貴州夜郎壩構(gòu)造盆地富鍶礦泉水成因及賦存特征研究

田小林

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563000)

夜郎壩構(gòu)造盆地位于貴州省桐梓縣中部夜郎鎮(zhèn)及新站鎮(zhèn)一帶，總體呈環(huán)狀分布，主要發(fā)育侏羅系(J)互層狀砂巖及泥巖地層，盆地中多處泉水點及地下水機井水質(zhì)中鍶(Sr)含量異常偏高，大部分達到現(xiàn)行國家飲用天然礦泉水標準要求，反映了該區(qū)具有明顯的鍶異常顯示，同時揭示了夜郎壩構(gòu)造盆地具備鍶型飲用天然礦泉水形成的良好水文地質(zhì)條件。隨著貴州省大力發(fā)展飲用天然礦泉水產(chǎn)業(yè)及地方社會經(jīng)濟發(fā)展對優(yōu)質(zhì)礦泉水的需求，加大對該區(qū)礦泉水成因及賦存特征的綜合分析研究，對科學合理勘查及開發(fā)該區(qū)礦泉水資源尤為重要，同時也為其它類似構(gòu)造盆地區(qū)域礦泉水資源的研究具有一定的參考和借鑒意義。

1 研究區(qū)概況

夜郎壩地區(qū)地在區(qū)域上位于川黔南北向構(gòu)造帶與北東向構(gòu)造帶交接復合部位，揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱之畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)與鳳岡北北東向構(gòu)造變形區(qū)接壤地帶，區(qū)域構(gòu)造形跡以北東向、北北東向及近南北向褶皺、斷裂為主[1]，受多期構(gòu)造應(yīng)力擠壓變形和交接復合作用，形成一系列北北東向復雜而規(guī)律的封閉褶皺，夜郎壩向斜即為封閉褶皺中環(huán)狀構(gòu)造盆地之一，由捷陣溪、勝利及新站三支箕狀向斜分別按N30°E、N55°E及N75°E相交構(gòu)成，交匯點位于夜郎鎮(zhèn)附近的夜郎河谷，是盆地的中心及最低處，高程540 m左右，盆地四周群山環(huán)繞，高程1 100 m左右，由盆地中心至盆地外緣為侵蝕斜坡，地形起伏大，相對高差600 m左右。盆地發(fā)育地層主要由侏羅系(J)紫紅色砂巖及泥巖互層狀沉積而成，砂巖富含基巖裂隙水，泉水點一般流量10～30 m3/d、地下水機井涌水量50～200 m3/d，水質(zhì)中鍶(Sr)含量0.1～2.0 mg/L；盆地外緣主要發(fā)育三疊系(T)及二疊系(P)碳酸鹽巖，富含豐富的巖溶水，因侏羅系(J)砂巖含水層之間互層狀分布的泥巖阻水作用，決定了盆地外緣巖溶水與盆地中基巖裂隙水之間無水力聯(lián)系產(chǎn)生，造就了研究區(qū)是以侏羅系砂巖為含水層、具有獨立補徑排條件的淺埋沉積盆地型儲水構(gòu)造，地下水形成條件較好，存在明顯的鍶異常及富集成為鍶型礦泉水的條件(圖1)。

圖1 研究區(qū)水文地質(zhì)略圖

2 水文地質(zhì)條件

2.1 含水巖組

含水巖組是控制地下水形成、分布和富集的關(guān)鍵因素，主要體現(xiàn)為含水巖組的富水性[2]。研究區(qū)出露地層由盆地中心至外緣環(huán)狀分布侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)、遂寧組(J2sn)、上沙溪廟組(J2s)、下沙溪廟組(J2x)及自流井群(J1-2zl)，主要巖性以砂巖和泥巖不等厚互層狀產(chǎn)出，其中砂巖風化裂隙、層間裂隙和構(gòu)造裂隙較為發(fā)育，一般泉流量0.005～2.0 L/s、枯季地下水徑流模數(shù)1～2 L/s·km2、鉆孔單位涌水量0.01～0.3 L/s·m，總體富水性弱，但相對泥巖較強，是區(qū)內(nèi)地下水的主要含水層，泥巖則因弱透水性而構(gòu)成砂巖含水層之間的隔水層，其富水性極弱，基本不含或含有很少的地下水。根據(jù)鉆孔揭露地層結(jié)構(gòu)顯示，同一含水巖組中砂巖層因泥巖阻隔形成的層數(shù)多達6～8層，一般厚度25～40 m，而泥巖厚度一般為20～30 m。以上情況說明砂巖是區(qū)內(nèi)地下水主要含水層，亦揭示鍶(Sr)元素的富集乃至礦泉水的形成與砂巖密切相關(guān)。

2.2 地下水補給

研究區(qū)地下水主要接受大氣降水入滲補給，其次為夜郎河地表水滲入補給，不同地層因分布及含水層結(jié)構(gòu)的不同其補給條件差異極為明顯[3]。上沙溪廟組(J2s)、遂寧組(J2sn)及蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)地層在盆地中大面積出露，補給區(qū)分布面積廣，加之處于盆地中部，地形相對較為平緩，極有利于大氣降水和地表河水入滲補給，地下水補給條件較好；自流井群(J1-2zl)及下沙溪廟組(J2x)地層出露于盆地內(nèi)側(cè)邊緣，呈條帶狀環(huán)形展布，補給區(qū)分布面積小，加之處于盆地斜坡近頂部，地形坡度較陡，地下水補給條件較差。另外，由于區(qū)內(nèi)含水巖組在垂向上均為砂巖與泥巖的互層狀產(chǎn)出，地下水在上下砂巖含水層之間補給及運移途徑受阻，致使同一含水層主要依托在地表出露端接受補給，出露面積越大、補給條件越好，反之則越差。

2.3 地下水徑流

區(qū)內(nèi)地下水的徑流主要受地形地貌、地層巖性及含水層結(jié)構(gòu)綜合控制。由于盆心低矮、地形平緩，四周群山環(huán)抱、坡度較陡，地下水在重力和靜水壓力作用下，總體由盆地四周向盆心徑流，無統(tǒng)一的徑流方向，在平面上屬分散徑流類型。含水巖組由砂巖和泥巖垂向互層狀構(gòu)成，受泥巖的阻水作用，限制地下水只能在同一層砂巖含水層中運移和徑流，在垂向上表現(xiàn)為多層運移、各自徑流的特點，且地下水一般具有承壓性，越往盆地中心水頭壓力越大，承壓性越強，如區(qū)內(nèi)Z1—Z3號機井靜止水位均為0 m、Z4號機井為自流(水頭+0.2 m)。另外，受中間低、四周高地形地貌的控制，從盆地外緣至盆底斜坡地帶地下水徑流較為迅速，在盆地中部因地形相對平緩而地下水徑流相對滯緩(表1)。

表1 地下水機井特征統(tǒng)計表

2.4 地下水排泄

區(qū)內(nèi)地下水的排泄主要受地形地貌、地層巖性及區(qū)域最低排泄基準面控制，排泄方式主要有天然排泄和人工排泄兩種。在盆地斜坡地帶，一方面因地形侵蝕切割含水層，切斷了地下水的運移和徑流通道，地下水則以基巖裂隙泉形式天然排泄，另一方面因含水層之間或砂巖與泥巖之間含水性的差異，受弱富水性巖層阻隔，地下水則在地勢相對低洼或裂隙發(fā)育的接觸帶以泉的形式天然排泄，這兩種排泄方式的地下水因大多處于補給區(qū)，徑流途徑短，排泄量一般較小，如S1—S3號基巖裂隙泉，流量0.01～0.2 L/s。在盆地中部地區(qū)，地下水主要受夜郎河最低排泄基準面控制，常以泉的形式天然排泄于夜郎河，因徑流途徑長且處于地下水富集區(qū)，排泄量一般相對較大，如S6和S8號泉，流量分別為0.3 L/s和0.35 L/s。人工排泄主要通過地下水機井實現(xiàn)，這種排泄方式因鉆孔揭露含水層數(shù)多、厚度大，排泄量通常較大，如Z1—Z4號機井，涌水量達68.6～146.88 m3/d。

3 礦泉水成因

3.1 水化學特征

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)不同含水巖組13組水質(zhì)檢測結(jié)果(表2)，夜郎壩構(gòu)造盆地內(nèi)地下水溫18℃～20℃，pH值6.4～8.5，鍶(Sr)含量0.11～1.96 mg/L，礦化度(TDS)54.35～623.43 mg/L，偏硅酸(H2SiO3)含量0.5～26.7 mg/L，游離CO2含量4.07～14.24 mg/L，水化學類型主要為HCO3-Ca型，個別為HCO3-Ca·Na型、HCO3-Na·Ca型、HCO3·SO4-Ca型及HCO3·SO4-Na型[4]，總體屬冷水、淡水、中性偏弱堿性水、重碳酸型水和富鍶水。依據(jù)飲用天然礦泉水標準[5]，鍶型礦泉水的鍶含量界限為≥0.20 mg/L，且當鍶含量在0.2～0.4 mg/L時水溫應(yīng)在25℃以上，由于區(qū)內(nèi)地下水溫度均≤20℃，故將鍶型礦泉水中鍶含量界限定為≥0.4 mg/L，據(jù)此統(tǒng)計出區(qū)內(nèi)13處泉水點及地下水機井中鍶含量達到標準要求的有8處，占檢測總數(shù)的61.5%，不達標的有5處，但含量也在0.11～0.37 mg/L，表明研究區(qū)地下水中鍶含量豐富，富鍶礦泉水資源分布廣泛。

表2 水質(zhì)檢測主要成果統(tǒng)計表

3.2 地球化學環(huán)境

礦泉水的形成與其所處地球化學環(huán)境密切相關(guān)。研究區(qū)礦泉水的含水層主要為砂巖，按礦物成份可分為石英砂巖、長石砂巖、巖屑砂巖及鈣質(zhì)砂巖，主要成份均為二氧化硅(SiO2)，砂巖結(jié)構(gòu)孔隙充填有大量膏巖(CaSO4)，而鍶元素在大自然中雖然普遍存在，但一般難以獨立成礦，常以天青石(SrSO4)及菱鍶礦(SrCO3)等含鍶礦物形式賦存在膏巖中[6]。根據(jù)研究區(qū)水化學特征，地下水中主要陰離子為HCO3-、陽離子為Ca2+，并含有一定量的游離CO2，綜合表現(xiàn)為大氣降水或地表水入滲補給形成的淺埋型地下水，少量地下水類型為HCO3·SO4型，并含有較高含量的Na+，應(yīng)屬地下水溶濾膏巖和砂巖中鈉長石礦物所致。鍶是礦泉水中標性元素之一，與Ca2+同族、性質(zhì)相似[7]，區(qū)內(nèi)地下水溶濾天青石及菱鍶礦的同時，石膏也發(fā)生水解，是水化學類型多為HCO3-Ca型的主要原因之一；根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水鍶含量與礦化度對比分析，兩者呈正相關(guān)性，顯示溶濾作用越強、礦化程度越高，則鍶元素越富集，而溶濾作用的強弱與地下水徑流途徑、速度及時間密切相關(guān)，在盆地中心地下水徑流途徑相對較遠，運移速度滯緩、溶濾時間較長，有利于鍶元素富集并形成礦泉水。

圖2 礦泉水成因模式剖面示意圖

3.3 礦泉水成因模式

根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)條件及地球化學環(huán)境，夜郎壩構(gòu)造盆地為環(huán)狀向斜構(gòu)成的淺埋沉積盆地型儲水構(gòu)造，其成因模式為：大氣降水從盆地邊緣和盆地內(nèi)斜坡地帶進入侏羅系各地層砂巖含水巖組形成地下水，在徑流和運移途中不斷溶解、淋濾砂巖中填充的天青石(SrSO4)及菱鍶礦(SrCO3)等含鍶膏巖礦物，致使地下水中鍶元素不斷富集而形成富鍶水，在盆地中心因地勢低洼和地形相對平緩，地下水徑流途徑長、運移速度慢、溶慮時間久、礦化程度高，鍶元素進一步富集而形成鍶型礦泉水(圖2)。

4 礦泉水賦存特征

4.1 礦泉水分布特征

礦泉水的分布主要受含水巖組展布及水文地質(zhì)條件控制，區(qū)內(nèi)富鍶礦泉水的含水巖組包括侏羅系各砂巖地層，在平面上呈環(huán)狀展布。在盆地邊緣和盆地內(nèi)斜坡地帶的地下水補給區(qū)及徑流區(qū)，由于地形坡度較大、巖層產(chǎn)狀較陡，地下水徑流速度較快，加之徑流途徑較短，從而致使地下水溶慮圍巖時間短，鍶含量一般較低，達不到飲用天然礦泉水標準要求，但相對大氣降水或地表水鍶含量較高，可稱之為富鍶水，如S1—S3號泉水點鍶含量為0.11～0.21 mg/L。在盆地中心區(qū)域地下水排泄區(qū)或富集區(qū)，因地形相對平緩，地下水徑流速度緩慢甚至停滯，溶慮圍巖時間久，鍶含量普遍較高，出露泉水點或地下水機井中鍶含量一般在0.4～1.96 mg/L。因此，區(qū)內(nèi)富鍶水一般分布在環(huán)狀向斜盆地邊緣或盆地內(nèi)斜坡地帶，富鍶礦泉水則分布于盆地中心區(qū)域。

4.2 礦泉水埋藏特征

礦泉水的埋藏主要受含水巖組埋藏條件制約[8]，區(qū)內(nèi)富鍶礦泉水主要賦存于侏羅系砂巖含水巖組中，不同深度內(nèi)均為砂巖與泥巖交替組合，斷裂構(gòu)造極不發(fā)育，受互層狀泥巖阻水作用，上下含水層之間無水力聯(lián)系產(chǎn)生，因而其埋藏條件存在較大差異。上部含水層因直接暴露地表而顯示潛水特征，其所含礦泉水極易受大氣降水或地表水稀釋而導致鍶含量偏低，甚至達不到飲用天然礦泉水標準要求，如區(qū)內(nèi)S1—S9泉水點鍶含量為0.11～0.84 mg/L；下部含水層因受相鄰上下泥巖阻水作用而顯示承壓水特征，其所含礦泉水只接受盆地邊緣裸露區(qū)大氣降水補給，徑流過程中不易或很少受到其它水源稀釋，加之深部壓力較大、溫度相對略高、地下水徑流滯緩等地球化學環(huán)境影響，溶解度增加，鍶含量相對較高，如區(qū)內(nèi)Z1—Z3號機井鍶含量為0.26～1.96 mg/L，且有隨含水層埋深增加礦泉水富鍶含量增高的趨勢。

4.3 礦泉水富集特征

區(qū)內(nèi)富鍶礦泉水的富集主要受地層巖性、地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造綜合控制，表現(xiàn)為地下水的富集和鍶元素的富集兩個方面。首先地下水主要在侏羅系砂巖含水層裂隙中運移和徑流，受盆心低矮、群山環(huán)抱地形制約，地下水主要由盆地四周向盆心徑流并富集；其次由于向斜構(gòu)造核部巖層產(chǎn)狀相對兩翼較緩，利于地下水富集，三支向斜交匯復合的盆心地帶受集中構(gòu)造應(yīng)力作用，各種裂隙相對更為發(fā)育，加之地形較為平坦，極利于地下水富集；從地形及構(gòu)造條件綜合反映，均表明構(gòu)造盆地中心是地下水最為富集的區(qū)域。另外，地下水從盆地邊緣及盆地內(nèi)斜坡地帶向盆心徑流過程中，不斷溶濾富鍶礦物而致使鍶元素逐漸富集，越靠近盆地中心礦泉水徑流途徑越長、運移速度越緩、溶濾時間越久、富鍶含量越高、礦泉水越富集。因此，研究區(qū)富鍶礦泉水主要富集于夜郎壩構(gòu)造盆地的中心地帶。

5 結(jié)語

(1)夜郎壩構(gòu)造盆地是受多支向斜構(gòu)造控制的環(huán)狀沉積盆地型儲水構(gòu)造，盆地中互層狀分布侏羅系砂巖及泥巖地層，地下水主要接受大氣降水入滲補給并在砂巖含水層中運移和徑流，受地形地貌控制，地下水從盆地四周向盆地中心運移過程中不斷溶濾富鍶膏巖礦物而形成富鍶水，在盆地中心地帶有利水文地質(zhì)部位富集形成富鍶礦泉水。

(2)在盆地邊緣和盆地內(nèi)斜坡地帶，是地下水的補給及徑流區(qū)，水動力條件相對迅速，地下水總體具有徑流途徑較短、運移速度較快、溶濾時間較少、礦化程度較低的特點，鍶含量一般較為貧乏，并有隨著含水層暴露地表易于受到大氣降水或地表水稀釋而導致鍶含量降低的趨勢，主要分布和賦存富鍶地下水；在盆地中心區(qū)域，是地下水的排泄及富集區(qū)，水動力條件相對滯緩，地下水總體具有徑流途徑較長、運移速度較慢、溶濾時間較久、礦化程度較高的特征，鍶含量一般較為豐富，并有隨著埋深增加鍶含量亦增高的規(guī)律，主要分布和賦存富鍶礦泉水。