广西高田泉饮用天然矿泉水形成条件及成因分析

汤雪平

(湖南省核工业地质局301大队，湖南 长沙 410000)

高田泉饮用天然矿泉水位于广西昭平县东南部的北陀镇高田屯，直距昭平县城约28 km。矿泉水pH值7.68～8.17，总硬度为156～182 mg/L，其锶(Sr)含量为3.81～5.52 mg/L，达到标准；偏硅酸(H2SiO3)含量为18.7～28.2 mg/L，平均值25.4 mg/L，已接近《饮用天然矿泉水》(GB8537—2008)界限指标要求。矿泉水限量指标、污染物及微生物指标检出量极微或无，完全符合标准的规定要求，是一种低钠、低矿化、弱碱性、富偏硅酸、锶型优质饮用天然矿泉水。

1 矿泉水水源地自然地理概况

矿泉位于亚热带季风气候区，气候温暖湿润，多年平均温度为20.59 ℃，多年平均降雨量为2 218.2 mm，降雨多集中在4～8月，区内主要河流为桂江支流富江支流九龙河，它自北向西南流经矿泉区东部，是区内地表水、浅层地下水的排泄场所。矿泉区为低山丘陵谷地区，处于桂江(西江)支流的分水岭地段；高田矿泉水即位于一侧为碎屑岩中低山地、一侧为碎屑岩夹碳酸盐岩低矮丘陵的北陀盆地中部高田河(属九龙河次级支流，它紧贴本矿泉往东流)床畔。

2 矿泉水形成的地质、水文地质条件

2.1 地质条件

(1)区域地质背景。区域位于南华准地台桂中—桂东台陷大瑶山凸起中，地质构造较复杂，基底构造为加里东期形成的，由寒武系砂岩、页岩互层或夹层组成，经过印支、燕山期的构造变动，形成现今一紧密线状褶皱。区域上有凭祥—大黎深断裂经过，矿泉位于该断裂东端的大黎断裂附近，断裂对区内岩浆活动有一定影响。

(2)地层岩性。矿泉及邻近地区出露寒武系与泥盆系下统莲花山组碎屑岩、泥盆系下统那高岭组不纯碳酸盐岩，地表覆盖第四系冲积粉土、粉质黏土、砂砾层及残坡积的粉质黏土、碎石土。区内未见岩浆岩出露。

(3)地质构造。主要褶皱为北陀富水向斜，主要断裂有北陀—里松逆断层、高田—河口正断层等。北陀向斜较为狭小，在地貌上表现为盆地，两翼为下泥盆统莲花山组和寒武系的砂岩，地貌表现为低山，地势高；核部为下泥盆统那高岭组砂质页岩夹泥质灰岩，其地貌多为低地及平坦低洼的大片农田。北陀—里松逆断层位于矿泉东侧，NE向、倾向SE，错断寒武系、泥盆系及燕山期姑婆山岩体，其两侧出露一系列正断层、走滑断层，是控制北陀盆地及该地矿泉水-地热的主要构造；高田—河口正断层位于北陀—里松逆断层的西南端，东端与前者相交，属次级走滑断层，全长约4.5 km，其东端出露甘甜泉矿泉水(地热水)，西端出露本矿泉，与前者一起，为控制北陀盆地及该地矿泉水-地热的主要构造之一。

2.2 水文地质条件

(1)区域地下水类型及补、径、排特征。区域内地下水类型主要分为不纯碳酸盐岩岩溶水、碎屑岩基岩裂隙水及第四系孔隙水三大类。其中碳酸盐岩岩溶水分布于区域中部北陀盆地内东侧，主要储存在下泥盆统那高岭组页岩、泥质粉砂岩夹泥灰岩的溶洞与溶蚀裂隙中，在切过盆地中部的断层破碎带处形成富水地带。受那高岭组上部碎屑岩透水性弱的影响，地下水在盆地中呈现承压性，富水性中等。而基岩裂隙水分布在盆地两侧的低山丘陵区，含水层主要是寒武系水口群和下泥盆统莲花山组的石英砂岩、粉砂岩、页岩。一般泉水流量1.9～3.8 L/s,枯季径流模数大于6 L/s，富水性中等。地下水化学类型均为HCO3-Ca·Mg型。

区域内地下水具有雨季集中补给、常年排泄的特点，受区域地形地貌、地表水系的控制，区域地表水及地下水主要由分水岭向中部径流、排泄；区域内地下水主要接受大气降水的补给，次为地表水体的入渗补给，地下水主要赋存和运移于第四系孔隙、碎屑岩裂隙和碳酸盐岩岩溶裂隙和管道中。主要由山脊向沟谷径流，常在断裂构造带、坡脚或沟谷底部以泉或渗流形式排出地表，汇集于河溪流入盆地东部的九龙河。由于地处低山丘陵区，地形坡度较大，沟谷较为发育，碎屑岩裂隙水具有径流途径短、就地补给、就地排泄的特征。地下水动态对降雨补给较敏感，以气象型为主。

(2)矿泉区水文地质条件。高田矿泉水源地的地下水类型为不纯碳酸盐岩溶洞裂隙水，主要受盆地两侧碎屑岩裂隙水的补给。大气降雨入渗是两侧低山丘陵和盆地地下水的补给来源，因此雨季流量有所增大，枯季则流量减少。根据泉流量和钻孔自流量，盆地地下水富水性中等。矿泉位于桂江支流富江支流的九龙河水文地质单元，由九龙河控制的流域补给面积约32.25 km2。单元内地表水、地下水主要顺地形以泉、分散的渗流向北陀盆地及九龙河支流径流、排泄。泉水主要在近EW向的高田—河口正断层带上出露。

通过对矿泉水气温、水温、流量等历时两个水文年余(自2015年8月～2018年2月)的动态监测表明，矿泉水水温28～28.5 ℃之间，年变幅仅0.5 ℃；泉水流量8.531～11.209 L/s，不稳定系数为1.3，属动态稳定型溶洞裂隙水。

3 矿泉水出露特征及成因分析

3.1 矿泉水出露特征

高田矿泉水出露于北陀盆地中部的断裂带上，原矿泉水点位于高田屯南约200 m的河漫滩上，地面标高90.9 m，水头高出地面约1.6 m,高出临近河水面0.2 m。泉水由6个出口的上升泉群组成。为取水方便并不受雨季河水淹没影响，矿权人将泉群掩埋后在临近施工一钻井，孔深30.2 m。钻孔浅部揭露泥质粉砂岩，为隔水层。孔深7.5 m后为泥质灰岩，局部夹泥质粉砂岩，在孔深26～27.3 m遇溶洞后，泉水从孔口喷出，水头高出地表1.6 m。初期流量达10.3 L/s，后流量稳定为8.531 L/s，水温28.5 ℃，锶含量为3.81～5.52 mg/L，偏硅酸含量为18.7～28.2 mg/L。矿泉水周边主要为果林，生态环境良好。高田河最高洪水位1.5 m，河床标高约90.7 m，孔口标高约92.8 m，与河床高差2.1 m左右，泉水动态不受河水影响。

3.2 矿泉水成因分析

(1)锶(Sr)的物源条件。区内那高岭组泥灰岩、灰岩中，锶的含量达(276～382)×10-4,高于元素克拉克值(360～370)×10-6的约90倍。从元素地球化学看，锶与钙为同族元素，锶的离子半径与钙相近。上述岩石中丰富的锶，为矿泉水的形成提供了丰富的物质来源。

(2)隔水层及承压盆地形成条件。隔水层主要分布于北陀向斜核部的那高岭组中部及顶部，为泥质灰岩中夹杂或顶部的数层较薄的页岩、泥质粉砂岩(一般层厚5～10 m)，其具有较好的隔水性能。其承压形成条件是该含水层地下水受到向斜东西两翼的侧向补给入渗，并向盆地中心深循环径流汇集-排泄时，深部受高田—河口断裂或破碎带裂隙沟通下，地下水获得一定的增温、增压，而地表受到那高岭组隔水盖层阻隔，使其具有一定的承压性，从而成为承压地下水。当受到地表水文网的切割或断层揭露时，地下水即出露地表形成上升泉群。高田矿泉水的形成与北陀盆地的自流承压性密不可分(见图1)。

图1 高田—黄花山矿泉区域水文地质略图

(3)地下水的补给与循环运动。北陀盆地地下水的补给主要来自周边碎屑岩区地下水的补给，同时它又是受北陀—里松逆断层、高田—河口正断层控制的一个小型向斜盆地。受断层影响，盆地内构造裂隙发育，有利于地下水的循环运动。当地下水在向斜两翼得到补给后向轴部、断层破碎带循环运移，含锶矿物在与CO2、水的相互作用中，使锶不断被淋出。而那高岭组中的碎屑岩组成了盆地地表的盖层与隔水层，使盆地内形成一个相对封闭的承压水文地质单元。当地下水在向深部运动中，不断受到来自断裂破碎带深部富含偏硅酸、高温地下水的作用，使地下水中的锶、偏硅酸等不断富集，形成富偏硅酸锶矿泉水。对比高田矿泉水与盆地东侧北陀—里松逆断层带上的黄花山矿泉水，前者锶较富集，后者则以偏硅酸为主，显示两个矿泉水在形成条件方面的差异。在高田矿泉水及邻近地段、高田—河口正断层带以外的泉水中，所含锶均低于高田矿泉水，通常小于1 mg/L；而偏硅酸与北陀—里松逆断层相关，靠近该断层偏硅酸含量升高，说明北陀—里松逆断层带热水含有较高的偏硅酸，其地层深部可能受合坪(河口)—高田次一级断裂的导热作用。

4 结语

(1)广西高田饮用天然矿泉水出露于北陀盆地低山丘陵区，产自于下泥盆统那高岭组泥质灰岩、灰岩夹白云岩地层中，属不纯碳酸盐岩溶洞裂隙水；其处于高田—河口

张扭性断裂上盘，是受北陀向斜东西两翼地下水补给、径流、排泄形成的承压上升泉群。

(2)高田矿泉水中锶是来源于北陀向斜两翼的泥岩、泥质灰岩，经水解溶滤围岩中的矿物质成分，经深循环补给；而热源及偏硅酸可能为北陀—里松大断裂的导热作用，区内良好的地质构造、承压富水盆地及地下水动力条件和丰富的矿物质源为形成高锶矿泉水创造了极为有利的条件。