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摘 要：湘乡市东山饮用天然矿泉水，赋存于一条走向北东倾向北西的区域性东台山断裂之中，周边的地层岩性为矿泉水提供了有益元素的来源，该断裂带南缎赋存的矿泉水属偏硅酸型矿泉水，水量丰富，水质较好，达到国家饮用天然矿泉水标准，是优质的天然矿泉水水源地。
关键词：偏硅酸矿泉水；赋存条件；形成机理
中图分类号：K928.4 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）33-0342-02
1 概 述
东山天然饮用矿泉水位于湘乡市东南，湘乡盆地的东南缘，行政区划属于湘乡市山枣镇和梅桥镇管辖。该矿泉水划定区域为区域性东台山大断裂两侧，矿权总面积28.4776km2。距离湘乡市区仅有3.5km，区域北面有铁路、高速公路、国道、省道通过交通十分便利。通过勘察，该矿泉水南段为偏硅酸型矿泉水。
2 赋存条件
2.1 地形地貌
区内地形地貌主要为剥蚀构造类型、构造剥蚀类型及侵蚀堆积类型。东台山山脉总体而言，地势南东高峻，北西低缓，最高点海拔+356.9m，最低标高为+42m，相对高差281m。剥蚀构造类型地貌主要广泛分布于该区，为由断层硅化破碎带及板溪群浅变质岩构成的高丘陵地貌及花岗岩构成的低丘陵地貌。为矿泉水的补径排提供了有利条件，如图1。
2.2 地层岩性
区域内岀露地层有板溪群、白垩-第三系、第四系，板溪群地层为储水构造的底板，为良好的隔水层。本区的岩性主要是硅质岩，化学成份为二氧化硅（SiO2）、三氧化二铝（Al2O3）、三氧化二铁（Fe2O3）等，为矿泉水提供了较好的物质来源。
2.3 水文地质
本矿泉水出露所在的含水层为断层硅化破碎带，为脆性岩石，裂隙十分发育，断层上下盘均为透水性弱的岩层，故矿泉水具有承压性，水量丰富，为矿泉水提供了较好的运移通道（见图2）。
2.4 构造形迹
东台山断裂带是一条规模较大的多期活动性断裂，较近活动期明显的表明延续至第三世，它同时是一条断陷盆地边缘的大断裂，其为区域性含水断裂带，断裂破碎带厚度较大，其中裂隙孔洞发育，含水和导水性良好。同时，此断裂还在多处与北西向的张性断裂交汇（见图3）。断裂带为矿泉水形成提供了物质和运移条件及水化学条件。
2.5 地球化学
根据钻孔岩性取样结果反映，断裂带中硅质岩SiO2含量最高，平均达到97.46%（见表1），成为本矿泉水特征元素偏硅酸含量的主要基础来源。
3 矿泉水形成机理
3.1 水岩作用
（1）岩石矿物成份
本区内岩石中SiO2含量高，含CO2的水与这类矿物发生作用后，使这些矿物处于溶解一沉淀的平衡状态，产生难溶解的次生矿物，当CO2对岩石进一步溶解和离子交换的结果，水中出现HCO3·SO4-Ca、Mg及H4SiO4，因而形成HCO3·SO4-Ca型或HCO3-Ca+Mg或HCO3-Ca型水。H4SiO4不斷溶解，可形成H2SiO3（偏硅酸），在其含量达到矿泉水界限量指标时，即成为偏硅酸矿泉水。
（2）水岩作用时间和强度对矿泉水组份含量和稳定性有着较明显的影响；矿化度高的矿泉水，说明水岩作用时间长。
（3）CO2对矿泉水的影响：CO2在水岩作用时间长，溶于水中的矿物质就愈多。本区地下水CO2一般都在10mg/L以上，故H4SiO4的含量一般都在30mg/L。
（4）岩石风化程度的影响：风化强度低的断裂破碎带，在同样水岩条件作用下，H4SiO4被吸附数量少，因而水中偏硅酸含量相对高。因此本矿泉水主要与断裂带有关，偏硅酸含量较高。
3.2 偏硅酸矿泉水的形成重要因素是温度和压力。根据本矿泉水物理化学特征，用下式计算其迁移系数：
K=M×100/（α·h）
式中：
K——水迁移系数（无因次）；
M——元素在水中的含量（mg/L）；
h——元素在若石中的含量（%）；
α——水的矿化度（mg/L）。
将本矿泉水中Si02在水中的含量（按平均H2Si03）含量为34.54mg/L进行计算），以及在岩石中的含量（97%）和矿化度（80mg/1），代入上述公式，计算结果：Si02在矿泉水中的迁移系数为44.51，属强迁移强度。据此认为，本矿泉水的水交替比较强的。
根据该钻孔含水段岩石镜下鉴定和分析结果，建立该矿泉水形成的水文地球化学模型如下：
①根据岩石鉴定和分析数据证明，岩石以等，因此本模型为硅质岩的水解，对硅灰石反应式为：
CaSiO3+2H2O+CO2→CaCO3+H2SiO3+H2O
水解结果，Si02或H2Si03呈离子状态存在于水中。由于硅灰石较易水解，故该反应对形成本矿泉水中的可溶性Si02或H2Si03的含量有重要作用。
②当地下水运流速度较畅，水交替较强，钠长石被分解交换，可以形成三水铝矿（即岩芯裂脉面上的白色薄膜）及游离二氧化硅等，反应式为：
2NaAlSi3O8+2CO2+4H20→6Si02+Al2O3·3H2O+2NaHCO3
③钾长石水解结果，硅质从钾长石中分解迁移出来，硅酸向外扩散迁移，呈离子状态存在地下水中，反应式为：
2KAlSi3O8+2CO2+4H20→6Si02+Al2O3·3H2O+2K+2H2CO3
4 结 论
综上所述，湘乡东山饮用天然矿泉水是在特殊的地质环境条件下形成的，是多种地质因素综合作用的结果。有利的地形条件、地质构造和地层岩性为矿泉水提供了运移、存储和物质来源。其富集主要规律为北东向断裂与北西向断裂交汇部位相对富集和地势低平的冲沟附近相对富集。破碎带联通花岗岩区，偏硅酸越高。
收稿日期：2018-11-9
作者简介：黄栋良（1979-），男，高级工程师，硕士研究生，主要从事水文地质工程地质环境地质方面的工作。
关键词：偏硅酸矿泉水；赋存条件；形成机理
中图分类号：K928.4 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）33-0342-02
1 概 述
东山天然饮用矿泉水位于湘乡市东南，湘乡盆地的东南缘，行政区划属于湘乡市山枣镇和梅桥镇管辖。该矿泉水划定区域为区域性东台山大断裂两侧，矿权总面积28.4776km2。距离湘乡市区仅有3.5km，区域北面有铁路、高速公路、国道、省道通过交通十分便利。通过勘察，该矿泉水南段为偏硅酸型矿泉水。
2 赋存条件
2.1 地形地貌
区内地形地貌主要为剥蚀构造类型、构造剥蚀类型及侵蚀堆积类型。东台山山脉总体而言，地势南东高峻，北西低缓，最高点海拔+356.9m，最低标高为+42m，相对高差281m。剥蚀构造类型地貌主要广泛分布于该区，为由断层硅化破碎带及板溪群浅变质岩构成的高丘陵地貌及花岗岩构成的低丘陵地貌。为矿泉水的补径排提供了有利条件，如图1。
2.2 地层岩性
区域内岀露地层有板溪群、白垩-第三系、第四系，板溪群地层为储水构造的底板，为良好的隔水层。本区的岩性主要是硅质岩，化学成份为二氧化硅（SiO2）、三氧化二铝（Al2O3）、三氧化二铁（Fe2O3）等，为矿泉水提供了较好的物质来源。
2.3 水文地质
本矿泉水出露所在的含水层为断层硅化破碎带，为脆性岩石，裂隙十分发育，断层上下盘均为透水性弱的岩层，故矿泉水具有承压性，水量丰富，为矿泉水提供了较好的运移通道（见图2）。
2.4 构造形迹
东台山断裂带是一条规模较大的多期活动性断裂，较近活动期明显的表明延续至第三世，它同时是一条断陷盆地边缘的大断裂，其为区域性含水断裂带，断裂破碎带厚度较大，其中裂隙孔洞发育，含水和导水性良好。同时，此断裂还在多处与北西向的张性断裂交汇（见图3）。断裂带为矿泉水形成提供了物质和运移条件及水化学条件。
2.5 地球化学
根据钻孔岩性取样结果反映，断裂带中硅质岩SiO2含量最高，平均达到97.46%（见表1），成为本矿泉水特征元素偏硅酸含量的主要基础来源。
3 矿泉水形成机理
3.1 水岩作用
（1）岩石矿物成份
本区内岩石中SiO2含量高，含CO2的水与这类矿物发生作用后，使这些矿物处于溶解一沉淀的平衡状态，产生难溶解的次生矿物，当CO2对岩石进一步溶解和离子交换的结果，水中出现HCO3·SO4-Ca、Mg及H4SiO4，因而形成HCO3·SO4-Ca型或HCO3-Ca+Mg或HCO3-Ca型水。H4SiO4不斷溶解，可形成H2SiO3（偏硅酸），在其含量达到矿泉水界限量指标时，即成为偏硅酸矿泉水。
（2）水岩作用时间和强度对矿泉水组份含量和稳定性有着较明显的影响；矿化度高的矿泉水，说明水岩作用时间长。
（3）CO2对矿泉水的影响：CO2在水岩作用时间长，溶于水中的矿物质就愈多。本区地下水CO2一般都在10mg/L以上，故H4SiO4的含量一般都在30mg/L。
（4）岩石风化程度的影响：风化强度低的断裂破碎带，在同样水岩条件作用下，H4SiO4被吸附数量少，因而水中偏硅酸含量相对高。因此本矿泉水主要与断裂带有关，偏硅酸含量较高。
3.2 偏硅酸矿泉水的形成重要因素是温度和压力。根据本矿泉水物理化学特征，用下式计算其迁移系数：
K=M×100/（α·h）
式中：
K——水迁移系数（无因次）；
M——元素在水中的含量（mg/L）；
h——元素在若石中的含量（%）；
α——水的矿化度（mg/L）。
将本矿泉水中Si02在水中的含量（按平均H2Si03）含量为34.54mg/L进行计算），以及在岩石中的含量（97%）和矿化度（80mg/1），代入上述公式，计算结果：Si02在矿泉水中的迁移系数为44.51，属强迁移强度。据此认为，本矿泉水的水交替比较强的。
根据该钻孔含水段岩石镜下鉴定和分析结果，建立该矿泉水形成的水文地球化学模型如下：
①根据岩石鉴定和分析数据证明，岩石以等，因此本模型为硅质岩的水解，对硅灰石反应式为：
CaSiO3+2H2O+CO2→CaCO3+H2SiO3+H2O
水解结果，Si02或H2Si03呈离子状态存在于水中。由于硅灰石较易水解，故该反应对形成本矿泉水中的可溶性Si02或H2Si03的含量有重要作用。
②当地下水运流速度较畅，水交替较强，钠长石被分解交换，可以形成三水铝矿（即岩芯裂脉面上的白色薄膜）及游离二氧化硅等，反应式为：
2NaAlSi3O8+2CO2+4H20→6Si02+Al2O3·3H2O+2NaHCO3
③钾长石水解结果，硅质从钾长石中分解迁移出来，硅酸向外扩散迁移，呈离子状态存在地下水中，反应式为：
2KAlSi3O8+2CO2+4H20→6Si02+Al2O3·3H2O+2K+2H2CO3
4 结 论
综上所述，湘乡东山饮用天然矿泉水是在特殊的地质环境条件下形成的，是多种地质因素综合作用的结果。有利的地形条件、地质构造和地层岩性为矿泉水提供了运移、存储和物质来源。其富集主要规律为北东向断裂与北西向断裂交汇部位相对富集和地势低平的冲沟附近相对富集。破碎带联通花岗岩区，偏硅酸越高。
收稿日期：2018-11-9
作者简介：黄栋良（1979-），男，高级工程师，硕士研究生，主要从事水文地质工程地质环境地质方面的工作。