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(xù)資源開發(fā)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(zhèn)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(qū)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(fā)利用提供依據。

1 自然地理條件

榔橋鎮(zhèn)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(zhèn)相鄰,蕪黃高速、205國道等交通干線呈近南北走向縱貫區(qū)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(qū)。氣候溫和,雨量充沛,光照資源豐富,春、夏、秋、冬四季分明。區(qū)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(fā)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(zhèn),區(qū)域地貌類型主要為侵入構造剝蝕丘陵。區(qū)域總體地勢中間低、兩側高,南東為志留系下統霞鄉(xiāng)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(qū)區(qū)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(qū)屬下揚子地層分區(qū),區(qū)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(qū)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(guī)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。花崗閃長巖中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(qū)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(fā)育。巖體內發(fā)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(qū)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(fā)育,以張扭性的平移斷層為主,規(guī)模大,延伸遠。

以研究區(qū)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(fā)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(qū)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(qū)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(fā)育的節(jié)理、裂隙組成,分布范圍廣,巖體整體上完整性較好,節(jié)理、裂隙不發(fā)育,局部巖體完整性相對較差,節(jié)理、裂隙較發(fā)育。調查表明花崗閃長巖中節(jié)理性質以剪節(jié)理為主,走向北東東或近東西向,節(jié)理傾角一般大于60°,節(jié)理面平直光滑,延伸穩(wěn)定,節(jié)理縫內一般無填充物。張節(jié)理多為北西或北東走向,傾角相對較緩,一般在40°左右,節(jié)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(qū)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(fā)育的北西向構造形成了良好的儲水和導水通道,加之區(qū)內花崗閃長巖次級構造裂隙和節(jié)理較為發(fā)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(fā)。

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(huán)境監(jiān)測中心(中國地質科學院水文地質環(huán)境地質研究所)分析了穩(wěn)定同位素(18O和2H)及放射性同位素(3H)(表1)。其中,穩(wěn)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?zhí)督M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(xiāng)組;14.唐家塢組;15.中粒花崗閃長巖;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(qū)

由孔內樣品穩(wěn)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(huán)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(huán)。因此,所有現代循環(huán)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(qū)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(tài)變化特征

為掌握天然礦泉水資源的動態(tài)變化規(guī)律,確定其在豐、平、枯水期的動態(tài)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(tài)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(wěn)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(zhèn)馬渡村天然飲用礦泉水的水溫、水量與水質變化動態(tài)穩(wěn)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(guī)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(qū)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(qū)的礦泉水成因類型為斷裂深循環(huán)型。研究區(qū)區(qū)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(fā)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(qū)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(huán),在深部運移過程中穿越不同的圍巖化學環(huán)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(zhèn)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(huán)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(qū)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(huán),在深部運移過程中穿越不同的圍巖化學環(huán)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(tài)觀測,表明地下水水質、水溫、水量動態(tài)穩(wěn)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。