前言

天然矿泉水在我国分布广泛，几乎各省都有，不仅类型多样，且水质较好。和我们日常喝的自来水不同，天然矿泉水水源必须获得国家颁发的饮用天然矿泉水采矿许可证才能开采。我国将天然矿泉水列为液体矿产（金矿、铜矿、铁矿等为固体矿产），是非常珍贵的矿产资源，储量稀少，因此受到极为严格的控制、管理和保护。如此珍贵的水，在地下究竟是怎样“修炼成型”的呢？

根据国家《食品安全国家标准 饮用天然矿泉水》（GB 8537-2018），天然矿泉水的分类以水中天然富集的特征矿物组分为核心标准，共划分为7大类：含偏硅酸矿泉水、含碳酸矿泉水、含锶矿泉水、含锂矿泉水、含锌矿泉水、含硒矿泉水、盐类矿泉水。每一类都有明确的界限指标要求，且所含有的矿物组分均来自水与岩石的自然作用，严禁人工添加。

天然矿泉水的形成逻辑是：水中化学元素本身的性质差异、在地球表层的赋存分布规律，直接影响其在水中的溶解效率与迁移能力；而温度、压力、水文循环等环境因素，进一步对这一过程形成多重制约。

这意味着，不同类型天然矿泉水的“矿水床”，必然具备独特的地质构造、水文地质条件及地球化学环境，下文详细对不同类型矿泉水的形成条件进行介绍。

1.偏硅酸矿泉水简介：偏硅酸矿泉水是矿泉水的七大类型之一，是指偏硅酸含量达到25mg/L以上的矿泉水（含量在25.0 mg/L~30.0 mg/L时，水源水水温应在25 ℃以上）。

2.偏硅酸矿泉水形成的核心条件：偏硅酸是水中可溶性二氧化硅的主要存在形式，由地壳中广泛分布的硅酸盐岩石（如火成岩、碎屑岩）经自然溶解形成。由于硅酸盐岩石遍布地壳岩石圈中，因此在自然水中普遍可以发现可溶性二氧化硅(SiO2)组分，但在水中胶体状态存在的二氧化硅(SiO2)比较少见，而大多数是以分子分散状的硅酸盐形式存在，而偏硅酸(H2SiO3)则是其最简单的形式，所以水溶液中可溶性硅酸含量，通常用偏硅酸含量表示。

3.具体形成方式：

硅酸盐岩石的广泛分布使得偏硅酸矿泉水在我国各省区均有分布，但地层岩性对矿泉形成具有显著选择性：石灰岩、大理岩等二氧化硅含量较低的地层，因缺乏足够物质来源难以形成达标矿泉；而火成岩、碎屑岩等富含二氧化硅的地层，为偏硅酸生成提供了充足物质基础，是矿泉形成的优势区域。

然而，硅酸盐岩石多呈致密结构，天然具有阻水特性，不利于地下水的渗流与循环，因此偏硅酸矿泉水的形成需依赖裂隙发育的地质构造—— 仅在裂隙纵横交错、相互连通的地段，才能形成地下水渗流的有效通道。其中规模较大的断裂带是构建“矿水床” 的核心条件，这类断裂带延伸距离远、埋藏深度大，沿断裂两侧地层破碎、裂隙发育，为地下水与岩石的充分接触创造了条件。

此外，温度和压力是影响偏硅酸矿泉水形成的决定性因素，温度直接调控硅酸盐的溶解度，较高温度下硅酸盐的溶解效率显著提升，才能使水中溶入足量硅酸盐进而形成达标矿泉，这也导致天然热矿泉中偏硅酸含量普遍较高，成为该类矿泉水的重要来源类型。

1.碳酸矿泉水简介：游离二氧化碳浓度高于250mg/L的饮用矿泉水界定为碳酸型矿泉水。

2.碳酸矿泉水形成的核心条件：

含碳酸矿泉水是以富含游离二氧化碳为标志。因此形成含碳酸矿泉水的“矿水床”首先必须拥有充足的二氧化碳来源，同时还必须具备游离二氧化碳能大量溶于水中的物理化学环境，这是其形成的必要条件。当然，充足的地下水源的补给也是不可缺少的。只有具备以上三个条件才可能形成碳酸“矿水床”。

3.具体形成方式：

游离二氧化碳的来源虽然很广泛，但是大气起源的二氧化碳不足以形成含碳酸矿泉水。因为与大气有直接联系的自然水中，游离二氧化碳含量有限；而生物起源的二氧化碳，如大量生物遗体在地下分解，有可能形成足够数量的二氧化碳，但至今尚未发现与此有关的碳酸矿泉水。

而通常见到的含碳酸矿泉水主要分布在近代火山活动或岩浆活动区以及深大断裂带上。这些二氧化碳可能来自岩浆分异和岩石的热变质作用。

当然，近代火山或岩浆活动区和深大断裂带不仅具有产出游离二氧化碳的有利条件，而且这一带地区也是地壳活动比较强烈的地区，岩石断裂发育，有利于导水、导气，从而使渗入地下的水可循环至地下深部，使水和二氧化碳在较高压力环境下进行相互作用，以致水中游离二氧化碳含量大大增高。所以这样的地区是形成含碳酸矿泉水的最有利地质环境。

1.含锶矿泉水简介：锶矿泉水是矿泉水的七大类型之一，是指锶含量达到0.2mg/L以上的矿泉水(含量在 0.20 mg/L~0.40 mg/L时，水源水水温应在25 ℃以上)。

2.含锶矿泉水具体的形成方式：

锶在地球中的含量虽然不算很高，但在地壳上部分布相当广泛，特别是在含锶矿物和富含锶的闪长岩、花岗岩、粘土岩以及碳酸盐岩石中，锶含量相对比较富集，这些岩石是提供锶元素物质来源的主要母岩。但是由于锶盐的溶解度相对较小，而且受水的酸碱度、温度等因素的制约，因此，即使在富锶岩石分布地区能否形成含锶的矿泉水，很重要的因素还决定于水的侵蚀性、水的温度以及地下水的条件。

含锶矿泉水最有利于形成的地质和地球化学环境是碳酸盐岩层分布区，这不仅是因为碳酸盐岩石中富集锶的组分，而且因为碳酸盐岩石具有一定可溶性，其中的岩溶洞穴和空隙通道比较发育，具有良好的水循环交替条件。此外，在闪长岩、花岗岩分布区的断裂裂隙发育带同样具有锶的物质来源和良好的渗流条件，也是锶矿泉水形成的有利环境。

1.含锂矿泉水简介：锂矿泉水是矿泉水的七大类型之一，是指锂含量达到0.2mg/L以上的矿泉水，天然锂矿泉水资源十分有限。

2.锂矿泉水稀少原因：锂在地壳岩石圈中的含量很少，仅占地壳质量的0.0065%，故被列入稀有元素之列。由于锂的活泼性，它可积极参与生物链的循环，不仅动物和人体中含有锂，植物也可通过土壤和地下水将部分锂摄入植物体内。因此，锂一旦从含锂母岩的矿物品格中析出后，它即可与自然界中广泛分布的氯离子(Cl-)或其他卤族元素阴离子化合，构成可溶盐而迁移。锂在地下水中很难富集，也正因为如此，含锂矿泉水在世界上是不多见的。

3.含锂矿泉水具体的形成方式：

对于“锂矿水床”形成的必要条件，首先必须考虑到母岩中应有较多的含锂矿物，如前所述，酸性花岗岩、花岗伟晶岩都是蕴含锂矿物的岩石，因此这类地区应是含锂矿泉水形成的有利条件。特别是这类地区的断裂和裂隙发育带，地下水循环渗流条件较好，既可有丰富水源，又有利于地下水和岩石之间相互作用的进行。

另外据报道，在近代火山活动区也有利于锂矿泉水的形成，这可能与火山喷发物中既富含锂离子(Li+)，也富含氯离子(Cl-)、氟离子(F-)等卤素离子有关，因此火山沉积物中锂的可溶盐含量较高，有利于含锂矿泉水的形成。

此外，在某些大型沉积盆地中，特别是含盐沉积物或由沉积物封存的埋藏水中，往往锂可以达到很高的含量。

1.含锌矿泉水简介：锌矿泉水是矿泉水的七大类型之一，是指锌含量达到0.2mg/L以上的矿泉水。

2.含锌矿泉水具体的形成方式：

锌在地壳岩石圈的上部分布比较分散，而且丰度不高，所以在自然界中含锌矿泉水并不多见。但锌主要以独立矿物存在于自然界，往往构成含锌矿床而富集。

锌的富集主要在岩浆结晶作用过程的后期阶段，由残余岩浆溶液参与的热液成矿过程之中，特别是在残余岩浆侵入碳酸盐岩石及其接触带附近，往往成为锌富集的有利环境。因此在花岗岩体与围岩接触带，特别是在花岗岩与碳酸盐岩层接触带，往往具有锌元素的丰富物质来源。由于碳酸盐岩石利于岩溶发育，一般具有较好的透水性，利于地下水的补给、径流和赋存，是含锌矿泉水形成的最有利地质环境。

此外，地球内部圈层中的含锌量大于地壳岩石圈，因此通过深循环，特别是近代岩浆活动和火山活动地区，地下水中可能有内生水的掺入或岩浆挥发组分的混入，也是有利于含锌矿水床形成的条件。

1.含硒矿泉水简介：当矿泉水中的硒含量大于等于0.01mg/L时，即可被称为硒型矿泉水，同时硒又为限量指标，不得超过0.05mg/L。

2.含硒矿泉水具体的形成方式：

硒在地壳岩石中主要是分散状态，而且丰富度较低。即使在某些硫化矿物中有少量富集，但由于硒在地表条件下氧化能力较弱，大多以硒元素的形式存在于氧化物中，所以迁移能力相当差，因此在天然水中硒含量极低，硒矿水床不易形成。

从硒元素的地球化学特征来看，在现代火山活动区和煤系地层分布区可能出现相对富硒的地球化学环境，这是可能出现硒矿水床的有利地质环境。

不过据现有资料，至今在我国尚未发现典型的硒矿水床和含硒饮用矿泉水。目前含有微量硒元素的天然矿泉水，尽管这些矿泉水中硒的含量未达到饮用天然矿泉水限量标准，但它们都是伴随其他达标微量元素出现的，因此仍有保健作用。此外，也有一些矿泉水，硒含量过高，已大大超过了饮用天然矿泉水硒含量的限量值(0.05毫克/升)，是不宜作为饮用天然矿泉水开发利用的。

1.盐类矿泉水简介：《饮用天然矿泉水》（GB8537）中要求溶解性总固体的含量要大于等于1000mg/L才能被称为盐类矿泉水。

2.盐类矿泉水具体的形成方式：

通常为含溴和含碘元素高的矿泉水，溴、碘是自然界典型的盐类存在。溴、碘在地球上的分布极其广泛，但由于盐类具有很强的溶水性，它们在岩石圈中既不易富集也不易保存。大量的溴和碘主要富集于海水及一些沉积盆地的地下卤水之中，特别是含有盐类沉积物的沉积盆地是形成高溴、碘地下卤水的有利环境。

此外，在地幔物质组成中，溴、碘也有相当的含量，由于它们都具有强挥发性，因此在岩浆活动及火山喷发过程中，均可能将地球深部的溴和碘带到地壳浅部或地表。在一些岩浆活动区内，往往沿裂隙或断裂带，由于碘升华向上扩散，部分吸附固定于土壤中或随火山喷发物喷发至地表，再随降水或地表水渗入地下形成含溴、碘的地下水。

由于富含溴、碘的地下水往往也富含大量其他各种盐类和化学元素，不适宜作为饮用天然矿泉水开发利用。例如我国含溴或碘的地下卤水和地下热矿水蕴藏相当丰富，无论在西南、西北、华北和东南地区均有发现，但适宜作为饮用天然矿泉水开发利用的却为数极少。

参考文献：

【1】中国饮用天然矿泉水，中国地质大学出版社，沈照理、许绍倬等，34-59.

【2】《食品安全国家标准 饮用天然矿泉水》GB8537—2018

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