摘 要：湘鄉(xiāng)市東山飲用天然礦泉水，賦存于一條走向北東傾向北西的區(qū)域性東臺山斷裂之中，周邊的地層巖性為礦泉水提供了有益元素的來源，該斷裂帶南緞賦存的礦泉水屬偏硅酸型礦泉水，水量豐富，水質(zhì)較好，達到國家飲用天然礦泉水標準，是優(yōu)質(zhì)的天然礦泉水水源地。

關(guān)鍵詞：偏硅酸礦泉水；賦存條件；形成機理

中圖分類號：K928.4 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0342-02

1 概 述

東山天然飲用礦泉水位于湘鄉(xiāng)市東南，湘鄉(xiāng)盆地的東南緣，行政區(qū)劃屬于湘鄉(xiāng)市山棗鎮(zhèn)和梅橋鎮(zhèn)管轄。該礦泉水劃定區(qū)域為區(qū)域性東臺山大斷裂兩側(cè)，礦權(quán)總面積28.4776km2。距離湘鄉(xiāng)市區(qū)僅有3.5km，區(qū)域北面有鐵路、高速公路、國道、省道通過交通十分便利。通過勘察，該礦泉水南段為偏硅酸型礦泉水。

2 賦存條件

2.1 地形地貌

區(qū)內(nèi)地形地貌主要為剝蝕構(gòu)造類型、構(gòu)造剝蝕類型及侵蝕堆積類型。東臺山山脈總體而言，地勢南東高峻，北西低緩，最高點海拔+356.9m，最低標高為+42m，相對高差281m。剝蝕構(gòu)造類型地貌主要廣泛分布于該區(qū)，為由斷層硅化破碎帶及板溪群淺變質(zhì)巖構(gòu)成的高丘陵地貌及花崗巖構(gòu)成的低丘陵地貌。為礦泉水的補徑排提供了有利條件，如圖1。

2.2 地層巖性

區(qū)域內(nèi)岀露地層有板溪群、白堊-第三系、第四系，板溪群地層為儲水構(gòu)造的底板，為良好的隔水層。本區(qū)的巖性主要是硅質(zhì)巖，化學成份為二氧化硅（SiO2）、三氧化二鋁（Al2O3）、三氧化二鐵（Fe2O3）等，為礦泉水提供了較好的物質(zhì)來源。

2.3 水文地質(zhì)

本礦泉水出露所在的含水層為斷層硅化破碎帶，為脆性巖石，裂隙十分發(fā)育，斷層上下盤均為透水性弱的巖層，故礦泉水具有承壓性，水量豐富，為礦泉水提供了較好的運移通道（見圖2）。

2.4 構(gòu)造形跡

東臺山斷裂帶是一條規(guī)模較大的多期活動性斷裂，較近活動期明顯的表明延續(xù)至第三世，它同時是一條斷陷盆地邊緣的大斷裂，其為區(qū)域性含水斷裂帶，斷裂破碎帶厚度較大，其中裂隙孔洞發(fā)育，含水和導水性良好。同時，此斷裂還在多處與北西向的張性斷裂交匯（見圖3）。斷裂帶為礦泉水形成提供了物質(zhì)和運移條件及水化學條件。

2.5 地球化學

根據(jù)鉆孔巖性取樣結(jié)果反映，斷裂帶中硅質(zhì)巖SiO2含量最高，平均達到97.46%（見表1），成為本礦泉水特征元素偏硅酸含量的主要基礎(chǔ)來源。

3 礦泉水形成機理

3.1 水巖作用

（1）巖石礦物成份

本區(qū)內(nèi)巖石中SiO2含量高，含CO2的水與這類礦物發(fā)生作用后，使這些礦物處于溶解一沉淀的平衡狀態(tài)，產(chǎn)生難溶解的次生礦物，當CO2對巖石進一步溶解和離子交換的結(jié)果，水中出現(xiàn)HCO3·SO4-Ca、Mg及H4SiO4，因而形成HCO3·SO4-Ca型或HCO3-Ca+Mg或HCO3-Ca型水。H4SiO4不斷溶解，可形成H2SiO3（偏硅酸），在其含量達到礦泉水界限量指標時，即成為偏硅酸礦泉水。

（2）水巖作用時間和強度對礦泉水組份含量和穩(wěn)定性有著較明顯的影響；礦化度高的礦泉水，說明水巖作用時間長。

（3）CO2對礦泉水的影響：CO2在水巖作用時間長，溶于水中的礦物質(zhì)就愈多。本區(qū)地下水CO2一般都在10mg/L以上，故H4SiO4的含量一般都在30mg/L。

（4）巖石風化程度的影響：風化強度低的斷裂破碎帶，在同樣水巖條件作用下，H4SiO4被吸附數(shù)量少，因而水中偏硅酸含量相對高。因此本礦泉水主要與斷裂帶有關(guān)，偏硅酸含量較高。

3.2 偏硅酸礦泉水的形成重要因素是溫度和壓力。根據(jù)本礦泉水物理化學特征，用下式計算其遷移系數(shù)：

K=M×100/（α·h）

式中：

K——水遷移系數(shù)（無因次）；

M——元素在水中的含量（mg/L）；

h——元素在若石中的含量（%）；

α——水的礦化度（mg/L）。

將本礦泉水中Si02在水中的含量（按平均H2Si03）含量為34.54mg/L進行計算），以及在巖石中的含量（97%）和礦化度（80mg/1），代入上述公式，計算結(jié)果：Si02在礦泉水中的遷移系數(shù)為44.51，屬強遷移強度。據(jù)此認為，本礦泉水的水交替比較強的。

根據(jù)該鉆孔含水段巖石鏡下鑒定和分析結(jié)果，建立該礦泉水形成的水文地球化學模型如下：

①根據(jù)巖石鑒定和分析數(shù)據(jù)證明，巖石以等，因此本模型為硅質(zhì)巖的水解，對硅灰石反應式為：

CaSiO3+2H2O+CO2→CaCO3+H2SiO3+H2O

水解結(jié)果，Si02或H2Si03呈離子狀態(tài)存在于水中。由于硅灰石較易水解，故該反應對形成本礦泉水中的可溶性Si02或H2Si03的含量有重要作用。

②當?shù)叵滤\流速度較暢，水交替較強，鈉長石被分解交換，可以形成三水鋁礦（即巖芯裂脈面上的白色薄膜）及游離二氧化硅等，反應式為：

2NaAlSi3O8+2CO2+4H20→6Si02+Al2O3·3H2O+2NaHCO3

③鉀長石水解結(jié)果，硅質(zhì)從鉀長石中分解遷移出來，硅酸向外擴散遷移，呈離子狀態(tài)存在地下水中，反應式為：

2KAlSi3O8+2CO2+4H20→6Si02+Al2O3·3H2O+2K+2H2CO3

4 結(jié) 論

綜上所述，湘鄉(xiāng)東山飲用天然礦泉水是在特殊的地質(zhì)環(huán)境條件下形成的，是多種地質(zhì)因素綜合作用的結(jié)果。有利的地形條件、地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性為礦泉水提供了運移、存儲和物質(zhì)來源。其富集主要規(guī)律為北東向斷裂與北西向斷裂交匯部位相對富集和地勢低平的沖溝附近相對富集。破碎帶聯(lián)通花崗巖區(qū)，偏硅酸越高。

收稿日期：2018-11-9

作者簡介：黃棟良（1979-），男，高級工程師，碩士研究生，主要從事水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)方面的工作。