馬軼楠,石 娜
吉林省地質(zhì)科學(xué)研究所,吉林 長(zhǎng)春 130012
雨露滋潤(rùn)禾苗壯,萬(wàn)物生長(zhǎng)都離不開水。水是構(gòu)成生命體的基本單位,是生命發(fā)生、發(fā)育和繁衍的基本條件。隨著人們經(jīng)濟(jì)水平的提高,高端天然礦泉水的市場(chǎng)占有量快速增長(zhǎng),為了保證產(chǎn)品的原生態(tài)、高品質(zhì),水源地是高端水領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵點(diǎn)。國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)水源地資源是有限的,經(jīng)檢測(cè),溢鍶泉礦泉水中鍶的質(zhì)量濃度為0.425~0.484 mg/L,已達(dá)到界限標(biāo)準(zhǔn),為鍶型礦泉水(1)吉林省地質(zhì)科學(xué)研究所.吉林省白山市江源區(qū)溢鍶泉飲用天然礦泉水資源勘查評(píng)價(jià)報(bào)告[R].2017.,富含多種微量元素,水質(zhì)優(yōu)良。泉水出露地為次生林發(fā)育區(qū),生態(tài)環(huán)境良好。經(jīng)調(diào)查,泉流量為2 496.48~2 555.52 m3/d,具有開采價(jià)值,屬于長(zhǎng)白山稀有礦泉水(2)吉林省礦泉水資源協(xié)會(huì).吉林省白山市江源區(qū)溢鍶泉飲用天然礦泉水資源勘查評(píng)價(jià)報(bào)告鑒定意見[R].2017.。經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研,開發(fā)利用天然礦泉水市場(chǎng)潛力大,前景廣闊,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益可觀。
工作依據(jù)《天然礦泉水地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB/T13727-2016)[1]、《飲用天然礦泉水》(GB8537-2018)[2]和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)[3]標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)采樣與檢驗(yàn)方法按《飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法》(GB/T8538-2016)[4]和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》(GB/T5750-2006)[5]執(zhí)行。
吉林省白山市江源區(qū)溢鍶泉飲用礦泉水位于江源區(qū)灣溝鎮(zhèn)沙金村東南部。地形復(fù)雜,河流蜿蜒,溝谷交錯(cuò),境內(nèi)有老嶺山脈和龍崗山脈。老嶺山脈呈北東向貫穿縣區(qū),為江源區(qū)與臨江市分界嶺,也是渾江水系與鴨綠江水系的分水嶺。龍崗山脈呈東西向貫穿縣區(qū),為江源區(qū)與靖宇縣的分界嶺。龍崗山脈和老嶺山脈為中低山區(qū),而頭道松花江、渾江兩大流域?yàn)榈蜕綅{谷區(qū)。
區(qū)內(nèi)交通比較發(fā)達(dá)。在勘查區(qū)附近公路有G201(通化—撫松),鐵路(通化—白河),交通十分便利。白山市江源區(qū)溢鍶泉泉點(diǎn)距離江源區(qū)城區(qū)內(nèi)約30 km。為開發(fā)利用這一寶貴的礦產(chǎn)資源提供了便利的交通條件。
白山市江源區(qū)屬于北寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候,其特點(diǎn)是四季分明,春季干燥多風(fēng),夏季炎熱多雨,秋季涼爽多晴天,冬季寒冷漫長(zhǎng)多雪。根據(jù)白山市氣象局資料,多年平均氣溫4 ℃,最冷在1月份,最低氣溫為-34.8 ℃,7月份最熱,極端最高氣溫可達(dá)36 ℃;年降水量最大1 088 mm,最小643.7 mm,降水多集中在7~8月份,占全年降水量的80%以上。年平均相對(duì)濕度為70%,多年平均蒸發(fā)量為1 193 mm。凍結(jié)期由每年10月下旬至翌年4月中旬,凍土層厚度為1.6~1.8 m,無(wú)霜期為145天,全年平均風(fēng)向:夏季主要為西南風(fēng),冬季主要為西北風(fēng),年平均風(fēng)速為3.6 m/s,最大風(fēng)速為25.7 m/s。
江源區(qū)水利資源豐富,河流眾多,水網(wǎng)密集,均屬鴨綠江水系。本次勘查區(qū)西部有一條湯河,在區(qū)內(nèi)河寬為5~9 m,河長(zhǎng)約為1.50 km,湯河在區(qū)內(nèi)自南向東北徑流,該河常年流水,流量受季節(jié)控制。
區(qū)域地層主要為太古界鞍山群楊家店組,新元古界震旦系萬(wàn)隆組,新生界第四系全新統(tǒng)松散沉積物等(見圖1)。
(1)太古界鞍山群楊家店組(Ary):分布在工作區(qū)西北角及礦泉出露點(diǎn)附近,整合于四道砬子河組之上,變質(zhì)及混合巖化作用淺于下部巖組。為一套含石榴石、輝石、黑云角閃片麻巖、片巖變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖,夾含磷磁鐵石英巖組成,厚4 076 m。
(2)新元古界震旦系萬(wàn)隆組(Zzw):分布于工作區(qū)全區(qū),深灰色碳酸鹽巖,碎屑碳酸鹽巖及藻礁灰?guī)r組成,厚546~711 m,與下伏橋頭組整合接觸。
吉林省白山市江源區(qū)溢鍶泉飲用礦泉水所處大地構(gòu)造位置為華北板塊、龍崗古陸塊[6]。本區(qū)構(gòu)造活動(dòng)較頻繁,自太古宙以來,伴隨多期次巖漿巖侵蝕及變質(zhì)變形構(gòu)造活動(dòng)過程,使太古宙地質(zhì)體的韌性變形構(gòu)造十分發(fā)育。區(qū)內(nèi)太古宙體上疊小型古生和中生代斷陷盆地,形成了古生代至中生代的較新構(gòu)造層,該構(gòu)造層構(gòu)造比較簡(jiǎn)單,主要變現(xiàn)為脆性斷裂特征,有時(shí)發(fā)育寬緩的褶皺,巖層多呈單斜地層產(chǎn)出。本區(qū)斷裂構(gòu)造在空間上成帶分布,走向主要為北東向、東西向、北西向、北北東向。
白山市江源區(qū)內(nèi)地下水的形成與賦存主要受區(qū)域地質(zhì)、地形地貌條件控制。依據(jù)地下水的賦存與埋藏條件、水力特征及水理性質(zhì),主要為松散巖類孔隙潛水、碳酸鹽巖類溶洞裂隙水、基巖裂隙水(見圖1)。
分布在勘查區(qū)中部,地下水主要接受大氣降水和側(cè)向徑流補(bǔ)給,與河水水力密切聯(lián)系,天然狀態(tài)下河流排泄地下水。其富水性受到地貌形態(tài)控制。單井涌水量一般500~1 000 m3/d,含水層巖性砂礫石,局部夾粗砂透鏡體,地下水位埋深一般小于1.0 m,含水層厚1.5~3.0 m。水化學(xué)類型為重碳酸鈉型,溶解性總固體0.40~0.50 mg/L,pH值為7.0~7.5。
廣布于區(qū)內(nèi),含水巖組以震旦系灰?guī)r組成,巖溶孔洞裂隙發(fā)育有巖溶洼地、巖溶大洞分布,地下水補(bǔ)給賦存條件好,溢鍶泉飲用礦泉水出露于元古界震旦系萬(wàn)隆組地層中,受北東向深大斷裂構(gòu)造控制,該深大斷裂與東西向,北西向斷裂交匯處,巖石破碎,孔隙裂隙十分發(fā)育,為礦泉水的形成創(chuàng)造了良好的條件,流量10~50 L/s。水化學(xué)類型重碳酸鈣型,溶解性總固體一般大于0.1 g/L,pH值為7.3左右。
圖1 綜合水文地質(zhì)圖
主要分布在勘查區(qū)西北部及中部,含水層巖性主要為太古界鞍山群楊家店組片麻巖、混合花崗巖。水化學(xué)類型多為低礦化的重碳酸鈉、鈣型水,礦化度較低,硬度較小,溶解性總固體一般大于0.1 g/L,pH值為7.5。
溢鍶泉泉點(diǎn)附近地下水為碳酸鹽巖類溶洞裂隙水,礦泉水出露于元古界震旦系萬(wàn)隆組地層中,主要巖性為灰?guī)r,巖溶孔洞裂隙發(fā)育有巖溶洼地、巖溶大洞分布,地下水補(bǔ)給賦存條件好,形成溶隙裂隙承壓水。受北東向深大斷裂構(gòu)造控制,該深大斷裂與東西向,北西向斷裂交匯處,巖石破碎,孔隙裂隙與構(gòu)造裂隙發(fā)育十分發(fā)育,透水性好,具有良好的儲(chǔ)水空間和補(bǔ)給源,為礦泉水的形成創(chuàng)造良好的條件。泉水流量多大于30 L/s,水化學(xué)類型多為低礦化的重碳酸鈣型水,溶解性總固體一般大于0.1 g/L,pH值為7.32左右(見圖1)。
溢鍶泉以泉的形式出露于元古界震旦系萬(wàn)隆組地層,地面高程約為719 m。據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù),該泉測(cè)量流量為2 496.48~2 555.52 m3/d,資源較豐富。泉點(diǎn)周圍林木茂密,生態(tài)環(huán)境良好。經(jīng)檢驗(yàn)分析,溢鍶泉水中含有多種對(duì)人體健康有益的微量元素和化學(xué)組分,其中鍶質(zhì)量濃度為0.425~0.484 mg/L,達(dá)到了《飲用天然礦泉水》(GB8537-2008)界限指標(biāo),水中其它指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)。
鍶是活潑元素,無(wú)論在氧化還原還是在酸堿環(huán)境中對(duì)其溶解遷移均無(wú)較大影響。因此,決定礦泉水中鍶含量的因素與化學(xué)環(huán)境無(wú)多大關(guān)系,主要決定于巖石中鍶元素含量,溶濾時(shí)間及溫度條件。碳酸鹽巖鍶含量高,水在巖石中停留的時(shí)間長(zhǎng)短直接決定著礦泉水中鍶含量的高低,并且鍶的含量隨深度增加而增高。
溢鍶泉的補(bǔ)給方式以越流補(bǔ)給為主,大氣降水補(bǔ)給為輔。溢鍶泉所在地層以溶隙、溶孔為主,并受到斷裂構(gòu)造影響,巖石破碎,因此可以通過導(dǎo)水破碎帶發(fā)生水力聯(lián)系,通過同位素氘和14C的測(cè)定,說明溢鍶泉水在巖石中停留時(shí)間超過6 000年,動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。受季節(jié)變化影響幅度較小。徑流方向主要是垂向運(yùn)動(dòng),含水層間補(bǔ)給和大氣降水補(bǔ)給沿孔隙、裂隙、溶隙等渠道呈垂向—水平—垂向復(fù)雜運(yùn)動(dòng),向含水層入滲,最終以地下水天然排泄露頭點(diǎn)——泉的方式排泄。
從2016年6月至2017年8月,對(duì)溢鍶泉進(jìn)行了為期一個(gè)水文年的動(dòng)態(tài)觀測(cè)結(jié)果表明水溫為7~7.5 ℃,泉流量2 496.48~2 555.52 m3/d。不同水期水量變化不大,受季節(jié)、氣候等自然因素影響較小,屬動(dòng)態(tài)穩(wěn)定型。
5.2.1 三角堰測(cè)量法
為了掌握溢鍶泉礦泉水的水量情況,技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行為期一個(gè)水文年的動(dòng)態(tài)觀測(cè),觀測(cè)結(jié)果見(表1,圖2)。采用三角堰測(cè)流量法[7]角堰計(jì)算公式為
Q=C×3.6×24×(h)5/2,
式中:Q——過堰流量(m3/d);
h——過堰水深(cm);
C——隨h而變化的系數(shù),其值見表1。
表1 C值隨過堰水深變化表
5.2.2 容積法(驗(yàn)證)
溢鍶泉為多個(gè)涌水口的泉群組成,1號(hào)泉為主出水口,現(xiàn)已以它為中心修建封閉蓄水池,并預(yù)留了6個(gè)蓄水池溢出口。但是還有多個(gè)小流量的泉沒有封閉在蓄水池內(nèi),因此,采用容積法測(cè)得的流量數(shù)據(jù)為1 987.2 m3/d,略小于三角堰測(cè)量法流量數(shù)據(jù)(見表2)。
表2 容積法測(cè)水量表
圖2 溢鍶泉?jiǎng)討B(tài)曲線圖
表3 溢鍶泉水質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)表
根據(jù)相關(guān)規(guī)范,分別在豐水期、平水期、枯水期對(duì)溢鍶泉進(jìn)行四次水質(zhì)檢驗(yàn)工作依據(jù)《天然礦泉水地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB/T13727-2016)。水樣的采集、保存及送檢嚴(yán)格按《飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法》(GB 8538-2016)規(guī)范執(zhí)行。水質(zhì)檢測(cè)單位分別為國(guó)家飲用水產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、國(guó)土資源部哈爾濱礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心,上述單位均通過國(guó)家計(jì)量認(rèn)證。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)和對(duì)比檢測(cè)結(jié)果符合《飲用天然礦泉水》(GB 8537-2008)標(biāo)準(zhǔn)。
吉林省白山市江源區(qū)溢鍶泉天然礦泉水無(wú)色、無(wú)嗅,清澈透明,品嘗后余味甘甜爽口,煮沸后無(wú)沉淀,經(jīng)一年的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),水溫為7~7.5 ℃。水中無(wú)懸浮物,泉口處無(wú)沉淀物形成[4]。見表4。
表4 溢鍶泉飲用天然礦泉水感官指標(biāo)評(píng)價(jià)表
表5水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,該礦泉水中陰離子以重碳酸根和硫酸根為主,陽(yáng)離子以鈣為主。主要成分是,重碳酸根230.3~243.7 mg/L,硫酸根95.5~112.1 mg/L,鈣77.92~91.71 mg/L,溶解性總固體0.491~0.533 g/L,pH值7.32~7.44。在枯水期、平水期、豐水期三個(gè)水期中,礦泉水中主要成分含量保持穩(wěn)定,波動(dòng)較小。溢鍶泉礦泉水呈弱堿性,水化學(xué)類型為重碳酸硫酸鈣型。
表5 溢鍶泉飲用天然礦泉水一般水化學(xué)指標(biāo)質(zhì)量濃度一覽表
溢鍶泉礦泉水中的主要指標(biāo)在三個(gè)水期的檢測(cè)中,鍶質(zhì)量濃度0.425~0.484 mg/L,屬于含鍶型礦泉水。其它沒有達(dá)標(biāo)的界限指標(biāo)含量很低,變化小,從另一個(gè)方面說明溢鍶泉礦泉水化學(xué)指標(biāo)的穩(wěn)定性。見表6。
表6 溢鍶泉飲用天然礦泉水界限指標(biāo)評(píng)價(jià)表
在一年的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中,溢鍶泉礦泉水限量指標(biāo)各個(gè)時(shí)期檢測(cè)結(jié)果均符合要求,沒有超標(biāo)情況出現(xiàn),表明水源保護(hù)區(qū)維護(hù)非常好,沒有受到污染。詳見表7。
微生物指標(biāo)包括大腸菌群、糞鏈球菌、銅綠假單胞菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌等,各期檢測(cè)結(jié)果均符合要求。詳見表9。
表7 溢鍶泉飲用天然礦泉水限量指標(biāo)評(píng)價(jià)表
表8 溢鍶泉飲用天然礦泉水污染物指標(biāo)評(píng)價(jià)表
表9 溢鍶泉飲用天然礦泉水微生物指標(biāo)評(píng)價(jià)表
未檢出結(jié)果報(bào)出形式修改為<2
溢鍶泉為天然自然礦泉出露,屬于基巖裂隙水,受豐水期影響較小,豐枯水期礦泉水儲(chǔ)量變化不明顯,水源補(bǔ)給豐富穩(wěn)定。經(jīng)過一年動(dòng)態(tài)觀測(cè),可以確認(rèn)泉水流量受枯水期、豐水期影響較小。
本次允許開采量評(píng)價(jià)采用最小流量法[2],保證客觀性和保守性,本次允許開采量評(píng)價(jià)采用容積法測(cè)定的最小流量1 987.2 m3/d。
根據(jù)上述最小流量數(shù)值,保留10%的最小生態(tài)流量,進(jìn)而計(jì)算溢鍶泉礦泉水允許開采量。
計(jì)算公式:Q允許=Q(90%)×K
式中:Q允許—溢鍶泉礦泉允許開采量;
Q(90%)—年降水保證率為90%時(shí)最小泉水流量;
K—生態(tài)流量系數(shù),本次取0.9。
計(jì)算結(jié)果為:
Q允許=Q(90%)×K=1 987.2 m3/d ×0.9
=1 788 m3/d
因此為保證礦泉水資源的穩(wěn)定開采,建議溢鍶泉允許開采量為1 788 m3/d。
溢鍶泉毗鄰村舍,周圍是耕地,有少數(shù)居民居住,附近沒有任何導(dǎo)致水源污染的工廠、礦區(qū),自然景觀良好。為確保礦泉水長(zhǎng)期開發(fā),將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),防止礦泉水在開發(fā)利用過程中發(fā)生污染及水質(zhì)惡化等環(huán)境地質(zhì)問題,要嚴(yán)格按照《天然礦泉水地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB/T 13727-2016)中有關(guān)水源地衛(wèi)生防護(hù)的要求,在礦泉周圍劃分衛(wèi)生防護(hù)區(qū),在防護(hù)區(qū)界設(shè)置固定標(biāo)志,保護(hù)好礦泉水資源(見圖2)。設(shè)置方案如下:
此區(qū)范圍包括天然礦泉水水源地取水點(diǎn)、引水及取水建筑設(shè)施所在地區(qū)。保護(hù)區(qū)邊界距取水點(diǎn)最少為30~50 m半徑,保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)無(wú)關(guān)人員不得居住或逗留,不得興建與天然礦泉水水源引水無(wú)關(guān)的建筑,進(jìn)行任何影響水源地保護(hù)的活動(dòng),消除一切可以導(dǎo)致天然礦泉水水源污染的因素。
此區(qū)范圍包括一級(jí)保護(hù)區(qū)的周邊地區(qū),即地表水及潛水向礦泉水取水點(diǎn)流動(dòng)的徑流地區(qū)。保護(hù)區(qū)邊界距離一級(jí)保護(hù)區(qū)邊界不小于100 m半徑范圍或適當(dāng)擴(kuò)大。此保護(hù)區(qū)范圍內(nèi),不得設(shè)置可導(dǎo)致天然礦泉水水源水質(zhì)、水量、水溫改變的工程,禁止進(jìn)行可能引起礦泉水含水層污染的人類生活及經(jīng)濟(jì)-工程活動(dòng)。
此區(qū)以水源免受污染為原則劃定保護(hù)區(qū),其范圍內(nèi)包括水源補(bǔ)給地區(qū)。在此區(qū)內(nèi)只允許進(jìn)行對(duì)礦泉水水源地地質(zhì)環(huán)境沒有危害的經(jīng)濟(jì)-工程活動(dòng)。
(1)溢鍶泉礦泉屬于基巖裂隙水,其水質(zhì)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《飲用天然礦泉水》(GB 8537-2008)和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)的要求,屬于“重碳酸硫酸鈣型含鍶長(zhǎng)白山稀有礦泉水[5]”。并含有鋰、鋅、碘、硒等十多種對(duì)人體有益的組分和微量元素,水質(zhì)水量動(dòng)態(tài)變化較穩(wěn)定,在對(duì)水源進(jìn)行了同位素氘與14C的檢測(cè)中,也表明該水源動(dòng)態(tài)穩(wěn)定,水源地周圍的地質(zhì)環(huán)境狀況良好,是一處資源條件優(yōu)越、交通便利、開發(fā)前景廣闊的礦泉水產(chǎn)地。
(2)為合理利用資源,保證礦泉水資源的穩(wěn)定開采,建議允許開采量為1 788 m3/d,既可以滿足溢鍶泉的開采需求,也可以使這一寶貴的長(zhǎng)白山稀有礦泉水資源得到長(zhǎng)期開發(fā)利用和有效保護(hù)。
(3)該礦泉水資源在開發(fā)利用過程中,應(yīng)防止礦泉水資源受到污染,增強(qiáng)資源保護(hù)意識(shí),在劃定的保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)加強(qiáng)對(duì)礦泉水水源地的環(huán)境保護(hù),禁止鑿建深井取水,確保礦泉的正常工作。
(4)該礦泉水,口感好、水質(zhì)優(yōu)良、補(bǔ)給充足,含有多種對(duì)人體健康有益的微量元素和礦物質(zhì),長(zhǎng)期飲用有益健康。開發(fā)利用前景廣闊。并且由于是鍶型礦泉水,鍶對(duì)人體的功能主要是與骨骼的形成密切相關(guān),為人體骨骼及牙齒的正常組成部分[6]。它與血管的功能及構(gòu)造也有關(guān)系,其作用機(jī)制可能是鍶在腸內(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。中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院研究證明微量元素鍶可延緩SHR血壓升高,減少血壓波動(dòng)。微量元素鍶可延緩動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程中斑塊形成,且在一定濃度范圍內(nèi)鍶水濃度越高,效果越顯著。在一定濃度范圍內(nèi),鍶礦泉水具有促進(jìn)培養(yǎng)人肝細(xì)胞增值的作用,并有降低AST及ALT酶活性,減少肝細(xì)胞損傷和增強(qiáng)膽紅素代謝的作用。高鍶礦泉水在Ⅰ型糖尿病大鼠顯示出較好的降血脂作用,尤其在早期對(duì)血游離脂肪酸、甘油三酯都有明顯的改善。人體每日需攝入鍶1.9 mg左右。鍶型礦泉水可以強(qiáng)壯骨骼,提高智力,延緩衰老和養(yǎng)顏輔助功效。鍶對(duì)人體的功能主要是與骨骼的形成有關(guān),為人體骨骼及牙齒的正常組成部分。它與血管的功能及構(gòu)造也有關(guān)系,有預(yù)防高血壓、心血管疾病的作用。因此應(yīng)充分利用資源優(yōu)勢(shì),加大宣傳力度,使產(chǎn)品增加市場(chǎng)占有量,以取得更加豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。