蒲江矿泉水成因、成矿模式及成井施工浅析

蒲江矿泉水成因、成矿模式及成井施工浅析

杨起 ,梁波 ,何海洋

四川省地质工程勘察院集团有限公司  四川成都  610072

前言：随着当今人们生活水平的提高，人类对饮用水要求也越发重视，近年来富含各类矿物质地下水开发已成为饮用水源的热点。蒲江县位于四川省成都市西部，区内浅表地下水中偏硅酸含量在50mg/L以上，为富含偏硅酸的饮用矿泉水，境内目前已有百岁山、全兴等知名矿泉水企业入驻，且其开发利用呈增长趋势，由此，区内富含偏硅酸地下水成矿模式分析对查明区内富偏硅酸矿泉水的分布、区内可开采资源量具有重大意义，对蒲江县矿泉水资源可持续开发利用具保障意义。

一、研究区概况

蒲江县位于四川省成都平原西部，属名邛台地南侧地带，海拔高度在500-700m之间，其地势由南西向北东倾斜，坡降约7‰，地貌在形态上表现为冰碛黄褐色粘土及泥砾构成冰汛垄岗平台和缓丘景观。

研究区内主要分布第四系松散堆积层，其中第四系全新统（Q4al+pl）+上更新统（Q3al+pl）地层主要分布于河流两侧，侵蚀堆积上叠阶地，第四系中更新统（Q2fgl-al）广泛分布于台地区，其岩性以粘土、泥砾层为主，透水性能微弱，为下伏第四系下更新统（Q1al-l）地层形成承压水起到了良好的封闭作用。地下水于远源处接受补给，其后在径流过程吸收围岩中偏硅酸而形成富含偏硅酸的天然矿泉水。

二、水文地质条件

2.1 地下水类型

研究区内地下水按赋存介质和储集特征，可分为松散岩类孔隙水，碎屑岩层间裂隙水，基岩裂隙水三大类，第四系松散岩类孔隙水分布最广。

（1）松散岩类孔隙水：含水岩组为第四系松散堆积层，按不同含水介质及富集特征又可分为如下：①全新统（Q4al+pl）与上更新统（Q3al+pl）砂砾卵石孔隙潜水，含水层厚一般小于10m，单孔涌水量约500-1000 m3/d；②中更新统（Q2fgl-al）粘土、泥砾层孔隙潜水，含水层厚20-50m，渗透系数一般0.2m/d，透水性能微弱，视为相对隔水层；③下更新统（Q1al-l）含泥砂砾卵石承压孔隙水：分布较广泛，多埋藏于中更新统之下。

（2）碎屑岩层间裂隙水：含水岩组为环台地周边之红层（K、J）砂泥岩中，埋藏一般小于50m，单井涌水量小于300m3/d，富水性弱，水化学类型以HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg为主。

（3）基岩裂隙水：区内分布最少，仅分布于县域南部区域，含水岩组为红层（K、J）红层砂泥岩中，地下水主要赋存于砂岩裂隙中，富水性一般至中等。

2.2 地下水动态特征

区内地下水动态变化特征如下：

（1）地下水位、水量：据收集全兴及鹤山矿泉水监测数据及本次调查结果，区内矿泉地下水位及水量处于较稳定状态，不受丰枯水期影响，其原因在于矿泉主要接受远源补给，上覆地层透水性差使其与上部地层之间水力联系弱，故其动态变化较稳定。

（2）地下水质：据全兴及鹤山矿泉水监测数据及本次调查结果，矿泉水质主要阴、阳离子及溶解性总固体含量变化不大，该矿泉水的水质动态处于相对稳定状态。

三、矿泉水水化学类型

本次于研究区内共采取19组水样进行水质分析，区内矿泉水具有如下特征：色度＜5度，水质清澈透明，无肉眼可见物，浑浊度﹤1（NTU），无臭异味，感官性状优良。PH值一般6.6-8.2，目前水中主要阳离子为Ca2+和Na+，阴离子主要为HCO3-，水化学类型为HCO3-Ca型；按硬度分为软水，按溶解性总固体含量分为淡水，耗氧量低。

表3-1 区内水质检测成果表

四、水文地质钻探及矿泉水赋存特征

矿泉水的赋存主要受含水岩组展布及水文地质条件控制，本次共于研究区内布设四口勘探井，总进尺约400m，钻探完成后开展抽水试验，获取其渗透系数及其单位涌水量，分析区内矿泉水赋存条件。

4.1 水文地质钻探实施情况及成果

1、水文地质钻探施工

水文地质钻探施工分钻探、下管填砾及止水、洗井以及抽水试验等过程。

（1）钻探：本次凿井采用CZ-22型冲击钻机，一字型钻头。钻探开孔孔径为Φ650mm，钻至地表以下5m，其后孔径变为Φ600mm至终孔，全孔冲击成孔；

（2）下管填砾及止水：成井管材为水泥管，采用悬吊下管法下管，井管之间采用电焊连接方式，自下而上下管顺序如下：先于井底下入2根白管（5m），其上依次下入花管，管壁外采用不锈钢网包裹并稳固，至隔水层顶板（Q2）后再下入白管。在井壁与管外壁间填Ф5～10mm级配砾（豆）石填充孔壁与管外壁之间的空隙，填充厚度为120mm。在井口以下即隔水顶板上部5-10m用水泥砂浆止水。

（3）洗井：本次洗井采用空压机洗井，将风管下入滤水管下方，用空气压力将井内泥浆等沉淀物质自出水口吹出，每清洗6小时后停止洗井1小时，其后再次洗井，如此反复循环，直至水清砂净。

（4）抽水试验及取样：洗井完成后，下入水泵开展稳定流抽水试验，每口井开展三个落程降深抽水试验，以获取单位涌水量。

2、水文地质钻探成果

（1）本次共计完成401.8m进尺，成井管材401.8m，钻探以揭穿第四系中下更新统至下伏基岩即终孔，钻进完成后通过填砾、止水等工作成井，取水层位为第四系下更新统（Q1）含泥砂砾卵石含水层。

（2）本次对4口井分别开展1组3个落程抽水试验，结果显示：最大降深9m-33m间，多为27m-33m；渗透系数约0.5-0.74m/d；单井涌水量507-654m3/d，单位涌水量0.18-0.67L/s·m，区内水量具一定保证。

（3）ZK01成井深度127.5m，单井最大允许开采量约600m3/d，单位涌水量0.67 L/s·m；ZK02成井深度92.7m，单井最大允许开采量为500m3/d，单位涌水量0.27 L/s·m；ZK03成井深度90.0m，单井最大允许开采量为150m3/d，单位涌水量0.18 L/s·m；ZK04成井深度91.6m，单井最大允许开采量为400m3/d，单位涌水量0.23 L/s·m。

4.3 区内矿泉水赋存特征

1、矿泉水分布特征

矿泉水的分布主要受含水岩组展布及水文地质条件控制，区内富含偏硅酸矿泉水的含水岩组主要为第四系下更新统含泥砂砾卵石层，据本次调查结果显示，含水层厚度约40-80m，其上多覆盖第四系全新统、中上更新统地层，广泛分布于调查区内，地表出露极少，属地表以下埋藏的微承压含水层，矿泉水广泛分布于研究区内地表以下第四系下更新统含泥砂砾卵石层中，本次钻探及取样成果与此基本吻合。

2、矿泉水埋藏特征

矿泉水的埋藏主要受含水岩组埋藏条件制约，区内富含偏硅酸矿泉水主要赋存于第四系下更新统含泥砂砾卵石层中，据调查资料及钻探资料显示，区内矿泉水主要含水层第四系下更新统多埋藏于地下40-60m，其上覆多为第四系全新统或第四系中上更新统粘土、泥砾层，透水性能微弱，上下含水层之间无水力联系产生，下部第四系下更新统含水层因受阻隔作用而显示微承压特征，主要接受远源出露地表的地层补给，径流过程较远，在径流过程中水岩作用较充分，含水层中所含偏硅酸含量一般较稳定。

3、矿泉水富集特征

区内富含偏硅酸矿泉水的富集主要受地层岩性、地形地貌及地质构造综合控制，表现为地下水的富集和偏硅酸的富集两个方面。首先地下水主要分布于第四系下更新统含泥砂砾卵石层中，地层由老至新一次叠置于基底之上，台地基底倾斜趋势与地形倾斜一致，使得地下水总体上沿着地形倾斜的方向向北东运移，于局部基底凹陷或平坦处富集；另外，地下水自远源补给后向径流区富集的过程中，不断溶滤地层中的硅酸盐而使得偏硅酸逐渐富集，偏硅酸与地下水的富集特征基本一致。结合本次钻探成果，本次于研究区内共布设四口钻探井，其中北东侧ZK01井单位涌水量及偏硅酸含量均为四口井之首，南西部ZK03井单位涌水量及偏硅酸含量均较小，矿泉水主要富集于研究区北东部。

五、矿泉水成矿模式分析

如前所述，区内矿泉水主要赋存于第四系下更新统地层（Q1）中，其上覆较厚第四系中更新统粘土、泥砾层，其透水性能较微弱，可视为相对隔水层，矿泉水难以就近获得大气降雨或地表水体补给。蒲江县地形由南西向北东逐渐降低，其地层展布与地势走向大致相同，第四系地层亦由老至新叠置于基底之上，区内第四系下更新统松散堆积物于名邛台地南侧出露于地表，大气降雨及地表水体等由此补给地下水，地下水总体南西-北东向（地形走向）径流，其径流途径较长，径流过程经长时间封闭系统中水岩交互作用形成高偏硅酸矿泉水，由于上部覆盖第四系中更新统粘土泥砾层，其水头较高，为承压水。

区内矿泉水形成模式可大致总结如下：由于名邛台地独特地质背景条件，研究区内矿泉水难以直接接受大气降雨或地表水体补给，地下水补给区位于研究区南侧地势较高处，补给区较远，地下水径流途径长，在这种远源补给、深部循环且相对封闭系统的径流过程中，第四系下更新统含泥砂砾卵石含水层中的硅酸盐矿物不断与地下水进行水岩作用，从而形成富含偏硅酸的矿泉水。

图5-1  区内偏硅酸矿泉水成矿模式示意图

六、结论

1）蒲江地区位于名邛台地南侧，地质构造形迹使得区内地形呈西南高、北东低，台地基底倾斜趋势与地形倾斜一致，其独特地质背景条件使得区内形成富含偏硅酸矿泉水。

2）研究区内矿泉水主要赋存于第四系下更新统（Q1al-l）含泥砂砾卵石层中，其上覆第四系中更新统（Q2fgl-al）粘土、泥砾层透水性能微弱，为相对隔水层。

3）据本次取样分析，研究区矿泉水化学类型以HCO3-Ca型为主。

4）据区内钻探结果，富含偏硅酸矿泉水广泛赋存于研究区地下第四系下更新统地层中，埋藏深度约40-60m,矿泉水大致沿南西向北东富集。

5）区内矿泉水形成主要受含水层中偏硅酸盐矿物的分布、水岩作用及矿泉水补径排条件控制，研究区矿泉水含水层第四系下更新统（Q1al-l）含泥砂砾卵石层中富含粘土矿物，地下水在长距离的深部循环运移过程中与含水层进行水岩作用而形成富含偏硅酸矿泉水。

参考文献

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