克山县天然矿泉水分布与形成机制分析

张洪志，吕 欣

(1.黑龙江省水文地质工程地质勘察院，哈尔滨150030;2.黑龙江省九零四水文地质工程地质勘察院，哈尔滨150027)

0 前 言

克山县属松嫩断陷盆地北部倾没区。自中生代以来以缓慢下降为主，堆积了厚度较大的碎屑沉积岩层。

其中古近系始—渐新统地层为一套湖相及湖沼相细碎屑岩沉积建造，厚度一般＜200m，岩性以泥岩、粉细砂岩为主，埋藏较浅，顶部风化裂隙发育;白垩系上统地层是以泥岩为主夹细碎屑岩的深湖—半深湖相沉积，厚度200 ～500 m，岩性以泥岩、细—中砂岩为主，孔隙裂隙发育，赋存有较丰富的天然矿泉水。

1 克山县天然矿泉水分布特征

克山县天然矿泉水类型主要以锶型、偏硅酸型及锶偏硅酸复合型天然矿泉水为主，其中锶型、偏硅酸型矿泉水分布于区内南部、北部;锶偏硅酸复合型天然矿泉水区内南部、东部、北部均有分布。克山县西部天然矿泉水分布较少。

在已查明的天然矿泉水中锶含量0.400 ～1.962 mg/L，偏硅酸含量30.04 ～68.70 mg/L，水化学类型多为重碳酸钙(HCO3—Ca)及重碳酸钙钠(HCO3—Ca·Na)型，溶解性总固体为143.41 ～1 621.46 mg/L，pH 值6.20 ～7.75。

按酸碱度pH 值分类为中性水，按硬度分类为软水—硬水，按溶解性总固体含量分类为淡水。耗氧有机物含量低。

2 地形地貌

克山县位于松嫩平原北部，地处小兴安岭南麓与松嫩平原的过渡地带，北部、中部为丘陵漫岗区，地形起伏变化大，南部是冲积平原，西部地势稍低而平坦。全区地势东北高西南低，起伏较大，绝对标高在210 ～380 m。

按成因类型及形态特征，克山县地貌单元可分为剥蚀堆积、堆积及火山3 种成因类型。按成因形态可分为山前倾斜平原、河谷平原、火山丘，按形态特征分为高平原、一级阶地、高漫滩、低漫滩、截锥状火山丘工作区。工作区地貌见图1。

图1 工作区地貌简图

3 区域地质条件

本区自中生代以来以缓慢下降为主，沉积了白垩系，古近系始—渐新统地层以及第四系更新统、全新统地层。具体有3 个方面的内容:

3.1 白垩系

其中上白垩系统包括3 个:

3.1.1 姚家组(K2y)

在区域上姚家组厚度变化较大，为30 ～100m。埋藏于嫩江组之下，为灰黑—棕红色粉砂质泥岩、泥岩，夹薄层灰白色粉砂岩。顶部和底部以红色泥岩与粉砂岩互层为主，岩相以滨浅湖相沉积为主。中部岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，岩相以河流相沉积为主。见有灰色钙质介形虫层。

3.1.2 嫩江组(K2n)

嫩江组与下伏姚家组呈整合接触，岩石主要为灰色、灰黑色、灰绿色泥岩、粉砂岩、细砂岩、中细砂岩、油页岩等。厚度变化较大50 ～500m，底部为黑色泥岩、油页岩、灰色粉砂岩、泥质粉砂岩互层。中部为紫红、灰绿色、灰白色泥岩、粉砂质泥岩、细砂岩、粉砂岩互层，以细砂岩、粉砂岩为主。上部为灰绿、灰色泥岩与灰绿色泥质粉砂岩、粉砂岩互层。岩相以河流相沉积为主，滨浅湖相次之。

3.1.3 明水组(K2m)

上段主要为泥岩、灰质泥岩、泥质砂岩、砂岩。泥岩成岩作用好，坚硬块状，砂岩以粉砂岩为主，并有含砾粗砂岩，结构疏松，泥质弱胶结，厚8.16 ～139.03m;下段以泥岩、泥质粉砂岩为主，泥岩成岩作用好，呈致密块状，粉砂岩分布均匀，厚23.39～51.41m。

3.2 古近系

始—渐新统依安组(E2—3y):为一套湖相及湖沼相细碎屑岩沉积建造，厚度一般＜200m，岩性自下而上由细粉砂岩、泥岩构成正沉积旋回，韵律性很强。主要由暗灰、灰绿色夹棕红色泥岩，灰、灰绿色粉砂岩，细砂岩组成，上部夹褐煤层及菱铁矿。

3.3 第四系

3.3.1 下更新统

玄武岩(βQ1):分布于北兴镇东南尖山子一带，局部出露，形成孤立的火山丘，熔岩台地。厚度约10～50m。

3.3.2 中更新统

下荒山组(Q21al+fglx):区域上分布不均匀，厚度约5 ～25m。主要出露于乌裕尔河河谷北部高平原区，岩性为砂砾石、砂及含砾粉质黏土，其间混杂有冰缘融冻泥流堆积。

上荒山组(Q2pals):在区内东南部大面积出露，区域上分布不均匀，厚度5 ～15m。主要岩性可分两层，上层为黄土状粉质黏土，厚度2 ～10m，呈块状，具有大孔隙，微细层理，局部垂直节理发育，含少量铁、锰质结核。下层由灰、灰白色松散的砂、砂砾石、碎石块混合物等组成。

3.3.3 上更新统

顾乡屯组(Q3alg):区域上零星分布于河谷两侧一级阶地上，厚度5 ～20m 变化较大。上部岩性为黄色粉质黏土、黄土状粉质黏土，块状，具有小孔隙，见少量铁染。下部为粗碎屑砂、砂砾石，分选性差。

3.3.4 全新统

高漫滩冲积层(Q41al)分布在乌裕尔河河谷以南及次一级河谷中，厚度一般在2 ～20m。主要岩性由黑灰色、黑褐色淤泥质粉质黏土，砂、砂砾石组成。

低漫滩冲积层(Q42al)分布在河谷漫滩中，厚度一般在2 ～10m。主要岩性由黄、黄褐色砂、砂砾石、淤泥质粉质黏土组成，砂砾石从上向下颗粒变粗，粒径一般在2 ～10 mm，个别含卵石，粒径可达2～3 cm。

图2 北部天然矿泉水主要发育区地质剖面图

4 水文地质条件

区内地下水按其地质时代，岩性组合特征，埋藏条件划分3 个含水岩组:即第四系砂砾石孔隙潜水，古近系粉细砂岩、中粗砂岩及砂砾岩孔隙裂隙承压水，白垩系粉细砂岩孔隙裂隙承压水含水层。现分述如下:

4.1 第四系松散岩类孔隙潜水

4.1.1 全新统上部冲积砾石潜水含水层

广布于讷谟尔河、乌裕尔河及其支流高低漫滩区。含水层岩性为砂及砂砾石，局部夹有粉质黏土透镜体。砾石直径一般0.5 ～2cm，最大3 ～6cm，显上细下粗的规律。透水性强，渗透系数一般为17 ～39 m/d，个别达291.6 m/d，涌水量为0.5 ～14 L/s，水位埋藏深度1 ～3.5m，含水层厚度在讷谟尔河区5～16m，乌裕尔河区3 ～5m。低洼处含水层之上有薄层粉质黏土(＜3m)顶板存在，局部地下水微承压。水质以HCO3—Ca 型水为主，局部污染后为HCO3·Cl—Ca·Na 型水，溶解性总固体含量均＜700mg/L，为适于饮用的低矿化淡水。

4.1.2 全新统冲积洪积砂及砂砾石潜水含水层

分布于克山西部无水宽谷中，含水层岩性为棕褐色、灰白色砂及砂砾石层，分选差，带棱角，局部有粒径达5 ～6 cm，并夹细砂和粉质黏土透镜体。透水性强，渗透系数一般0.2 ～1.5m/d，个别达5.87m/d，涌水量为1 ～3L/s，个别达5.24L/s，水位埋藏深度8～20m。此含水层上部复很薄的粉质黏土夹砾石，局部砂砾石出露地表，其底板为第三纪依安组泥岩和泥质粉砂岩，局部为粉砂岩，构成下部基岩层间水的补给通道。水质以HCO3—Ca 及HCO3—Ca·Na 型水为主，溶解性总固体含量小于250mg/L，为淡水。

4.1.3 全新统下部冲积砂砾石潜水及微承压水含水层

呈条带状分布在区内一级阶地上。讷谟尔河阶地含水层为砂砾石。乌裕尔河区大部为粉质黏土夹砂砾石，水位埋藏深度2 ～17m，含水层厚度3 ～16m，最厚达22.3m，涌水量0.5 ～2.5L/s，最大可能涌水量40 ～800 m3/d，渗透系数2.7 ～4.1m/d，影响半径为14 ～61m，最大达101.7m。水质以HCO3—Na·Ca 型水为主，局部污染后为HCO3·Cl—Na·Ca 型水，溶解性总固体含量均小于300mg/L，为低矿化淡水。

4.1.4 下更新统洪积冰水沉积砂砾石潜水含水层

零星散布于克山东部丘陵状山前倾斜平原地区。含水层由砂砾石组成，分选差，并夹黏土薄层。含水层厚度很不稳定，局部地区透水而不含水，仅新大采石场等地含水，但富水性不一。涌水量0.03 ～0.4L/s，最大可能涌水量2 ～87 m3/d，透水性亦不均，渗透系数一般0.5 ～15m/d，含水层厚度2 ～9m，水位埋藏深度2 ～18m。

该层水质以HCO3—Ca·Na 及HCO3·SO4—Ca·Na 型水为主，局部为Cl·HCO3—Ca·Mg 型水，溶解性总固体含量小于500mg/L，为低矿化淡水。

4.2 古近系碎屑岩类孔隙裂隙承压水

4.2.1 依安组上段粉细砂岩承压水含水层

分布于克山北部，上覆第四纪粉质黏土及砂砾石，含水层的顶底板由泥岩组成。含水层埋藏深度30 ～60m，水位深度3 ～20m，含水层厚度极不稳定，为5 ～30m，富水性微弱，涌水量为0.26 ～0.51L/s，最大可能涌水量为40 ～66.1 m3/d，渗透系数0.13 ～1.95m/d，影响半径13.9 ～57.9m。水质以HCO3—Na·Ca 及HCO3—Ca·Na 型水为主，溶解性总固体含量＜300 mg/L，为淡水。

4.2.2 依安组中段中粗砂岩、砂砾石及粉细砂岩下降层间水和承压水含水层

广泛分布于区内中部及西部，为区内主要供水目的层之一。西部含水层上覆20 ～40m 洪积粉质黏土，为下降层间水区;东部含水层顶板为泥岩及粉砂质泥岩，底板全为泥岩，为承压水区。含水层厚度由东向西渐增，为10 ～60m，埋深也由东向西从10m 增至63m，含水层岩性由东向西从粉细砂岩透镜体渐变为连续的厚层中粗砂岩和砂砾石，富水性变化大。渗透系数为0.2 ～8.9m/d，涌水量0.1 ～1.6 L/s，最大涌水量19 ～790 m3/d，水位埋深为7.5 ～83.5m。主要接受沟谷中冲积—洪积层及冲积层中的潜水补给，水质以HCO3—Ca·Na 型水为主，溶解性总固体含量＜1g/L，为淡水。

4.2.3 依安组下段粉细砂岩承压水含水层

分布于克山东部，含水层顶板为本段之泥岩组成，含水层很薄且不连续，成透镜体状。渗透系数0.3 ～0.45m/d，富水性弱，涌水量0.45 ～0.58L/s，最大涌水量76 ～99 m3/d，含水层厚度10 ～17m，埋深14.5 ～36.4m，静止水位1.8 ～26m。水质为HCO3·Cl·SO4—Na·Ca 型水，溶解性总固体含量100 ～400mg/L，为淡水。

古近系依安组为天然矿泉水主要赋存含水层位。

4.3 白垩系明水—嫩江组碎屑岩类孔隙裂隙承压水

上部隔水层为泥岩，含水层为粉细砂岩，厚度3.5 ～16m。该层深埋地下，由东北向西南递增，为42 ～12m。自流水水头高出地面4.42 ～6.12m，承压水水位深度大于50m。涌水量为2.4 ～4.8L/s，最大涌水量319 ～1736 m3/d，渗透系数1.12 ～8.49m/d，影响半径157.72 ～551m。在克山镇附近本层水位深，水量小，为微承压水。水质良好，以HCO3—Na型水和HCO3—Na·Ca 型水为主，溶解性总固体含量240 ～500mg/L。

5 地下水补给、径流、排泄特征

区内地下水的补给，径流和排泄受地质、地貌、地质构造的严格控制。

1)第四系全新统、上更新统孔隙潜水，分布于河谷区，地势低平，含水层埋藏浅，极易接受大气降水的渗入补给，另外还接受下更新统含水层的侧向径流补给及河流的季节性侧向补给。主要排泄方式是蒸发、河流排泄及向下游径流排泄。

2)下更新统孔隙微承压水，接受大气降水的垂直渗入补给及侧向径流补给，又以蒸发和向下游径流的方式排泄地下水，另外由于本区沟谷切割较深，含水层局部出露，地下水则以泉的形式排泄。在克山东部(克山镇附近七排、龙庙沟等地)沿裸露地表的白垩系、古近系地层和第四纪下更新统砂砾石孔隙裂隙下渗，为本区承压水的主要补给区。

3)白垩系及古近系中细砂岩孔隙裂隙承压水及姚家组粉砂岩孔隙裂隙承压水，由于含水层埋藏深，呈多层次结构，不能直接接受大气降水的渗入补给。补给方式为侧向径流补给，又以侧向径流及人工开采的形式排泄。受区域性构造及地貌控制，地下深层承压水总体流向由北东向南西流。

6 天然矿泉水形成机制分析

矿泉水的形成受所处地区地质条件、地球化学条件、水文地质条件的控制，不同的地质环境产生不同类型的矿泉水。地下水在漫长的地下深循环中，长期与含水层固体颗粒介质接触，经溶滤作用、阴阳离子交替吸附作用、生物地球化学等一系列物理化学作用，使岩石中的矿物质、微量元素组分进入地下水中，富集到一定的浓度，便形成各种类型的矿泉水。

区内活动性断裂近经多次构造运动，有利于形成深切沟谷，有利于大气降水沿裂隙渗入和向纵深运移。地下水经断裂构造深循环，径流中升温，其溶解能力增强，促进水岩交换，强化了水对周围岩石的淋滤和溶解作用，从而使地下水中溶解了多种矿物质。断裂带又成为矿泉水循环交替运移的主要途径。

新生代沉降断陷盆地也为矿泉水形成提供物质来源并创造了水化学条件。这些断陷盆地，沉积有厚度达数百米甚至几千米的湖相—河湖相的松散岩类、碎屑岩、泥岩等沉积物及一些盐类和有机物。盆地基底构造复杂，存在大量的热能、沉积物和高热岩体，富含K、Na、Ca、Mg、SiO2 及Sr、Li、Br、I 等多种盐类和微量元素。盆地内的地下水在水热作用下，融入多种的盐类和微量元素。盆地上部通常由很厚的黏土层、泥岩构成覆盖层，起着阻水隔热保温作用，使深部的水热流或热能得以保存，从而在盆地内有利于形成矿泉水［1］。

由克山地形地貌，区内地下水补给区域为东北部五大连池以及二克山地区，这两个地区遍布玄武岩地层，玄武岩岩石化学成分主要以SiO2为主，该地层形成之后，长时间裸露地表，后被第四系中更新统上荒山组黄土状粉质黏土覆盖。玄武岩气孔、节理裂隙发育，形成玄武岩孔洞裂隙含水层。含水层埋藏浅，接受大气降水补给，沿地形由高向低处径流排泄。地下水与含水介质之间主要以溶滤作用为主，为偏硅酸型矿泉水的形成创造了条件［2］。

区内上层为第四系松散岩类孔隙水含水层，下部为古近系、白垩系嫩江组碎屑岩孔隙裂隙承压含水层。古近系地层主要沉积岩性为碎屑岩、泥岩、粉砂质泥岩，孔隙、裂隙发育。矿泉水中Sr 富集的最有利的环境是碳酸盐岩地层，其次是碎屑岩地层［3］。地下水在沿碎屑岩裂隙孔隙循环及岩石孔隙中渗流过程中与富含锶和硅的岩类长期接触，经过溶滤作用，使岩石中的锶、硅等微量元素和各种矿物质组分不断的溶入水中，并在地下水中富集，为矿泉水的形成提供了丰富的物质基础。

7 结 论

克山县天然矿泉水分布较广，矿泉水类型主要以锶型、偏硅酸型及锶偏硅酸复合型天然矿泉水为主。古近系依安组为天然矿泉水主要赋存含水层位。克山东部、东北部及二克山地区为主要补给区。地下水在沿碎屑岩裂隙孔隙循环及岩石孔隙中渗流过程中与富含锶和硅的岩类长期接触，经过溶滤作用，使岩石中的锶、硅等微量元素和各种矿物质组分不断的溶入水中，并在地下水中富集，为矿泉水的形成创造了条件。

［1］徐水辉，罗仕康.从地学看矿泉水的成因［J］.国土资源导刊.2010(08):88.

［2］刘玲，韩丽芳.克东县二克山地区偏硅酸矿泉水特征及形成机制分析［J］.黑龙江科技信息，2011(06):63.

［3］刘庆宣，王贵玲，张发旺.矿泉水中微量元素锶富集的地球化学环境［J］.水文地质工程地质，2005，31(06):19－23.