Apr. 16, 2025
China Geological Survey Chinese Academy of Geological SciencesHost
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2022 Vol. 49, No. 3
Article Contents
Abstract
1.   引言
2.   研究区概况及研究资料来源
3.   地下水H2SiO3分布及其主要富H2SiO3区
3.1   昭觉地下水H2SiO3分布特征
3.2   主要富H2SiO3地下水区
4.   富H2SiO3地下水水化学特征
4.1   富H2SiO3地下水水化学类型特征
4.2   富H2SiO3地下水水化学相关性分析
5.   富H2SiO3地下水形成条件与成因
5.1   富H2SiO3地下水形成条件
5.2   富H2SiO3地下水成因
5.3   开发利用建议
6.   结论
致谢
References
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ZHOU Changsong, ZOU Shengzhang, ZHU Danni, LIN Yongsheng, WANG Jia, FAN Lianjie, LI Jun, LAN Funing, LI Yanqing, DENG Rixin, MIAO Xiongyi. 2022. Characteristics, causes and development suggestions of high quality groundwater containing metasilicate in Zhaojue area, Sichuan Province[J]. Geology in China, 49(3): 849-859. doi: 10.12029/gc20220312
Citation: ZHOU Changsong, ZOU Shengzhang, ZHU Danni, LIN Yongsheng, WANG Jia, FAN Lianjie, LI Jun, LAN Funing, LI Yanqing, DENG Rixin, MIAO Xiongyi. 2022. Characteristics, causes and development suggestions of high quality groundwater containing metasilicate in Zhaojue area, Sichuan Province[J]. Geology in China, 49(3): 849-859. doi: 10.12029/gc20220312
shu

Characteristics, causes and development suggestions of high quality groundwater containing metasilicate in Zhaojue area, Sichuan Province

  • 1.

    Key Laboratory of Karst Dynamics of Ministry of Land and Resources, Guangxi Karst Resources and Environment Research Center of Engineering Technology, Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Guilin 541004, Guangxi, China

  • 2.

    School of Environment Science and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, Jiangsu, China

  • 3.

    Hebei Key Laboratory of Water Quality Engineering and Comprehensive Utilization of Water Resources, Hebei University of Architecture, Zhangjiakou 075000, Hebei, China

    • Fund Project: Supported by the Key Research and Development Program of Guangxi (No.GuikeAB21220044, No. GuikeAB21075002, No. GuikeAB18050026), the National Key Research and Development Program of China(No. 2017YFC0406104), the National Natural Science Foundation for Young Scholars of China(No. 41902261), the project of China Geological Survey(No. DD20190825, No. DD20160302, No. DD20221758), and the Basic Research Projects of the Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences (No.2021013)
More Information
  • Author Bio: ZHOU Changsong, male, born in 1987, assistant researcher, mainly engaged in the study of hydrogeological environment geology in karst rrea; E-mail: changsongzhou@karst.ac.cn
  • Corresponding author: ZOU Shengzhang, male, born in 1969, researcher, mainly engaged in the study of hydrogeological environment geology in karst rrea; E-mail: zshzh@karst.ac.cn 
Received Date:  01 April 2020
Revised Date:  10 May 2022
Publish Date:  25 June 2022
    Abstract

  • This paper is the result of hydrogeological survey engineering.

     Objective

    In recent years, the drinking water health issues has been taken due to the improvement of living standards. Finding and developing high- quality groundwater with high- level minerals (e.g. H2SiO3) has become the key step in improving human health.

     Methods

    The hydrogeological survey and groundwater pollution survey were carried out in the Zhaojue County, and the spatial distributions of H2SiO3-rich groundwater, hydrogeochemical components characteristics and factors were revealed.

     Results

    The main results including: (1)The groundwater with H2SiO3 (≥ 25mg/L) was identified as the low salinity and alkaline water, which distributed in the six areas with the basement rocks of basalt. The H2SiO3 concentration was generally 25.74-46.04 mg/L, pH level was generally 7.4- 8.58, and TDS level is generally 49.4- 333 mg/L; (2)The H2SiO3- rich groundwater of study area was characterized by the low mineralization while the main hydrochemical types of groundwater are HCO3- Ca·Mg and HCO3- Ca; (3) The H2SiO3- rich groundwater was influenced by the water- rock interactions, the distribution range and solubility of silicate minerals, the development of surrounding rock fissures, and water conservation and recharge conditions in the county, among which the water- rock interactions play a critical role; (4) It is necessary to further reveal the main factors affecting the distribution and migration of H2SiO3 in groundwater in the subsequent development and utilization process.

     Conclusions

    The results can provide a basis for the development of mineral water industry and the construction of urban and rural high-quality water sources in Zhaojue area.
    • FullText(HTML)

  • 偏硅酸（H2SiO3）矿泉水因含有活性硅，在医学上对软化人体血管、缓解动脉硬化、心血管和心脏疾病具有显著的作用（王娟等，2000；阮巍，2018；孙厚云等，2020）。中国H2SiO3矿泉水主要分布在火山岩、岩浆岩地区，其中玄武岩、花岗岩分布区尤为丰富，如广泛分布玄武岩的雷琼地区、长白山地区、昆明西山（陈昌亮，2015；Yan et al., 2016；尚子琦，2019；单婷婷等，2019）以及分布花岗岩的浙北地区、长春地区（严金叙，1993；孙岐发等，2017；孙岐发等，2019）。查清地下水H2SiO3的分布特点、水文地球化学特征及其控制因素等，既是有效开发利用富H2SiO3地下水资源的先决条件，也是水文地质调查、地下水环境基础状况调查服务社会的重要方向，一直是水文地质学、环境地球化学等持续探讨的热点（Dafny et al., 2006；姚锦梅等，2007；Koh et al., 2017；胡勇德等，2017；唐杰等，2019；周长松等，2021）。进入21世纪以来，中国的水文地质调查经历了由偏重水文地质条件、到兼顾环境地质状况、再到水文地质-环境地质-生态地质并举的多次转型或跨越，但水文地球化学循环的理念一直未变，保障居民安全饮水、支撑经济社会持续发展的水文地球化学研究一直在不断深入与扩展（李小牛等，2014；Xia et al., 2016；王珺瑜等，2017；Zhou et al., 2018；苏春利等，2019），为系统总结地下水中包含H2SiO3等矿物或元素在内的分布规律、认识地下水中H2SiO3迁移循环等提供了重要线索。

    自21世纪以来，中国实施了多项地质调查工程，“水文地质调查”、“地下水污染调查”就是其中的两项。昭觉地区是近几年持续开展水文地质调查、地下水污染调查的重点区域，积累了较为丰富的水化学数据。对于经济发展相对落后、资源相对匮乏的昭觉县而言，总结其富H2SiO3地下水分布特征、成因机制等具有现实意义。本文拟以所积累的相关水化学数据为基础，专门对昭觉县境内有关富H2SiO3地下水、H2SiO3的水文地球化学分布、元素组合及其成因来源等做一归纳分析，期望能为相关地区开发利用珍贵富H2SiO3地下水资源、促进H2SiO3等微量元素的水文地球化学深入研究等提供部分借鉴或参考。

    昭觉县位于四川省凉山彝族自治州中部偏东，处于金沙江流域上游西溪河流域，是中国典型的“彝族之县”，102°22′~103°19′E，27°45′~28°21′N，国土面积2699 km2，辖1个镇，46个乡（图 1）。受金沙江水系强烈切割剥蚀，总体地势西高东低，发育低山、低中山、中山、山间盆地、阶地、河漫滩地、洪积扇等地貌，其中山原类地貌约占全县面积的89%，平均海拔2170 m。气候属于川西高原雅砻江温带气候，年平均气温10.9℃，年平均降雨量846.1 mm。区内地层从东到西依次发育有寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系和第四系，其中二叠系中统阳新组（P2y）、三叠系下统嘉陵江组（T1j）、三叠系中统雷口坡组（T2l）、侏罗系上统牛滚组（J3n）为主要的碳酸盐岩地层，二叠系上统峨眉山玄武岩（P3em）为主要的岩浆岩地层，三叠系上统白果湾组（T3bg）、三叠系上统须家河组（T3xj）、侏罗系中统沙溪庙组（J2s）、白垩系下统飞天山组（K1f）、白垩系下统小巴组（K1-2x）为主要碎屑岩地层。区内断裂发育，且以南北向断裂为主，代表性的有四开伊林断裂、木佛山断裂、热克断裂等，近北西-南东向展布的竹核断裂切割了木佛山、热克等南北向断裂，且具有明显的平错性质，断距0.5~1.5 km，断裂两侧岩石破碎，可见断层泥、断层角砾、断层崖，沿断裂带有串珠状泉水出露（图 1）。

    图 1.  昭觉县区域地质背景简图
    Figure 1.  Sketch map of geological background in Zhaojue County
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    全县区域水文地质调查背景资料显示（图 1），富H2SiO3地下水多分布在连片玄武岩区，其中下游区域尤为典型，如昭觉县中南部的久特洛古乡、塘且乡、美甘乡等，因为广泛出露玄武岩地层，发育了含量较高的H2SiO3地下水。除玄武岩下游区之外，在玄武岩有区域性断裂通过的地块，也是地下水H2SiO3高背景主要分布区。总体看来，大面积的富H2SiO3地下水分布与地质背景密切相关。H2SiO3多与硅酸盐矿物有内在联系，而玄武岩富含长石、辉石等硅酸盐矿物，所以玄武岩地区是富含H2SiO3地下水的主要区域。同样，因为昭觉地区玄武岩分布范围较大（约740km2），因此全县富H2SiO3地下水较为丰富。

    21世纪以来，在中国地质调查局组织实施的多项地质调查工程的推动下，昭觉县于2015年率先结束全县的1∶250000地下水污染调查，收集到27组县域地下化学测试数据。2019年，又通过开展县域地下水环境质量评价和重点区域水文地质调查等，收集到昭觉县地下水、地表水H2SiO3及相关微量元素的测试数据近300组。本次对上述数据进行了整理分析，采取同一地下水系统范围内上下游控制布点、各种补给类型水点兼顾、水样采集时间较为一致的原则，最终确定2019年平水期66组数据为有效数据。上述66组数据分别对应66个不同采样点，其中包含纯玄武岩补给泉30组（编号QS01~QS30）、玄武岩-碳酸盐岩混合补给泉9组（编号TS01~TS09）、玄武岩-碎屑岩混合补给泉8组（编号SX01~SX08）、玄武岩温泉4组（编号WQ01~ WQ04）、碳酸盐岩补给泉5组（编号YR01~YR05）、碎屑岩补给泉10组（编号YC01~YC10）。每个采样点均有现场GPS定位、现场测试（测试指标包括pH、EC、Ca2+、HCO3-等）记录。样品测试工作由自然资源部岩溶地质资源环境监督检测中心完成，采取的测试标准为GB/T8538-2008和DZ/T0064-1993。测试指标包括一般化学指标、毒理学指标等27项无机指标。测试过程中采用了平行双样法进行质量控制，分析误差（相对偏差）符合GB/ T5750.3-2006《生活饮用水标准检验方法—水质分析质量控制》技术要求。

    3.1   昭觉地下水H2SiO3分布特征

    昭觉境内的地下水H2SiO3分布极不均匀，H2SiO3含量最高的地下水与H2SiO3含量最低的地下水之间、H2SiO3含量可以相差8.85倍。按照GB8537-2018食品安全国家标准饮用天然矿泉水H2SiO3含量≥25 mg/L就属于富H2SiO3地下水，适合开发成矿泉水，在平均1个样/40 km2的面上地下水样品采集数据中，全县富H2SiO3地下水比例不足20%。全县地下水H2SiO3含量分布范围通常为5.20~46.04mg/L。对昭觉地下水H2SiO3分布做一宏观分析后发现：

    （1）玄武岩区地下水H2SiO3总体要比非玄武岩区高。全县玄武岩区地下水的H2SiO3均值是21.16 mg/L，比昭觉碎屑岩区地下水的H2SiO3均值11.22 mg/L高出0.89倍，比昭觉碳酸盐岩区地下水的H2SiO3均值6.25 mg/L高出2.38倍。

    （2）玄武岩区温泉H2SiO3含量总体要比冷泉水的高。全县玄武岩区温泉（水温25.6~41.6℃）的H2SiO3均值是43.23 mg/L，比昭觉纯玄武岩补给区地下水的H2SiO3均值21.39 mg/L高出1.02倍，比昭觉玄武岩与碎屑岩混合补给区地下水的H2SiO3均值12.48 mg/L高出2.46倍，比昭觉玄武岩与碳酸盐岩混合补给区地下水的H2SiO3均值18.29 mg/L高出1.36倍。

    （3）纯玄武岩下游地下水H2SiO3总体要比上游高。纯玄武岩下游地下水中H2SiO3出现多个超过25 mg/L，而上游地下水中H2SiO3含量均在25 mg/L以下，说明地表水沿途径流、入渗或地下水出流后再次入渗过程中存在硅酸盐矿物的不断溶滤，水- 岩相互作用是本区泉水H2SiO3的主要来源途径。有关不同类型含水岩组H2SiO3含量分布的水文地球化学参数统计结果见表 1，从中可看出，玄武岩含水岩组是昭觉相对最富H2SiO3的含水岩组，昭觉相对最富H2SiO3的玄武岩含水岩组H2SiO3均值低于昆明西山、雷琼地区、长白山等地玄武岩泉水H2SiO3均值。进一步按照不同含水岩组中H2SiO3均值大小，将昭觉地区H2SiO3地下水划分成：缺乏区（＜10mg/L）、较缺乏区（10~15mg/L）、较丰富区（15~25mg/L）、丰富区（＞25mg/L）四个等级，其中碳酸盐区地下水归为H2SiO3缺乏区，碎屑岩区地下水归为H2SiO3较缺乏区，玄武岩区地下水归为H2SiO3较丰富区、丰富区，具体见图 2。

    表 1.  昭觉主要含水岩组地下水H2SiO3含量（mg/L）分布特征参数统计结果
    Table 1.  Eigenvalue statistics of H2SiO3 concentration(mg/L)in the main water-bearing rock formations in Zhaojue County
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    图 2.  昭觉县地下水H2SiO3分布图
    Figure 2.  Spatial distribution of H2SiO3 groundwater areas in Zhaojue County
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    3.2   主要富H2SiO3地下水区

    目前昭觉境内已经确定的富H2SiO3地下水区主要有4片，推测的富H2SiO3地下水区主要有2片，均分布在玄武岩区，偏硅酸含量介于25.74~46.04 mg/L，分布情况如图 2所示。各片区地下水H2SiO3情况不尽相同，但均属于偏碱性低矿化度优质地下水，基本情况如下：

    （1）竹核断裂带富H2SiO3区：该区位于昭觉县中部竹核乡，是昭觉县境内地下水H2SiO3含量最高分布区，主要由近北西走向竹核断裂控制，面积约29 km2，代表性的水点有WQ01、WQ02、WQ03这3个温泉，H2SiO3含量39.92~46.04 mg/L，水温25.6~ 41.6℃，pH值7.83~8.58，锶（Sr）含量33.3~230.3 μg/ L，TDS含量209~333 mg/L。本次调查发现，WQ01、WQ03两个温泉泉流量较大（分别为25L/s、7.5L/s），且动态稳定，H2SiO3和Sr含量均达到矿泉水水质标准（GB8537-2008），适当处理水中氟离子（F-）之后，可开发成大型矿泉水水源地。

    （2）四开伊林断裂带富H2SiO3区：该区位于昭觉县四开乡，呈北北西向条带状展布，由近北北西走向博洛至四开的伊林断裂带控制，面积约1.4 km2，代表性的水点有WQ04温泉，水温在28.6℃附近，H2SiO3含量43.76 mg/L，pH值为8.45，Sr含量39 μg/L，TDS含量129mg/L，满足偏硅酸矿泉水水质标准（GB8537-2008）。

    （3）树坪—地莫条带状富H2SiO3区：该区位于昭觉县南部树坪乡与地莫乡之间，处于呈南北向展布的好谷拉达河东岸，面积约13.5 km2，补给区由连片玄武岩构成，地下水总体由东向西径流，好谷拉达河为排泄基准面。代表性的水点有TS07、QS25、QS30等泉点，H2SiO3含量26.65~28.05 mg/L，水温19.6~28℃，pH值7.4~7.69，Sr含量27.2~750 μg/L，TDS含量68.6~230 mg/L。

    （4）久特洛古乡条带状富H2SiO3区：该区位于昭觉县中部偏东久特洛古乡，呈北北西向条带状展布，处于展布方向呈北西向西溪河东岸，距离西溪河0.2~2 km，面积约12.2 km2。该区位于连片玄武岩下游，地下水总体由东向西径流。代表性的水点有QS15、QS17、QS28、QS29等泉点，H2SiO3含量25.74~30.87 mg/L，水温13~22.5℃，pH值7.42~8.59，Sr含量33~64 μg/L，TDS含量49.4~113.3 mg/L。

    （5）特布洛乡什里条带状富H2SiO3区：该区位于昭觉县中部偏东特布洛乡西南部什里一带，为推测富H2SiO3区，面积约9.4 km2。推测依据为，该区及其上游连片分布玄武岩，且上游地下水H2SiO3含量较高（15.07~18.89 mg/L），水温16.7~18.82℃，pH值7.10~7.83，Sr含量24.5~72.9 μg/L；由于昭觉地区存在“纯玄武岩区上游至下游H2SiO3含量有增加趋势”这一规律，结合地层岩性、地形坡度、调查水点分布特征，推测本区地下水富H2SiO3。

    （6）特口甲谷乡富H2SiO3区：该区位于昭觉县东南部特口甲谷乡中部偏南特口洼洛村一带，为推测富H2SiO3区，面积约13 km2。推测依据为，该区及其上游连片分布玄武岩，连片分布面积较大，而昭觉地区存在“纯玄武岩区上游至下游H2SiO3含量有增加趋势”这一规律，结合地层岩性、地形坡度及其他富H2SiO3区特征，推测本区地下水富H2SiO3。

    除上述6片富H2SiO3地下水区外，还有一些区域也存在小范围的富H2SiO3地下水，但这些富H2SiO3地下水开发利用前景有限，非本文讨论的重点。

    4.1   富H2SiO3地下水水化学类型特征

    由前文分析可知，昭觉县富H2SiO3地下水均分布在峨眉山玄武岩区。本次按照舒卡列夫分类法，对昭觉峨眉山玄武岩区断裂带温泉（A型）、纯玄武岩冷泉（B型）、玄武岩-碳酸盐岩冷泉（C型）、玄武岩-碎屑岩冷泉（D型）等四种类型地下水水化学类型进行分类（图 3）。由图 3可知，研究区玄武岩地下水存在HCO3-Ca、HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca·Mg·Na、HCO3-Na等5种水化学类型，总体以HCO3-Ca·Mg为主，其次为HCO3-Ca，再次为HCO3-Ca·Na，三者分别占总采样点数的50.00%、25.76%、12.12%。具体到单一类型，A型玄武岩水水化学类型以HCO3-Ca·Na、HCO3- Na为主，分别占该类型的50%、50%; B型玄武岩水水化学类型以HCO3-Ca·Mg为主，占该类型的56.67%; C型玄武岩水水化学类型以HCO3-Ca为主，占该类型的66.67%; D型玄武岩水水化学类型以HCO3-Ca·Mg为主，占该类型的75%。上述水化学类型特征揭示HCO3-为昭觉玄武岩区主要阴离子，Ca2+、Mg2+为昭觉玄武岩区主要阳离子。

    图 3.  研究区玄武岩区水化学类型状况图
    （A型、B型、C型、D型样品数分别为4组、30组、9组、8组）
    Figure 3.  Hydrochemical types in the basalt area of the study area
    (The number of A, B, C, and D samples are 4 groups, 30 groups, 9 groups and 8 groups, respectively)
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    与全国其他地区相比，研究区玄武岩地下水水化学类型与雷琼地区温泉(尚子琦，2019)、长白山地区冷泉（陈昌亮，2015）较为一致，均以HCO3- Ca·Mg为主，但与长白山地区温泉（以HCO3-Na为主）（陈昌亮，2015）、昆明西山冷泉（以HCO3- Ca·Na为主）(单婷婷等，2019)存在较大差异，揭示不同地区玄武岩地下水水化学类型可比性较差，这可能与不同地区气候、地质、人类活动等因素存在差异有关。

    4.2   富H2SiO3地下水水化学相关性分析

    通过对相关水化学组分的描述性统计与相关分析，可以更好的揭示水化学特征，判断水样H2SiO3 含量与水化学主要组分的相关程度，识别水化学组分的可能来源（孙厚云等, 2018, 2020）。对研究区H2SiO3含量＞25 mg/L的12组玄武岩地下水（泉）样品进行Pearson相关分析，得到水化学14项指标相关系数矩阵（表 2），其中TDS与Na+、F-、K+、SO42-含量显著相关，与Cl-、HCO3-、Ca2+明显相关，相关系数分别为0.93、0.84、0.73、0.73、0.70、0.61、0.59；表明上述离子可能具有相同来源，对TDS的贡献具有重要影响，地下水主要组分来源于大气降水补给与岩石矿物风化溶解；TDS与TFe、Mn、Al相关系数均低于0.1，而TFe、Mn、Al是指示水土流失的重要指标，揭示本区地下水补给方式主要为缓慢入渗式补给，与南方地下河区灌入式补给有很大差异。地下水H2SiO3含量与Na+、F-、TDS、pH含量相关系数相对较高，表明研究区地下水中H2SiO3含量高低受到溶液pH值的重要影响，且在H2SiO3形成过程中，往往伴有Na+、F-等元素的溶解；而与Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、SO42-等常规阴阳离子含量相关系数低，这可能与昭觉地区富H2SiO3地下水主要分布在基底岩石以玄武岩为主的区域有关。

    表 2.  研究区水化学组分相关系数矩阵（N=12）
    Table 2.  Correlation coefficient of hydrochemical parameters of study area
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    5.1   富H2SiO3地下水形成条件

    已有研究表明，地下水中H2SiO3的富集离不开四方面因素：（1）硅酸盐矿物的分布范围及其可溶性；（2）围岩裂隙发育程度；（3）水岩相互作用程度（沈照理等，2002）；（4）水源涵养及补给条件（单婷婷等，2019）。只有当硅酸盐矿物分布范围广、溶解性强、围岩裂隙发育、水岩相互作用程度高、水源涵养及补给条件好，地下水中H2SiO3才能较易蓄积与发展。从昭觉地区富H2SiO3地下水分布情况来看，富H2SiO3地下水主要分布在玄武岩区，玄武岩矿物成分包含基性斜长石（以倍长石为主）、辉石、绿泥石、绿磷石、隐晶质、金属矿物、石英等（李昌年，1986；郑小敏等，2015），其中长石类矿物含量最为丰富。另外，玄武岩气孔中填充有绿泥石、石英等硅酸盐矿物（黎琪，2015）。上述硅酸盐矿物为地下水中H2SiO3富集提供了丰富的物源条件。研究区玄武岩较为发育的柱状节理裂隙、风化裂隙及构造裂隙，为地下水中H2SiO3富集提供了良好的储水和导水系统。富H2SiO3地下水主要分布在断裂带沿线或纯玄武岩下游，大气降水入渗-径流过程中存在长时间的水岩作用，为地下水H2SiO3富集提供了水动力条件。研究区起伏的地形条件及较为茂盛的灌木植被为富H2SiO3地下水的形成提供了良好的水源涵养和补给条件。

    5.2   富H2SiO3地下水成因

    在上述富H2SiO3地下水形成的四项条件中，地下水与围岩的长期相互水岩作用（包括溶滤作用、混合作用、水解作用等）是制约H2SiO3含量高低的最主要影响因素（党志等，1995；Lassaad et al., 2011; 王周锋等，2015）。昭觉地区不同玄武岩区地下水H2SiO3含量及其他化学组分存在较大差异，其主要受溶滤作用和水解作用影响，溶滤作用、水解作用愈强，地下水中H2SiO3含量愈高。具体过程如下：首先，大气降雨降落到CO2含量较为丰富的土壤层，增加了水体中H+及CO2含量（蒋忠诚，1998；蒋忠诚等，1999）；其次，入渗水进一步下渗至玄武岩地层，通过岩层的柱状节理裂隙、风化裂隙、构造裂隙向下运移，与玄武岩中倍长石、钙长石等基性斜长石以及辉石等铝硅酸盐、硅酸盐矿物发生较为充分的水岩作用产生H2SiO3，其中倍长石、钙长石等与水中H+发生离子交换反应，辉石在CO2参与下发生溶解反应。具体化学方程式如（1）~（3）：

    (1)
    (2)
    (3)

    在上述水岩相互作用过程中，地下水温度（Twater）高低也在一定程度上影响上述反应进程及地下水中H2SiO3含量，这是由于硅酸盐矿物溶解度往往有随温度增高而增大的趋势（断裂带温泉WQ01、WQ03等就属于较高水温导致较高溶解），并且在本区玄武岩地下水H2SiO3- Twater关系曲线中得到了充分验证（图 4）。

    图 4.  昭觉县玄武岩区地下水Twater与H2SiO3关系曲线图（N=45）
    Figure 4.  Relationship between groundwater Twater and H2SiO3 in the basalt area of Zhaojue County
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    5.3   开发利用建议

    昭觉富H2SiO3地下水与水岩作用程度、硅酸盐矿物分布范围及其可溶性、围岩裂隙发育程度、水源涵养及补给条件等因素紧密相关，不同水岩作用程度、硅酸盐矿物组成、围岩裂隙发育程度、水源涵养及补给条件，其元素水文地球化学特征存在较大差异，开发利用前景也不尽相同。寻求天然富H2SiO3地下水、且富H2SiO3地下水综合水质良好应是昭觉地区富H2SiO3地下水开发利用的主攻方向。另外，富H2SiO3地下水的水文地球化学特征及其成因物源研究是合理开发利用富H2SiO3地下水资源的基础，就表生水文地球化学元素迁移、转化而论，局部区域富H2SiO3地下水的形成极少是一个孤立的元素水文地球化学事件，地下水中H2SiO3及其相关元素分布不均匀应具有普遍性，昭觉地区的富H2SiO3地下水在这一点上也不例外，进一步查清控制昭觉玄武岩区地下水H2SiO3分布与迁移的主要水文地球化学因素是开发利用富H2SiO3地下水资源的重要环节。

    除此之外，可以优先考虑“竹核断裂带富H2SiO3区”温泉开发，该区WQ01、WQ03两个温泉交通便利，泉流量较大，分别为25 L/s、7.5 L/s，且动态稳定，H2SiO3和Sr含量均达到矿泉水水质标准，适当处理泉水中F-之后，可开发成大型矿泉水水源地。

    (1) 昭觉地区富含H2SiO（3 ≥25 mg/L）地下水均属于偏碱性低矿化度优质地下水，分布在基底岩石为玄武岩的6个片区，分布面积约79 km2，占昭觉县国土面积2.9%。

    (2) 昭觉地区玄武岩地下水存在HCO3- Ca、HCO3-Ca·Mg、HCO3-Ca·Na、HCO3-Ca·Mg·Na、HCO3-Na等5种水化学类型，总体以HCO3-Ca·Mg为主，其次为HCO3-Ca，再次为HCO3-Ca·Na，三者分别占总采样点数的50.00%、25.76%、12.12%。

    (3) 昭觉地区富H2SiO3地下水的形成主要受水岩相互作用程度、硅酸盐矿物的分布范围及其可溶性、围岩裂隙发育程度、水源涵养及补给条件等四方面因素影响，其中大气降水入渗-径流过程中存在长时间的水岩作用为地下水H2SiO3富集提供了水动力条件，玄武岩及其气孔充填物中的长石、辉石等矿物为地下水中H2SiO3富集提供了物源条件，玄武岩较为发育的柱状节理裂隙、风化裂隙及构造裂隙为地下水中H2SiO3富集提供了良好的储水和导水系统，起伏的地形条件及较为茂盛的灌木植被为地下水中H2SiO3富集提供了水源涵养和补给条件；另外，较高的地下水温度T水有利于水岩作用过程向H2SiO3增多的方向进行。

    (4) 在后续工作过程中，需进一步揭示影响昭觉地区地下水中H2SiO3分布与迁移的主要因素，科学有序开发偏碱性低矿化度富偏硅酸地下水。

  • 参与该项研究的还有裴建国、李兆林、李青松、武美玲、唐薇薇、陈秋明、肖周兴、严胜强等。中国地质科学院岩溶地质研究所有关领导和专家对该项研究给予了大力支持与指导帮助，谨一并致以谢忱！

  • 创新点：研究了国家级新区的地下水化学、成因和演化，得出地下水的水质特征，有效支撑区域生态健康发展。

  • Highlights: The chemistry, origin and evolution of groundwater in national new areas are studied, and the water quality characteristics of groundwater are obtained, which can effectively support the healthy development of regional ecology.

    • References
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    • 表 1.  昭觉主要含水岩组地下水H2SiO3含量（mg/L）分布特征参数统计结果
      Table 1.  Eigenvalue statistics of H2SiO3 concentration(mg/L)in the main water-bearing rock formations in Zhaojue County
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    • 表 2.  研究区水化学组分相关系数矩阵（N=12）
      Table 2.  Correlation coefficient of hydrochemical parameters of study area
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