泗水南部灰岩地区矿泉水锶源及形成条件分析

2013-12-23肖为国冯凤玲王集宁冯克印付娟

山东国土资源 2013年4期

肖为国，冯凤玲，王集宁，冯克印，付娟

（1.山东省地质环境监测总站，山东济南 250014；2.国网技术学院，山东济南 250002）

锶是人体必需的微量元素，人体所有组织都含有锶，其中99%分布在骨骼和牙齿之中。锶还有利于维持人体正常的心血管功能以及神经和肌肉的兴奋性，它与血管的作用机制是锶在肠内与钠竞争吸收部位，从而减少人体对钠的吸收，增加钠的排泄。此外，对于由副甲状腺功能不全等原因引起的抽搦症患者，经常饮用含锶矿泉水，会有一定的效果［1－4］。因此，查明矿泉水的锶源及其形成条件，可以为今后该区域开展矿泉水调查、评价和开发利用工作提供方向。

1 矿泉水分布概况

泗水南部灰岩地区矿泉水，为含锶矿泉水。主要分布于寒武纪长清群地层中，自西向东有3组天然的矿泉水矿田（上芦城－圣水峪、押山庄－罗家庄、踅庄－南陈）展布（图1）。这3组天然的矿泉水带分别位于3个水文地质单元（芦城－安德水文地质分区、代家庄－西高水文地质分区、泉林－苗馆水文地质分区）的补给径流区，矿泉水很大一部分处于自流或者自喷状态，可利用天然地形自流供水，开发极为方便。

3组天然的矿泉水矿田水资源量丰富：上芦城－圣水峪一带资源量10 892.74m3／d，押山庄－罗家庄一带资源量11 431.83m3／d，踅庄－南陈一带资源量8 673.67m3／d。据多年监测结果表明，3个矿泉水矿田水资源丰富，取水井泉流量稳定，适合建立大规模开发的矿泉水生产基地［5］①山东省地质环境监测总站，肖为国、冯克印、罗梅等，泗水县矿泉水资源调查评价与开发利用研究，2009年。。

2 矿泉水中锶的来源

为查明锶的物质来源，于泗水南部灰岩地区及周边采集8件变质岩样品进行岩矿分析（表1），测试设备为ZSX Primusll型X 荧光光谱仪。泗水县与淄博淄川区同处于鲁西地层，地层特征（岩性和深度）相似，采用类比分析评价法，泗水南部地区的页岩及鲕状灰岩中含锶量数据参考《淄博市淄川区矿泉水开发利用与保护研究》②山东省地质环境监测总站，刘广成等，淄博市淄川区矿泉水开发利用与保护研究，2008年。（表2）。

由表1可知，变质岩中锶的检出率为100%，其中最大检出值为736.4 mg／g，最小检出值259.8 mg／g，变质岩中的锶平均含量为459.46 mg／g，远远大于锶在地壳中的平均丰度375mg／g②。由表1和图2可知，研究区变质岩中锶含量和岩样取样点地下水中锶含量成正相关关系，说明地下水中锶含量与变质岩中含锶水平密切相关。

图1 泗水县南部灰岩地区矿泉水矿田分布图

表1 岩矿测试结果

图2 泗水县南部地下水锶含量与岩石中锶含量的关系图

由表2知，页岩、灰岩及鲕状灰岩中锶的检出率为100%，其中，鲕状灰岩中含量最高，均值为443mg／g；石灰岩次之，均值为438 mg／g；页岩最低，均值为341mg／g。石灰岩和鲕状灰岩中的锶含量远大于在地壳中锶的平均丰度375mg／g。

表2 页岩灰岩鲕状灰岩中锶含量统计（mg／g）

因此，工作区广泛分布的变质岩和寒武纪石灰岩富含锶，为区内天然饮用矿泉水的形成提高了重要的物质来源。

3 矿泉水形成条件

3.1 地质构造和水动力条件

泗水南部灰岩地区构造复杂，以断裂为主，尤其NW 及NWW 向断裂十分发育，断裂性质多为压扭和张性（兼具扭性），断裂破碎带及其影响带裂隙岩溶发育形成了构造裂隙网络，构成地下水的良好通道和富水地带。

大气降水渗入是矿泉水补给来源，大气降水降落至低山丘陵区裸露的碳酸盐岩和太古宙变质岩地带上，降水沿风化、构造裂隙下渗，在水头压力传导作用下，地下水沿着构造裂隙、裂隙溶蚀空洞运移，经断裂构造深循环，在径流中升温，其溶解能力增强，促进水岩交换，为矿泉水淋滤、溶解和汇集微量元素提供了条件，因此，断裂带是矿泉水循环交替运移的主要途径。

3.2 区域水文地质条件

矿泉水分布区域地下水类型为碳酸盐岩夹碎屑岩类岩溶裂隙水。主要含水层岩性为灰岩、泥质灰岩及硅质灰岩，岩溶发育程度中等，岩溶发育深度一般在180m 以上，主要发育段在60～160m，一般单井涌水量＜1 000m3／d。该区域岩溶裂隙水水质良好，矿化度一般＜0.5mg／L。

3.3 形成机理分析

泗水南部灰岩地区为富含锶的地层，又有良好的地下水动力条件。在新太古代、元古宙和中生代岩浆侵入或喷溢过程中，常伴有CO2，H2，H2S，N2，CH4等气体成分沿着喷发活动形成的裂隙或断裂带向上涌或受阻滞留在其中。外部大气降水沿裂隙入渗，与裂隙中的气体成分混合，使水中溶入了特种气体成分或特种非气体（成分）元素。

在适宜的温度，锶矿物（以SrCO3为主）与含侵蚀性CO2的水相互作用，即形成含锶矿泉水。其化学反应式为：