黃健敏,彭玉懷,楊章賢,楊 波,胡海風(fēng),王義梅,趙曉玲

(1.安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心(安徽省地質(zhì)調(diào)查與環(huán)境監(jiān)測中心),安徽 合肥 230092;2.安徽省地質(zhì)調(diào)查院(安徽省地質(zhì)科學(xué)研究所),安徽 合肥 230001;3.安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站(安徽省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急技術(shù)指導(dǎo)中心),安徽 合肥 230001)

安徽省飲用天然礦泉水品種齊全,資源豐富,以往研究重點(diǎn)集中于礦泉水的形成條件和水質(zhì)特征上[1-10]。在礦泉水開發(fā)利用方面,閻如璲等[1]提出了保持開采狀態(tài)下水質(zhì)的穩(wěn)定性、進(jìn)行礦泉水允許開采總量評價、優(yōu)先勘查開發(fā)珍稀質(zhì)優(yōu)礦泉水等建議;孫鳳賢[11]提出了建立礦泉水飲料基地、發(fā)展多品種飲料礦泉水和尋找硒、鋰等珍稀類型礦泉水等設(shè)想;童顏[12]提出了完善礦泉水審批監(jiān)管、深入研究礦泉水形成機(jī)理、加強(qiáng)礦泉水水源地保護(hù)、杜絕過量開采等建議。總體上看,以往研究對于礦泉水開發(fā)利用的探討側(cè)重于管理層面的宏觀闡述,很少從礦泉水化學(xué)成分來源和作用機(jī)制、資源可持續(xù)利用條件、資源儲量評價方法等科學(xué)認(rèn)知層面系統(tǒng)分析制約礦泉水開發(fā)利用的深層次因素。

皖江城市帶飲用天然礦泉水井(泉)單井勘查評價時間跨度從20世紀(jì)80年代到現(xiàn)在,不同時期采用不同版本的國家標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù),有的井(泉)水質(zhì)不再符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn),而且總?cè)芙夤腆w(Total Dissolved Solids,TDS)的概念在勘查評價工作中常被錯誤理解為總?cè)芙恹}(Total Dissolved Salt),有的礦泉水井(泉)水質(zhì)數(shù)據(jù)在輾轉(zhuǎn)引用中出現(xiàn)差錯,造成錯誤理解。

本文依據(jù)《GB 8537—2018食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)——飲用天然礦泉水》[13],對皖江城市帶已勘查評價的飲用天然礦泉水井(泉)資料,根據(jù)原始勘查評價報告和水質(zhì)分析數(shù)據(jù)逐一復(fù)核,統(tǒng)計允許開采量和現(xiàn)狀開采量。結(jié)合礦泉水的資源稟賦、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護(hù)需求,深入分析礦泉水資源開發(fā)利用存在的主要問題,提出相應(yīng)的對策建議。該研究結(jié)果對于深化礦泉水勘查開發(fā)工作、優(yōu)化礦泉水勘查開發(fā)布局、提高礦泉水資源開發(fā)利用水平、將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢具有重要的指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

1.第四系;2.新近系;3.古近系;4.白堊系;5.上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng);6.上侏羅統(tǒng);7.中—下侏羅統(tǒng)并層;8.三疊系;9.上古生界(泥盆系、石炭系、二疊系并層);10.志留系;11.奧陶系;12.寒武系;13.震旦系;14.南華系、震旦系并層;15.新元古界—下古生界;16.青白口系;17.新元古界;18.中元古界—新元古界;19.中元古界;20.古元古界—中元古界;21.新太古界—古元古界; 22.喜馬拉雅期基性巖;23.喜馬拉雅期超基性巖;24.燕山晚期酸性巖;25.燕山早期酸性巖;26.燕山晚期閃長巖類;27.燕山早期閃長巖類;28.燕山晚期正長巖類;29.燕山晚期基性巖;30.新元古代酸性巖;31.新元古代閃長巖類;32.中元古代基性巖;33.時代不明超基性巖;34.地質(zhì)界線;35.斷層;36.構(gòu)造單元分界線;37.華北陸塊;38.大別造山帶;39.揚(yáng)子陸塊;40.面狀水系;41.河流;42.市;43.縣;44.礦泉水井(泉)圖1 皖江城市帶地質(zhì)概況及飲用天然礦泉水井(泉)分布圖Fig. 1 Geology and distribution of drinking natural mineral water wells (springs) of the Anhui urban belt along the Yangtze River

該區(qū)礦泉水類型分別是偏硅酸型、偏硅酸鍶型、偏硅酸鍶鋰型、鍶型、鍶鋅型和碳酸偏硅酸鍶型,在孔隙、孔隙裂隙、孔洞裂隙、裂隙、裂隙巖溶5種含水介質(zhì)中均有發(fā)育[15]。其中,賦存于孔隙中的礦泉水10處,分布于揚(yáng)子陸塊下?lián)P子被動陸緣沿江平原,含水巖系為新近紀(jì)中新世和第四紀(jì)更新世砂礫石層,礦泉水類型主要為偏硅酸型、偏硅酸鍶型,兼有碳酸偏硅酸鍶型;賦存于孔隙裂隙中的礦泉水21處,分布于華北陸塊霍邱—蚌埠隆起霍邱斷隆和揚(yáng)子陸塊下?lián)P子被動陸緣,含水巖系為白堊紀(jì)、古近紀(jì)紅層,礦泉水類型主要為偏硅酸鍶型;賦存于孔洞裂隙中的礦泉水4處,分布于揚(yáng)子陸塊下?lián)P子被動陸緣皖東地區(qū),含水巖系為喜山期玄武巖,礦泉水類型主要為偏硅酸鍶型;賦存于裂隙中的礦泉水22處,華北陸塊、大別造山帶、揚(yáng)子陸塊均有分布,含水巖系為晉寧期和燕山期中酸性侵入巖、古生代和中生代碎屑巖、白堊紀(jì)火山碎屑巖、新太古代—古元古代變質(zhì)巖,礦泉水類型以偏硅酸型為主;賦存于裂隙巖溶中的礦泉水15處,分布于華北陸塊和揚(yáng)子陸塊,含水巖系為古生代、中生代碳酸鹽巖和新太古代—古元古代大理巖,礦泉水類型以鍶型為主[15]。

2 礦泉水允許開采量

2.1 已勘查評價礦泉水井(泉)允許開采量

截至2019年,皖江城市帶已勘查評價的礦泉水井(泉)共計76個,其中符合《GB 8537—2018食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)——飲用天然礦泉水》[13]要求的礦泉水井(泉)72個,允許開采量總計24 207.71 m3/d(表1)[15]。偏硅酸鍶型、鍶型、偏硅酸型礦泉水資源最豐富,允許開采量分別為7 196.66 m3/d、6 297.79 m3/d、5 795.26 m3/d;碳酸偏硅酸鍶型礦泉水資源也較豐富,允許開采量達(dá)3 868 m3/d;偏硅酸鍶鋰型和鍶鋅型礦泉水資源較少。

表1 皖江城市帶已勘查評價礦泉水井(泉)飲用天然礦泉水允許開采量統(tǒng)計結(jié)果Table 1 Statistics of allowable mining yield of drinking natural mineral water of the Anhui urban belt along the Yangtze River

偏硅酸鍶型礦泉水資源以合肥市、滁州市、蕪湖市較豐富,允許開采量分別為2 787 m3/d、2 453.66 m3/d、1 040 m3/d;鍶型礦泉水資源以馬鞍山市、合肥市較豐富,允許開采量分別為3 070 m3/d、1 495.79 m3/d;偏硅酸型礦泉水資源以滁州市、六安市較豐富,允許開采量分別為2 234 m3/d、1 600 m3/d;碳酸偏硅酸鍶型礦泉水資源集中分布在滁州市和蕪湖市,其中滁州市碳酸偏硅酸鍶型礦泉水允許開采量達(dá)3 168 m3/d。

2.2 礦泉水井(泉)保存情況及現(xiàn)存井(泉)允許開采量

由于城市建設(shè)和維護(hù)不力等原因,皖江城市帶72個礦泉水井(泉)中,28個礦泉水井(泉)已損毀滅失,允許開采量為6 667.26 m3/d?，F(xiàn)存礦泉水井(泉)44個,保存率61.1%,其中狀態(tài)良好的19個,狀態(tài)一般的25個(表2),允許開采量為17 540.45 m3/d(表3)[15]。

表2 皖江城市帶飲用天然礦泉水井(泉)現(xiàn)狀統(tǒng)計結(jié)果Table 2 Statistics of drinking natural mineral water wells (springs) of the Anhui urban belt along the Yangtze River

表3 皖江城市帶現(xiàn)存與損毀滅失井(泉)飲用天然礦泉水允許開采量統(tǒng)計結(jié)果Table 3 Statistics of allowable mining capacity of drinking natural mineral water from existing and damaged wells (springs) of the Anhui urban belt along the Yangtze River

3 礦泉水開發(fā)利用現(xiàn)狀

3.1 礦泉水開發(fā)利用方式

皖江城市帶實(shí)際開發(fā)利用的礦泉水井(泉)只有20個,允許開采量1 306.39 m3/d,僅占現(xiàn)存井(泉)允許開采量的7.45%。礦泉水開采用于生產(chǎn)飲料、釀酒、生活用水、溫泉洗浴,以生活用水和生產(chǎn)飲料為主(表4)[15]。

表4 皖江城市帶飲用天然礦泉水開發(fā)利用統(tǒng)計表Table 4 Development and utilization of natural mineral water for drinking of the Anhui urban belt along the Yangtze River

3.2 各城市礦泉水開發(fā)利用狀況

飲用天然礦泉水開發(fā)利用集中于滁州市和六安市,兩市開采量占總開采量的89.22%,各市均有大量礦泉水資源閑置(表5)[15]。

表5 皖江城市帶飲用天然礦泉水現(xiàn)狀開采量統(tǒng)計表(按城市統(tǒng)計)Table 5 Current mining natural mineral water of the Anhui urban belt along the Yangtze River (per city)

3.3 各類型礦泉水開發(fā)利用狀況

皖江城市帶現(xiàn)狀開采的礦泉水類型為偏硅酸型、偏硅酸鍶型、鍶型。鍶鋅型,特別是碳酸偏硅酸鍶型、偏硅酸鍶鋰型礦泉水資源較可觀,均未有效開發(fā)利用(表6)[15]。

表6 皖江城市帶飲用天然礦泉水現(xiàn)狀開采量統(tǒng)計表(按礦泉水類型統(tǒng)計)Table 6 Current mining natural mineral water of the Anhui urban belt along the Yangtze River (per mineral water type)

4 礦泉水開發(fā)利用存在的主要問題

4.1 資源大量閑置與供給不足并存,資源潛力未能轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)效益

皖江城市帶飲用天然礦泉水開發(fā)利用程度很低,資源大量閑置。同時,一些企業(yè)的資源需求得不到供給。例如,黃山區(qū)某礦泉水廠通過向天然偏硅酸型礦泉水灌注人工合成CO2的方法生產(chǎn)高檔氣泡礦泉水,經(jīng)濟(jì)效益顯著,后來CO2供應(yīng)商不再供貨而被迫停產(chǎn)這一品種。另一方面,勘查評價結(jié)果表明,滁州市天長地區(qū)有儲量較豐富的天然碳酸偏硅酸鍶型礦泉水,但以前部分開采用于啤酒生產(chǎn)和城市生活供水,近十幾年已經(jīng)禁采。天然碳酸型礦泉水在飲用水市場上屬于高端產(chǎn)品,含CO2的天然碳酸型礦泉水對腸胃系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)疾病和高血壓、冠心病等均有一定療效,遠(yuǎn)優(yōu)于人工灌注CO2生產(chǎn)、沒有醫(yī)療保健作用的汽水。由于資源供給與需求不能有效配置,導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)資源無法創(chuàng)造效益。

4.2 優(yōu)質(zhì)低用,造成資源浪費(fèi)

皖江城市帶飲用天然礦泉水資源開發(fā)利用大多為生活用水、生產(chǎn)飲料、釀酒和洗浴,其中生活用水和洗浴占64%。礦泉水是一種含有一定量礦物質(zhì)(特別是有益的微量元素)和氣體成分的地下水,具有醫(yī)療保健作用,而可供飲用的普通地下水,其礦物質(zhì)和氣體成分含量低,沒有明顯的醫(yī)療保健效果。將飲用天然礦泉水作為普通地下水用于生活用水和洗浴,沒有充分利用其獨(dú)特功效,經(jīng)濟(jì)價值也沒有充分體現(xiàn),是一種資源浪費(fèi)。

4.3 礦泉水井(泉)缺乏保護(hù),毀損嚴(yán)重,水源地衛(wèi)生防護(hù)存在漏洞

由于缺乏保護(hù),皖江城市帶飲用天然礦泉水井(泉)在城市建設(shè)過程中損毀率高達(dá)27.5%,涉及允許開采量達(dá)6 667.26 m3/d,如天長地區(qū)2處碳酸偏硅酸鍶型礦泉水井已毀損。

2017年完成的“安徽省飲用天然礦泉水調(diào)查評價”項(xiàng)目實(shí)測數(shù)據(jù)表明,部分礦泉水水源硝酸鹽、大腸菌群、糞鏈球菌、銅綠假單胞菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌等均有不同程度的超標(biāo),表明礦泉水水源地保護(hù)存在漏洞,衛(wèi)生狀況堪憂。

4.4 礦泉水化學(xué)成分來源和作用機(jī)制缺乏深入分析,開發(fā)利用科學(xué)依據(jù)不足

(1)對于飲用天然礦泉水中Sr、CO2來源缺乏明確認(rèn)識。大部分勘查評價報告在分析Sr來源時羅列了所有的可能性,但對其主導(dǎo)的水化學(xué)過程未作準(zhǔn)確判斷。

(2)飲用天然礦泉水應(yīng)是來自地下深處的地下水,但大部分勘查評價報告中對礦泉水是否存在深循環(huán)未提供有力的證據(jù)。1987年版飲用天然礦泉水國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 8537—87)對H2SiO3含量25～30 mg/L和Sr含量0.2～0.4 mg/L的礦泉水規(guī)定了其溫度和年齡(水溫達(dá)20°C或氚同位素年齡超過10年),之后的GB 8537—1995、GB 8537—2008、GB 8537—2018標(biāo)準(zhǔn)不再有年齡規(guī)定,只有溫度要求。但無論是年齡要求還是溫度要求,實(shí)際上應(yīng)當(dāng)都是要求地下水深循環(huán)[13,16-18]。

(3)礦泉水水質(zhì)數(shù)據(jù)未作系統(tǒng)分析,沒有充分挖掘有意義的信息。例如,有2個礦泉水淺井,TDS較低而Cl-含量較高,這一反常現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是礦泉水可能受污染的標(biāo)志,應(yīng)結(jié)合水井的具體環(huán)境作進(jìn)一步查證和分析,但勘查評價報告均忽視了這一現(xiàn)象,未作查證和分析。查閱勘查評價報告發(fā)現(xiàn),Cl-含量異常的2個淺井,一個在居民區(qū),一個在工廠,遭受Cl-污染的可能性較大。

(4)大部分礦泉水勘查評價未作δ2H、δ18O、14C等環(huán)境同位素測試,對礦泉水形成條件和水化學(xué)作用機(jī)制無法作深入分析,對礦泉水資源屬性難以作出明確判斷,不能為資源評價選擇合適的方法提供準(zhǔn)確依據(jù)[19]。皖江城市帶72個礦泉水井(泉),有3H測試數(shù)據(jù)的占40%,有δ2H、δ18O測試數(shù)據(jù)的只有6個,而有14C測試數(shù)據(jù)的只有1個。

(5)沒有根據(jù)資源屬性選擇合適的允許開采量計算方法。礦泉水勘查評價報告中計算允許開采量的基本方法是:① 泉,以枯季流量作為允許開采量,枯季流量采用實(shí)測值或采用布西涅斯克方程計算;② 井,依據(jù)穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)結(jié)果,采用裘布衣公式[20-22]計算。裘布衣公式有嚴(yán)格的適用前提,必須具備形成穩(wěn)定流的水文地質(zhì)條件[23-24],但很多情形并不具備這樣的條件,古水尤其如此[19,25]。賦存于深部孔隙含水層和孔隙裂隙含水層等封閉系統(tǒng)中的礦泉水,不能接受現(xiàn)代大氣降水補(bǔ)給,開采主要消耗歷史時期形成的儲存資源,不能形成穩(wěn)定流[25]。薛禹群[23]、陳崇希[24]均指出,對于沒有補(bǔ)給的含水層,利用穩(wěn)定流公式計算允許開采量會得出錯誤的結(jié)論。

5 礦泉水開發(fā)利用對策建議

5.1 促進(jìn)礦泉水有序開發(fā)利用,加強(qiáng)礦泉水水源地保護(hù)

(1)自然資源管理部門加強(qiáng)政策引導(dǎo),采用多種信息渠道及時向社會特別是相關(guān)企業(yè)公開礦泉水勘查評價結(jié)果,避免資源大量閑置與資源供給不足同時存在。

(2)引導(dǎo)礦泉水優(yōu)質(zhì)優(yōu)用,充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)資源的經(jīng)濟(jì)社會效益,盡可能避免將礦泉水作為普通地下水開采利用。

(3)保護(hù)好礦泉水井(泉),制定、落實(shí)保護(hù)措施,制作標(biāo)志標(biāo)牌,注明礦泉水基本信息、權(quán)屬和保護(hù)責(zé)任單位,避免其進(jìn)一步遭到毀損。

(4)按照規(guī)范要求,做好礦泉水水源地衛(wèi)生防護(hù)。淺井存在污染隱患,今后不應(yīng)再批準(zhǔn)淺井礦泉水勘查評價,已勘查評價的淺井礦泉水也不應(yīng)再作為礦泉水來進(jìn)行開發(fā)利用。

5.2 重視礦泉水勘查評價中的綜合研究,深化礦泉水化學(xué)成分來源和作用機(jī)制的認(rèn)識

(1)礦泉水勘查評價應(yīng)作δ2H、δ18O、14C等環(huán)境同位素測試,并對環(huán)境同位素、化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行深入分析,為判斷地下水循環(huán)條件、形成年齡和資源屬性提供依據(jù)[19,25-26]。全新世形成的現(xiàn)代水和次現(xiàn)代水,資源更新能力好,具備可持續(xù)利用的條件,但應(yīng)注意其是否滿足飲用天然礦泉水深循環(huán)這一必需條件以及是否容易遭受污染等問題。更新世形成的古水,基本不具備資源更新能力,應(yīng)當(dāng)更加關(guān)注其可持續(xù)利用條件[19,25]。

(2)對碳酸偏硅酸鍶型、鍶鋅型、偏硅酸鋰型礦泉水進(jìn)行專門調(diào)查評價,查明其賦存層位、形成條件和水化學(xué)作用機(jī)制,為其開發(fā)利用和保護(hù)提供堅實(shí)支撐。

5.3 科學(xué)規(guī)劃礦泉水勘查評價和開發(fā)利用布局,重點(diǎn)開展天長地區(qū)碳酸偏硅酸鍶型礦泉水、大別山區(qū)礦泉水勘查開發(fā),助力沿江地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和大別山區(qū)鄉(xiāng)村振興

(1)基于皖江城市帶礦泉水的資源稟賦和特點(diǎn),以市場需求為導(dǎo)向,科學(xué)規(guī)劃礦泉水勘查評價和開發(fā)利用布局,引領(lǐng)勘查開發(fā)方向,實(shí)現(xiàn)資源高效配置。

(2)天長地區(qū)新近紀(jì)中新世洞玄觀組砂礫石層具有形成碳酸偏硅酸鍶型礦泉水的地質(zhì)背景[15],已勘查評價2處碳酸型礦泉水。碳酸型礦泉水屬于珍稀品類,市場前景良好,但天長地區(qū)未進(jìn)行過系統(tǒng)勘查,碳酸偏硅酸鍶型礦泉水分布賦存狀況、資源屬性和儲量均不清楚。建議開展專項(xiàng)勘查,促進(jìn)開發(fā)利用,將資源潛力轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)社會效益,助力沿江地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,支撐長江經(jīng)濟(jì)帶“共抓大保護(hù)、不搞大開發(fā)”戰(zhàn)略的實(shí)施。

(3)大別山區(qū)是國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)和長江、淮河流域重要的生態(tài)安全屏障,自然環(huán)境優(yōu)越,廣泛分布的變質(zhì)巖和侵入巖有利于形成偏硅酸型礦泉水,嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施使礦泉水基本保持了天然優(yōu)質(zhì)狀態(tài)。建議開展大別山區(qū)礦泉水專項(xiàng)勘查評價,提交一批礦泉水水源地,形成具有相當(dāng)規(guī)模的礦泉水產(chǎn)業(yè),助力革命老區(qū)鄉(xiāng)村振興,探索生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)在嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境保護(hù)約束下發(fā)展經(jīng)濟(jì)的新路徑。

6 結(jié)論

(1)皖江城市帶已經(jīng)發(fā)現(xiàn)飲用天然礦泉水6種,分別是偏硅酸型、偏硅酸鍶型、偏硅酸鍶鋰型、鍶型、鍶鋅型、碳酸偏硅酸鍶型,在孔隙、孔隙裂隙、孔洞裂隙、裂隙、裂隙巖溶5種含水介質(zhì)中均有發(fā)育?，F(xiàn)存井(泉)允許開采量17 540.45 m3/d,現(xiàn)狀開采量1 306.39 m3/d,僅占現(xiàn)存井(泉)允許開采量的7.45%,資源大量閑置。

(2)礦泉水開發(fā)利用除存在資源閑置和資源不足并存、資源優(yōu)質(zhì)低用、水源保護(hù)不力等問題外,深層次的開發(fā)、利用基礎(chǔ)依據(jù)不堅實(shí)等問題尤為突出,主要包括礦泉水化學(xué)成分來源和作用機(jī)制認(rèn)識不深入、資源可持續(xù)利用條件不清楚、資源儲量評價方法不合理等。

(3)建議加強(qiáng)政策引導(dǎo),公開礦泉水勘查評價成果,加強(qiáng)礦泉水水源地保護(hù),優(yōu)化礦泉水資源配置;著力深化礦泉水化學(xué)成分來源和作用機(jī)制的認(rèn)識,正確認(rèn)識資源屬性,合理評價資源儲量,為開發(fā)利用提供堅實(shí)的基礎(chǔ)依據(jù);科學(xué)規(guī)劃礦泉水勘查開發(fā)布局,重點(diǎn)開展天長地區(qū)碳酸偏硅酸鍶型礦泉水、大別山區(qū)礦泉水勘查開發(fā),助力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和鄉(xiāng)村振興。