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青岛崂山周边地下水化学特征与矿泉水成因分析

王蜜蕾 窦衍光 邹亮 薛碧颖 胡睿 岳保静 徐刚 林曦 李林森

王蜜蕾,窦衍光,邹亮,等. 青岛崂山周边地下水化学特征与矿泉水成因分析[J]. 海洋地质前沿,2021,37(9):17-24 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.126
引用本文: 王蜜蕾,窦衍光,邹亮,等. 青岛崂山周边地下水化学特征与矿泉水成因分析[J]. 海洋地质前沿,2021,37(9):17-24 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.126
WANG Milei, DOU Yanguang, ZOU Liang, XUE Biying, HU Rui, YUE Baojing, XU Gang, LIN Xi, LI Linsen. HYDROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF GROUNDWATER AND GENESIS OF MINERAL WATER AT LAOSHAN MOUNTAIN AND SURROUNDING AREAS, QINGDAO[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(9): 17-24. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.126
Citation: WANG Milei, DOU Yanguang, ZOU Liang, XUE Biying, HU Rui, YUE Baojing, XU Gang, LIN Xi, LI Linsen. HYDROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF GROUNDWATER AND GENESIS OF MINERAL WATER AT LAOSHAN MOUNTAIN AND SURROUNDING AREAS, QINGDAO[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(9): 17-24. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.126

青岛崂山周边地下水化学特征与矿泉水成因分析

doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.126
基金项目: 中国地质调查局“城市地质调查工程”二级项目“青岛多要素城市地质调查”(DD20189230)
详细信息
    作者简介:

    王蜜蕾(1992—),女,博士,助理研究员,主要从事水文地质方面的研究工作. Email:wangmilei_415@163.com

    通讯作者:

    窦衍光(1979—),男,博士,研究员,主要从事海洋地质与海岸带地质方面的研究工作. Email:douyanguang@gmail.com

  • 中图分类号: P641.3

HYDROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF GROUNDWATER AND GENESIS OF MINERAL WATER AT LAOSHAN MOUNTAIN AND SURROUNDING AREAS, QINGDAO

  • 摘要: 青岛崂山周边地区构造断裂及花岗岩风化壳发育,具有开发矿泉水的潜力。在崂山周边实施14口水文井,分析区域水文地质特征,发现主要水文地质问题集中在河流中下游人类活动较频繁的地区,工农业污染导致地下水硝酸根等超标,近海区域存在海(咸)水入侵现象。在蓝色硅谷区发现一处矿泉水后备选区,该点位于花岗岩风化壳内,水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Na,微量元素锶含量为0.66 mg/L,偏硅酸含量为25.49 mg/L,均高于饮用天然矿泉水最低标准。矿泉水的形成主要与崂山地区地质环境特征及岩石矿物组成等因素密切相关,花岗岩中的二氧化硅和锶在长期水岩作用下融入水中,最终形成偏硅酸-锶复合型矿泉水。
  • 图  1  SW01-SW14井分布及矿泉水开发现状

    Figure  1.  The map showing the locations of wells SW01-SW14 and mineral water factories

    图  2  主城区及蓝色硅谷水文地质问题分布

    Figure  2.  Distribution of hydrogeological problems in the main urban area of Qingdao and Lanseguigu District

    图  3  地下水Piper三线图

    Figure  3.  Piper diagrams of groundwater samples

    图  4  SW01-SW14水样各类指标与饮用天然矿泉水指标(GB 8537—2018)[2]对比

    Figure  4.  Comparison of chemical elements content of samples SW01-SW14 and drinking natural mineral water standard (GB 8537—2018)[2]

    图  5  SW12水样各类指标与饮用天然矿泉水指标(GB 8537—2018)[2]对比

    Figure  5.  Comparison of chemical elements content of sample SW12 and drinking natural mineral water standard (GB 8537—2018)[2]

    表  1  SW01-SW14水质分析测试结果

    Table  1.   Water quality test results of samples SW01-SW14

    /(mg/L)
    测试项目水样编号
    SW01SW02SW03SW04SW05SW06SW07SW08SW09SW10SW11SW12SW13SW14
    K+0.561.242.012.002.9595.520.812.656.741.232.370.840.7416.97
    Na+128.8673.58138.69111.9951.112120.7969.45279.49374.8457.73181.8135.33145.62141.40
    Ca2+71.08156.8198.67116.8081.72137.89146.5388.99362.8292.3215.1742.96138.42145.16
    Mg2+27.2543.7036.8328.6431.54222.8523.0118.2484.1015.545.3010.9721.1961.38
    Cl159.22179.68209.00195.9279.183926.83189.53182.441096.12113.65161.3326.95174.35301.36
    SO42−144.92188.52182.76214.12108.44514.12127.09212.94236.94103.0381.6147.47160.00299.56
    HCO3194.30291.45246.11194.30194.30342.60207.25226.68181.35194.30129.53136.01323.83304.40
    Sr0.51.570.700.761.222.570.910.917.960.510.300.661.111.04
    H2SiO326.9738.0130.4641.3242.2410.0328.268.3832.6736.7219.0525.4927.1628.81
    pH7.257.707.757.607.507.557.907.057.057.708.358.007.507.30
    NO2<0.0010.0010.0900.0260.0260.0030.0480.3300.1500.0200.110<0.0010.0220.130
    NO384.18165.6092.8472.2999.250.72111.33390.5072.1915.7570.6037.29152.6213.08
    Zn<0.05<0.050.070.090.08<0.050.0610.476.4813.621.480.070.130.07
    Se<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0
    Mn<0.05<0.051.510.150.220.86<0.050.090.080.19<0.050.110.100.09
    CODMn0.410.921.470.862.055.150.901.323.260.681.490.260.953.20
    Pb<1.0<1.03.454<1.0<1.06.253<1.04.0208.5218.253<1.0<1.0<1.0<1.0
    Cr<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.10.287<0.10.267<0.1<0.1<0.1<0.1
    As<1.0<1.0<1.0<1.0<1.015.31<1.0<1.0<1.0<1.01.29<1.0<1.0<1.0
    矿化度810.371100.581007.09936.05648.497361.32875.011401.942415.11593.56660.83337.821117.631283.33
    挥发酚<0.001<0.0010.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.0010.001<0.0010.001<0.001<0.001
    氰化物<0.0010.0080.0080.0080.0030.0100.0090.0160.0130.0030.0010.003<0.0010.012
    游离二氧化碳4.0011.9911.997.9911.994.204.0013.9911.997.990.004.004.004.00
    注:指标选取参照《食品安全国家标准-饮用天然矿泉水GB 8537—2018》[2]
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    表  2  崂山花岗岩地区矿泉水化学成分及部分元素水迁移系数[6]

    Table  2.   Chemical composition of mineral water and water-migration coefficient of elements in the Laoshan Mountan granite area[6]

    矿泉水元素/(mg/L)pH
    K+Na+Ca2+Mg2+ClSO42−HCO3SrH2SiO3
    构造裂隙水0.6521.1735.647.4943.1614.7992.30.2543.137.46
    浅层风化裂隙水0.5126.2431.127.5327.6940.15106.330.2033.637.63
    水迁移系数0.1042.2722.8810.7110.020.150
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-28
  • 网络出版日期:  2021-07-27
  • 刊出日期:  2021-09-28

青岛崂山周边地下水化学特征与矿泉水成因分析

doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.126
    基金项目:  中国地质调查局“城市地质调查工程”二级项目“青岛多要素城市地质调查”(DD20189230)
    作者简介:

    王蜜蕾(1992—),女,博士,助理研究员,主要从事水文地质方面的研究工作. Email:wangmilei_415@163.com

    通讯作者: 窦衍光(1979—),男,博士,研究员,主要从事海洋地质与海岸带地质方面的研究工作. Email:douyanguang@gmail.com
  • 中图分类号: P641.3

摘要: 青岛崂山周边地区构造断裂及花岗岩风化壳发育,具有开发矿泉水的潜力。在崂山周边实施14口水文井,分析区域水文地质特征,发现主要水文地质问题集中在河流中下游人类活动较频繁的地区,工农业污染导致地下水硝酸根等超标,近海区域存在海(咸)水入侵现象。在蓝色硅谷区发现一处矿泉水后备选区,该点位于花岗岩风化壳内,水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Na,微量元素锶含量为0.66 mg/L,偏硅酸含量为25.49 mg/L,均高于饮用天然矿泉水最低标准。矿泉水的形成主要与崂山地区地质环境特征及岩石矿物组成等因素密切相关,花岗岩中的二氧化硅和锶在长期水岩作用下融入水中,最终形成偏硅酸-锶复合型矿泉水。

English Abstract

王蜜蕾,窦衍光,邹亮,等. 青岛崂山周边地下水化学特征与矿泉水成因分析[J]. 海洋地质前沿,2021,37(9):17-24 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.126
引用本文: 王蜜蕾,窦衍光,邹亮,等. 青岛崂山周边地下水化学特征与矿泉水成因分析[J]. 海洋地质前沿,2021,37(9):17-24 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.126
WANG Milei, DOU Yanguang, ZOU Liang, XUE Biying, HU Rui, YUE Baojing, XU Gang, LIN Xi, LI Linsen. HYDROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF GROUNDWATER AND GENESIS OF MINERAL WATER AT LAOSHAN MOUNTAIN AND SURROUNDING AREAS, QINGDAO[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(9): 17-24. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.126
Citation: WANG Milei, DOU Yanguang, ZOU Liang, XUE Biying, HU Rui, YUE Baojing, XU Gang, LIN Xi, LI Linsen. HYDROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF GROUNDWATER AND GENESIS OF MINERAL WATER AT LAOSHAN MOUNTAIN AND SURROUNDING AREAS, QINGDAO[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(9): 17-24. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.126
    • 青岛市在水文地质分区上属鲁东低山丘陵水文地质大区,青岛地区的地下水根据水文地质特征的不同,可划分为松散岩类孔隙水以及基岩裂隙水。松散岩类孔隙水为区内重要的含水岩组,主要分布于大沽河、白沙河-墨水河等大小河流中下游河谷平原和大泽山西南侧山前平原,根据赋存条件、水力特征等还可以细分为丘陵、坡麓残坡积、坡洪积层孔隙潜水、山间河谷冲积层孔隙潜水、山前冲积冲洪积层孔隙潜水、微承压水以及海积或海积-冲积层孔隙潜水。基岩裂隙水主要包括碎屑岩类孔隙裂隙水、喷出岩类孔洞裂隙水、碳酸盐岩溶裂隙水及块状、层状岩类裂隙水、块状岩类裂隙水等几个含水岩组,主要分布在即墨、胶州、崂山以及莱西等地区。基岩裂隙水分布极不均匀,在垂向及平面上具有一定的差异性[1],但水质良好,水化学类型一般为重碳酸氯化物钙钠型,溶解性总固体<1 g/L,常含有益于人体的微量元素(如锶、偏硅酸、锌等),具有形成饮用天然矿泉水的潜力。

      饮用天然矿泉水是从地下深处自然涌出的或经钻井采集的,含有一定量的矿物质、微量元素或其他成分,在一定区域未受污染并采取预防措施避免污染的水[2]。我国饮用天然矿泉水中90%为碳酸、硅酸、锶矿泉水[3-5]。我国矿泉水产业于1985年以后初步形成规模,1991年,天然矿泉水销量约40万t,1995年,产销量约130万t,2000年,产销量约160万t,增速迅猛。

      由于独特的地质地理条件,青岛矿泉水远在20世纪初就享有盛誉。1989年,在青岛胶州市张应镇发现了神泉天然矿泉水,这一发现拓宽了天然矿泉水的找寻靶区,具有重要的地质意义[6]。90年代中后期,经省级以上鉴定,青岛市符合饮用天然矿泉水标准的水源地有73处,已被开发利用的54处[7],其中崂山周边地区矿泉水点共有10余个,主要分布在温泉镇、三里河、寺后、沙子口、八大关等地[8]。目前,青岛市有采矿权矿泉水厂24家,分布在青岛崂山区、城阳区和胶南区(图1)。其中崂山区有14家,目前只有2家采矿权没有到期;城阳区有9家矿泉水生产厂,8家采矿权已到期;胶南有1家矿泉水厂,采矿权已到期。青岛市矿泉水厂几乎都在自然保护区,2017年以来,由于中央环保督查的原因,基本已全部关停,全市亟需寻找自然保护区之外矿泉水水源地。青岛地区的矿泉水一般都分布在燕山期花岗岩、中生代火山岩及火山碎屑岩区,从地貌位置来看,大部分分布在崂山、大珠山—小珠山、大泽山山脉周边的坡脚地带,或山前冲积小平原及冲洪积扇地貌区,受断裂破碎带控制。崂山区天然矿泉水和优质地下水分布范围广[9],一般分布在崂山的山麓地带,赋存于花岗岩的风化壳中,多为含锶、偏硅酸饮用天然矿泉水。

      图  1  SW01-SW14井分布及矿泉水开发现状

      Figure 1.  The map showing the locations of wells SW01-SW14 and mineral water factories

      青岛多要素城市地质调查项目组在崂山周边区域共实施水文地质钻孔14口(图1),总进尺810 m,其中青岛市中心城区共施工9个,包括第四系浅孔6个,基岩孔3个;蓝色硅谷核心区共施工5个,包括第四系浅孔2个,基岩孔3个。进行水质分析测试共100件,其中中心城区64件,蓝色硅谷区36件。本研究在分析崂山周边区域水文地质特征及问题的基础上,对崂山山麓地区矿泉水的潜力进行评价,为新的矿泉水产地选址提供依据。

    • 青岛市地处山东半岛南部,位于119°30′—121°00′E,35°35′—37°09′N,东南濒临黄海,北与烟台市、西与潍坊市、西南与日照市接壤。地形总体南北两翼隆起,东高西低,中部凹陷。青岛市域内主要有3个较大的山系:位于市区东南的崂山山脉,主峰海拔1 132.7 m,山势陡峻,向西南绵延至青岛市区,北至即墨市东北部,为山东省第3高峰;西北部的大泽山山脉,主峰海拔736.7 m;西南部的大珠山、小珠山、铁镢山等组成的胶南山群,主峰海拔724.9 m。山系之间为胶莱盆地,地势低平,海拔一般<50 m,第四系松散堆积物主要存在于各大小河谷之中。

      青岛市出露的地层除第四系以外,主要为中生界白垩系和古元古界荆山群、粉子山群,新生代古近系五图群为隐伏地层。研究区主要发育第四系全新统和白垩系青山群、莱阳群,市南区东部、李沧区东南部以及蓝色硅谷南部地区有白垩纪崂山超单元侵入岩侵入。青岛市地区位于郯庐断裂带的沂沐断裂段以东,由3个构造单元组成,从北向南依次为:胶北隆起、胶莱坳陷、胶南隆起。隆地断裂较为发育,以NEE向为主,其次为郯庐断裂系的NNE向断裂,NW、NNW向断裂多为压扭性断裂[10]。胶莱盆地东部燕山运动所产生的NE向断裂构造活动十分强烈,其中沧口断裂对青岛市地貌进行了明显分割:即西北为平原,东南为山区[11-12]。到了喜山期,局部地区由于变格运动的影响,在盆地内形成2组NW向开放性断裂,均为基岩裂隙含水区。总体来说,青岛地区的NE向断裂自晚更新—全新世以来处于相对稳定的阶段,而NW向断裂具有区域活动性[13]

      崂山地形上属于胶东低山丘陵区,崂山花岗岩是广泛分布的中国东部早白垩世板内花岗岩侵入体之一[14],崂山花岗岩是由钙碱性岩套和碱性岩套构成的I-A型复核花岗岩体,且岩体中裂隙十分发育,主要走向为NEE向,次为NWW向[15, 16]。NE走向的断裂构造多为压扭性质,NW向多为张扭性质,崂山山区内风化壳不发育,NW向构造断裂为主要导水构造[17, 18]。崂山山麓地区花岗岩风化壳发育,风化裂隙水为矿泉水主要赋存形式。此外,崂山花岗岩中的SiO2的含量显著高于中国花岗岩平均值[16],因此,崂山具有形成矿泉水的独特地质条件。

    • 本研究在崂山周边区域布设了14口水文井(图1),分别为SW01—SW14,研究区在行政区划上可分为崂山西部及西南部的主城区(包括市南区、市北区、李沧区、城阳区、崂山区)和崂山东北部的蓝色硅谷区2个区域。在综合分析以往资料的基础上,结合水文地质钻探及抽水试验成果,进行区域水文地质特征及问题研究。

      研究区含水岩组主要有松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水及基岩裂隙水。其中以松散岩类孔隙水含水岩组为主,供水能力较强,主要分布于白沙河—墨水河、张村河—李村河等大小河流中下游河谷平原,含水岩组主要由第四系冲积、冲洪积层不同粒径的砂及砂砾石组成,厚度一般5~15 m,透水性强,水量丰富,单井出水量可达1 000 m3/d以上。水位埋深一般2~4 m,水力性质基本属于孔隙潜水,局部地段在高水位时具弱承压性。位于崂山西部大沽河、城阳河等下游的SW01、SW02、SW07、SW08、SW14、以及位于蓝色硅谷大任河下游的SW05、SW06属于松散岩类孔隙水区。其余各孔均属于基岩裂隙水,其中位于主城区的SW03、SW04和SW13属于层状岩类裂隙水区,位于蓝色硅谷的SW09、SW11和SW12属于块状岩类裂隙水区,二者含水岩组均为花岗岩、花岗闪长岩、片麻岩、变粒岩、片岩等,风化带深度一般不超过30 m,一般富水性弱,但局部构造裂隙密集带比较富水。

    • 区内地下水主要为第四系孔隙水,沿各河域分布,埋深小,补给快,但承受污染能力脆弱,且多为人类聚集活动区,工业及城市生活污水排于河道、农业面污染通过降水携污水汇入河道及渗入地下,使地下水水质变差,主要超标离子是硝酸根、溶解性总固体(TDS)等。近海地带海(咸)水入侵,使水质进一步恶化。地下水质量综合评价按单指标评价结果最差的类别确定水质综合类别。

      Ⅲ类水:零星分布在调查区东北部丘陵地带,即崂山区、城阳区惜福镇、即墨区鳌山卫镇,温泉镇等区域,地下水类型以基岩裂隙水为主。

      Ⅳ类水:在调查区大量分布,主要分布在人类活动频繁的城区、白沙河—墨水河水源地的中游地段、张村河—李村河流域。主要超标离子硝酸盐、亚硝酸盐、溶解性总固体等。

      Ⅴ类水:主要分布在白沙河—墨水河、张村河—李村河、大任河等河流的下游—入海口处。主要超标离子硝酸盐、溶解性总固体、氯、硫酸盐等。

    • 根据水文地质调查及水质分析结果,结合以往资料分析,研究区存在的主要水文地质问题为海(咸)水入侵和水质污染(图2)。

      海(咸)水入侵:海(咸)水入侵在主城区和蓝色硅谷沿海一带均有分布。主城区主要分布于胶州湾东岸,主城区的西北部,沿盐滩—板桥坊西—赵村—李家女姑—寺西北一线展布,分布面积约29.73 km2;蓝色硅谷主要分布于鳌山湾一带,南部沿马山后—深沟南—南泊子—小滩—盘龙庄一线展布,东部沿杨家岭—星石庄—水泊一线展布,北部沿大海南—盐店北—前海东一线展布,分布总面积约13.72 km2

      水质污染:根据水质分析结果进行评价,研究区存在地下水污染情况,呈点状及条带状分布,主要分布于主城区沿海平原第四系松散岩孔隙区的南部,呈点状分布,主要污染指标为镉、锰以及硝酸根,主要污染原因是生活污水及企业污水的排放;主城区白沙河—墨水河河谷平原第四系孔隙水区呈点状展布,主要超标项为全硬度、TDS、硝酸根,局部出现挥发酚污染,主要污染原因生活污水、工业污水以及农业污染;蓝色硅谷南部主要超标项为硝酸根、TDS,北部主要超标项为全硬度、硝酸根以及TDS,局部出现铁、锌超标,主要污染原因是生活污水、工业污水的排放。

      图  2  主城区及蓝色硅谷水文地质问题分布

      Figure 2.  Distribution of hydrogeological problems in the main urban area of Qingdao and Lanseguigu District

    • 地下水中的常量元素有7种[19-20],包括3种阴离子:Cl${\rm{SO}}_4^{ 2-} $${\rm{HCO}}_3^ - $,以及4种阳离子:Na+、K+、Ca2+、Mg2+。常量元素是天然地下水中的主要离子类型,可以确定地下水的水化学类型。本研究中14组水样的Piper三线图如图3所示,根据其水化学类型可分为4组:

      (1)SW05、SW12、SW13,水化学类型分别为HCO3·SO4·Cl-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·Na、HCO3·Cl·SO4-Ca·Na;

      (2)SW01、SW03、SW04、SW08,水化学类型分别为Cl·HCO3 ·SO4-Na·Ca、Cl·HCO3·SO4-Na·Ca、Cl·SO4-Na·Ca、Cl·SO4·HCO3-Na·Ca;

      (3)SW02、SW07、SW10、SW14,水化学类型分别为Cl·HCO3·SO4-Ca·Mg、Cl·HCO3-Ca、Cl·HCO3·SO4-Ca·Na、Cl·SO4·HCO3-Ca·Na·Mg;

      (4)SW06、SW09、SW11,水化学类型分别为Cl-Na、Cl-Ca·Na、Cl·HCO3-Na。

      图  3  地下水Piper三线图

      Figure 3.  Piper diagrams of groundwater samples

      从水化学组分来看,SW05、SW12、SW13井水质相对较好,3口井均位于基岩裂隙水区,此类地下水产出地一般接近于地下水补给区,水化学组分交替频繁,矿化度较低;SW06、SW09、SW11虽也位于基岩裂隙水区,但Cl含量较高,主要是受海(咸)水入侵影响,水质较差。

    • 14组水样的测试结果如表1所示,指标选取参照《食品安全国家标准—饮用天然矿泉水GB 8537—2018》[2],与矿泉水标准指标对比如图4所示。其中前6项锶、锌、偏硅酸、硒、溶解性总固体及游离二氧化碳为界限指标,其中一项大于标准最低值即可。从图中可以看出,水样的锌、锶、硒、偏硅酸这几项基本均高于天然矿泉水最低值,但游离二氧化碳值远远低于最低值250 mg/L,其值均在0~12 mg/L。界限指标以外的项目中,样品的pH值(6.5~8.5之间)、硒、铜、总铬、锰、溴酸盐、氟化物、耗氧量、挥发酚、氰化物、铅、镉、汞等均符合标准,部分样品重金属超标;由于受人类活动和农业生产生活影响,大部分样品硝酸根均严重超标。在14组样品中,SW12水样所有指标均满足饮用天然矿泉水标准(图5),锶含量0.66 mg/L,偏硅酸含量25.49 mg/L,二者含量均高于标准指标最低值(锶0.20 mg/L;偏硅酸25.00 mg/L),可作为饮用天然矿泉水。

      表 1  SW01-SW14水质分析测试结果

      Table 1.  Water quality test results of samples SW01-SW14

      /(mg/L)
      测试项目水样编号
      SW01SW02SW03SW04SW05SW06SW07SW08SW09SW10SW11SW12SW13SW14
      K+0.561.242.012.002.9595.520.812.656.741.232.370.840.7416.97
      Na+128.8673.58138.69111.9951.112120.7969.45279.49374.8457.73181.8135.33145.62141.40
      Ca2+71.08156.8198.67116.8081.72137.89146.5388.99362.8292.3215.1742.96138.42145.16
      Mg2+27.2543.7036.8328.6431.54222.8523.0118.2484.1015.545.3010.9721.1961.38
      Cl159.22179.68209.00195.9279.183926.83189.53182.441096.12113.65161.3326.95174.35301.36
      SO42−144.92188.52182.76214.12108.44514.12127.09212.94236.94103.0381.6147.47160.00299.56
      HCO3194.30291.45246.11194.30194.30342.60207.25226.68181.35194.30129.53136.01323.83304.40
      Sr0.51.570.700.761.222.570.910.917.960.510.300.661.111.04
      H2SiO326.9738.0130.4641.3242.2410.0328.268.3832.6736.7219.0525.4927.1628.81
      pH7.257.707.757.607.507.557.907.057.057.708.358.007.507.30
      NO2<0.0010.0010.0900.0260.0260.0030.0480.3300.1500.0200.110<0.0010.0220.130
      NO384.18165.6092.8472.2999.250.72111.33390.5072.1915.7570.6037.29152.6213.08
      Zn<0.05<0.050.070.090.08<0.050.0610.476.4813.621.480.070.130.07
      Se<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0<1.0
      Mn<0.05<0.051.510.150.220.86<0.050.090.080.19<0.050.110.100.09
      CODMn0.410.921.470.862.055.150.901.323.260.681.490.260.953.20
      Pb<1.0<1.03.454<1.0<1.06.253<1.04.0208.5218.253<1.0<1.0<1.0<1.0
      Cr<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.1<0.10.287<0.10.267<0.1<0.1<0.1<0.1
      As<1.0<1.0<1.0<1.0<1.015.31<1.0<1.0<1.0<1.01.29<1.0<1.0<1.0
      矿化度810.371100.581007.09936.05648.497361.32875.011401.942415.11593.56660.83337.821117.631283.33
      挥发酚<0.001<0.0010.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.0010.001<0.0010.001<0.001<0.001
      氰化物<0.0010.0080.0080.0080.0030.0100.0090.0160.0130.0030.0010.003<0.0010.012
      游离二氧化碳4.0011.9911.997.9911.994.204.0013.9911.997.990.004.004.004.00
      注:指标选取参照《食品安全国家标准-饮用天然矿泉水GB 8537—2018》[2]

      图  4  SW01-SW14水样各类指标与饮用天然矿泉水指标(GB 8537—2018)[2]对比

      Figure 4.  Comparison of chemical elements content of samples SW01-SW14 and drinking natural mineral water standard (GB 8537—2018)[2]

      图  5  SW12水样各类指标与饮用天然矿泉水指标(GB 8537—2018)[2]对比

      Figure 5.  Comparison of chemical elements content of sample SW12 and drinking natural mineral water standard (GB 8537—2018)[2]

    • 本研究中的SW01-SW14水文井中,SW12井水质达标,为饮用天然矿泉水的选址提供了依据。根据测试结果,其他样品中的偏硅酸及锶含量虽然普遍较高,均达到饮用天然矿泉水标准,但受农业及污水影响,硝酸根普遍超标,因此不能作为矿泉水进行开发。从水化学组分来分,SW12水样水化学类型属于HCO3·SO4-Ca·Na型,该型矿泉水一般形成于地下水运动剧烈、水化学组分交替频繁的山地丘陵地区,矿化度较低,水质较好。根据调查,SW12井位于崂山花岗岩风化壳中,偏硅酸及锶含量均远高于标准,因此属于锶-偏硅酸型矿泉水。

      (1)水化学形成基础

      赵广涛等[6]对崂山花岗岩构造裂隙水及浅层风化裂隙水进行水化学成分测试(表2),并计算了相关元素的水迁移系数。对比表1的数据可以看出,目前崂山周边地区矿泉水中的Na+、Ca2+、Cl、SO42−等离子含量显著增加,除了由于造岩矿物更易水解,元素水迁移系数较高,主要是受海水入侵及人类活动加剧影响。根据崂山花岗岩地区相关元素的水迁移系数,锶的迁移系数较大,属于强迁移,由于花岗岩中锶的含量不高,导致水中的锶含量偏少;反之,硅的迁移系数较低,但花岗岩中SiO2含量可高达70%以上,使得水中硅含量较高。

      (2)崂山地区地质环境特征

      矿泉水的形成与当地的地质环境特征密切相关。崂山广泛发育花岗岩,主要造岩矿物为钾长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石等。山区花岗岩岩体构造裂隙十分发育,不同方向、不同性质的断裂相互交错切割,为地下水的赋存和运移提供了通道。山前盆地多为含水盆地,花岗岩风化壳广泛分布,节理发育,为矿泉水赋存提供了场所,SW12井即位于崂山花岗岩风化壳内。

      表 2  崂山花岗岩地区矿泉水化学成分及部分元素水迁移系数[6]

      Table 2.  Chemical composition of mineral water and water-migration coefficient of elements in the Laoshan Mountan granite area[6]

      矿泉水元素/(mg/L)pH
      K+Na+Ca2+Mg2+ClSO42−HCO3SrH2SiO3
      构造裂隙水0.6521.1735.647.4943.1614.7992.30.2543.137.46
      浅层风化裂隙水0.5126.2431.127.5327.6940.15106.330.2033.637.63
      水迁移系数0.1042.2722.8810.7110.020.150

      综上,矿泉水的形成与岩石矿物组成及化学成分、构造条件、水岩作用时间、水中CO2含量、地下水径流条件等均有一定的相关关系[18, 21]。按有益元素含量来分,青岛市的饮用天然矿泉水一般分为锶型、偏硅酸型及锶-偏硅酸型3种类型。赋存地下水的岩石的SiO2含量,是形成偏硅酸型矿泉水的首要条件。岩浆岩的SiO2含量为35%~85%,花岗岩的含量可>66%;沉积岩中砾岩和砂岩一般可达65%~95%,最高可达100%,灰岩则低至10%[22]。青岛地区的花岗岩、火山岩、变质岩都属于硅酸盐类,SiO2含量普遍较高(50%~65%,花岗岩中SiO2含量有可能会超过65%),当钾长石(KAlSiO8)、钠长石(NaAlSi3O8)、钙长石(CaAl2Si2O8)等主要造岩矿物风化或经地下水蚀变后形成各种粘土矿物,释放出大量的游离SiO2,当游离SiO2溶于水时即可形成H2SiO3,即偏硅酸型矿泉水。在此过程中,岩石中赋存的微量元素锶也溶于水中,即可形成锶型矿泉水。二者都满足标准时,即可形成复合型矿泉水。此外,大量侵蚀性CO2的存在加强了地下水的侵蚀能力,促进硅质矿物的溶解,使得矿泉水中偏硅酸含量增加。

    • 青岛市崂山周边地下水主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水,受人类活动影响,区域主要水文地质问题为水质污染和海(咸)水入侵,基岩裂隙水水质整体相对较好。裂隙中的地下水与花岗岩在长期水岩作用下形成矿泉水,本研究中的14口水文井中,位于崂山东北部蓝色硅谷的SW12井水质达标,水化学类型属于HCO3·SO4-Ca·Na型,位于花岗岩风化带中,锶含量为0.66 mg/L,偏硅酸含量为25.49 mg/L,为锶-偏硅酸复合型矿泉水,可作为饮用天然矿泉水后备选区。因此,研究认为可在崂山山麓花岗岩风化壳分布区域寻找矿泉水,但花岗岩风化壳中的水易与地表水连通,也易受污染,在找矿过程中要注意硝酸根等是否超标。

参考文献 (22)

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