胡德勇，陶小郎，崔云祥，況靖，楊侃，張兵強

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峨眉山玄武巖地區(qū)優(yōu)質泉水分布規(guī)律研究

胡德勇，陶小郎，崔云祥，況靖，楊侃，張兵強

（貴州省地質礦產勘查開發(fā)局一○五地質大隊，貴陽 550018）

本文從貴州盤縣老廠地區(qū)峨眉山玄武巖分布規(guī)律、巖石地球化學特征、水巖相互作用、地下水化學特征、優(yōu)質泉水水質評價等研究該區(qū)玄武巖分布區(qū)優(yōu)質泉水分布規(guī)律。結果表明：盤縣峨眉山玄武巖分為三段，巖石中富含Si、Zn等微量元素，地下水主要賦存于峨眉山玄武巖第三段火山角礫巖分布區(qū)的淺部風化及構造裂隙中，地下水中富含對人體健康有利的偏硅酸、Zn、Sr等微量元素，是一種優(yōu)質泉水。該研究為該地區(qū)峨眉山玄武巖分布區(qū)開展優(yōu)質水資源勘查評價、開發(fā)利用規(guī)劃，優(yōu)質水資源管理及招商引資提供技術依據(jù)。

飲用天然泉水是從地下自然涌出或經鉆井采集，含有一定量的礦物質，其動態(tài)（流量、水質、水溫、水位）相對穩(wěn)定，允許通過脫氣、曝氣、傾析、過濾、臭氧化作用或紫外線消毒殺菌過程等有限的處理方法，不添加任何物質，密封于容器中可直接飲用的水[2]。飲用天然泉水作為飲料類，被列入新五類食品，長期飲用對促進人體健康、延年益壽十分有益[3]。

峨眉山玄武巖主要分布在云南、四川、貴州等省，分布面積約4×104km2。貴州境內主要出露于西部地區(qū)，露頭面積達3 000km2。我國玄武巖地下水絕大部分為無色、無味、無嗅、低礦化度、低鹽、含微量元素、質地優(yōu)良的水。因此，對盤縣老廠峨眉山玄武巖地區(qū)優(yōu)質泉水分布規(guī)律開展研究不僅具有重要的理論意義和實用價值，而且具有巨大的經濟價值。

1 峨眉山玄武巖巖性及分布

峨眉山玄武巖（P3β）為中二疊紀晚期噴發(fā)形成，假整合于二疊系中統(tǒng)茅口組灰?guī)r之上，在我國西南地區(qū)分布廣泛。據(jù)盤縣架底金礦詳查鉆孔揭露[4]，盤縣老廠地區(qū)玄武巖分為三段。第三段上部巖性為墨綠色、灰黑色塊狀玄武質火山角礫巖為主，局部夾厚度不大的同色致密塊狀玄武巖及沉凝灰?guī)r、凝灰?guī)r，厚100~170m。下部為灰至深灰色薄層沉凝灰?guī)r，局部夾灰黑色薄層炭質粘土巖、墨綠色火山角礫巖、塊狀玄武巖，厚約3~50m。第二段上部巖性為墨綠色、灰白色、灰色塊狀玄武巖，少量暈圈狀玄武巖、凝灰?guī)r及玄武質火山礫巖，厚20~50m。中部為淺灰色、灰白色火山角礫巖，局部夾灰、淺灰綠色玄武巖、凝灰?guī)r、暈圈狀玄武巖、玄武質火山礫巖，厚0~60m。下部為墨綠色塊狀玄武巖。局部為呈灰白色、灰色暈圈狀玄武巖，少量玄武質火山礫巖，厚0~25m。第一段巖性為墨綠色塊狀玄武巖夾一至二層凝灰?guī)r，厚0~60m。

2 研究區(qū)峨眉山玄武巖地球化學特征

分別在玄武巖三個段采集了3件巖石樣，送昆明礦產資源監(jiān)督檢測中心進行測試分析。

2.1 氧化物成分

老廠地區(qū)峨眉山玄武巖組代表性巖石分測試結果見表1。其中，氧化物Al2O3、CaO、K2O、MgO、Na2O的含量都很低，SiO2含量較大，為43.13%~45.43%。

表1老廠峨眉山玄武巖組代表性巖石常量元素組分

樣品層位樣品巖性Al2O3CaOK2OMgONa2OP2O5總CSAsSbSiO2TiO2Fe2O3FeO燒失量 P3β1火山角礫巖14.547.460.835.064.020.521.290.300.0050.6543.132.914.548.766.13 P3β2玄武巖14.246.561.082.862.261.691.210.030.0041.8344.664.078.885.656.91 P3β3玄武巖14.425.570.844.074.321.590.630.070.0070.9945.433.985.718.574.73

2.2 微量元素特征

微量元素測試結果見表2。玄武巖第一段火山角礫巖中Cu的含量較高，B 8.41～15.6ppm，Zn 106～113ppm。巖石存在的某些微量元素，進入地下水，飲用對人體健康有利。

表2 老廠峨眉山玄武巖組代表性巖石微量元素組分（ppm）

3 峨眉山玄武巖與地下水的相互作用

天然泉水是地下水在地下深處與地殼巖石長期水巖相互作用（溶濾作用、混合作用、水解作用和變質作用）的產物。雖然不同地區(qū)的泉水在水化學組成上存在很大差異，但所有泉水的形成均是水巖作用的產物，其中影響最大的作用包括溶濾作用和水解反應[5]。SiO2廣泛存在于地殼上的各種巖石和礦物里，包括石英、鋁硅酸鹽及粘土礦物。一般環(huán)境條件下，石英的溶解進行得十分緩慢[6]。研究區(qū)天然礦泉水中溶解性SiO2主要是由硅酸鹽和鋁硅酸鹽礦物在有CO2的參與下水解形成的，晶體石英水解產生的偏硅酸的量很小[7]。通常情況下，水解反應的程度越強，地下水中偏硅酸的含量越高。

在地殼中廣泛分布的造巖礦物，按其與水的相互關系可劃分為兩種類型：一種是在水中呈全等溶解的礦物，如碳酸鹽、硫酸鹽及某些硅酸鹽礦物；另一種是在水中呈非全等溶解的礦物，主要是鋁硅酸鹽[8]。在玄武巖地區(qū)，水巖作用主要發(fā)生的溶解反應方程式如下：

1）全等溶解：

CaSO4·2H2O（石膏）=Ca2++SO42-+2H2O；

CaCO3（方解石）+H+=Ca2++HCO3-；

SiO2（石英）+2H2O=H4SiO4；

CO2+H2O=H2CO3；

NaCl=Na++Cl-；

CaCO3=Ca2++CO32-

2）非全等溶解，硅酸鹽和鋁硅酸鹽的非全等溶解均可使水中出現(xiàn)H4SiO4。

Mg2SiO4+4CO2+4H2O=2Mg2++4HCO3-+H4SiO4；

鉀長石：CaAl2Si2O8+2H++H2O=Al2Si2O5(OH)4+Ca2+

硅酸的進一步離解作用可形成水中的偏硅酸：H4SiO4=H2SiO3+H++OH-

研究區(qū)內的礦物均為偏堿性巖石，巖石的礦物組成的鈣長石、鎂橄欖石和輝石的水解作用，其中以鈣長石的溶解最多。鋁硅酸鹽的沉淀以鈣蒙脫石為主，鈉蒙脫石、高嶺石、伊利石沉淀較少。硅質成分從長石、輝石、角閃石等礦物中分解出來然后通過玄武巖地區(qū)具有的地下通道運移。在運移過程，溶解的成分分散和聚集于水中，這是天然泉水中富含偏硅酸的補給來源。

根據(jù)熱力學原理可知，在造巖礦物中穩(wěn)定性順序（從前往后越穩(wěn)定）：輝石→黑云母→鈣長石→鉀長石、鈉長石→蒙脫石→石英→三水鋁石→高嶺石，黑色礦物最不穩(wěn)定，最容易水解，這就決定了基性的玄武巖具有很強的水解性，另一方面元素本身的性質也影響它在水中遷移轉化過程。事實上，玄武巖中的長石含量比較高，因此地下水與長石之間的水巖作用也最具有代表性。泉水中主要陽離子K+、Na+、Ca2+應該主要來源于長石的水解過程中，與Na+呈類質同像可溶性SiO2也隨之溶解到水中。表生條件下其他的礦物的化學反應也可能產生游離的硅酸。隨著水解反應的進行，泉水中都呈現(xiàn)出增長的規(guī)律，Mg2+、K+、Ca2+、Na+與偏硅酸彼此之間的含量上都呈現(xiàn)正相關關系，但相關程度不同。

4 研究區(qū)峨眉山玄武巖地區(qū)地下水化學特征

玄武巖含有大量石英和鋁硅酸鹽礦物如長石、云母、角閃石等，高溫高壓條件下礦物與水相互作用，如發(fā)生溶解及水解等，使水中礦物組份發(fā)生變化。含硅礦物為形成富含偏硅酸的地下水提供了良好的物質基礎。

4.1 常量元素分析

根據(jù)2016年8月在研究區(qū)采集的3件泉水樣分析結果，地下水化學形成作用主要以溶濾作用和離子吸附交換作用為主，從淺部到深部地下水中離子濃度逐漸變大，礦化度也變大。區(qū)內離子(元素)單一，離子含量低，特別Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量低，其中Cl-的含量1.87mg/L；SO42-的含量在26.40~33.00mg/L；HCO3-的含量在17.13~39.97mg/L；Na+的含量在10.10~17.40mg/L；K+的含量在0.10~0.30mg/L；Ca2+的含量在3.26~9.78mg/L；Mg2+的含量在0.99~2.97mg/L。區(qū)內出露泉水礦化度一般小于0.30g/L，泉水pH值在6.6~6.8間。區(qū)內地下水總硬度（以CaCO3計）多在50.0mg/L以內，地下水化學類型多為SO42-、HCO3--Ca2+、Na+水或者SO42-、HCO3--Na+水。

4.2 微量元素分析

根據(jù)2016年11月在研究區(qū)采集的4件泉水樣分析結果，野外調查所取玄武巖裂隙水中偏硅酸含量為11.05~13.37mg/L，均大于7.0mg/L，鍶含量為0.018~0.037mg/L，采集的泉水樣的偏硅酸濃度均達到了天然泉水標準。

5 研究區(qū)峨眉山玄武巖優(yōu)質泉水評價

飲用天然泉水是從地下自然涌出或經鉆井采集，含有一定量的礦物質，其動態(tài)（流量、水質、水溫、水位）相對穩(wěn)定，允許通過脫氣、曝氣、傾析、過濾、臭氧化作用或紫外線消毒殺菌過程等有限的處理方法，不添加任何物質，密封于容器中可直接飲用的水。根據(jù)《貴州省地方標準-食品安全地方標準_飲用天然泉水》（DBS52/008—2015）[2]的規(guī)定，對盤縣老廠地區(qū)峨眉山玄武巖分布區(qū)代表性泉水進行檢測，按照標準中各項指標的限定對其進行評價。本次評價的4個代表性待評水樣（表3），對其對其進行天然泉水專項評價。從表3中可以看出，各水樣界限指標中，偏硅酸含量為11.05~13.37mg/L，大于DBS52/008-2015中規(guī)定的7mg/L，且均在限量范圍內。根據(jù)評價結果，盤縣老廠地區(qū)峨眉山玄武巖分布區(qū)的泉水均符合“標準”中有關要求，為SO42-、HCO3--Ca2+、Na+水或者SO42-、HCO3--Na+水，區(qū)內泉水并含硒、鋰、鋅等有益于人體健康的微量元素和常量元素。

表3 老廠峨眉山玄武巖分布區(qū)泉水水樣指標檢測值（單位：mg/L）

6 研究區(qū)峨眉山玄武巖地下水分布規(guī)律

研究區(qū)地處南盤江水系與北盤江水系的分水嶺南側，地下水主要受大氣降水的補給，地下水入滲補給率受地形地貌控制。研究區(qū)周圍的基巖裂隙含水層是二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖地層，在多期構造運動的作用下，地形遭受強烈切割，地形坡度大。研究區(qū)周圍的基巖區(qū)因地形變化大，具有很好的地下水動力條件，徑流時間短，多以泉的形式排泄至鄰近的溝谷中，或者側向徑流補給區(qū)內和區(qū)外的玄武巖裂隙含水層中。研究區(qū)玄武巖出露的主要巖性為第三段的火山角礫巖，其表層風化裂隙和構造裂隙發(fā)育，地下水主要分布在淺層風氧化及構造裂隙帶中。玄武巖在第一段和第二段分布較少，且深部一段和二段的塊狀玄武巖裂隙不甚發(fā)育。地下水常常受二段和三段接觸部位的沉凝灰?guī)r、凝灰?guī)r的阻隔，在地勢低洼地帶于P33底部溢流成泉。因此，盤縣老廠玄武巖分布區(qū)優(yōu)質泉水多分布于第三段火山角礫巖分布區(qū)的淺部風化及構造裂隙部位。

7 結論

從貴州盤縣老廠地區(qū)峨眉山玄武巖分布規(guī)律、巖石地球化學特征、水巖相互作用、地下水化學特征、優(yōu)質泉水水質評價等研究該區(qū)玄武巖分布區(qū)優(yōu)質泉水分布規(guī)律。

1）盤縣老廠地區(qū)玄武巖分為三段，第一段主要巖性為塊狀玄武巖，第二段主要巖性為塊狀玄武巖，第三段主要巖性火山角礫巖。

2）峨眉山玄武巖中CaO、K2O、MgO、Na2O的含量都很低，而SiO2的含量最大，占到43.13%～45.43%。

3）峨眉山玄武巖與地下水發(fā)生溶濾作用和水解反應，使玄武巖中的鋁硅酸鹽等礦物非全等溶解后形成偏硅酸，天然泉水中富含的偏硅酸來源于此。

4）峨眉山玄武巖分布區(qū)地下水中Cl-、SO42-、HCO3-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量較低，且水中有益微量元素偏硅酸的含量達11.05~13.37mg/L，符合DBS52/008-2015中飲用天然泉水中偏硅酸含量的規(guī)定。

5）受峨眉山玄武巖第二段和第三段接觸部位的沉凝灰?guī)r、凝灰?guī)r的阻隔，盤縣老廠玄武巖分布區(qū)優(yōu)質泉水多分布于第三段火山角礫巖的淺部風化及構造裂隙部位。

[1] 危潤初. 靖宇國家級自然保護區(qū)天然礦泉水形成機理研究[D]. 吉林大學，2014.

[2] 貴州省衛(wèi)生和計劃生育委員會.DB52/008-2015，食品安全地方標準—飲用天然泉水[S]. 貴陽，貴州省地方標準出版，2015.

[3] 張大志，李金鳳，武偉．飲用天然礦泉水水源地調查實例[J]. 黑龍江科技，2012，40（1）：233-234.

[4] 貴州省地質礦產勘查開發(fā)局105地質大隊．貴州省盤縣架底金礦詳查報告[R]. 2013.

[5] 高明,華致潔,林玉琴.江蘇六合、盱眙玄武巖地區(qū)含偏硅酸礦泉水形成的水文地球化學機理[J]. 水文地質工程地質,1992, 19(3): 39-41.

[6] 沈照理. 水文地球化學原理[M]. 北京:地質出版社, 1993.

[7] 沈照理,王焰新. 水-巖相互作用研究的回顧與展望[J]. 地球科學:中國地質大學學報，2002,27(2):127-133.

[8] 王言榮, 劉潔, 屠玉麟.貴州典型喀斯特縣域生態(tài)環(huán)境脆弱度等級劃分[J]. 中國巖溶，2002,21（3）：221-225.

[9] 馬喆. 靖宇礦泉水形成機理實驗研究[D]. 吉林大學，2016.

Distribution of High-Quality Spring in the Emeishan Basalt in Loachang, Panxian, Guizhou

HU De-yong TAO Xiao-lang CUI Yun-xiang KUANG Jing YANG Kan ZHANG Bing-qiang

(No. 105 Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Guiyang 550018)

This paper has a discussion on the distribution and petrogeochemistry of the Emeishan basalt in Laochang, Panxian, Guizhou, and water-basalt interaction and the distribution of high quality spring water in the basalt in order to provide basis for the exploration and exploitation of the high quality spring water.

high quality spring water; Emeishan basalt; Panxian, Guizhou

2017-06-01

胡德勇（1987-），男，碩士研究生，水工環(huán)地質工程師，研究方向：土壤和地下水修復、地下水環(huán)境影響評價、礦區(qū)水工環(huán)地質調查

2017-11-18 http：//kns.cnki.net/kcms/detail/51.1273.p.20171128.1048.002.html

P641.5+4

A

1006-0995（2017）04-0625-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.022