● 孫 超,黃春陽,梁 爽

（廣西地質調查院，廣西 南寧 530023）

Sr 元素在地殼巖石圈的組成中屬微量元素，但在巖石圈的上部又是微量元素中豐度值最大的1 個元素，廣泛分布于自然界，其平均值為375×10?6，但分布不均，在黏土、砂中的含量最低，在海相沉積的碳酸鹽巖中含量最高[1]。巖石中的Sr 元素即為地下水中Sr 元素的主要來源[2]。Sr 鹽的溶解度相對較小，受水的酸堿度、溫度等因素的制約，富Sr 巖石分布區(qū)能否形成富Sr 地下水，水的侵蝕性、pH 值、造巖礦物的風化破碎程度、水交替強度等是很重要的影響因素[3]。

研究小組根據(jù)廣西崇左市江州區(qū)碳酸鹽巖地層地下水、巖石的采樣測試結果，總結該地區(qū)碳酸鹽巖地層富Sr 地下水的分布特征、富集規(guī)律，對地下水中Sr 元素的來源進行研究分析，為當?shù)亻_發(fā)富Sr 地下水提供地質依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西西南部，地勢具有西高東低的特點，海拔高度一般為150～500 m，最高峰海拔507 m。地貌類型有巖溶區(qū)的峰叢谷地、溶丘洼地、溶丘?壟崗，非巖溶區(qū)的丘陵。

研究區(qū)屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫為21.3～22.5 ℃，年平均降雨量為1 193.5 mm，5 月?8 月的降雨量最為集中，占全年總降雨量62.97 %，年平均蒸發(fā)量為1 430.2 mm。

研究區(qū)出露地層有石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系及第四系。石炭系?三疊系為海相沉積，以海相碳酸鹽沉積為主，次為淺海陸棚相碎屑沉積；侏羅系?白堊系陸相湖泊碎屑沉積；第四系為河流洪沖沉積，沉積物具典型的上粗下細的二元結構，具河流搬運、分選、沉積特征。研究小組本次采集水樣的地層為石炭系?二疊系馬平組（C2P1m）、三疊系羅樓組（T1l）、三疊系馬腳嶺組（T1m）、三疊系北泗組第一段（T1b1）。

石炭系?二疊系馬平組（C2P1m）主要巖

性為灰白色?淺灰色厚層?塊狀生物屑微晶灰?guī)r、含微晶亮晶粒屑灰?guī)r夾白云巖或白云質灰?guī)r的組合，頂部為淺灰色中?厚層生物屑微晶灰?guī)r、白云質灰?guī)r夾灰白色白云巖。

三疊系羅樓組（T1l）分2 段，三疊系羅樓組第一段（T1l1）下部是一套灰色薄層微晶、粉微晶灰?guī)r為主，中部以灰色中厚層?塊狀礫屑灰?guī)r為主夾中層粒屑灰?guī)r和1 層玄武巖，上部為綠灰色薄層泥巖夾少量薄?中層中細粒長石巖屑雜砂巖等；三疊系羅樓組第二段（T1l2）下部主要為灰色厚層?塊狀礫屑灰?guī)r夾灰色薄層微晶灰?guī)r，部分地區(qū)底部見1 套灰色中層礫狀灰?guī)r，中?中上部為灰?灰黑色薄?微薄層微晶灰?guī)r、扁豆狀微晶灰?guī)r夾少量中層礫屑灰?guī)r和1～2 層玄武巖，上部為灰?深灰色中層?塊狀礫屑灰?guī)r夾薄層泥巖和微晶灰?guī)r。

三疊系馬腳嶺組（T1m）主要是一套灰色中薄層及微薄層微晶灰?guī)r，下部夾中層砂屑灰?guī)r，中部夾中層?塊狀亮晶粒屑灰?guī)r，上部含泥質。

三疊系北泗組第一段（T1b1）為灰、深灰色厚層狀微晶生物灰?guī)r、白云巖、鮞?；?guī)r夾中薄層狀微晶灰?guī)r、泥質灰?guī)r、藻砂屑灰?guī)r，局部夾扁豆、角礫狀灰?guī)r。

研究區(qū)位于南華活動帶欽州殘余海盆十萬大山斷陷與右江再生海盆西大明山隆起的接合部位，經歷了多次構造運動，形成了以加里東期?挽近期的近EW 向構造、印支期?挽近期的北東向構造、燕山期?挽近期的NW 向構造等多期構造復合的架構。

研究區(qū)海西?印支期巖漿活動活躍，酸性侵入巖和火山巖均有出露，酸性侵入巖為印支期的花崗斑巖，侵入中二疊系的板納組砂、泥巖中；火山巖以早三疊世的為主，為噴溢相熔巖，中三疊世火山活動接近尾聲，有不多的空落相凝灰?guī)r及遠火山口相的火山?沉積巖產出，取代噴溢相熔巖的是侵出相的碎斑熔巖。

2 樣品采集與測試

2.1 樣品采集

研究小組在研究區(qū)碳酸鹽巖地層出露的地下河出口、天然出露下降泉、人工揭露機井、民井以及施工的鉆孔中采集了53 組水樣，取樣水點涉及的巖石地層包括石炭系?二疊系馬平組（C2P1m）、三疊系羅樓組（T1l）、三疊系馬腳嶺組（T1m）、三疊系北泗組第一段（T1b1）（見圖1），之后，交給廣西分析測試研究中心進行檢測，測試項目包括水樣的感官性狀、一般化學指標、毒理學指標和含Sr 在內的微量元素含量共計40 項。

圖1 研究區(qū)的地下水取樣分布圖

研究小組在研究區(qū)出露的碳酸鹽巖地層采集了14 組巖樣，涉及的地層有石炭系?二疊系馬平組（C2P1m）、三疊系馬腳嶺組（T1m）、三疊系羅樓組（T1l）、三疊系北泗組第一段（T1b1），樣品由廣西分析測試研究中心進行Sr 元素含量檢測。

2.2 測試結果

研究小組根據(jù)《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水》（GB8537?2018）中的Sr 元素含量標準（地下水中Sr 含量≥0.2 mg/L 即可判定為富Sr 地下水（含量在0.2～0.4 mg/L 時，水源水溫應在25 ℃以上），對研究區(qū)不同碳酸鹽巖地層的地下水樣品測試結果進行統(tǒng)計（見表1）發(fā)現(xiàn)，富Sr 水點主要分布于三疊系羅樓組（T1l），在該地層所取的19 組水樣Sr元素含量均>0.2 mg/L，研究區(qū)碳酸鹽巖地下水中的Sr 元素平均含量呈現(xiàn)三疊系羅樓組（T1l）>三疊系馬腳嶺組（T1m）> 三疊系北泗組第一段（T1b1）> 石炭系?二疊系馬平組（C2P1m）的特點。

研究小組對研究區(qū)出露的主要碳酸鹽巖地層巖石樣品的測試結果（見表2）分析發(fā)現(xiàn)，三疊系羅樓組（T1l）地層巖石Sr 元素含量最高，平均含量達2 391.5 mg/kg，是地殼Sr 元素平均豐度的6.38 倍，這是該地層出露富Sr 水點較多、地下水中的Sr 元素含量較高的主要原因，說明巖石中高含量的Sr 是地下水中Sr 元素的主要來源。

3 研究區(qū)地下水Sr 富集的規(guī)律及成因

3.1 研究區(qū)地下水中Sr 富集的環(huán)境

（1）由表1 可知，研究區(qū)三疊系羅樓組（T1l）地層地下水中Sr 元素含量最高，在該地層采集的19 個水樣Sr 元素含量均超過0.2 mg/L，平均含量為2.194 mg/L，為《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水》（GB8537?2018）中的富Sr 地下水標準的10.97 倍。（2）根據(jù)表2 可知，研究區(qū)三疊系羅樓組（T1l）地層巖石Sr 元素平均含量達2 391.5 mg/kg，是地殼Sr 元素平均豐度的6.38 倍。同為碳酸鹽巖的石炭系馬平組（C2P1m）、三疊系馬腳嶺組（T1m）、三疊系北泗組第一段（T1b1）地層出露的水點Sr 元素含量較低，平均含量低于0.2 mg/L，在這些地層采集的34 個水樣中只有6 個達富Sr 地下水標準，且Sr 元素含量在0.2～0.24 mg/L 之間。（3）石炭系?二疊系馬平組（C2P1m）、三疊系馬腳嶺組（T1m）、三疊系北泗組第一段（T1b1）地層巖石中的Sr 元素含量也較低，其中石炭系?二疊系馬平組（C2P1m）巖石Sr 元素含量遠遠低于地殼Sr 元素的平均豐度，三疊系馬腳嶺組（T1m）、三疊系北泗組第一段（T1b1）巖石中的Sr 元素含量稍稍高于地殼Sr 元素的平均豐度。以上數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)地下水中Sr 元素的含量與巖石中的Sr 含量呈正相關關系，即隨著巖石中Sr 元素含量的增加，賦存于其中的地下水中的Sr 元素含量也相應增大。從巖性上看，三疊系羅樓組（T1l）主要巖性為薄層礫屑灰?guī)r夾泥巖，屬于灰?guī)r含泥質隔水層，三疊系馬腳嶺組（T1m）、三疊系北泗組第一段（T1b1）主要巖性為中薄層灰?guī)r，屬于純灰?guī)r，石炭系?二疊系馬平組（C2P1m）主要巖性為厚層灰?guī)r、白云質灰?guī)r，這說明研究區(qū)碳酸鹽巖地層中地下水Sr 元素含量具有灰?guī)r含泥質隔水層>純灰?guī)r>含白云質灰?guī)r的規(guī)律[4]，地層巖性是影響地下水中Sr 元素含量高低的主要因素[5]。

表1 研究區(qū)不同地層地下水中Sr 元素的含量及富Sr 地下水點數(shù)統(tǒng)計表

表2 研究區(qū)中不同地層巖石的Sr 元素含量統(tǒng)計表

研究區(qū)地下水中Sr 元素的含量在石炭系?二疊系馬平組（C2P1m）、三疊系馬腳嶺組（T1m）、三疊系北泗組第一段（T1b1）含水巖組中的變異系數(shù)Cv 分別為23.23 %、17.65 %、44.22 %，屬于中等變異（Cv＜0.1 時，屬于弱變異；0.1≤Cv＜1 時，屬于中等變異；Cv≥1 時，屬于強變異。下同），這說明這些地層中的地下水中的Sr 元素分布相對穩(wěn)定，而在三疊系羅樓組（T1l）含水巖組中的變異系數(shù)為154.92 %，屬于強變異，說明該地層中地下水中的Sr 元素含量在空間上分布不均。研究區(qū)的石炭系?二疊系馬平組（C2P1m）、三疊系羅樓組（T1l）、三疊系馬腳嶺組（T1m）、三疊系北泗組第一段（T1b1）地層巖石中的Sr 元素含量的變異系數(shù)Cv 分別為36.13 %、25.3 %、11.38 %、59.48 %，屬于中等變異，說明這些地層中Sr 元素分布相對穩(wěn)定。

3.2 研究區(qū)的碳酸鹽巖含水巖組的水文地質特征

（1）研究區(qū)出露的主要碳酸鹽巖有石炭系?二疊系馬平組（C2P1m）、三疊系羅樓組（T1l）、三疊系馬腳嶺組（T1m）、三疊系北泗組第一段（T1b1），其中石炭系?二疊系馬平組（C2P1m）、三疊系馬腳嶺組（T1m）、三疊系北泗組第一段（T1b1）主要巖性為灰?guī)r。地下水類型為碳酸鹽巖裂隙溶洞水，巖溶發(fā)育強烈，巖溶洼地、落水洞、地下河管道發(fā)育，地下水賦存于地下溶洞、管道中，構成溶洞?管道型含水系統(tǒng)，主要接受大氣降雨補給，大氣降雨通過落水洞注入式補給地下水，降雨入滲系數(shù)為0.28，地下水在管道中徑流，以地下河出口和巖溶大泉的形式排泄出地表，地下水徑流速度較快，水?巖作用時間較短。（2）研究區(qū)中碳酸鹽巖三疊系羅樓組（T1l）主要巖性為灰?guī)r夾泥巖。地下水類型為碳酸鹽巖夾碎屑巖溶洞裂隙水，巖溶發(fā)育較弱，地面未見巖溶洼地、落水洞、豎井等，含水介質以溶蝕裂隙為主，主要接受大氣降雨補給，大氣降雨以面狀分散入滲的形式補給地下水，無點狀集中注入式補給，降雨入滲系數(shù)為0.18，地下水徑流受含水介質和地形的制約，沿地勢由高往低在裂隙中徑流，以潛流的形式向地勢低洼的河（溝）谷排泄帶運移，以分散流或小泉的形式出露地表，地下水徑流速度較慢，水?巖作用時間較長。

賦存于巖石圈中的地下水在運移過程中不斷與圍巖發(fā)生各種化學反應，從而導致化學元素的遷移、聚集和分散[6]，地下水中的Sr 是巖石中Sr 元素溶濾而來。因此，溶濾時間的長短即地下水在巖石中停留時間的長短直接決定了地下水中Sr 含量的高低[7]，地下水在巖石中的徑流速度越慢，與含Sr 元素的圍巖接觸時間就越長，水?巖相互作用時間也越長，通過溶濾、水解等物理化學作用，那么地下水中Sr 元素的含量也就不斷增高。研究區(qū)三疊系羅樓組（T1l）含水巖組分布區(qū)的大氣降雨以面狀分散入滲的補給形式、較低的降雨入滲系數(shù)、較慢的地下水徑流速度，為該地層中富Sr 地下水的形成提供了水文地質基礎。

3.3 研究區(qū)地下水Sr 元素含量的空間分布特征

研究區(qū)25 個富Sr 取水點中，按排泄類型分為人工揭露機井和天然出露的下降泉，其中人工揭露機井9 個（含2 個鉆孔）、天然出露的下降泉16 個。研究小組對研究區(qū)不同排泄類型的富Sr 地下水點的Sr 元素含量統(tǒng)計（見表3）得知，9 個人工揭露機井中地下水Sr 元素含量的范圍為0.21～15.6 mg/L，平均含量為3.3 mg/L；16 個天然出露的下降泉中地下水Sr 元素的含量范圍為0.23～1.37 mg/L，平均含量為0.84 mg/L。人工揭露機井、天然出露的下降泉中地下水Sr元素平均含量分別是《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水》（GB8537?2018）的16.5 倍、4.2 倍，人工揭露機井地下水中的Sr 元素的平均含量遠高于下降泉的，是天然出露的下降泉中Sr 元素平均含量的3.93 倍。

表3 研究區(qū)不同排泄類型的富Sr 地下水點的Sr 元素含量統(tǒng)計表

根據(jù)研究小組統(tǒng)計，采樣深度<30 m 的4個人工揭露機井地下水Sr 元素的含量為0.21～0.24 mg/L，采樣深度30～60 m 的4 個人工揭露機井地下水Sr 元素的含量為1.67～5.45 mg/L，采樣深度>60 m 的1 個人工揭露機井地下水Sr元素含量為15.6 mg/L。這說明隨著深度的增加，地下水中Sr 元素的含量也隨之增大；9 個人工揭露機井中Sr 元素的含量的變異系數(shù)為142.97 %，屬于強變異，這表明了研究區(qū)地下水中Sr 元素的含量在垂向上分布不均。

本次采樣的16 個天然出露的下降泉，均屬于表層巖溶泉，水循環(huán)深度較淺，Sr 元素含量的變異系數(shù)Cv 為45.88 %，屬于中等變異，表明研究區(qū)天然出露的下降泉中Sr 元素的含量分布相對穩(wěn)定。

結合對人工揭露機井水樣采樣的深度、人工揭露機井及天然出露的下降泉的地下水中Sr元素含量變異系數(shù)的分析，研究小組認為，研究區(qū)的碳酸鹽巖地層地下水中Sr 元素含量在同一平面上分布相對穩(wěn)定，在垂向上隨著水循環(huán)深度的增加Sr 元素含量也相應增加，深部飽水帶地下水中的Sr 元素含量>表層巖溶帶下降泉中的Sr 元素含量。這是因為Sr 是活潑元素，無論是氧化還原還是酸堿環(huán)境對其溶解遷移均無較大影響。

4 結 語

廣西崇左市江州區(qū)碳酸鹽巖區(qū)的富Sr 地下水主要賦存于三疊系羅樓組（T1l）地層巖石中，地下水中Sr 元素的平均含量為2.194 mg/L，達《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水》（GB8537?2018）要求的10.97 倍，屬于高Sr 地下水；該地層巖石中Sr 元素的平均含量為2391.5mg/kg，是地殼Sr元素平均豐度的6.38倍，為研究區(qū)富Sr 地下水的形成提供了物質來源。同時，大氣降雨以面狀分散入滲的補給形式、較低的降雨入滲系數(shù)、較慢的地下水徑流速度，為該地層中的富Sr 地下水的形成提供了水文地質基礎；研究區(qū)地下水中Sr 元素的含量與地下水在巖石中的徑流途徑、水循環(huán)深度、溶濾時間相關，具有在同一平面上分布相對穩(wěn)定、垂向上分布差異性大的特征。研究小組尚未對研究區(qū)的鉆孔和取樣水點進行現(xiàn)場測溫，地下水中Sr 元素的含量與溫度的關系有待進一步研究。