田小林

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000)

夜郎壩構(gòu)造盆地位于貴州省桐梓縣中部夜郎鎮(zhèn)及新站鎮(zhèn)一帶，總體呈環(huán)狀分布，主要發(fā)育侏羅系(J)互層狀砂巖及泥巖地層，盆地中多處泉水點(diǎn)及地下水機(jī)井水質(zhì)中鍶(Sr)含量異常偏高，大部分達(dá)到現(xiàn)行國(guó)家飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)要求，反映了該區(qū)具有明顯的鍶異常顯示，同時(shí)揭示了夜郎壩構(gòu)造盆地具備鍶型飲用天然礦泉水形成的良好水文地質(zhì)條件。隨著貴州省大力發(fā)展飲用天然礦泉水產(chǎn)業(yè)及地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)優(yōu)質(zhì)礦泉水的需求，加大對(duì)該區(qū)礦泉水成因及賦存特征的綜合分析研究，對(duì)科學(xué)合理勘查及開發(fā)該區(qū)礦泉水資源尤為重要，同時(shí)也為其它類似構(gòu)造盆地區(qū)域礦泉水資源的研究具有一定的參考和借鑒意義。

1 研究區(qū)概況

夜郎壩地區(qū)地在區(qū)域上位于川黔南北向構(gòu)造帶與北東向構(gòu)造帶交接復(fù)合部位，揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱之畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)與鳳岡北北東向構(gòu)造變形區(qū)接壤地帶，區(qū)域構(gòu)造形跡以北東向、北北東向及近南北向褶皺、斷裂為主[1]，受多期構(gòu)造應(yīng)力擠壓變形和交接復(fù)合作用，形成一系列北北東向復(fù)雜而規(guī)律的封閉褶皺，夜郎壩向斜即為封閉褶皺中環(huán)狀構(gòu)造盆地之一，由捷陣溪、勝利及新站三支箕狀向斜分別按N30°E、N55°E及N75°E相交構(gòu)成，交匯點(diǎn)位于夜郎鎮(zhèn)附近的夜郎河谷，是盆地的中心及最低處，高程540 m左右，盆地四周群山環(huán)繞，高程1 100 m左右，由盆地中心至盆地外緣為侵蝕斜坡，地形起伏大，相對(duì)高差600 m左右。盆地發(fā)育地層主要由侏羅系(J)紫紅色砂巖及泥巖互層狀沉積而成，砂巖富含基巖裂隙水，泉水點(diǎn)一般流量10～30 m3/d、地下水機(jī)井涌水量50～200 m3/d，水質(zhì)中鍶(Sr)含量0.1～2.0 mg/L；盆地外緣主要發(fā)育三疊系(T)及二疊系(P)碳酸鹽巖，富含豐富的巖溶水，因侏羅系(J)砂巖含水層之間互層狀分布的泥巖阻水作用，決定了盆地外緣巖溶水與盆地中基巖裂隙水之間無水力聯(lián)系產(chǎn)生，造就了研究區(qū)是以侏羅系砂巖為含水層、具有獨(dú)立補(bǔ)徑排條件的淺埋沉積盆地型儲(chǔ)水構(gòu)造，地下水形成條件較好，存在明顯的鍶異常及富集成為鍶型礦泉水的條件(圖1)。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)略圖

2 水文地質(zhì)條件

2.1 含水巖組

含水巖組是控制地下水形成、分布和富集的關(guān)鍵因素，主要體現(xiàn)為含水巖組的富水性[2]。研究區(qū)出露地層由盆地中心至外緣環(huán)狀分布侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)、遂寧組(J2sn)、上沙溪廟組(J2s)、下沙溪廟組(J2x)及自流井群(J1-2zl)，主要巖性以砂巖和泥巖不等厚互層狀產(chǎn)出，其中砂巖風(fēng)化裂隙、層間裂隙和構(gòu)造裂隙較為發(fā)育，一般泉流量0.005～2.0 L/s、枯季地下水徑流模數(shù)1～2 L/s·km2、鉆孔單位涌水量0.01～0.3 L/s·m，總體富水性弱，但相對(duì)泥巖較強(qiáng)，是區(qū)內(nèi)地下水的主要含水層，泥巖則因弱透水性而構(gòu)成砂巖含水層之間的隔水層，其富水性極弱，基本不含或含有很少的地下水。根據(jù)鉆孔揭露地層結(jié)構(gòu)顯示，同一含水巖組中砂巖層因泥巖阻隔形成的層數(shù)多達(dá)6～8層，一般厚度25～40 m，而泥巖厚度一般為20～30 m。以上情況說明砂巖是區(qū)內(nèi)地下水主要含水層，亦揭示鍶(Sr)元素的富集乃至礦泉水的形成與砂巖密切相關(guān)。

2.2 地下水補(bǔ)給

研究區(qū)地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，其次為夜郎河地表水滲入補(bǔ)給，不同地層因分布及含水層結(jié)構(gòu)的不同其補(bǔ)給條件差異極為明顯[3]。上沙溪廟組(J2s)、遂寧組(J2sn)及蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)地層在盆地中大面積出露，補(bǔ)給區(qū)分布面積廣，加之處于盆地中部，地形相對(duì)較為平緩，極有利于大氣降水和地表河水入滲補(bǔ)給，地下水補(bǔ)給條件較好；自流井群(J1-2zl)及下沙溪廟組(J2x)地層出露于盆地內(nèi)側(cè)邊緣，呈條帶狀環(huán)形展布，補(bǔ)給區(qū)分布面積小，加之處于盆地斜坡近頂部，地形坡度較陡，地下水補(bǔ)給條件較差。另外，由于區(qū)內(nèi)含水巖組在垂向上均為砂巖與泥巖的互層狀產(chǎn)出，地下水在上下砂巖含水層之間補(bǔ)給及運(yùn)移途徑受阻，致使同一含水層主要依托在地表出露端接受補(bǔ)給，出露面積越大、補(bǔ)給條件越好，反之則越差。

2.3 地下水徑流

區(qū)內(nèi)地下水的徑流主要受地形地貌、地層巖性及含水層結(jié)構(gòu)綜合控制。由于盆心低矮、地形平緩，四周群山環(huán)抱、坡度較陡，地下水在重力和靜水壓力作用下，總體由盆地四周向盆心徑流，無統(tǒng)一的徑流方向，在平面上屬分散徑流類型。含水巖組由砂巖和泥巖垂向互層狀構(gòu)成，受泥巖的阻水作用，限制地下水只能在同一層砂巖含水層中運(yùn)移和徑流，在垂向上表現(xiàn)為多層運(yùn)移、各自徑流的特點(diǎn)，且地下水一般具有承壓性，越往盆地中心水頭壓力越大，承壓性越強(qiáng)，如區(qū)內(nèi)Z1—Z3號(hào)機(jī)井靜止水位均為0 m、Z4號(hào)機(jī)井為自流(水頭+0.2 m)。另外，受中間低、四周高地形地貌的控制，從盆地外緣至盆底斜坡地帶地下水徑流較為迅速，在盆地中部因地形相對(duì)平緩而地下水徑流相對(duì)滯緩(表1)。

表1 地下水機(jī)井特征統(tǒng)計(jì)表

2.4 地下水排泄

區(qū)內(nèi)地下水的排泄主要受地形地貌、地層巖性及區(qū)域最低排泄基準(zhǔn)面控制，排泄方式主要有天然排泄和人工排泄兩種。在盆地斜坡地帶，一方面因地形侵蝕切割含水層，切斷了地下水的運(yùn)移和徑流通道，地下水則以基巖裂隙泉形式天然排泄，另一方面因含水層之間或砂巖與泥巖之間含水性的差異，受弱富水性巖層阻隔，地下水則在地勢(shì)相對(duì)低洼或裂隙發(fā)育的接觸帶以泉的形式天然排泄，這兩種排泄方式的地下水因大多處于補(bǔ)給區(qū)，徑流途徑短，排泄量一般較小，如S1—S3號(hào)基巖裂隙泉，流量0.01～0.2 L/s。在盆地中部地區(qū)，地下水主要受夜郎河最低排泄基準(zhǔn)面控制，常以泉的形式天然排泄于夜郎河，因徑流途徑長(zhǎng)且處于地下水富集區(qū)，排泄量一般相對(duì)較大，如S6和S8號(hào)泉，流量分別為0.3 L/s和0.35 L/s。人工排泄主要通過地下水機(jī)井實(shí)現(xiàn)，這種排泄方式因鉆孔揭露含水層數(shù)多、厚度大，排泄量通常較大，如Z1—Z4號(hào)機(jī)井，涌水量達(dá)68.6～146.88 m3/d。

3 礦泉水成因

3.1 水化學(xué)特征

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)不同含水巖組13組水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果(表2)，夜郎壩構(gòu)造盆地內(nèi)地下水溫18℃～20℃，pH值6.4～8.5，鍶(Sr)含量0.11～1.96 mg/L，礦化度(TDS)54.35～623.43 mg/L，偏硅酸(H2SiO3)含量0.5～26.7 mg/L，游離CO2含量4.07～14.24 mg/L，水化學(xué)類型主要為HCO3-Ca型，個(gè)別為HCO3-Ca·Na型、HCO3-Na·Ca型、HCO3·SO4-Ca型及HCO3·SO4-Na型[4]，總體屬冷水、淡水、中性偏弱堿性水、重碳酸型水和富鍶水。依據(jù)飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)[5]，鍶型礦泉水的鍶含量界限為≥0.20 mg/L，且當(dāng)鍶含量在0.2～0.4 mg/L時(shí)水溫應(yīng)在25℃以上，由于區(qū)內(nèi)地下水溫度均≤20℃，故將鍶型礦泉水中鍶含量界限定為≥0.4 mg/L，據(jù)此統(tǒng)計(jì)出區(qū)內(nèi)13處泉水點(diǎn)及地下水機(jī)井中鍶含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的有8處，占檢測(cè)總數(shù)的61.5%，不達(dá)標(biāo)的有5處，但含量也在0.11～0.37 mg/L，表明研究區(qū)地下水中鍶含量豐富，富鍶礦泉水資源分布廣泛。

表2 水質(zhì)檢測(cè)主要成果統(tǒng)計(jì)表

3.2 地球化學(xué)環(huán)境

礦泉水的形成與其所處地球化學(xué)環(huán)境密切相關(guān)。研究區(qū)礦泉水的含水層主要為砂巖，按礦物成份可分為石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖、巖屑砂巖及鈣質(zhì)砂巖，主要成份均為二氧化硅(SiO2)，砂巖結(jié)構(gòu)孔隙充填有大量膏巖(CaSO4)，而鍶元素在大自然中雖然普遍存在，但一般難以獨(dú)立成礦，常以天青石(SrSO4)及菱鍶礦(SrCO3)等含鍶礦物形式賦存在膏巖中[6]。根據(jù)研究區(qū)水化學(xué)特征，地下水中主要陰離子為HCO3-、陽離子為Ca2+，并含有一定量的游離CO2，綜合表現(xiàn)為大氣降水或地表水入滲補(bǔ)給形成的淺埋型地下水，少量地下水類型為HCO3·SO4型，并含有較高含量的Na+，應(yīng)屬地下水溶濾膏巖和砂巖中鈉長(zhǎng)石礦物所致。鍶是礦泉水中標(biāo)性元素之一，與Ca2+同族、性質(zhì)相似[7]，區(qū)內(nèi)地下水溶濾天青石及菱鍶礦的同時(shí)，石膏也發(fā)生水解，是水化學(xué)類型多為HCO3-Ca型的主要原因之一；根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水鍶含量與礦化度對(duì)比分析，兩者呈正相關(guān)性，顯示溶濾作用越強(qiáng)、礦化程度越高，則鍶元素越富集，而溶濾作用的強(qiáng)弱與地下水徑流途徑、速度及時(shí)間密切相關(guān)，在盆地中心地下水徑流途徑相對(duì)較遠(yuǎn)，運(yùn)移速度滯緩、溶濾時(shí)間較長(zhǎng)，有利于鍶元素富集并形成礦泉水。

圖2 礦泉水成因模式剖面示意圖

3.3 礦泉水成因模式

根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)條件及地球化學(xué)環(huán)境，夜郎壩構(gòu)造盆地為環(huán)狀向斜構(gòu)成的淺埋沉積盆地型儲(chǔ)水構(gòu)造，其成因模式為：大氣降水從盆地邊緣和盆地內(nèi)斜坡地帶進(jìn)入侏羅系各地層砂巖含水巖組形成地下水，在徑流和運(yùn)移途中不斷溶解、淋濾砂巖中填充的天青石(SrSO4)及菱鍶礦(SrCO3)等含鍶膏巖礦物，致使地下水中鍶元素不斷富集而形成富鍶水，在盆地中心因地勢(shì)低洼和地形相對(duì)平緩，地下水徑流途徑長(zhǎng)、運(yùn)移速度慢、溶慮時(shí)間久、礦化程度高，鍶元素進(jìn)一步富集而形成鍶型礦泉水(圖2)。

4 礦泉水賦存特征

4.1 礦泉水分布特征

礦泉水的分布主要受含水巖組展布及水文地質(zhì)條件控制，區(qū)內(nèi)富鍶礦泉水的含水巖組包括侏羅系各砂巖地層，在平面上呈環(huán)狀展布。在盆地邊緣和盆地內(nèi)斜坡地帶的地下水補(bǔ)給區(qū)及徑流區(qū)，由于地形坡度較大、巖層產(chǎn)狀較陡，地下水徑流速度較快，加之徑流途徑較短，從而致使地下水溶慮圍巖時(shí)間短，鍶含量一般較低，達(dá)不到飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)要求，但相對(duì)大氣降水或地表水鍶含量較高，可稱之為富鍶水，如S1—S3號(hào)泉水點(diǎn)鍶含量為0.11～0.21 mg/L。在盆地中心區(qū)域地下水排泄區(qū)或富集區(qū)，因地形相對(duì)平緩，地下水徑流速度緩慢甚至停滯，溶慮圍巖時(shí)間久，鍶含量普遍較高，出露泉水點(diǎn)或地下水機(jī)井中鍶含量一般在0.4～1.96 mg/L。因此，區(qū)內(nèi)富鍶水一般分布在環(huán)狀向斜盆地邊緣或盆地內(nèi)斜坡地帶，富鍶礦泉水則分布于盆地中心區(qū)域。

4.2 礦泉水埋藏特征

礦泉水的埋藏主要受含水巖組埋藏條件制約[8]，區(qū)內(nèi)富鍶礦泉水主要賦存于侏羅系砂巖含水巖組中，不同深度內(nèi)均為砂巖與泥巖交替組合，斷裂構(gòu)造極不發(fā)育，受互層狀泥巖阻水作用，上下含水層之間無水力聯(lián)系產(chǎn)生，因而其埋藏條件存在較大差異。上部含水層因直接暴露地表而顯示潛水特征，其所含礦泉水極易受大氣降水或地表水稀釋而導(dǎo)致鍶含量偏低，甚至達(dá)不到飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)要求，如區(qū)內(nèi)S1—S9泉水點(diǎn)鍶含量為0.11～0.84 mg/L；下部含水層因受相鄰上下泥巖阻水作用而顯示承壓水特征，其所含礦泉水只接受盆地邊緣裸露區(qū)大氣降水補(bǔ)給，徑流過程中不易或很少受到其它水源稀釋，加之深部壓力較大、溫度相對(duì)略高、地下水徑流滯緩等地球化學(xué)環(huán)境影響，溶解度增加，鍶含量相對(duì)較高，如區(qū)內(nèi)Z1—Z3號(hào)機(jī)井鍶含量為0.26～1.96 mg/L，且有隨含水層埋深增加礦泉水富鍶含量增高的趨勢(shì)。

4.3 礦泉水富集特征

區(qū)內(nèi)富鍶礦泉水的富集主要受地層巖性、地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造綜合控制，表現(xiàn)為地下水的富集和鍶元素的富集兩個(gè)方面。首先地下水主要在侏羅系砂巖含水層裂隙中運(yùn)移和徑流，受盆心低矮、群山環(huán)抱地形制約，地下水主要由盆地四周向盆心徑流并富集；其次由于向斜構(gòu)造核部巖層產(chǎn)狀相對(duì)兩翼較緩，利于地下水富集，三支向斜交匯復(fù)合的盆心地帶受集中構(gòu)造應(yīng)力作用，各種裂隙相對(duì)更為發(fā)育，加之地形較為平坦，極利于地下水富集；從地形及構(gòu)造條件綜合反映，均表明構(gòu)造盆地中心是地下水最為富集的區(qū)域。另外，地下水從盆地邊緣及盆地內(nèi)斜坡地帶向盆心徑流過程中，不斷溶濾富鍶礦物而致使鍶元素逐漸富集，越靠近盆地中心礦泉水徑流途徑越長(zhǎng)、運(yùn)移速度越緩、溶濾時(shí)間越久、富鍶含量越高、礦泉水越富集。因此，研究區(qū)富鍶礦泉水主要富集于夜郎壩構(gòu)造盆地的中心地帶。

5 結(jié)語

(1)夜郎壩構(gòu)造盆地是受多支向斜構(gòu)造控制的環(huán)狀沉積盆地型儲(chǔ)水構(gòu)造，盆地中互層狀分布侏羅系砂巖及泥巖地層，地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給并在砂巖含水層中運(yùn)移和徑流，受地形地貌控制，地下水從盆地四周向盆地中心運(yùn)移過程中不斷溶濾富鍶膏巖礦物而形成富鍶水，在盆地中心地帶有利水文地質(zhì)部位富集形成富鍶礦泉水。

(2)在盆地邊緣和盆地內(nèi)斜坡地帶，是地下水的補(bǔ)給及徑流區(qū)，水動(dòng)力條件相對(duì)迅速，地下水總體具有徑流途徑較短、運(yùn)移速度較快、溶濾時(shí)間較少、礦化程度較低的特點(diǎn)，鍶含量一般較為貧乏，并有隨著含水層暴露地表易于受到大氣降水或地表水稀釋而導(dǎo)致鍶含量降低的趨勢(shì)，主要分布和賦存富鍶地下水；在盆地中心區(qū)域，是地下水的排泄及富集區(qū)，水動(dòng)力條件相對(duì)滯緩，地下水總體具有徑流途徑較長(zhǎng)、運(yùn)移速度較慢、溶濾時(shí)間較久、礦化程度較高的特征，鍶含量一般較為豐富，并有隨著埋深增加鍶含量亦增高的規(guī)律，主要分布和賦存富鍶礦泉水。