安徽省舒城县柳抱泉天然饮用矿泉水水质特征及成因分析

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(安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽 蚌埠 233000)

1 自然地理概况

安徽省舒城县柳抱泉位于干汊河镇泉堰村，距县城12 km，距合肥市60多 km。省道舒岳路贯穿其中，交通方便。

舒城县属北亚热带湿润季风气候区，气和温和，雨水充沛。多年平均气温在12.9℃～15.6℃，多年平均降水量1 142.9 mm，每年的6、7、8三个月是降水集中时段，占全年降水40%～50%，为丰水期。多年平均蒸发量1 397.8 mm。

柳抱泉北面约3 km为杭埠河，向东北注入巢湖，归属长江流域。西南方向约10 km为龙河口水库，与之相配套的舒城至庐江干渠该区内由西向东流过。

本区位于合肥构造盆地南部边缘地带，区内最近的山峰为春秋山，海拔标高337 m。柳抱泉位于春秋山西侧下的双庙村至瓦屋村，地形总体呈东南部高，西北及北部低的缓变趋势，东南部边缘为丘陵地区，地面标高为100～120 m，西北及北部地区为波状平原，标高30～80 m。

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

区地层区划属北淮阳地层区佛子岭地层分区。出露的地层主要为晚侏罗世毛坦厂组(J3m)和第四系全新统丰乐镇组(Qhf)，其中晚侏罗世毛坦厂组岩性为安山岩、粗安岩、安山质火山角砾岩、安山质凝灰岩及凝灰质砂砾岩、砂岩。第四系岩性主要为黄灰、土黄色砂砾石、砂土、粉质粘土。

2.1.2 地质构造

本区位于郯庐断裂带西侧，合肥盆地南缘。构造有北西西向与北北东向二组：

北西西向主要为裂隙密集破碎带，是区域金寨～舒城断裂的一部分，北北东向断裂是郯庐断裂西侧次级断裂，平行于东侧的西汤池断裂带，切割北西西向断裂。区内矿泉出露主要出露于两组次级断裂交汇处，以构造裂隙水和风化裂隙水为主。

2.1.3 岩浆岩

中生代火山岩广为发育，中生代火山岩主要为安山岩和粗面岩等。浅部风化强烈。

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、含水介质、水力特征，本区地下水可划分为松散岩类孔隙水和火山岩裂隙水两大类。

松散岩类孔隙水含水岩组由第四系全新统丰乐镇组组成，岩性主要为砂砾石、砂土层，分布于山间沟谷地带，厚约2～8 m，上覆盖1～2 m粉质粘土，部分沿溪流出露地表。砾石大小一般为20×30 mm，呈次棱角状。经调查一般单井涌水量10～100 m3/d。水化学类型为HCO3-Ca·Na型，溶解性总固体小于1 g/L。

火山碎屑岩裂隙水含水岩组为晚侏罗系毛坦厂组安山岩类，岩石节理较发育，形成密集裂隙破碎带和风化带。下部水沿密集破碎带或多组裂隙复合部位出露地表，形成上升泉水。经调查，一般泉、井涌水量10～100 m3/d，水质较好，流量、水温较稳定，受季节变化小。地下水化学类型为和HCO3-Ca型，溶解性总固体小于0.5 g/L。

2.2.2 地下水补给、径流、排泄条件

区内地下水补给源主要为大气降水补给，以及流经该区的舒庐干渠和西南方向的龙河口水库通过构造裂隙补给。本区地下水与地表水一样，由西南向东北方向径流，风化网状裂隙水主要通过裂隙径流，松散岩类孔隙水通过岩石孔隙缓慢径流，排泄以人工开采和蒸发为主，次为侧向河流排泄。

3 矿泉水特征

3.1 矿泉水同位素特征

3.1.1 矿泉水稳定同位素特征

根据地下水系统中的矿泉水的氢氧同位素组成特征及相应的大气降水的同位素组成分析对比，可以判断地下矿泉水起源与补给来源。柳抱泉地区同位素样品结果分析为：δD(‰)值为-43，δ18O(‰)值为-6.7。 其值与相邻地区的地表水、浅层地下水的δD、δ18O值基本相近，说明区内矿泉水的补给来源与大气降水成因联系密切，主要起源于大气降水。

3.1.2 放射性同位素特征

氚是水中氢的放射性同位素，由于形成条件的特殊性，可以用来判断矿泉水形成的年龄和成因。经测试该1号井矿泉水中的3H为6.2±0.9TU，根据黄淮海平原大气降水氚浓度55 TU，应用放射性衰变公式N=N0e-λt近似计算，本区矿泉水形成年龄为29 a或更老，另据J.Ch丰特的经验估算法认为氚含量5～20 TU之间，应为20 a前渗入的水和“古水”之间有混合作用，因此认为本区矿泉水形成年龄为20多年前大气降水入渗形成。

3.2 矿泉水水质特征

柳抱泉矿泉水清澈透明、色度小于5度，浑浊度小于2NTU，无臭和味，无肉眼可见物，口感甘甜，未检测出微生物，感官实测值、微生物检测值完全符合国标《饮用天然矿泉水》(GB8537-2008)要求。

通过对柳抱泉地区3个有代表性的矿泉点及2口井点现场取样分析，检测项目按照《饮用天然矿泉水》(GB8537-2008)标准要求，共67个项目。检测结果表明：该矿泉水主要阳离子：K+为0.67～1.67 mg/L，Na+为11.92～13.15 mg/L，Ca2+为36.02～52.70 mg/L，Mg2+为10.40～13.09 mg/L；主要阴离子：HCO3-为161.5～213.4 mg/L，SO42-为7.29～8.66 mg/L，Cl-为6.62～21.01 mg/L，F-为0.12～0.25 mg/L，总硬度为132.77～183.6 mg/L，溶解性总固体值为282～367.4 mg/L，pH值7.22～7.81，其水化学类型为HCO3--Ca型。柳抱泉矿泉水偏硅酸值为61.21～69.26 mg/L， Sr值为0.328～0.823 9 mg/L，矿泉水中有害组份含量均低于国标的限量要求。根据矿泉水化学成分特征，该矿泉水可定名为重碳酸钙型含锶、高偏硅酸型优质天然饮用矿泉水。

3.3 矿泉水动态特征

3.3.1 矿泉水水量动态特征

根据对各井在枯水期、平水期和丰水期的静水位及抽水试验所得的稳定流量观察可知(见表1)，各井的静水位在枯水期及丰水期的水位有稍微的变化，稳定流量数据比较稳定，变化幅度不大，说明该区矿泉水的水量受季节性变化比较小，水量较稳定。

3.3.2 矿泉水主要元素动态特征

据柳抱泉的检测报告及柳抱泉旁1号井检测报告的主要元素含量显示(见表2)，几年来，达标元素Sr值含量0.34～0.440 9 mg/L，H2SiO3值61.33.2～72.34 mg/L，常量元素K+值含量0.68～1.8 mg/L，Na+值含量12.3～13.68 mg/L，Ca+值含量49.8～54.17 mg/L，Mg+值含量12.4～13.76 mg/L，HCO3-值含量197.3～227.8 mg/L，Cl-值含量7.48～10.3 mg/L，SO42-值含量8.04～11.32 mg/L，变幅不大，含量稳定。根据对柳抱泉进行长期观测资料，水温变化范围为19.1℃～19.6℃，水温受气候影响小。

综上所述，经过多年的动态观测，柳抱泉水温、流量、水质变化较稳定，不受季节变化影响，该矿泉水为深循环的承压水。

表1 柳抱泉地区各井的静水位及稳定流量变化表

表2 柳抱泉1号井矿泉水中主要元素含量变化表 mg/L

4 矿泉水成因分析

4.1 矿泉水形成的地质构造条件分析

在柳抱泉附近2 km2范围内有6个泉水和7个民井出露，其空间位置大致顺北东、东西向呈链状展布，明显受构造控制。通过物探资料分析，在柳抱泉附近推测有两条构造裂隙带通过，一条在柳抱泉东侧，为北东向构造裂隙带(F1)，另一条为东西向构造裂隙带(F2)。该泉以下至250m深度以上，存在构造破碎带，赋存有丰富的地下水，结合区域地质资料，该深度为毛坦厂组与中元古代郑冲片麻岩钾长花岗岩不整合接触位置，期间存在着构造破碎带。在该泉140°方向50 m处发育的构造破碎带，是柳抱泉的导水构造，使深层矿泉水沿此上侵，在相对较低洼处出露地表，形成上升泉即柳抱泉。

4.2 锶、高偏硅酸型矿泉水形成条件分析

含锶、硅矿物(岩石)的存在是形成锶型、偏硅酸型矿泉水的物质基础，本区第四系下部主要为风化、半风化的安山岩，安山岩类中SiO2含量变化较大(52%～63%)﹐平均含量为58.17%。在岩浆岩中，以中性闪长岩的锶含量最高，平均可达800 ppm，本区第四系下部主要为中性喷出岩即安山岩，其矿物成分、化学成分与闪长岩相似，锶含量较高。

矿物的性质、地下水环境及地下水对矿物的溶解能力是形成矿泉水的前提。锶盐的溶解度相对较小，富锶岩石能否形成富锶矿泉水主要与水的侵蚀性、温度、pH值及造岩矿物的风化破碎程度等有关，本区pH值在7～8.5之间，岩石较破碎，有利于锶型矿泉水的形成。地下水对石英矿物的溶解力较弱，但对本区含硅酸盐矿物较多的安山岩溶解能力相对较强，所以该区地下水中含有较高的硅酸成分。

地下水与周围含锶、硅矿物(岩石)长期接触是矿泉水形成的基本条件，在相同条件下，地下水与含锶、硅矿物(岩石)接触时间越长，则水中锶、偏硅酸含量就越高，因本区为深层承压水，形成时间较长，根据本区对放射性同位素氚的测试，本区矿泉水形成年龄为29 a或更老，有利于地下水的溶解作用。

区内地下水补给源主要为大气降水补给，由于降水中的CO2渗入地下，在一定温度和压力环境中与锶矿物(以SrCO3为主)、硅酸盐矿物长石(NaAlSi3O8、CaAl2Si2O8)相互作用，形成含锶、偏硅酸矿泉水。其化学反应式为：

SrCO3+H2O+CO2→Sr2++2HCO3-

2NaAlSi3O8+4H2O+2CO2→2Na++6SiO2+Al2O3·3H2O+ +2HCO3-

CaAl2Si2O8+4H2O+2CO2→Ca2++2SiO2+Al2O3·3H2O+ +2HCO3-

SiO2+ H2O→H2SiO3

5 结语

安徽省舒城县柳抱泉赋存于晚侏罗系毛坦厂组安山岩的密集裂隙破碎带和风化带中，矿泉水起源于大气降水，形成年龄为29年或更老，为深循环的承压水。柳抱泉的导水构造为一构造破碎带，使深层矿泉水沿此上侵，在相对较低洼处出露地表，形成上升泉即柳抱泉。本区第四系下部主要为风化、半风化的安山岩，安山岩中锶、SiO2含量高，遇地下水后，岩石中部分锶、SiO2组分发生溶解，富集于水中，便形成了锶型、偏硅酸型矿泉水。

柳抱泉矿泉水清澈透明、口感甘甜，各项指标完全符合国标要求，根据矿泉水化学成分特征，该矿泉水可定名为重碳酸钙型含锶、高偏硅酸型优质天然饮用矿泉水。