吉林省白山市江源区溢锶泉饮用天然矿泉水资源勘查及评价

马轶楠，石 娜

吉林省地质科学研究所，吉林 长春 130012

0 引言

雨露滋润禾苗壮，万物生长都离不开水。水是构成生命体的基本单位，是生命发生、发育和繁衍的基本条件。随着人们经济水平的提高，高端天然矿泉水的市场占有量快速增长，为了保证产品的原生态、高品质，水源地是高端水领域竞争的关键点。国内优质水源地资源是有限的，经检测，溢锶泉矿泉水中锶的质量浓度为0.425～0.484 mg/L，已达到界限标准，为锶型矿泉水(1)吉林省地质科学研究所.吉林省白山市江源区溢锶泉饮用天然矿泉水资源勘查评价报告[R].2017.,富含多种微量元素，水质优良。泉水出露地为次生林发育区，生态环境良好。经调查，泉流量为2 496.48～2 555.52 m3/d，具有开采价值，属于长白山稀有矿泉水(2)吉林省矿泉水资源协会.吉林省白山市江源区溢锶泉饮用天然矿泉水资源勘查评价报告鉴定意见[R].2017.。经市场调研，开发利用天然矿泉水市场潜力大，前景广阔，经济效益和社会效益可观。

1 勘查依据

工作依据《天然矿泉水地质勘探规范》(GB/T13727-2016)[1]、《饮用天然矿泉水》(GB8537-2018)[2]和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[3]标准，水质采样与检验方法按《饮用天然矿泉水检验方法》(GB/T8538-2016)[4]和《生活饮用水卫生标准检验方法》(GB/T5750-2006)[5]执行。

2 自然地理条件

吉林省白山市江源区溢锶泉饮用矿泉水位于江源区湾沟镇沙金村东南部。地形复杂，河流蜿蜒，沟谷交错，境内有老岭山脉和龙岗山脉。老岭山脉呈北东向贯穿县区，为江源区与临江市分界岭，也是浑江水系与鸭绿江水系的分水岭。龙岗山脉呈东西向贯穿县区，为江源区与靖宇县的分界岭。龙岗山脉和老岭山脉为中低山区，而头道松花江、浑江两大流域为低山峡谷区。

区内交通比较发达。在勘查区附近公路有G201(通化—抚松)，铁路(通化—白河)，交通十分便利。白山市江源区溢锶泉泉点距离江源区城区内约30 km。为开发利用这一宝贵的矿产资源提供了便利的交通条件。

白山市江源区属于北寒温带大陆性季风气候，其特点是四季分明，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽多晴天，冬季寒冷漫长多雪。根据白山市气象局资料，多年平均气温4 ℃，最冷在1月份，最低气温为-34.8 ℃，7月份最热，极端最高气温可达36 ℃；年降水量最大1 088 mm，最小643.7 mm，降水多集中在7～8月份，占全年降水量的80%以上。年平均相对湿度为70%，多年平均蒸发量为1 193 mm。冻结期由每年10月下旬至翌年4月中旬，冻土层厚度为1.6～1.8 m，无霜期为145天，全年平均风向：夏季主要为西南风，冬季主要为西北风，年平均风速为3.6 m/s，最大风速为25.7 m/s。

江源区水利资源丰富，河流众多，水网密集，均属鸭绿江水系。本次勘查区西部有一条汤河，在区内河宽为5～9 m，河长约为1.50 km，汤河在区内自南向东北径流，该河常年流水，流量受季节控制。

3 区域地质概况

3.1 地层

区域地层主要为太古界鞍山群杨家店组，新元古界震旦系万隆组，新生界第四系全新统松散沉积物等(见图1)。

(1)太古界鞍山群杨家店组(Ary)：分布在工作区西北角及矿泉出露点附近，整合于四道砬子河组之上，变质及混合岩化作用浅于下部岩组。为一套含石榴石、辉石、黑云角闪片麻岩、片岩变粒岩、斜长角闪岩，夹含磷磁铁石英岩组成，厚4 076 m。

(2)新元古界震旦系万隆组(Zzw)：分布于工作区全区，深灰色碳酸盐岩，碎屑碳酸盐岩及藻礁灰岩组成，厚546～711 m，与下伏桥头组整合接触。

3.2 构造

吉林省白山市江源区溢锶泉饮用矿泉水所处大地构造位置为华北板块、龙岗古陆块[6]。本区构造活动较频繁，自太古宙以来，伴随多期次岩浆岩侵蚀及变质变形构造活动过程，使太古宙地质体的韧性变形构造十分发育。区内太古宙体上叠小型古生和中生代断陷盆地，形成了古生代至中生代的较新构造层，该构造层构造比较简单，主要变现为脆性断裂特征，有时发育宽缓的褶皱，岩层多呈单斜地层产出。本区断裂构造在空间上成带分布，走向主要为北东向、东西向、北西向、北北东向。

4 水文地质概况

白山市江源区内地下水的形成与赋存主要受区域地质、地形地貌条件控制。依据地下水的赋存与埋藏条件、水力特征及水理性质，主要为松散岩类孔隙潜水、碳酸盐岩类溶洞裂隙水、基岩裂隙水(见图1)。

4.1 松散岩类孔隙潜水

分布在勘查区中部，地下水主要接受大气降水和侧向径流补给，与河水水力密切联系，天然状态下河流排泄地下水。其富水性受到地貌形态控制。单井涌水量一般500～1 000 m3/d，含水层岩性砂砾石，局部夹粗砂透镜体，地下水位埋深一般小于1.0 m，含水层厚1.5～3.0 m。水化学类型为重碳酸钠型，溶解性总固体0.40～0.50 mg/L，pH值为7.0～7.5。

4.2 碳酸盐岩类溶洞裂隙水

广布于区内，含水岩组以震旦系灰岩组成，岩溶孔洞裂隙发育有岩溶洼地、岩溶大洞分布，地下水补给赋存条件好，溢锶泉饮用矿泉水出露于元古界震旦系万隆组地层中，受北东向深大断裂构造控制，该深大断裂与东西向，北西向断裂交汇处，岩石破碎，孔隙裂隙十分发育，为矿泉水的形成创造了良好的条件，流量10～50 L/s。水化学类型重碳酸钙型，溶解性总固体一般大于0.1 g/L，pH值为7.3左右。

图1 综合水文地质图

4.3 基岩裂隙水

主要分布在勘查区西北部及中部，含水层岩性主要为太古界鞍山群杨家店组片麻岩、混合花岗岩。水化学类型多为低矿化的重碳酸钠、钙型水，矿化度较低，硬度较小，溶解性总固体一般大于0.1 g/L，pH值为7.5。

5 矿泉水水源动态特征

5.1 矿泉水水源形成机制

溢锶泉泉点附近地下水为碳酸盐岩类溶洞裂隙水，矿泉水出露于元古界震旦系万隆组地层中，主要岩性为灰岩，岩溶孔洞裂隙发育有岩溶洼地、岩溶大洞分布，地下水补给赋存条件好，形成溶隙裂隙承压水。受北东向深大断裂构造控制，该深大断裂与东西向，北西向断裂交汇处，岩石破碎，孔隙裂隙与构造裂隙发育十分发育，透水性好，具有良好的储水空间和补给源，为矿泉水的形成创造良好的条件。泉水流量多大于30 L/s，水化学类型多为低矿化的重碳酸钙型水，溶解性总固体一般大于0.1 g/L，pH值为7.32左右(见图1)。

溢锶泉以泉的形式出露于元古界震旦系万隆组地层，地面高程约为719 m。据观测数据，该泉测量流量为2 496.48～2 555.52 m3/d，资源较丰富。泉点周围林木茂密，生态环境良好。经检验分析，溢锶泉水中含有多种对人体健康有益的微量元素和化学组分，其中锶质量浓度为0.425～0.484 mg/L，达到了《饮用天然矿泉水》(GB8537-2008)界限指标，水中其它指标均符合标准。

锶是活泼元素，无论在氧化还原还是在酸碱环境中对其溶解迁移均无较大影响。因此，决定矿泉水中锶含量的因素与化学环境无多大关系，主要决定于岩石中锶元素含量，溶滤时间及温度条件。碳酸盐岩锶含量高，水在岩石中停留的时间长短直接决定着矿泉水中锶含量的高低，并且锶的含量随深度增加而增高。

溢锶泉的补给方式以越流补给为主，大气降水补给为辅。溢锶泉所在地层以溶隙、溶孔为主，并受到断裂构造影响，岩石破碎，因此可以通过导水破碎带发生水力联系，通过同位素氘和14C的测定，说明溢锶泉水在岩石中停留时间超过6 000年，动态稳定。受季节变化影响幅度较小。径流方向主要是垂向运动，含水层间补给和大气降水补给沿孔隙、裂隙、溶隙等渠道呈垂向—水平—垂向复杂运动，向含水层入渗，最终以地下水天然排泄露头点——泉的方式排泄。

5.2 水量水温动态观测

从2016年6月至2017年8月，对溢锶泉进行了为期一个水文年的动态观测结果表明水温为7～7.5 ℃，泉流量2 496.48～2 555.52 m3/d。不同水期水量变化不大，受季节、气候等自然因素影响较小，属动态稳定型。

5.2.1 三角堰测量法

为了掌握溢锶泉矿泉水的水量情况，技术人员对其进行为期一个水文年的动态观测，观测结果见(表1，图2)。采用三角堰测流量法[7]角堰计算公式为

Q=C×3.6×24×(h)5/2，

式中：Q——过堰流量(m3/d)；

h——过堰水深(cm)；

C——随h而变化的系数，其值见表1。

表1 C值随过堰水深变化表

5.2.2 容积法(验证)

溢锶泉为多个涌水口的泉群组成，1号泉为主出水口，现已以它为中心修建封闭蓄水池，并预留了6个蓄水池溢出口。但是还有多个小流量的泉没有封闭在蓄水池内，因此，采用容积法测得的流量数据为1 987.2 m3/d，略小于三角堰测量法流量数据(见表2)。

表2 容积法测水量表

图2 溢锶泉动态曲线图

5.3 水质动态特征

表3 溢锶泉水质动态监测表

6 矿泉水水源水质评价

根据相关规范，分别在丰水期、平水期、枯水期对溢锶泉进行四次水质检验工作依据《天然矿泉水地质勘探规范》(GB/T13727-2016)。水样的采集、保存及送检严格按《饮用天然矿泉水检验方法》(GB 8538-2016)规范执行。水质检测单位分别为国家饮用水产品质量监督检验中心、国土资源部哈尔滨矿产资源监督检测中心，上述单位均通过国家计量认证。经过统计和对比检测结果符合《饮用天然矿泉水》(GB 8537-2008)标准。

6.1 感官要求

吉林省白山市江源区溢锶泉天然矿泉水无色、无嗅，清澈透明，品尝后余味甘甜爽口，煮沸后无沉淀，经一年的动态监测，水温为7～7.5 ℃。水中无悬浮物，泉口处无沉淀物形成[4]。见表4。

表4 溢锶泉饮用天然矿泉水感官指标评价表

6.2 一般水化学指标特征

表5水质监测结果表明，该矿泉水中阴离子以重碳酸根和硫酸根为主，阳离子以钙为主。主要成分是，重碳酸根230.3～243.7 mg/L，硫酸根95.5～112.1 mg/L，钙77.92～91.71 mg/L，溶解性总固体0.491～0.533 g/L，pH值7.32～7.44。在枯水期、平水期、丰水期三个水期中，矿泉水中主要成分含量保持稳定，波动较小。溢锶泉矿泉水呈弱碱性，水化学类型为重碳酸硫酸钙型。

表5 溢锶泉饮用天然矿泉水一般水化学指标质量浓度一览表

6.3 界限指标

溢锶泉矿泉水中的主要指标在三个水期的检测中，锶质量浓度0.425～0.484 mg/L，属于含锶型矿泉水。其它没有达标的界限指标含量很低，变化小，从另一个方面说明溢锶泉矿泉水化学指标的稳定性。见表6。

表6 溢锶泉饮用天然矿泉水界限指标评价表

6.4 限量指标、污染指标和微生物指标

在一年的动态监测中，溢锶泉矿泉水限量指标各个时期检测结果均符合要求，没有超标情况出现，表明水源保护区维护非常好，没有受到污染。详见表7。

微生物指标包括大肠菌群、粪链球菌、铜绿假单胞菌、产气荚膜梭菌等，各期检测结果均符合要求。详见表9。

表7 溢锶泉饮用天然矿泉水限量指标评价表

表8 溢锶泉饮用天然矿泉水污染物指标评价表

表9 溢锶泉饮用天然矿泉水微生物指标评价表

未检出结果报出形式修改为<2

7 矿泉水水源允许开采量

溢锶泉为天然自然矿泉出露，属于基岩裂隙水，受丰水期影响较小，丰枯水期矿泉水储量变化不明显，水源补给丰富稳定。经过一年动态观测，可以确认泉水流量受枯水期、丰水期影响较小。

本次允许开采量评价采用最小流量法[2],保证客观性和保守性，本次允许开采量评价采用容积法测定的最小流量1 987.2 m3/d。

根据上述最小流量数值，保留10%的最小生态流量，进而计算溢锶泉矿泉水允许开采量。

计算公式：Q允许=Q(90%)×K

式中：Q允许—溢锶泉矿泉允许开采量；

Q(90%)—年降水保证率为90%时最小泉水流量；

K—生态流量系数，本次取0.9。

计算结果为：

Q允许=Q(90%)×K=1 987.2 m3/d ×0.9

=1 788 m3/d

因此为保证矿泉水资源的稳定开采，建议溢锶泉允许开采量为1 788 m3/d。

8 矿泉水水源地保护区的建立与划分

溢锶泉毗邻村舍，周围是耕地，有少数居民居住，附近没有任何导致水源污染的工厂、矿区，自然景观良好。为确保矿泉水长期开发，将资源优势转为经济优势，防止矿泉水在开发利用过程中发生污染及水质恶化等环境地质问题，要严格按照《天然矿泉水地质勘探规范》(GB/T 13727-2016)中有关水源地卫生防护的要求，在矿泉周围划分卫生防护区，在防护区界设置固定标志，保护好矿泉水资源(见图2)。设置方案如下：

8.1 Ⅰ 级保护区(安全保护区)

此区范围包括天然矿泉水水源地取水点、引水及取水建筑设施所在地区。保护区边界距取水点最少为30～50 m半径，保护区范围内无关人员不得居住或逗留，不得兴建与天然矿泉水水源引水无关的建筑，进行任何影响水源地保护的活动，消除一切可以导致天然矿泉水水源污染的因素。

8.2 Ⅱ级保护区(内保护区)

此区范围包括一级保护区的周边地区，即地表水及潜水向矿泉水取水点流动的径流地区。保护区边界距离一级保护区边界不小于100 m半径范围或适当扩大。此保护区范围内，不得设置可导致天然矿泉水水源水质、水量、水温改变的工程，禁止进行可能引起矿泉水含水层污染的人类生活及经济-工程活动。

8.3 Ⅲ级保护区(外保护区)

此区以水源免受污染为原则划定保护区，其范围内包括水源补给地区。在此区内只允许进行对矿泉水水源地地质环境没有危害的经济-工程活动。

9 结论

(1)溢锶泉矿泉属于基岩裂隙水，其水质均符合国家标准《饮用天然矿泉水》(GB 8537-2008)和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求，属于“重碳酸硫酸钙型含锶长白山稀有矿泉水[5]”。并含有锂、锌、碘、硒等十多种对人体有益的组分和微量元素，水质水量动态变化较稳定，在对水源进行了同位素氘与14C的检测中，也表明该水源动态稳定，水源地周围的地质环境状况良好，是一处资源条件优越、交通便利、开发前景广阔的矿泉水产地。

(2)为合理利用资源，保证矿泉水资源的稳定开采，建议允许开采量为1 788 m3/d，既可以满足溢锶泉的开采需求，也可以使这一宝贵的长白山稀有矿泉水资源得到长期开发利用和有效保护。

(3)该矿泉水资源在开发利用过程中，应防止矿泉水资源受到污染，增强资源保护意识，在划定的保护区范围内加强对矿泉水水源地的环境保护，禁止凿建深井取水，确保矿泉的正常工作。

(4)该矿泉水，口感好、水质优良、补给充足，含有多种对人体健康有益的微量元素和矿物质，长期饮用有益健康。开发利用前景广阔。并且由于是锶型矿泉水，锶对人体的功能主要是与骨骼的形成密切相关，为人体骨骼及牙齿的正常组成部分[6]。它与血管的功能及构造也有关系，其作用机制可能是锶在肠内与钠竞争吸收部位，从而减少人体对钠的吸收，增加钠的排泄。中国人民解放军总医院研究证明微量元素锶可延缓SHR血压升高，减少血压波动。微量元素锶可延缓动脉粥样硬化进程中斑块形成，且在一定浓度范围内锶水浓度越高，效果越显著。在一定浓度范围内，锶矿泉水具有促进培养人肝细胞增值的作用，并有降低AST及ALT酶活性，减少肝细胞损伤和增强胆红素代谢的作用。高锶矿泉水在Ⅰ型糖尿病大鼠显示出较好的降血脂作用，尤其在早期对血游离脂肪酸、甘油三酯都有明显的改善。人体每日需摄入锶1.9 mg左右。锶型矿泉水可以强壮骨骼，提高智力，延缓衰老和养颜辅助功效。锶对人体的功能主要是与骨骼的形成有关，为人体骨骼及牙齿的正常组成部分。它与血管的功能及构造也有关系，有预防高血压、心血管疾病的作用。因此应充分利用资源优势，加大宣传力度，使产品增加市场占有量，以取得更加丰厚的经济效益。