沙田矿泉水的水化学特征及其水质评价

万 川，雷传保，惠 军，周新宇，文亮先

（江西有色地质矿产勘查开发院,江西 南昌 330030）

0 引言

沙田矿泉水位于江西省遂川县黄坑乡,矿泉水赋存于北东向断裂构造带中,为基岩构造裂隙水,属于重碳酸钙钠型偏硅酸饮用天然矿泉水,含有少量对人体有益的Sr2+、Zn2+、Li+、Mn2+、Cu2+、Se2+等微量元素。矿泉水中钠平均含量6.10 mg/L～7.97 mg/L,符合国际低钠标准≤20 mg/L,由于低钠具有保护心脏功能作用,是最受欢迎的一种矿泉水,且矿化度为91.86 mg/L～121.78 mg/L,属于低矿化度的范畴。

1 矿泉水区地质条件

区域大地构造位置处于罗霄-诸广隆起,成矿区带位置属于罗霄-诸广山钨锡铀稀土多金属萤石非金属成矿亚带。经历过多次构造-岩浆活动,历次构造运动所产生的形变,都各有其特殊性：加里东期构造形变以塑性褶皱形变为主,燕山期构造形变以脆性断裂为主。岩性以早志留世万洋山序列及晚侏罗世西华山序列的花岗岩类岩石为主。

矿区出露的为早志留世万洋山序列的黑云花岗闪长岩（SiO2为67.77%）和中粒似斑状黑云二长花岗岩的SiO2为72.28%,岩性是决定地下水形成的物质基础,不但控制地下水的水化学组成,也是影响地下水形成与富集的内因。且其与构造结合,控制了地形地貌和地表水文网的演化改造[1]。

矿区以北东向及北西西向脆性断裂为主,其中北东向断裂分布于勘查区北部营前坑一带,该断裂切割了中粒似斑状黑云二长花岗岩,区内可见3 km,倾向北西,倾角70°,宏观上表现为硅化和破碎,宽度约30 m～50 m；北西西向断裂分布于勘查区中部沙田一带,面上表现为强硅化和褐铁矿化,带内节理裂隙发育,以北东向与北西向张性裂隙为主,压性裂隙次之。断层宽约2 m～3 m,长约0.7 km,倾向南西。北东向及北西西向断裂为矿泉水的赋存与运移提供了良好的空间通道及水动力条件,为区内控水、导水构造,矿泉水赋存于这两组断裂带中。据ZK02 与ZK05 两孔可知含水层埋深为59.7 m～122.9 m,含水层厚度为37.00 m～43.90 m,单位涌水量为0.037 L/（s·m）～0.070 L/（s·m）,属于弱富水性,含水层上、下均具有稳定的隔水层,具承压特性。含水岩段主体岩性为花岗质硅化构造岩,见氧化锈斑、节理间距0.5 m～0.1 m,节理裂隙发育,裂隙宽度为0.2 mm～2 mm,呈张开-微张开状,裂隙率在2～10%,属于中等裂隙性-强裂隙性。

2 矿泉水的物理性质

沙田矿泉水无色透明,其色度为0.6～3.0＜15、无异味、无悬浮物,其浑浊度为0.18～0.96＜5。水样放置一年以上未见悬浮物,水温常年保持在19℃～21℃左右,属于低温矿泉水。ZK02 孔pH 平均值为7.23,ZK05 孔pH 平均值为7.06,均为中性水,该矿泉水物理性质良好,完全天然品质。

3 矿泉水的水化学特征

3.1 水化学基本特征

（1）遂川县沙田矿泉水ZK02 孔主要的阳离子为钠和钙离子。钠离子含量7.58 mg/L～8.17 mg/L,平均为7.97 mg/L,占阳离子的摩尔数的38.26%；钙离子含量11.14 mg/L～12.76 mg/L,平均为11.85 mg/L,占阳离子的摩尔数的53.04%；其它阳离子还有Mg2+、Al3+、K+等。

在主要的阴离子以HCO3-为主。HCO3-的含量为56.69 mg/L～61.03 mg/L,平均为59.06 mg/L,占阴离子的摩尔数的89.43%。其次是Cl-、SO42-、NO3-、F-等。从2019 年4 月至2020 年4 月,对沙田矿泉水的主要阴阳离子经过了一年多的水文动态监测,然后再根据摩尔洛夫式分类确定其水化学类型。沙田矿泉水的水化学类型属于HCO3-Ca-Na。

（2）沙田矿泉水ZK05 孔主要阳离子为钠、钙离子。钙离子含量8.18 mg/L～9.10 mg/L,平均为8.58 mg/L,占阳离子的摩尔数的43.65%；钠离子含量5.89 mg/L～6.51 mg/L,平均为6.10 mg/L,占阳离子的摩尔数的31.04%；其它阳离子还有Mg2+、Al3+、K+等。

在阴离子中主要为HCO3-。HCO3-含量为40.12 mg/L～42.93 mg/L,平均为41.98 mg/L,占阴离子的摩尔数的74.74%。其次是SO42-、Cl-、F-、NO3-等。从2019 年7 月至2020 年7 月,对ZK05 孔矿泉水主要阴阳离子经过了一年多的水文动的监测,然后再根据摩尔洛夫式分类确定了沙田矿泉水水化学类型属HCO3-Ca-Na。

3.2 特征成分

矿泉水中特征成分偏硅酸含量为31.32 mg/L～39.01 mg/L,达到了《饮用天然矿泉水》食品安全国家标准（GB 8537—2018）中界限指标的要求。为偏硅酸矿泉水。经过了1 个多以上水文年的动态监测,其八大指标波动范围均小于20%,偏硅酸含量较稳定,水化学类型不变。硅在地壳中的含量极为丰富,其丰度大于20%。而地壳中的硅主要是组成硅氧化物及各种硅酸盐。花岗岩的主要成分就是二氧化硅及硅酸盐,在富含硅的岩石中,天然二氧化硅和硅酸盐在与水的长期接触过程中,有少部分溶于水,形成硅酸（主要以偏硅酸形式存在）。所以,天然水体中或多或少都含有硅,一般小于25 mg/L。其围岩早志留世和中粒似斑状黑云二长花岗岩（SiO2为72.28%）,具有高硅的地球化学背景,为偏硅酸矿泉水的形成提供了物质来源。

硅是人体所需要的一种微量元素,它与长寿息息相关;硅在水中属于易容物质,因此易于人体吸收,调节人体机能,偏硅酸含量是我国用来鉴定天然矿泉水是否达到标准的最重要的指标之一。偏硅酸可以增加软骨,结蹄组织的弹性及强度,利于骨骼钙化和防治骨质疏松。偏硅酸作用于人体心血管,对动脉硬化等能够起到很明显的缓解作用。偏硅酸还是天然的美容护肤物质,人体皮肤结蹄组织的必须元素,偏硅酸对于增加皮肤弹性和保持纤维组织的作用。

4 矿泉水的有益微量元素及有害组分特征

4.1 有益微量元素

对沙田矿泉水水质分析显示水中含有Sr2+、Zn2+、Li+、Mn2+、Cu2+、Se2+等多种对人体有益的微量元素均符合国家（GB 8537-2018）限量标准见表1。

表1 沙田矿泉水微量元素含量表 单位：mg/L

4.2 有害组分特征

矿泉水中的一些组分对人体具有损害作用称之为有害组分。对沙田矿泉水的有害组分进行了分析,有害组分的分析结果皆符合《饮用天然矿泉水》食品安全国家标准（GB 8537-2018）的要求。耗氧量ZK02 孔为0.71 mg/L,ZK05 孔的耗氧量为0.62 mg/L,均大于0.5 mg/L。

5 矿泉水水质评价

通过对沙田矿泉水的综合性评价如下：

（1）经过1 年多的水文动态监测显示沙田矿泉水的物理化学性质稳定。沙田矿泉水主要组分K+、Na+、Mg2+、Ca+、SO42-、HCO3-、Cl-、溶解性总固体等,丰水期、平水期、枯水期三期均稳定,八大指标波动范围均在20%以内,且水化学类型稳定不变。

（2）矿泉水物理性状良好,无色透明,色度为0.6～3.0 ≤15,浑浊度为0.18～0.96 ≤5；无异味、无悬浮物,无色透明。

（3）水化学类型属于HCO3-Ca-Na,ZK02 总矿化度为112 mg/L～121.78 mg/L,平均值为117.26 mg/L；ZK05 总矿化度为91.86 mg/L～94 mg/L,平均值为93.29 mg/L。ZK02 总硬度为 31.90 mg/L～36.44 mg/L,平均值为33.79 mg/L；ZK05 总硬度为 23.12 mg/L～25.86 mg/L,平均值为24.24 mg/L,为低矿化度、极软水。

（4）ZK02 孔pH 平均值为7.23,ZK05 孔pH 平均值为7.06,为中性水。

（5）矿泉水中的微生物分析结果显示粪链球菌、产气夹膜梭菌、铜绿假单胞菌、大肠菌群均未检出。耗氧量ZK02孔为0.71 mg/L,ZK05孔的耗氧量为0.62 mg/L,均大于0.5 mg/L。等均未超过国家限量标准,说明矿泉水未受污染。

（6）矿泉水中的偏硅酸含量为30.04 mg/L～39.01 mg/L,平均值为 34.14 mg/L,符合《食品安全国家标准饮用天然矿泉水》（GB 8537-2018）,属偏硅酸矿泉水。

（7）矿泉水中含有微量元素,如Sr2+、Zn2+、Li+、Mn2+、Cu2+、Se2+等,对人体有益。

（8）矿泉水中钠平均含量ZK02 为7.97 mg/L、ZK05 为6.10 mg/L,符合国际低钠标准≤20 mg/L,由于低钠具有保护心脏功能作用,是最受欢迎的一种矿泉水。

6 开发前景评价

随着人民生活水平日益提高和法定节假日及带薪休假的落实,人民对度假、休闲的要求日益强烈,以追求身体健康为目的的消费不断扩大。为旅游业的发展带来了黄金般的机遇,而水是旅游途中不可或缺的东西,加上我国经济的快速发展,人民对自己生活质量的标准越来越高,但是干净的纯天然水源却越来越少,矿泉水的牌子也越来越多,每瓶水的价格也越来越贵,像恒大冰泉、昆仑山雪水、5100 冰川、乐百氏、五大连池等牌子的矿泉水都超过5 元/瓶。在这种情况下仍然有很多人购买进口矿泉水,每瓶价格达到几十甚至上百,因此,对天然矿泉水的开发利用是国家大力倡导的,符合民生需求。同时,工作区所在县是江右文化区域,气候宜人,交通便捷,适合休闲、旅游综合开发,天然矿泉水资源具有易开发、无污染等优点。矿泉水资源的开发利用,对地方经济的发展能起到积极的推动作用,对当地的旅游、医疗卫生、农业等方面都将产生积极影响,同时还有利于地方招商引资。

7 结语

沙田矿泉水区岩性以早志留世万洋山序列及晚侏罗世西华山序列的花岗岩类岩石为主,其为偏硅酸矿泉水的形成提供了良好的物质来源,工作区发育的北东向与北西向断裂构造为沙田矿泉水的形成提供了有利的导水通道和良好的储水空间。同时通过分析还可以知道,沙田矿泉水泉水清澈透明、无色、微甜可口,物理性质良好,又是低钠低矿化度的偏硅酸矿泉水,矿泉水作为健康饮食的重要组成部分,顺应“天然、营养、无公害、绿色”消费趋势,是都市健康生活的首要选择。近年来,随着经济的持续发展,国民生活和消费水平的不断提升,饮用水消费升级的持续影响,市场对矿泉水的消费需求呈现稳步增长态势,行业也随即展露出良好的发展势头,未来矿泉水产业发展具有广阔的市场前景,矿泉水的开发能有效的助推遂川县经济建设与发展,带动当地就业。