矿水的水化学特征

Question

如题所述

Answer 1

由于医疗矿水、工业矿水（卤水）、饮料矿泉水的水化学特征有所差别，下面我们对这三类矿水的水化学特征分别进行讨论。

（一）医疗矿水的水化学特征

医疗矿水是指对人体有良好生理医疗作用的地下水。矿水的医疗性能主要决定于水中所含的特殊组份、气体成分和水的温热性等。从医疗学观点出发，一些研究者考虑到水中所含特殊组份和气体成分的含量与医疗意义的关系，确定了水中一些组份的最低含量，并规定了划分医疗矿水和一般地下水的界限（表6-5）。例如，当水中含有特殊组份硅酸达0.025g·L^-1时，水即属医疗矿水，而当水中硅酸含量达0.075g·L^-1时，则称为硅酸水。

表6-5　医疗矿水水质标准（据《水文地质手册》，1978）

最典型的医疗矿水是含有大量气体和具有特殊功能组分的地下水，概述如下：

1.碳酸水

碳酸水是含有大量游离CO₂的地下水，当水中游离CO₂超过0.75g·L^-1时，即可称为碳酸水。实际上碳酸型矿水CO₂含量常常大于此数。

碳酸水中CO₂气体主要来源于岩石的高温变质作用及岩浆的分逸。据实验研究表明，当片岩加热到360℃时，分离出来的气体中的CO₂可达93.7%。因此，在近期岩浆活动地区，岩石受高温作用，在影响范围内便会有大量CO₂组分分逸出来。现代火山活动地区的碳酸水中，CO₂一部分由热变质作用产生，另一部分由岩浆分逸而来。

碳酸水的形成除应具有有利的地质构造、地层岩性、高温变质作用和水动力条件等外，还应具有较好的盖层条件，以使CO₂不至逸散掉。总之，碳酸水的形成一般应具有气源、水源、运移途径、盖层四方面的条件。

碳酸水泉主要分布于近期或第三纪以来的岩浆活动地区（古老的岩浆活动地区释放的大量CO₂一般都逸散殆尽，无法保留到如今）。由于岩浆活动地区多是急剧上升和强烈切割的山区，水交替条件好，故碳酸水多半是低矿化的重碳酸型水。

在温度方面，以冷碳酸泉居多，但在现代火山活动地区，碳酸泉经常是热泉。如辽宁某地碳酸泉水的化学成分为：

水文地球化学基础

碳酸水在出露地表时，因压力降低散失部分CO₂，因此在泉口附近常形成钙华，这是判别碳酸泉的一个重要标志。

2.硫化氢水

硫化氢总含量（∑H₂S）达10mg·L^-1的地下水，即可称为硫化氢水。水中总硫化氢（∑H₂S）包括游离H₂S、HS^-、

及S^2-等。硫化氢水主要是指含H₂S气体的水，其它都是其氧化和电离过程中的产物。

硫化氢水多是在封闭的还原条件下形成的，水中高浓度的H₂S主要是生物起源的。然而，当有含石膏岩层和泥炭层存在时，即使在地表浅处氧化条件下，也可出现生物化学作用，只要条件有利时便可形成硫化氢水，但一般规模较小。

在自然界中，很少见到有饱和的H₂S水存在，这主要是由于岩石中或多或少地存在铁的缘故。由于铁的存在，在生物化学作用下，可能存在以下反应：

H₂S+Fe→FeS.nH₂O（水陨硫铁）→FeS₂（黄铁矿）

从而减少了H₂S在水中的含量。

矿水中H₂S气体的含量，往往同水的矿化度、化学类型、构造封闭性有密切的关系。构造封闭性良好时，往往形成H₂S含量高的水，常为高矿化的氯化物型水（成因常属古埋藏海水）。构造封闭条件不好的地区，则形成H₂S含量较低的水，其矿化度通常为中等，水化学类型为氯化物、硫酸盐或其它复杂的水化学类型。在泥炭沼泽地区，由于水中H₂S是由硫酸盐在浅部还原条件下形成的，故H₂S含量及矿化度都是较低的。

例如，四川盆地某矿水（封闭性好）的化学成分为：

水文地球化学基础

除了上述生物化学起源的H₂S外，还有来自火山气体及由热变质作用所形成的H₂S。一些与现代火山有关的温泉中，有一部分H₂S可由岩浆直接分离而来，另一部分则由金属硫化物在高温下与水作用而产生，即：

FeS₂+H₂O=FeO+H₂S+S

在野外根据H₂S的强烈气味（臭鸡蛋味）来判断硫化氢泉。另外，由于出露地表以后，部分H₂S被氧化成自然硫（S），因此，在H₂S泉口上常可见到淡黄色的硫华。

硫化氢水可治疗风湿症、皮肤病等。

3.放射性水

放射性水是指水中放射性元素含量较高的地下水。医疗上常用的放射性水是氡水。在地下水中，氡含量达47.14Bq（贝可）时，即可称为矿水，达到134.68Bq时，就可称为放射性氡水。

地下水的放射性是水与含有放射性矿物的岩石直接接触而获得的。在岩石中，镭（Ra）在蜕变过程中不断放出它的射气——氡（Rn），故含镭（Ra）岩石构成氡（Rn）的发生源。地下水在含镭岩石空隙中流动，接受岩石中不断放出的氡，从而形成放射性氡水。放射性氡水常与放射性元素矿床相伴生，酸性岩浆岩（花岗岩）中含有较多的放射性元素，因此，放射性水常分布于酸性岩浆岩出露地区。一般地说，放射性最强的水，通常总是产生于含放射性元素岩石破坏最为强烈、径流条件较差的地区。

放射性水大多在浅部氧化带中形成，因此，常常是火成岩风化壳中的水，而且多半是典型的岩浆岩（结晶岩）地区溶滤水。水化学类型多为HCO₃—Na型水，而且矿化度较低，并以冷水为多，但也有例外，如山东某放射性泉的化学成分为：

水文地球化学基础

放射性水可治疗神经系统疾病。

4.温热水

水的温度也是医疗要素之一，当水的温度接近或高于人体的温度（37℃）时，方能利用其天然温热性进行医疗。医疗矿水按温度（t）可划分为：冷水＜20℃）；温水（20—37℃）；热水（37—42℃）；高热水（＞42℃）。高温矿泉常为钠质碱性硅酸水。如陕西临潼华清池矿泉水化学成分为：

水文地球化学基础

温热水可治疗皮肤病、关节痛等疾病。

（二）卤水（工业矿水）的水化学特征

卤水是指矿化度大于50g·L^-1的地下水。卤水中含有大量盐类（如NaCl等），富集多种工业原料，如I、K、Br、Rb、Li、Sr、Cs、Ba等，具有工业开采价值，因此卤水也称工业矿水。卤水不仅是食盐的重要来源，而且是某些元素的“聚宝盆”和天然矿源。

高矿化的卤水，可以是滨海凹地和泻湖中的海水，经过蒸发浓缩，然后埋藏在后期沉积物孔隙中的盐水，此时盐分主要来自海水，卤水具有海相沉积水的特点。卤水也可以是干旱气候条件下大陆盐湖的产物。盐矿的溶滤，同样可以形成卤水。

我国的卤水，一般埋藏在长期干旱气候条件下的封闭或半封闭的沉积盆地中（岩性为碳酸盐岩与碎屑岩）。火成岩中的卤水较少，变质岩中目前还未发现卤水。

卤水的化学成分是一个极其复杂的综合体，著名的四川卤水的物理性质和化学性质见表6-6。

（三）饮料矿水的水化学特征

饮料矿水系指可作为瓶装饮料的天然矿泉水，水中含有多种对人体健康有益的化学组份，溶解无机盐类不少于1000mg·L^-1，游离CO₂在250mg·L^-1以上，其它特殊化学成分的水质标准见表6-7。其中游离CO₂、偏硅酸、铁和氡等项指标是确定矿泉水的主要依据，当其达到规定的限值或命名标准时，就可确认是饮料矿泉水；其它诸项指标达到规定限值的化学成分（表6-7）可以作为鉴别饮料矿泉水的重要标志。是否能定名为饮料矿泉水，尚需根据矿泉水的温度、pH值和水文地质条件来确定。另外，矿泉水的微生物特征和有害化学成分应符合我国公布的《生活饮用水水质标准》（GB5749-85）和世界卫生组织规定的饮用水国际标准。

表6-6　四川卤水的主要物理性质和化学性质一览表（据五通桥矿区资料）

注：T₂x^2，4，6——三叠系上统须家河组2、4

6段；T₂l′——三叠系中统雷口坡组1段；

——三叠系下统嘉陵江组1，3，5段

矿泉水的形成条件与温热矿水的形成条件相似，即主要位于地热异常区及构造断裂带。如：河南陕县温塘优质饮料矿泉水，形成于凹凸断块接触处的断裂构造中（图6-5），矿泉水的补给来源有两个途径，其一是南部山区大气降水入渗深循环补给；其二是来自上地幔的深部水。二者在缓慢运动中溶滤了围岩中一定数量的微量元素，沿大断裂形成矿泉。该矿泉水硅酸含量大于60mg·L^-1，矿化度M=0.6—0.7mg·L^-1，水温为50℃，pH=7.2，水化学类型为HCO₃—Na型水。因此，如果对该矿泉水复合命名，它为重碳酸－钠型硅酸水。水的味道良好。有害元素含量甚微。

表6-7　饮料矿泉水特殊化学成分标准（引自地矿部《饮料矿泉水水质标准》，1986）

图6-5　陕县温塘矿泉水地质剖面示意图

1—第四系黄土、砂砾石、亚砂土、亚粘土；2—新第三系粘土岩；3—老第三系泥岩、砂岩、泥灰岩；4—中寒武统石灰岩、白云质灰岩；5—前寒武系变质岩；6—断层及破碎带；7—矿泉