D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1991.06.018 第13卷第6期 北京科技大学学报 Vol.13No.@ 1991年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Nov.1991 金山岭长城矿水床的成因 彭定邦· 摘要：从地质、水文地质条件，矿泉水化学成分各方面探时了金山岭长城矿水床的成 因，从矿泉水的氢氧同位素H?、O1·和H3的含量，揭示了矿水床的补给水源、补给时期、 补给高程和补给位置。矿泉水的主要化学成分验证了矿水床的蓄水构造和深循环条件。 关健词：矿水床，同位素，补给水源，蓄水构连，深环 The Cause of Formation of the Jinshan Mountain Great Wall Mineral Water Deposit Peng Dingbang' ABSTRACT:The cause of formation of Jinshan mountain Great Wall mineral water deposit in various aspects,such as geological condition,hydrogeofogical condition,chemical composition of the mineral water was studied,The isotopes of hydrogen and oxygen (H:,O1s,Ha)content in the mineral water revealed the source,age,elevation and position of recharge water of the mineral water deposit.The main chemical composition of the mineral water verified the 4 geological structure of groundwater storage and the condition of deep water cycle. 1 KEY WORDS:mineral water deposit,isotope,geological structure of groundwa- ter storage,recharge water source,deep water cycle 1989年7月，经国家饮用天然矿泉水技术评审组鉴定，金山龄长城温泉被评为优质饮用 1991-03-28收稿，1991-07-10收到焦政篇 地质系(Departmeut of Geology) 507
第 参第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 ，。 年 月 。 。 。 金山岭长城矿水床的成因 彭定邦 摘 要 从 地质 、 水文地质条件 、 矿泉水化学成分各方面探讨 了金 山岭 长城矿水床的成 因 。 从矿 泉水 的氢氧 同位素 ，、 和 的含量 ，揭示 了矿水床的补给水谏 、 补给时期 、 ‘ 补给高程和补给位置 。 矿泉水的 主要化学成分验证 了矿水床的 蓄水构造和深循环条件 。 关健词 矿水床 ， 同位素 ， 补给水原 ， 蓄水构造 ， 深循环 夕 夕 夕 。 ， 主 ， 五了 ‘ ‘ ， ‘ ‘ ‘ ’ ‘ 嗯‘ ， ‘ · ‘ 忿， ， 五 丫 ， ， 仑 。 位 ， ， 下 ， ， 年 了月 ， 经国家饮用 夭然矿泉水技 术评审组 鉴定 ， 金山岭长城温泉被评为优质 饮 用 ， 一 。 一 收稿 ， 一 一 收到修改稿 地质系 ，，， 了 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1991．06．018
天然矿泉水，可作为瓶装矿泉水开发。本文初步探讨了该矿水床的成因。 1地质及水文地质条件 以金山岭长城为界，其南面和北面分别为北京市密云县和河北省滦平县。金山岭长城矿 泉出露于长城脚下的滦平县南缘古北口以东约10km处。 如图1a所示，本区地层主要有：太古宙白庙组(4，)，中元古界蓟县系，其中以爹漾都 组(Jxw)为主；中生界侏罗系，其中以后城组（丁2）为主。本区基岩裸露，第四系分布少而 薄。本区东南部和北部分布有中生代侵入岩体一粗粒正长岩(2)和粗粒钾长花岗岩()。 本区位于燕山东西构造带。构造以断裂为主，褶皱被断裂和岩浆活动所破坏，仅见柳河 向斜南翼c1和其中的次一级构造一关门背斜（图1a、b和c),褶轴走向东西，在新城子附 近被断层F4所切断。本区最大的断层为多次活动的古北口深断裂F:(为张家口-北票深断裂 中之一段)，其次为关门断层F2、雾灵山断层F3、新城子断层F4和温水河断层F6。F1、F: 古北口 (a) 211BA雾灵山 涝注 (1)J3 (8)F 关门背斜 (2)32h(9) (3)J1(10)少 (4)3xw(11)/ 0.5 (5)Ab（12) (b) (6)(13)ò N 主矿泉 (7)r (14)5 河 Elevation:290m (15)y 030m (c) 图1()金山岭长城矿泉地区地质略国，(b)地区示意剖面图（©）关门背斜制面 Fig.1 (a)The Sketch geological map of the mineral spring region,(b)Laowa section,(c)Guanmen anticline section (1)上侏罗绕火山碎屑岩，(2)中侏罗统后城组沉积、火山碎屑岩夹安山岩，(3)下侏罗统砂页岩 夹煤层：(4)蓟县系雾迷山组燃石条带灰质白云岩和硅质白云岩，(5)太古由白庙组慕云斜长片麻岩， (6)正长岩：(T)花岗岩：(8)断层代号，(9)逆冲断层，(10)正断层(11)断层线！(12)地 质界线，(13)上升泉，即主矿泉，(14)溶洞和裂隙网络：(15)不整合接触 508
天然矿泉水 ， 可 作为瓶装矿泉水开发 。 本文初步探讨 了该矿水床 的成因 。 地质及水文地质条件 以金山岭长城为 界 ， 其南面和 北面分别为北京市密 云县和 河北省滦平县 。 金山 岭长城护 泉出露于长城脚下 的 滦平县南缘古北 口 以东约 处 。 念次、 。 如图 所示 ， 本区地层主要有 太古宙 白庙组 ， 中元古界蓟县系 ， 其中以雾迷山 组 为主 中 生 界侏罗 系 ， 其中以后城组 、 为主 。 本区基岩裸露 ， 第四系 分 布 少 而 薄 。 本区东南部和北部分布有中生代侵入岩体－粗粒正长岩 和粗粒钾长花岗 岩 。 本区位于 燕山东西构造带 。 构造 以断裂为主 ， 褶皱被断 裂和岩浆活动所破坏 ， 仅见柳河 向斜南翼 〔 ’ 和其中的次一级构造 － 关 门背斜 图 、 和 ， 褶轴走向东西 ， 在新城 子 附 近被断层 所切断 。 本区最大的断层为多次活动的 古北 口深断 裂 为张家 口 一 北票深断裂 中之一段 ， 其次为关门断层 、 雾灵山断层 、 新城子断层 和温水河断层 。 。 、 「 处 ， 、 ’ 护 尹 …， 、 沙蜜愉 罐妙 几 ‘ ” “ 罗 ‘ ’ 。” ， 尸 戈 ‘ ‘ 吞 万 产尹 图 ‘ 金山岭长城矿泉地区地质略 图， 涝洼地区示 愈例面 图， 关门背斜剖面 垃 ， ， ， 上侏罗统火山碎肩岩， 中侏罗统后坡组沉 积 、 火山碎月 岩夹安山岩多 下侏罗统 砂页岩 央煤层， 前县系雾迷山组缝石条带灰质白云 岩和硅质白云 岩， 太古宙白庙组黑云斜长片麻岩 ， 正长岩， 花 肖岩， 断层代号 ， 逆冲断层， 正断层， 断层线 地 质界经， 上升泉 ，即主矿泉， 溶洞和裂隙网络， 不整合按触 与胎
为逆冲断层（图1b和c),走向东西，是阻水的。而F、F4、Fs都为高角度正断层，是导水 的。本区普遍发育NE、NNE和NNW3组张性构造节理。 Jxw因经历多次构造运动，裂隙纵横，岩溶相当发育，尤以关门背斜轴部的张节理与层 间裂隙处岩溶发育为最。加之，深断裂℉1通过此处，更有利于岩溶向深部发展。溶洞和裂 隙网络，为地下水提供了蓄集空间和深循环通道。所以，Jxw为本区主要含水层。e和r浅部 断裂比较发育，由于发育深度有限，其中的裂隙水只能作浅部迳流。迳流过程中，大部分由 河流排泄，小部分则可通过断裂通道流人JxW。故从深部看，ε和r应为隔水岩体。A,b和J2h 为本区相对隔水层。 综上所述，岩性和构造的结合，形成了本矿水床的蓄水构造一一个走向东西的、开启 型的断层阻水式蓄水构造。其中Jxw为地下水深循环的含水介质，F,以南的J2和e为其南 面、东面之隔水底板和隔水岩体，F2以北的 为其北面之隔水岩体。 50 2矿水床的水源 -50 2,1水源 Craig研究了世界上主要地热区的地下热 -150 水和蒸气的氢氧稳定同位素组成，发现地下热 -200 Ccaig line 水主要由大气降水补给。本矿水床也不例外。 1--Jinshan mountsin thermal spring -250 Z--Hount qoeolangra snow (8848.13 1990年11月于矿泉泉口采样，经国家地震局 -0 -25 =20 -15-10 -5 608。 0 地质研究所测得影6D=-72.1;6018= 图28D与6OI8值间的关系 -10.23%,二者间关系值处在Craig全球降水 Fig.2 The relation between &D and 8018 线附近（图2），故水源亦主要来自大气降水。 2.2降水补给的高程 降水中D和O18的含量随高程增加而碱少的现象称为氢氧稳定同位素高程效应。选取文 献〔2)中相关性较好的37组数据，进行回归分析，得北京及其附近地区高程效应方程： 6D=-59.30-0.0160Hp (r=0.844) (1) 6018=-8.79-0.0020H。(r=0.929) (2) 式中；Hn和H,分别表示D和O1的高程效应所对应的高程(m)。由式(1)、(2)可知，北京 及其附近地区的高程梯度分别为-1.60%/100m和-0,20%/100m。将上述测得的6D、6018 值分别代人式(1)、(2)得：Hn=800m;H。=720.0m。 H。偏低，是因为6O18偏高。O18偏高原因：据地下热水研究〔s),地下热水与围岩中 氧同位素交换可使热水的6O18值明显增高，其代表性反应如下； 2si0:+H,0<号si0+H,0 2 }CaC0g8+H,0t→子CaC0g+H,08 509
为逆冲断 层 图 和 。 ， 走向东西 ， 是 阻水的 。 而 、 、 。 都为高 角度正 断 层 ， 是 导 水 的 。 本区普遍发育 、 和 组张性构造节理 。 因经历 多次构造 运动 ， 裂隙纵横 ， 岩溶相 当发育 ， 尤以关 门背斜轴部的张节理 与 层 间裂隙处岩溶发育为最 。 加之 ， 深断 裂 通过此处 ， 更有利于岩溶向深部发展 。 溶 洞 和 裂 隙 网络 ， 为地下 水提供 了 蓄集空 间和 深循 环通道 。 所 以 ， 为本区 主要 含水层 。 ‘ 和 浅 部 断裂 比较发育 ， 由于 发育深度有限 ， 其 中的 裂隙水只能作浅部还流 。 通流过程 中 ， 大部分 由 河流排泄 ， 小部分 则可通过断 裂通道流入 。 故从深部看 ， 和 应 为隔 水岩体 。 ， 、 和 、 为本区相对隔水层 。 综上所述 ， 岩性和 构造的结 合 ， 形成 了本矿水床的 蓄水 构造－一个走向东西的 、 开启 型的断层阻水式蓄水 构造 。 其中 为地下 水深循 环的含水介质 ， ， 以南的 、 和 君 为 其 南 面 、 东 面之隔水底 板和 隔 水岩体 ， 以北的 为其北面之隔水岩体 。 矿水床的水源 。 水 派 研究 了世界上 主要 地热区的地下 热 水和蒸气的 氢氧稳定同位素组成 ， 发现地下热 水主要 由大气降水补给 。 本矿水床也不例外 。 年 月于矿泉泉 口采样 ， 经国家地震局 地质 研 究 所 测 得， ‘ 二 一 。 编 ，， 一 编 ， 二者间关 系值 处在 全球降水 线 附近 图 ， 故水源亦 主要来 自大气降水 。 碧气 卫 厂 骊白 】 劝 诫 一 刻 乃 ” 一 呜 一 劝 白 卜 帕 ‘ 日 · 、 一南甲 仙鸭 用 ‘ 图 占 与占 值 间的关 系 占 乙 降水补给的高程 降水中 和 ‘ “ 的含量随高程增加而 减 少的现象称为氢氧稳定同 位素高程效应 。 选取文 献 〔 〕中相关性较好的 组数据 ， 进行 回归分析 ， 得北京及其附近地区高程效应 方程 一 。 一 。 ， 二 。 泞吸、了、 ，上 、夕声 工 一 。 一 。 。 式中 。 和 。 分 别表示 和 ’ 旧 的 高程效应 所对应 的高程 。 由式 、 可 知 ， 北京 及其附近地区的高程梯度分别为 一 输 。 。 和 一 编 。 。 。 将上述测得的 、 ’ “ 值分 别代入式 、 得 。 。 “ 。 。 。 偏低 ， 是因 为 ‘ 吕偏高 。 ‘ “ 偏高原因 据地下 热水研究 〔 “ ’ ， 地下热水 与围岩中 氧 同位素交换可使热 水的‘ ” 值 明显 增高 ， 其代表 性反应如下 上 ， “ 么 户合 ‘ ‘ 生毛 号 吞 “ “ 毒 之盘 乙之 。
D而却不同。当地下热水与围岩发生交换反应时，地下水中的δD一般变化不大，这是因为岩石 中含氢矿物少，D/H比值小，故对水的D值几乎无影响。于是，此处应以HD为准，而H。 仅起到参考和校核作用。即矿泉水补给高程为800m。参照我国区域地质图(1：200000，承 德幅，1975)，此处的800m以上的等高线基本展布于上述蓄水构造的东段一F4附近及其 以东地区。因而可大致认为，该地区为矿泉的主要补给地区。 2.3矿泉水年龄 天然水中氚(T或H3)主要有两个来源：天然T和人工T。天然T是在大气层上部由于字 宙射线快速中子与稳定的N14原子发生核反应而产生： ,N14+0n1->1H3+。C12 北半球大气降水中天然T平均含量为5~10Tu(Tu一氚单位，1Tu=1氚原子/1018氢原 子)。T的半衰期为12.262a,其寿命很短。因此，地下水越古老，其T含量越小，甚至趋于 零。 人工T主要由空中热核试验产生。1954至1963年，由于不断进行核试验，产生了大量人 工T,并使大气降水中T含量剧增。据R.M,Brown提供的渥太华地区资料，1963年大气降水 中T含量竟高达6000Tu,之后由于“禁试”，T含量逐年下降，至1970年降至150~200 Tuc4)。北京地区大气降水T含量：1979年为61.4Tu,1985年为46.8Tu)。 水中T含量主要与上述来源有关，但还与各地自然地理、地质-水文地质条件有关。因 此，氚法测龄虽可获良好效果，但必须有当地历年大气降水含氚量数据和深部热水同渗入补 给水的混合比等资料，然而目前缺乏这些资料，故只能作一粗略估计。 以T的半衰期代入放射性元素衰变公式N=N。e~x‘,可导出计算地下水年龄公式： t=40.732(logN。-1ogN) (3) 式中N,为补给水的原始T含量；N为t年后地下水的T含量。 1990年11月于矿泉泉口取水样，经中国科学院地质研究所测定本矿泉T含量为10.2Tu。 为了粗略判定矿泉水年龄，现作如下假设： (1)设矿泉水是1985年降水入渗补给的，令N。=46.8Tu(北京数据)，算至1990年 t=5a,代人式(3)，得N=35.24Tu(>10.2Tu); (2)设矿泉水是1970年补给的，令N。=150Tu(渥太华数据)，算至1990年t=20a,代 入式(3)，得N=48.42Tu(>10.2T); (3)设为1954年至1970年间某年补给的，则因大量人工T的影响，N。值增大，并导至 N>10.2Tu。 显然，本矿旷泉为混合水，其中既有1954年以前降水入渗补给的“古水”，又混入了1954 年以后补给的“新水”。那末，“新水”在何处混入？混入量是多少？这两个问题可从矿泉 动态等方面寻求定性答案。 因本矿泉的水质、流量、水温动态都很稳定，故“新水”的混人必具两个特点：①必须 是在较深处混人，而且混入位置不能离矿泉出露处太近；②混入水量很小。否则，必然要影彩 响矿泉动态的稳定。 510
而 却不 同 。 当地下热水与围岩发生 交换反应时 ， 地下水中的 一般变 化不大 这是因为岩石 中含氢矿物少 ， 比值小 ， 故对水的 值 几乎无影响 。 于 是 ， 此处应 以 。 为 准 ， 而 。 仅起到参考和校核作用 。 即矿泉水补给高程为 。 参 照 我 国区域地质 图 。 。 。 ， 承 德幅 ， ， 此处的 以上的等高线基本展布于上述蓄水构造的东段 － 附近 及 其 以东地区 。 因而可 大致认为 ， 该地区为矿泉的主要补给地区 。 。 矿泉水年龄 天然水中氛 或 主要有两个来源 天然 和人工 。 天然 是在大气层上部 由 于 宇 宙射线快速中子与稳定的 ’ ‘ 原子发生核反应而产生 一 。 北半球大气降 水中天然 平均含量为 一 “ “ － 氖单 位 ， 二 氖 原 子八 ’ “ 氢原 子 。 的半衰期 为 。 ， 其寿命很短 。 因此 ， 地下水越古老 ， 其 含量越小 ， 甚至趋于 零 。 人工 主要 由空中热核试验产生 。 至 年 ， 由于不断进行核试验 ， 产生 了大量 人 工 ， 并使大气降水中 含量剧增 。 据 提供的握太华地区资料 ， 年大气降水 中 含量竟高达 。 。 。 “ ， 之后 由于 “ 禁试 ” ， 含量 逐 年 下 降 ， 至 年 降 至 。 。 〔 ‘ 〕 。 北京地区大气降水 含量 了 年为 ， 年为 。 〔 ， ， 。 水中 含量主要 与上述 来源有关 ， 但还与各地 自然地理 、 地质 一 水文地质条 件 有 关 。 因 此 ， 氖法 侧龄虽可获 良好效果 ， 但必须有当地历年大气降水含氖量数据和深部热水同渗人补 给水的混合比等资料 ， 然而 目前缺乏这些资料 ， 故只能作一粗略估计 。 以 的半衰期代入放射性元素衰变公式 。 一 了 ’ ， 可 导 出计算地下水年龄公式 二 。 。 一 式中 。 为补给水的原始 含量 为 年后地下水的 含量 。 年 月于矿泉泉 口取水样 ， 经 中国科学院地质研究所测定本矿泉 含量 为 。 为了粗略判定矿泉水年龄 ， 现作如下假设 设矿泉水是 年降水人渗补给的 ， 令 。 二 北 京 数 据 ， 算 至 。 年 二 ， 代人式 ， 得 。 设矿泉水是 年补给的 ， 令 。 握太华数据 ， 算至 年 二 ， 代 人式 ， 得 。 。 设为 年至 年间某年补给的 ， 则 因大量人工 的影响 ， 。 值 增 大 ， 并 导 至 》 。 。 显 然 ， 本矿泉为混合水 ， 其中既有 年以前降水人渗 补给的 “ 古水” ， 又混人 了 年以后补给的 “ 新水” 。 那末 ， “ 新 水 ” 在 何处混入 混入量是多少 这两个 问题可从矿泉 动态等方面寻求定性答案 。 因本矿泉的 水质 、 流量 、 水温动态都很稳定 ， 故 “ 新水” 的混人必具两个特点 ①必须 是在较深处混人 ， 而且混入位置不能离矿泉出露处太 近 ②混入水量很小 。 否则 ， 必然要影 响矿泉动态的稳定 。 妙
根据特点①，再结合地质构造分析，并排除“古水”的主要补给范围（上述的蓄水构造 东段)，可以推断，“新水”混入的最大可能位置是F,附近的地下深处。 综上所述，本矿泉为混合水，其中以1954年以前降水人渗补给的“古水”为主，并混人 了少量1954年以后人渗补给的“新水”。 3矿水床热源和地下水循环深度 3.1热源 一般认为温泉热源主要来自地热增温、岩浆活动和其余热源。 本区新生代以来岩浆活动较弱，晚第三纪玄武岩沿张家口~北票深断裂虽有零星分布（如 尚义、建平的玄武岩便是)。经钻探揭示，北京东南部地层中亦有第三纪玄武岩穿插，但这 些岩浆活动都远离本矿旷水床（距尚义280km,建平210km,北京东南部140km),其残热不 可能形成如此大区域的地热异常，故本矿水床热源与岩浆活动关系不大。热源主要来自地热 增温。 3,2地温梯度和水循环深度 本区地温梯度：据文献c8),密云不老屯靠近本矿泉，其热流值q=3.76×10-2W/m2。 如前述，地下水的深循环发生在蓄水构造的Jxw含水介质中，而灰质白云岩之热导率k= 3.38W/m·℃。因此，地温梯度grad=3.76×10-2/3.38=0.0111℃/m 矿水床热蓄温度T:根据邓孝等的研究(8)，华北地区地热钻孔水中SO2含量基本受玉 隨的溶解度控制，低温热水适用如下玉髓温标预测热蓄温度。本矿泉水溶SO:浓度C= 24.2mg/1,所以， 4,69-0gC-273.15=38.6℃ T=1032 水循环深度H:本区恒温带深度h=20-30m,取h=25m。本区多年平均气温为8℃， 令恒温带温度t'=8℃，则有 H=T-t grad t -+h=2781.7m≈2780m 本区处在我国热流值最低的位置8】，但出露温泉，这说明热源较深，地下水循环深度 较大。计算所得的H值与这一概念吻合。 4矿泉水化学成分的形成 前面已经讨论了矿泉水中的H2、O18和H3,以下讨论其他化学成分。 1988年至1990年曾4次（旱季、雨季各2次）在泉口取水样，并同时测定其水温和主泉 流量。水样由中国顶防医学科学院和北京市地质工程勘察院等单位进行全分析。对比每次测 定和分析结果表明，水质、流量、水温动态稳定。 511
根据特点① ， 再结 合地质构造分析 ， 并排除 “ 古水 ” 的主要补给范围 上述 的蓄水构造 东段 ， 可 以推断 ， “ 新水 ” 混人的最大可能位置 是 附近的地下 深处 。 综上所述 ， 本矿泉为混合水 ， 其中以 年以前降水人渗补给的 “ 古水” 为主 ， 并混人 了少量 年以后人渗补给的 “ 新水 ” 。 矿水床热源和地下水循环深度 。 热派 一般认为温泉热源主要来 自地热增温 、 岩浆活动和 其余热源 。 本区新生代以来岩浆活动较弱 ， 晚第三纪玄武岩沿张家 口 一 北票深断裂虽有零星分布 如 尚义 、 建平的玄武岩便是 。 经钻探 揭示 ， 北京东南部地层中亦有第三纪玄武岩穿擂 ， 但这 些 岩浆活动都远离本矿水床 距尚义 ， 建平 ， 北京东南部 ， 其残 热 不 可能形成如此大区域的 地热异常 ， 故本矿水床热源与岩浆 活动关系不大 。 热源主要来 自地热 增温 。 地 沮梯度和水循环深度 本区地温梯度 据文献 〔 日 ’ ， 密云不老屯靠近本矿泉 ， 其热流值 二 ’ 二 ’ 。 如前述 ， 地下水的深循 环发生在 蓄水构造的 含水介质中 ， 而灰 质 白 云 岩 之 热 导 率 掩二 。 。 · 亡 。 因此 ， 地温梯度 二 。 一 。 “ ℃ 矿水床热蓄温度 根据邓孝等的研究 〔 ” ’ ， 华北地区地热钻孔水 中 含量基 本 受 玉 髓的溶解度控制 ， 低温热水适用如下 玉髓温标预测热 蓄温度 。 本 矿 泉 水 溶 浓 度 灯 ， 所以 ， 二 。 一 一 。 。 ℃ 水循 环深度 本区恒温带深度 一 ， 取 二 。 本区多年平 均气 温 为 ℃ ， 令恒温带温度 尹 ℃ ， 有 二 一 产 。 、 本区处在我 国热流值最低的 位置 〔 ” “ ， 但出露温泉 ， 这说明热源较深 ， 地下水循环 深 度 较大 。 计算所得的 值 与这一概念吻合 。 矿泉水化学成分的形成 前面已经讨论了矿泉水 中的 “ 、 ‘ 和 ， 以下 讨论其他化学成分 。 年至 。年 曾 次 旱季 、 雨季各 次 在泉 口取水样 ， 并同时侧定其水温和主泉 流量 。 水样 由中国预防医 学科 学院和 北京市地质工程勘察院 等单位进行全分析 。 对 比每次侧 定和分析结果表明 ， 水质 、 流量 、 水温动态稳定 。 事 李
4.1矿水床水文地球化学特征 按4次分析结果的平均值，用KyP1oB式表示如下： s0iaiSrM1CO222kpHD 显然，本矿水床水文地球化学类型为HCO,一Ca+Mg型水。从饮用天然矿泉水定名来说，因 H,SiO3和Sr含量达标(GB8537一87)，故属含H,SiO,和Sr的HCOg一Ca+Mg型矿泉水。 其特色是低钠、低矿化度(M=0.425g/1或固形物=0.286g/1),并含有Se、F、Li、Zn、V、 Mo、Co、Fe、Ni、Ba等人体必需的微量元素。 4.2水化学成分的形成 (1)水中HCO5、Ca+、Mg+的形成：主要由含CO,的人渗成因或地下水溶滤蓟县系碳 酸盐岩而产生。 (2)水中H2S1O,的形成：硅酸盐旷物约占地壳质量的75%，但其溶度很低，对于硅酸 矿泉水的形成，至关重要的因素是地下水流经的岩石类型和温度、压力条件，本矿旷水床SO2 的物质来源主要有：侵入岩和蓟县系隧石层、硅质白云岩。对于侵入岩的硅酸盐矿物，可 因水解作用和碳酸化作用而产生S02,例如： 4KCAISisO3+6H2O->A1sCSi0](OH)8+8SiO,+4KOH 4KCAISisO+4H2O+2CO2->AlCSis013(OH)+8SiO2+2KCOs 在以上反应中，除SO2进入水中外，同时还产生K+,然而本矿泉水是低钠水，Na+、K+含 量甚低。尚且，如前所述，本区侵入岩中裂隙水仅只能作浅部迳流，温度、压力条件不利于 上述化学反应。因此，水中SO,主要不是来自侵入岩，而对于蓟县系则不同，其SO2含量虽 少于侵入岩，但因深循环发生于其中，温度、压力条件有利于SO:的溶滤，故S0,主要来 自蓟县系。 (3)水中Sr的形成：Sr与Ca同族，属碱土金属，二者化学性质相似。但在岩石圈中Sr 远少于Ca,Sr为微量元素，它在碳酸盐岩、中酸性岩浆岩、粘土岩中相对比较富集，并可能 形成菱锶矿(SrCO3)、天青石(SrCO4)等独立含锶矿物，本区蓟县系和侵入岩又是提供Sr来 源的主要母岩，但能否形成含S矿旷水，则取决于水的侵蚀性(C02含量)、温度和渗流条件。 显然，此处蓟县系更具这些有利条件。因此，S的来源主要仍是蓟县系，其次才是侵人岩。 5金山岭长城矿旷水床成因推断 地下水主要在新城子正断层F以东高程800m以上的山区接受降水入渗补给后，在蓄水 构造的控制下，沿蓟县系雾迷山组（丁xw)的地下深处（深达2780m)自东向西运流（深循环）， 沿途受到地热加温，并溶人各种组分，形成矿水床。在关门出露温泉，排泄于地表。旷泉水 为混合水，其中主要为36年以前降水入渗补给的“古水”，并在F4一带地下深处混人了少 量“新水”。 512
。 矿水床水文地球化学特征 按 次分析结果的平均值 ， 用 二 。 式表示如下 二 蒙 、 ， 。 。 一 ‘ 。 、 。 一 。 。 瑟 〔 之 〕 。 〔 ， 〕 。 。 显然 ， 本矿水床水文地球化学类型为 － 型水 。 从饮用 天 然矿泉水定名来说 ，因 和 含量达标 一 ， 故属含 和 的 － 型矿泉水 。 其特色是低钠 、 低矿化度 万 二 。 或 固形物 二 。 ， 并含有 、 、 、 、 、 。 、 、 、 、 等人体 必需的微量元素 。 水化学成分的形成 水中 万 、 “ 、 “ 的形成 主要 由含 的人渗成 因或地下水溶滤蓟县系碳 酸盐岩而产生 。 水中 的形成 硅酸盐矿物约 占地壳质量的 ， 但其溶度很低 ， 对于 硅 酸 矿泉水的形成 ， 至关重要的 因素是地下水流经的岩石类型和 温度 、 压 力条件 ， 本矿水床 的 物质来源主要有 侵人岩和 蓟县系缝石层 、 硅质 白云岩 。 对于侵人岩的硅 酸 盐 矿 物 ， 可 因水解作用和碳酸化作用而产生 ， 例如 〔 。 。 〕 一一 〔 。 〕 。 〔 。 〕 一》 〔 。 、 。 〕 在 以上反应 中 ， 除 进人水中外 ， 同时还产生 ， 然而本矿泉水是低 钠 水 ， 、 ‘ 含 量甚低 。 尚且 ， 如前所述 ， 本区侵入岩中裂隙水仅只能作浅部通流 ， 温度 、 压力条件不利于 上述化学反应 。 因此 ，水中 主要不是来 自侵入岩 ， 而对于蓟县系则不同 ， 其 含量虽 少于侵入岩 ， 但因深循 环发生于其中 ， 温度 、 压力条件有利于 的溶滤 ， 故 主 要 来 自蓟县系 。 水 中 的形成 与 同族 ， 属碱土金属 ， 二者化学性质相似 。 但在岩 石 圈 中 远 少于 ， 为微量元素 ， 它在碳酸盐岩 、 中酸性岩浆岩 、 粘土岩中相对 比较富集 ， 并可能 形成 菱银矿 。 、 天青石 等独立含镌矿物 ， 本区 蓟县系和侵人岩又是提供 来 源的 主要母 岩 ， 但能否形成含 矿水 ， 则取决于 水的侵蚀性 含量 、 温度和渗流 条件 。 显 然 ， 此处蓟县 系更具这些 有利条件 。 因此 ， 的来源主要仍是蓟县系 ， 其次才是侵人岩 。 金 山岭长城矿水床成因推断 地下水主要在新城子正断层 以东高程 以上的山 区接受降水人渗补给后 ， 在 蓄 水 构造的控 制下 ， 沿蓟县系雾迷 山组 的地下深处 深达 自东向西还流 深循环 ， 沿途受到地热加 温 ， 并溶入各种组分 ， 形成矿 水床 。 在关 门出露温泉 ， 排泄于地表 。 矿泉水 为混合水 ， 其中主要 为 年以前降水入渗补给的 “ 古 水， ， 并在 一带地下深处混 人 了 少 量 “ 新水 ”
温泉出露的主要原因有： (1)温水河在此处的深切割： (2)岩溶一裂隙最发育的关门背斜轴部（轴向东西）与温水河正断层F5(断层线走 向南北)在此处交叉，形成深循环承压水的上涌通道， (3)此处蓟县系分布已逼近其西部尽头， 6结 论 (1)本矿水床成因的地质学推断，在化学成分、地下水动态和O18、D、T同位素研究 中得到了初步证实和解释， (2)本矿水床成因推断可供寻找类似条件矿水床之参考，如古北口以西（密云水库北） 和兴隆县与承德县交界处的柳河附近蓟县系分布区的地质一水文地质条件与金山岭长城矿 水床相似，可望寻到类似矿水床， 参考文献 1彭定邦等。河北省滦平县金山岭长城饮用天然矿旷泉水水文地质调查报告。北京科技 大学地质系科研报告，1989：13 2黄尚瑶等。地热专辑第二辑。北京：地质出版社，1989：158 3刘存富，王恒纯编。环境同位素水文地质学基础。武汉地质学院，1984：61 4沈照理主编。水文地质学。北京：科学出版社，1985：764 5连炎清。武汉地质学院硕士论文，1987：50 6陈量香主编。华北地热。北京：科学出版社，1988：86、62和103 513
温泉出露的 主要原因有 温水河在此处的深切割 岩溶－ 裂隙最发育的 关门背斜轴部 轴向东西 与温水河正断层 。 断 层 线 走 向南北 在此处 交叉 ， 形成深循 环承压水的上捅通道 此处蓟县 系分布已逼近其西部尽头 ， 结 论 本矿 水床 成 因 的地质学推断 ， 在化学成分 、 地下 水动态和 ’ 、 、 同位 素 研 究 中得到 了初步证 实和 解释 ， 本矿水床成 因推断可供 寻找类似 条件矿水床之 参考 ， 如古北 口 以西 密 云水库北 和 兴隆县与承德县交界处 的柳河附近蓟县系分布区的地 质 － 水文地 质条件与金 山岭长城矿 水床相似 ， 可望寻到类似矿水床 ， 参 考 文 献 彭 定邦等 。 河北省滦平县金山 岭长城饮用 天然矿泉水水文 地质调查报告 。 北 京 科 技 大学地质系科研报告 ， 黄尚瑶 等 。 地 热专辑 第二辑 。 北京 地质 出版社 ， 刘存富 ， 王恒纯编 环境同位素水文地 质学基础 武汉地质学院 ， 沈照理主编 。 水文地 质学 。 北京 科学 出版社 ， 连炎清 。 武汉地质学院硕士论文 ， 陈墨香主编 。 华北地 热 。 北京 科学出版社 ， 、 和 尽落
