貴州省六盤水市鐘山區礦泉水成因研究

許 杰，宋 晨

(貴州省地礦局一一三地質大隊，貴州 六盤水 553001)

貴州省六盤水市鐘山區范圍內礦泉水形成條件充分，開發潛力巨大，前景優越，但區內高端天然優質礦泉水形成原因研究程度較低，制約了當地“貴水”產業發展，為此，2018年3月按照省地礦局對口扶貧鐘山區的要求，安排我單位對該區開展天然礦泉水調查評價工作。基本查明區內水文地質條件、礦泉水形成機制、賦存特征，采取水樣進行檢測，重點對礦泉水形成成因進行研究，為當地政府打贏脫貧攻堅戰、全面邁入小康社會，開發礦泉水產業提供地質依據。

本次調查工作始于2018年3月，結束于2018年12月。前期通過收集區內水文地質、環境地質、我單位2012年開展的11個枯季測流泉點數據及2014-2017年實施的32眼機井、2口地熱井等資料基礎上，經綜合分析研究選定大河～木果，保華～南開兩個地帶作為工作靶區[1]。中后期針對選定的靶區，開展專項水文地質及其周邊環境污染現狀調查，最終篩選第一靶區范圍內的大河鎮大地村泉點(S12)、底母落機井(J7)、周家寨嘎尼地熱井(ZK1)、大地村恩華地熱井(ZK2)、木果鎮龍井口泉點(S14)五個水源點，第二靶區篩選保華鎮太陽溝泉點(S52)，共計六個水源地作為本次礦泉水水源點成因研究對象，并于平、豐、枯水期分別對S12、S14、S52三個水源點開展水溫、水量動態觀測，采集水樣送至貴州省地礦局中心實驗室進行飲用天然礦泉水水質檢測。J7機井、ZK1、ZK2地熱井因封口，未能開展動態觀測，只收集到水質檢測報告及竣工報告。通過一系列工作，掌握了第一手詳細、可靠的資料，獲得了相關數據。

1 礦泉水水源地基本情況

1.1 自然地理

六盤水市鐘山區位于貴州高原西部烏蒙山區，地理坐標為：東經104°35′～105°05′，北緯26°30′～26°55′，屬中亞熱帶高原型季風氣候區，冬無嚴寒，夏無酷暑，氣候溫和，降水豐沛，雨熱同期，有明顯的旱季和雨季之分。年平均氣溫15.1℃、日照1 560 h、降水量1 214.7 mm。

1.2 地形地貌

鐘山區處在滇東高原向黔中丘原過渡，黔西北高原向廣西丘陵過渡之梯級狀大斜坡地帶。地形復雜，地貌類型多樣，區內地勢總體為西高東低，海拔高度在1 800～2 200 m之間，最高點在西北邊鐘山區大灣鎮與赫章縣交界的韭菜坪，海拔高程2 900.30 m，最低點為月照鄉獨山村大河出境處，海拔高程1 500 m，相對高差1 400 m。區內地貌主要有：溶蝕地貌、侵蝕地貌、溶蝕-侵蝕地貌。

1.3 地層巖性

區內出露的地層主要有石炭系：分布于雙戛、德塢、鳳凰、荷城、月照鄉、保華鎮。二疊系：廣泛出露，發育較全，出露于鐘山區的中北部及東部，下統缺失，中統下部為濱海相砂頁巖，上部為淺海相碳酸鹽巖，頂部時有輝綠巖順層侵入。三疊系：分布廣，發育全，出露于鐘山區中東部，沉積巖相主要為濱海及淺海相。第三系：發育于大型洼地，構造盆地及大型坡立谷之中，為一套棕紅、褐紅色含砂礫質泥巖和灰色礫巖。巖性以碳酸鹽巖為主，碎屑巖、火成巖次之。

1.4 地質構造

鐘山區處于黔北臺隆六盤水斷陷威寧北西向構造變形區，褶皺構造包括威水、水杉、阿都嘎、白泥-濫壩、布坑底背斜，格木底、得著向斜等；斷層構造以NW-SE向為主，其中最為典型的是水城樞紐斷層；NE-SW向斷層主要有營腳斷層等。受地層巖性、含水性所控制，系列褶皺構造分別形成區內眾多相對獨立的水文地質單元，各水文地質單元分別形成相對獨立的地下水循環系統。

1.5 水文地質概況

區內水系屬長江流域烏江上游的三岔河，其支流有水城河、汪家河、阿勒河及連山河，部分河流枯水季節常出現斷流，泉點流量具逐減現象。地表水總體由北西向南東徑流，最終從西往東流出境內。區內干流三岔河，流向由北西向南東，從西面大灣鎮流入境內，再流經汪家寨鎮、大河鎮后進入水城縣發箐鄉，又從月照鄉北部邊界附近的獨山村經過境內。該河在大灣鎮、汪家寨鎮、大河鎮地段河谷寬緩、坡降小，而到了大河鎮以東逐漸表現出谷狹、水急、坡降大的特點。

1.6 礦泉水形成機制

區內礦泉水的形成主要受獨特的地質地貌條件控制和自然生態環境所影響。地下水主要補給區位于烏蒙山麓，地表植被茂盛，周邊無生活、生產污染，自然環境優良。區內二疊系上統峨眉山玄武巖分布廣泛，巖石中非晶質SiO2豐度較高，遇地下水后，巖石中部分非晶質SiO2組分發生溶解，以偏硅酸的形式富集于地下水中，為本區偏硅酸型礦泉水的形成提供了充分條件。其次，區內碳酸鹽巖和碎屑巖分布廣泛，構造活動強烈，部分地下水沿區域性深大斷裂下滲并參與深循環，在高溫、高壓等物理化學條件下，部分碳酸鹽巖類發生水解，形成重碳酸根離子和鈣、鎂離子，并析出游離CO2，同時地下水在徑流過程中不斷溶解碎屑巖類中非晶質SiO2、硒、鋰、鍶等礦物組分，使之在地下水中富集，最終形成高礦化度碳酸、偏硅酸、硒、鋰、鍶復合型礦泉水。

2 礦泉水賦存特征

區內礦泉水主要賦存于：二疊系中統茅口+棲霞組巖溶含水層、三疊系下統飛仙關組、石炭系+三疊系碳酸鹽巖含水層[1]。

二疊系中統茅口+棲霞組巖溶含水層：地層巖性主要為灰巖、白云巖。礦泉水賦存于溶蝕裂隙、管道、孔洞之中，含水性不均一，富水性強。上覆二疊系上統峨眉山玄武巖，巖體中礦物質含量豐富，非晶質SiO2豐度較高，形成高礦化度碳酸、偏硅酸、硒、鋰、鍶復合型礦泉水的條件充分，是區內天然礦泉水的主要賦存層位之一。

三疊系下統飛仙關組：地層巖性主要由砂巖、砂質粘土巖、粘土巖、泥質粉砂巖及砂質粘土巖構成，含基巖裂隙水。礦泉水賦存于地層裂隙、節理之中，含水性中等至弱。該巖組中硒、鋰、鍶等礦物組分含量豐富，形成硒、鋰、鍶復合型礦泉水的條件充分；同時，由于地層中細小砂質顆粒對有毒有害物質具有一定的吸附作用，使地下水在徑流過程中得到凈化。

石炭系+三疊系碳酸鹽巖巖溶水含水層：在區域性深大斷裂分布地帶，具備形成高礦化度碳酸、偏硅酸、硒、鋰、鍶復合型礦泉水的有利條件，礦泉水主要賦存于深大斷裂破碎帶之中，沿深大斷裂分布地帶岀露的泉水點是本次工作的重點。

3 礦泉水成因研究

根據S12、S14、S52、J7、ZK1、ZK2水樣檢測報告結果，依據水化學成分、微量元素及水溫等方面綜合研究，將區內礦泉水水源地劃分成兩種類型，即“碳酸鹽巖層控型”和“斷裂裂隙型”[1]。其中：“碳酸鹽巖層控型”為冷礦泉的主要成因類型，而熱礦泉的成因類型主要為“斷裂裂隙型”。

3.1 碳酸鹽巖層控型礦泉水

其水質、水溫主要受巖石地球化學背景、埋深及地質構造控制，有益元素以鍶、偏硅酸、硒等為主。循環深度一般較小，表現為淺循環的特征。礦泉水中陰、陽離子以Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-為主，水化學類型以HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·M等為主，礦化度在100～1 000 mg/L之間，主要以泉點等形式出露。S12、S52及J7三個水源點屬于該類型，現就三個點情況敘述如下：

3.1.1 大河鎮大地村泉點S12

該點出露為一地下暗河出口，伏流口位于陡崖腳。含水巖組為三疊系關嶺組(T2g)白云巖、白云質灰巖，含水介質以巖溶管道、溶洞、溶隙為主。主要補給源為大氣降水匯集成溪溝由出口北邊2.7 km處地表落水洞直接灌入。地下水總體由巖溶管道向南徑流，最后匯入阿勒河。該點鍶含量0.570 mg/L，達到礦泉水界限指標，綜合巖相古地理特征，其鍶含量主要受三疊系關嶺組(T2g)巖石地球化學背景影響(見圖1)。

圖1 大河鎮大地村泉點S12泉點平、剖面圖

3.1.2 保華鎮太陽溝泉點S52

該點出口位于斜坡腳，為下降泉。含水巖組為三疊系關嶺組(T2g)、永寧鎮組(T1yn)白云巖、灰巖，含水介質以溶隙、裂隙為主。主要補給源為大氣降水入滲補給，地下水總體由北東往南西徑流，匯水面積約7.2 km2。受斷層以及三疊系飛仙關組(T1f)碎屑巖阻隔出露于地表，該點鍶含量0.609 mg/L，達到礦泉水界限指標，綜合巖相古地理特征，其鍶含量主要受三疊系關嶺組(T2g)、永寧鎮組(T1yn)巖石地球化學背景影響(詳見圖2)。

圖2 保華鎮太陽溝泉點S52泉點平、剖面圖

3.1.3 大河鎮底母落機井J7

該機井由我單位2014年施工，機井主要揭露地層為龍潭組(P3l)、峨嵋山玄武巖組(P3β)、茅口組(P2m)。施工至190 m時揭穿玄武巖，進入茅口組(P2m)。含水巖組主要為二疊系棲霞茅口組(P2q-m)灰巖、白云質灰巖。主要補給源為機井東面大氣降水沿溶隙、裂隙入滲，地下水總體由西往東徑流，在機井處被揭露。該點偏硅酸含量29.61 mg/L，綜合巖相古地理特征其礦物含量主要受二疊系峨嵋山玄武巖組(P3β)、棲霞茅口組(P2q-m)巖石地球化學背景影響(見圖3)。

圖3 大河鎮底母落機井J7泉水平、剖面示意圖

3.2 斷裂裂隙型礦泉水

主要受隆起褶皺構造、斷裂、裂隙控制的礦泉水。本次調查工作中涉及此類型的點主要為ZK1、ZK2及S14。以ZK1、S14為例，地下水經大氣降水入滲補給，由龍井口斷裂(F1)徑流，以泉點和鉆井揭露的方式出露于兩點。主要含水巖組為二疊系棲霞茅口組(P2q-m)，受斷裂破壞有徑流途經長、經過層位多的特點。其礦物含量種類居多，其中鍶含量、偏硅酸含量較高。由于二疊系峨嵋山玄武巖組(P3β)以及三疊系地層作良好的蓋層[2]，為地下水提供了良好的熱儲環境，龍井口F1斷裂為地下水提供了儲藏空間，二者相結合產出了溫度較高的熱礦泉。S14泉點2012年枯計測流時觀測溫度為21.5℃，屬于溫度異常點，其地下水運移環境與ZK1地熱井有相似性(詳見圖4)。

圖4 嘎尼地熱井ZK1及木果鎮龍井口泉點S14水平、剖面示意圖

通過區內重點水源點成因研究，查明了區域內“碳酸鹽巖層控型”、“斷裂裂隙型”礦泉水的形成機制。其中“碳酸鹽巖層控型”主要受二疊系棲霞茅口組(P2q-m)、峨嵋山玄武巖組(P3β)，三疊系關嶺組(T2g)等層位巖石地球化學背景影響，地下水與圍巖接觸發生水化學反應，形成了該類型礦泉水。“斷裂裂隙型”天然熱礦泉一方面受地溫梯度的影響，另一方面在局部地區出露有二疊系飛仙關(T1f)、峨嵋山玄武巖組(P3β)作為天然蓋層，二疊系茅口組(P2m)頂部古巖溶為地下水提供了儲藏空間[2]，再通過鉆井開采產出。

4 水質評價

根據區內水源點的水質檢測報告，參照《飲用天然礦泉水標準》(GB8537-2008)[5]進行水質評價。

4.1 礦泉水水質評價

(1)感官指標：區內水源點物理性質呈無色、無味、無嗅、透明，色度0度，濁度0度均符合規范要求。

(2)界限指標：S12(Sr含量0.570 mg/L)、S14(Sr含量0.369 mg/L)、S52(Sr含量0.609 mg/L)、J7(H2SiO3含量29.61 mg/L)均達到礦泉水界限指標；Zn、Se、I、Br、游離CO2、溶解性總固體含量低于標準。

(3)限量指標：Cu、Cd、Cr、Ag、HBO3、Se、As、耗氧量(以O2計)、NO32-指標符合飲用礦泉水標準。

(4)污染指標：冷泉檢出氰、酚、亞硝酸鹽、總β活性等污染物成分符合天然礦泉水標準，表明區內礦泉水沒有遭受污染。

(5)微生物指標：水樣中檢出細菌總數、大腸桿菌群數結果超標，主要與水樣的采集、送檢條件等有關。

4.2 理療礦泉水評價

根據《地熱資源地質勘查規范》(GB/T11615-2010)表E.1理療熱礦水水質標準[6]，ZK1(F含量3.67 mg/L，H2SiO3含量31.45 mg/L，溫度49.5℃)[4]、ZK2(F含量2.77 mg/L，H2SiO3含量35.41 mg/L，溫度53℃)[3]，其指標均達到標準要求，具有較高的理療價值。

5 結語

(1)經對區內水文地質、機井、枯季測流泉點、地熱井等資料綜合分析，結合開展的水文地質調查工作，基本查明了區內礦泉水形成機制、賦存特征。

(2)通過對區內重點水源點成因研究，查明了區內“碳酸鹽巖層控型”、“斷裂裂隙型”礦泉水的形成原因。前者主要受二疊系棲霞茅口組(P2q-m)、峨嵋山玄武巖組(P3β)，三疊系關嶺組(T2g)等層位巖石地球化學背景影響，地下水與圍巖接觸發生水化學反應，形成了該類型礦泉水。后者一方面受地溫梯度的影響，另一方面在局部地區出露有二疊系飛仙關(T1f)、峨嵋山玄武巖組(P3β)作為天然蓋層，二疊系茅口組(P2m)頂部古巖溶為地下水提供了儲藏空間，二者相結合產出了溫度較高的熱礦泉。

(3)從區內水源點的水質檢測報告分析評價得知適宜飲用天然礦泉水源點是S12、S14、S52、J7，適宜理療礦泉水源點是ZK1、ZK2。