安徽省和县香泉镇老山双泉1号泉饮用天然矿泉水成因分析

李莉莉，王　莉

(安徽省地质环境监测总站，安徽 合肥 230001 )



安徽省和县香泉镇老山双泉1号泉饮用天然矿泉水成因分析

李莉莉，王莉

(安徽省地质环境监测总站，安徽 合肥 230001 )

对安徽省和县香泉镇老山双泉1号泉饮用天然矿泉水赋存的条件进行研究，根据天然矿泉水的特征，分析认为其矿泉水类型为重碳酸钙型含锶饮用天然矿泉水，并从该区的地质构造条件、岩石地球化学条件、水文地球化学条件等几方 研究认为双泉1号泉饮用天然矿泉水成因与其密切相关。

特征；成因分析；矿泉水；锶

1　自然地理概况

安徽省和县香泉镇老山双泉1号泉位于和县香泉镇西侧老山中段老庵山下，东距香泉镇3 km。出露高程为65 m。

和县属北亚热带湿润季风气候，气候温和，雨量适中。多年平均气温15.8℃，多年平均降水量1 065.8 mm，年降水量分布不均，5-8月份约占全年降水量55%，为丰水期，11月份至翌年元月份降水量最少，占年降水量11%，为枯水期，其余月份为平水期。多年平均蒸发量1 452.5 mm。

和县位于长江左岸(此处长江水流向为从南至北)，为长江流域。区内地表水系总体由西南流向北东，以老山为分水岭，西北侧汇入夹山关水库，经驻马河、滁河流入长江；东南侧汇入戎桥水库，经石跋河注入长江。

区内西北部和东北部为沿江丘陵区，海拔多在58.7～217.3 m之间，最高峰为老山，标高217.3 m，东南部和中北部为浅丘状平原，海拔在18.1～63.8 mm之间，最低处18.1 m。在地貌上属长江中下游北岸丘陵与平原结合部，而香泉镇西侧老山一带勘查区则以丘陵为主。区内山体走向与地质构造密切相关，多呈北东向展布。双泉1号泉所处地貌单元为高丘，泉点出露于山脚。

2　矿泉水赋存的地质背景

2.1矿泉水赋存的地质条件

2.1.1地层岩性

区地层区划属扬子地层区下扬子地层分区。区内90%的面积为基岩裸露区，岩石露头主要分布于中部，呈北东向展布，略呈“S”型，形成丘陵区。仅在西北角及中部沟渠两侧、山前田畈一带有少量第四系覆盖。出露的基岩地层，由于受断裂构造影响，多有缺失而不连续，自志留系至三叠系，仅见有志留系下、中统、泥盒系上统、二叠系、三叠系下、中统等。境内岩浆岩不发育。

2.1.2地质构造

本区在大地构造上处于扬子准地台下扬子台坳沿江拱断褶带巢湖穹断褶束及安庆凹断褶束内，位于淮阳山字型构造前弧东翼。除山字型前弧东翼北向构造外，东西向构造本地区也有表现。在上述构造体系的联合作用下，区内形成了一系列北东向、北西向及东西向的褶皱和断裂。但以北东向为主，北西向次之。

区内主体褶皱为金城—张家衡向斜的西南端。金城—张家衡向斜轴向25°～50°，呈“S”型展布。勘查区内轴向30°。向斜核部位于小山尾至张家衡一线，地层为三叠系南陵湖组、和龙山组、殷坑组。核部隆起，核部地层形成次一级的小背斜构造。向斜两翼地层从上至下依次为二叠系龙潭组、栖霞组、泥盆系五通组、志留系坟头组、高家边组。由于受北东向断裂构造影响，向斜地层，产状不连续。两翼地层产状向核部倾斜，即西北翼向东南倾，东南翼向西北倾，为正常主体向斜构造，而核部地层产状向两侧倾斜，即西北翼向西北倾，东南翼向东南倾，为次一级背斜构造。

区内断裂构造较为发育，但以北东向为主，次为北西向。

老山双泉1号泉出露于淮阳山字型前弧东翼北东向构造带中金城—张家衡向斜西南端西北翼—北东向断裂带附近。

2.2矿泉水赋存的水文地质特征

2.2.1含水岩组及其富水性

根据地下水赋存条件和含水介质、水力特征，本区地下水可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和碳酸盐岩类裂隙岩溶水三大类。

松散岩类孔隙含水岩组由第四系芜湖组和下蜀组组成。分布区内河溪两旁、沟谷洼地一带埋藏浅，0～15 m。下蜀组主要为砂质、粉砂质黄土质粘土，为不含水松散层。局部地段上部见有粉细砂、砂砾，孔隙性中等，含孔隙潜水，潜水位1～3 m，富水性10～100 m3/d，水质HCO3-Na·Ca型，溶解性总固体500～1 000 mg/L。pH值7～7.5。芜湖组主要由粘土、砂质粘土、淤泥质亚砂土、淤泥质粉细砂、含砾中一细砂等组成。粘土类、淤泥质亚砂土、含水微少；含砾中一细砂砂层，含孔隙潜水。水位埋深0.2～3 m。富水性<100 m3/d，局部地段大于100 m3/d。水质为HCO3-Ca型、HCO3-Na·Ca型，溶解性总固体500～1 000 mg/L。pH值7～7.5。

碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组主要由志留系高家边组、坟头组、泥盆系五通组，二叠系孤峰组、大隆组等组成。主要分布于勘查区东南侧和西北侧及中部彭家凹一李家凹—老庵山一线及果子山—小李家一线。岩性主要为页岩、砂质页岩、长石石英砂岩、石英砂岩、粉砂岩、砂砾岩、砾岩等。该类岩石由于受构造作用。节理裂隙、构造断裂较为发育，部分岩石孔隙也相对发育。由于孔隙裂隙发育程度不同，富水性差别较大，可分为100～500 m3/d和10～100 m3/两个级别。水质类型以HCO3-Ca型为主，次为HCO3-Na·Ca型。溶解性总固体500～1 000 mg/L，pH值7～8。

碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组主要由二叠系栖霞组、三叠系南陵湖组、和龙山组、殷坑组组成。主要分布于老山东南侧和小尾山至小前山一带。岩性为灰岩、硅质灰岩、泥质灰岩、沥青质灰岩等。该类岩石构造裂隙、层间裂隙和溶洞较为发育。因此富含裂隙岩溶水。但富水性受岩性构造、地貌、水文气象因素影响较为明显，变化较大。泉流量一般<10 L/s，溶解性总固体<1 000 mg/L。pH值7.5～8。

2.2.2断裂带水文地质特征

区内断裂构造主要为北东向和北西西向两组。北西西向多为张性断裂，据1∶20万水文地质资料介绍，均为充水断裂。北东向断裂，多为压性逆断层，不利于地下水的运移和富集，因此多数富水性较差。但勘查区内F3断层，所处的地质构造条件有利于地下水活动，因而形成了阻水充水导水断裂。

F3断层的两侧，地层产状均向F3断层倾斜，而且两侧的岩性也多为含水丰富的碳酸盐岩类岩石，地下水很容易顺岩层层间裂隙向F3断层富集。由于地下水的长期活动，使得F3断层的富水性越来越强。沿断层带，在地貌上也常形成山冲、谷凹，实为地下水长期活动之痕迹。断层两侧，见有多处泉眼出露。

3　矿泉水特征

3.1水质

双泉1号矿泉水水质清澈透明、无色、无臭、口感甘甜。长期观测，水温稳定，在17℃左右。多次检测，双泉1号泉矿泉水感官指标良好，符合国标《饮用天然矿泉水》(GB8537-2008)要求。

枯水期、平水期、丰水期三个不同季节的水样，经检测其主要常规组分含量稳定，HCO3-含量372.33～395.31 mg/L，Ca2+含量148.0～154.18 mg/L，总硬度(以CaCO3计)385.8～399.03 mg/L，溶解性总固体616～624.4 mg/L，pH值7.08～7.48。双泉1号泉矿泉水中锶含量为0.434～0.509 mg/L，变化稳定，达到了界限指标的要求。各项限量指标的结果均在规定的范围之内，符合国家标准。各项污染物指标均小于国家规定标准，且有多期监测数据作对比，说明双泉1号泉矿泉水未受污染，符合国标《饮用天然矿泉水》(GB8537-2008)要求。微生物指标符合国标《饮用天然矿泉水》(GB8537-2008)要求。常量组分中阴离子以重碳酸根为主，阳离子以钙离子为主，因此定名为“重碳酸钙型含锶饮用天然矿泉水”。

3.2水量及动态变化

双泉1号泉自发现以来，自流量动态变化较稳定。勘查期间对双泉1号泉进行了近一年时间的动态观测。结果表明，泉水水温基本恒定，不同季节观测，为17℃左右，受气温变化影响较小；自流量不同季节、不同天气稍有变化，降水对其有一定的影响。降水对其流量的影响主要是因为降雨后泉眼周边残坡积层水汇入泉水中导致流量变大。经三角堰观测，最小流量(堰口水头高6.00 cm)1.243 L/s，日流量107.42 m3；最大流量(堰口水头高9.2 cm)3.62 L/s，日流量312.77 m3。勘查期间的降水量对双泉1号泉有一定影响，气温变化对水温影响不甚明显，见图1。三期水样检测报告显示，双泉l号泉泉水中各主要成份及达标元素等含量变化稳定，不受季节变化影响。

综上所述，经过一年的动态观测，双泉1号泉水温、自流量，水质变化较为稳定，其泉水具深循环性。

4　成因分析

4.1矿泉水形成的地质构造条件

地下水的运移和富集既与地层、岩性有关，又受地质构造控制。区内主体褶皱为金城—张家衡向斜的西南端。金城—张家衡向斜轴向25°～50°，呈“S”型展布，勘查区内轴向30°，向斜核部位于小山尾至张家衡一线，地层为三叠系下统殷坑组、和龙山组和南陵湖组。核部隆起，形成次一级的小背斜构造。向斜两翼地层从上至下依次为二叠系龙潭组、栖霞组、泥盆系五通组、志留系坟头组、高家边组。由于受F2、F3等北东向断裂构造影响，向斜地层，产状不连续。两翼地层产状向核部倾斜，即西北翼向东南倾，东南翼向西北倾，为正常主体向斜构造，而核部地层产状向两侧倾斜，即西北翼向西北倾，东南翼向东南倾，为次一级背斜构造。

区内碳酸盐岩类地层，常呈厚层状、薄层状展布。相间排列的溶沟溶槽、溶穴顺层而发育，也有随着褶皱产状的变化延伸发育至主背、向斜核部。因此，裂隙岩溶水赋存的顺层性，决定了地下水的入渗、运移受其顺层性发育的不同岩溶形态的制约，最后汇集于复式褶皱的主背、向斜核部，形成裂隙岩溶水的富集带。区内断裂构造十分发育，北东向和北西西向断裂纵横交错。其结构面力学性质均系张性、张扭性，多呈锯齿状、开启程度好，其断裂空间由于导水性强，地下水易于活动致使岩溶发育有利，这为地下水的移运和富集提供了理想的通道和赋存空间。特别是F3断层两侧层间裂隙十分发育地层，其产状均向F3断层倾斜，使得两侧的地下水均向F3断层径流和富集，而在构造和地貌有利部位得以泉的形式出露于地表。因此，沿F3断裂两侧泉点分布较多，双泉1号泉则是其中之一，见图1。

图1　双泉1号泉矿泉水形成示意图

4.2矿泉水形成的岩石地球化学条件

矿泉水的形成离不开原岩的化学成分，区内与形成矿泉水水质有关的岩石主要为碳酸盐岩。据安徽省区域地质志资料，二叠系和三叠系的石灰岩的主要成分CaO53%，次要成分MgO<0.35%、Al2O3<0.14%、Fe2O3<0.16%、P2O5<0.014%、SO3<0.04%。碳酸盐岩的微量元素华北地区和扬子地层区Ba、Sr、Cr、Co、V、Cu、Zn、Mo都高于地壳丰度值。其中华北与扬子两大地层区之间又有差异。扬子地层区石灰岩中的Mo是华北地层区的3倍，Cr约2.5倍，Co、V约1.5倍，Ba、Sr、Cu相近。扬子地层区的亲石灰岩元素为Sr，同时碳酸盐岩主要由CaCO3和MgCO3组成，因此区内含有微量元素Sr以及其他有益于人体健康的微量元素，这为矿泉水的形成提供了良好的物质基础。

岩石的矿物组合和化学成分直接影响着地下水水岩作用的速度和地下水的矿化程度及水质类型。区内碳酸盐岩类岩石主要为石灰岩，矿物成分为方解石及少量白云岩，化学成分主要为CaCO3和MgCO3。这类岩石在水岩作用下极易水解，因此赋存于这类岩石中的地下水类型基本上均为重碳酸钙型。

锶为钙的类质同相体，在一些含钙丰富的矿物中，常伴含有微量元素锶。一旦含钙矿物被水解时，锶也将随同钙一起溶解于水中。因此在灰岩地区，水质类型不但多为重碳酸钙型，而且锶含量也往往相对很高，常形成含锶矿泉水。双泉1号泉便是如此。

此外，在其他硅酸盐类岩石中，含钙的硅酸盐矿物，如斜长石等，在水解的过程中不但为地下水提供了钙的来源，也为水中硅、锶的来源提供了一定的物质基础。

4.3矿泉水形成的水文地球化学条件

岩石地球化学特征、水岩作用条件及水岩作用过程均直接影响着矿泉水的物质来源和组分含量。

区内，大气降水通过孔隙裂隙(主要为裂隙)渗透补给后，在沿裂隙、断裂向深部移运循环过程中，由于降水中CO2和土壤微生物分解产生的CO2随降水渗入地下，在一定温度和压力环境中，得以长期与周围岩石进行水解和溶滤作用，而使得岩石中的碳酸盐、硅酸盐等矿物(如方解石、长石等)等发生水解，钙、锶等一系列组分溶于水中，从而使得地下水成为重碳酸钙型(HCO3-Ca型)含锶矿泉水。其主要过程如下：

(Ca.Sr)CO3+CO2+H2O→(Ca.Sr)2++2HCO3-

(方解石)

(Ca.Sr)[Al2Si2O8]+2CO2+2H2O→H2Al2Si2O8+2HCO3-+(Ca.Sr)2+

(斜长石)

5　结语

双泉l号泉赋存于二叠系栖霞组灰岩构造裂隙(断裂和层间裂隙)、岩溶洞隙中，系地下水在深循环过程中经较充分的水岩作用而形成。区内碳酸盐岩类地层，常呈厚层状、薄层状展布。因此，裂隙岩溶水赋存的顺层性，决定了地下水的入渗、运移受其顺层性发育的不同岩溶形态的制约，最后汇集于复式褶皱的主背、向斜核部，形成裂隙岩溶水的富集带。区内断裂构造十分发育，北东向和北西西向断裂纵横交错。其断裂空间由于导水性强，地下水易于活动致使岩溶发育有利，这为地下水的移运和富集提供了理想的通道和赋存空间。在构造和地貌有利部位得以泉的形式出露于地表。

区内，大气降水通过孔隙裂隙(主要为裂隙)渗透补给后，在沿裂隙、断裂向深部移运循环过程中，由于降水中CO2和土壤微生物分解产生的CO2随降水渗入地下，在一定温度和压力环境中，得以长期与周围岩石进行水解和溶滤作用，而使得岩石中的碳酸盐、硅酸盐等矿物(如方解石、长石等)等发生水解，钙、锶等一系列组分溶于水中，从而使得地下水成为重碳酸钙型(HCO3-Ca型)含锶矿泉水。

[1]安徽省地质矿产局．安徽省区域地质志[M]．北京：地质出版社.1987．

[2]国家标准局．中华人民共和国国家标准GB8537—2008饮用天然矿泉水[S]．北京：中国标准出版社.2009．

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[6]冯亿年，张建涛，王路，等.永城市芒山矿泉水特征及成因研究[J].水文地质.2015(5):24-28.

[7]赵力.燕山东部天然矿泉水化学特征及成因分析[J].水科学与工程技术.2005(1):24-26.

Analysis of Formation Causes of Natural Mineral Water No1 Springs between Anhui Province and Laoshan Double Spring of Xianxiang County

LI Li-li，WangLi

(General station of Geology and Environment Monitoring,Hefei 230001)

The article studies the water-bearing condition of natural mineral water No.1 Springs between Anhui province and laoshan Double springs of Xianxiang county.According to characteristics of the natural mineral water,the paper elaborates on the features of mineral water,points out its type mineral water type heavy calcium carbonate containing strontium drinking natural mineral water,and from the area of the geological structure,rock geochemical conditions and hydro-geochemical conditions on several aspects.The results show that The formation causes of the double spring No 1 has closed relation with the mentioned geological condition.

Feature；cause analysis；spring water and Sr

2016-05-18

李莉莉(1984-)，女，安徽阜阳人，工程师，主要从事水工环方面的工作。

P641.5

B

1004-1184(2016)05-0016-03