克山縣天然礦泉水分布與形成機制分析

張洪志，呂 欣

(1.黑龍江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，哈爾濱150030;2.黑龍江省九零四水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，哈爾濱150027)

0 前 言

克山縣屬松嫩斷陷盆地北部傾沒區(qū)。自中生代以來以緩慢下降為主，堆積了厚度較大的碎屑沉積巖層。

其中古近系始—漸新統(tǒng)地層為一套湖相及湖沼相細(xì)碎屑巖沉積建造，厚度一般＜200m，巖性以泥巖、粉細(xì)砂巖為主，埋藏較淺，頂部風(fēng)化裂隙發(fā)育;白堊系上統(tǒng)地層是以泥巖為主夾細(xì)碎屑巖的深湖—半深湖相沉積，厚度200 ～500 m，巖性以泥巖、細(xì)—中砂巖為主，孔隙裂隙發(fā)育，賦存有較豐富的天然礦泉水。

1 克山縣天然礦泉水分布特征

克山縣天然礦泉水類型主要以鍶型、偏硅酸型及鍶偏硅酸復(fù)合型天然礦泉水為主，其中鍶型、偏硅酸型礦泉水分布于區(qū)內(nèi)南部、北部;鍶偏硅酸復(fù)合型天然礦泉水區(qū)內(nèi)南部、東部、北部均有分布?？松娇h西部天然礦泉水分布較少。

在已查明的天然礦泉水中鍶含量0.400 ～1.962 mg/L，偏硅酸含量30.04 ～68.70 mg/L，水化學(xué)類型多為重碳酸鈣(HCO3—Ca)及重碳酸鈣鈉(HCO3—Ca·Na)型，溶解性總固體為143.41 ～1 621.46 mg/L，pH 值6.20 ～7.75。

按酸堿度pH 值分類為中性水，按硬度分類為軟水—硬水，按溶解性總固體含量分類為淡水。耗氧有機物含量低。

2 地形地貌

克山縣位于松嫩平原北部，地處小興安嶺南麓與松嫩平原的過渡地帶，北部、中部為丘陵漫崗區(qū)，地形起伏變化大，南部是沖積平原，西部地勢稍低而平坦。全區(qū)地勢東北高西南低，起伏較大，絕對標(biāo)高在210 ～380 m。

按成因類型及形態(tài)特征，克山縣地貌單元可分為剝蝕堆積、堆積及火山3 種成因類型。按成因形態(tài)可分為山前傾斜平原、河谷平原、火山丘，按形態(tài)特征分為高平原、一級階地、高漫灘、低漫灘、截錐狀火山丘工作區(qū)。工作區(qū)地貌見圖1。

圖1 工作區(qū)地貌簡圖

3 區(qū)域地質(zhì)條件

本區(qū)自中生代以來以緩慢下降為主，沉積了白堊系，古近系始—漸新統(tǒng)地層以及第四系更新統(tǒng)、全新統(tǒng)地層。具體有3 個方面的內(nèi)容:

3.1 白堊系

其中上白堊系統(tǒng)包括3 個:

3.1.1 姚家組(K2y)

在區(qū)域上姚家組厚度變化較大，為30 ～100m。埋藏于嫩江組之下，為灰黑—棕紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖，夾薄層灰白色粉砂巖。頂部和底部以紅色泥巖與粉砂巖互層為主，巖相以濱淺湖相沉積為主。中部巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，巖相以河流相沉積為主。見有灰色鈣質(zhì)介形蟲層。

3.1.2 嫩江組(K2n)

嫩江組與下伏姚家組呈整合接觸，巖石主要為灰色、灰黑色、灰綠色泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖、油頁巖等。厚度變化較大50 ～500m，底部為黑色泥巖、油頁巖、灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖互層。中部為紫紅、灰綠色、灰白色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、粉砂巖互層，以細(xì)砂巖、粉砂巖為主。上部為灰綠、灰色泥巖與灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖互層。巖相以河流相沉積為主，濱淺湖相次之。

3.1.3 明水組(K2m)

上段主要為泥巖、灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖。泥巖成巖作用好，堅硬塊狀，砂巖以粉砂巖為主，并有含礫粗砂巖，結(jié)構(gòu)疏松，泥質(zhì)弱膠結(jié)，厚8.16 ～139.03m;下段以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，泥巖成巖作用好，呈致密塊狀，粉砂巖分布均勻，厚23.39～51.41m。

3.2 古近系

始—漸新統(tǒng)依安組(E2—3y):為一套湖相及湖沼相細(xì)碎屑巖沉積建造，厚度一般＜200m，巖性自下而上由細(xì)粉砂巖、泥巖構(gòu)成正沉積旋回，韻律性很強。主要由暗灰、灰綠色夾棕紅色泥巖，灰、灰綠色粉砂巖，細(xì)砂巖組成，上部夾褐煤層及菱鐵礦。

3.3 第四系

3.3.1 下更新統(tǒng)

玄武巖(βQ1):分布于北興鎮(zhèn)東南尖山子一帶，局部出露，形成孤立的火山丘，熔巖臺地。厚度約10～50m。

3.3.2 中更新統(tǒng)

下荒山組(Q21al+fglx):區(qū)域上分布不均勻，厚度約5 ～25m。主要出露于烏裕爾河河谷北部高平原區(qū)，巖性為砂礫石、砂及含礫粉質(zhì)黏土，其間混雜有冰緣融凍泥流堆積。

上荒山組(Q2pals):在區(qū)內(nèi)東南部大面積出露，區(qū)域上分布不均勻，厚度5 ～15m。主要巖性可分兩層，上層為黃土狀粉質(zhì)黏土，厚度2 ～10m，呈塊狀，具有大孔隙，微細(xì)層理，局部垂直節(jié)理發(fā)育，含少量鐵、錳質(zhì)結(jié)核。下層由灰、灰白色松散的砂、砂礫石、碎石塊混合物等組成。

3.3.3 上更新統(tǒng)

顧?quán)l(xiāng)屯組(Q3alg):區(qū)域上零星分布于河谷兩側(cè)一級階地上，厚度5 ～20m 變化較大。上部巖性為黃色粉質(zhì)黏土、黃土狀粉質(zhì)黏土，塊狀，具有小孔隙，見少量鐵染。下部為粗碎屑砂、砂礫石，分選性差。

3.3.4 全新統(tǒng)

高漫灘沖積層(Q41al)分布在烏裕爾河河谷以南及次一級河谷中，厚度一般在2 ～20m。主要巖性由黑灰色、黑褐色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，砂、砂礫石組成。

低漫灘沖積層(Q42al)分布在河谷漫灘中，厚度一般在2 ～10m。主要巖性由黃、黃褐色砂、砂礫石、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土組成，砂礫石從上向下顆粒變粗，粒徑一般在2 ～10 mm，個別含卵石，粒徑可達2～3 cm。

圖2 北部天然礦泉水主要發(fā)育區(qū)地質(zhì)剖面圖

4 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)地下水按其地質(zhì)時代，巖性組合特征，埋藏條件劃分3 個含水巖組:即第四系砂礫石孔隙潛水，古近系粉細(xì)砂巖、中粗砂巖及砂礫巖孔隙裂隙承壓水，白堊系粉細(xì)砂巖孔隙裂隙承壓水含水層?，F(xiàn)分述如下:

4.1 第四系松散巖類孔隙潛水

4.1.1 全新統(tǒng)上部沖積礫石潛水含水層

廣布于訥謨爾河、烏裕爾河及其支流高低漫灘區(qū)。含水層巖性為砂及砂礫石，局部夾有粉質(zhì)黏土透鏡體。礫石直徑一般0.5 ～2cm，最大3 ～6cm，顯上細(xì)下粗的規(guī)律。透水性強，滲透系數(shù)一般為17 ～39 m/d，個別達291.6 m/d，涌水量為0.5 ～14 L/s，水位埋藏深度1 ～3.5m，含水層厚度在訥謨爾河區(qū)5～16m，烏裕爾河區(qū)3 ～5m。低洼處含水層之上有薄層粉質(zhì)黏土(＜3m)頂板存在，局部地下水微承壓。水質(zhì)以HCO3—Ca 型水為主，局部污染后為HCO3·Cl—Ca·Na 型水，溶解性總固體含量均＜700mg/L，為適于飲用的低礦化淡水。

4.1.2 全新統(tǒng)沖積洪積砂及砂礫石潛水含水層

分布于克山西部無水寬谷中，含水層巖性為棕褐色、灰白色砂及砂礫石層，分選差，帶棱角，局部有粒徑達5 ～6 cm，并夾細(xì)砂和粉質(zhì)黏土透鏡體。透水性強，滲透系數(shù)一般0.2 ～1.5m/d，個別達5.87m/d，涌水量為1 ～3L/s，個別達5.24L/s，水位埋藏深度8～20m。此含水層上部復(fù)很薄的粉質(zhì)黏土夾礫石，局部砂礫石出露地表，其底板為第三紀(jì)依安組泥巖和泥質(zhì)粉砂巖，局部為粉砂巖，構(gòu)成下部基巖層間水的補給通道。水質(zhì)以HCO3—Ca 及HCO3—Ca·Na 型水為主，溶解性總固體含量小于250mg/L，為淡水。

4.1.3 全新統(tǒng)下部沖積砂礫石潛水及微承壓水含水層

呈條帶狀分布在區(qū)內(nèi)一級階地上。訥謨爾河階地含水層為砂礫石。烏裕爾河區(qū)大部為粉質(zhì)黏土夾砂礫石，水位埋藏深度2 ～17m，含水層厚度3 ～16m，最厚達22.3m，涌水量0.5 ～2.5L/s，最大可能涌水量40 ～800 m3/d，滲透系數(shù)2.7 ～4.1m/d，影響半徑為14 ～61m，最大達101.7m。水質(zhì)以HCO3—Na·Ca 型水為主，局部污染后為HCO3·Cl—Na·Ca 型水，溶解性總固體含量均小于300mg/L，為低礦化淡水。

4.1.4 下更新統(tǒng)洪積冰水沉積砂礫石潛水含水層

零星散布于克山東部丘陵狀山前傾斜平原地區(qū)。含水層由砂礫石組成，分選差，并夾黏土薄層。含水層厚度很不穩(wěn)定，局部地區(qū)透水而不含水，僅新大采石場等地含水，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，滲透系數(shù)一般0.5 ～15m/d，含水層厚度2 ～9m，水位埋藏深度2 ～18m。

該層水質(zhì)以HCO3—Ca·Na 及HCO3·SO4—Ca·Na 型水為主，局部為Cl·HCO3—Ca·Mg 型水，溶解性總固體含量小于500mg/L，為低礦化淡水。

4.2 古近系碎屑巖類孔隙裂隙承壓水

4.2.1 依安組上段粉細(xì)砂巖承壓水含水層

分布于克山北部，上覆第四紀(jì)粉質(zhì)黏土及砂礫石，含水層的頂?shù)装逵赡鄮r組成。含水層埋藏深度30 ～60m，水位深度3 ～20m，含水層厚度極不穩(wěn)定，為5 ～30m，富水性微弱，涌水量為0.26 ～0.51L/s，最大可能涌水量為40 ～66.1 m3/d，滲透系數(shù)0.13 ～1.95m/d，影響半徑13.9 ～57.9m。水質(zhì)以HCO3—Na·Ca 及HCO3—Ca·Na 型水為主，溶解性總固體含量＜300 mg/L，為淡水。

4.2.2 依安組中段中粗砂巖、砂礫石及粉細(xì)砂巖下降層間水和承壓水含水層

廣泛分布于區(qū)內(nèi)中部及西部，為區(qū)內(nèi)主要供水目的層之一。西部含水層上覆20 ～40m 洪積粉質(zhì)黏土，為下降層間水區(qū);東部含水層頂板為泥巖及粉砂質(zhì)泥巖，底板全為泥巖，為承壓水區(qū)。含水層厚度由東向西漸增，為10 ～60m，埋深也由東向西從10m 增至63m，含水層巖性由東向西從粉細(xì)砂巖透鏡體漸變?yōu)檫B續(xù)的厚層中粗砂巖和砂礫石，富水性變化大。滲透系數(shù)為0.2 ～8.9m/d，涌水量0.1 ～1.6 L/s，最大涌水量19 ～790 m3/d，水位埋深為7.5 ～83.5m。主要接受溝谷中沖積—洪積層及沖積層中的潛水補給，水質(zhì)以HCO3—Ca·Na 型水為主，溶解性總固體含量＜1g/L，為淡水。

4.2.3 依安組下段粉細(xì)砂巖承壓水含水層

分布于克山東部，含水層頂板為本段之泥巖組成，含水層很薄且不連續(xù)，成透鏡體狀。滲透系數(shù)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，含水層厚度10 ～17m，埋深14.5 ～36.4m，靜止水位1.8 ～26m。水質(zhì)為HCO3·Cl·SO4—Na·Ca 型水，溶解性總固體含量100 ～400mg/L，為淡水。

古近系依安組為天然礦泉水主要賦存含水層位。

4.3 白堊系明水—嫩江組碎屑巖類孔隙裂隙承壓水

上部隔水層為泥巖，含水層為粉細(xì)砂巖，厚度3.5 ～16m。該層深埋地下，由東北向西南遞增，為42 ～12m。自流水水頭高出地面4.42 ～6.12m，承壓水水位深度大于50m。涌水量為2.4 ～4.8L/s，最大涌水量319 ～1736 m3/d，滲透系數(shù)1.12 ～8.49m/d，影響半徑157.72 ～551m。在克山鎮(zhèn)附近本層水位深，水量小，為微承壓水。水質(zhì)良好，以HCO3—Na型水和HCO3—Na·Ca 型水為主，溶解性總固體含量240 ～500mg/L。

5 地下水補給、徑流、排泄特征

區(qū)內(nèi)地下水的補給，徑流和排泄受地質(zhì)、地貌、地質(zhì)構(gòu)造的嚴(yán)格控制。

1)第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)孔隙潛水，分布于河谷區(qū)，地勢低平，含水層埋藏淺，極易接受大氣降水的滲入補給，另外還接受下更新統(tǒng)含水層的側(cè)向徑流補給及河流的季節(jié)性側(cè)向補給。主要排泄方式是蒸發(fā)、河流排泄及向下游徑流排泄。

2)下更新統(tǒng)孔隙微承壓水，接受大氣降水的垂直滲入補給及側(cè)向徑流補給，又以蒸發(fā)和向下游徑流的方式排泄地下水，另外由于本區(qū)溝谷切割較深，含水層局部出露，地下水則以泉的形式排泄。在克山東部(克山鎮(zhèn)附近七排、龍廟溝等地)沿裸露地表的白堊系、古近系地層和第四紀(jì)下更新統(tǒng)砂礫石孔隙裂隙下滲，為本區(qū)承壓水的主要補給區(qū)。

3)白堊系及古近系中細(xì)砂巖孔隙裂隙承壓水及姚家組粉砂巖孔隙裂隙承壓水，由于含水層埋藏深，呈多層次結(jié)構(gòu)，不能直接接受大氣降水的滲入補給。補給方式為側(cè)向徑流補給，又以側(cè)向徑流及人工開采的形式排泄。受區(qū)域性構(gòu)造及地貌控制，地下深層承壓水總體流向由北東向南西流。

6 天然礦泉水形成機制分析

礦泉水的形成受所處地區(qū)地質(zhì)條件、地球化學(xué)條件、水文地質(zhì)條件的控制，不同的地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生不同類型的礦泉水。地下水在漫長的地下深循環(huán)中，長期與含水層固體顆粒介質(zhì)接觸，經(jīng)溶濾作用、陰陽離子交替吸附作用、生物地球化學(xué)等一系列物理化學(xué)作用，使巖石中的礦物質(zhì)、微量元素組分進入地下水中，富集到一定的濃度，便形成各種類型的礦泉水。

區(qū)內(nèi)活動性斷裂近經(jīng)多次構(gòu)造運動，有利于形成深切溝谷，有利于大氣降水沿裂隙滲入和向縱深運移。地下水經(jīng)斷裂構(gòu)造深循環(huán)，徑流中升溫，其溶解能力增強，促進水巖交換，強化了水對周圍巖石的淋濾和溶解作用，從而使地下水中溶解了多種礦物質(zhì)。斷裂帶又成為礦泉水循環(huán)交替運移的主要途徑。

新生代沉降斷陷盆地也為礦泉水形成提供物質(zhì)來源并創(chuàng)造了水化學(xué)條件。這些斷陷盆地，沉積有厚度達數(shù)百米甚至幾千米的湖相—河湖相的松散巖類、碎屑巖、泥巖等沉積物及一些鹽類和有機物。盆地基底構(gòu)造復(fù)雜，存在大量的熱能、沉積物和高熱巖體，富含K、Na、Ca、Mg、SiO2 及Sr、Li、Br、I 等多種鹽類和微量元素。盆地內(nèi)的地下水在水熱作用下，融入多種的鹽類和微量元素。盆地上部通常由很厚的黏土層、泥巖構(gòu)成覆蓋層，起著阻水隔熱保溫作用，使深部的水熱流或熱能得以保存，從而在盆地內(nèi)有利于形成礦泉水［1］。

由克山地形地貌，區(qū)內(nèi)地下水補給區(qū)域為東北部五大連池以及二克山地區(qū)，這兩個地區(qū)遍布玄武巖地層，玄武巖巖石化學(xué)成分主要以SiO2為主，該地層形成之后，長時間裸露地表，后被第四系中更新統(tǒng)上荒山組黃土狀粉質(zhì)黏土覆蓋。玄武巖氣孔、節(jié)理裂隙發(fā)育，形成玄武巖孔洞裂隙含水層。含水層埋藏淺，接受大氣降水補給，沿地形由高向低處徑流排泄。地下水與含水介質(zhì)之間主要以溶濾作用為主，為偏硅酸型礦泉水的形成創(chuàng)造了條件［2］。

區(qū)內(nèi)上層為第四系松散巖類孔隙水含水層，下部為古近系、白堊系嫩江組碎屑巖孔隙裂隙承壓含水層。古近系地層主要沉積巖性為碎屑巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，孔隙、裂隙發(fā)育。礦泉水中Sr 富集的最有利的環(huán)境是碳酸鹽巖地層，其次是碎屑巖地層［3］。地下水在沿碎屑巖裂隙孔隙循環(huán)及巖石孔隙中滲流過程中與富含鍶和硅的巖類長期接觸，經(jīng)過溶濾作用，使巖石中的鍶、硅等微量元素和各種礦物質(zhì)組分不斷的溶入水中，并在地下水中富集，為礦泉水的形成提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

7 結(jié) 論

克山縣天然礦泉水分布較廣，礦泉水類型主要以鍶型、偏硅酸型及鍶偏硅酸復(fù)合型天然礦泉水為主。古近系依安組為天然礦泉水主要賦存含水層位。克山東部、東北部及二克山地區(qū)為主要補給區(qū)。地下水在沿碎屑巖裂隙孔隙循環(huán)及巖石孔隙中滲流過程中與富含鍶和硅的巖類長期接觸，經(jīng)過溶濾作用，使巖石中的鍶、硅等微量元素和各種礦物質(zhì)組分不斷的溶入水中，并在地下水中富集，為礦泉水的形成創(chuàng)造了條件。

［1］徐水輝，羅仕康.從地學(xué)看礦泉水的成因［J］.國土資源導(dǎo)刊.2010(08):88.

［2］劉玲，韓麗芳.克東縣二克山地區(qū)偏硅酸礦泉水特征及形成機制分析［J］.黑龍江科技信息，2011(06):63.

［3］劉慶宣，王貴玲，張發(fā)旺.礦泉水中微量元素鍶富集的地球化學(xué)環(huán)境［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2005，31(06):19－23.