简述世界三大优质矿泉水源地（安图县玄武岩区偏硅酸型天然矿泉水水化学特征及形成机理）

摘 要：

针对长白山玄武岩区矿泉水资源开发利用程度不断增加的现状，为进一步保护及合理开发安图县矿泉水资源，根据野外实际调查数据，利用数理统计方法及水化学模拟等多种方法开展对安图县矿泉水形成机理的研究。首先绘制Piper三线图和离子浓度箱型图分析安图县矿泉水水化学特征；然后利用SPSS软件对特征组分偏硅酸展开相关性分析；运用离子比值分析法初步判定离子主要来源；再利用Phreeqc软件反向模拟研究区地下水三条路径的水岩交互作用；最后根据模拟结果综合分析安图县玄武岩区矿泉水的形成机理。结果显示，安图县玄武岩区天然矿泉水属弱碱性偏硅酸型矿泉水，偏硅酸含量介于28.8～62.4 mg/L之间，水化学类型以HCO3-Na型和HCO3-Na·Ca型为主。地下水发生了溶滤作用和Ca-Na离子交换作用。偏硅酸主要来源于长石和辉石的溶解，且偏硅酸含量沿径流途径增大。K 、Na 主要来源于硅酸盐矿物(钾长石、钠长石)和岩盐，Ca2 、Mg2 主要来源于碳酸盐矿物(方解石和白云石)。

关键词:

玄武岩区; 矿泉水; 水化学特征; 反向地球化学模拟; 形成机理; 地下水; 水环境; 水质；

作者简介：

朱洲洋(1998—),女，硕士研究生，研究方向为地下水资源评价。E-mail:2397856302@qq.com;

*肖长来(1962—),男，教授，博士研究生导师，博士，研究方向为地下水资源评价。E-mail:jluxcl@126.com;

*梁秀娟(1964—),女，教授，博士研究生导师，博士，研究方向为地下水资源评价。E-mail:jlulxj@126.com;

基金：

国家自然科学基金项目(41572216);

中国地质调查局项目(DD20190340);

吉林省地质勘查基金项目(2018-13);

省校共建计划专项(SXGJQY2017-6);

陕西省重点研发计划(2017ZDCXL-SF-03-01-01);

引用：

朱洲洋, 肖长来, 梁秀娟, 等. 安图县玄武岩区偏硅酸型天然矿泉水水化学特征及形成机理[J]. 水利水电技术(中英文), 2021, 52(10): 146- 156.

ZHU Zhouyang, XIAO Changlai, LIANG Xiujuan, et al. Hydrochemical characteristics and formation mechanism of metasilicic acid type natural mineral water in basalt area of Antu County[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 2021, 52(10): 146- 156.

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0 引 言

天然矿泉水是一种宝贵的矿产资源，因水中富含多种对人体健康有益的矿物盐和微量元素而备受人们的青睐，并逐渐成为饮用水重要来源。长白山区域天然矿泉水是目前国内外稀有的高品质矿泉水，安图县玄武岩区是长白山玄武岩区典型分布区，矿泉水资源丰富，开发潜力巨大，矿泉水资源是安图县经济发展的支柱产业，所以科学保护与合理开发这一区域天然矿产资源意义重大。

关于长白山矿泉水的研究始于20世纪80年代，主要研究方向有矿泉水形成机理、矿泉水资源评价与开发利用、矿泉水水质与水量影响因素及演化、矿泉水水质健康功能评价等；主要研究方法有室内实验、模型模拟、同位素、水文统计分析等。

矿泉水形成机理研究包括定性分析，以及通过水岩试验及水文地球化学模拟，模拟矿泉水特征组分来源及长白山玄武岩区地下水径流过程中的水岩作用机制等。如赵清华等从长白山玄武岩台原区地层岩性、地质构造、降水、植被等四个因素综合分析矿泉水形成条件。如马喆等通过设计不同形态玄武岩水解浸泡试验分析靖宇县矿泉水物质来源，设计土柱淋滤试验分析水岩反应路径中的矿泉水物质组成变化规律，设计温度、CO2、pH影响试验分析外界环境对偏硅酸矿泉水形成过程的影响；张慧荣等利用Phreeqc模拟了抚松县矿泉水可能发生的水岩反应，得出抚松县矿泉水主要离子受岩石风化作用和阳离子交替吸附作用影响；方展等利用水中氘氧同位素确定抚松县矿泉水补给来源、补给高程及地下水年龄，运用Phreeqc软件模拟水岩交互作用，从质和量上分析了地下水化学成因；危润初等从地形地貌和玄武岩矿物组分两个方面分析分析靖宇县矿泉水形成环境、利用同位素技术分析地下水循环条件、设计静态浸泡试验及动态淋滤试验研究地下水与玄武岩的相互作用。闫佰忠等通过水化学数据分析、地球化学建模和多元统计分析，对矿泉水形成的环境、演化和反应机理进行分析，得出矿泉水来源于玄武岩矿物在中性至微碱性和富CO2环境下的水解作用。

矿泉水资源评价与开发利用研究包括资源承载力研究、开发调控研究、可持续利用研究等。如张真真等采用主成分分析法分析抚松县矿泉水资源承载力的主要影响指标，选取影响较大的指标利用Bossel框架计算可持续利用发展指数。孙文浩等利用Bossel框架评价安图县矿泉水可持续利用性，得出安图县可持续利用态势良好的结论。卞建民等根据区域矿泉水资源形成的条件和机理，收集了区域矿泉水资源的生态环境信息，建立信息熵与矿泉水资源承载力灰色关联度耦合的指标评价体系，根据最大熵原理，确定了研究区在当前和未来条件下的有限最大矿泉水资源开采量。林琳等采用数理统计、回归分析、频率分析等方法估算长白山区矿泉水资源总量及可开采资源量。

在矿泉水水质影响因素研究方面，闫佰忠等设计了水溶性、酸碱和碳酸溶液试验，采用化学动力学和最小自由能法研究了矿物反应机理。结果表明：偏硅酸盐的释放受pH值、CO2和岩石特性的控制。李佳林等对比分析了单一型矿泉和复合型矿泉的不同影响因素，得出单型矿泉的形成受岩石风化作用的控制，复合矿泉是富CO2、弱酸性、高矿化度承压热水沿裂隙上升时与浅层地下水混合的产物。在矿泉水水质健康评价研究方面，马予曦等采用数理统计、水化学分析、单一指标及综合指标评判法对抚松县天然矿泉水特征进行健康评价。

综上所述，目前关于长白山区域矿泉水的研究主要集中在抚松县、靖宇县，且大多是对某个特定区域的水量、水化学特征及开发利用方面的研究；研究地域也主要集中在长白山西部玄武岩熔岩台地。而安图县地处长白山北坡，其西南部靠近长白山主峰，为长白山火山熔岩山地。该区域地形坡度大，且广泛分布的粗面火山岩对该区域矿泉水形成有一定影响因素，和长白山其他区域矿泉水的形成机理可能有一定差异，而目前关于长白山北麓玄武岩区出露矿泉水研究目前较少(见表1)。

本文在野外调查收集研究区水化学资料的基础上，利用数理统计方法分析安图县矿泉水水化学特征。本文的创新点在于对特征组分偏硅酸进行离子相关性分析，探究了偏硅酸组分的物质来源，可进一步揭示水岩交互作用机理，并针对区内可能发生的水文地球化学作用，建立反向地球化学模拟模型，分析矿泉水的形成过程，为进一步保护安图县矿泉水资源，拓宽其开发利用价值提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于安图县南部二道白河镇，地处长白山北坡，跨越北纬42°01′—42°38′,东经127°48′—128°27′。研究区属温带季风气候，年平均气温2.2 ℃,年平均降雨量653.4 mm, 河网密集。地势自南向北逐渐降低，地貌类型为熔岩台地，区域发育北东向、北西向网格状断裂构造，泉群沿断裂带展布。

自新生代以来，长白山一带火山活动剧烈，区域先后堆叠多期火山岩，岩性以橄榄玄武岩、气孔状玄武岩、粗面岩等为主。研究区广泛分布第四系军舰山组玄武岩，在天池东北部及三道白河东部小面积分布第四系南坪组玄武岩和新近系船底山组玄武岩。玄武岩原生孔隙发育的特征以及区域断裂构造构成了研究区孔隙裂隙网格，使得研究区主要地下水类型为玄武岩孔洞裂隙水。地下水主要接受大气降水入渗补给，在长白山火山锥附近，大气降水入渗后，地表径流及地下径流沿断裂带向地势低的地方运移。在径流过程中遇到阻水断裂或地形低洼处以泉的形式排泄至河谷径流，单泉流量为1～10 L/s。研究区水文地质条件如图1所示。

图1 研究区水文地质概况

在地下水长期的溶滤作用下，玄武岩中的SiO2溶解，以偏硅酸的形式富集在地下水中。研究区独特的孔洞裂隙构造为地下水的富集和储存提供良好通道，也为水岩交互反应提供空间和物质来源。大气降水补给更新循环地下水，使得溶滤作用不断发生，最终形成研究区独特的单一型或复合型矿泉。安图县天然矿泉水资源以长白山天池为中心呈放射状分布，矿泉水类型主要为偏硅酸型矿泉水。目前在安图县共发现矿泉水泉眼106处，日允许开采量56.8万t, 日涌量达10万m3的矿泉几十处，广州恒大、韩国农心、台湾统一、福建雅客、陕西步长等11所国内外知名企业相继对安图县矿泉水资源进行开发，矿泉水资源的开发利用程度持续增加。

2 数据和方法

2.1 数据来源

2018年6月，在安图县天然泉水出露点采集水样27组，2019年12月，采集水样10组，其中相同泉点样品有两组。采样点分布如图1所示。样品的采集和贮存严格遵循《生活饮用水标准检验方法 水样的采集与保存》(GB/T 5750.2—2006),在24 h内利用50 mL一次性注射器配孔径0.45 μm滤头过滤，过滤后的水样在4 ℃温度条件下密封保存直至送至谱尼测试集团吉林有限公司检测。按照食品安全国家标准，饮用天然矿泉水检验方法采用玻璃电极法测量pH值；用105 ℃干燥-重量法测定TDS;用硅钼蓝光谱法测定偏硅酸；用电感耦合等离子体发射光谱仪测量金属指标K 、Na 、Ca2 、Mg2 、Sr2 ;用滴定管测定HCO-3;用离子色谱仪测定Cl-、SO2−4。

2.2 数据处理方法

(1)将H2SiO3、K 、Na 、Ca2 、Mg2 、Sr2 、HCO-3、Cl-、SO2−4浓度及pH值、TDS输入Origin软件中绘制Piper三线图和箱型图，应用统计学方法分析37个水样的水化学特征。

(2)根据SPSS软件Pearson相关性分析模块探究研究区37组水样水化学成分的相关性。

(3)利用γ(Na K )/γCl-、γCa2 /γMg2 比值分析地下水K 、Na 、Ca2 、Mg2 来源，利用γ(Ca2 Mg2 )/γ(HCO-3 SO2−4)比值和氯碱指数分析阳离子交换作用。若γ(Na K )/γCl-=1,则地下水中Na 、K 全部来源于岩盐；若大于1,则可能来源于硅酸盐矿物。若硅酸盐矿物是Na 的主要来源，那么研究区HCO-3是地下水中主要阴离子。当γCa2 /γMg2 =1,地下水中Ca2 、Mg2 主要来源于白云石；当1<γCa2 /γMg2 <2时，主要来源于方解石；当γCa2 /γMg2 >2时，主要来源于硅酸盐矿物。γ(Ca2 Mg2 )/γ(HCO-3 SO2−4)>1,表明地下水发生了阳离子交换作用，Na 转化为Ca2 ;反之Ca2 转化为Na 。

(4)利用饱和指数(SI值)分析矿物组分的溶解、沉淀趋势及与地下水溶液的相对状态。当SI>0,矿物相有沉淀趋势，在水溶液中处于饱和状态；SI=0,平衡状态；SI<0,有溶解趋势，未饱和状态。

(5)利用Phreeqc软件反向模拟研究区地下水径流过程中可能发生的水岩反应。模拟过程为：首先选取反应路径，确定起点和终点；其次确定矿物相和约束变量；最后筛选并分析模拟最优解。在模拟程序中输入起点和终点水化学成分，模块将依据质量守恒定律，通过自身数据库反向计算径流过程中的水岩反应。

3 结果与分析

3.1 天然矿泉水水化学特征

研究区天然矿泉水pH值为7.3～8.3,TDS为76～278 mg/L,属弱碱性低矿化度矿泉水。硬度(以CaCO3计)为16.3～122.2 mg/L。偏硅酸含量为28.8～62.4 mg/L,锶含量为0.01～0.09 mg/L。依据《天然矿泉水国家标准》(GB 8537—2018),偏硅酸含量应不低于25 mg/L,锶含量不低于0.2 mg/L。故所有泉点均为偏硅酸型矿泉水。

由Piper三线图(见图2)可看出，2018年和2019年的水样水化学特征总体差异不大，水化学组分相对稳定，37组水样总体上呈碱金属离子超过碱土金属离子的趋势，即Na K >Ca2 Mg2 ;弱酸根超过强酸根，即HCO-3>SO2−4 Cl-。大部分样品阳离子以Na 、K 为主，仅白兴泉、白甲泉、飞达泉、长胜泉以Ca2 、Mg2 为主；绝大部分样品阴离子以HCO3-为主，仅白兴泉HCO3-含量近似SO2−4 Cl-含量。水化学类型以HCO3-Na·Mg型、HCO3-Mg·Na型和HCO3-Na·Mg·Ca型、HCO3-Mg·Na·Ca型为主。

由箱型图(见图3)可看出，阳离子含量呈Na >Ca2 >Mg2 >K >Sr2 的趋势，阴离子HCO-3>SO2−4>Cl->CO2−3>NO-3。地下水中K 、Cl-、SO2−4、Sr2 、NO-3、偏硅酸含量分布稳定，变化范围小。Na 、Ca2 、Mg2 、HCO-3变化范围相对较大。

图2 研究区piper三线图

图3 常量化学组分浓度箱

由水化学组分相关系数矩阵(见表2)可知，研究区地下水中偏硅酸含量与钾(p<0.01,r=0.563)、钠、钙、镁、氯化物(p<0.05,r=0.40、r=0.35、r=0.33、r=0.35)含量呈正相关，与硫酸盐含量(p<0.01,r=-0.63)呈负相关，与锶和重碳酸根无明显相关性。

3.2 天然矿泉水化学作用

3.2.1 溶滤作用

由γ(Na K )/γCl-(见图4)可看出，水样点全部位于1∶1线左上方，说明Na 、K 大于Cl-含量，且研究区HCO-3是主要阴离子，所以Na 、K 主要来源于硅酸盐矿物(钾长石、钠长石及其次生矿物等)的溶解。

由γCa2 /γMg2 (见图5)可看出，水样点全部位于2∶1线右下方，说明Ca2 、Mg2 主要来源于方解石或白云石的溶解。

图4 γ(Na K )/γCl-比值

图5 γCa2 /γMg2 比值

3.2.2 阳离子交替吸附作用

由图6可看出，样品点大部分位于1∶1线下方，表明区内地下水Ca2 置换含水层中的Na 。氯碱指数表达式为

经计算，所有水样氯碱指数均小于0,表明研究区地下水主要发生Ca-Na离子交换过程。反应方程式为

图6 γ(Ca2 Mg2 )/γ(HCO-3 SO2-4)比值

3.3 反向地球化学模拟

3.3.1 选取反应路径

反向水文地球化学模拟要求起点和终点位于同一条水流路径上。研究区地表径流及地下径流沿断裂带向地势低的地方运移，以泉的形式排泄至地表，而且区域发育北东向、北西向网格状断裂构造，故沿水流路径设置3条反应路径，其中两条北西向路径，一条北东向路径，基本能反应研究区地下水径流情况。路径1为大戏台河泉至白杨泉，路径2为白森泉至长白山泉，路径3为宝马泉至长胜泉。模拟路径如图7所示。

图7 反向地球化学模拟路径

3.3.2 确定矿物相和约束变量

根据玄武岩矿物组成和前文提及的Ca-Na离子交换作用，将钠长石(NaAlSi3O8)、钾长石(KAlSi3O8)、辉石(CaMgSi2O6)、橄榄石(Mg2SiO4)、方解石(CaCO3)、白云石(CaMg(CO3)2)、石膏(CaSO4·2H2O)、岩盐(NaCl)、菱锶矿(SrCO3)、NaX、CaX2作为可能矿物相。地下水径流过程中，围岩中的矿物组分进入地下水溶液，不仅有矿物的物理组分溶解，还会生成高岭石、蒙脱石等次生矿物。故将高岭石(Al2Si2O5(OH)2)、钙蒙脱石(Ca0.165Al2.33Si3.67O10(OH)2)也作为可能矿物相。同时硅酸盐的溶解需要CO2的参与，故将CO2也考虑为可能矿物相。Al元素在研究区泉水中含量少，不作为约束变量。根据选取的可能矿物相选取K、Na、Ca、Mg、Si、Sr、Cl-、SO2−4、Alkalinity作为约束变量。三条路径的不确定度均小于0.09,符合标准。

3.3.3 模拟结果与分析

三条模拟路径的矿物相饱和指数如表3所列，可能的模拟结果如表4所列。高岭石、钙蒙脱石SI值均大于0,说明在径流过程中这两种矿物一直处于饱和状态，有沉淀趋势。路径1钾长石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、石膏、岩盐、菱锶矿、CO2(g)SI值均小于0,说明这些矿物处于未饱和状态。且SI值沿途有增大的趋势，说明这些矿物有继续溶解的趋势。钠长石、高岭石、钙蒙脱石有沉淀的趋势。路径2白云石SI值从-1.45变为3.75,说明白云石沿径流路径2从未饱和状态变成饱和状态。模拟结果显示溶液中溶解了较为大量的白云石，这与SI值的变化规律一致。橄榄石、方解石、菱锶矿SI值为负值，但是呈沿途减少的趋势，说明路径2这几个矿物有继续沉淀的趋势。路径3除钾长石、高岭石、钙蒙脱石和CO2(g)外，其他矿物相SI值均小于0,说明均未达到饱和。CO2(g)有先溶解后逸出的趋势。

路径1在大戏台河泉→白杨泉过程中，钾长石、辉石、方解石、钙蒙脱石、岩盐、菱锶矿、CO2(g)发生了溶解作用，钠长石、橄榄石、高岭石发生了沉淀作用，白云石和石膏不参与反应。地下水TDS由49.8 mg/L升高至53.6 mg/L。NaX为正值，CaX2为负值，说明存在Ca-Na离子交换作用，即地下水中的Ca2 交换了含水层介质中的Na 。方解石、钙蒙脱石与地下水发生溶滤作用，导致地下水中Ca2 浓度增大，此时地下水将与围岩发生阳离子交替吸附作用，Ca2 被吸附至围岩，而Na 被置换到地下水中。钾长石、辉石、钙蒙脱石的溶解是地下水中偏硅酸的主要来源，且沿反应路径偏硅酸含量增大，由49.8 mg/L增加至53.6 mg/L。其反应方程式为

在地下水径流过程中，钾长石会在H2CO3的驱动下溶解并生成次生矿物高岭石，达到饱和时，高岭石将沉淀。其反应方程式为

钠长石的沉淀使得地下水中Na 减少，岩盐的溶解以及Ca-Na离子交换作用使得地下水中Na 增加，Na 总量呈增加趋势。钾长石和岩盐的溶解是K 的主要来源。辉石的溶解使得地下水中Ca2 、Mg2 增加，菱锶矿的溶解使得Sr2 浓度微微增大。

路径2在白森泉→长白山泉过程中，钾长石、辉石、白云石、岩盐、钙蒙脱石发生了溶解作用，钠长石、方解石、橄榄石、菱锶矿、CO2(g)发生了沉淀作用，石膏和高岭石不发生反应。地下水TDS变化不大，仅增加3 mg/L。存在Ca-Na离子交换作用，这是因为白云石、辉石的溶解使得地下水中Ca2 、Mg2 增加，与围岩发生阳离子交替吸附作用，将围岩中的一部分Na 置换到地下水中，并且根据同离子效应，白云石和辉石的溶解将促进方解石和橄榄石的沉淀。沿反应路径偏硅酸含量由52.4 mg/L增加至62 mg/L。

Na 总量呈减少趋势，钾长石和岩盐的溶解使得K 总量增大。白云石、石膏及辉石的溶解使得地下水中Ca2 、Mg2 增加，Ca-Na离子交换作用和方解石的沉淀使得地下水中Ca2 含量减少，Ca2 总量呈减少趋势。菱锶矿微弱沉淀，Sr2 含量微微减少。

路径3在宝马泉→长胜泉过程中，钾长石、钠长石、白云石、盐岩、菱锶矿发生了溶解作用，方解石、石膏、钙蒙脱石、CO2(g)发生了沉淀作用，辉石、橄榄石、高岭石不发生反应，存在阳离子交换作用。其中长石溶解会生成钙蒙脱石，钙蒙脱石的溶解度达到饱和时将发生沉淀作用。偏硅酸含量由44 mg/L增加至50.9 mg/L。

长石和岩盐的溶解使得地下水中K 、Na 增加，白云石的溶解使得地下水中Ca2 、Mg2 增加，虽方解石、石膏、钙蒙脱石的沉淀及Ca-Na离子交换作用使得地下水中SO2−4和Ca2 减少，但Ca2 总量仍呈增加趋势。硅酸盐矿物、碳酸盐矿物和CO2(g)的溶解使得地下水中HCO-3增加，这也使得地下水TDS沿路径明显增大。菱锶矿微微溶解，Sr2 含量微微增大。

4 结果讨论

(1)传统的水化学分析只能提供各元素含量，而Phreeqc反向水文地球化学模拟可以定量评价地下水系统中可能发生的化学反应，适用于在已知离子浓度的情况下，反演地下水运移过程中的水化学作用。但是Phreeqc只是根据地下水径流路径的多个样品点之间的水化学组分的差异及含水层介质矿物组成来确定可能的水文地球化学作用，不能有效描述水岩作用过程，而Toughreact可以耦合地下水流运动和地球化学反应，能更精确地模拟水岩作用。

(2)张慧荣等利用Phreeqc模拟了抚松县矿泉水可能发生的水岩反应，得出抚松县矿泉水主要离子受岩石风化作用和阳离子交替吸附作用影响；危润初等利用Phreeqc和Toughreact模拟了靖宇自然保护区玄武岩地下水的径流过程，结果显示水岩作用主要表现为长石类、镁橄榄石和辉石的溶解；区内阳离子交换强烈，主要为水中Ca2 置换玄武岩中的Na ,均与本文研究结果类似。由于Phreeqc具有多解性，故本文综合反应路径矿物相饱和指数、玄武岩的矿物特征以及硅酸盐矿物水解反应的基本规律来确定最终的模拟结果，可能存在误差。

(3)对比同类地区，抚松县、靖宇县和安图县矿泉水均为弱碱性低矿化度水，且绝大部分泉水偏硅酸含量达到矿泉水标准，还富含锶、锂、锌等微量元素，矿化度和总硬度从补给区到排泄区呈逐渐升高趋势。这说明长白山西北部地区矿泉水的成因是相似的，均为大气降水在周围山区的玄武岩裸露区入渗，通过玄武岩孔隙、节理裂隙进行运移，在浅循环流动过程中，地下水与周围的玄武岩不断发生溶滤作用，最后在地势低洼处出露地表形成矿化度较低且富集有多种微量元素和特征组分偏硅酸的矿泉水。抚松县矿泉水水化学类型以HCO3-Ca型、HCO3-Ca·Na型和HCO3-Ca·Mg型为主，靖宇县矿泉水水化学类型以HCO3-Ca·Mg型和HCO3-Mg·Ca为主，安图县矿泉水水化学类型以HCO3-Na·Mg型、HCO3-Mg·Na型和HCO3-Na·Mg·Ca型、HCO3-Mg·Na·Ca型为主。这说明抚松县、靖宇县和安图县地下水补给水源和流动路径等条件是存在差异性的，并导致矿泉水水化学类型和水化学组分的差异。

(4)当前研究仅粗略地针对研究区水文地球化学作用进行分析，并未对形成机制做深入的探讨。今后应综合多种方法进行对比分析，并针对某一具体泉点做深入研究，建立更加客观的水文地球化学模型。

5 结 论

(1)研究区地下水主要接受大气降水补给，径流过程中地下水与玄武岩区围岩发生溶滤作用和阳离子交换作用，最后以泉的形式泄流于地表，故而形成了该区独特的矿泉水成分。

(2)地下水中偏硅酸主要来源于长石和辉石的溶解，K 主要来源于钾长石和岩盐，Na 主要来源于钠长石、岩盐和阳离子交换，Ca2 主要来源于白云石和方解石，Mg2 主要来源于白云石和橄榄石，锶主要来源于菱锶矿。三条模拟路径中偏硅酸含量随着径流路径延长而增大，说明偏硅酸含量与溶滤作用的时间有关。且偏硅酸含量与钾、钠、钙、镁、氯化物含量呈正相关，与硫酸盐含量呈负相关，与锶和重碳酸根无明显相关性。这是因为地下水中偏硅酸含量主要来源于钾长石、钠长石、钙长石、橄榄石等硅酸盐矿物的溶解，溶滤作用越强烈，地下水中偏硅酸和金属离子含量越高。石膏(CaSO4)的溶解使得地下水中SO2−4、Ca2 增大，根据同离子效应，Ca2 浓度升高将会抑制钙长石钙蒙脱石等矿物的溶解，将会一定程度上减少研究区地下水偏硅酸的含量。

(3)研究区大部分矿物相SI值为负值，即处于未饱和状态，有溶解趋势。总体看，三条模拟路径溶解量均大于沉淀量，矿物度从起点至终点呈增大趋势。且大部分模拟结果与SI值的变化趋势一致，小部分结果出现偏差。由此可见实际上地下水不仅仅只与围岩发生水岩交互反应，还存在降雨、蒸发、浓缩等其他水文地球化学作用。

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水利水电技术（中英文）

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