦血管的患病率和死亡率。不少疾病均與缺硅有關(guān)，缺硅可導(dǎo)致骨骼異常、畸形、牙齒及釉質(zhì)發(fā)育不良，在飲水中，氟含量相同的情況下，硅含量越低，齲齒的發(fā)病率則越高[16]。硅還具有維持血管正常彈性的功能，在硬化的血管壁上，硅的含量都低[16]，動(dòng)脈硬化必然導(dǎo)致人體衰老。在英國飲水硅質(zhì)量濃度為17 mg/L的地區(qū)人群中，由于冠心病而致死率較高[17]。而硅在水中的溶解度很低，易被人體吸收，能有效的維持人體的生理機(jī)能和電解質(zhì)平衡。由此可見，硅對長壽是十分有益的。

同時(shí)，優(yōu)質(zhì)的水源應(yīng)同時(shí)滿足pH值、總硬度(以碳酸鈣計(jì))、溶解性總固體、礦物質(zhì)含量和二氧化碳含量以上5個(gè)條件，而優(yōu)質(zhì)的礦泉水應(yīng)該是純天然的，各項(xiàng)指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的。市面上很多瓶裝水被人們誤認(rèn)為是礦泉水，其實(shí)有很大一部分是純凈水或其他水。在中國，礦泉水在所有包裝水中是最為嚴(yán)格，也是規(guī)范性最強(qiáng)的，因?yàn)橄胱鳛榈V泉水被開發(fā)利用，要有專門的勘查標(biāo)準(zhǔn)、分析標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)等。

吉林省是水質(zhì)天然、純凈、無污染、偏硅酸含量高的優(yōu)質(zhì)天然礦泉水水源地集中區(qū)。這些優(yōu)質(zhì)的礦泉水，成為人們?nèi)粘ｏ嬘玫慕】邓⒎判乃Ｒ罅π麄骱屯茝V，科學(xué)利用、合理開發(fā)、防止生態(tài)環(huán)境遭受破壞，以確保吉林省的飲用天然礦泉水資源永續(xù)利用。