山东省沂源县天然矿泉水成因及水质评价研究

徐仲仪，关 琴

(山东省地矿局801水文地质工程地质大队，山东 济南 250014)

水是生命之源，随着经济的发展和人们生活水平的提高，水的质量问题越来越受到人们的关注。早在1993年1月18日，第四十七届联合国大会做出决议，确定每年的3月22日为“世界水日”，旨在唤起公众的节水意识，加强水资源保护。山东省具有丰富的天然矿泉水资源，其中淄博市沂源县是著名的“中国矿泉水之乡”，平均海拔四百多米，素有“山东屋脊”和齐鲁生态高地之称，是沂河、汶河、淄河、弥河的源头，境内森林覆盖率超57%，区内分布新太古代变质岩及寒武纪、奥陶纪碳酸盐岩，断裂构造发育，为优质锶型矿泉水的赋存提供了有利条件。

山东省天然矿泉水资源的研究一直是山东省内水资源研究的热点之一，业界学者从不同角度对山东省矿泉水资源进行了分析。研究的第一条主线是对山东省各地矿泉水资源的不同特点加以分析。早在上世纪九十年代，彭海昀(1990)[1]、张振克(1994)[2]对胶东半岛地区饮用天然矿泉水的地质背景、形成过程与基本特征进行了分析研究；吴泉源等(1994)[3]对其中威海卫饮用天然矿泉水的生成背景与水质评价进行了研究；除此之外，曹钦臣等(1995)[4]和肖为国等(2013)[5]分别分析了山东省德州市和济宁市泗水县的矿泉水资源；吴立新(2014)[6]对淄博市淄川区饮用天然矿泉水的赋存条件和形成机理进行了分析；而赵广涛(1995)[7]、高楹等(2018)[8]、刘中业(2020)[9]则分别研究了山东省青岛市、济南市和临沂市沂水县的地下水；研究的第二条主线是从不同角度对山东省矿泉水资源进行总体分析，比如，高殿琪(1990)[10]商广宇等(2010)[11]从资源开发的角度分析山东省矿泉水资源；谷振峰(1997)[12]、贾德旺等(2018)[13]则从资源评价角度对山东省地下水资源进行了研究；而张中祥等(2018)[14]从地下水环境演化角度、袁明等(2001)[15]从放射性水平及卫生学角度对山东省矿泉水进行了分析，等等。

总体来说，有关山东省饮用天然矿泉水的研究成果不少，对我们的研究提供了很好的启发，但作为中国重要的矿泉水之乡，分析山东省沂源县天然矿泉水资源的的文献比较匮乏。基于此，本文依托山东省国土资源厅委托项目，对位于山东省沂源县南鲁山镇璞邱村的YY17饮用天然矿泉水井进行了调查研究，查明了YY17井矿泉水资源的赋存条件和富集规律，通过多次检测，结果表明YY17井水质符合《饮用天然矿泉水》(GB8537-2008)中锶型矿泉水要求，进一步揭示了山东省锶型饮用天然矿泉水的分布规律，并针对该地矿泉水的开发利用提出了合理建议。

1 区域地质条件

1.1 地层

山东省沂源县地层分区属华北地层大区晋冀鲁豫地层区鲁西地层分区淄博-新泰地层小区，主要发育新生代第四纪地层(粘土、含砾砂等)，奥陶纪(灰岩、白云岩、粉砂岩等)，寒武纪(各式灰岩、泥灰岩、白云岩、粉砂岩、页岩等)，如图1所示，基底为新太古代泰山岩群斜长角闪岩等。

图1 区域地质略图

1.2 构造

区域内断裂构造极其发育，尤以北东向断裂最为发育，区域内几处泉水基本也依这个方向分布，以上五井断裂带为代表。(见表1)。

表1 区域北东向断裂一览表

上五井断裂带是鲁中地区一条重要的断裂构造，根据地表观察，北起临朐上五井，向南延伸到新泰市龙廷，长约80 km。区内上五井断裂带非常发育，自西南向北东延伸，由东西两侧两条主干断裂形成宽约0.2～1 km的断裂带。

西支主干断裂：区域内称璞邱-荆山断裂，长21km，宽10～50 m，走向40°，倾向130°，倾角50°。断裂两侧地质体明显不同，断裂性质显示先张后压，具有多期活动特点，在南麻镇刘家大峪村东发育挤压褶皱。

东支主干断裂：区域内北段称为流水-光头顶断裂，长18.2 km，南段称为西鱼台-高庄断裂，长5 km。断裂走向30°，北段倾向300°，南段倾向120°。断裂中发育构造角砾岩，充填煌斑岩脉，断裂显示先左行张扭、后右行压扭的特点，从两侧主干断裂的规模及性质分析，西支主干断裂是主断裂。此外，区域内还有北西向断裂、东西向断裂、南北向断裂，对泉水的控制较弱。

1.3 岩浆岩

区域内侵入岩比较发育，广泛分布于北部鲁山凸起和南麻、鲁村盆地的北侧，形成时代以新太古代为主，岩性以斜长角闪岩、角闪石英闪长岩、正长花岗岩、二长花岗岩为主。

2 矿泉水的赋存条件及成因分析

2.1 矿泉水的赋存条件

区域内有YY17井，根据其地质资料显示，区域内地层为第四纪山前组、寒武纪九龙群张夏组、长清群馒头组(见图2)。

第四纪山前组岩性为含砾粘土质粉砂，厚度小于10 m。寒武纪九龙群张夏组下灰岩段，岩性为鲕粒灰岩，厚度在30 m左右，为含水层。由于厚度太小，富水性较弱。寒武纪长清群馒头组洪河砂岩段，岩性为含云母砂质页岩，厚度40 m左右；下页岩段，岩性为粉砂质页岩夹薄层灰岩，厚度50 m左右；洪河砂岩段、下页岩段的岩层含水性差，均为弱透水性，构成了含水层的顶板。寒武纪长清群馒头组石店段，岩性为条带状泥质灰岩、泥质白云岩夹砖红色钙质粉砂岩、粉砂质泥岩，该层未揭穿。泥岩，厚度大于120 m，为主要含水层，在断裂破碎带中石店段地层富水性极佳。基底为新太古代的斜长角闪岩，透水性差，构成含水层的底板(见图3)。

2.2 矿泉水成因分析

区域内寒武纪张夏组、馒头组地层中含有大量的厚层状鲕粒灰岩、泥质灰岩。锶在鲕状灰岩中含量最高，平均值为443 ppm，泥质灰岩中次之，平均值为438 ppm，均远高于锶含量在地壳的丰度值 (375 ppm)，因此，区域地层提供了丰富的锶。

区域处于山区，植被茂密，人烟相对稀少，腐殖质经低矿化近中性的大气降水淋滤后，形成富含腐殖酸的偏酸性水入渗地下。碳酸盐岩属易溶岩石，区域断裂构造又极其发育，增大了与水的接触面积，在淋滤作用和溶解作用下，大量的锶溶解入水，造成了地下水中锶元素的富集，形成锶型饮用天然矿泉水。

3 矿泉水水质评价

在查明YY17井矿泉水资源的赋存条件和富集规律的基础上，从权威部门多次水质检测结果来看，YY17井矿泉水锶含量(2.64～3.014 mg/L)，色度<5度、浑浊度<2 NTU、无异臭异味、无可见物，挥发酚含量<0.002 mg/L、氰化物含量<0.002 mg/L、阴离子合成洗涤剂含量<0.050 mg/L，矿物油含量<0.005 mg/L，亚硝酸盐(以NO2-计)含量为0.0172～0.054 mg/L、放射性总β含量为0.06～0.1032 Bq/L，大肠菌群、粪链球菌、铜绿假单胞菌和产气荚膜梭菌检验结果均为0，均符合《饮用天然矿泉水》(GB8537-2018)的规定，是优质的锶型天然矿泉水。

表2 山东省沂源县YY17井矿泉水检测结果

图3 YY17井矿泉水形成概念模型图

4 结语

(1)目前我国人口数量超过14亿，但我国人均年消费瓶装矿泉水(包括矿泉水和纯净水)只有5 L，与西方发达国家的消费量相差甚远，比如，意大利人均年消费矿泉水量达120 L之多，法国人均年消费矿泉水量也有70 L。随着人们生活水平的提高，对健康的要求越来越高，人们迫切要求喝干净的、有营养价值的水。我国的矿泉水行业还处于初级阶段，矿泉水市场尚未真正启动，矿泉水行业在我国尚属于朝阳产业，有着广阔的发展前景。

(2)沂源县当地政府应当加强水源地监管保护，根除周边环境和污染物排放流入到水源地。同时，加大对生产厂家的政策引导。对现有产业进行整合，去劣存优、使得山东省沂源县的矿泉水产业能够走出家门，得到全省乃至全国广泛的认可与认同。