羅 瓊，周 煉，付郴生

(1.湖北省核工業(yè)地質(zhì)局，湖北 孝感 432000;2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

1 研究對(duì)象

長(zhǎng)陽地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，常年雨水充沛，森林覆蓋率達(dá)70%以上，又有清江貫穿其間，地下水資源豐富。長(zhǎng)陽地區(qū)工業(yè)不發(fā)達(dá)，污染較少，地下水資源保護(hù)較好。在較好的地質(zhì)條件和氣候條件下，礦泉水資源蘊(yùn)藏豐富，已成為長(zhǎng)陽地區(qū)寶貴的礦產(chǎn)資源之一。

飲用天然礦泉水因其含有多種人體所需的微量元素，有益健康，所以受到人們的青睞，其市場(chǎng)前景良好，現(xiàn)已成為國家礦產(chǎn)資源開發(fā)的重要策略。長(zhǎng)陽地區(qū)泉水資源豐富，峰山鄉(xiāng)一處泉水年出水量較大，遠(yuǎn)超山下居民用水需求量，且泉水口感清甜，鄉(xiāng)政府?dāng)M將剩余水量作飲用天然礦泉水開發(fā)。飲用天然礦泉水的投資開發(fā)國家管理較嚴(yán)格，僅水質(zhì)方面，國家標(biāo)準(zhǔn)《飲用天然礦泉水》(GB 8537—2008)［1］要求的指標(biāo)多達(dá) 40項(xiàng)，且較一般礦泉水和生活飲用水要求嚴(yán)格。作為待開發(fā)的水源，僅水質(zhì)達(dá)標(biāo)仍然不夠，還需要有穩(wěn)定充足的水量供應(yīng)。加上人文地理環(huán)境等限制，一處好的飲用天然礦泉水水源就顯得十分寶貴。本文主要就長(zhǎng)陽峰山鄉(xiāng)一處山泉水源在勘察的基礎(chǔ)上作微量元素分析，確定該泉的水質(zhì)和水源用于投資開發(fā)的適宜性。

2 研究方法

礦泉水水源理論上要求來自深層地下水，但是有些水源因?yàn)樾纬稍虮容^復(fù)雜，從露頭尺度上很難判斷泉水是否來自深層地下水。所以水文勘查的同時(shí)，對(duì)泉水可能來源做微量元素分析，了解可能來源與待開發(fā)泉水間的關(guān)系，為判斷泉水的真正來源提供科學(xué)依據(jù)。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)勘查

長(zhǎng)陽地處鄂西南山區(qū)，其地屬新生代以來強(qiáng)烈隆起的云貴高原東尾部向平原過渡地帶。境內(nèi)震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、三疊系、二疊系、白堊系、下第三系及第四系地層均有出露。地層在長(zhǎng)期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，各地質(zhì)構(gòu)造形成了一系列復(fù)式褶皺及其相配套的斷裂，而且古老巖層強(qiáng)烈變質(zhì)。長(zhǎng)陽峰山鄉(xiāng)泉水點(diǎn)所在山體主要由灰色片狀泥巖和灰?guī)r組成，植被覆蓋較好。泉水出露處位于半山腰，海拔261 m，泉水形成的潭中心有一股涌流，旁邊有山澗一同匯合流到山下，山下300口村民的飲用水就來自這個(gè)潭(以下簡(jiǎn)稱下潭)。山體同一側(cè)海拔高出約64 m處有一個(gè)溶洞，溶洞中央凹陷處有一個(gè)潭(以下簡(jiǎn)稱上潭)，潭中心可以看到水流自下向上涌，兩潭可能位置關(guān)系如圖1。溶洞面積約300 m2，潭口面積約30 m2，洞內(nèi)存在蝙蝠等生物活動(dòng)，在地面形成約40 cm厚的沉積物(小動(dòng)物的尸體、糞便等)。據(jù)當(dāng)?shù)厝嗣枋?，這個(gè)溶洞中的潭水就是下潭的水源所在，四季不斷流，水量很足，用不完。但露頭尺度上，未見兩潭聯(lián)通。該泉的涌水量較大，確實(shí)是開發(fā)利用的有利條件，但要確定該泉是否適合開發(fā)，還需要解決3個(gè)問題:①水質(zhì);②兩潭水源;③兩潭相互關(guān)系。

解決以上問題，傳統(tǒng)方法是經(jīng)過至少一年的跟蹤水文地質(zhì)調(diào)查和水質(zhì)全分析，頻率為每半月或者每月1次［2］，必要時(shí)還需要打鉆取樣。泉水點(diǎn)所在地區(qū)層巒疊嶂，3 km內(nèi)不通車，按傳統(tǒng)辦法，勢(shì)必費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且需一筆不小的經(jīng)濟(jì)投入。本項(xiàng)目根據(jù)湖北省降水量變化特征分別于2013年1月3日和5月9日到峰山鄉(xiāng)泉水點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，并在5月9日采集水樣進(jìn)行微量元素分析。

圖1 兩潭位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of location of two puddles

2.2 微量元素分析

飲用天然礦泉水水質(zhì)檢測(cè)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8538—2008中對(duì)礦泉水的采樣、保存、樣品前處理、檢測(cè)等都做了明確的規(guī)定，本研究部分參照?qǐng)?zhí)行。

2.2.1 水樣采集

5月份是當(dāng)?shù)赜晁渑娴臅r(shí)節(jié)，與擬開發(fā)泉水可能有關(guān)系的水源均無缺失。分別采集匯入下潭的3條山澗的水樣S1、S2、S3，下潭泉心水樣S4，下潭水與山澗匯流水樣S5，上潭泉心水樣S6，具體采集和保存方法執(zhí)行 GB/T 8538［3］。

2.2.2 檢測(cè)方法

水文勘查過程中，準(zhǔn)確快速地提供水質(zhì)情況十分必要，所以水中微量元素分析需要選擇準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)方法。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8538—2008規(guī)定的微量元素的檢測(cè)方法及其檢測(cè)范圍如表1。

張利民等［4］在國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP－AES法)對(duì)水中10種微量元素進(jìn)行測(cè)定(表2)。

劉麗萍等［5］也在國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP－MS法)對(duì)飲用水中的23種元素進(jìn)行了測(cè)試(表3)。

將后兩種方法與國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，從操作程序的簡(jiǎn)便性和連貫性來看，ICP－AES法和 ICP－MS法明顯優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法。從檢測(cè)的靈敏度來看，ICP－MS法則更具優(yōu)勢(shì)。所以本研究采用ICP－MS法來分析泉水樣品中的微量元素。

2.2.3 儀器試劑

本文主要討論微量元素分析，主要檢測(cè)設(shè)備為ICP－MS(Aglient7500a)。微量元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法參考文獻(xiàn)［5］的研究方法。

表1 GB/T 8538規(guī)定檢測(cè)方法及測(cè)量范圍Table 1 Detection methods and measuring range about GB/T 8538

表2 ICP－AES法測(cè)定水中10種微量元素的檢測(cè)范圍Table2 Detection range of ten trace element in water by ICP-AES mg/L

表3 ICP－MS法測(cè)定礦泉水中的23種元素的檢出限Table 3 Detection Limit of 23 elements in mineral springs by ICP-AES μg/L

2.2.4 樣品前處理

待測(cè)樣品用已純化硝酸酸化，使其酸度為1%(V/V)。

3 結(jié)果與討論

3.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況

由于兩潭潭口面積較大，現(xiàn)有的流量計(jì)無法直接獲得流量數(shù)據(jù)，所以本文只提供地表徑流和匯流的流量數(shù)據(jù)。兩次測(cè)得的水溫、pH值和流量如表4所示。數(shù)據(jù)顯示，地表徑流的水溫、流量隨季節(jié)變化較大，受當(dāng)?shù)貧鉁睾徒邓坑绊戄^大。上潭水溫變化較小，水溫＞26℃，屬于微溫泉［6］。下潭水溫變化也較大，且水溫與一般地表徑流水溫存在明顯差異。匯流與山澗的流量差顯示下潭在1月和5月涌流量無明顯差異，表明下潭水源中存在地下水補(bǔ)給。下潭涌流總量預(yù)計(jì)超過2 000 m3/d，山下村民用水約50 m3/d，如剩余水量全部用于開發(fā)，該泉屬中型規(guī)模［7］。

3.2 微量元素測(cè)定結(jié)果與分析

本研究使用的設(shè)備與劉麗萍等使用的是同一型號(hào)，實(shí)驗(yàn)條件參照該研究。結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)微量元素要求，分別對(duì)峰山鄉(xiāng)的6個(gè)泉水樣品中的18種微量元素進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)定過程中對(duì)樣品平行測(cè)定3次，測(cè)定結(jié)果均值如表5。由于設(shè)備精度較高，檢出下限遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)方法，為了與國家標(biāo)準(zhǔn)限值對(duì)應(yīng)，且便于數(shù)據(jù)分析，檢測(cè)結(jié)果均以mg/L表示，保留兩位有效數(shù)字。

表5 水樣中微量元素測(cè)定結(jié)果Table5 Determination results of trace element in water sample

水樣中微量元素含量與國家標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)比，S4、S5、S6 三個(gè)水樣Sr含量 ＞0.20 mg/L，符合 GB 8537 界限指標(biāo)要求，且其他限量指標(biāo)也符合要求。其他水樣界限指標(biāo)均不達(dá)標(biāo)。

將水樣的微量元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，比較6個(gè)水樣的相似性，分析所得相關(guān)系數(shù)如表6所示。數(shù)據(jù)顯示S4、S5、S6三個(gè)水樣間的相關(guān)系數(shù)較高，其中S4－S6相關(guān)系數(shù)為0.993，接近1，表明S4和S6之間高度相關(guān)，可以認(rèn)定兩潭水樣同源。通過溫度的變化差異來看，上潭應(yīng)該是來源于的地下水的補(bǔ)給，而下潭系上潭經(jīng)淺層暗道(裂隙)流下，在海拔361 m處地表出露。S4－S5間相關(guān)系數(shù)是 0.984，＞0.95，表明 S5與S4也是顯著相關(guān)的，但同源性較S4－S6差。S4、S5、S6 與 S1、S2、S3 的相關(guān)系數(shù)均 ＜0.95，表明他們之間不顯著相關(guān)。從匯流水樣與下潭水樣相似性更好來看，表明匯流中大部分水量來自下潭。

表6 樣品相似性矩陣Table 6 Similaritymatrix of sample

4 結(jié)語

(1)下潭水和上潭水同源，且都是地下水，水質(zhì)較好，符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。地下水源頭水溫＞25℃，符合富鍶飲用天然礦泉水要求。泉水流量較大，屬中型礦泉，且流量穩(wěn)定。峰山鄉(xiāng)泉水點(diǎn)可初步認(rèn)定為有充足穩(wěn)定水源的中型微溫飲用天然礦泉水水源地，適合投資開發(fā)。

(2)雖然上潭、下潭和匯流水質(zhì)都符合飲用天然礦泉水水質(zhì)要求，但地表徑流隨環(huán)境變化較大，不宜混入待開發(fā)水源中，應(yīng)采取隔離措施。

(3)下潭水源自上潭，水質(zhì)受上潭影響較大，應(yīng)采取措施改善上潭潭口環(huán)境，防止生物活動(dòng)對(duì)泉水造成污染。

微量元素分析科學(xué)快速地確定了礦泉水的水質(zhì)，礦泉水的源頭以及與臨近水源之間的關(guān)系，縮短投資決策時(shí)間，減少了前期投入，有效地指導(dǎo)投資方向。

［1］GB 8537—2008，飲用天然礦泉水［S］.

［2］GB/T 13727—1992，天然礦泉水地質(zhì)勘探規(guī)范［S］.

［3］GB/T 8538—2008，飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法［S］.

［4］張利民，楊麗君，張吉才，等.ICP—AES測(cè)定飲用天然礦泉水中10種微量元素［J］.光譜實(shí)驗(yàn)室，2005(1):142－144.

［5］劉麗萍，張妮娜，張嵐，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定礦泉水中23種元素［J］.質(zhì)譜學(xué)報(bào)，2005(1):27－31.

［6］楊振芳.礦泉水的分類［J］.黑龍江水利科技，2005，4(33):35.

［7］陶慶法.勘查開采地?zé)?、礦泉水和地下水資源的監(jiān)督管理［C］∥劉時(shí)彬.全國地?zé)岙a(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005:203－208.