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      泗水南部灰?guī)r地區(qū)礦泉水鍶源及形成條件分析

      2013-12-23 06:25:04肖為國馮鳳玲王集寧馮克印付娟
      山東國土資源 2013年4期
      關(guān)鍵詞:泗水縣變質(zhì)巖泗水

      肖為國,馮鳳玲,王集寧,馮克印,付娟

      (1.山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,山東濟(jì)南 250014;2.國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院,山東濟(jì)南 250002)

      鍶是人體必需的微量元素,人體所有組織都含有鍶,其中99%分布在骨骼和牙齒之中。鍶還有利于維持人體正常的心血管功能以及神經(jīng)和肌肉的興奮性,它與血管的作用機(jī)制是鍶在腸內(nèi)與鈉競(jìng)爭(zhēng)吸收部位,從而減少人體對(duì)鈉的吸收,增加鈉的排泄。此外,對(duì)于由副甲狀腺功能不全等原因引起的抽搦癥患者,經(jīng)常飲用含鍶礦泉水,會(huì)有一定的效果[1-4]。因此,查明礦泉水的鍶源及其形成條件,可以為今后該區(qū)域開展礦泉水調(diào)查、評(píng)價(jià)和開發(fā)利用工作提供方向。

      1 礦泉水分布概況

      泗水南部灰?guī)r地區(qū)礦泉水,為含鍶礦泉水。主要分布于寒武紀(jì)長(zhǎng)清群地層中,自西向東有3組天然的礦泉水礦田(上蘆城-圣水峪、押山莊-羅家莊、踅莊-南陳)展布(圖1)。這3組天然的礦泉水帶分別位于3個(gè)水文地質(zhì)單元(蘆城-安德水文地質(zhì)分區(qū)、代家莊-西高水文地質(zhì)分區(qū)、泉林-苗館水文地質(zhì)分區(qū))的補(bǔ)給徑流區(qū),礦泉水很大一部分處于自流或者自噴狀態(tài),可利用天然地形自流供水,開發(fā)極為方便。

      3組天然的礦泉水礦田水資源量豐富:上蘆城-圣水峪一帶資源量10 892.74m3/d,押山莊-羅家莊一帶資源量11 431.83m3/d,踅莊-南陳一帶資源量8 673.67m3/d。據(jù)多年監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,3個(gè)礦泉水礦田水資源豐富,取水井泉流量穩(wěn)定,適合建立大規(guī)模開發(fā)的礦泉水生產(chǎn)基地[5]①山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,肖為國、馮克印、羅梅等,泗水縣礦泉水資源調(diào)查評(píng)價(jià)與開發(fā)利用研究,2009年。。

      2 礦泉水中鍶的來源

      為查明鍶的物質(zhì)來源,于泗水南部灰?guī)r地區(qū)及周邊采集8件變質(zhì)巖樣品進(jìn)行巖礦分析(表1),測(cè)試設(shè)備為ZSX Primusll型X 熒光光譜儀。泗水縣與淄博淄川區(qū)同處于魯西地層,地層特征(巖性和深度)相似,采用類比分析評(píng)價(jià)法,泗水南部地區(qū)的頁巖及鮞狀灰?guī)r中含鍶量數(shù)據(jù)參考《淄博市淄川區(qū)礦泉水開發(fā)利用與保護(hù)研究》②山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,劉廣成等,淄博市淄川區(qū)礦泉水開發(fā)利用與保護(hù)研究,2008年。(表2)。

      由表1可知,變質(zhì)巖中鍶的檢出率為100%,其中最大檢出值為736.4 mg/g,最小檢出值259.8 mg/g,變質(zhì)巖中的鍶平均含量為459.46 mg/g,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鍶在地殼中的平均豐度375mg/g②。由表1和圖2可知,研究區(qū)變質(zhì)巖中鍶含量和巖樣取樣點(diǎn)地下水中鍶含量成正相關(guān)關(guān)系,說明地下水中鍶含量與變質(zhì)巖中含鍶水平密切相關(guān)。

      圖1 泗水縣南部灰?guī)r地區(qū)礦泉水礦田分布圖

      表1 巖礦測(cè)試結(jié)果

      圖2 泗水縣南部地下水鍶含量與巖石中鍶含量的關(guān)系圖

      由表2知,頁巖、灰?guī)r及鮞狀灰?guī)r中鍶的檢出率為100%,其中,鮞狀灰?guī)r中含量最高,均值為443mg/g;石灰?guī)r次之,均值為438 mg/g;頁巖最低,均值為341mg/g。石灰?guī)r和鮞狀灰?guī)r中的鍶含量遠(yuǎn)大于在地殼中鍶的平均豐度375mg/g。

      表2 頁巖灰?guī)r鮞狀灰?guī)r中鍶含量統(tǒng)計(jì)(mg/g)

      因此,工作區(qū)廣泛分布的變質(zhì)巖和寒武紀(jì)石灰?guī)r富含鍶,為區(qū)內(nèi)天然飲用礦泉水的形成提高了重要的物質(zhì)來源。

      3 礦泉水形成條件

      3.1 地質(zhì)構(gòu)造和水動(dòng)力條件

      泗水南部灰?guī)r地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜,以斷裂為主,尤其NW 及NWW 向斷裂十分發(fā)育,斷裂性質(zhì)多為壓扭和張性(兼具扭性),斷裂破碎帶及其影響帶裂隙巖溶發(fā)育形成了構(gòu)造裂隙網(wǎng)絡(luò),構(gòu)成地下水的良好通道和富水地帶。

      大氣降水滲入是礦泉水補(bǔ)給來源,大氣降水降落至低山丘陵區(qū)裸露的碳酸鹽巖和太古宙變質(zhì)巖地帶上,降水沿風(fēng)化、構(gòu)造裂隙下滲,在水頭壓力傳導(dǎo)作用下,地下水沿著構(gòu)造裂隙、裂隙溶蝕空洞運(yùn)移,經(jīng)斷裂構(gòu)造深循環(huán),在徑流中升溫,其溶解能力增強(qiáng),促進(jìn)水巖交換,為礦泉水淋濾、溶解和匯集微量元素提供了條件,因此,斷裂帶是礦泉水循環(huán)交替運(yùn)移的主要途徑。

      3.2 區(qū)域水文地質(zhì)條件

      礦泉水分布區(qū)域地下水類型為碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶裂隙水。主要含水層巖性為灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及硅質(zhì)灰?guī)r,巖溶發(fā)育程度中等,巖溶發(fā)育深度一般在180m 以上,主要發(fā)育段在60~160m,一般單井涌水量<1 000m3/d。該區(qū)域巖溶裂隙水水質(zhì)良好,礦化度一般<0.5mg/L。

      3.3 形成機(jī)理分析

      泗水南部灰?guī)r地區(qū)為富含鍶的地層,又有良好的地下水動(dòng)力條件。在新太古代、元古宙和中生代巖漿侵入或噴溢過程中,常伴有CO2,H2,H2S,N2,CH4等氣體成分沿著噴發(fā)活動(dòng)形成的裂隙或斷裂帶向上涌或受阻滯留在其中。外部大氣降水沿裂隙入滲,與裂隙中的氣體成分混合,使水中溶入了特種氣體成分或特種非氣體(成分)元素。

      在適宜的溫度,鍶礦物(以SrCO3為主)與含侵蝕性CO2的水相互作用,即形成含鍶礦泉水。其化學(xué)反應(yīng)式為:

      隨著淋濾和溶解作用的不斷進(jìn)行,地下水溶蝕能力也逐步減弱,部分巖類趨于飽和,整個(gè)地下水水化學(xué)體系達(dá)到平衡,各類組分含量相對(duì)穩(wěn)定下來,鍶含量也趨于穩(wěn)定,達(dá)到泗水縣南部灰?guī)r地區(qū)地下水中鍶含量的目前水平。

      4 結(jié)語

      通過對(duì)泗水南部灰?guī)r地區(qū)含鍶礦泉水的形成條件分析,說明鍶型礦泉水的形成與變質(zhì)巖、寒武紀(jì)長(zhǎng)清群灰?guī)r有著密切關(guān)系,為鍶型礦泉水的形成提供了礦物質(zhì)來源。研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造所形成的構(gòu)造裂隙網(wǎng)絡(luò),使地下水經(jīng)斷裂構(gòu)造深循環(huán),徑流中升溫,其溶解能力增強(qiáng),促進(jìn)水巖交換,并為含鍶水進(jìn)入提供了通道,并構(gòu)造其富集單元。

      [1] GB/8537-2008,飲用天然礦泉水[S].2008.

      [2] 張宏陶.水質(zhì)分析大全[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1997.

      [3] 高國華,周金生,張本琪.礦泉水的評(píng)價(jià)與合理開發(fā)利用(第1版)[M].北京:地震出版社,1990.

      [4] 沈照理,許紹倬.中國飲用天然礦泉水[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1989.

      [5] 肖為國,馮鳳玲,王集寧,等.泗水南部礦泉水分布特征及開發(fā)建議[J].山東國土資源,2012,28(2):15-17.

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