吉林省靖宇县长白山参女泉饮用天然矿泉水勘查评价

李伟，方岩，傅玉，刘刚，王铎

吉林省水文地质调查所，吉林 长春 130012

0 引言

吉林省靖宇县参女泉地处靖宇县国家级自然保护区内，生态环境优越，交通便利。具有得天独厚的自然地理及地质环境，因此为了开发利用这一宝贵的矿产资源，充分发挥其资源优势，并使其尽快转化为经济优势。吉林省水文地质调查所对靖宇县参女泉饮用天然矿泉水进行勘察评价工作，其目的是查明矿泉水赋存的地质、水文地质条件，矿泉水的形成机制，动态特征，进行矿泉水资源评价，为合理开发利用参女泉矿泉水资源提供科学依据。

1 自然地理概况

1.1 位置交通

靖宇县长白山参女泉位于靖宇县国家级自然保护区内，距靖宇县南西约14 km处。本区交通便利，省道S204在该区通过，朝(阳镇)—抚(松)公路经过县城、辉南—白山市铁路在县城西侧通过，靖宇县城距白山市区50 km，距长春市区250 km。以县城为中心的公路通往各乡镇。

1.2 地形、地貌

参女泉位于龙岗山脉火山群中，由火山喷发形成的玄武岩台地上。台面略有起伏向北东方向倾斜，区内植被发育。该区地貌为侵蚀火山地貌玄武岩台地。海拔标高600～650 m，由第四系下更新统军舰山组玄武岩组成。参女泉出露海拔高程612～614 m。

1.3 气象水文

参女泉所在区域属于北寒温带大陆性半湿润季风气候。具有冷凉湿润、雨量充沛、无霜期短、光照适中的气候特点。春季温差大，多偏西风；夏季短暂，温凉潮湿多雨；秋季凉爽多早霜；冬季漫长而寒冷。气候垂直变化明显，海拔高程850 m以上为寒温带湿润气候，气温较低，年平均气温0℃左右；海拔高程500～850 m为寒温带半湿润气候，年平均气温2.5℃，极端最高气温33.6℃，极端最低气温-42.2℃，年降水量486.3～1 173.2 mm，降水集中在6～9月，多年平均降水量为766.3 mm，历年平均相对湿度73%。该区内地表水均属松花江流域，区内主要河流为吊水湖河、青龙河及其支流，青龙河源于龙泉龙湾南，于靖宇县城东汇入珠子河，由南向北径流。

1.4 植被

参女泉所在区内植被较发育，生态环境良好。多以次生林为主，主要植被类型有针阔叶混交林、阔叶混交林、灌木草丛和沼泽草甸。

2 矿泉水赋存的地质、水文地质条件

2.1 地层

区内出露地层由老至新分述如下：

(1)太古界

主要分布于参女泉以东区域，由鞍山群四道砬子河组(Ar1s)片麻岩、角闪岩、混合岩、片岩组成。

(2)新生界

第四系下更新统军舰山组玄武岩(βQ1j)大面积分布于区内，岩性为：灰色、灰褐色，致密块状、气孔状玄武岩互层，厚度大于95 m。赋存了丰富的地下水。

2.2 地质构造

本区大地构造位于中朝准地台，辽东台隆区，龙岗断块Ⅲ级构造单元。新构造运动较为强烈，从而导致了基性岩浆的喷发。复杂的地质构造控制了区域上的各类型地下水形成与分布，同时也为矿泉水的形成提供了空间环境。

2.3 水文地质

根据区域地下水的赋存条件、水理性质和水力特征，本区地下水类型主要有松散岩类孔隙水和玄武岩类孔洞裂隙水(图1)。

图1 研究区水文地质图

松散岩类孔隙水呈条带状分布于濛江河床两侧的阶地与漫滩上，含水岩性以第四系全新统冲积砂砾石、粉细砂为主，富水性良好，水位埋深1.5～0.6 m，单井涌水量100～500 m3/d，地下水补给来源主要是接受大气降水渗入补给，以径流形式排泄在地形低洼处出露于地表，水化学类型以重碳酸钙型为主，局部为重碳酸钙镁型，矿化度小于0.8 g/L，pH值6.2～7.5。

玄武岩孔洞裂隙水：地下水赋存于第四系下更新统军舰山组玄武岩(βQ1j)孔洞裂隙中。玄武岩孔洞裂隙发育，呈蜂窝状且孔洞间连通性好，无充填，透水性强。该套玄武岩又具多次喷发旋回，每个旋回由气孔状玄武岩和致密块状玄武岩组成，玄武岩节理裂隙发育，以大气降水为主要补给来源，地下径流为主要排泄方式，因此对地下水的赋存非常有利。泉流量一般在1.0～10 L/s，局部地段泉流量大于10 L/s，矿化度为269.16 mg/L。水化学类型为重碳酸钙钠或重碳酸钙镁型(图2)。

图2 水文地质剖面图

2.4 矿泉水赋存条件

靖宇县参女泉天然矿泉水，赋存于第四系下更新统军舰山组玄武岩中。含水介质为气孔状玄武岩。玄武岩受成岩作用和构造运动的影响，原生孔洞裂隙和构造裂隙极其发育，为矿泉水的形成、赋存与运移创造了有利条件。在地表低洼处溢出地表，形成自流泉。

2.5 矿泉水形成机制

参女泉天然矿泉水的形成、赋存与运移主要受地层岩性、地质构造和地形地貌条件的控制。根据区域地质资料，第四系下更新统军舰山组玄武岩中，二氧化硅含量较大，为矿泉水中偏硅酸的富集提供了物质来源。SiO2以晶质状态存在于岩石的基质中，在水中CO2、温度、压力的作用下，一部分非晶质SiO2被溶解，淋滤形成正硅酸与偏硅酸(一般均用偏硅酸表示)偏硅酸易溶于水，地下水与岩石不断相互作用，使水中偏硅酸富集形成偏硅酸型矿泉水。分析其原因主要是火山活动过程中，深部的岩浆分异和挥发作用产生了大量的CO2，对围岩有强烈的侵蚀作用，溶解了玄武岩中的可溶性SiO2，当岩浆顶端的热流体与浅层水结合时，所携带SiO2便溶解于水中，导致了该玄武岩中矿泉水偏硅酸含量增高。早更新世军舰山组玄武岩为橄榄玄武岩，镁含量较高，所以相应的矿泉水中镁离子含量也较高，水化学类型为重碳酸镁或重碳酸钙镁型。

参女泉补给来源主要以地下水的侧向径流补给为主，地下水沿玄武岩孔洞裂隙径流，在循环运移过程中，不断溶解围岩中的二氧化硅和微量元素，使地下水中的某些化学组分含量相对富集，其中偏硅酸含量41.62～43.43 mg/L，达到了《国家食品安全标准饮用天然矿泉水》(GB 8537—2018)规范标准要求，形成偏硅酸型矿泉水。

2.6 矿泉水水质评价

依据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)及《饮用天然矿泉水》(GB 8537—2008)国家标准及水质检验结果，现对吉林省靖宇县参女泉矿泉水多次化验分析结果表明，参女泉矿泉水为无色、无味、无沉淀，清澈透明，水温常年保持在7℃。参女泉矿泉水中阴离子以重碳酸根为主，含量160.95～174.22 mg/L，阳离子以钙、镁离子为主，含量分别为21.07～22.52 mg/L和15.62～18.09 mg/L，次为钠、钾离子，含量分别为15.15～16.80 mg/L和3.86～4.20 mg/L。溶解性总固体276～289.36 mg/L，pH值6.80～7.36，水化学类型为重碳酸钙镁型(表1)。

表1 参女泉饮用天然矿泉水化学特征表

参女泉矿泉水中偏硅酸含量41.62～43.43 mg/L，泉水限量指标、污染物指标和微生物指标均符合《国家食品安全标准饮用天然矿泉水》(GB 8537—2018)国家标准，可定名为偏硅酸型矿泉水。矿泉水的水样采集、保存、运输及水质检验方法均符合《国家食品安全标准饮用天然矿泉水检验方法》(GB 8537—2016)国家标准。

3 矿泉水量评价

为了解和掌握参女泉矿泉水动态特征，计算评价天然矿泉水资源量，进行了为期一年的动态观测，用三角堰板测流法对该泉进行了测试，流量为286～324.16 m3/d，水温为6.5～7℃，泉流量丰、平、枯水期变化幅度较小。

根据参女泉赋存的地质、水文地质条件，本次主要计算矿泉水允许开采量。允许开采量主要依据泉水动态长期观测资料和30年的降水资料。采用泉水动态与降水频率分析法，计算参女泉允许开采量为284 m3/d，有开采保证，可作为饮用天然矿泉水开发利用的依据。

根据靖宇县气象局1985—2014年的降水资料，采用下列公式计算降水频率如下：

式中：P—降水频率(%)；m—排列序数；n—年数。

经计算2001年为丰水年，降水量为878 mm；1996年为平水年，降水量为751.7 mm；2007年为枯水年，降水量为702.6 mm。

4 矿泉水水源地卫生防护

参女泉饮用天然矿泉水水源地森林茂盛，自然生态环境良好，无污染源，有利于矿泉水水源地卫生防护。为确保该矿泉水资源在开发利用过程中免受污染破坏，根据《天然矿泉水资源地质勘查规范》(GB/T 13727—2016)国家标准要求，结合该天然矿泉水水源地的地质和水文地质条件，必须设立水源卫生保护区，并在防护区界设置固定标志。卫生保护区建立与划分方案如下：

Ⅰ级保护区(安全保护区)：(1)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；(2)保护区边界距取水点最少为50 m半径；(3)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，取消一切可以导致天然矿泉水水源污染的因素。

Ⅱ级保护区(内保护区)：(1)范围包括一级保护区的周边地区，即地表水和潜水向矿泉水水源取水点流动的径流地区；(2)保护区边界距离一级保护区最短距离不小于50 m半径范围；(3)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。

Ⅲ级保护区(外保护区)：(1)范围包括水源补给地区，距取水点不小于500 m半径范围；(2)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。

5 结论

(1)靖宇县参女泉偏硅酸含量41.62～43.43 mg/L，为偏硅酸型矿泉水，并含有锂、锶、锌等多种对人体健康有益的微量元素。

(2)依据2014年该矿泉枯水期流量(2、3月份)286 m3/d，经过一年的动态观测，确定参女泉天然矿泉水允许开采量为284 m3/d，是有补给保证。

6 建议

(1)根据该泉所处地质、水文地质条件，结合矿泉水的循环条件，提出了建立参女泉天然矿泉水水源地三级卫生防护区方案。开发单位应按各级水源地卫生防护区的要求，做好矿泉水资源保护工作。

(2)矿泉水开发利用后，应进行矿泉水动态监测，设专人长期观测泉水流量及水温，矿泉水流量及水温半月观测一次，水质每年至少检测一次，及时掌握矿泉水动态特征，并建立监测档案，为长期合理开发利用这一宝贵资源提供科学依据。