馬學(xué)龍

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

研究區(qū)位于新疆新源縣境內(nèi)則克臺鎮(zhèn)～吐爾根鄉(xiāng)北部區(qū)域，交通便利。本文在對研究區(qū)自然地理、地形地貌、地層巖性以及地質(zhì)構(gòu)造等條件分析的基礎(chǔ)上，并結(jié)合相關(guān)參考文獻(xiàn)[1-5]，對研究區(qū)礦泉水的含水層特征、補(bǔ)徑排條件以及水化學(xué)特征進(jìn)行了分析，并對研究區(qū)的礦泉水形成機(jī)理和質(zhì)量進(jìn)行了分析和評價。研究結(jié)果可以后期政府對該礦泉水水源地的開發(fā)利用提供地學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)條件分析

1.1 地理位置

研究區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州新源縣境內(nèi)則克臺鎮(zhèn)～吐爾根鄉(xiāng)北部區(qū)域。研究區(qū)北部為阿吾拉勒山，南部為鞏乃斯河谷，南距新源縣城約10 km。研究區(qū)范圍內(nèi)交通便利，國道G218和省道316分別為東西向和南北向貫穿全區(qū)的主干道，各鄉(xiāng)與村落之間也有鄉(xiāng)村便道交錯分布。

1.2 地形地貌

研究區(qū)位于阿吾拉勒山區(qū)，該區(qū)內(nèi)海拔約在1 400～1 900 m之間，地形起伏在200～500 m之間，坡度較大，多為切割程度不甚明顯的山丘。該區(qū)域山頂呈圓狀，山脊呈渾圓狀。地形起伏較大，地貌類型為侵蝕構(gòu)造小起伏中山，與侵蝕構(gòu)造中起伏中山過渡，山間河谷沖積平原相接。地表黃土覆蓋，下部為二疊系基巖，植被較發(fā)育，主要為天然牧草及雜草。

1.3 地質(zhì)概況

1.3.1 地層巖性

研究區(qū)所在區(qū)域出露的地層包括：泥盆系、石炭系、二疊系和第四系。

(1)泥盆系(D)在研究區(qū)所在區(qū)域分布范圍較小，僅在研究區(qū)東部邊界處的阿吾拉勒山有部分分布，巖性主要為長英質(zhì)糜棱巖綠泥絹云千糜巖、流紋質(zhì)火山角礫巖、火山灰凝灰?guī)r。與其他地層多為斷層接觸。

(2)石炭系(C)是研究區(qū)內(nèi)分布的主要地層，在阿吾拉勒山南坡大面積分布，巖性為流紋斑巖、霏細(xì)斑巖、鈉長斑巖、安山玢巖、玄武巖、英安斑巖及其同質(zhì)火山碎屑巖、凝灰質(zhì)碎屑巖。未見上覆地層，與下伏阿克沙克組海相碳酸鹽巖，不整合接觸。

(3)二疊系(P)在研究區(qū)北部區(qū)域分布面積較大，主要分布于研究區(qū)北部和東北部的阿吾拉勒山中山區(qū)，巖性為中性、酸性火山巖及其碎屑巖夾玄武巖，礫巖、砂礫巖、粗砂巖、長石砂巖等，上部為灰黃、灰色長石碎屑砂巖、粉砂巖、泥灰?guī)r等。

(4)第四系(Q)在研究區(qū)南部及鞏乃斯河兩岸廣泛分布，出露地層主要包括：上更新統(tǒng)風(fēng)積層、上更新統(tǒng)沖積、洪積層和全新統(tǒng)沖積層。上更新統(tǒng)風(fēng)積層地層主要分布于鞏乃斯河以北的山前地帶，分布面積較小，巖性為淺黃至灰黃色的黃土或粉土，地表出露厚度一般為5～10 m；上更新統(tǒng)沖積、洪積層地層在山前平原區(qū)分布極為廣泛，形成大面積的山前沖洪積平原。全新統(tǒng)沖積層地層主要分布于鞏乃斯河的現(xiàn)代河床中及低階地上，局部具有牛軛湖特征。巖性為卵石、礫石、砂和淤積砂等。

1.3.2 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜。構(gòu)造形成于震旦紀(jì)之前的呂梁期，經(jīng)過加里東期，尤其是華里西期表現(xiàn)更為強(qiáng)烈，基本形成了區(qū)域內(nèi)構(gòu)造的雛形。又經(jīng)后期的燕山運(yùn)動和喜瑪拉雅運(yùn)動，便形成了目前的構(gòu)造形態(tài)。研究區(qū)所在地質(zhì)構(gòu)造單元包括伊寧-鞏乃斯斷拗陷疊合盆地和阿吾拉勒隆起斷塊。其中，研究區(qū)南部的平原區(qū)屬伊寧-鞏乃斯斷拗陷疊合盆地，研究區(qū)北部的山區(qū)屬阿吾拉勒隆起斷塊。

2 研究區(qū)水文地質(zhì)條件分析

2.1 地下水類型及富水性

2.1.1 基巖裂隙水

層狀基巖裂隙水主要分布在研究區(qū)中部和北部的阿吾拉勒山中山區(qū)。水量豐富區(qū)主要分布在研究區(qū)中部，該區(qū)域構(gòu)造裂隙較為發(fā)育，泉水分布密集。地表出露地層可見石炭系和二疊系侵入巖零星分布于斷裂周邊，含水層巖性主要為杏仁狀安山玢巖、霏細(xì)斑巖和流紋斑巖，單泉流量一般為1～10 L/s，最大泉群流量可達(dá)80 L/s。水量中等區(qū)主要分布在研究區(qū)北部，含水層巖性主要為凝灰質(zhì)砂巖、長石砂巖、安山巖和火山角礫巖，單泉流量一般為0.1～1.0 L/s。

塊狀基巖裂隙水主要賦存于侵入巖中。水量豐富區(qū)主要分布在研究區(qū)西北部、北部和東部，巖性主要為二疊系花崗巖、花崗斑巖和石炭系輝綠巖墻，單泉流量一般大于1 L/s；水量中等區(qū)主要分布在研究區(qū)中部，巖性主要為二疊系閃長巖，單泉流量一般為0.1～0.3 L/s。

2.1.2 松散巖類孔隙水

研究區(qū)內(nèi)的松散巖類孔隙水主要賦存于山前地帶的第四系松散層中，根據(jù)含水層結(jié)構(gòu)的差異，可劃分為單層結(jié)構(gòu)潛水和多層結(jié)構(gòu)潛水-承壓水。

1)單層結(jié)構(gòu)潛水

主要分布在鐵木里克溝、則克臺溝及吐爾根溝的溝口沖積扇一帶，均在阿吾拉勒山南坡斷裂以北的區(qū)域。水量豐富區(qū)位于鐵木里克溝、則克臺溝及吐爾根溝的溝口沖積扇一帶，主要接受山區(qū)大氣降水和溝谷潛流補(bǔ)給，富水性較強(qiáng)，含水層巖性以卵礫石、砂礫石為主；水量中等區(qū)分布在吐爾根鄉(xiāng)東部的山前地帶，含水層巖性以砂礫石為主；水量貧乏區(qū)分布在研究區(qū)內(nèi)的山前黃土丘陵區(qū)，上覆大厚度黃土，富水性較差。

2)多層結(jié)構(gòu)潛水-承壓水

主要分布在阿吾拉勒山南坡斷裂以南的沖洪積平原區(qū)，第四系厚度大于300 m。潛水水量豐富-承壓水水量極豐富區(qū)在研究區(qū)內(nèi)分布面積較小，主要集中在吐爾根溝下游的沖洪積扇。下部承壓水頂板埋深83.55 m，含水層厚度137.13 m；潛水水量豐富-承壓水水量豐富區(qū)是研究區(qū)內(nèi)平原區(qū)最主要的富水性分區(qū)，分布面積較大。

2.2 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件

研究區(qū)本次新發(fā)現(xiàn)研究區(qū)位于新源縣北部，地貌類型包括阿吾拉勒山中山區(qū)和山前沖洪積平原，總體地勢北高南低。研究區(qū)范圍內(nèi)包括基巖裂隙水和松散巖類孔隙水，地下水總體由北向南徑流。

基巖山區(qū)是研究區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給形成區(qū)，主要接受冰雪融水和大氣降水的入滲補(bǔ)給，地下水沿基巖裂隙、斷裂裂隙向下游徑流，匯集至山間溝谷以地表水的形式由北向南徑流。各山間溝谷以溝谷潛流的方式補(bǔ)給平原區(qū)地下水。

2.3 地下水化學(xué)特征

2.3.1 基巖山區(qū)地下水化學(xué)特征

研究區(qū)北部的阿吾拉勒山山區(qū)，地下水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca·Na型。溶解性總固體為0.21～0.67 mg/L。

2.3.2 平原區(qū)地下水化學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)的平原區(qū)，地下水化學(xué)類型包括SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型，溶解性總固體為0.45～0.63 mg/L；靠近鞏乃斯河，受局部地段地下水與地表水轉(zhuǎn)換關(guān)系的影響，地下水化學(xué)類型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镠CO3-Ca·Mg型，溶解性總固體為0.39 mg/L。

3 研究區(qū)礦泉水形成機(jī)理

3.1 礦物質(zhì)形成條件

鍶元素在地殼中屬豐度值較高的元素，含鍶型礦泉水是在特定的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件下，地下水與其存儲介質(zhì)長期發(fā)生物理化學(xué)作用的產(chǎn)物。礦泉水中鍶元素的含量主要取決于巖石中鍶元素的含量、水巖相互作用的溶濾時間以及溫度條件。

3.1.1 地層巖性條件

巖石中的礦物成分決定著礦泉水特殊組分的形成，是礦泉水的主要物質(zhì)來源。

新源縣則克臺鎮(zhèn)-吐爾根鄉(xiāng)以北的阿吾拉勒山區(qū)，分布地層以二疊系和石炭系為主，巖性主要為安山巖、英安巖、鈉長斑巖、凝灰?guī)r等，其中凝灰?guī)r屬火山碎屑巖，安山巖屬中性的鈣堿性噴出巖，而英安巖和鈉長斑巖屬中酸性的噴出巖，而這些巖石中的礦物成分都以富含鍶元素的斜長石、鉀長石、角閃石等為主。利用阿吾拉勒山區(qū)的安山巖和英安巖樣品，對其鍶含量進(jìn)行檢測，巖石中的鍶含量高達(dá)303～1 633 mg/kg，這為地下水中鍶元素的富集提供了物質(zhì)來源。

3.1.2 礦物質(zhì)賦存條件

富鍶地下水的形成與賦存主要受地質(zhì)背景條件控制，包括地層巖性、沉積環(huán)境及水文地球化學(xué)環(huán)境等，表現(xiàn)出沉積盆地成因型。巨厚地層的存在和封閉的還原環(huán)境為礦泉水的形成和儲存提供了良好的環(huán)境條件。石炭系、二疊系中大量鍶元素的存在為礦泉水提供了物質(zhì)來源。區(qū)域地層產(chǎn)狀多向北傾，使地下水徑流緩慢，水巖作用時間長，有利于礦泉水的演化過程。其形成過程大致為：早期大氣降水經(jīng)裂隙通道運(yùn)移至深部含水層，通過高溫和高壓條件，經(jīng)與深部地下熱水相互勾通并與巖層中非晶質(zhì)二氧化硅、石膏、硫化物及鍶礦物相互作用進(jìn)行水巖成分平衡交替，在這一復(fù)雜過程中逐漸溶濾了巖層中的鍶等多種礦物成分，從而形成富含多種微量元素的含鍶礦泉水。

3.2 地下水動力條件

研究區(qū)范圍地下水埋藏于基巖中，一般具有先沿地層傾向向深部徑流、繼而轉(zhuǎn)為水平徑流的特點(diǎn)。受構(gòu)造條件及地層走向的影響，地下水徑流方向會相應(yīng)改變，研究區(qū)地下水總體由北向南徑流。地下水徑流途中在溝谷深切位置、受斷裂構(gòu)造作用出露位置均有泉水出露，本次調(diào)查過程中的泉水點(diǎn)大多位于此處。地下水通過徑流、滲流和潛流的形式向南排泄，最終在鞏乃斯谷地北側(cè)山前流出，進(jìn)入谷地第四系松散巖類孔隙含水層中。

3.3 水文地球化學(xué)條件

鍶在自然界中易與其他元素結(jié)合形成各種化合物，如SrCO3、SrSO4等。研究區(qū)經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動的改造后，使得富含CO2的大氣降水容易入滲到裂隙含水層中。具有較強(qiáng)侵蝕性的地下水與圍巖發(fā)生水巖作用的過程中，將SrCO3中的鍶元素溶解于水中，從而使得地下水中的鍶元素含量增加，形成鍶型礦泉水。同時，地下水中的重碳酸根濃度增高，使得地下水化學(xué)類型以重碳酸型為主。其化學(xué)反應(yīng)式如下：

SrCO3+H2O+CO2→Sr2++2HCO3-

當(dāng)?shù)叵滤写嬖邴}酸或者堿金屬氯化物時，碳酸鍶和硫酸鍶還會形成氯化鍶而溶于水中，其反應(yīng)如下：

SrSO4+2HCl→SrCl2+H2SO4

SrCO3+2NaCl→SrCl2+Na2CO3

通過上述分析可知，在圍巖中富含鍶元素的地質(zhì)背景下，長期發(fā)生水巖作用，為該區(qū)域鍶礦泉水的形成提供了極為有利的水文地球化學(xué)條件。

4 研究區(qū)天然礦泉水質(zhì)量評價

按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)，在研究區(qū)采集的地下水樣品進(jìn)行水質(zhì)評價，評價結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)的地下水水質(zhì)總體較好，溶解性總固體為0.21～0.67 mg/L，各項指標(biāo)均未超過《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)中規(guī)定的Ⅲ類指標(biāo)現(xiàn)值，適用于集中式生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水。按照《飲用天然礦泉水》(GB8537-2008)，在通常情況下，其化學(xué)成分、流量、水溫等動態(tài)指標(biāo)在天然周期波動范圍內(nèi)相對穩(wěn)定。其界限指標(biāo)共有八項，滿足其中的一項或以上，就可定為飲用天然礦泉水。在研究區(qū)范圍內(nèi)，各取樣點(diǎn)均達(dá)到了鍶含量的界限指標(biāo)，其中pH值為7.36，鍶含量為0.4～2.45 mg/L。結(jié)合地下水化學(xué)類型劃分結(jié)果，最終確定水源地內(nèi)的礦泉水類型主要為重碳酸硫酸鈣鈉型鍶飲用天然礦泉水、硫酸重碳酸鈣鈉鎂型鍶飲用天然礦泉水。

5 結(jié)語

(1)研究區(qū)礦泉水形成區(qū)主要集中在阿吾拉勒山區(qū)，二疊系和石炭系地層中含有豐富的鍶元素，在地質(zhì)構(gòu)造作用下，通過水巖作用將地層中的礦物質(zhì)溶濾到地下水中，山區(qū)地下水化學(xué)類型包括HCO3-Ca型，HCO3·SO4-Ca·Na型和SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型。

(2)受構(gòu)造條件及地層走向的影響，研究區(qū)地下水總體由北向南徑流。地下水徑流途中在溝谷深切位置、受斷裂構(gòu)造作用出露位置均有泉水出露，地下水通過徑流、滲流和潛流的形式向南排泄，最終在鞏乃斯谷地北側(cè)山前流出，進(jìn)入谷地第四系松散巖類孔隙含水層中，含鍶地下水在此處富集，地下水化學(xué)類型包括SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型和HCO3-Ca·Mg型。

(3)在研究區(qū)范圍內(nèi)，地下水pH值為7.36，溶解性總固體為0.65 g/L，鍶含量為0.4～2.45 mg/L。通過對研究區(qū)地下水質(zhì)量評價，最終確定水源地內(nèi)的礦泉水類型主要為重碳酸硫酸鈣鈉型鍶飲用天然礦泉水、硫酸重碳酸鈣鈉鎂型鍶飲用天然礦泉水。