吉林省靖宇縣長白山參女泉飲用天然礦泉水勘查評價

李偉，方巖，傅玉，劉剛，王鐸

吉林省水文地質調查所，吉林 長春 130012

0 引言

吉林省靖宇縣參女泉地處靖宇縣國家級自然保護區內，生態環境優越，交通便利。具有得天獨厚的自然地理及地質環境，因此為了開發利用這一寶貴的礦產資源，充分發揮其資源優勢，并使其盡快轉化為經濟優勢。吉林省水文地質調查所對靖宇縣參女泉飲用天然礦泉水進行勘察評價工作，其目的是查明礦泉水賦存的地質、水文地質條件，礦泉水的形成機制，動態特征，進行礦泉水資源評價，為合理開發利用參女泉礦泉水資源提供科學依據。

1 自然地理概況

1.1 位置交通

靖宇縣長白山參女泉位于靖宇縣國家級自然保護區內，距靖宇縣南西約14 km處。本區交通便利，省道S204在該區通過，朝(陽鎮)—撫(松)公路經過縣城、輝南—白山市鐵路在縣城西側通過，靖宇縣城距白山市區50 km，距長春市區250 km。以縣城為中心的公路通往各鄉鎮。

1.2 地形、地貌

參女泉位于龍崗山脈火山群中，由火山噴發形成的玄武巖臺地上。臺面略有起伏向北東方向傾斜，區內植被發育。該區地貌為侵蝕火山地貌玄武巖臺地。海拔標高600～650 m，由第四系下更新統軍艦山組玄武巖組成。參女泉出露海拔高程612～614 m。

1.3 氣象水文

參女泉所在區域屬于北寒溫帶大陸性半濕潤季風氣候。具有冷涼濕潤、雨量充沛、無霜期短、光照適中的氣候特點。春季溫差大，多偏西風；夏季短暫，溫涼潮濕多雨；秋季涼爽多早霜；冬季漫長而寒冷。氣候垂直變化明顯，海拔高程850 m以上為寒溫帶濕潤氣候，氣溫較低，年平均氣溫0℃左右；海拔高程500～850 m為寒溫帶半濕潤氣候，年平均氣溫2.5℃，極端最高氣溫33.6℃，極端最低氣溫-42.2℃，年降水量486.3～1 173.2 mm，降水集中在6～9月，多年平均降水量為766.3 mm，歷年平均相對濕度73%。該區內地表水均屬松花江流域，區內主要河流為吊水湖河、青龍河及其支流，青龍河源于龍泉龍灣南，于靖宇縣城東匯入珠子河，由南向北徑流。

1.4 植被

參女泉所在區內植被較發育，生態環境良好。多以次生林為主，主要植被類型有針闊葉混交林、闊葉混交林、灌木草叢和沼澤草甸。

2 礦泉水賦存的地質、水文地質條件

2.1 地層

區內出露地層由老至新分述如下：

(1)太古界

主要分布于參女泉以東區域，由鞍山群四道砬子河組(Ar1s)片麻巖、角閃巖、混合巖、片巖組成。

(2)新生界

第四系下更新統軍艦山組玄武巖(βQ1j)大面積分布于區內，巖性為：灰色、灰褐色，致密塊狀、氣孔狀玄武巖互層，厚度大于95 m。賦存了豐富的地下水。

2.2 地質構造

本區大地構造位于中朝準地臺，遼東臺隆區，龍崗斷塊Ⅲ級構造單元。新構造運動較為強烈，從而導致了基性巖漿的噴發。復雜的地質構造控制了區域上的各類型地下水形成與分布，同時也為礦泉水的形成提供了空間環境。

2.3 水文地質

根據區域地下水的賦存條件、水理性質和水力特征，本區地下水類型主要有松散巖類孔隙水和玄武巖類孔洞裂隙水(圖1)。

圖1 研究區水文地質圖

松散巖類孔隙水呈條帶狀分布于濛江河床兩側的階地與漫灘上，含水巖性以第四系全新統沖積砂礫石、粉細砂為主，富水性良好，水位埋深1.5～0.6 m，單井涌水量100～500 m3/d，地下水補給來源主要是接受大氣降水滲入補給，以徑流形式排泄在地形低洼處出露于地表，水化學類型以重碳酸鈣型為主，局部為重碳酸鈣鎂型，礦化度小于0.8 g/L，pH值6.2～7.5。

玄武巖孔洞裂隙水：地下水賦存于第四系下更新統軍艦山組玄武巖(βQ1j)孔洞裂隙中。玄武巖孔洞裂隙發育，呈蜂窩狀且孔洞間連通性好，無充填，透水性強。該套玄武巖又具多次噴發旋回，每個旋回由氣孔狀玄武巖和致密塊狀玄武巖組成，玄武巖節理裂隙發育，以大氣降水為主要補給來源，地下徑流為主要排泄方式，因此對地下水的賦存非常有利。泉流量一般在1.0～10 L/s，局部地段泉流量大于10 L/s，礦化度為269.16 mg/L。水化學類型為重碳酸鈣鈉或重碳酸鈣鎂型(圖2)。

圖2 水文地質剖面圖

2.4 礦泉水賦存條件

靖宇縣參女泉天然礦泉水，賦存于第四系下更新統軍艦山組玄武巖中。含水介質為氣孔狀玄武巖。玄武巖受成巖作用和構造運動的影響，原生孔洞裂隙和構造裂隙極其發育，為礦泉水的形成、賦存與運移創造了有利條件。在地表低洼處溢出地表，形成自流泉。

2.5 礦泉水形成機制

參女泉天然礦泉水的形成、賦存與運移主要受地層巖性、地質構造和地形地貌條件的控制。根據區域地質資料，第四系下更新統軍艦山組玄武巖中，二氧化硅含量較大，為礦泉水中偏硅酸的富集提供了物質來源。SiO2以晶質狀態存在于巖石的基質中，在水中CO2、溫度、壓力的作用下，一部分非晶質SiO2被溶解，淋濾形成正硅酸與偏硅酸(一般均用偏硅酸表示)偏硅酸易溶于水，地下水與巖石不斷相互作用，使水中偏硅酸富集形成偏硅酸型礦泉水。分析其原因主要是火山活動過程中，深部的巖漿分異和揮發作用產生了大量的CO2，對圍巖有強烈的侵蝕作用，溶解了玄武巖中的可溶性SiO2，當巖漿頂端的熱流體與淺層水結合時，所攜帶SiO2便溶解于水中，導致了該玄武巖中礦泉水偏硅酸含量增高。早更新世軍艦山組玄武巖為橄欖玄武巖，鎂含量較高，所以相應的礦泉水中鎂離子含量也較高，水化學類型為重碳酸鎂或重碳酸鈣鎂型。

參女泉補給來源主要以地下水的側向徑流補給為主，地下水沿玄武巖孔洞裂隙徑流，在循環運移過程中，不斷溶解圍巖中的二氧化硅和微量元素，使地下水中的某些化學組分含量相對富集，其中偏硅酸含量41.62～43.43 mg/L，達到了《國家食品安全標準飲用天然礦泉水》(GB 8537—2018)規范標準要求，形成偏硅酸型礦泉水。

2.6 礦泉水水質評價

依據《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)及《飲用天然礦泉水》(GB 8537—2008)國家標準及水質檢驗結果，現對吉林省靖宇縣參女泉礦泉水多次化驗分析結果表明，參女泉礦泉水為無色、無味、無沉淀，清澈透明，水溫常年保持在7℃。參女泉礦泉水中陰離子以重碳酸根為主，含量160.95～174.22 mg/L，陽離子以鈣、鎂離子為主，含量分別為21.07～22.52 mg/L和15.62～18.09 mg/L，次為鈉、鉀離子，含量分別為15.15～16.80 mg/L和3.86～4.20 mg/L。溶解性總固體276～289.36 mg/L，pH值6.80～7.36，水化學類型為重碳酸鈣鎂型(表1)。

表1 參女泉飲用天然礦泉水化學特征表

參女泉礦泉水中偏硅酸含量41.62～43.43 mg/L，泉水限量指標、污染物指標和微生物指標均符合《國家食品安全標準飲用天然礦泉水》(GB 8537—2018)國家標準，可定名為偏硅酸型礦泉水。礦泉水的水樣采集、保存、運輸及水質檢驗方法均符合《國家食品安全標準飲用天然礦泉水檢驗方法》(GB 8537—2016)國家標準。

3 礦泉水量評價

為了解和掌握參女泉礦泉水動態特征，計算評價天然礦泉水資源量，進行了為期一年的動態觀測，用三角堰板測流法對該泉進行了測試，流量為286～324.16 m3/d，水溫為6.5～7℃，泉流量豐、平、枯水期變化幅度較小。

根據參女泉賦存的地質、水文地質條件，本次主要計算礦泉水允許開采量。允許開采量主要依據泉水動態長期觀測資料和30年的降水資料。采用泉水動態與降水頻率分析法，計算參女泉允許開采量為284 m3/d，有開采保證，可作為飲用天然礦泉水開發利用的依據。

根據靖宇縣氣象局1985—2014年的降水資料，采用下列公式計算降水頻率如下：

式中：P—降水頻率(%)；m—排列序數；n—年數。

經計算2001年為豐水年，降水量為878 mm；1996年為平水年，降水量為751.7 mm；2007年為枯水年，降水量為702.6 mm。

4 礦泉水水源地衛生防護

參女泉飲用天然礦泉水水源地森林茂盛，自然生態環境良好，無污染源，有利于礦泉水水源地衛生防護。為確保該礦泉水資源在開發利用過程中免受污染破壞，根據《天然礦泉水資源地質勘查規范》(GB/T 13727—2016)國家標準要求，結合該天然礦泉水水源地的地質和水文地質條件，必須設立水源衛生保護區，并在防護區界設置固定標志。衛生保護區建立與劃分方案如下：

Ⅰ級保護區(安全保護區)：(1)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；(2)保護區邊界距取水點最少為50 m半徑；(3)保護區范圍內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，取消一切可以導致天然礦泉水水源污染的因素。

Ⅱ級保護區(內保護區)：(1)范圍包括一級保護區的周邊地區，即地表水和潛水向礦泉水水源取水點流動的徑流地區；(2)保護區邊界距離一級保護區最短距離不小于50 m半徑范圍；(3)范圍內不得設置可導致天然礦泉水水源水質、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濟工程活動。

Ⅲ級保護區(外保護區)：(1)范圍包括水源補給地區，距取水點不小于500 m半徑范圍；(2)在此區內只允許進行對礦泉水水源地地質環境沒有危害的經濟工程活動。

5 結論

(1)靖宇縣參女泉偏硅酸含量41.62～43.43 mg/L，為偏硅酸型礦泉水，并含有鋰、鍶、鋅等多種對人體健康有益的微量元素。

(2)依據2014年該礦泉枯水期流量(2、3月份)286 m3/d，經過一年的動態觀測，確定參女泉天然礦泉水允許開采量為284 m3/d，是有補給保證。

6 建議

(1)根據該泉所處地質、水文地質條件，結合礦泉水的循環條件，提出了建立參女泉天然礦泉水水源地三級衛生防護區方案。開發單位應按各級水源地衛生防護區的要求，做好礦泉水資源保護工作。

(2)礦泉水開發利用后，應進行礦泉水動態監測，設專人長期觀測泉水流量及水溫，礦泉水流量及水溫半月觀測一次，水質每年至少檢測一次，及時掌握礦泉水動態特征，并建立監測檔案，為長期合理開發利用這一寶貴資源提供科學依據。