內(nèi)蒙古希熱礦泉水賦存特征及成因分析

施俊杰 陳燕 張春華 姜德強

摘要：本文在分析內(nèi)蒙古希熱礦泉水水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，揭示了礦泉水的賦存特征，進行了礦泉水的成因分析。確定了新近系上新統(tǒng)黑色氣孔狀玄武巖中的二氧化硅及鍶等礦物質(zhì)為礦泉水的形成提供了豐富的物質(zhì)來源。柱狀節(jié)理、風(fēng)化裂隙與玄武巖孔洞相連通或穿插在一起，形成良好的滲流通道和儲水空間。

關(guān)鍵詞：賦存特征；成因分析；礦泉水；希熱

“天然、安全、營養(yǎng)、健康”是當(dāng)今世界水飲品消費的時尚，天然礦泉水已成為人們?nèi)粘Ｉ畋匦栾嬈?。?nèi)蒙古希熱礦泉水井始建于1998年，開采方式為地下開采，開采標(biāo)高從1325m～1316m。該礦泉水井穩(wěn)定流量為190.08m³/d，穩(wěn)定降深1.74m。經(jīng)長期水文觀測結(jié)果，礦泉水無嗅、無味、無肉眼可見物和懸浮物，清澈透明，口味純正，感官指標(biāo)良好。pH值為7.66～8.35，礦化度501mg/Lmg/L～595.05mg/Lmg/L，鍶含量為0.547mg/L～0.873mg/L，偏硅酸含量為27.7mg/L～49.40mg/L，已達到國家飲用天然礦泉水標(biāo)準(zhǔn)，并檢出有鋰、鋅等多種人體必需的微量元素，綜合評定為含鍶偏硅酸重碳酸鈣鈉鎂型飲用天然礦泉水。

1.自然地理概況

內(nèi)蒙古希熱礦泉水位于烏拉特中旗新忽熱蘇木希熱廟。研究區(qū)為火山堆積熔巖臺地，向南傾斜，海拔高程1300m～1500m，相對高差200m～300m?？偟内厔菔菛|高西低，北高南低。由于長期風(fēng)化剝蝕作用，臺面已破壞，切割后支離破碎，巖性多為新近系上新統(tǒng)氣孔狀與致密狀玄武巖。研究區(qū)位于北溫帶干旱—半干旱氣候區(qū)，多年平均降水量僅212.5mm，多年平均蒸發(fā)量高達2674.06mm。

2.區(qū)域地質(zhì)概況

2.1地層

區(qū)內(nèi)出露的地層從老至新有：新近系上新統(tǒng)、第四系更新統(tǒng)、第四系全新統(tǒng)，現(xiàn)敘述如下：

（1）新近系上新統(tǒng)（N₂）

該地層分上、下兩層，上層為黑色氣孔狀玄武巖和致密狀玄武巖互層，下伏砂巖頂面常具烘烤現(xiàn)象，該段地層厚131m；下部為紅色泥巖、砂巖夾玄武巖巖段，下伏有侏羅白堊系砂礫巖互層，該段地層厚約200m。

（2）第四系（Q）

更新統(tǒng)（Q_p^pl）：分布于現(xiàn)代河谷中的一、二級階地，由砂、礫石混合堆積，厚5m～10m。

全新統(tǒng)（Q_h^al）：分布于現(xiàn)代河谷的河漫灘中，由砂及礫石和粘性土物質(zhì)混合堆積而成，分選性差，松散，厚3m～10m。

2.2地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)屬于內(nèi)蒙地軸北緣，地處陰山緯向構(gòu)造帶中段與狼山弧形構(gòu)造帶之復(fù)合部位，其次一級構(gòu)造單元為中亞帶之海流圖東西向挽近盆地，沿海流圖盆地北側(cè)有喜山期構(gòu)造斷裂，為一近東西向，向南突出之弧形斷裂。規(guī)模巨大，地表出露12km以上，斷層面向南傾。由于上盤下降、下盤上升，沿斷層形成一條規(guī)則的溝谷，西端新近系玄武巖遭受破壞，上盤玄武巖傾向南東170°，傾角70°，下盤玄武巖產(chǎn)狀近水平或傾角很緩，不超過十幾度，東端隱沒于地下。

2.3巖漿巖

本區(qū)巖漿活動強烈，廣泛分布華力西晚朗中、酸性侵入巖。

3.區(qū)域水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地下水類型比較簡單：主要有松散巖類孔隙潛水、碎屑巖類孔隙裂隙水及玄武巖孔洞裂隙水三種。

3.1松散巖類孔隙潛水

主要分布于蘇亥高勒現(xiàn)代溝谷及其他支溝中，含水層主要為沖洪積的砂卵石、含礫中粗砂，厚度小，一般為厚35m，地下水位埋深淺，為0.5m～2m，水量相對較豐富，一般單井涌水量在100m³/d～500m3/d。水質(zhì)較好，礦化度小于0.5g/l，地下水類型為HCO₃-Na型水。

3.2碎屑巖類孔隙裂隙水

3.3玄武巖孔洞裂隙水

主要分布于希熱烏拉山地區(qū)，呈東西向條帶狀分布。地下水主要賦存于氣孔狀玄武巖的構(gòu)造裂隙，柱狀節(jié)理、層問孔洞中，地下水的富水程度變化較大，分布亦極不均勻，它受地貌、含水層的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等諸多因素的控制。區(qū)內(nèi)地形切割強烈，溝谷一旦切入下部新近系泥巖時，其上部的地下水便以泉的形式溢出。希熱礦泉水亦賦存于新近系上新統(tǒng)黑色氣孔狀玄武巖中。

本區(qū)地形地貌利于大氣降水補給。據(jù)調(diào)查，民井出水量多為10m³/d～50m³/d，個別地區(qū)可大于100m³/d，泉流量一般在0.21/s左右。地下水交替循環(huán)強烈，水質(zhì)較好，礦化度為0.4g/l～0.5g/l，水化學(xué)類型為HCO₃-Ca·Na·Mg型水。

3.4地下水的補徑排條件

松散巖類孔隙潛水主要接受大氣降水、碎屑巖類孔隙裂隙水及新近系玄武巖孔洞裂隙水的側(cè)向補給，沿河谷向下游排泄；碎屑巖類孔隙裂隙水其補給來源除山區(qū)玄武巖孔洞裂隙水外，主要為降水的滲入補給。潛水徑流條件尚好，水力坡度基本上同地形坡度一致，在5‰～7‰。排泄途徑除在地形低洼處消耗于蒸發(fā)外，一般均排向于河谷，成為河谷潛水的補給源之一；玄武巖孔洞裂隙水以泉形式排泄或直接補給第四系孔隙水及碎屑巖類孔隙裂隙水。

4.礦泉水賦存特征

4.1礦泉水含水層賦存特征

礦泉井井口高程為1325m，井徑5.6m，井深8.5m，水位埋深3.97m，石砌井壁結(jié)構(gòu)，礦泉水賦存于新近系上新統(tǒng)黑色氣孔狀玄武巖中（見圖1）。本區(qū)屬陰山緯向構(gòu)造帶中段與狼山弧形構(gòu)造帶之復(fù)合部位。構(gòu)造運動頻繁，伴隨巖漿活動強烈。區(qū)內(nèi)上新統(tǒng)玄武巖分布較廣，玄武巖經(jīng)歷了多次的構(gòu)造運動與長期的風(fēng)化作用，柱狀節(jié)理與風(fēng)化裂隙都很發(fā)育，柱狀節(jié)理、風(fēng)化裂隙往往與玄武巖孔洞相連通或穿插在一起，形成良好的滲流通道和儲水空間。

4.2礦泉水年齡估算

經(jīng)對本礦泉水中放射性同位素氚測定，其值為26.0±5.0Tu～38.1±4.9Tu。根據(jù)內(nèi)蒙古西部地區(qū)計算氚濃度與礦泉水年齡對比表所列數(shù)據(jù)。可以算出希熱圖廟飲用天然礦泉水形成的時間為25a左右（表1）。

4.3礦泉水動態(tài)特征

（1）礦泉水水量變化

1993年11月18日（平水期）對該礦泉水井進行了抽水試驗，用離心泵作抽水設(shè)備，從9時開始，18時30分結(jié)束，歷時9小時30分，水位、流量穩(wěn)定后的延續(xù)時間5h，符合有關(guān)勘察規(guī)范的要求。經(jīng)測定，穩(wěn)定流量為7.92m³/h（190.08m³/d），穩(wěn)定降深1.74m，滲透系數(shù)為7.24m/d。

2015年8月26日，再次對該礦泉水井進行了最大落程單孔穩(wěn)定流抽水試驗，抽水設(shè)備為潛水泵等，利用測線進行水位觀測。從8月26日16時開始，8月27日16時，歷時24h，水位、流量穩(wěn)定后的延續(xù)時間11h，符合有關(guān)勘察規(guī)范的要求。通過穩(wěn)定流抽水試驗，希熱礦泉水開采井穩(wěn)定流量為6.73m³/h（161.5m³/d），靜水位3.97m，穩(wěn)定降深2.18m，基本達到了含水層的一半，影響半徑26m，滲透系數(shù)7.58m/d。

（2）礦泉水水位動態(tài)特征

礦泉水動態(tài)監(jiān)測工作始于1992年12月，結(jié)束于1993年11月，為期一個水文年。該礦泉水水位變化的主要影響因素為自然條件下補給條件的變化，水位埋深呈現(xiàn)規(guī)律性波動，最高水位2.84m，最低水位2.17m，水位年變幅0.67m，水溫保持在8.3℃～9.5℃，動態(tài)穩(wěn)定。

2013年5月～2014年4月期間，再次對該礦泉水井進行了一個水文年的動態(tài)觀測表明，礦泉水井實測水溫為9℃，水溫比較穩(wěn)定。水位變化的主要影響因素為自然條件下補給條件的變化，水位埋深呈現(xiàn)規(guī)律性波動，最高水位3.4m，最低水位4.0m，水位年變幅0.6m，平均水位3.71m，該井水動態(tài)穩(wěn)定。

（3）礦泉水水質(zhì)的變化特征

動態(tài)監(jiān)測期間（1992年12月至1993年11月）分別在豐、平、枯三個時間段采集了礦泉水水樣，分別送內(nèi)蒙古礦產(chǎn)實驗研究所、北京地質(zhì)工程勘察院、中國預(yù)防醫(yī)學(xué)科學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生檢測所進行檢測。檢測結(jié)果溶解性總固體、重碳酸根、鍶及偏硅酸含量的變化很小，基本上不受氣候和季節(jié)變化的影響。

2014年9月28日再次采集礦泉水樣送內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院檢測中心進行檢測，測得鍶含量0.873mg/L，偏硅酸38.34mg/L，地下水質(zhì)變化不大，水化學(xué)類型為HC03-Ca·Na·Mg型，溶解性總固體及其他組分也沒有明顯的變化，表明該礦泉水水質(zhì)非常穩(wěn)定。

4.4礦泉水成因分析

礦泉水是在特定的地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件及地球化學(xué)環(huán)境下形成的。礦泉水井所處區(qū)域內(nèi)分布的新近系玄武巖，系火山噴發(fā)出的巖漿冷卻后凝固而成，該區(qū)玄武巖共有七個噴發(fā)回次，巖性為黑色氣孔狀玄武巖和致密狀玄武巖互層，氣孔中可見填充物。此外，區(qū)內(nèi)廣泛分布華力西晚期中、酸性侵入巖。巖石中含有占絕對優(yōu)勢的二氧化硅及鍶等礦物質(zhì)，這些成分為礦泉水的形成提供了豐富的物質(zhì)來源。

本區(qū)屬陰山緯向構(gòu)造帶中段與狼山弧形構(gòu)造帶之復(fù)合部位。構(gòu)造運動頻繁，伴隨巖漿活動強烈。區(qū)內(nèi)上新統(tǒng)玄武巖分布較廣，玄武巖經(jīng)歷了多次的構(gòu)造運動與長期的風(fēng)化作用，柱狀節(jié)理與風(fēng)化裂隙都很發(fā)育，柱狀節(jié)理、風(fēng)化裂隙往往與玄武巖孔洞相連通或穿插在一起，形成良好的滲流通道和儲水空間。

大氣降水沿這些通道滲入后，形成地下水，并繼續(xù)向遠距離運移，徑流滯緩，水與圍巖相互作用，溶濾了圍巖中巖石分散狀態(tài)的微量元素及組分，水質(zhì)優(yōu)化，富含各種微量元素，形成了希熱飲用天然礦泉水。

5.結(jié)論

（1）1993年11月18日內(nèi)蒙古希熱礦泉水穩(wěn)定流量為190.08m3/d，穩(wěn)定降深1.74m；2015年8月26日該礦泉水井穩(wěn)定流量為161.5m³/d，穩(wěn)定降深2.18m。pH值為7.66～8.35，礦化度501mg/L～595.05mg/L，鍶含量為0.547mg/L～0.873mg/L，偏硅酸含量為27.7mg/L～49.40mg/L，可命名為含鍶偏硅酸重碳酸鈣鈉鎂型飲用天然礦泉水。

（2）內(nèi)蒙古希熱礦泉水賦存于新近系上新統(tǒng)黑色氣孔狀玄武巖中。巖石中含有占絕對優(yōu)勢的二氧化硅及鍶等礦物質(zhì)，這些成分為礦泉水的形成提供了豐富的物質(zhì)來源。區(qū)內(nèi)廣泛分布的上新統(tǒng)玄武巖柱狀節(jié)理與風(fēng)化裂隙都很發(fā)育，柱狀節(jié)理、風(fēng)化裂隙與玄武巖孔洞相連通或穿插在一起，形成良好的滲流通道和儲水空間。