上海市矿泉水的分布及其水化学特征

上海市矿泉水的分布及其水化学特征

李金柱　施玉麒　吴继红　李华利

(上海市地质调查研究院　上海,200072)

摘　要　至2002年,本市已勘查鉴定了80处矿泉水。矿泉水主要赋存于第四纪孔隙承压含水层及岩溶裂隙含水层中,矿泉水达标元素较单一,水化学类型繁多,单井允许开采量相差悬殊及区域分布不均。勘查评价和开发的重点将是寻找符合人们饮水习惯的低矿化度矿泉水。

关键词　饮用天然矿泉水　勘查评价　水化学特征

1　概述

上海市位于长江三角洲东缘,太湖流域的尾闾,为平原感潮河网地区,依托长江、太湖、黄浦江等大水体提供的丰沛过境水资源,使城市经济得到迅速发展,是一座典型的靠水兴市、对水设防、治水兴利、借水发展的河口海岸城市。根据《上海市城市总体规划》的要求,到2020年上海市将建成现代化的国际大都市,以及国际经济、金融、贸易和航运中心之一,并使上海成为国内外最适宜发展创业和生活居住的城市之一。水作为基础性的自然资源和战略性的经济资源,水资源的可持续利用是经济社会可持续发展的重要保证,水资源质量将直接关系到人们生活质量的提高和城市的生存与发展。然而,上海的河网水质污染严重,造成优质水资源的严重短缺,上海已成为水质型缺水城市,并被联合国预测为21世纪世界六大缺水城市之一。对这些地表源水进行生活饮用水的加工处理,则会导致水处理流程增多、工艺复杂,水处理成本增高,经济上浪费严重,同时制成的生活饮水水质还不能完全达到清洁、环保的要求。矿泉水作为一种天然的营养丰富的饮水,水中含有多种无机盐成分、气体成分、痕量放射性元素、少数活性离子和矿化度,饮用它不仅能补充人体所需的微量元素和宏量元素,还能调节人体的酸碱平衡,并可预防某些疾病(如心血管,消化系统,泌尿系统……),而且无副作用,是一种宝贵的液体黄金。本市地下蕴藏有丰富的矿泉水资源,因此开发利用以清洁、卫生、具绿色环保概念的优质地下水—饮用天然矿泉水,无疑将对提高本市人民生活质量水平起到重要的作用。

本市饮用天然矿泉水的开发利用始于1986年,原上海天厨味精厂的岩溶矿泉水于1986年4月7日成为本市第一家通过矿泉水水质鉴定的单位。《中华人民共和国国家标准(GB8537—87)饮用天然矿泉水》于1987年正式实施后,上海市第二十一棉纺厂于1987年10月获得由“国家饮用天然矿泉水技术评审组”颁发的本市第一份国家级矿泉水技术鉴定证书———《上海市第二十一棉纺厂白云岩井饮用天然矿泉水技术鉴定证书》。自1987年起,本市掀起了一股开发矿泉水的热潮,至2002年底,本市已勘查评价过的矿泉水厂家为80家,评价过的矿泉水井达到89口,探明的矿泉水允许开采资源储量达35562m3/d,矿泉水单井允许开采量最大的为4466m3/d,单井允许开采量最小的为55m3/d。矿泉水水质类型以Sr、H2SiO3复合型为主,个别的为Sr型、H2SiO3型或Sr、Br、H2SiO3复合型。矿泉水主要赋存于第四纪松散沉积物的孔隙承压含水层中,其次分布在下古生界的碳酸盐岩溶裂隙中。本市13个区、1个县均有数量不等的矿泉水井分布。

2　矿泉水资源的分布特征

上海市矿泉水主要赋存于第四纪松散岩类孔隙介质中,其次赋存于碳酸盐岩类裂隙溶洞中,矿泉水的赋存与分布受控于区域古地貌、地层岩性、厚度及

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收稿日期:2003-05-30

第一作者简介:李金柱,男,高级工程师,1985年毕业

于长春地质学院岩化系,一直从事于

水工环调查和研究。

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9

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2003年第4期 上海地质

Shanghai Geology

地质构造等因素。第四纪松散岩类孔隙水是本市矿泉水资源主要的开发利用对象;碳酸盐岩溶裂隙矿泉水,目前为止仅在北新泾地段和金山吕巷处有开采。2.1　矿泉水井的分布特征

至2002年底,本市已勘查评价过的矿泉水井达到89口。从区域分布上,本市矿泉水井不仅在中心城区有所分布,而且在远郊区也有分布,主要分布在陆域的北部地区,陆域的西部、南部和东南部分布较少,长江三岛中除横沙岛无矿泉水井分布外,崇明岛和长兴岛均有第五承压含水层矿泉水井分布。具体而言,第二承压含水层矿泉水井只分布在宝山区;第三承压含水层矿泉水井分布在嘉定、长宁和金山区;第四承压含水层矿泉水井分布在浦东、宝山、嘉定、闵行、松江、闸北、奉贤、南汇、黄浦和杨浦等区;第五承压含水层矿泉水井分布在嘉定、闵行、崇明、宝山、青浦和长宁等区县;碳酸盐岩溶裂隙矿泉水井仅分布在长宁、宝山和金山区,且目前主要以开采长宁区北新泾岩溶裂隙矿泉水为主。矿泉水井分布最多的区县为浦东新区,达到15口,最少的为南市区和杨浦区各有1口;拥有不同层次矿泉水井最多的区为宝山区,而黄浦、杨浦、闸北、奉贤、南汇、浦东、松江、崇明和青浦等区县,现均只拥有一个矿泉水含水层次;矿泉水井数量分布最多的层次为第四承压含水层,至2002年底,共有50口矿泉水井,最少的层次为第二承压含水层,仅1口矿泉水井(见表1)。

在矿泉水已勘查评价的区县中,浦东新区允许开采量最多,达7863m 3/d ,占总资源量的22.1%,嘉定区为7479m 3/d ,占总资源量的21.0%,居第三位的是宝

山区,为6849m 3

/d ,占总资源量的19.3%;查明资源量最少的分别是黄浦区和杨浦区,均为137m 3

/d ,仅占总资源量的0.4%。2.2　矿泉水赋存的水文地质条件

2.2.1　第二承压含水层中矿泉水赋存的水文地质条件

为晚更新世早期(Q 31-2)河口—滨海相沉积物,除基岩凸起处缺失外全区广泛分布,且发育良好,除莘庄—漕泾、莘庄—奉城呈扇形区间与上覆第一承压含水层相沟通外,还在宝钢、浦东东沟、南汇果园、横沔、六灶、松江泗泾等局部地区与下伏第三承压含水层沟通,水力联系密切。其顶板埋深一般60～70m ,层厚一般20～30m ,含水层岩性以灰色细中砂含少量砂砾石为主。地下水多为矿化度大于1g /L 的微咸水

—咸水,淡水分布面积只占全区的20%左右,仅分布在宝山区、浦东新区的北部、青浦区和松江区的西部及金山区的西南部。矿泉水井所在地段含水层顶板埋深在60m ,厚度大于34m ,水化学类型为H CO 3—Ca Na 型水,矿化度<0.5g /L ,总硬度<250mg /L ,PH 值7.42～7.92,水温19.5℃。

表1　1986-2002年本市各区、县矿泉水井分布数量统计表table 1　The distributed statistics of nature spring water wells

in every districts or coun ty from 1986to 2002

单位:口

区、县层次第二含水层

第三含水层第四含水层

第五含水层岩溶裂隙水长宁区2

2

7＊

南市区1杨浦区1闸北区2宝山区17

31

崇明县5

奉贤区2嘉定区37

5＊

金山区1

1

闵行区7＊5

南汇区2浦东新区15＊

青浦区3松江区6共计

1

6

50

23

9

注:＊表示有的矿泉水厂家一次评审2口矿泉水井。

2.2.2　第三承压含水层中矿泉水赋存的水文地质条件

为中更新世早期(Q 12)河口—滨海相沉积物,除基岩凸起区缺失外全区普遍分布,含水层埋藏具有西南浅—中部深—东北浅的规律,毗邻基岩浅埋区和三角洲前缘含水砂层逐渐尖灭。该含水层岩性在西部南、北古汊流河床地段为含砾中粗砂夹细砂,其它地段一般为中细砂。其地下水水质总体上呈现为北淡南咸,淡水体分布在宝山区的陆域、嘉定区、上海市区、浦东新区的北部、闵行区和青浦区的北部及金山区的西南部。矿泉水井所在地区含水层顶板埋深一般在110m 左右,厚度一般在20～30m ,水化学类型主要为H CO 3—Na 或H CO 3Cl —Na 型水,矿化度0.5～0.8g /L ,总硬度131.8～284.3m g /L ,PH 值7.00～8.40,水温21～24℃。

·10· 上海地质

Shanghai Geology 总第88期

2.2.3　第四承压含水层中矿泉水赋存的水文地质条件

为早更新世中、晚期(Q12、Q13)河流相沉积物,除青浦莲盛—松江泗联、金山吕巷—金山嘴、奉贤齐贤—星火农场、北新泾小闸镇至嘉定南翔一带以及南汇坦直等基岩浅埋处无堆积外,分布较为广泛。该含水层的埋藏具西南部浅,向东北部逐渐加深的变化趋势。按矿泉水井区域分布所处的水文地质条件可进一步细分为浏河—南汇古河道(简称浏南古河道)、枫泾—奉城古河道(简称枫奉古河道)和第四承压含水层上层三部分。

浏南古河道自江苏浏河一带进入上海地区,自西北向东南经宝山区、市区东部、浦东新区、南汇区的东南部流入长江,属于长江古河道,其含水层顶板埋深一般在165～175m,含水层最大厚度60～70m,岩性以粗砂夹细砾石沉积物为主,水化学类型以HC O3—Na Ca型水为主,部分为HC O3Cl—Na型水,矿化度0.6～1.2g/ L,PH值7～8,水温23～24℃。

枫奉古河道于金山区的枫泾一带由浙江进入上海地区,经新五厍、吴泾、新场、奉城在五四农场一带进入杭州湾,其含水层顶板埋深一般在180～200m,岩性以中细砂夹细砾石为主,含水层水化学类型以HC O3Cl—Na型水,PH值7～8,水温23～25℃。

第四承压含水层上层在本市西部分布较为广泛,其含水层顶板埋深一般在140～190m,为一层细砂夹细砾石含水层,含水层水化学类型为HC O3—Na或HC O3—Na Ca型水,矿化度0.4～0.6g/L,PH值7～8,水温22～23.5℃。

2.2.4　第五承压含水层中矿泉水赋存的水文地质条件

为早更新世早期(Q11)河流相沉积物,主要分布在青浦重固、北新泾—南汇县城一线以北、以东的沟谷凹陷地区,受基岩起伏控制,呈西南向东北倾伏趋势,是区内埋藏最深的含水层。按矿泉水井区域分布特点可分为东西两块:西部第五承压含水层矿泉水井所在地段其顶板埋深一般在250～280m,含水层厚度介于20～40m,水化学类型绝大部分为H CO3Cl—Na型水,局部为Cl HC O3—Na型水,矿化度在0.8～1.1g/L之间,水温24～26℃。东部第五含水层矿泉水所在地段又可分为上下两层:上层顶板埋深一般在220～240m,一般厚度在30～40m,为古河道沉积的含水砂层,其河床方向为西北—东南向,主要分布在上海市的北部地区,如崇明岛南岸沿江地区及长兴岛,长江南岸的沿江地段虽有分布,但厚度较小,其岩性以细砂为主,部分夹细砾石,水化学类型以H CO3Cl—Na型水为主,矿化度在0. 5～1.0g/L之间,PH值7.20～7.80,水温24～26℃;下层埋藏于上海市东部及北部的深切沟谷中,主要分布在崇明岛,其次为长兴岛、横沙岛和长江南岸沿江地区,该含水层顶板埋深一般都在270m以下,含水层厚度很大,在沟谷中部含水层厚度可达100m以上,岩性大部分颗粒较粗,为粗中砂夹细砾石层,其水化学类型为Cl HC O3—Na型水,矿化度在1.1～1.4g/l,PH值7～8,水温27℃左右。

2.2.5　碳酸盐岩类裂隙溶洞水中矿泉水赋存的水文地质条件

本市目前发现的隐伏碳酸盐岩体共有6处,分布于市区酒精一、二厂—北新泾、罗店—嘉定、大场—五角场、重固—凤溪,齐贤—钱桥和金山区的吕巷等处。碳酸盐岩溶裂隙矿泉水主要赋存在以硅质白云岩、灰岩等碳酸盐岩层中为主。目前已经过矿泉水勘查评价的碳酸盐岩体有3处,它们分别是北新泾灰岩体、罗店—嘉定灰岩体和金山区吕巷灰岩体。

北新泾白云岩灰岩体,分布在中山西路以西、北新泾镇以东地区,面积约5km2。该上寒武统岩溶裂隙矿泉水含水层顶板埋深约240～260m,视厚度在700m以上,为浅灰色白云岩、白云质灰岩,属岩溶裂隙储水地层。该岩体岩溶裂隙发育,单井涌水量为100～1000m3/ d,水温8～32℃,矿化度0.6～0.9g/L,总硬度124.98～160.69mg/L,P H值7.0～8.4,水化学类型为HC O3Cl—Na型水。由于该层水在个别地段与上覆第五承压含水层相沟通,故相互间存在着一定的水力联系。该灰岩体是目前岩溶矿泉水开采的主要含水层。

嘉定—罗店灰岩体中的矿泉水赋存于中寒武统杨柳岗组的泥灰岩、泥质灰岩和硅质灰岩中,其埋藏深度在327.56～351.51m,属裂隙岩溶水。其水化学类型为Cl HC O3—Na型水,矿化度1.1～1.3g/L,总硬度141.2～170.7mg/L,PH值7.30～8.00,水温30℃。

金山区吕巷镇岩溶裂隙矿泉水赋存于前寒武系结晶白云质灰岩中,其埋深为175.45～202.64m。其水化学类型为H CO3—Na型水,矿化度0.6～0.7g/L,总硬度266.4～303.0mg/L,PH值7.34～8.55,水温24～26℃。目前作为矿泉水有少量开采。

3　矿泉水水化学特征

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2003年第4期 李金柱等:上海市矿泉水的分布及其水化学特征

本市矿泉水井分布在各个承压孔隙含水层和岩溶裂隙含水层中。在汇总本市已勘查评价过的矿泉水勘察评价报告中水质资料的基础上,进行了矿泉水常量元素、界限指标、限量指标和污染指标等的分层统计。各含水层矿泉水水化学特征基本表现为:

1、感官指标:各含水层水质感官性状良好,色泽透明清澈,口感醇润,沁人心肺。PH为7.06～8.40,为中性水;总硬度为95.0～408.0m g/L(以Ca CO3计),从软水到硬水皆有分布。其中,第二、三含水层和岩溶含水层基本为微硬水,第五含水层为微硬水至硬水,第四含水层因矿泉水井数多、分布范围广,矿化度变化范围大,其总硬度从软水到硬水皆有分布。水温第二含水层为19.5℃,岩溶裂隙水水温可达32℃,基本呈现由浅至深,温度由低至高的变化特征。

2、一般化学成分:水化学组分中阴离子以HC O3-为主,Cl-次之,阳离子以Na为主,Ca次之,Tfe含量较高且变化范围较大,溶解性总固体按均值计皆小于1g/ L。

①Cl-:整体而言含量变化范围较大。第二含水层淡水分布区中的个别地区含量最低,其均值仅为9. 1mg/L;第五含水层含量最高,其均值为232.1m g/L;第四含水层含量变化范围最大,为11.2～452.3m g/L。

②Na:以Na含量低于50mg/L为低Na水,则低Na 型矿泉水现只专属第二含水层。第五含水层Na含量最高,其均值为224.4mg/L,第四含水层含量变化范围最大,为48.9～307.5m g/L。

③Tfe:含量变化较大,总体而言在各含水层中检出含量绝大多数大于0.30mg/L(生活饮用水标准),在矿泉水生产中必做除铁处理。

④溶解性总固体(TDS):该数值是反映矿泉水矿化程度的特征值。在89口矿泉水井中,80.9%属于淡矿泉水(TDS<1g/L),其中属低矿化水(TDS<500mg/L)的仅1处,位于宝山区的第二含水层中,只占总井数的1. 1%;溶解性总固体大于1g/L的矿泉水井占总井数的19.1%,主要分布在第五承压含水层中,其次为第四承压含水层。

⑤总硬度:据勘查评价资料而言,总硬度最低的矿泉水井位于第四含水层的吴泾地区,其硬度小于120mg/L。一般而言,第四、五含水层总硬度较高,岩溶含水层次之,第二、三含水层较低。

⑥水化学类型:第二含水层只有1口矿泉水井,其水化学类型为单一的HC O3─Ca·Na型,其他含水层水化学类型均在3种类型及以上,第四含水层水化学类型最多达9种,这与该含水层评价的矿泉水井最多、矿泉水分布范围最广、沉积环境变化较大有关。

3、限量指标:与人体健康密切相关的限量指标Cu、

C d、Cr、Pb、Hg、Ag、H3B O3、As、NO3-、Ba、F-、C OD大多处于未检出状态,个别指标虽有检出但未超标。放射性限量指标226Ra含量范围在0.0042～0.090B q/L之间,远低于矿泉水标准1.1Bq/L。

4、污染指标:各含水层中的C6H5O、CN-、NO2-指标均处于未检出状态。放射性污染指标总β含量范围为0.028～0.310B q/L,小于矿泉水评价标准1.5Bq/L,表明矿泉水井中放射性物质指标接近天然水含量,对人体有益无害。

5、饮用天然矿泉水的定名:与确定饮用天然矿泉水定名的界限指标相比较,本市矿泉水界限指标中Se 一直未检出,一直检出的指标有Sr、H2SiO3、TDS,它们也是本市矿泉水主要的命名指标,Li、Zn、Br、I、F C O2指标时有检出,尤其是Br,在第四、五含水层和岩溶含水层中,当其溶解性总固体大于1000m g/L时,Br含量在个别井检出并达标,并与Sr、H2SiO3同时成为矿泉水的命名指标。

根据矿泉水规范要求,矿泉水水质主要组分的含量变化范围不应超过20%。根据第二、三、四承压含水层和岩溶含水层多年矿泉水水质监测资料统计后表明,本区矿泉水水质动态变化比较稳定,未见有异常变化出现,与区域承压水的动态变化特征相一致。

4　结语

自1986年上海天厨味精厂岩溶矿泉水井成为本市第一家通过矿泉水水质鉴定后,至今本市矿泉水资源的勘察评价工作已走过了17个年头,经过评审鉴定的矿泉水井达到89口,探明的矿泉水允许开采资源总量达1298万m3/a。矿泉水资源的勘查和开发利用经历了从无到有、蓬勃兴起和平稳发展的过程。勘查统计结果表明,本市矿泉水资源若全部开发利用起来,基本可满足全市人民的日常饮水之需。目前广受市民欢迎的“三低”(低钠、低硬度、低矿化度)矿泉水在本市还不多,(下转第16页)

Application of Fininte Element Method in the Prediction

of Water discharges of Huize Pb-Zn Mine

Li Baozhu　Li Feng　Xue Chuandong　Wu Zhiliang

(Kunming University of Science and Technology)

A bstract:Through the study of hydr ogeologycal conditions of Huize Pb-Zn Mine,this paper deals its karst aquifer with

the model of equivalent joint medium.Then based on data of mine water gushing and gr oundwater level,deep groundwater dischar ges of1511,1451level of Qilinchang deposit are calculated and predicted with Ritz finite element method.

Key words:Huize Pb-Zn mine;water discharges of deposit;fininte element method

(上接第12页)已查明的资源量也较为有限,因此,

本市矿泉水勘查评价和开发利用的重点工作之一。寻找符合本市市民饮水习惯的“三低”矿泉水应成为

The Distribution and Hydrochemical Characteristics of

the Drinking NaturalMineral Water in Shanghai Area

Li Jin-zhu　Shi Yu-qi　Wu Ji-hong　Li Hua-li

(Shanghai Institute of Geological Survey,Shanghai200072)

A bstract:There are a large quantity of natural mineral water resource in Shanghai area.Untill2002,80natural mineral

water spots are deter mined.The drinking natural mineral water lies hidden in main Quaternary confined aquifers and Karst cave.It has characteristics of single standard element,c omplicated hydrochemical types, wide disparity in single well per missive yield and inhomogeneous distribution in space.The key work of ex-ploitation and evaluation should be to look for popular drinking natural mineral water of low mineralization de-gree.

Key Words:The drinking natural mineral water,exploration and evaluation,hydrochemical characteristics