内蒙古饮用天然矿泉水地质成因和分布特征浅析

王志超　王迪　张兵华　赵镇　葛伟丽

［关键词］内蒙古；饮用天然矿泉水；地质成因；分布特征

饮用天然矿泉水（以下简称矿泉水）含多种对人体健康有益的矿物质、微量元素或其他成分，赋存于地层深部，受外界污染影响小，属于宝贵的矿产资源。内蒙古在20世纪80年代区域水文地质勘查中陆续发现矿泉水，90年代矿泉水商业勘查开发逐渐增多，全区十二个盟市均有矿泉水水源地探明和开发。2018年全区矿泉水资源普查工作新发现确定矿泉水点230处[3]。本文即参考该项目野外资料和采樣测试数据，梳理分析内蒙古矿泉水地质成因和分布特征。

1. 研究区概况

1.1 自然地理

内蒙古以高原地貌为主，山地和平原为辅。贺兰山—阴山—大兴安岭由东北向西南呈弧形横贯于内蒙古中东部，北部为内蒙古高原，南部为河套平原、西辽河平原、嫩江西岸平原。山地向高平原、平原过渡地带分布有低山、丘陵、台地、盆地等次级地貌区。

1.2 地质构造背景

1.2.1构造特征

内蒙古地区自古生代末整体上升为陆，中生代、新生代经历燕山、喜马拉雅两期大的造山构造运动。燕山运动中太平洋板块与亚洲板块强烈碰撞，褶皱断裂作用形成系列隆起—沉降差异活动。内蒙古中东部形成东北—西南向的大兴安岭隆起带，东侧为松辽沉降带，西侧为呼伦贝尔—鄂尔多斯沉降带（中间被阴山山脉隔开）。内蒙古西部阴山和贺兰山发生强烈逆掩断层成为高大山脉。喜马拉雅运动中印度板块与亚洲板块碰撞，内蒙古高原和山地再度隆起，并伴生绕曲、断裂、玄武岩喷发。大兴安岭、阴山、贺兰山两侧产生系列阶梯状断裂；呼伦贝尔—锡林郭勒盆地沉积古近系、新近系碎屑岩建造，局部有玄武岩喷发；鄂尔多斯盆地抬升为高平原；大兴安岭东侧松辽沉降带和阴山南侧河套沉降带继续沉降，接受沉积。

1.2.2岩浆岩和火山岩

内蒙古地区历经多期次构造运动，超基性、基性、酸性到碱性岩均有。华力西中晚期和燕山期酸性岩分布最广，大兴安岭地区分布为主，向中西部逐渐变少。中生代火山活动在大兴安岭地区最活跃，构成大兴安岭-燕山火山活动带。中酸性岩浆沿着“格子”状断裂系统侵入喷发，呈带状或串珠状展布，火山盆地与基底隆起带相间排列。新生代局部地区基性熔岩活动活跃，中新世汉诺坝组分布在集宁区、卓资县、凉城县、兴和县、克什克腾旗—松山区；上新世五叉沟组分布在阿尔山市五叉沟、宝格达山等地；上更新世阿巴嘎组分布在锡林浩特—阿巴嘎旗；上更新世大黑沟组分布在呼伦贝尔市伊敏河、绰尔河河谷等[1]。

1.3 水文地质条件

基岩裂隙水分布于大兴安岭山地、阴山山地及内蒙古高原的低山丘陵，以基岩风化裂隙水和玄武岩节理裂隙水为主。其中玄武岩节理裂隙水在阴山东段赤峰、中段集宁—丰镇、北部高原阿巴嘎旗的新近系、第四系玄武岩台地分布，地下水赋存于节理裂隙和孔洞中，水质好，单孔涌水量100 m³/d左右，集宁—丰镇熔岩台地单孔涌水量100～300 m³/d。

碎屑岩类孔隙裂隙水广泛分布于内蒙古高原，含水岩类由侏罗系、白垩系、古近系、新近系内陆河湖相碎屑岩类组成。其中鄂尔多斯高原巨厚的白垩系砂岩、砂砾岩含水组无相对隔水层，构成“含水综合体”，水量丰富，单位涌水量达1～10 m³/h·m。

松散岩类孔隙水多分布于新生代断（坳）陷盆地和近代水流强烈地区。其中大兴安岭和阴山山地的山间沟谷及山前冲洪积平原孔隙潜水、微承压水赋存于第四系上更新统—全新统冲洪积砂砾石中，单位涌水量10～20 m³/h·m，水质较好。

2. 研究方法

本次研究范围涵盖内蒙古全区，对五处矿泉水重点片区进行野外调查和采样测试，梳理达标点分布特征和空间赋存特征，结合区域地质背景、构造条件、岩浆岩分布等进行矿泉水地质成因和分布特征分析。矿泉水重点区是基于大规模岩浆岩分布区、大型构造断裂带发育区、坳陷盆地稳定沉降区等因素确定的，包含：Ⅰ大兴安岭北段鄂温克—阿尔山山地、Ⅱ大兴安岭南段赤峰山地、Ⅲ阴山东段商都山间盆地、Ⅳ阴山中段呼包山前地带、Ⅴ鄂尔多斯盆地北部摩林河-盐海子地区（见图1）。采样工作分丰水期、枯水期两次进行，按照《食品安全国家标准饮用天然矿泉水》（GB8537-2018）的矿泉水界限指标、限量指标等要求，判定矿泉水点水质特征及动态情况，并分组采集同位素氘、氚、氧18样品，判定矿泉水来源和年龄。

3. 结果与分析

3.1 矿泉水主要类型

本次采样测试新发现水质达标并动态稳定的矿泉水点230处，加上自治区已有矿泉水水源地，全区共有矿泉水点267处（见图1）。按矿泉水界限指标类型[2]可分为锶型矿泉水189处，平均锶含量0.78 mg/L；偏硅酸型矿泉水61处，平均偏硅酸含量38.4 mg/L；复合型矿泉水17处。各矿泉水点矿化度小于400 mg/L的占80.4%，平均PH值为8.14，弱碱水点占83%[3]。

3.1.1锶型矿泉水

地下水中锶离子含量取决于围岩中锶的丰度和发生溶滤作用的时空条件，内蒙古东部岩浆岩、火山碎屑岩广泛分布，锶含量在岩浆岩的中性闪长岩中达800 ppm，在玄武岩和富钙花岗岩中为400～500 ppm[4]。锶型矿泉水多赋存于山区基岩风化裂隙带或断裂破碎带中，循环汇集于山间沟谷源头、坡脚以泉出露，或潜流补给河谷松散岩类孔隙水中。锶型矿泉水在内蒙古中西部坳陷盆地呈片状分布，赋存埋藏于碎屑岩类孔隙裂隙水中，如商都盆地、武川盆地、鄂尔多斯盆地北部摩林河—盐海子沉积中心；在断陷盆地内边缘呈带状分布赋存于与构造断裂破碎带密切沟通的平原区松散孔隙水中。

3.1.2偏硅酸型矿泉水

地下水中偏硅酸的富集源于地下水对各类非晶质硅酸盐矿物的水解、溶滤作用，形成大量的可溶性二氧化硅以偏硅酸和硅酸的形式存在[2]。偏硅酸型矿泉水在内蒙古地区分布受新生代基性熔岩台地分布影响明显，以基岩裂隙水赋存埋藏于熔岩台地区的节理裂隙、风化裂隙、玄武岩孔洞中。大兴安岭岭东的毕拉河—诺敏河—甘河地区玄武岩台地沿河道两侧呈条带状延伸，岭西的阿尔山—柴河地区呈片状展布。大兴安岭南段赤峰玄武岩台地区偏硅酸矿泉水点分布较密[5]，近100 km2 范围内初步测试发现25处偏硅酸型矿泉水点。内蒙古中西部的偏硅酸矿泉水点分布较少，仍与基性熔岩台地出露关联紧密。在碎屑岩类和变质岩类裂隙水偏硅酸矿泉水点偶见分布。

3.1.3复合型矿泉水

锶元素易与其他元素结合形成各种化合物，锶以分散形式呈类质同象共存于钾、钙长石中，当地下水与长石发生水解作用后，锶与硅一同溶滤于地下水中，形成锶—偏硅酸复合型矿泉水。内蒙古复合型矿泉水点共16处，其中9处分布于新生代基性熔岩台地，如诺敏河—甘河、阿尔山五叉沟、克什克腾旗—松山区、锡林浩特—阿巴嘎旗、察右中旗辉腾梁、乌拉特中旗希热庙；5处分布于区域大型构造断裂破碎带，如呼包山前东西向构造断裂破碎带、呼伦湖北侧北东—南西向正断层破碎带；2处分布于鄂尔多斯盆地北部摩林河-盐海子地区。

3.2 矿泉水的地下水化学特征

内蒙古地区矿泉水常见水化学类型有HCO₃-Ca·Mg型（占35%）、HCO₃-Na·Ca·Mg型（占20%）、HCO₃-Ca型（占15%）、HCO₃-Na·Ca型（占10%）。水化学类型受地下水流场和地貌部位影响明显。大兴安岭北段鄂温克-阿尔山山地和南段赤峰山地的矿泉水点，地下水流场属于补给区或径流初期，大气降水入渗淋滤溶解土壤中微生物降解有机物产生CO₂，向地下水中提供大量HCO₃^-成为最常见阴离子，Ca²⁺、Mg²⁺为常见阳离子，Cl^-、Na⁺离子均未检出，水化学类型简单。

呼包山前、商都盆地等隆起山地向高平原、平原、盆地过渡地带的矿泉水点处于地下水径流区或排泄区初段，径流循环过程中地下水与围岩矿物不断发生水解、溶滤作用，水—岩物质成分交换增强，多种无机离子进入地下水，HCO₃^-、Ca²⁺、Mg²⁺仍为优势阴、阳离子的同时，Cl^-、Na⁺离子含量有所增加，水化学类型增多至10余种。鄂尔多斯盆地北部摩林河—盐海子地区的矿泉水点，处于地下水流场隐伏排泄或缓慢更替区，在流场末期地下水于半封闭陆相沉降盆地内部隐伏排泄，以蒸发、浓缩、聚集作用为主，HCO₃^-仍为优势阴离子，Ca²⁺、Mg²⁺离子占比减少，SO₄^2-、Cl^-、Na⁺离子显著增加，水化学类型达20余种。

3.3 矿泉水同位素特征

根据典型矿泉水点同位素测试结果，氘：-121‰～-69‰、氧18：-16.2‰～-9‰，判定矿泉水补给源均为大气降水。大兴安岭北段鄂温克-阿尔山山地、南段赤峰山地8 处矿泉水点氚含量（2018 年）为5～15 TU，地下水年龄为5～10年的现代水。该区域基岩携带大量地幔微量元素的岩浆岩大规模出露，风化节理裂隙发育，地下水能够快速充分水解溶滤围岩微量元素成为地矿泉水，故矿泉水年龄相对较短。阴山中段呼包山前地带2个矿泉水点氚含量（2018年）分别为2.8±0.7 TU、2.9±0.7 TU，属于“大于50 年的次现代水与近代补给水的混合”。呼包山前大型构造破碎带成为地下水向地幔深循环获取微量元素的通道，地下水经过大于50年的深循环矿化成为矿泉水。鄂尔多斯盆地北部摩林河—盐海子地区为半封闭的地下水隐伏排泄区，3 个矿泉水点氚含量（2018 年）＜1.0 TU，属于“次现代水，1952年以前补给，地下水年龄大于50年”。阴山东段商都盆地为地下水的排泄区，3处矿泉水点氚含量（2018年）分别为0.6±0.6 TU、0.6±0.5 TU、0.6±0.5 TU，均属于“次现代水，1952年以前补给，地下水年龄大于50年”。可见无论是区域大型坳陷盆地还是山间小型盆地，大气降水入渗补给地下水后，均在盆地沉积地层中经过至少大于50年度的循环汇集，聚集浓缩形成矿泉水[3]。

4. 矿泉水地质成因和分布特征

4.1 矿泉水地质成因

内蒙古矿泉水点形成和分布主要是受构造运动中所产生的系列构造斷裂带、岩浆活动区及稳定沉降环境等条件控制影响的，矿泉水地质成因归纳为构造断裂型、岩浆活动型、沉降盆地型三个类型[3]。

4.1.1构造断裂型

内蒙古地区经历燕山运动和喜马拉雅运动影响下，西伯利亚板块和华北板块东部地层发生褶皱断裂，隆起-沉降差异活动形成系列山间盆地。大兴安岭、阴山、贺兰山上升，沿其两侧产生系列阶梯状断裂。构造断裂地应力多次集中和释放，破碎带构成地下水深循环运移通道。地下水在重力作用下沿断裂破碎带向地壳深部循环运移，随着温度升高、压力增大，地下水充分溶滤围岩化学成分、岩浆活动的分异产物、挥发物质等，形成富含微量元素和特殊组分的矿泉水；在静水压力作用下，矿泉水沿断裂破碎带上涌至地表以泉水出露，或潜流补给山前盆地沉积层松散岩类孔隙水以井揭露。如图2阴山中段呼包山前构造断裂型矿泉水成因剖面示意图。

4.1.2岩浆活动

型内蒙古地区在中生代燕山运动中受太平洋板块强烈俯冲，华北板块和西伯利亚板块东部地壳深部发生重熔、上升，进而侵入、喷发，形成大规模大兴安岭-燕山地区陆相火山活动带。新生代喜马拉雅运动中内蒙古中东部多个地区中新世、上新世、更新世及全新世的基性岩浆喷发活动十分活跃，形成了大范围熔岩台地。这些由地幔涌出炽热岩浆形成的火山活动带、熔岩台地携带丰富微量元素，为地下水溶滤形成矿泉水提供了物质来源。基岩裂隙水在玄武岩柱状节理和孔洞结构中循环径流，持续水解、溶滤基性熔岩中的硅酸盐矿物、非晶质、非晶玻璃质，析出偏硅酸、锶等组分，运移富集形成矿泉水。如图3大兴安岭南段赤峰山地岩浆活动型矿泉水成因剖面示意图

4.1.3沉降盆地型

沉降盆地是指周围由山岭围绕、中间凹陷的盆状洼地，盆地内部为稳定下陷的地块，盆地周围山岭多由褶皱或断裂作用上升。无论褶皱作用的坳陷盆地或是断裂作用的断陷盆地，均有厚层沉积并呈韵律交替的碎屑岩地层。大气降水入渗补给碎屑岩类孔隙裂隙水，汇合少量古河道、古湖泊内生水，形成具多层性、承压性，层间相对封闭性的含水系统。地下水在盆地半封闭的贮水构造长期埋藏贮存（鄂尔多斯盆地亚斯图矿泉水同位素显示地下水年龄大于50年），并在循环过程中完成水岩交换和聚集浓缩作用成为矿泉水。如图4，鄂尔多斯沉降盆地型矿泉水成因剖面示意图。该类矿泉水锶含量普遍很高，但受氟、锰、砷离子等限量指标影响，矿泉水质动态不稳定。

4.2. 矿泉水分布特征

内蒙古大兴安岭—阴山—贺兰山山地呈内蒙古地貌脊梁横贯自治区中部，大型区域构造断裂带或隆起区内断裂穿插联合部，是构造断裂型矿泉水分布区。阴山东段、大兴安岭南段、内蒙古北部高原局部新生代基性熔岩台地区为岩浆活动型矿泉水分布区；鄂尔多斯盆地、二连浩特盆地等中生代和新生代坳陷盆地区为沉降盆地型矿泉水分布区[3]。

4.2.1构造断裂型矿泉水分布特征

构造断裂型矿泉水分布形式有两种，一是在隆起山地与平原、盆地交接的构造断裂带附近，如阴山山地大青山山前断裂、大兴安岭山地与平原交接过渡地带，矿泉水点常沿构造隆起断裂带呈条带状分布；二是大兴安岭—燕山等隆起山区内部，不同级次、不同方向断裂穿插、联合地带，矿泉水点常于主构造线与次级断裂形成的山间沟谷或两级沟谷交汇部分布。

4.2.1.1隆起山地与平原或盆地交接地带

阴山中段呼包山前断裂东西向长约200 km、切深近10 km，在地表呈折线状连续出露，该断裂为拉张正断层，作北升南降垂直差异运动，成为呼和断陷盆地即土默川平原北缘地带。东西向构造断裂破碎带构成开启式矿泉水贮水构造空间，矿泉水以跌水的形式持续补给南侧临近平原区孔隙水，在此带状区域常常以机民井揭露矿泉水（见图5）。如呼市的塞北星、正达、乌素图等品牌，锶含量0.24～4.48 mg/L、偏硅酸含量30.7～45.63 mg/L。包头市的世龙、沙湾、呱呱叫、雪鹿等品牌，锶含量0.22～0.98 mg/L、偏硅酸含量25.93～65 mg/L。

大興安岭北段鄂温克—阿尔山山地的锡尼河镇布日都嘎查一带的基岩山区，发育一条北东向的哈尔额热咯-塔班那尔斯断层，沿断层基岩破碎，构造角砾岩、断层崖发育。断层破碎带内深循环的矿泉水向西补给径流十余公里，埋藏于波状高平原布日都嘎查一带的白垩系砂砾岩孔隙裂隙中，波状草原地形低洼地段发育四处泉潭，锶含量0.404～0.58 mg/L、偏硅酸含量44.6～52.8 mg/L，水量和水质动态均较稳定。

4.2.1.2隆起区内断裂穿插联合部位

大兴安岭北段鄂温克—阿尔山山地，区域主构造线为北东—南西向，鄂温克旗东部山地系列北东向断裂和北西向断裂穿插联合，形成“格子”状断裂系统，北西向次级断裂多呈张性或张扭性，为导水空间，矿泉水于北西向展布的沟谷底部及山麓地带出露。北东向主干断裂多呈压性或压扭性，含水性和导水性弱。两级断裂穿插联合部位，北西向张性导水断裂带的矿泉水遇北东向压性阻水断裂后在静水压力作用下上涌出露。该区锶型矿泉水点14处，平均锶含量0.67 mg/L；偏硅酸型矿泉水点4处，平均偏硅酸含量34.9 mg/L。著名的维纳河矿泉水也位于该区。

大兴安岭南段林西—巴林右旗北部山区，华力西期构造运动使石炭—二叠系地层发育线状褶皱，形成多组北东向和北西向断裂，矿泉水点多沿北西向张性、张扭性断裂控制下的线状沟谷中分布，平均锶含量0.47 mg/L、平均偏硅酸含量21 mg/L。

4.2.2岩浆活动型矿泉水分布特征

内蒙古地区新生代岩浆活动主要发生在新近纪和第四纪时期，其中新近纪基性熔岩台地主要分布于赤峰市松山区西部-克什克腾旗东南部、乌兰察布市集宁区周边、锡林郭勒盟阿巴嘎旗北部；第四纪基性熔岩台地主要分布于，鄂伦春自治旗诺敏河沿岸、阿尔山—柴河地区、锡林浩特市南部。全区新生代基性熔岩台地总面积约2.0×104 km²[6]。

大兴安岭南段赤峰地区案板沟-舍路噶河中上游新近系玄武岩台地区，属大兴安岭余脉的低中山系，低中山坡脚缓坡带为黄土丘陵区。玄武岩台地于案板沟、舍路噶河河谷上游两侧呈片状展布，面积202.9 km²（见图6），为地下水补给-径流区，水化学环境稳定。20 处矿泉水点偏硅酸含量丰水期平均36.32 mg/L、枯水期平均40.4 mg/L，且氟、砷、硝酸根等离子均符合矿泉水限量指标要求。由玄武岩台地集中区出发沿案板沟向东至台地外围区的黄土丘陵区，连接11个采样点形成水质点控制线对比分析（见图7）。C9～C49六个采样点跨距22 km，控制玄武岩台地出露区；C47～C44五个采样点跨距23 km，控制玄武岩台地外围区。台地出露区偏硅酸离子平均含量42 mg/L，在台地外围区下降至23.7 mg/L，地下水偏硅酸含量与玄武岩台地出露程度的关联紧密。地下水中锶离子在台地出露区平均含量0.27 mg/L，在台地外围区溶滤作用充分，锶离子平均含量高达0.69 mg/L，地下水中锶含量除受岩石中锶的丰度控制外，还与溶滤时间呈正相关。但台地外围区黄土大规模覆盖，地下水氟含量激增，平均达到2.32 mg/L，造成富含锶离子的地下水不能命名矿泉水。故案板沟、舍路噶河中上游玄武岩台地集中区地下水化学环境稳定，是偏硅酸型矿泉水的稳定分布区；下游台地外围区的有利地带做好浅层止水、有望成为锶型矿泉水的开采潜力区[3]。

大兴安岭北段鄂温克—阿尔山山地的呼赉高勒河与尔根河流域台地区，新近系上新统五岔沟组气孔状玄武岩广泛分布，面积303 km²，层厚40 m，该区10个采样点平均偏硅酸含量39.01 mg/L，丰枯水期水质稳定[7]。著名矿泉水品牌“阿尔山”的白狼镇望远山水厂也位于该区，枯水期最小泉流量810 m³/d；还有“伊刻活泉”矿泉水水源井，允许开采量为968.46 m³/d。内蒙古地区岩浆活动型矿泉水还有锡林浩特市“碧溪神泉”、阿巴嘎旗“黑眼睛”、乌拉盖管理区“原之源”、多伦县“三道沟”、察右中旗“草原明珠”、乌拉特中旗“希热庙”等品牌。

4.2.3沉降盆地型矿泉水分布特征

鄂尔多斯坳陷盆地、二连浩特盆地等中生代和新生代拗陷盆地中，沉降盆地型矿泉水呈层状赋存埋藏于盆地深部半封闭的贮水构造空间。其中鄂尔多斯盆地北部摩林河—盐海子地区面积4580 km²，属波状高平原区。该区中生代三叠系至白垩系砂岩、粉砂岩、泥岩组成交替、叠置的多层状巨厚碎屑岩，地下水系统具多层性、承压性、层间相对封闭性。该区采样测试发现矿泉水点36 处（见图8），平均锶含量1.79 mg/L。鄂尔多斯坳陷盆地还有鄂托克前旗“三段地”和“塞乌素”；杭锦旗“库布齐”；乌审旗“苏里格”和“岩峰”等沉降盆地矿泉水。二连盆地群有二连浩特市“龙源”、西乌珠穆沁旗“红岩”、镶黄旗“塞乌素”等沉降盆地型矿泉水。

5. 结论和建议

5.1 结论

（1）内蒙古地区截至目前各类矿泉水点共267處，以锶型、偏硅酸型矿泉水为主，复合型矿泉水较少。

（2）内蒙古地区矿泉水的形成主要受中生代以来燕山运动、喜马拉雅构造运动所产生的系列构造断裂带、岩浆活动区、稳定沉降环境等条件控制影响，矿泉水地质成因分为构造断裂型、岩浆活动型、沉降盆地型三类。

（3）大兴安岭—阴山—贺兰山基岩隆起区，大型区域构造断裂贯通发育或隆起区内断裂穿插联合，是构造断裂型矿泉水分布区。矿泉水点常沿隆起山地与平原、盆地交接的构造断裂带呈条带状分布，或隆起山地内部，不同级次、不同方向断裂穿插、联合地带分布。

（4）阴山东段、大兴安岭南段及内蒙古北部高原局部的新生代基性熔岩台地区为岩浆活动型矿泉水分布区。即乌兰察布市集宁区周边地区、锡林郭勒盟阿巴嘎旗北部—锡林浩特市南部地区、赤峰市松山区西部—克什克腾旗东南部地区、阿尔山—柴河地区、鄂伦春自治旗诺敏河沿岸等基性熔岩台地。

（5）鄂尔多斯坳陷盆地、二连浩特盆地等中生代和新生代坳陷盆地为沉降盆地型矿泉水分布区。

5.2 建议

内蒙古地区岩浆活动型矿泉水赋存于基性熔岩台地，岩石柱状节理和孔洞结构是矿泉水良好的赋存埋藏空间，多期次熔岩喷发间歇的沉积泥岩夹层作为隔水底板，两者结合构成良好的“水塔”式贮水构造。台地上贯通发育的沟谷中上游下切台地，沟谷坡坎、沟源地带接受两侧孔隙裂隙矿泉水侧向汇集以泉出露，或排泄于沟谷孔隙水中，故台地沟谷上游段是截流、存蓄开采矿泉水的最佳地段。建议对岩浆活动型矿泉水分布区开展矿泉水资源整装勘查和综合保护区建设，发挥绿色资源优势，改善民生造福当地。