安可士  王贵玲  刘庆宣

　　中国地质科学院水文地质环境地质研究所  河北石家庄  050061

　　摘  要  本文是国家科技攻关项目专题研究报告摘要。通过对典型天然矿泉水源的化学测试数据、所处的地球化学环境、地质背景的分析，研究了HzSiOJ和S厂的分布特征与含水介质岩性，以及其地球化学特征。认为不同含水介质岩性与富含HzSiO，和Sr矿泉水的形成密切相关；通过研究发现，水中S厂含量与pH值有密切关系，碱性水或弱碱性水更有利于微量元素Sr的富集。同时发现水中的H2SO，含量与水化学类别相关，HC03--Ca、片C03--Ca·Ara型水最有利于H2SiO3的富集。

　　而且在碱性、酸性水中也有利于H，S刀，的富集。

　　关键词  矿泉水·偏硅酸锶

　　一、中国典型矿泉点微量组分吨Si03的分布特征及其地球化学环境

　　我国典型泉点普遍含有微量组分HcSi03，但多数其含量在20mg／1以下。本文仅讨论HcSi03含量大于25mg／1的典型矿泉点。在所调查的典型水点中此类泉(>25mg／1)共325处，约占总数的36．5％，其中H2Si03>50mg／l的泉点有122处，H2S：Q25rug／1～50mg／l的泉点203处。就全国来看，此类水较集中分布于东南沿海地区的广东、福建,广西、海南等省区以及辽东和山东半岛等地。上述地区富含H2SQ的泉点主要分布于花岗岩、玄武岩、砂岩等岩性地带，说明不同含水岩性与富含H：SiQ地下水的形成密切相关.

　　1．东南沿海地区是我国深大断裂典型代表地区，断裂带有大量中、新生代侵入岩和喷发岩，形成了东南沿海火山岩带和大量花岗岩体。各期次花岗岩中的SiQ丰度平均达71．28％(表2)，其中以燕山期花岗岩的SiQ含量最丰，平均为74％。在广东、福建、海南沿巨型花岗岩体均有富含H。Si03分的热泉和冷泉涌现。福建省各期次花岗岩类si02的平均值为61．67～73．9％，已发现H2SiP3>25mg／1的泉点达1000余处，沿海花岗岩中地下水H2Si03含量达52～84n~／1，全省已有50余处作为矿泉水开发利用。广西的火成岩主要分布于东部地区(湘桂铁路以东)，有多期岩浆岩侵人及火山岩喷发，全区100余处富含H。Si03泉水中的90％分布于这个地带。

　　中酸性侵入岩地区典型矿泉点H：Si03>25mg／1的共154处，约占此类水总数的47．3％，其平均含量为48．79mg／1，最高达200mg／1，大多在25～50mg／l，共147处(图2)。其水化学类型以HC03一Na型为主，矿化度一般都在1g／l以下，水温较高的矿泉水中F—和Rn含量较高。

　　2．我国新生代玄武岩大面积集中出露于黑龙江、吉林、内蒙、河北、山西、山东、江苏、安徽、云南和广东等地，其分布面积约有75000Kin2。其中以吉林分布面积为最大，达25889KIn2。内蒙的赤峰、集宁和锡蒙等三个玄武岩台地总面积达1944KIn2。调查表明，上述地区典型矿泉点均属富含H。SiQ的矿泉水。如吉林东部长白山玄武岩台地发现含H。SQ>25mS／1泉点30余处；江苏盱眙一六合玄武岩分布区，已发现十余处富含H2Si03的泉水，水中H2So3含量可达66．5～80．2m8／1。

　　我国玄武岩以碱性系列为主，以高碱富硅贫铝为特征，Sio2的总体含量为40～60％，平均为57．8％。早第三纪一晚第三纪一第四纪所含Si02平均值呈递减的规律(49．75％一46．67％一46。60％)。从空间上自东北一华北一华南的Si02含量则呈递增的特点，如湘东橄榄玄武岩Si02丰度为56．67％，安徽嘉山玄武岩Si02丰度为40～50％，昆明西山玄武岩si02丰度为49．01％。由于水解作用的结果产生胶体Si02和粘土矿物，二者进入溶液并相互作用。玄武岩地区的地下水中存在的碳酸、腐植酸、硫酸(硫酸盐氧化条件下)是长石分解形成游离SiQ和粘土矿物的主要因素。

　　目前已发现的出露于中、新生代喷出岩地层中的富含H2Sio3典型矿水点计44处，H：Si03含量平均为40．32mg／1，大多泉点介于25ms／1～65ms／1(表1、图1)。水化学类型主要为H003一Ca型，矿化度小于1g／1。

　　根据黑龙江省等9个地区玄武岩地下水氢氧同位素组成特征研究，氧一18的8值变化范围约在一5%～一15%，氘的8值变化范围约在一30％一一110%之间，各地玄武岩地下水的8D、8180值大部分落在国际雨水线上，这一情况说明玄武岩地下水与大气降水的氢氧同位素组成基本吻合或接近，证明我国玄武岩地区富含H2Sio3的泉水补给主要来自大气降水。

　　3．碎屑岩在我国分布广泛，是富含H2Si03泉水的重要地区之一。碎屑岩Sio3平均丰度为64．73％，最高可达80％以上。如四川的重庆地区，砂岩的石英含量为50％～90％，Si02平均含量达80％以上，目前在该地区已发现180余处富含H2S03泉点，其产出岩性均为砂岩，H：Si03形成的主要作用仍是铝硅酸盐的水解。山西含煤系碎屑岩以古生界石炭系、二迭系为主，其岩性主要为砂岩、页岩等，Sio3含量在75％以上，其中三迭系地层出露面积达17600Knrl2，已发现富含H2SiCh的泉点10余处，并含Sr元素。

　　目前已统计产自碎屑岩地层中含H。SiQ大于25ms／1的典型泉点共42处，其含量大多介于25--65mg／1，平均含量为46．10mg／1。其水化学类型为HCO,--Ca型或Hcch—Na型，矿化度小于18／1。

　　以上几种岩性分布地区是我国富含H。Si03典型泉点的主要地带，约占此类水总数的85％以上，变质岩等其它岩性分布地区仅占15％。此外，我国热矿水绝大部分含有高。SiQ，本次的典型泉点统计未包括热矿水。

　　二、中国典型矿泉点微量组分Sr的分布特征及其地球化学环境

　　本文仅讨论Sr含量大于o．2me／1的典型泉点。在所调查的典型泉点中此类泉共计566处，约占总数的62％，其中多数泉水Sr含量介于0．2mg／1～0．9mg／l，约占此类水点的77％(表3)。含Sr的典型泉点相对集中分布于山东、陕西、山西、河北和内蒙等省区。

　　根据赋存条件，富含Sr的典型矿泉点大致可划分为两种类型：其一是富含Sr的水点(Sr>0．2mg／l，H2Si03<25mg／1)；其二是既富含Sr又富含H2Si03的泉水(Sr>0．2rng／1，H2Si03~25rug／1)，即高Sr高H2Si03泉水。

　　1．据统计，Sr>0．2mg／1，H2Sio3~25mg／l的水点160处，占调查总数的17．96％。其中Sr含量介于0．2mg／1~0．9mg／1之间的水点123处，占该类水点的76．9％此类水点在全国各地均有分布，相对集中于山东、陕西、山西、内蒙等省区。

　　Sr含量大于0．2mg／l的地下水主要赋存在碳酸盐岩地层中。产于碳酸盐岩地层的高Sr低H2SiQ水点有89处，占此类水点总数的55．6％。其中Sr含量为0．2--0．9mg／l的水点60处，占总数的61．8％。赋存于碎屑岩地层中的有28处，占总数的17．5％。其中Sr含量0．2mg／l-~O．9mg／l的水点15处，占总数的53．6％。

　　Sr是地壳中非常活跃的元素之一，大多分布于造岩矿物中，Sr也能在热液矿床、硫酸盐和碳酸岩中充分富集，形成独立矿物。我国山东济南地区的灰岩、白云岩；陕北中生界白垩系、侏罗系碎屑岩；安徽震旦系、寒武系、二迭系灰岩，中生界碎屑岩；四川三迭系中统嘉陵江组灰岩；上海奥陶系灰岩、白云岩；云南剑川白垩系、侏罗系、三迭系碎屑岩等地层均富含Sr，Sr平均含量在514．9ppm～1000ppm之间，最高可达2350ppm。正是这些岩石中的Sr丰度，决定了地下水中Sr的含量。岩石中的Sr丰度与地下水中Sr的含量呈正相关关系。以湘东南为例，明显反应出，随围岩中Sr丰度的增加，地下水中Sr含量随之增加。

　　岩浆岩中Sr平均含量在5-~325ppm之间，只有极少数中酸性侵入岩中Sr丰度较高。如河南商城燕山晚期花岗闪长岩中Sr含量为896．7ppm。GossePile通过研究认为，岩石中Sr和Sr／Ca比值随着钙长石含量下降而上升。Ca2’从斜长石中替代S／+，从而使水中富集Sr2’。因此，在富钙的花岗岩地区，水中SrO+含量也相对较高。

　　2．Sr>O．2mg／1，H2SiOa>25mg／1的矿水点406处，占统计总数的45．6％，集中分布于山东、吉林、江苏、四川、安徽等地。其中锶(Sr)含量介于0．2mg／1-~o．9rog／1、H2Si03含量介于25mg／1～50mg／1间的水点259处，占总数的63．8％。在碎屑岩和新生代松散沉积物中赋存的这类水点173处，占总数的41．7％。

　　在这类水中，Sr及H：Si03形成的地球化学环境较复杂。Sr含量0．2mg／1～0．9mg／l、H2Si03含量25mg／1～50mg／l的水主要产于新生代松散沉积层中；而Sr>0．9mg／l、H：SiQ含量为25mg／1～50rog／1的水主要赋存于碳酸盐岩地层；Sr含量0．2rng／l～0．9mS／1、H2Si03>50mg／l的水则赋存于中酸性侵入岩地层，占总数的46．7％；Sr>0．9rng／1、H2Sio3~50mg／1的水产于碳酸盐岩地层，占总数的4L2％。

　　以上Sr和H2Si03的分布特征，主要是由Sr及Si02在不同地层中的丰度来决定的。

　　在碳酸盐岩地层中，Sr的丰度较高，但Si02丰度低，这样，H2Sio3 50mg／l的水很难形成于此类含水层中。在中酸性侵入岩中，SiQ平均丰度高达71．28％，而部分岩体中Sr的丰度也较高，如：河南商城燕山早期花岗闪长岩中Sr丰度为896．7ppm；陕西华阴中生代二长花岗岩中Sr丰度高达1240ppm。流经这些地层的水中H：Si03和Sr含量均较高。

　　新生代孔隙含水层中地下水除接受大气降水人渗补给外，尚接受山区基岩侧向径流和底部基岩顶托补给，属多种含水层中地下水的混合体。地下水中Sr和H2Si03含量均较低。我国华北、江汉、松辽、四川盆地即属于这种类型。只有那些深部还原环境下的古封存水和地热水中H。Si03含量较高。