山东省胶莱盆地桃村凹陷沟南复合型矿水研究

吕宝平 杨丽君 吕泓霖

（1.山东省海洋资源与环境研究院 山东烟台 264006；2.烟台市地质环境监测站 山东烟台 264000；3.北京林业大学 北京 100083）

山东省的胶东地区是优质地下水产地，盛产矿泉水。以往发现和开发的矿泉水多赋存于中生代花岗岩裂隙中，著名的如崂山地区的矿泉水和昆嵛山地区的矿泉水，均以富含偏硅酸、锶等元素而闻名。胶莱盆地中生代地层中矿泉水分布较少，偶有产出，主要为偏硅酸型，如赋存于王氏群玄武岩裂隙中的胶州市安家沟村矿泉水即属此型。2016～2017年，山东省地质环境监测总站在1∶10万水工环调查（桃村幅）工作中，发现一处白垩纪复合型医疗矿水，且同时达到理疗天然矿泉水标准，经处理后还可实现饮用矿泉功能。此富CO2、Li、Sr高矿化地下水的发现，为我国理疗矿水增加了一种新类型，根据其水质特征将其命名为沟南复合型矿水（简称沟南矿水）。同时，根据所处地质环境条件分析，通过深入开展水文地质工作有望在盆地沉积演化、古气候古生物演变及地质找矿等方面取得新的成果。

一、区域地质背景

沟南矿水位于烟台市牟平区观水镇沟南村西北，该区处于胶莱盆地东北缘（图1）。胶莱盆地分布总面积约14000km2，是一个受郯庐断裂、五莲—青岛断裂、牟（平）即（墨）断裂控制的具有走滑拉分盆地性质的白垩纪陆相盆地，最大沉积厚度达12000m。盆地内的沉积地层自下而上分为三套，早白垩世莱阳群，主要为山麓洪积相、河流相、湖泊相砂岩、泥岩、砾岩等碎屑岩沉积，局部有中－酸性火山沉积；早白垩世青山群，为中基性—酸性火山岩建造，夹有少量沉积岩，有英安质火山碎屑岩—玄武安山质、安山质熔岩、火山碎屑岩—流纹质火山碎屑岩夹熔岩—粗安质（粗面质）熔岩夹火山碎屑岩等4类岩石组合；晚白垩世—古新世王氏群，为红色砂岩、泥岩、砾岩等碎屑岩系。

图1

沟南地下水出露点位于胶莱盆地东北缘的桃村凹陷中，这一凹陷夹持于桃村断裂与郭城断裂之间。凹陷周边的基底岩系主要为新太古代TTG岩系、古元古代变质地层和侏罗—白垩纪花岗岩类。

二、含水层水文地质条件

沟南地下水赋存于白垩纪王氏群红土崖组，出水深度为268米，井口自流量约80立方m3/d。红土崖组岩性组合为由砖红色细－粗砂岩、砾岩及泥质粉砂岩组成的韵律层，红土崖组底部的砂砾岩层为理疗地下水的含水层，其下部被王氏群辛格庄组的泥质粉砂岩、泥岩层阻隔，上部被红土崖组的泥质粉砂岩层遮挡。岩层结构完整，周边不发育断裂、裂隙，属承压层间水。含水层与上部含水层及地表水无水力联系。

同时，该地下水位于胶莱盆地东北边缘的桃村凹陷北缘，牟（平）即（墨）断裂带桃村断裂与郭城断裂之间，周边的基底岩系为花岗岩和变质岩类，为隔水性质，因此该处总体处于一独立水文地质单元中。

三、水质特征分析及命名

（一）水质分析结果

根据水质分析结果（表1），此地下水水化学类型为HCO3·Na。

表1 沟南地下水水质检验结果

CO32- 0.00 Pb 0.20 N O2- 0.004 挥发酚 ＜0.002 NO3- 1.00 氰化物 ＜0.004 F- 0.18 CODM 0.80 OH- 0.00 可溶性总固体 4075.86 Cl- 294.26 PH 6.96

（二）饮用天然矿泉水水质评价

根据《饮用天然矿泉水》（GB 8537－2008），饮用天然矿泉水的界限指标为锂≥0.2mg/L，锶≥0.2mg/L，TDS≥1000mg/L，游离二氧化碳≥250mg/L。沟南矿泉水的水质组分中锂含量达8.10mg/L，是国家标准的40倍多；锶含量达10.31mg/L，是国家标准的51倍多；TDS含量达4076mg/L，是国家标准的4倍多；游离二氧化碳现场测试达1039mg/L，是国家标准的4倍多。上述4项离子含量远远高于国家标准，在天然矿泉水中极为罕见。但因水中钠离子含量达1589mg/L，铁离子达0.7mg/L，氯离子达290.71mg/L，不宜直接饮用，但可通过适当加水淡化稀释处理实现饮用天然矿泉水的功能。

（三）理疗热矿泉水水质评价

根据《地热资源地质勘查规范》（GB11615－2010）中《理疗热矿水水质标准》，对沟南矿泉水进行理疗热矿水评价，对沟南矿泉水主要指标与国家理疗热矿水标准比较，沟南地下水中的二氧化碳和锂含量分别是国家标准的2倍和8倍，锶含量略高于国家标准。根据标准，沟南地下水可命名为碳酸水、锶水、锂水复合型理疗矿水（表2）。

（四）理疗天然矿泉水水质评价

根据《天然矿泉水资源地质勘查规范》（GB13727－2016）中的《理疗天然矿泉水水质标准》，对沟南矿泉水进行理疗天然矿泉水评价（表2）。与理疗天然矿泉水国家标准进行比较，其TDS是国家标准的4倍，二氧化碳含量是国家标准的2倍。根据标准，沟南地下水可命名为矿水、碳酸水复合型理疗天然矿泉水。

表2 沟南地下水与理疗热矿水、理疗天然矿泉水标准对比表

偏硅酸 50mg/L[硅水] 13.00mg/L水温 36℃[温矿（泉）水]≥34℃温水 19.5℃

综上，该处地下水沟南地下水可命名为碳酸水、锶水、锂水复合型理疗矿水，矿水碳酸水复合型理疗天然矿泉水，并可通过适当处理实现饮用天然矿泉水功能。为方便研究将其命名为沟南复合型矿水（简称“沟南矿水”）。

四、成因初步分析

沟南矿水位于胶莱盆地之桃村凹陷内。胶莱盆地分布于胶北隆起与胶南隆起之间，大致呈NE方向延伸，为东北窄而西南宽的菱形盆地，是山东省东部一个典型的晚中生代伸展断陷盆地，面积约12000km2。胶莱盆地西侧受控于NNE向的郯庐断裂带，南侧为五莲断裂所控制，北界除了平度断裂以外，大部分超覆在胶北隆起之上，东侧NNE走向的牟平即墨断裂带将盆地分割为东西两部分。胶莱盆地东部为海阳凹陷，其基底属于胶南造山带，为一个单斜的构造单元；西部由莱阳凹陷、大野头凸起、高密凹陷、平度凹陷、夏格庄凹陷、李党家马山凸起、诸城凹陷和柴沟地垒构成，桃村凹陷分布于牟平－即墨断裂带内。

根据沟南矿水水文地质条件和水质特征分析，该水与上、下含水层及周边地下水均无水力联系。根据所处古地质环境初步分析，莱阳群在胶莱盆地内广泛分布，为一套河湖相沉积，水南组为盆地内水位最深环境下沉积地层的代表。桃村凹陷镜质组反射率局部高于莱阳凹陷，推测可能受凹陷内后期岩浆侵入的影响，使得有机质成熟度增高。桃村凹陷水南组泥页岩密度平均为2.70g/cm3，与其他各凹陷水南组泥页岩密度值差异明显，推测与地层抬升及上覆地层沉积、剥蚀程度有关。

据此推测该矿水系古河湖水接受沉积过程中，受后期岩浆侵入影响封存于地层中而形成，属封存水。

五、深入研究的意义

医疗矿水是宝贵的自然资源，但因缺乏必要的和有针对性的物探、钻探等勘察工作，沟南矿水的形成机理尚未明确，需做进一步详细勘察，掌握其地质和水文地质条件、资源量等情况，以便合理开发并充分利用这一宝贵的矿泉水资源。

同时，该处地下水地质信息丰富，具有极高的科研价值，通过进一步研究将会在优质地下水开发利用、盆地沉积演化、古气候古生物演变甚至相关地质找矿等方面取得新的成果。

需要指出的是沟南矿水在页岩气勘探中具有特殊地质指标价值。胶莱盆地是山东省中生代白垩系沉积、保存最好的地区，综合莱阳群沉积环境、水南组有机碳含量、生烃潜量、氯仿沥青“A”、干酪根类型、镜质体反射率、泥页岩发育厚度、埋藏深度等，优选水南组4个远景区，桃村凹陷是其中之一。桃村凹陷埋深300～2000m，页岩气潜在原地资源量为165.7×108m3，具有一定潜力和勘查开发前景。封存水在油气资源勘探中具有宝贵的指标价值，因此对该处矿水的进一步研究将会更好地促进胶莱盆地油气资源勘探。