峨眉山玄武岩地区优质泉水分布规律研究

胡德勇，陶小郎，崔云祥，况靖，杨侃，张兵强



峨眉山玄武岩地区优质泉水分布规律研究

胡德勇，陶小郎，崔云祥，况靖，杨侃，张兵强

（贵州省地质矿产勘查开发局一○五地质大队，贵阳 550018）

本文从贵州盘县老厂地区峨眉山玄武岩分布规律、岩石地球化学特征、水岩相互作用、地下水化学特征、优质泉水水质评价等研究该区玄武岩分布区优质泉水分布规律。结果表明：盘县峨眉山玄武岩分为三段，岩石中富含Si、Zn等微量元素，地下水主要赋存于峨眉山玄武岩第三段火山角砾岩分布区的浅部风化及构造裂隙中，地下水中富含对人体健康有利的偏硅酸、Zn、Sr等微量元素，是一种优质泉水。该研究为该地区峨眉山玄武岩分布区开展优质水资源勘查评价、开发利用规划，优质水资源管理及招商引资提供技术依据。

饮用天然泉水是从地下自然涌出或经钻井采集，含有一定量的矿物质，其动态（流量、水质、水温、水位）相对稳定，允许通过脱气、曝气、倾析、过滤、臭氧化作用或紫外线消毒杀菌过程等有限的处理方法，不添加任何物质，密封于容器中可直接饮用的水[2]。饮用天然泉水作为饮料类，被列入新五类食品，长期饮用对促进人体健康、延年益寿十分有益[3]。

峨眉山玄武岩主要分布在云南、四川、贵州等省，分布面积约4×104km2。贵州境内主要出露于西部地区，露头面积达3 000km2。我国玄武岩地下水绝大部分为无色、无味、无嗅、低矿化度、低盐、含微量元素、质地优良的水。因此，对盘县老厂峨眉山玄武岩地区优质泉水分布规律开展研究不仅具有重要的理论意义和实用价值，而且具有巨大的经济价值。

1 峨眉山玄武岩岩性及分布

峨眉山玄武岩（P3β）为中二叠纪晚期喷发形成，假整合于二叠系中统茅口组灰岩之上，在我国西南地区分布广泛。据盘县架底金矿详查钻孔揭露[4]，盘县老厂地区玄武岩分为三段。第三段上部岩性为墨绿色、灰黑色块状玄武质火山角砾岩为主，局部夹厚度不大的同色致密块状玄武岩及沉凝灰岩、凝灰岩，厚100~170m。下部为灰至深灰色薄层沉凝灰岩，局部夹灰黑色薄层炭质粘土岩、墨绿色火山角砾岩、块状玄武岩，厚约3~50m。第二段上部岩性为墨绿色、灰白色、灰色块状玄武岩，少量晕圈状玄武岩、凝灰岩及玄武质火山砾岩，厚20~50m。中部为浅灰色、灰白色火山角砾岩，局部夹灰、浅灰绿色玄武岩、凝灰岩、晕圈状玄武岩、玄武质火山砾岩，厚0~60m。下部为墨绿色块状玄武岩。局部为呈灰白色、灰色晕圈状玄武岩，少量玄武质火山砾岩，厚0~25m。第一段岩性为墨绿色块状玄武岩夹一至二层凝灰岩，厚0~60m。

2 研究区峨眉山玄武岩地球化学特征

分别在玄武岩三个段采集了3件岩石样，送昆明矿产资源监督检测中心进行测试分析。

2.1 氧化物成分

老厂地区峨眉山玄武岩组代表性岩石分测试结果见表1。其中，氧化物Al2O3、CaO、K2O、MgO、Na2O的含量都很低，SiO2含量较大，为43.13%~45.43%。

表1老厂峨眉山玄武岩组代表性岩石常量元素组分

样品层位样品岩性Al2O3CaOK2OMgONa2OP2O5总CSAsSbSiO2TiO2Fe2O3FeO烧失量 P3β1火山角砾岩14.547.460.835.064.020.521.290.300.0050.6543.132.914.548.766.13 P3β2玄武岩14.246.561.082.862.261.691.210.030.0041.8344.664.078.885.656.91 P3β3玄武岩14.425.570.844.074.321.590.630.070.0070.9945.433.985.718.574.73

2.2 微量元素特征

微量元素测试结果见表2。玄武岩第一段火山角砾岩中Cu的含量较高，B 8.41～15.6ppm，Zn 106～113ppm。岩石存在的某些微量元素，进入地下水，饮用对人体健康有利。

表2 老厂峨眉山玄武岩组代表性岩石微量元素组分（ppm）

3 峨眉山玄武岩与地下水的相互作用

天然泉水是地下水在地下深处与地壳岩石长期水岩相互作用（溶滤作用、混合作用、水解作用和变质作用）的产物。虽然不同地区的泉水在水化学组成上存在很大差异，但所有泉水的形成均是水岩作用的产物，其中影响最大的作用包括溶滤作用和水解反应[5]。SiO2广泛存在于地壳上的各种岩石和矿物里，包括石英、铝硅酸盐及粘土矿物。一般环境条件下，石英的溶解进行得十分缓慢[6]。研究区天然矿泉水中溶解性SiO2主要是由硅酸盐和铝硅酸盐矿物在有CO2的参与下水解形成的，晶体石英水解产生的偏硅酸的量很小[7]。通常情况下，水解反应的程度越强，地下水中偏硅酸的含量越高。

在地壳中广泛分布的造岩矿物，按其与水的相互关系可划分为两种类型：一种是在水中呈全等溶解的矿物，如碳酸盐、硫酸盐及某些硅酸盐矿物；另一种是在水中呈非全等溶解的矿物，主要是铝硅酸盐[8]。在玄武岩地区，水岩作用主要发生的溶解反应方程式如下：

1）全等溶解：

CaSO4·2H2O（石膏）=Ca2++SO42-+2H2O；

CaCO3（方解石）+H+=Ca2++HCO3-；

SiO2（石英）+2H2O=H4SiO4；

CO2+H2O=H2CO3；

NaCl=Na++Cl-；

CaCO3=Ca2++CO32-

2）非全等溶解，硅酸盐和铝硅酸盐的非全等溶解均可使水中出现H4SiO4。

Mg2SiO4+4CO2+4H2O=2Mg2++4HCO3-+H4SiO4；

钾长石：CaAl2Si2O8+2H++H2O=Al2Si2O5(OH)4+Ca2+

硅酸的进一步离解作用可形成水中的偏硅酸：H4SiO4=H2SiO3+H++OH-

研究区内的矿物均为偏碱性岩石，岩石的矿物组成的钙长石、镁橄榄石和辉石的水解作用，其中以钙长石的溶解最多。铝硅酸盐的沉淀以钙蒙脱石为主，钠蒙脱石、高岭石、伊利石沉淀较少。硅质成分从长石、辉石、角闪石等矿物中分解出来然后通过玄武岩地区具有的地下通道运移。在运移过程，溶解的成分分散和聚集于水中，这是天然泉水中富含偏硅酸的补给来源。

根据热力学原理可知，在造岩矿物中稳定性顺序（从前往后越稳定）：辉石→黑云母→钙长石→钾长石、钠长石→蒙脱石→石英→三水铝石→高岭石，黑色矿物最不稳定，最容易水解，这就决定了基性的玄武岩具有很强的水解性，另一方面元素本身的性质也影响它在水中迁移转化过程。事实上，玄武岩中的长石含量比较高，因此地下水与长石之间的水岩作用也最具有代表性。泉水中主要阳离子K+、Na+、Ca2+应该主要来源于长石的水解过程中，与Na+呈类质同像可溶性SiO2也随之溶解到水中。表生条件下其他的矿物的化学反应也可能产生游离的硅酸。随着水解反应的进行，泉水中都呈现出增长的规律，Mg2+、K+、Ca2+、Na+与偏硅酸彼此之间的含量上都呈现正相关关系，但相关程度不同。

4 研究区峨眉山玄武岩地区地下水化学特征

玄武岩含有大量石英和铝硅酸盐矿物如长石、云母、角闪石等，高温高压条件下矿物与水相互作用，如发生溶解及水解等，使水中矿物组份发生变化。含硅矿物为形成富含偏硅酸的地下水提供了良好的物质基础。

4.1 常量元素分析

根据2016年8月在研究区采集的3件泉水样分析结果，地下水化学形成作用主要以溶滤作用和离子吸附交换作用为主，从浅部到深部地下水中离子浓度逐渐变大，矿化度也变大。区内离子(元素)单一，离子含量低，特别Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量低，其中Cl-的含量1.87mg/L；SO42-的含量在26.40~33.00mg/L；HCO3-的含量在17.13~39.97mg/L；Na+的含量在10.10~17.40mg/L；K+的含量在0.10~0.30mg/L；Ca2+的含量在3.26~9.78mg/L；Mg2+的含量在0.99~2.97mg/L。区内出露泉水矿化度一般小于0.30g/L，泉水pH值在6.6~6.8间。区内地下水总硬度（以CaCO3计）多在50.0mg/L以内，地下水化学类型多为SO42-、HCO3--Ca2+、Na+水或者SO42-、HCO3--Na+水。

4.2 微量元素分析

根据2016年11月在研究区采集的4件泉水样分析结果，野外调查所取玄武岩裂隙水中偏硅酸含量为11.05~13.37mg/L，均大于7.0mg/L，锶含量为0.018~0.037mg/L，采集的泉水样的偏硅酸浓度均达到了天然泉水标准。

5 研究区峨眉山玄武岩优质泉水评价

饮用天然泉水是从地下自然涌出或经钻井采集，含有一定量的矿物质，其动态（流量、水质、水温、水位）相对稳定，允许通过脱气、曝气、倾析、过滤、臭氧化作用或紫外线消毒杀菌过程等有限的处理方法，不添加任何物质，密封于容器中可直接饮用的水。根据《贵州省地方标准-食品安全地方标准_饮用天然泉水》（DBS52/008—2015）[2]的规定，对盘县老厂地区峨眉山玄武岩分布区代表性泉水进行检测，按照标准中各项指标的限定对其进行评价。本次评价的4个代表性待评水样（表3），对其对其进行天然泉水专项评价。从表3中可以看出，各水样界限指标中，偏硅酸含量为11.05~13.37mg/L，大于DBS52/008-2015中规定的7mg/L，且均在限量范围内。根据评价结果，盘县老厂地区峨眉山玄武岩分布区的泉水均符合“标准”中有关要求，为SO42-、HCO3--Ca2+、Na+水或者SO42-、HCO3--Na+水，区内泉水并含硒、锂、锌等有益于人体健康的微量元素和常量元素。

表3 老厂峨眉山玄武岩分布区泉水水样指标检测值（单位：mg/L）

6 研究区峨眉山玄武岩地下水分布规律

研究区地处南盘江水系与北盘江水系的分水岭南侧，地下水主要受大气降水的补给，地下水入渗补给率受地形地貌控制。研究区周围的基岩裂隙含水层是二叠系上统峨眉山玄武岩地层，在多期构造运动的作用下，地形遭受强烈切割，地形坡度大。研究区周围的基岩区因地形变化大，具有很好的地下水动力条件，径流时间短，多以泉的形式排泄至邻近的沟谷中，或者侧向径流补给区内和区外的玄武岩裂隙含水层中。研究区玄武岩出露的主要岩性为第三段的火山角砾岩，其表层风化裂隙和构造裂隙发育，地下水主要分布在浅层风氧化及构造裂隙带中。玄武岩在第一段和第二段分布较少，且深部一段和二段的块状玄武岩裂隙不甚发育。地下水常常受二段和三段接触部位的沉凝灰岩、凝灰岩的阻隔，在地势低洼地带于P33底部溢流成泉。因此，盘县老厂玄武岩分布区优质泉水多分布于第三段火山角砾岩分布区的浅部风化及构造裂隙部位。

7 结论

从贵州盘县老厂地区峨眉山玄武岩分布规律、岩石地球化学特征、水岩相互作用、地下水化学特征、优质泉水水质评价等研究该区玄武岩分布区优质泉水分布规律。

1）盘县老厂地区玄武岩分为三段，第一段主要岩性为块状玄武岩，第二段主要岩性为块状玄武岩，第三段主要岩性火山角砾岩。

2）峨眉山玄武岩中CaO、K2O、MgO、Na2O的含量都很低，而SiO2的含量最大，占到43.13%～45.43%。

3）峨眉山玄武岩与地下水发生溶滤作用和水解反应，使玄武岩中的铝硅酸盐等矿物非全等溶解后形成偏硅酸，天然泉水中富含的偏硅酸来源于此。

4）峨眉山玄武岩分布区地下水中Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量较低，且水中有益微量元素偏硅酸的含量达11.05~13.37mg/L，符合DBS52/008-2015中饮用天然泉水中偏硅酸含量的规定。

5）受峨眉山玄武岩第二段和第三段接触部位的沉凝灰岩、凝灰岩的阻隔，盘县老厂玄武岩分布区优质泉水多分布于第三段火山角砾岩的浅部风化及构造裂隙部位。

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Distribution of High-Quality Spring in the Emeishan Basalt in Loachang, Panxian, Guizhou

HU De-yong TAO Xiao-lang CUI Yun-xiang KUANG Jing YANG Kan ZHANG Bing-qiang

(No. 105 Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Guiyang 550018)

This paper has a discussion on the distribution and petrogeochemistry of the Emeishan basalt in Laochang, Panxian, Guizhou, and water-basalt interaction and the distribution of high quality spring water in the basalt in order to provide basis for the exploration and exploitation of the high quality spring water.

high quality spring water; Emeishan basalt; Panxian, Guizhou

2017-06-01

胡德勇（1987-），男，硕士研究生，水工环地质工程师，研究方向：土壤和地下水修复、地下水环境影响评价、矿区水工环地质调查

2017-11-18 http：//kns.cnki.net/kcms/detail/51.1273.p.20171128.1048.002.html

P641.5+4

A

1006-0995（2017）04-0625-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.022