吉林长白山饮用天然矿泉水形成条件与资源保护.doc

吉林长白山饮用天然矿泉水形成条件与资源保护赵清华, 谭文清, 孙春( 吉林省地质环境监测总站, 吉林 长春 130021) 摘 要 本文在介绍长白山饮用天然矿泉水资源特点及分布规律的基础上, 分析了矿泉水的形成条件, 并据此提出了保护好长白山自然生态环境, 防止生态环境遭受破坏和水体污染, 是保护长白山饮用天然矿泉水资源的关键因素,考价值。 关键词 饮用天然矿泉水; 形成条件;对长白山天然矿泉水产业基地建设和资源保护具有参资源保护 文章编号 100122427 (2005) 042064207 中图分类号 P 968 文献标识码 A长白山是世界新生代火山活动最为强烈的地区之一。 挽近期火山活动形成的地球化学环境为矿泉水的形成奠定了物质基础, 独特的地质构造条件为矿泉水的赋存与运移提供了 良好的空间通道, 丰沛的降水为矿泉水的形成提供了水源补给保障, 茂盛的植被提供了良好的水源涵养条件, 无污染的原始生态环境确保了矿泉水的优良水质。 因此, 长白山饮用天然矿泉水资源十分丰富, 水质优良。 本文仅以长白山玄武岩台原区为背景, 对长白山饮 用天然矿泉水的形成条件与资源保护进行分析探讨。自然环境与地质背景1111 自然环境长白山玄武岩台原位于吉林省东部, 是长白山核心地区, 行政区划隶属于白山市和延 边朝鲜族自治州。 东部与朝鲜接壤。境内地势总的特点是中部高, 四周低,天鹅峰山脊呈北北东走向, 山势重峦起伏,海拔高程一般为 1 200 700m 。长白山天池望雄伟壮观。主峰白云峰海拔 2 691m ,望天鹅峰海拔 2 051m 。受新生代火山活动影响, 形成了以长白山天池和望天鹅峰火山锥体为中心, 向四周呈阶梯状降低的玄武岩台原, 台原面宽缓而平展。 本区属大陆性季风气候。地势对气候影响很大, 每升高 100m , 气温降低 015 016,降水量增加 2019mm 。由山底的台原边缘至山顶可划分出中温带、寒温带和高山亚寒带。年平均气温 215 - 713, 多年平均降水量 680 1 330mm 。 全年盛行西风。 长白山是三江之源。 松花江、 鸭绿江和图们江均发源于此, 水系呈放射状展布。 水能资源丰富。长白山植被类型复杂, 垂直分带明显。 自下而上可划分出红松阔叶混交林带、 云冷杉 针叶林带、高山岳桦林带和高山苔原带。植被覆盖率在 80% 以上, 长白山自然保护区内达90% 以上。 动植物资源丰富。112地质背景长白山位于天山- 阴山纬向构造带与新华夏系第二隆起带的交汇部位, 属中朝准地台 收稿日期 作者简介 2005208229; 修订日期 2005209228赵清华 (1956- ) , 男, 吉林松原人, 吉林省地质环境监测总站总工程师.辽东台隆区。 次级构造单元划分除西北边缘地处铁岭靖宇台拱区外, 全区大部分位于太子河浑江陷褶断束内。 受新生代火山活动影响, 台原区大部被新生代火山岩覆盖, 中生 代以前的地层仅分布在台原边缘, 台原上仅有零星出露。太古宙古老的变质岩系构成区域基底, 岩性由混合岩、混合花岗岩、片麻岩、麻粒岩、片岩、 斜长角闪岩、 磁铁石英岩、 变粒岩等组成; 古元古界、 中元古界组成岩性为混合岩化浅粒岩、 变粒岩、 斜长角闪岩、 大理岩、 片岩、 石英岩和千枚岩等变质岩类; 新元古界 为碎屑岩- 碳酸盐岩建造, 岩性特征为石英砂岩、 页岩、 灰岩、 泥灰岩、 白云岩夹硅质岩 类; 下古生界仅分布有寒武系和下奥陶系, 为碎屑岩- 碳酸盐岩建造, 由一套杂色页岩、砂 岩和灰岩组成; 上古生界零星分布有中、 上石炭系和二叠系, 为碎屑岩含煤建造, 岩性为 杂色砂岩、 页岩夹铝土矿和煤层; 中生代广泛形成火山断陷盆地, 沉积了一套火山岩、 碎 屑岩及含煤岩系, 由砾岩、 砂岩、 页岩夹煤层、 中- 中基性熔岩、 熔岩角砾岩、 熔岩集块 岩、 凝灰岩、 凝灰质砂岩、 安山岩、 安山角砾岩和泥灰岩等组成。新生代以来, 受太平洋板块向西俯冲的影响, 区内地壳运动渐趋活跃, 老的断裂构造被复活, 并形成了一系列新的北东、北西和近东西向排列的网格状断裂带, 岩浆活动频繁。到了第四纪早期, 伴随着地壳运动的加剧, 地壳深处的硅镁质岩浆开始沿断裂带大面积溢出, 堆积的军舰山期玄武岩几乎覆盖了全区, 形成了长白山熔岩台原。 至全新世时期, 历经多次火山活动, 于玄武岩台原上先后叠置堆积了多期火山岩, 岩性特征主要为粗面岩类、碱流质浮岩类及含角砾火山灰。长白山区域构造格架基本由北东向与北西向断裂网构成, 次为东西向、 南北向及北东 东向断裂。 从火山口展布特征可以看出, 控制新生代火山活动主要是北东向、 北西向和东西向断裂构成的网格状断裂 (见图 1)。 长白山玄武岩台原地下水的赋存与循环主要受地质地貌条件控制, 玄武岩类孔洞裂隙水多以天然大泉的形式沿北东、北西和东西向断裂带出露, 泉流量一般 10L S, 最大可达100L S 以上, 资源丰富。水化学类型以重碳酸镁钙型为主, 矿化度一般 013gL , 个别地段为重碳酸钙钠型水,矿化度 013 016g L 。水中偏硅酸含量较高,在地质环境有利地段,其含量达到了 GB 85371995饮用天然矿泉水界限标准,优良。形成了饮用天然矿泉水, 水质矿泉水形成条件2211 矿泉水资源分布特征长白山玄武岩台原区饮用天然矿泉水资源自 20 世纪 80 年代中期开始勘查开发。 到目 前为止, 基本完成了天然矿泉水资源调查工作, 初步查明了饮用天然矿泉水类型、 分布规 律及资源特点, 为吉林省各级人民政府制定长白山天然矿泉水产业基地建设及资源保护规 划提供了科学依据。饮用天然矿泉水是在特定的地质环境背景条件下, 地下水在循环过程中, 不断溶解含水介质中的有益矿物组分和微量元素, 并在水中富集而形成的液体矿产。 长白山玄武岩台 原区特殊的地层岩石条件和独特的火山地质构造环境为矿泉水的形成、 赋存与运移创造了 良好的地质条件。 因此, 赋存着类型多样、 资源丰富、 水质优良的矿泉水资源。 在已发现图 1 长白山新生代断裂分布图F ig11 D istr ibut ion of Cen ozo ic faults in Chan gba iM oun ta in11 第四系粘土、砂; 21 冰场期碎屑流; 31 广坪期玄武岩; 41 白头山期粗面岩; 51 老虎洞期玄武岩; 61双峰期玄武岩; 71 白山期玄武岩; 81 图们江期玄武岩; 91 军舰山期玄武岩; 101 头西期安粗岩; 111 泉 阳期玄武岩; 121 红头山期玄武岩; 111 望天鹅期玄武岩; 141 长白期玄武岩; 151 奶头山期玄武岩; 161 甑 峰山期玄武岩; 171 中新统; 181 白垩系; 191 侏罗系; 201 三迭系; 211 二迭系; 221 寒武系; 231 震 旦系; 241 元古宇; 251 太古宇; 261 燕山期花岗岩; 271 印支期花岗岩; 281 五台期花岗岩; 291 网状 断裂、 遥感解译断裂; 301 火山口高矿化度碳酸、 偏硅酸、 锂、 锶复合型矿泉水。长白山玄武岩台原区低矿化度偏硅酸型矿泉水资源最为丰富, 全区共发现流量大于200m 3 d 的矿泉点约 100 处, 总流量达 24104m 3 d , 占全省已探明储量的 57% , 其中在抚 松漫江、泉阳、露水河和安图二道白河等地分布的流量大于 10 000m 3 d 的特大型矿泉群有6 处, 泉群总流量达 12196104m 3 d, 占全省已探明储量的 30186% 。低矿化度偏硅酸、锂、锶复合型稀有矿泉水分布在长白朝鲜族自治县十八道沟, 允许开采量 100m 3 d, 资源独特。高矿化度碳酸、 偏硅酸、 锂、 锶复合型矿泉水分布在抚松碱场沟、 松山和安图二道白河等地,共发现流量大于 50m 3 d 的矿泉点 6 处, 天然总流量 2 700m 3 d ,其中抚松碱场沟矿泉和安图大池矿泉允许开采量分别为 1 816m 3 d 和 544m 3 d,均属大型高矿化度碳酸、 偏硅酸、 锂、 锶复合型矿泉水(见图 2)。图 2 长白山饮用天然矿泉水主要水源分布图F ig12 D istr ibut ion of na tura l m in era l dr in k in g wa ter re source s in Cahn gba iM oun ta in11 泉 (井) 流量小于 100 (m 3 d) ; 21 泉 (井) 流量 100 1 000 (m 3 d) ; 31 泉 (井) 流量 1 000 10000 (m 3 d) ; 41 井 (泉) 流量大于 10 000 (m 3 d) ; 51 偏硅酸型矿泉水; 61 特殊类型矿泉水 (CO 2、偏 硅酸、 锶、 锂、 矿化度) ; 71 泉; 81 井; 91 长白山自然保护区界线; 101 长白山玄武岩台原界钱212矿泉水形成条件分析长白山饮用天然矿泉水的形成主要受长白山独特的地质地貌条件控制和自然生态环境 影响。(1) 长白山挽近期火山活动形成的地球化学环境为矿泉水的形成奠定了物质基础长白山新生代火山活动强烈, 火山岩广布。 岩性以致密块状橄榄玄武岩、 气孔状玄武 岩、粗面岩、粗面安山岩和碱流质浮岩类为主。玄武岩中非晶质 S iO 2 丰度较高, 达 45136% 55110% , 而粗面岩、粗面安山岩和碱流质浮岩类 S iO 2 丰度则高达 55125% 73167% 。遇地下水后, 岩石中部分非晶质 S iO 2 组分发生溶解, 以偏硅酸的形式存在并富集于水中。当地下水中偏硅酸含量达到或超过 GB 85371995饮用天然矿泉水界限标准, 其感官要求、矿泉水。本区在新生界玄武岩盖层下广泛分布有碳酸盐岩类和碎屑岩类等老地层。 受新生代火 山活动影响, 部分地下水沿深大断裂下渗并参与深循环, 在高温、 高压等物理化学条件作用下, 部分碳酸盐岩类发生水解, 形成重碳酸根离子和钙、镁离子,并析出游离 CO 2 ,同时在径流过程中不断溶解碎屑岩类中非晶质 S iO 2、锂、锶等矿物组分, 使之在地下水中富集,最终形成高矿化度碳酸、 偏硅酸、 锂、 锶复合型或低矿化度偏硅酸、 锂、 锶复合型稀有矿 泉水。(2) 独特的地质构造与地貌环境为矿泉水的赋存与运移提供了良好的空间通道及水动 力条件新生代以来, 受太平洋板块向西俯冲影响, 在复活老的断裂构造基础上, 形成了一系列新的北西、 北东和东西向排裂的网格状断裂带。 地壳深处的岩浆多沿网格状断裂的交汇部位上升并喷出地表, 形成火山。在多期次火山活动影响下, 促使区内断裂构造更加发育。受后期火山活动影响, 早期岩浆喷出地表后在流动过程中, 由于温度和压力降低, 岩浆冷凝收缩及气体溢出形成大量的原生孔洞裂隙, 受后期构造裂隙的改造, 形成了极其发育的孔洞裂隙网络, 构成了地下水赋存与运移的良好空间通道, 并为地下水与富含非晶质 S iO 2、锂、 锶和碳酸钙、 镁等矿物质的含水介质充分接触及溶滤、 水解创造了条件。 在白头山火山锥体附近, 降水渗入地下后, 不断溶解含水介质中的非晶质 S iO 2 , 使之在地下水中以偏 硅酸的形式逐渐富集, 并沿断裂带向地势较低的方向运移。 在运移过程中, 持续的溶滤作 用和沿途不断接纳补充新的富含偏硅酸水体, 最后形成资源丰富的偏硅酸型矿泉水。 地下 水在渗入径流过程中, 部分水体沿深大断裂带继续下渗, 参与深部循环, 遇碳酸盐岩类和碎屑岩类含水介质后, 在高温高压条件下, 促使碳酸盐岩类发生化学反应, 部分矿物质水解成重碳酸根离子和钙离子,并析出游离 CO 2 , 同时溶解了碎屑岩中非晶质 S iO 2、锂、锶等矿物组分, 最终形成高矿化度碳酸、 偏硅酸、 锂、 锶复合型或低矿化度偏硅酸、 锂、 锶复合型稀有矿泉水。抚松县锦江泉、泉阳泉、马鞍山泉、松山泉、安图县百涌泉、和平泉、光明泉等著名的矿泉群均沿北东或北西向断裂构造带展布。(3) 丰沛的降水资源为矿泉水的形成提供了水源补给保障长白山区降水丰沛, 降水量达 680 1 330mm a。丰沛的降水渗入地下后, 为矿泉水的 形成提供了水源补给保障。因此, 矿泉水资源极其丰富, 多以泉群的形式出露, 流量稳定, 为长白山饮用天然矿泉水资源的可持续开发奠定了坚实的基础。(4) 茂盛的植被提供了良好的水源涵养条件长白山地区植被发育, 生态环境优良, 植被覆盖率达 80% 以上, 长白山自然保护区内 高达 90% 以上。茂盛的植被对大气降水产生的地表径流起到了迟滞作用。一方面避免或减 少了水土流失现象的发生, 另一方面减缓地表水径流速度, 减弱了径流强度, 增大了地下 水渗入补给量, 并延长了地下水补给周期, 减小了地下水季节性变化幅度, 从而为矿泉水 资源的形成及合理开发利用创造了良好的水源补给条件。(5) 无污染的原始生态环境确保了矿泉水的优良水质 长白山核心区为长白山自然保护区, 基本保持着原始生态环境。 其周边林区自实施“天保工程”后, 对林木资源施行有计划间伐, 从而有效保护了自然生态环境。核心区内无 居民点和工业企业, 仅在边缘地带有小城镇和少量居民点分布, 农业用地很少, 人类工程活动较弱, 从而确保了矿泉水资源未遭受任何污染破坏, 为长白山饮用天然矿泉水资源保护和产业基地建设奠定了坚实的基础。矿泉水资源保护长白山饮用天然矿泉水资源主要受矿泉水的形成条件控制。在特定的地质地貌条件下, 影响矿泉水资源分布及水质变化的主要因素是生态环境。 因此, 保护好长白山区植被, 迁 出或限制对生态环境影响大的排污企业和居民点, 进一步改善生态环境, 对保护长白山区 饮用天然矿泉水资源意义重大。(1) 完善保护区建设为确保长白山饮用天然矿泉水资源的永续利用, 促进地方经济持续快速发展, 本着 “在保护中开发, 在开发中保护”的原则, 应根据长白山饮用天然矿泉水资源的分布特点,结合矿泉水的循环补给条件及形成机制, 划定天然矿泉水水源保护区, 设立专门机构, 负责保护区的建设保护和管理工作。 保护区功能分区宜按三级划分, 即核心保护区、 准保护 区和开发监察区。核心保护区为长白山自然保护区及其外围的矿泉群水源补给区, 本功能区主要防护要求是保护好森林植被, 将已有的居民分期迁出, 实施退耕还林计划, 禁止毁林开荒, 林木 资源采伐施行有计划间伐并有更新措施, 禁止堆放或排放工业及居民生活垃圾和污水: 准 保护区为核心保护区与开发监察区之间的矿泉群水源补给一径流区, 本功能区主要防护要 求是禁止堆放或排放工业及城镇居民生活垃圾和污水, 已有的垃圾要限期清理运出, 禁止 使用未经净化的污水灌溉农田, 严格控制破坏水文地质结构的人类工程活动, 保护好森林 植被; 开发监察区为矿泉群出露区, 即矿泉水排泄区, 本功能区应参照执行 GB 85371995饮用天然矿泉水水源卫生防护要求中严格保护区和限制区防护要求进行防护, 同时要求 在资源开发时, 严禁扩泉成井、 使用水泵大降深提水, 以免引起水源地周围矿泉水循环条 件的改变而破坏矿泉水资源。(2) 加强管理措施, 发挥舆论宣传监督作用长白山饮用天然矿泉水资源独特, 一但遭受污染破坏, 则很难恢复, 因此, 各级人民 政府应加强领导, 狠抓各项措施的落实, 对有关重大事项进行深入研究, 统一部署, 综合 决策, 严格执法。采取多种有效形式, 开展丰富多彩的宣传教育活动, 利用报刊杂志和广播电视等各种 媒体宣传普及饮用天然矿泉水知识, 强化资源保护意识, 把矿泉水知识送到千家万户。 在消费者中树立起正确的饮水观念和自觉保护天然矿泉水资源的意识。 加强舆论监督, 对浪 费破坏资源的行为公开曝光, 并依法进行处罚、 教育, 把长白山天然矿泉水资源保护工作 真正纳入法制化轨道。大力宣传和推广科学利用、合理开发、有效保护资源的先进经验, 在 全社会形成节约资源、 合理利用、 防治污染、 保护生态环境的良好氛围。3结束语长白山饮用天然矿泉水资源丰富、 水质优良、 水源规模大, 交通便利、 开采技术条件 简单, 可建设特大型矿泉水产业基地, 加之自然生态环境优良, 有利于资源保护, 其资源4然生态环境影响。 因此, 保护长白山饮用天然矿泉水资源的首要任务是保护好长白山自然生态环境, 防止生态环境遭受破坏和水体污染, 进一步改善水源涵养条件, 从而保证长白 山饮用天然矿泉水资源的永续利用, 为人类的生存和发展做出贡献。参考文献1金伯禄, 张希友.长白山火山地质研究 M .方案R .2004.东北朝鲜民族教育出版社, 1994.吉林省地质工程勘察院, 吉林省地质环境监测总站. 吉林省长白山地区 (靖宇县和抚松县) 天然矿泉水调查评价报告 R . 2003. 吉林省地质环境监测总站. 吉林省白山市饮 用天然矿泉水资源调查评价报告 R . 2004. 吉林省长白山天然矿泉水原产地域产品保护 申报小组. 吉林长白山天然矿泉水原产地域5吉林省地质矿产局.北京: 地质出版社,吉林省区域地质志 M .1988.23安图长白山旅游经济开发区管委会, 吉林省地质环境监测总站. 长白山天然矿泉水安图水 源保护区划定方案 R . 2002. 吉林省矿泉水资源协会, 抚松县人民政府. 吉 林省长白山天然矿泉水抚松水源保护区划定674产品保护申报材料R .2004.The f orm in g con d iton an d re source pre serva t ion of na tura lm in era l dr in k in g wa ter in Chan gba iM oun ta inZHA O Q in g2h u a, TA N W en 2q in g, SU N C h u n(G eolog ica l E nv ironm en ta l M on itor ing of C en ter of J il in P rov ince, C h ang ch u n 130021, C h ina )In th is p ap e r, th e ch a rac te r ist ic s an d d ist r ib u t ive regu la t io n o f n a tu ra l m in e r2A b s t ra c t a l w a te r re so u rce s o f