安徽涇縣榔橋鎮馬渡村飲用天然礦泉水成因及水化學特征研究

陳皓龍,謝 杰,宋武元,陳 軍,夏浩然

(安徽省地質礦產勘查局327地質隊,安徽 合肥 230011)

0 引言

近年來,隨著生活水平的提高,人們對飲用水的要求也越來越高。礦泉水因其含有微量元素、礦物質或其它有益成分,具有一定的保健作用[1],深受廣大消費者的喜愛。礦泉水作為地下水資源的特殊類型,其形成受到圍巖類型、溫度、壓力等多種因素影響。一般而言,礦泉水水化學特征可以很好的反映其成因。因此,系統分析礦泉水水化學特征以及其形成過程有利于掌握資源潛力,可以為后續資源開發提供理論依據[2]。

安徽省飲用天然礦泉水資源豐富,現有已勘察礦泉水水源地140處,分布于16個地級市[3],但目前相當一部分水源地的水化學組分及其成因仍不清楚,亟待開展系統研究。本研究選取安徽涇縣榔橋鎮馬渡村飲用天然礦泉水作為研究對象,基于水化學及同位素技術系統評估礦泉水的補給源和形成年代,結合研究區水文地質條件揭示地下水成因模式[4-6]。本研究結果可為馬渡村礦泉水資源合理開發利用提供依據。

1 自然地理條件

榔橋鎮位于安徽省東南部,隸屬于安徽省宣城市涇縣。北距涇縣縣城約32 km,南西與旌德縣三溪鎮相鄰,蕪黃高速、205國道等交通干線呈近南北走向縱貫區內,北可達涇縣、蕪湖市,南可通旌德縣、黃山市,交通較為便利。

涇縣屬北亞熱帶副熱帶季風濕潤性氣候區。氣候溫和,雨量充沛,光照資源豐富,春、夏、秋、冬四季分明。區內年平均無霜期264 d,歷年平均氣溫16.1℃,多年平均降雨量1 730.1 mm,多年平均蒸發量為1 483.9 mm,多年平均相對濕度80%。

位于涇縣南部的榔橋鎮,區域地貌類型主要為侵入構造剝蝕丘陵。區域總體地勢中間低、兩側高,南東為志留系下統霞鄉組泥質粉砂巖構成的低山,最高點為筆架山山頂,標高+696.8 m;中部為榔橋巖體構成的丘陵地貌,標高+130～+477 m;北西側為二疊系、石炭系及志留系沉積巖構成的低山,最高點高程+714.8 m。

涇縣屬長江流域,青弋江水系。境內河流皆為雨源型河流,河流水位、流量隨降雨的變化而變化。

2 水源地地質與水文地質條件

研究區區域上位于江南古陸北緣與揚子凹陷的交接地帶,太平復向斜的次級褶皺—汀王殿-大禮村背斜核部。地層分區屬下揚子地層分區,區域分布的地層主要為志留系～三疊系碎屑巖、碳酸鹽巖。巖漿巖侵入體分布廣泛,代表性巖體為榔橋巖體,巖性主要為花崗閃長巖,巖體年齡范圍為135.59±0.65～138.81±0.58 Ma,屬于早白堊世早期產物。構造活動亦具多旋回特征,并以北東向構造為主要構造格架。

2.1 水源地地質條件

2.1.1 地層

研究區內主要出露榔橋巖體中?；◢忛W長巖,礦物成分以石英、斜長石、堿性長石、黑云母、角閃石等為主。其中石英15%～20%,粒狀,半自形-它形結構;斜長石40%～45%,柱狀或板狀,自形-半自形結構,少量表面渾濁,風化呈絹云母和粘土礦物,斜消光,見較多的聚片雙晶,雙晶紋相對較寬,應以中、拉長石為主;堿性長石20%～25%,以正長石為主,長條狀或不規則粒狀,偶見少量卡斯巴雙晶;黑云母3%～5%,葉片狀、鱗片狀;角閃石3%～5%,短柱狀、針狀。巖體內見大量包體,以富云母包體為主,顯示該巖體具有殼源成份特點?；◢忛W長巖中ω(SiO2)=64.63%～67.78%、ω(Al2O3)=13.53%～15.13%、ω(K2O)為3.87%～5.68%,屬于高鉀鈣堿性-鉀玄巖系列。巖體206Pb/238U年齡為130～142 Ma,加權平均年齡為(135.6±1.8) Ma,形成于早白堊世早期。

2.1.2 構造

研究區位于揚子陸塊東部,江南斷裂帶南側,寧國～太平褶斷帶內,構造變形較為復雜,構造類型以斷裂構造為主,斷裂走向以北西為主,北東、北北東向一般發育。巖體內發育的北西走向斷裂構造的形成與北東向、北北東向主干斷裂活動有關,該區域遭受燕山晚期的北北東-南南西向擠壓應力導致橫切、錯移主干斷裂帶的北西向斷層發育,以張扭性的平移斷層為主,規模大,延伸遠。

以研究區內具有代表性的北西走向F8斷層為例,該斷裂地表未見出露,經物探視電阻率聯合剖面、高密度電法、天然源面波勘探等手段揭露,斷裂帶發育部位視電阻率聯合剖面ρsA曲線與ρsB曲線均表現為明顯的低阻正交點異常,同樣位置的高密度剖面中深部電阻率呈低阻下凹狀異常反映,中深部Vs也呈低速下凹狀異常反映。物探結果顯示斷裂切割深度大,傾角較大,表現出明顯的平移斷層特征。

2.2 水源地水文地質條件

研究區內主要出露榔橋巖體花崗閃長巖,風化層厚度一般2～15 m,根據地下水的賦存條件和含水介質特征,區內地下水類型主要分為風化帶孔隙水、基巖裂隙水和構造裂隙水。

2.2.1 風化帶孔隙含水巖組

該巖組一般由風化成砂狀的花崗閃長巖及粘土組成,厚度約2～15 m,單井出水量一般為10～20 m3/d。民井水質檢測結果顯示,地下水中主要陰離子為HCO3-、SO42-及Cl-,主要陽離子為Ca2+、Mg2+、Na+、K+。主要陰離子HCO3-含量36.07～170.5 mg/L,SO42-含量6.61～46.05 mg/L,Cl-含量1.41～57.59 mg/L;主要陽離子Ca2+含量9.63～65.25 mg/L,Mg2+含量1.01～11.58 mg/L,Na+含量4.89～38.04 mg/L,K+含量0.70～9.14 mg/L;溶解性總固體含量46～484 mg/L;pH值6～7;礦化度44.3～358.3 mg/L;水化學類型以HCO3-Ca·Na型為主,其次為HCO3-Ca·Mg型或HCO3-Ca型,水質清澈透明、無色、無味、水溫15.7℃～20.6℃,肉眼可見物為無異物。

2.2.2 基巖裂隙含水巖組

該含水巖組由花崗閃長巖中發育的節理、裂隙組成,分布范圍廣,巖體整體上完整性較好,節理、裂隙不發育,局部巖體完整性相對較差,節理、裂隙較發育。調查表明花崗閃長巖中節理性質以剪節理為主,走向北東東或近東西向,節理傾角一般大于60°,節理面平直光滑,延伸穩定,節理縫內一般無填充物。張節理多為北西或北東走向,傾角相對較緩,一般在40°左右,節理縫內填充石英細脈,連通性差,總體含水較弱。水化學類型以HCO3-Ca型為主,水量微弱。

2.2.3 構造裂隙含水巖組

主要由北西走向的斷裂組成,經鉆孔揭露單井最大涌水量51.36～163.68 m3/d,滲透系數差異較大,為0.03～0.89 m/d。水化學類型為HCO3-Ca及HCO3-Ca·Na型。

研究區地處山間匯水盆地,地下水主要接受大氣降雨補給,地下水總體徑流方向自東向西,較為發育的北西向構造形成了良好的儲水和導水通道,加之區內花崗閃長巖次級構造裂隙和節理較為發育,對降水的入滲、地下水的運移和富集十分有利。排泄方式主要是人工開采和自然蒸發。

3 礦泉水特征

3.1 礦泉水的補給源和形成年代

本研究選取3個典型位置進行鉆孔(圖1),將孔內樣品送至國土資源部地下水礦泉水及環境監測中心(中國地質科學院水文地質環境地質研究所)分析了穩定同位素(18O和2H)及放射性同位素(3H)(表1)。其中,穩定同位素主要用來判別地下水補給來源,放射性同位素主要用于判別地下水年齡。

表1 鉆孔樣品同位素檢測結果

1.蕪湖組第一段;2.安慶組;3.龍潭組下段;4.孤峰組;5.棲霞組;6.梁山組;7.船山組;8.黃龍組;9.老虎洞組;10.高驪山組;11.擂鼓臺組;12.觀音臺組;13.霞鄉組;14.唐家塢組;15.中?；◢忛W長巖;16.中粒正長花崗巖;17.花崗閃長斑巖脈;18.正長斑巖脈;19.地質界線;20.正斷層;21.逆斷層;22.推測斷層;23.鉆孔;24.研究區

由孔內樣品穩定同位素檢測結果與中國大氣降水線和長江流域大氣降水線關系圖(圖2)可以看出,其同位素組成點均落在全國降水線的附近并略有偏移,說明礦泉水是大氣降水入滲循環補給形成的。

圖2 鉆孔內水樣δD、δ18O與全國、長江流域大氣降水線關系圖

氚(3H)是氫的放射性同位素,半衰期為12.43 a。氚在高空生成后,很快同大氣中氧原子化合成含氚水分子(HTO),成為大氣水的組成部分,參與自然界的水循環。因此,所有現代循環水都受到了氚的標記,氚是研究現代滲入起源地下水的理想示蹤劑。在天然條件下,大氣降水的氚濃度平均為10TU左右(北半球)。1953年后,由于大量核爆氚進人大氣層,降水中氚濃度的自然平衡已遭破壞,已不是常量。根據3H同位素地下水年齡判定表,研究區礦泉水主要為1960年以前補給的地下水與少量現代水的混合物。

3.2 礦泉水水位動態變化特征

為掌握天然礦泉水資源的動態變化規律,確定其在豐、平、枯水期的動態特征,對施工的鉆孔水位、水溫按照每月2次～3次進行測量(圖3),觀測結果表明各個鉆孔水溫基本恒定,變化范圍1℃～2℃;水位與降雨量同步變化,但水位變化對于降水量變化有一定滯后性,一般滯后5～15 d。

(a-ZK02;b-ZK03;c-ZK04)

3.3 礦泉水水質動態變化特征

根據孔內水樣枯、平、豐水期的離子全分析測試結果(圖4),孔內水主要陰、陽離子的含量基本穩定,變化幅度較小;界限指標中ZK02偏硅酸含量38.8～48.1 mg/L,ZK03偏硅酸含量36.5～55.73 mg/L,ZK04偏硅酸含量44.1～49.0 mg/L,其它感觀指標、限量指標、污染指標、微生物指標均符合《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水》(GB8537-2018)標準。

綜上,涇縣榔橋鎮馬渡村天然飲用礦泉水的水溫、水量與水質變化動態穩定,感觀指標、界限指標、限量指標、污染指標、微生物指標在枯、平、豐水期樣品檢測結果均符合《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水》(GB8537-2018)標準規定的技術要求,各孔偏硅酸含量始終在30.0 mg/L以上。

4 礦泉水成因分析

根據研究區的水文地質條件及礦泉水的補給源和形成年代,確定了研究區的礦泉水成因類型為斷裂深循環型。研究區區域上處于太平復向斜的次級褶皺—汀王殿-大禮村背斜核部,榔橋巖體沿背斜核部呈北東向侵入,巖體內北西向斷裂構造較為發育。巖體南東及北西側主要為志留系地層褶皺形成的低山,查區夾在兩山之間,形成丘陵地貌,地下水自東向西徑流時沿北西向斷裂構造作深循環,在深部運移過程中穿越不同的圍巖化學環境,在溫度效應、壓力效應的影響下,經過長時間的水巖相互作用形成天然礦泉水(圖5)。

圖5 礦泉水成因模式圖

5 結語

(1)涇縣榔橋鎮馬渡村飲用天然礦泉水主要賦存于榔橋巖體花崗閃長巖構造裂隙中,以北西向張性構造破碎帶為主要含水層。同位素分析結果表明,礦泉水主要為大氣降水入滲循環補給,礦泉水的年齡主要為1960年以前補給的地下水與少量現代水的混合物。巖體南東及北西側主要為志留系地層褶皺形成的低山,研究區夾在兩山之間,形成丘陵地貌,地下水自東向西徑流時沿北西向斷裂構造作深循環,在深部運移過程中穿越不同的圍巖化學環境,在溫度效應、壓力效應的影響下,經過長時間的水巖相互作用形成天然礦泉水。

(2)通過鉆孔動態觀測,表明地下水水質、水溫、水量動態穩定,偏硅酸含量符合《飲用天然礦泉水》(GB8537-2018)界限指標要求,其它各項限量指標、污染指標、微生物指標均符合標準要求,地下水可定名為重碳酸鈣鈉型含鍶的偏硅酸飲用天然礦泉水。