吉林省白山市江源區(qū)溢鍶泉飲用天然礦泉水資源勘查及評價

馬軼楠，石 娜

吉林省地質(zhì)科學研究所，吉林 長春 130012

0 引言

雨露滋潤禾苗壯，萬物生長都離不開水。水是構(gòu)成生命體的基本單位，是生命發(fā)生、發(fā)育和繁衍的基本條件。隨著人們經(jīng)濟水平的提高，高端天然礦泉水的市場占有量快速增長，為了保證產(chǎn)品的原生態(tài)、高品質(zhì)，水源地是高端水領域競爭的關鍵點。國內(nèi)優(yōu)質(zhì)水源地資源是有限的，經(jīng)檢測，溢鍶泉礦泉水中鍶的質(zhì)量濃度為0.425～0.484 mg/L，已達到界限標準，為鍶型礦泉水(1)吉林省地質(zhì)科學研究所.吉林省白山市江源區(qū)溢鍶泉飲用天然礦泉水資源勘查評價報告[R].2017.,富含多種微量元素，水質(zhì)優(yōu)良。泉水出露地為次生林發(fā)育區(qū)，生態(tài)環(huán)境良好。經(jīng)調(diào)查，泉流量為2 496.48～2 555.52 m3/d，具有開采價值，屬于長白山稀有礦泉水(2)吉林省礦泉水資源協(xié)會.吉林省白山市江源區(qū)溢鍶泉飲用天然礦泉水資源勘查評價報告鑒定意見[R].2017.。經(jīng)市場調(diào)研，開發(fā)利用天然礦泉水市場潛力大，前景廣闊，經(jīng)濟效益和社會效益可觀。

1 勘查依據(jù)

工作依據(jù)《天然礦泉水地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB/T13727-2016)[1]、《飲用天然礦泉水》(GB8537-2018)[2]和《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749-2006)[3]標準，水質(zhì)采樣與檢驗方法按《飲用天然礦泉水檢驗方法》(GB/T8538-2016)[4]和《生活飲用水衛(wèi)生標準檢驗方法》(GB/T5750-2006)[5]執(zhí)行。

2 自然地理條件

吉林省白山市江源區(qū)溢鍶泉飲用礦泉水位于江源區(qū)灣溝鎮(zhèn)沙金村東南部。地形復雜，河流蜿蜒，溝谷交錯，境內(nèi)有老嶺山脈和龍崗山脈。老嶺山脈呈北東向貫穿縣區(qū)，為江源區(qū)與臨江市分界嶺，也是渾江水系與鴨綠江水系的分水嶺。龍崗山脈呈東西向貫穿縣區(qū)，為江源區(qū)與靖宇縣的分界嶺。龍崗山脈和老嶺山脈為中低山區(qū)，而頭道松花江、渾江兩大流域為低山峽谷區(qū)。

區(qū)內(nèi)交通比較發(fā)達。在勘查區(qū)附近公路有G201(通化—撫松)，鐵路(通化—白河)，交通十分便利。白山市江源區(qū)溢鍶泉泉點距離江源區(qū)城區(qū)內(nèi)約30 km。為開發(fā)利用這一寶貴的礦產(chǎn)資源提供了便利的交通條件。

白山市江源區(qū)屬于北寒溫帶大陸性季風氣候，其特點是四季分明，春季干燥多風，夏季炎熱多雨，秋季涼爽多晴天，冬季寒冷漫長多雪。根據(jù)白山市氣象局資料，多年平均氣溫4 ℃，最冷在1月份，最低氣溫為-34.8 ℃，7月份最熱，極端最高氣溫可達36 ℃；年降水量最大1 088 mm，最小643.7 mm，降水多集中在7～8月份，占全年降水量的80%以上。年平均相對濕度為70%，多年平均蒸發(fā)量為1 193 mm。凍結(jié)期由每年10月下旬至翌年4月中旬，凍土層厚度為1.6～1.8 m，無霜期為145天，全年平均風向：夏季主要為西南風，冬季主要為西北風，年平均風速為3.6 m/s，最大風速為25.7 m/s。

江源區(qū)水利資源豐富，河流眾多，水網(wǎng)密集，均屬鴨綠江水系。本次勘查區(qū)西部有一條湯河，在區(qū)內(nèi)河寬為5～9 m，河長約為1.50 km，湯河在區(qū)內(nèi)自南向東北徑流，該河常年流水，流量受季節(jié)控制。

3 區(qū)域地質(zhì)概況

3.1 地層

區(qū)域地層主要為太古界鞍山群楊家店組，新元古界震旦系萬隆組，新生界第四系全新統(tǒng)松散沉積物等(見圖1)。

(1)太古界鞍山群楊家店組(Ary)：分布在工作區(qū)西北角及礦泉出露點附近，整合于四道砬子河組之上，變質(zhì)及混合巖化作用淺于下部巖組。為一套含石榴石、輝石、黑云角閃片麻巖、片巖變粒巖、斜長角閃巖，夾含磷磁鐵石英巖組成，厚4 076 m。

(2)新元古界震旦系萬隆組(Zzw)：分布于工作區(qū)全區(qū)，深灰色碳酸鹽巖，碎屑碳酸鹽巖及藻礁灰?guī)r組成，厚546～711 m，與下伏橋頭組整合接觸。

3.2 構(gòu)造

吉林省白山市江源區(qū)溢鍶泉飲用礦泉水所處大地構(gòu)造位置為華北板塊、龍崗古陸塊[6]。本區(qū)構(gòu)造活動較頻繁，自太古宙以來，伴隨多期次巖漿巖侵蝕及變質(zhì)變形構(gòu)造活動過程，使太古宙地質(zhì)體的韌性變形構(gòu)造十分發(fā)育。區(qū)內(nèi)太古宙體上疊小型古生和中生代斷陷盆地，形成了古生代至中生代的較新構(gòu)造層，該構(gòu)造層構(gòu)造比較簡單，主要變現(xiàn)為脆性斷裂特征，有時發(fā)育寬緩的褶皺，巖層多呈單斜地層產(chǎn)出。本區(qū)斷裂構(gòu)造在空間上成帶分布，走向主要為北東向、東西向、北西向、北北東向。

4 水文地質(zhì)概況

白山市江源區(qū)內(nèi)地下水的形成與賦存主要受區(qū)域地質(zhì)、地形地貌條件控制。依據(jù)地下水的賦存與埋藏條件、水力特征及水理性質(zhì)，主要為松散巖類孔隙潛水、碳酸鹽巖類溶洞裂隙水、基巖裂隙水(見圖1)。

4.1 松散巖類孔隙潛水

分布在勘查區(qū)中部，地下水主要接受大氣降水和側(cè)向徑流補給，與河水水力密切聯(lián)系，天然狀態(tài)下河流排泄地下水。其富水性受到地貌形態(tài)控制。單井涌水量一般500～1 000 m3/d，含水層巖性砂礫石，局部夾粗砂透鏡體，地下水位埋深一般小于1.0 m，含水層厚1.5～3.0 m。水化學類型為重碳酸鈉型，溶解性總固體0.40～0.50 mg/L，pH值為7.0～7.5。

4.2 碳酸鹽巖類溶洞裂隙水

廣布于區(qū)內(nèi)，含水巖組以震旦系灰?guī)r組成，巖溶孔洞裂隙發(fā)育有巖溶洼地、巖溶大洞分布，地下水補給賦存條件好，溢鍶泉飲用礦泉水出露于元古界震旦系萬隆組地層中，受北東向深大斷裂構(gòu)造控制，該深大斷裂與東西向，北西向斷裂交匯處，巖石破碎，孔隙裂隙十分發(fā)育，為礦泉水的形成創(chuàng)造了良好的條件，流量10～50 L/s。水化學類型重碳酸鈣型，溶解性總固體一般大于0.1 g/L，pH值為7.3左右。

圖1 綜合水文地質(zhì)圖

4.3 基巖裂隙水

主要分布在勘查區(qū)西北部及中部，含水層巖性主要為太古界鞍山群楊家店組片麻巖、混合花崗巖。水化學類型多為低礦化的重碳酸鈉、鈣型水，礦化度較低，硬度較小，溶解性總固體一般大于0.1 g/L，pH值為7.5。

5 礦泉水水源動態(tài)特征

5.1 礦泉水水源形成機制

溢鍶泉泉點附近地下水為碳酸鹽巖類溶洞裂隙水，礦泉水出露于元古界震旦系萬隆組地層中，主要巖性為灰?guī)r，巖溶孔洞裂隙發(fā)育有巖溶洼地、巖溶大洞分布，地下水補給賦存條件好，形成溶隙裂隙承壓水。受北東向深大斷裂構(gòu)造控制，該深大斷裂與東西向，北西向斷裂交匯處，巖石破碎，孔隙裂隙與構(gòu)造裂隙發(fā)育十分發(fā)育，透水性好，具有良好的儲水空間和補給源，為礦泉水的形成創(chuàng)造良好的條件。泉水流量多大于30 L/s，水化學類型多為低礦化的重碳酸鈣型水，溶解性總固體一般大于0.1 g/L，pH值為7.32左右(見圖1)。

溢鍶泉以泉的形式出露于元古界震旦系萬隆組地層，地面高程約為719 m。據(jù)觀測數(shù)據(jù)，該泉測量流量為2 496.48～2 555.52 m3/d，資源較豐富。泉點周圍林木茂密，生態(tài)環(huán)境良好。經(jīng)檢驗分析，溢鍶泉水中含有多種對人體健康有益的微量元素和化學組分，其中鍶質(zhì)量濃度為0.425～0.484 mg/L，達到了《飲用天然礦泉水》(GB8537-2008)界限指標，水中其它指標均符合標準。

鍶是活潑元素，無論在氧化還原還是在酸堿環(huán)境中對其溶解遷移均無較大影響。因此，決定礦泉水中鍶含量的因素與化學環(huán)境無多大關系，主要決定于巖石中鍶元素含量，溶濾時間及溫度條件。碳酸鹽巖鍶含量高，水在巖石中停留的時間長短直接決定著礦泉水中鍶含量的高低，并且鍶的含量隨深度增加而增高。

溢鍶泉的補給方式以越流補給為主，大氣降水補給為輔。溢鍶泉所在地層以溶隙、溶孔為主，并受到斷裂構(gòu)造影響，巖石破碎，因此可以通過導水破碎帶發(fā)生水力聯(lián)系，通過同位素氘和14C的測定，說明溢鍶泉水在巖石中停留時間超過6 000年，動態(tài)穩(wěn)定。受季節(jié)變化影響幅度較小。徑流方向主要是垂向運動，含水層間補給和大氣降水補給沿孔隙、裂隙、溶隙等渠道呈垂向—水平—垂向復雜運動，向含水層入滲，最終以地下水天然排泄露頭點——泉的方式排泄。

5.2 水量水溫動態(tài)觀測

從2016年6月至2017年8月，對溢鍶泉進行了為期一個水文年的動態(tài)觀測結(jié)果表明水溫為7～7.5 ℃，泉流量2 496.48～2 555.52 m3/d。不同水期水量變化不大，受季節(jié)、氣候等自然因素影響較小，屬動態(tài)穩(wěn)定型。

5.2.1 三角堰測量法

為了掌握溢鍶泉礦泉水的水量情況，技術人員對其進行為期一個水文年的動態(tài)觀測，觀測結(jié)果見(表1，圖2)。采用三角堰測流量法[7]角堰計算公式為

Q=C×3.6×24×(h)5/2，

式中：Q——過堰流量(m3/d)；

h——過堰水深(cm)；

C——隨h而變化的系數(shù)，其值見表1。

表1 C值隨過堰水深變化表

5.2.2 容積法(驗證)

溢鍶泉為多個涌水口的泉群組成，1號泉為主出水口，現(xiàn)已以它為中心修建封閉蓄水池，并預留了6個蓄水池溢出口。但是還有多個小流量的泉沒有封閉在蓄水池內(nèi)，因此，采用容積法測得的流量數(shù)據(jù)為1 987.2 m3/d，略小于三角堰測量法流量數(shù)據(jù)(見表2)。

表2 容積法測水量表

圖2 溢鍶泉動態(tài)曲線圖

5.3 水質(zhì)動態(tài)特征

表3 溢鍶泉水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測表

6 礦泉水水源水質(zhì)評價

根據(jù)相關規(guī)范，分別在豐水期、平水期、枯水期對溢鍶泉進行四次水質(zhì)檢驗工作依據(jù)《天然礦泉水地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB/T13727-2016)。水樣的采集、保存及送檢嚴格按《飲用天然礦泉水檢驗方法》(GB 8538-2016)規(guī)范執(zhí)行。水質(zhì)檢測單位分別為國家飲用水產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、國土資源部哈爾濱礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心，上述單位均通過國家計量認證。經(jīng)過統(tǒng)計和對比檢測結(jié)果符合《飲用天然礦泉水》(GB 8537-2008)標準。

6.1 感官要求

吉林省白山市江源區(qū)溢鍶泉天然礦泉水無色、無嗅，清澈透明，品嘗后余味甘甜爽口，煮沸后無沉淀，經(jīng)一年的動態(tài)監(jiān)測，水溫為7～7.5 ℃。水中無懸浮物，泉口處無沉淀物形成[4]。見表4。

表4 溢鍶泉飲用天然礦泉水感官指標評價表

6.2 一般水化學指標特征

表5水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明，該礦泉水中陰離子以重碳酸根和硫酸根為主，陽離子以鈣為主。主要成分是，重碳酸根230.3～243.7 mg/L，硫酸根95.5～112.1 mg/L，鈣77.92～91.71 mg/L，溶解性總固體0.491～0.533 g/L，pH值7.32～7.44。在枯水期、平水期、豐水期三個水期中，礦泉水中主要成分含量保持穩(wěn)定，波動較小。溢鍶泉礦泉水呈弱堿性，水化學類型為重碳酸硫酸鈣型。

表5 溢鍶泉飲用天然礦泉水一般水化學指標質(zhì)量濃度一覽表

6.3 界限指標

溢鍶泉礦泉水中的主要指標在三個水期的檢測中，鍶質(zhì)量濃度0.425～0.484 mg/L，屬于含鍶型礦泉水。其它沒有達標的界限指標含量很低，變化小，從另一個方面說明溢鍶泉礦泉水化學指標的穩(wěn)定性。見表6。

表6 溢鍶泉飲用天然礦泉水界限指標評價表

6.4 限量指標、污染指標和微生物指標

在一年的動態(tài)監(jiān)測中，溢鍶泉礦泉水限量指標各個時期檢測結(jié)果均符合要求，沒有超標情況出現(xiàn)，表明水源保護區(qū)維護非常好，沒有受到污染。詳見表7。

微生物指標包括大腸菌群、糞鏈球菌、銅綠假單胞菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌等，各期檢測結(jié)果均符合要求。詳見表9。

表7 溢鍶泉飲用天然礦泉水限量指標評價表

表8 溢鍶泉飲用天然礦泉水污染物指標評價表

表9 溢鍶泉飲用天然礦泉水微生物指標評價表

未檢出結(jié)果報出形式修改為<2

7 礦泉水水源允許開采量

溢鍶泉為天然自然礦泉出露，屬于基巖裂隙水，受豐水期影響較小，豐枯水期礦泉水儲量變化不明顯，水源補給豐富穩(wěn)定。經(jīng)過一年動態(tài)觀測，可以確認泉水流量受枯水期、豐水期影響較小。

本次允許開采量評價采用最小流量法[2],保證客觀性和保守性，本次允許開采量評價采用容積法測定的最小流量1 987.2 m3/d。

根據(jù)上述最小流量數(shù)值，保留10%的最小生態(tài)流量，進而計算溢鍶泉礦泉水允許開采量。

計算公式：Q允許=Q(90%)×K

式中：Q允許—溢鍶泉礦泉允許開采量；

Q(90%)—年降水保證率為90%時最小泉水流量；

K—生態(tài)流量系數(shù)，本次取0.9。

計算結(jié)果為：

Q允許=Q(90%)×K=1 987.2 m3/d ×0.9

=1 788 m3/d

因此為保證礦泉水資源的穩(wěn)定開采，建議溢鍶泉允許開采量為1 788 m3/d。

8 礦泉水水源地保護區(qū)的建立與劃分

溢鍶泉毗鄰村舍，周圍是耕地，有少數(shù)居民居住，附近沒有任何導致水源污染的工廠、礦區(qū)，自然景觀良好。為確保礦泉水長期開發(fā)，將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)為經(jīng)濟優(yōu)勢，防止礦泉水在開發(fā)利用過程中發(fā)生污染及水質(zhì)惡化等環(huán)境地質(zhì)問題，要嚴格按照《天然礦泉水地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB/T 13727-2016)中有關水源地衛(wèi)生防護的要求，在礦泉周圍劃分衛(wèi)生防護區(qū)，在防護區(qū)界設置固定標志，保護好礦泉水資源(見圖2)。設置方案如下：

8.1 Ⅰ 級保護區(qū)(安全保護區(qū))

此區(qū)范圍包括天然礦泉水水源地取水點、引水及取水建筑設施所在地區(qū)。保護區(qū)邊界距取水點最少為30～50 m半徑，保護區(qū)范圍內(nèi)無關人員不得居住或逗留，不得興建與天然礦泉水水源引水無關的建筑，進行任何影響水源地保護的活動，消除一切可以導致天然礦泉水水源污染的因素。

8.2 Ⅱ級保護區(qū)(內(nèi)保護區(qū))

此區(qū)范圍包括一級保護區(qū)的周邊地區(qū)，即地表水及潛水向礦泉水取水點流動的徑流地區(qū)。保護區(qū)邊界距離一級保護區(qū)邊界不小于100 m半徑范圍或適當擴大。此保護區(qū)范圍內(nèi)，不得設置可導致天然礦泉水水源水質(zhì)、水量、水溫改變的工程，禁止進行可能引起礦泉水含水層污染的人類生活及經(jīng)濟-工程活動。

8.3 Ⅲ級保護區(qū)(外保護區(qū))

此區(qū)以水源免受污染為原則劃定保護區(qū)，其范圍內(nèi)包括水源補給地區(qū)。在此區(qū)內(nèi)只允許進行對礦泉水水源地地質(zhì)環(huán)境沒有危害的經(jīng)濟-工程活動。

9 結(jié)論

(1)溢鍶泉礦泉屬于基巖裂隙水，其水質(zhì)均符合國家標準《飲用天然礦泉水》(GB 8537-2008)和《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749-2006)的要求，屬于“重碳酸硫酸鈣型含鍶長白山稀有礦泉水[5]”。并含有鋰、鋅、碘、硒等十多種對人體有益的組分和微量元素，水質(zhì)水量動態(tài)變化較穩(wěn)定，在對水源進行了同位素氘與14C的檢測中，也表明該水源動態(tài)穩(wěn)定，水源地周圍的地質(zhì)環(huán)境狀況良好，是一處資源條件優(yōu)越、交通便利、開發(fā)前景廣闊的礦泉水產(chǎn)地。

(2)為合理利用資源，保證礦泉水資源的穩(wěn)定開采，建議允許開采量為1 788 m3/d，既可以滿足溢鍶泉的開采需求，也可以使這一寶貴的長白山稀有礦泉水資源得到長期開發(fā)利用和有效保護。

(3)該礦泉水資源在開發(fā)利用過程中，應防止礦泉水資源受到污染，增強資源保護意識，在劃定的保護區(qū)范圍內(nèi)加強對礦泉水水源地的環(huán)境保護，禁止鑿建深井取水，確保礦泉的正常工作。

(4)該礦泉水，口感好、水質(zhì)優(yōu)良、補給充足，含有多種對人體健康有益的微量元素和礦物質(zhì)，長期飲用有益健康。開發(fā)利用前景廣闊。并且由于是鍶型礦泉水，鍶對人體的功能主要是與骨骼的形成密切相關，為人體骨骼及牙齒的正常組成部分[6]。它與血管的功能及構(gòu)造也有關系，其作用機制可能是鍶在腸內(nèi)與鈉競爭吸收部位，從而減少人體對鈉的吸收，增加鈉的排泄。中國人民解放軍總醫(yī)院研究證明微量元素鍶可延緩SHR血壓升高，減少血壓波動。微量元素鍶可延緩動脈粥樣硬化進程中斑塊形成，且在一定濃度范圍內(nèi)鍶水濃度越高，效果越顯著。在一定濃度范圍內(nèi)，鍶礦泉水具有促進培養(yǎng)人肝細胞增值的作用，并有降低AST及ALT酶活性，減少肝細胞損傷和增強膽紅素代謝的作用。高鍶礦泉水在Ⅰ型糖尿病大鼠顯示出較好的降血脂作用，尤其在早期對血游離脂肪酸、甘油三酯都有明顯的改善。人體每日需攝入鍶1.9 mg左右。鍶型礦泉水可以強壯骨骼，提高智力，延緩衰老和養(yǎng)顏輔助功效。鍶對人體的功能主要是與骨骼的形成有關，為人體骨骼及牙齒的正常組成部分。它與血管的功能及構(gòu)造也有關系，有預防高血壓、心血管疾病的作用。因此應充分利用資源優(yōu)勢，加大宣傳力度，使產(chǎn)品增加市場占有量，以取得更加豐厚的經(jīng)濟效益。