贵州省六盘水市钟山区矿泉水成因研究

许 杰，宋 晨

(贵州省地矿局一一三地质大队，贵州 六盘水 553001)

贵州省六盘水市钟山区范围内矿泉水形成条件充分，开发潜力巨大，前景优越，但区内高端天然优质矿泉水形成原因研究程度较低，制约了当地“贵水”产业发展，为此，2018年3月按照省地矿局对口扶贫钟山区的要求，安排我单位对该区开展天然矿泉水调查评价工作。基本查明区内水文地质条件、矿泉水形成机制、赋存特征，采取水样进行检测，重点对矿泉水形成成因进行研究，为当地政府打赢脱贫攻坚战、全面迈入小康社会，开发矿泉水产业提供地质依据。

本次调查工作始于2018年3月，结束于2018年12月。前期通过收集区内水文地质、环境地质、我单位2012年开展的11个枯季测流泉点数据及2014-2017年实施的32眼机井、2口地热井等资料基础上，经综合分析研究选定大河～木果，保华～南开两个地带作为工作靶区[1]。中后期针对选定的靶区，开展专项水文地质及其周边环境污染现状调查，最终筛选第一靶区范围内的大河镇大地村泉点(S12)、底母落机井(J7)、周家寨嘎尼地热井(ZK1)、大地村恩华地热井(ZK2)、木果镇龙井口泉点(S14)五个水源点，第二靶区筛选保华镇太阳沟泉点(S52)，共计六个水源地作为本次矿泉水水源点成因研究对象，并于平、丰、枯水期分别对S12、S14、S52三个水源点开展水温、水量动态观测，采集水样送至贵州省地矿局中心实验室进行饮用天然矿泉水水质检测。J7机井、ZK1、ZK2地热井因封口，未能开展动态观测，只收集到水质检测报告及竣工报告。通过一系列工作，掌握了第一手详细、可靠的资料，获得了相关数据。

1 矿泉水水源地基本情况

1.1 自然地理

六盘水市钟山区位于贵州高原西部乌蒙山区，地理坐标为：东经104°35′～105°05′，北纬26°30′～26°55′，属中亚热带高原型季风气候区，冬无严寒，夏无酷暑，气候温和，降水丰沛，雨热同期，有明显的旱季和雨季之分。年平均气温15.1℃、日照1 560 h、降水量1 214.7 mm。

1.2 地形地貌

钟山区处在滇东高原向黔中丘原过渡，黔西北高原向广西丘陵过渡之梯级状大斜坡地带。地形复杂，地貌类型多样，区内地势总体为西高东低，海拔高度在1 800～2 200 m之间，最高点在西北边钟山区大湾镇与赫章县交界的韭菜坪，海拔高程2 900.30 m，最低点为月照乡独山村大河出境处，海拔高程1 500 m，相对高差1 400 m。区内地貌主要有：溶蚀地貌、侵蚀地貌、溶蚀-侵蚀地貌。

1.3 地层岩性

区内出露的地层主要有石炭系：分布于双戛、德坞、凤凰、荷城、月照乡、保华镇。二叠系：广泛出露，发育较全，出露于钟山区的中北部及东部，下统缺失，中统下部为滨海相砂页岩，上部为浅海相碳酸盐岩，顶部时有辉绿岩顺层侵入。三叠系：分布广，发育全，出露于钟山区中东部，沉积岩相主要为滨海及浅海相。第三系：发育于大型洼地，构造盆地及大型坡立谷之中，为一套棕红、褐红色含砂砾质泥岩和灰色砾岩。岩性以碳酸盐岩为主，碎屑岩、火成岩次之。

1.4 地质构造

钟山区处于黔北台隆六盘水断陷威宁北西向构造变形区，褶皱构造包括威水、水杉、阿都嘎、白泥-滥坝、布坑底背斜，格木底、得着向斜等；断层构造以NW-SE向为主，其中最为典型的是水城枢纽断层；NE-SW向断层主要有营脚断层等。受地层岩性、含水性所控制，系列褶皱构造分别形成区内众多相对独立的水文地质单元，各水文地质单元分别形成相对独立的地下水循环系统。

1.5 水文地质概况

区内水系属长江流域乌江上游的三岔河，其支流有水城河、汪家河、阿勒河及连山河，部分河流枯水季节常出现断流，泉点流量具逐减现象。地表水总体由北西向南东径流，最终从西往东流出境内。区内干流三岔河，流向由北西向南东，从西面大湾镇流入境内，再流经汪家寨镇、大河镇后进入水城县发箐乡，又从月照乡北部边界附近的独山村经过境内。该河在大湾镇、汪家寨镇、大河镇地段河谷宽缓、坡降小，而到了大河镇以东逐渐表现出谷狭、水急、坡降大的特点。

1.6 矿泉水形成机制

区内矿泉水的形成主要受独特的地质地貌条件控制和自然生态环境所影响。地下水主要补给区位于乌蒙山麓，地表植被茂盛，周边无生活、生产污染，自然环境优良。区内二叠系上统峨眉山玄武岩分布广泛，岩石中非晶质SiO2丰度较高，遇地下水后，岩石中部分非晶质SiO2组分发生溶解，以偏硅酸的形式富集于地下水中，为本区偏硅酸型矿泉水的形成提供了充分条件。其次，区内碳酸盐岩和碎屑岩分布广泛，构造活动强烈，部分地下水沿区域性深大断裂下渗并参与深循环，在高温、高压等物理化学条件下，部分碳酸盐岩类发生水解，形成重碳酸根离子和钙、镁离子，并析出游离CO2，同时地下水在径流过程中不断溶解碎屑岩类中非晶质SiO2、硒、锂、锶等矿物组分，使之在地下水中富集，最终形成高矿化度碳酸、偏硅酸、硒、锂、锶复合型矿泉水。

2 矿泉水赋存特征

区内矿泉水主要赋存于：二叠系中统茅口+栖霞组岩溶含水层、三叠系下统飞仙关组、石炭系+三叠系碳酸盐岩含水层[1]。

二叠系中统茅口+栖霞组岩溶含水层：地层岩性主要为灰岩、白云岩。矿泉水赋存于溶蚀裂隙、管道、孔洞之中，含水性不均一，富水性强。上覆二叠系上统峨眉山玄武岩，岩体中矿物质含量丰富，非晶质SiO2丰度较高，形成高矿化度碳酸、偏硅酸、硒、锂、锶复合型矿泉水的条件充分，是区内天然矿泉水的主要赋存层位之一。

三叠系下统飞仙关组：地层岩性主要由砂岩、砂质粘土岩、粘土岩、泥质粉砂岩及砂质粘土岩构成，含基岩裂隙水。矿泉水赋存于地层裂隙、节理之中，含水性中等至弱。该岩组中硒、锂、锶等矿物组分含量丰富，形成硒、锂、锶复合型矿泉水的条件充分；同时，由于地层中细小砂质颗粒对有毒有害物质具有一定的吸附作用，使地下水在径流过程中得到净化。

石炭系+三叠系碳酸盐岩岩溶水含水层：在区域性深大断裂分布地带，具备形成高矿化度碳酸、偏硅酸、硒、锂、锶复合型矿泉水的有利条件，矿泉水主要赋存于深大断裂破碎带之中，沿深大断裂分布地带岀露的泉水点是本次工作的重点。

3 矿泉水成因研究

根据S12、S14、S52、J7、ZK1、ZK2水样检测报告结果，依据水化学成分、微量元素及水温等方面综合研究，将区内矿泉水水源地划分成两种类型，即“碳酸盐岩层控型”和“断裂裂隙型”[1]。其中：“碳酸盐岩层控型”为冷矿泉的主要成因类型，而热矿泉的成因类型主要为“断裂裂隙型”。

3.1 碳酸盐岩层控型矿泉水

其水质、水温主要受岩石地球化学背景、埋深及地质构造控制，有益元素以锶、偏硅酸、硒等为主。循环深度一般较小，表现为浅循环的特征。矿泉水中阴、阳离子以Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-为主，水化学类型以HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·M等为主，矿化度在100～1 000 mg/L之间，主要以泉点等形式出露。S12、S52及J7三个水源点属于该类型，现就三个点情况叙述如下：

3.1.1 大河镇大地村泉点S12

该点出露为一地下暗河出口，伏流口位于陡崖脚。含水岩组为三叠系关岭组(T2g)白云岩、白云质灰岩，含水介质以岩溶管道、溶洞、溶隙为主。主要补给源为大气降水汇集成溪沟由出口北边2.7 km处地表落水洞直接灌入。地下水总体由岩溶管道向南径流，最后汇入阿勒河。该点锶含量0.570 mg/L，达到矿泉水界限指标，综合岩相古地理特征，其锶含量主要受三叠系关岭组(T2g)岩石地球化学背景影响(见图1)。

图1 大河镇大地村泉点S12泉点平、剖面图

3.1.2 保华镇太阳沟泉点S52

该点出口位于斜坡脚，为下降泉。含水岩组为三叠系关岭组(T2g)、永宁镇组(T1yn)白云岩、灰岩，含水介质以溶隙、裂隙为主。主要补给源为大气降水入渗补给，地下水总体由北东往南西径流，汇水面积约7.2 km2。受断层以及三叠系飞仙关组(T1f)碎屑岩阻隔出露于地表，该点锶含量0.609 mg/L，达到矿泉水界限指标，综合岩相古地理特征，其锶含量主要受三叠系关岭组(T2g)、永宁镇组(T1yn)岩石地球化学背景影响(详见图2)。

图2 保华镇太阳沟泉点S52泉点平、剖面图

3.1.3 大河镇底母落机井J7

该机井由我单位2014年施工，机井主要揭露地层为龙潭组(P3l)、峨嵋山玄武岩组(P3β)、茅口组(P2m)。施工至190 m时揭穿玄武岩，进入茅口组(P2m)。含水岩组主要为二叠系栖霞茅口组(P2q-m)灰岩、白云质灰岩。主要补给源为机井东面大气降水沿溶隙、裂隙入渗，地下水总体由西往东径流，在机井处被揭露。该点偏硅酸含量29.61 mg/L，综合岩相古地理特征其矿物含量主要受二叠系峨嵋山玄武岩组(P3β)、栖霞茅口组(P2q-m)岩石地球化学背景影响(见图3)。

图3 大河镇底母落机井J7泉水平、剖面示意图

3.2 断裂裂隙型矿泉水

主要受隆起褶皱构造、断裂、裂隙控制的矿泉水。本次调查工作中涉及此类型的点主要为ZK1、ZK2及S14。以ZK1、S14为例，地下水经大气降水入渗补给，由龙井口断裂(F1)径流，以泉点和钻井揭露的方式出露于两点。主要含水岩组为二叠系栖霞茅口组(P2q-m)，受断裂破坏有径流途经长、经过层位多的特点。其矿物含量种类居多，其中锶含量、偏硅酸含量较高。由于二叠系峨嵋山玄武岩组(P3β)以及三叠系地层作良好的盖层[2]，为地下水提供了良好的热储环境，龙井口F1断裂为地下水提供了储藏空间，二者相结合产出了温度较高的热矿泉。S14泉点2012年枯计测流时观测温度为21.5℃，属于温度异常点，其地下水运移环境与ZK1地热井有相似性(详见图4)。

图4 嘎尼地热井ZK1及木果镇龙井口泉点S14水平、剖面示意图

通过区内重点水源点成因研究，查明了区域内“碳酸盐岩层控型”、“断裂裂隙型”矿泉水的形成机制。其中“碳酸盐岩层控型”主要受二叠系栖霞茅口组(P2q-m)、峨嵋山玄武岩组(P3β)，三叠系关岭组(T2g)等层位岩石地球化学背景影响，地下水与围岩接触发生水化学反应，形成了该类型矿泉水。“断裂裂隙型”天然热矿泉一方面受地温梯度的影响，另一方面在局部地区出露有二叠系飞仙关(T1f)、峨嵋山玄武岩组(P3β)作为天然盖层，二叠系茅口组(P2m)顶部古岩溶为地下水提供了储藏空间[2]，再通过钻井开采产出。

4 水质评价

根据区内水源点的水质检测报告，参照《饮用天然矿泉水标准》(GB8537-2008)[5]进行水质评价。

4.1 矿泉水水质评价

(1)感官指标：区内水源点物理性质呈无色、无味、无嗅、透明，色度0度，浊度0度均符合规范要求。

(2)界限指标：S12(Sr含量0.570 mg/L)、S14(Sr含量0.369 mg/L)、S52(Sr含量0.609 mg/L)、J7(H2SiO3含量29.61 mg/L)均达到矿泉水界限指标；Zn、Se、I、Br、游离CO2、溶解性总固体含量低于标准。

(3)限量指标：Cu、Cd、Cr、Ag、HBO3、Se、As、耗氧量(以O2计)、NO32-指标符合饮用矿泉水标准。

(4)污染指标：冷泉检出氰、酚、亚硝酸盐、总β活性等污染物成分符合天然矿泉水标准，表明区内矿泉水没有遭受污染。

(5)微生物指标：水样中检出细菌总数、大肠杆菌群数结果超标，主要与水样的采集、送检条件等有关。

4.2 理疗矿泉水评价

根据《地热资源地质勘查规范》(GB/T11615-2010)表E.1理疗热矿水水质标准[6]，ZK1(F含量3.67 mg/L，H2SiO3含量31.45 mg/L，温度49.5℃)[4]、ZK2(F含量2.77 mg/L，H2SiO3含量35.41 mg/L，温度53℃)[3]，其指标均达到标准要求，具有较高的理疗价值。

5 结语

(1)经对区内水文地质、机井、枯季测流泉点、地热井等资料综合分析，结合开展的水文地质调查工作，基本查明了区内矿泉水形成机制、赋存特征。

(2)通过对区内重点水源点成因研究，查明了区内“碳酸盐岩层控型”、“断裂裂隙型”矿泉水的形成原因。前者主要受二叠系栖霞茅口组(P2q-m)、峨嵋山玄武岩组(P3β)，三叠系关岭组(T2g)等层位岩石地球化学背景影响，地下水与围岩接触发生水化学反应，形成了该类型矿泉水。后者一方面受地温梯度的影响，另一方面在局部地区出露有二叠系飞仙关(T1f)、峨嵋山玄武岩组(P3β)作为天然盖层，二叠系茅口组(P2m)顶部古岩溶为地下水提供了储藏空间，二者相结合产出了温度较高的热矿泉。

(3)从区内水源点的水质检测报告分析评价得知适宜饮用天然矿泉水源点是S12、S14、S52、J7，适宜理疗矿泉水源点是ZK1、ZK2。