贵州纳雍县沙包镇下木村富锶矿泉水成因分析及开采量计算.pdf
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1、第3 7卷 第4期 V o l.3 7,N o.42 0 2 3年8月 M I N E R A L R E S OUR C E S AN D G E O L OG YA u g.,2 0 2 3D O I:1 0.1 9 8 5 6/j.c n k i.i s s n.1 0 0 1-5 6 6 3.2 0 2 3.0 4.0 1 7贵州纳雍县沙包镇下木村富锶矿泉水成因分析及开采量计算杨文亮1,2,蒲秀超1,2,曹振东1,2(1.贵州省地质矿产勘查开发局1 1 1地质队,贵州 贵阳 5 5 0 0 8 12.贵州地质工程勘察设计研究院有限公司,贵州 贵阳 5 5 0 0 8 1)摘 要:通过对
2、贵州纳雍县沙包镇下木村研究泉点的水文地质条件、水化学特征、动态特征及微量元素锶来源等进行研究,分析其成因模式。研究成果表明:大气降水入渗含水岩组,径流运移中溶滤含锶膏岩矿物形成富锶地下水,在地形切割及中三叠统关岭组(T2g)底部泥岩相对阻水出露成泉,水中锶含量达到饮用天然矿泉水标准,矿物质成分源于岩石和土壤的风化水解,水化学类型为HC O3S O4-C aM g。根据动态监测成果,采用泉水流量衰减法及泉水枯季流量频率分析法,计算其允许开采量为1 1 3 4.2 6 m3/d,研究结果可为下木村锶型矿泉水的开发利用提供依据。关键词:富锶天然矿泉水;成因;允许开采量;贵州纳雍县中图分类号:P 6
3、4 1.5 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-5 6 6 3(2 0 2 3)0 4-0 8 2 3-0 80 引言天然矿泉水是指在特定地质条件下形成并赋存在特定地质构造岩层中的地下矿水,其含有特殊的化学成分或具有特殊的物理性质,从地下深处自然涌出或经钻井采集,含有一定量有益的微量元素、矿物质或其他成分,是一种珍稀的矿产资源。贵州纳雍县沙包镇下木村饮用天然矿泉水为天然出露,富含有益元素锶,根据我国现行标准,可命名为锶型矿泉水。矿泉水的形成与多种因素有关,泉水出露区的地貌形态、地层岩石矿物组分及地质构造是其形成的基础1,前人未对下木村泉水的成因进行过系统的研究。为了更好地保护和开发利用下
4、木村泉水,有必要开展相关研究。本文在调查、一个水文年内平水期、丰水期、枯水期三季采样检测及动态观测成果基础上分析其资源特征及成矿模式,以泉水流量衰减法及泉水枯季流量频率分析法计算其允许开采量,为矿区矿泉水资源的保护和开发利用提供科学依据。1 地质背景1.1 区域地质概况研究区位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱毕节N E向构造变形区。构造展布以NW向为主,背斜构成狭窄的山脉,向斜形成宽缓的槽谷,组成典型的隔挡式褶皱;背斜轴部较平缓,翼部陡峻;背斜枢纽呈起伏状,往往形成多个高点。出露地层以三叠系碳酸盐岩地层为主,研究区地质构造纲要简图见图1。1.2 地层岩性研究 区 地 层 由 老 到 新 为 三 叠
5、 系 下 统 夜 郎 组(T1y)、中下统嘉陵江组(T1-2j)、中统关岭组、上统须家河组(T3x)。岩性主要以白云岩、白云质灰岩及灰岩等碳酸盐岩为主,各地层为平行整合接触关系。夜郎组(T1y):上部岩性为暗紫色红色粉砂质泥岩、泥岩夹粉砂岩,夹少量灰岩;下部岩性为灰绿、青灰色及暗紫色泥岩及粉砂质泥岩夹少量粉砂岩。嘉陵江组(T1-2j):上部为黄灰、灰色中至厚层溶收稿日期:2 0 2 3-0 1-3 1;修回日期:2 0 2 3-0 2-2 2第一作者:杨文亮(1 9 8 7),男,苗族,工程师,主要从事水文地质、工程地质及地热地质方面的研究工作。E-m a i l:4 5 8 9 1 5 4
6、5 0q q.c o m通信作者:曹振东(1 9 8 4),男,高级工程师,主要从事水文地质、工程地质及地热地质方面的研究工作。E-m a i l:4 1 2 7 5 7 3 7 2q q.c o m引文格式:杨文亮,蒲秀超,曹振东.贵州纳雍县沙包镇下木村富锶矿泉水成因分析及开采量计算J.矿产与地质,2 0 2 3,3 7(4):8 2 3-8 3 0.图1 矿泉水出露区地质构造简图F i g.1 G e o l o g i c a l s t r u c t u r e m a p o f m i n e r a l w a t e r o u t c r o p a r e a1须家河组
7、2关岭组三段 3关岭组二段 4关岭组一段 5嘉陵江组 6夜郎组 7飞仙关组 8断层 9向斜1 0背斜 1 1地层界线 1 2产状 1 3河流及走向塌角砾岩、泥质白云岩,中部为灰、深灰色中至厚层灰岩、泥质白云岩及白云质灰岩,底部为灰、深灰色中至厚层灰岩。关岭组(T2g):中上部为灰色中厚至厚层块状灰岩夹白云岩、白云质灰岩,下部为杂色黏土岩夹灰色、灰白色白云岩、灰岩。须家河组(T3x):黄灰色巨厚层岩屑石英砂岩,偶夹黏土岩透镜体。以“帽子”形式覆盖于关岭组之上。地层在研究区出露情况见图1。1.3 地质构造研究区构造以N E向展布为主,发育有沙坝断层、下木村断层,褶皱有沙包向斜、沙包背斜及杨家寨向斜
8、(图1)。沙坝断层:走向东西,倾向南,倾角6 5 8 5,展布长度2 5 k m,为压性逆断层性质,断层带岩质致密,横向上具有相对阻水性质。下木村断层:断层走向5 6,倾向S E,倾角8 0,发育于沙包向斜及沙包背斜之间,发育长度大于9 k m,断层轴部区受沙包向背斜复合控制岩层产状多变,牵引褶皱发育,岩层较为破碎。沙包向斜:呈N E向展布,与沙包背斜近似平行发育,长轴大于2 5 k m,短轴0.64 k m,核部出露地层为中三叠统关岭组(T2g)至上三叠统 须家河组(T3x),两 翼 为 关 岭 组(T2g)至 中 下 统 嘉 陵 江 组(T1-2j),北西翼岩层倾角1 5 4 0,南东翼3
9、 2 6 8,轴线倾向S E。沙包背斜:呈N E向展布,长轴大于2 5 k m,短轴0.63.6 k m,核 部 出 露 地 层 为 中 三 叠 统 关 岭 组(T2g),岩层倾角较缓,1 0 2 4,往两翼增陡,构造线上落水洞及洼地较发育。杨家寨向斜:呈EW向展布,长轴约6 k m,短轴0.6 3 k m,西段被N E向断层破坏,轴线不连续。2 水文地质条件2.1 地形地貌研究区位于古黔中隆起西端,是贵州高原第二阶梯黔西山原的一部分,即云贵高原向黔中山原的过度地带,地势西高东低,境内山脉多呈“L”形由西北向东428矿 产 与 地 质2 0 2 3年 南延伸2。受六冲河和后河深切的河谷控制,总
10、体地势呈现出由北西向南东降低之势,最高处位于水源地南部乌木大坡,高程1 8 2 4 m,最低点为南西义仲河河床,高程1 1 7 7.6 m,最大相对高差6 4 6.4 m,一般高差1 8 04 0 0 m。区内地貌为峰丛深切河谷地貌,受岩性和构造条件控制,以及后期外动力地质作用影响,后河及瓜仲河两岸均形成沿河床线方向延伸的厚大山体,河床一侧多为陡峭悬崖,泉点北西部山顶局部地带形成峰丛洼地,洼地内落水洞发育,深切的六冲河及后河河床构成了区内地下水排泄基准面。2.2 含水岩组及赋存特征含水岩组是控制地下水形成、富集及分布的关键因素,根据研究泉点地下水的赋存条件、水动力条件及含水介质的组合特征,将研
11、究区含水岩组划分为碳酸盐岩类裂隙-溶洞水含水岩组3。地下水主要赋存于中三叠统关岭组(T2g)中上部碳酸盐岩地层中,岩性以石灰岩、白云质灰岩等为主,含水介质以溶洞、岩溶管道、裂隙为主4。岩溶发育程度强,岩溶个体形态发育齐全,地表落水洞、溶洞、洼地、天窗发育、地下河管道、干溶洞、石钟乳、石笋等发育。地下水分布极不均匀,以集中管道流形式赋存,地下水埋藏深度较大,水力坡度较大。地下水枯季径流模数67.2 L/(sk m2),富水性强,地下水化学类型为HC O3C aM g及 HC O3S O4C aM g型。2.3 地下水补给 研究区地下水补给来源为大气降水,补给区位于泉点北西、北侧区域,面积6.2
12、k m2。该区域为碳酸盐岩分布区,地形地貌上多形成岩溶槽谷、洼地等负地形,且溶蚀裂隙、落水洞、岩溶洼地发育,成为大气降水入渗的良好通道。补给方式以灌入式为主、渗入式为辅。2.4 地下水径流地下水径流主要受地形地貌、地层岩性及N E向构造控制,研究区东侧受S N向六冲河及南侧受EW向后河两条深切河谷控制,区内地下水多以两条深切河床为排泄基准面;补给区地下水在重力和静水压力作用下由北、北西向南东径流,径流方式多为集中径流带或地下河管道,地下水水力坡度为6.6%1 2.7%。2.5 地下水排泄 研究区地下水受岩溶发育及N E向构造带上发育的裂隙控制,地下水以管道-裂隙流为主,径流路径受六冲河深切河谷
13、切割及关岭组底部泥岩的相对阻水而天然排泄出地表,出流方向1 3 5,流量为1 6.47 6.9 L/s。3 矿泉水特征3.1 矿泉水水化学特征根据研究泉点一个水文年平水期、丰水期、枯水期三季水质检测(表1)及动态观测成果,其常年水温1 4.51 6.5,p H值为7.4 27.6 6,锶(S r)含量为4.5 25.6 8 m g/L,偏硅酸(H2S i O3)含量为6.5 0 8.6 3 m g/L,矿化度(T D S)含量为3 7 9.0 0 4 0 6.3 2 m g/L,游离C O2含量为4.8 77.5 2 m g/L。根据研究泉点平水期、丰水期、枯水期三季水化学P i p e r三
14、线图(图2),其主要阳离子为C a2+和M g2+,分别占阳离子总量的5 8.5 1%6 2.8 5%和3 4.1 1%3 8.2 9%;主要阴离子为H C O-3及S O2-4,分别占阴离子总量的5 1.1 8%5 6.1 0%和4 1.6 4%4 5.9 6%;依据舒卡列夫分类其水化学类型为HC O3S O4C aMg,表明研究泉点主要受碳酸盐岩风化影响。锶含量达到 饮用天然矿泉水(G B 8 5 32 0 1 8)中 命名要求,为锶型矿泉水。3.2 矿泉水动态特征根据2 0 2 0年1 0月至2 0 2 2年1月一个水文年(平水期、枯水期、丰水期)水温及涌水量动态观测,该泉点一个水文年内
15、水温保持在1 4.51 6.5,最大变幅2.0,水温变化受年际气温影响小,表现为稳定型。泉口流量动态与大气降水基本上同步,反映出泉水的水量补给来源于大气降水,动态成因为“气象型”。历时曲线反映,泉口流量相对大气降水存在一定的滞后期,最大流量出现在2 0 2 1年7月暴雨过后的1.52 h,流量7 6.9 L/s;最小流量出现在2 0 2 1年1月,流量1 6.4 L/s;动态变化率4.7,流量动态变幅较大,反映出水源地所在地下水系统对降雨较为敏感(图3)。3.3 矿泉水变质特征 根据泉点平水期、丰水期、枯水期三季水质检测成果采用G i b b s图(图4)判 断 研 究 区 内 大 气 降水、
16、岩石风化、蒸发-结晶作用等对其水化学成因的影响5。由图4可知,该泉点溶解性总固体(T D S)为中等,阳离子浓度比值N a+/(N a+C a2+)低,坐落于图4中部左侧,阴离子浓度比值C l-/(C l-+HC O-3)低,同样位于图4中部左侧;因此水样成分受控于岩石的风化溶滤作用,主要来源于岩石和土壤的风化水解(包括矿物溶解),属于“岩石风化溶滤型”;主要原因是研究区内碳酸盐岩地层大面积出露,大气降水入渗后在岩石地层中对碳酸盐岩的溶滤作用时间较长。528 第3 7卷 第4期 杨文亮等:贵州纳雍县沙包镇下木村富锶矿泉水成因分析及开采量计算表1 水质检测主要结果T a b l e 1 M a
17、i n r e s u l t s o f w a t e r q u a l i t y t e s t检测指标2 0 2 1年2月2 0 2 1年6月2 0 2 1年1 1月K+1.8 01.7 11.7 0N a+2.9 02.7 92.7 0C a2+7 1.1 26 0.4 46 8.7 2M g2+2 3.1 62 3.7 32 3.5 8C l-4.1 22.2 93.7 1S O2-41 3 0.0 01 0 4.9 51 2 0.0 0HC O-31 9 8.2 21 7 9.6 81 6 9.8 1F-0.2 00.2 00.2 0NO-33.5 43.1 03.1 1总硬
18、度(C a C O3)2 7 2.9 52 4 7.5 52 6 8.6 8总碱度(C a C O3)1 3 7.9 61 4 7.3 61 3 9.2 6总酸度5.5 46.1 6游离C O24.8 77.5 24.8 7溶解总固体(T D S)4 0 6.3 23 7 9.0 03 9 3.4 2偏硅酸1 0.5 08.6 36.5 0锶5.6 84.5 25.2 8 注:检测指标的量单位为m g/L。图2 研究泉点水化学P i p e r三线图F i g.2 P i p e r t r i g r a m o f w a t e r c h e m i s t r y o f t h e
19、 r e s e a r c h s p r i n g s p o t图3 泉口水温、涌水量及降雨量动态曲线图F i g.3 D y n a m i c c u r v e o f w a t e r t e m p e r a t u r e,w a t e r i n f l o w a n d r a i n f a l l a t t h e s p r i n g m o u t h628矿 产 与 地 质2 0 2 3年 图4 研究区水化学G i b b s图 F i g.4 G i b b s d i a g r a m o f w a t e r c h e m i s t
20、r y i n t h e s t u d y a r e a4 矿泉水成因4.1 矿泉水来源4.1.1 丰、平、枯三季的水样微量元素变化从研究泉点水化学P i p e r三线图(图2)可看出,丰水期、平水期、枯水期三季的水质均落在同一点附近的一条线上,说明丰水期、平水期、枯水期三季的水质随季节略有变化,但变化不大6(表1)。其主要阳离子、阴离子及微量元素含量总体趋势表现为枯水期平水期丰水期,其主要原因为丰水季节大气降水入渗量大,岩层中的地下水径流速度相对快、流量大,溶滤作用时间相对短。4.1.2 地下水微量元素锶的含量及来源分析为研究该饮用天然矿泉水中锶微量元素的成因和物质来源,在研究区关岭
21、组含水岩组层中采集岩石样品,送至贵州省地质矿产中心实验室做锶(S r)、硫化物(S)含量检测,检测结果见表2。依据检测成果可知,关岭组中不同岩性岩石中微量元素锶(S r)及硫化物(S)的含量差异较大,白云岩、白云质灰岩含量高于泥质白云岩;锶(S r)及硫化物(S)含量与岩性和地质构造具有较强的相关性,断层带上含量高于地层中含量,反映断带岩体破碎、裂隙发育有利于锶(S r)及硫化物(S)的富集。将表2中锶元素锶(S r)、全硫(T S)含量在平面坐标中通过线型关系反映可知,岩石中微量元素(S r)和全硫(T S)含量之间成明显的直线相关(图5)并满足公式(1):w(S r)=9 2.8 5 3
22、6+5 1.7 8 6 9 w(T S)(1)表2 不同岩性样品锶及硫化物含量检测结果T a b l e 2 D e t e c t i o n r e s u l t s o f s t r o n t i u m a n d s u l f i d e i nd i f f e r e n t l i t h o l o g y s a m p l e s岩性S r硫化物泥质白云岩8 60.0 4 7泥质白云岩7 40.0 8 2白云岩1 2 10.1 4 1白云岩1 0 60.2 2 0白云质灰岩1 0 70.5 0 4白云质灰岩1 1 30.2 1 0断层带1 9 81.2 1 0断层
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