（自然地理学专业论文）五大连池火山区区域水环境特征研究.pdf

摘要 本文通过对五大连池火山区地质、地貌、水文条件的全面、详细的调查和研 究，运用系统性、整体性观点论述了该区地表水体、地下水体的空间分布和地球 化学特征；对矿水的成因作了详细研究；对地表水质的环境质量状况，应用模糊 数学法进行了评估；对地表水体主要污染因子之间的内在联系，用因子分析法进 行了分析和评价。总结出控制五大连池火山区水体特征的主要因素有：本地区的 断裂构造；火山喷发后形成的玄武岩台地、花岗岩质基底的水一岩作用；地下多 年冻土层。三池、药泉湖水质分别符合国家地表水质i i 、v 类标准，主要受氮、 磷的富营养污染。三池和药泉湖的1 3 项污染因子可分别由四项和三项主因子近 似表示。 关键词：五大连池，火山区，水体特征，断裂构造，模糊数学法，因子分析 a b s t r a c t a m o u n to fc o m p r e h e n s i v e ，d e t a i l e do b s e r v a t i o na n di n v e s t i g a t i o no ng e o l o g y , g e o m o r p h o l o g ya n dh y d r o l o g yh a sb e e nc a r r i e do ni nt h ew u d a l i a n c h iv o l c a n i ca r e a i nt h i sp a p e r b yt h ew a yo ft h es y s t e m a t i ca n dh o l i s t i ct h o u g h t s ，t h ep a p e re l a b o r a t e d t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o na n dt h eg e o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h es u r f a c ew a t e rb o d y a n dt h eu n d e r g r o u n dw a t e rb o d yi nt h ea r e a , a n dh a sg i v e nt h ed e t a i l e de x p l a n a t i o nt o t h eo r i g i no fm i n e r a lw a t e r t h ec o n d i t i o no fe n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo fs u r f a c ew a t e rh a sb e e ne v a l u a t e di n t h em e t h o do ff u z z ym a t h e m a t i c s ，w h i l et h ei n t e r n a lr e l a t i o n s h i pa m o n gt h em a i n p o l l u t i o nf a c t o r so fs u r f a c ew a t e rb o d yh a sb e e nc a r r i e do ni nt h ef a c t o ra n a l y s i s m a i nf a c t o r sc o n t r o l i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ew a t e rb o d i e si nw u d a l i a n c h i v o l c a n i ca r e a , i st h ef r a c t u r ei nt h ea r e a , t h er o c k - w a t e ri n t e r a c t i o no fb a s a l ta n d g r a n i t e ，a n dt h ep e r m a f r o s tl a y e r t h ew a t e rq u a l i f i e so fs a n c h i z il a k ea n dy a o q u a n l a k e ，m a i n l yp o l l u t e db yn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s ，c o n f o r mt ot h es t a t es u r f a c e w a t e rq u a l i t yi i ，vc l a s ss t a n d a r d sr e s p e c t i v e l y t h et h i r t e e np o l l u t i o nf a c t o r so f s a n c h i z il a k ea n dy a o q u a nl a k ec a nb ea p p r o x i m a t e di nt h ef o u ra n dt h et h r e e p r i n c i p a lf a c t o r se a c h k e y w o r d s ：w u d a l i a n c h i ，v o l c a n i ca r e a ，c h a r a c t e r i s t c so fw a t e r , f r a c t u r e ，m e t h o do f f u z z ym a t h e m a t i c s ，f a c t o ra n a l y s i s 图件和表格清单 图2 1 五大连池地区火山群地质图7 图2 2 五大连池火山区棋盘断裂构造体系。 9 图2 3 五大连池火山区地质地貌图1 3 图2 - 4 五大连池火山区植被分布图1 6 图2 5 五大连池火山区熔岩台地远景图16 图2 6 火山地貌奇观喷气锥1 7 图3 1五大连池火山区矿水分布略图。1 9 图3 2 药泉山矿水区原生矿水水化学特征简图2 1 图3 3 次生矿水分布简图。2 4 图3 4 矿水 i d - - f i l 8 0 与雨水线关系2 7 图3 5 深层矿水分带示意图。2 9 图3 6 矿水形成模式。3 0 图3 7 五大连池火山区花岗质基底与矿水主要化学组分平均含量对比图。3 2 图4 1三池子c o d h 与水温的相关性散点图5 8 图4 2 三池子透明度与总氮相关性散点图5 9 图4 3 三池子d o 与b o d 。相关性散点图5 9 表2 1 火山喷发期次一览表1 4 表3 1五大连池火山区地下水化学成分表2 3 表3 2 五大连池火山区矿泉水成分表2 5 表3 31 3 c 值统计表2 6 表3 4 各浅层矿泉水中淡水和深层矿水比例表2 7 表3 5 水、岩相似性化学成分对比表3l 表3 6 元素迁移系数表。3 2 表3 7 五大连池及泡子面积、深度和水化学类型表。3 9 表4 1 地表水环境质量标准4 2 表4 2 三池子水质监测各月平均浓度4 4 表4 3 一、二月份各项目均值隶属度。4 4 表4 4 一、二月各评价因子权重值4 5 表4 5 药泉湖水质监测各月平均浓度4 6 表4 6 三池子各污染因子的隶属度4 7 i v 表4 7 药泉湖各污染因子的隶属度4 7 表4 8 三池子环境凼子变量兆同度表5 3 表4 9 药泉湖环境因子变量共同度表5 4 表4 1 0 三池子环境因子的特征值、方差贡献率及累计贡献率5 5 表4 1l 药泉湖环境因子的特征值、方差贡献率及累计贡献率5 5 表4 1 2 三池子旋转后环境因子载荷一5 6 表4 1 3 药泉湖旋转后环境因子载荷一5 6 表4 1 4 三池子环境指标因子原始数据6 l 表4 1 5 三池子环境因子标准化数据的相关矩阵6 2 表4 1 6 药泉湖环境因子标准化数据的相关矩阵一6 3 、厂 首都师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 婵卅 日期：沙6 i ，年石月 7 日 首都师范大学学位论文授权使用声明 本人完全了解首都师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学 位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出 版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者签名：磷聋再1 1 日期5 沙口y 年占月7 日 硕士学位论文期间完成工作量一览表 工作项目，数量分析单位备注 野外科学 在导师带领下先后四次考察五大连 7 0 天 考察时间池地质、地貌和水文环境 与五大连池环境监测站长期合作采 五大连池环 集分析2 0 0 5 2 0 0 7 年期间的水样( 采 分析水样3 1 5 个 境监测站 集监测水样主要由监测站负责，分 析处理水样数据由我方负责) 采集水样4 瓶 采集矿泥1 袋 采集矿泉 1 袋 日 日日 采集岩石 4 0 块 标本 第一章前言 五大连池火山区是联合国教科文组织批准的世界地质公园、世界生物圈保护区，也是 国家级的风景名胜区、中国唯一的矿泉水之乡。五大连池的资源优势和开发潜力，可以概 括为“三个世界之最，一是拥有世界上保存最完整的火山地质地貌，地学意义重大：二 是拥有世界上最优质的矿泉水资源区，与法国、俄国并称为三大冷泉；三是拥有世界上最 具医疗价值的疗养资源。随着对五大连池旅游资源的不断开发，需要对其自然地理资源有 更充分、更完整、更全面的了解，以保证在获取旅游开发所带来的经济利益的同时，对其 自然资源能够得到合理的、科学的开发和保护。丰富的水资源和其特有的化学、医疗特征 是五大连池火山地质公园的一大特点。前人对五大连池矿泉水的形成、地球化学特征以及 地表水水域的环境特征有一定的研究。但缺少对五大连池整个火山区域内的水体系统做全 面综合的研究，也缺少地表水体的环境质量状况的评价。因此，本论文本着全面系统地了 解五大连池水体状况和特征，以合理、科学地开发五大连池水资源为目的，做了以下一些 研究： 1 明确五大连池火山区地表水、地下水、矿水的分布特征：2 明确五大连池火山区 地表水、地下水、矿水的地球化学特征；3 分析五大连池火山区地表水、地下水、矿水 的地球化学特征的成因；4 用模糊数学法对三池、药泉湖环境水质进行评价；5 用因 子分析法对三池、药泉湖的环境因子的内在联系进行分析。 1 。i 技术路线和措施 在论证、筛选和利用以往有关成果和资料的基础上，充分考虑五大连池火山区地形地 貌、气候水文、地层岩性及断裂构造的特征，结合收集到的深井原生矿水的实测数据和五 大连池环境监测站长期观测数据，分析该区域矿水系统的水资源特征；在查明该区域矿水 形成条件的基础上，明确地表水、地下水、矿水之间的内在联系；评价其地表水环境质量 状况：提出开发利用方案与环境保护措施，分析其开发前景。本次研究以系统理论为指导， 应用了逻辑推理、数理统计、模糊数学、因子分析等方法和手段。 1 1 2 矿泉水研究现状 矿泉水是一种重要的地质资源。天然矿泉水是指在特定地质条件下形成，并赋存在特 定地质构造岩层中的地下矿水，其含有特殊的化学成分或具有特殊的物理性质。通常情况 下，其化学成分、流量、水温等动态在天然波动范围内相对稳定。 天然矿泉水基本特征，可归纳为：矿泉水是一种矿产资源，是来自地下深部循环的天 然露头或经人工揭露的深部循环的地下水；地下水通过深部循环与围岩发生地球化学作 用，产生一定含量对人体有益的常量元素与微量元素或其它化学组分：因埋藏地层深部， 经长期溶滤作用，水质洁净，很少受到地面污染影响，因此，往往不必进行净化处理；在 自然条件下，水质、水量和水温动态保持相对稳定。 天然矿泉水的形成 地下水循环的过程中，地下水流经特定的地质构造，通过地下深循环，在一定温度和 压力条件下，地下水与周围的岩层发生物理化学作用( 比如溶解岩石的某些矿物组分或者 发生沉淀，岩层的过滤作用等) ，使地下水含一定的常量元素，富集了一种或者多种有益 元素和组分，最终自然涌出地表或者被人工揭露，形成饮用天然矿泉水( 沈照理等，1 9 8 9 ) 。 天然矿泉水形成的主要控水因素 天然矿泉水的形成受到各种控水因素的影响，其中主要的控水因素是：含水层岩性、 地质构造、地形地貌、火山活动等。各种控水因素因地而异，使天然矿泉水的类型、水量、 水质不同。自然控水因素不仅制约天然矿泉水资源条件，而且也制约着不同生态环境的形 成。在没有人为破坏的条件下，原始生态环境是最佳矿泉水资源保护条件( 张振权，2 0 0 6 ) 。 水文地质学研究发展状况 欧洲工业革命以后，大工业兴起，对地下水的需求迅速增加。法国水力学家达尔西 ( h e n r y d a r c y ) 提出用达西定律计算井水涌水量，奠定了地下水定量计算的基础，随后 裘布依( j d u p u it ) 等人完善和发展了地下水稳定流运动理论。随后初生水、埋藏水及凝 结水等学说陆续提出。十月革命后，苏联一些学者提出潜水化学分布规律和自流盆地水化 学分布规律，提出水文地球化学概念。美国人凯尔哈克( k k e i l h a c k ) 进行了地下水和泉 的分类，迈因策尔( o e m e i n i e r ) 等人总结了美国地下水、对地下水的起源、运动、水 质、水量及其变化等提出了较系统的理论和研究方法。本世纪3 0 6 0 年代，泰勒 ( c v t h e i s ) 提出了地下水流向井的非稳定流公式，雅可布( c e j a c o b ) 等人发现了承 压含水层越流现象，华尔顿( w c w a l t o n ) 首次用电子计算机运用于水文地质计算，使水 2 文学又进了一步，随后物探、遥感、同位素等探测技术在水文学研究中得到了广泛的应用。 使此学科朝更科学化、严密化和定量化方向发展( 李正根，1 9 8 0 ) 。 1 3 五大连池火山区水体研究现状 五大连池火山区区域水体包括三个部分，即地表水系、矿水和地下水系。其地表水系 有石龙河( 白河) ，发源于南格拉球山以北的沼泽地，流经五、四、三、二、头池后，沿石 龙台地东缘南流，注人讷莫尔河；药泉河发源于药泉湖，沿石龙台地西侧南流，在石龙台 地南端注入石龙河；张通世沟发源于尾山农场一带，向西南流注入三池；固西河是该区的 东界河，南流汇入引龙河后，注入讷莫尔河。五大连池火山区前人多以黑龙江外记和 宁古塔记略为基础资料，确认是1 7 2 0 - - 1 7 2 1 年老黑山和火烧山不同期次喷发活动，其 溢流的石龙熔岩堵塞白河故道，而形成如今所见五大连池( 徐衍强，1 9 7 9 ) 。石龙河连接 了五个池子，平均丰水期总水面面积为4 0 2 k m 2 ，蓄水量为1 7 1 0 8 m 3 平均枯水期总水面 面积1 6 5 k m 2 ，蓄水量o 8 1 0 8 m 3 ：正常水位时总水面面积为1 8 9 8k m 2 ，蓄水量1 4 1 0 b m 3 。 三池面积最大，头池最小。药泉湖位于药泉山东北1 3 k m 处，南北长9 0 0 m ，东西宽3 0 0 m ， 水面面积0 1 2 k i n 2 。月牙泡位于老黑山西北方向的石龙台地北面，南北两池相连成月牙形， 因而得名。水面面积南池为0 2 2 k m 2 ，北池为0 4 k m 2 。南格拉球山“天池 是南格拉球山火 山口( 直径5 0 0 m ) 积水成湖形成的。后来在火山口北缘挖开缺口，放水浇地。现火山口内仅 有沼泽和一小水泡。人工湖一团结水库，位于风山沟上，控制流域面积5 0 k m z 。 矿水的研究做得比较多，主要集中在泉水的水质分析和矿水的成因上。矿水是熔岩破 碎带裂隙系统中的地下水和地表湖水接触时，发生物理一化学作用，产生大量二氧化碳、 硫化物和氡等气体以及其它有益元素，在封闭的水文地质条件下，溶解于地下水中而形成 的。五大连池火山区矿水的类型可分为以下四种：重碳酸盐型矿水以及其它混合类型矿水， 阳离子以镁、钙、钾、钠为主；含气类矿水，如碳酸矿水：放射性矿水，主要含微量放射 性元素氡；含特殊成分类矿水，如铁质水、硅质水、钡质水等。五大连池火山区的矿水属 于冷矿水。其天然露头有六处：药泉山东北的北泉、南泉、新南泉、南洗泉、翻花泉和火 烧山矿泉。根据矿水出露和钻孔揭露，五大连池火山区可分为4 大矿水区：药泉山铁质重 碳酸盐矿水区、东焦得布铁质重碳酸矿水区、火烧山碳酸矿水区、尾山碳酸矿水区( 黑龙 江地质局第一水文地质工程队，1 9 7 4 ) 。在探讨五大连池火山区矿水的形成过程和成因时， 目前关于矿水形成有多种解释，比较流行的解释是“原生矿水补给说 和“火山活动成因 3 说 。此二种说法定性地解释了矿水形成的控制因素及其形成的岩性、构造条件。该区矿 水的形成与该区的基底地质和第四纪火山作用有关，与其岩石矿物、化学成分、元素水迁 移性能、水中的c 0 。和0 2 的含量、地下水径流条件、岩石风化程度等有关，是在一定温压环 境下形成的。矿水化学成分的形成是由于水一花岗岩一火山岩在一定温压和c o ：参与下发生 溶解、沉淀和阳离子交换作用，使矿水铁质、重碳酸盐、二氧化碳及微量元素、放射性元 素含量急剧增加，形成有益于人体健康保健的矿水( 王允鹏，1 9 7 9 ) 。其冷泉的成因是由 于老黑山期火山活动岩浆热液和基岩余热衍生的热矿水在五大连池古湖底发育的多年冻 土层负热力环境，按多孔岩石和构造裂隙流体动力分形弥散机制输送过程中，热量交换， 而实现热矿水降温，形成与区域地下水通常温度一致的低温矿水( 刘振义，1 9 9 7 ) 。 浅层地下水为重碳酸型弱碱性淡水，根据阳离子含量可分为四个亚类：h c 0 3 - c a 型水 主要分布在尾山及东北和东部的玄武岩地层中：h c 0 3 - m g - c a n a 与h c o 。- c a - m g 型水分布在老 黑山、火烧山、大庆农场一带和团结乡附近的玄武岩台地边缘；h c 0 3 - c a - n a 型水分布在五 大连池及石龙河西岸与南部的低洼地带；h c 0 3 一n a 型水分布于笔架山以西的六号地、大庆 农场二队一带。白垩系中承压水为h c 0 3 - n a 和h c 0 3 - n a c a 型水，补给区在研究区的北部和 中部。结晶岩中的承压水富含c 0 主要类型有h c o 。- n a - c a 、c i - h c 0 3 - n a 、s 0 4 - h c 0 3 一n a 和 h c o 。- n a ，分布于不同深度的含水层中，补给区在研究区的北部。地下水中r n 的含量与含 水层的性质和水流途径有关，浓度范围为2 0 - - - 2 4 0b q l ( 孙如波，1 9 9 8 ) 。 本论文得到导师刘永顺负责的国家自然科学基金典型基性与酸性火山爆炸与溢流喷 发方式转换的机理( 项目号：4 0 4 7 2 0 3 9 ) ，北京市教委项目火山爆炸与溢流的控制条件 和机理研究( 项目号：o l k j - 111 ) ，北京市委组织部优秀人才项目东北地区典型休眠性 玄武质火山历史喷发的动力过程与灾害的关系( 项目号：2 0 0 5 i d 0 5 0 1 6 0 2 ) 的资助。 4 第二章五大连池区域地质与自然地理概况 五大连池火山区位于黑龙江省西北部，黑河地区南部，地处小兴安岭与松嫩平原的过 渡地带。东与逊克县毗邻，南与北安市、克东县交界，西与克山县、讷河县相连，北与孙 吴县、嫩江县接壤。风景区总面积为1 0 6 0k m 2 ，其地理坐标为东经1 2 5 0 4 2 1 2 7 0 3 7 ，北纬 4 8 0 1 6 - 4 9 0 1 2 。 2 1 地质特征 五大连池地区地层比较发育，分布较广泛，约占区域面积的四分之三。除了区域的东 部和北部外均有出露。出露的地层有古生界、中生界、新生界。古生界分布在区域北部， 中生界分布在中部和北部，新生界分布在西部和中部。新生界分布最广泛，约占地层分布 的二分之一，其中以第四系分布最为广泛。 2 1 1 地层 上元古界上部固安屯组 为一套低级变质岩系，主要为千枚岩、砂质板岩、炭质板岩、泥质板岩、石墨化板岩。 分布在北、东及西南部，均在钻孔中见有此变质岩系。岩层倾角多大于4 5 。，断裂裂隙发 育，钻孔揭露可见厚度大于2 0 0 m 。 白垩系上统嫩江组 几乎全区都有分布，为一套砂岩、泥岩地层，在东部及西部一带较厚，可达 4 0 0 m ，中部地区较薄，多被第四系所覆盖。岩层近于水平。 第三系中上新统孙吴组 主要分布在西部，岩层近水平，为灰色、黄褐色微胶结的砂岩、砾岩、泥岩，具交错 层理，区内最大厚度4 7 8 9 m 。 s 第四系 以火山熔岩为主，间夹有松散堆积物，由于七期喷发，形成多期熔岩地层。 侵入岩 五大连池火山区地区可见有花岗岩类侵入及多期脉岩侵入。 华力西期黑云母花岗岩一黑云母斜长花岗岩分布于中部及北部，面积较大，在药泉山 及火烧山一带埋藏较浅。岩石为灰白色，中粗粒花岗岩结构，也常见有不等粒的似斑状花 岗岩结构及蠕虫结构，在药泉山东还见有华力西期花岗闪长岩侵入。 燕山期花岗岩分布在药泉山东北及老黑山、小平山等地，成零星的孤立岩体分布，为 浅肉红色，细粒一中细粒花岗结构或似斑状结构，并发育有蠕虫状结构，岩石新鲜，无蚀 变，可见其侵入华力西期黑云母花岗岩一黑云母斜长花岗岩、花岗闪长岩及变质岩系中( 图 2 - 1 ) 。 区内有闪长玢岩、闪长岩、细晶闪长岩、煌斑岩等脉岩，皆在华力西期花岗岩之后侵 入，还见有细晶岩、伟晶岩脉侵入燕山期的白岗花岗岩一正常花岗岩中。 德都县五大连池火山区位于新华夏构造体系的第二隆起带与第二沉降带接壤部位( 即 小兴安岭隆起带与松辽凹陷带接壤部位的隆起带边缘) ，北东向断裂为区内主要构造，为 继承性断裂，直至第四纪时期仍在活动。由于断裂的控制及岩浆侵入，形成北北东花岗岩 隆起及凹陷构造。 6 图2 - 1五大连池地区火山群地质图( 孙如波，1 9 9 8 ) 卜湿地；2 一新期火山锥和熔岩；3 一石龙熔岩；4 - l f l 期火山锥和熔岩；5 一玄武岩；6 一松 散砂砾层；7 一砂岩、页岩；8 一花岗岩；9 一火山口：1 0 石塘：1 1 一火山砾；1 2 - 矿泉；1 3 - 泉 2 1 2 凹陷与隆起构造 从钻孔揭露，在五大连池地区有三连和卧虎山两个凹陷构造，药泉山及五池北小洪山 两个隆起构造畸1 。 ( 1 ) 三连凹陷构造 据钻孔揭露，在五大连池地区东部三连一带，基底二叠系地层埋藏较深，为凹陷构造。 轴向近北东。凹陷中沉积了较厚的白垩系嫩江组地层，据物探资料推测可达3 5 0 米，沉积 物较粗，多为砂岩、砂砾岩。白垩系嫩江组第一段缺失，其形成时代应为白垩纪早期。该 凹陷为断陷盆地。 7 ( 2 ) 卧虎山凹陷构造 据钻孔揭露在卧虎山一带基底二叠系地层埋藏较深，为一凹陷构造，轴向近北东，白 垩系地层沉积较厚，据物探资料推测为4 0 0 米，为白垩系沉积盆地，嫩江组二、三段沉积 较厚，沉积物较细，以泥岩为主。形成时代与三连凹陷同时，为断陷凹陷盆地。 ( 3 ) 药泉山隆起构造 其轴向近北东。北部至火烧山，南部延伸至石头房子一带，在药泉山东北部为核部， 位置较高，花岗岩出露地表。药泉山隆起构造为花岗岩体所构成，其核部为燕山期花岗岩 构成，外围由华力西期花岗岩构成，隆起构造上覆盖的白垩系嫩江组地层较薄，在核部缺 失。 ( 4 ) 小洪山隆起构造 位于五大连池地区西北部，轴向为北东4 0 。核部在九曲湾北的小洪山一带，由燕 山期花岗岩构成，直接露出地表。在五池南，向西倾伏。隆起构造为嫩江组覆盖，在核部 薄或缺失。 2 1 3 断裂构造 区内断裂较发育。北东4 5 。方向的断裂为主干断裂，规模较大，切割较深，延伸远。 北西3 0 0 - 4 0 0 方向断裂也较发育。另外还见有近南北与近东西向断裂，这两组断裂比前两组 规模小些( 图2 - 2 ) 。 8 图2 2五大连池火山区棋盘断裂构造体系( 据黎兴国，1 9 9 1 ) 卜断层线，2 一碳酸矿泉，3 一重碳酸矿泉，4 一坳陷构造，5 一隆起构造，6 一火d i 锥 1 北东向压性断裂 ( 1 ) 卧虎山一火烧山断裂 断裂起自卧虎山，经笔架山、老黑山延伸至火烧山。第四纪以来一直活动，卧虎山、 笔架山、老黑山、火烧山均沿此喷溢。东南盘上升。嫩江组地层薄，北西盘下降，推测断 层面倾向东南，为压性断层。 ( 2 ) 西焦得布山一莫拉布山断裂及东焦得布山一龙门山断裂。 这两条断裂规模比较大，延伸远。第四纪以来一直有火山活动，推测断裂倾向东南， 东南盘上升，西北盘下降，为压性断层。 ( 3 ) 马场一尾山断裂 在马场一带由物探测得其存在。断裂发育在燕山期花岗岩体中，断裂面倾向南东，在 马场北东2 5 公里处的花岗岩采石场中，可见有断裂挤压碎破带，宽约2 0 米，在三池两岸 老黑山组熔岩上有一群喷气锥，断裂东北端通过尾山火山。此断裂倾向南东。为压性断层。 ( 4 ) 药泉山一温泊断层 起于药泉山，延伸到温泊北北东的火山体。推测断裂面倾向北西。 ( 5 ) 南、北格拉球山断裂 通过南、北格拉球山，走向为北北东。 g 2 北西向张性断裂 断裂方向为北西3 5 0 - 4 5 0 ，另外还可见有北西7 0 。的一组。 ( 1 ) 北格拉球山一药泉山断裂 此断裂起自北格拉球山，经笔架山、药泉山延伸至宝龙泉、双龙泉一带，第四纪时期 火山沿本断裂与北东向断裂交汇处喷发。同时，沿断裂还有数处流量大，动态稳定的泉群 分布，如双泉、宝龙泉、青龙泉、二龙眼泉等。断裂东花岗岩体出露地表，为上升盘。西 侧白垩纪地层增厚，为下降盘。断裂面倾向南西，为张性断裂。 ( 2 ) 尾山一小孤山断裂 由尾山、西龙门山延伸到小孤山。断裂南西盘嫩江组地层增厚，推测倾向南西，为张 性断裂。 ( 3 ) 火烧山一东焦得布山断裂 断裂北东盘白垩系增厚。推测断裂向北东为张性断裂。 ( 4 ) 十二连及十一连断裂 这两断裂规模较小，喷气锥群沿其分布，推测倾向北东，为张性断裂。 ( 5 ) 十一连一禽场断裂 北端有数个副火山沿断裂分布。南端有一群喷气锥沿其分布，推测断裂面倾向北东， 为张性断裂。 ( 6 ) 东龙门山断裂 沿东龙门山北西3 5 。沿伸，其东南端有副火山沿其分布，为张性断裂。 ( 7 ) 东、西龙门断裂 在断裂东南端有数个副火山沿其分布，断裂方向为北西7 0 。 ( 8 ) 老黑山一温泊断裂 此断裂中部经花岗岩体，可见有近北西向小断裂发育，其南端为温泊北东1 6 。方向 7 5 0 米有盲火山体存在。断裂为张性，倾向北东。 3 近南北向张扭性断裂 此组断裂分布近南北向 ( 1 ) 老黑山一药泉山断裂 在药泉山北、马场西物探证实其存在倾倾向西。在药泉山南、青龙泉以及石头房子东 物探也证实其存在。故其经药泉山向南延伸至石头房子东1 公里通过。为张扭性断裂。 ( 2 ) 南、北泉断裂 1 0 延伸较长，其北端有副火山分布，中经南北泉，向南至w 1 2 号西边缘延伸至腰部落。 在腰部落由物探证实其存在。断层面倾向东。为张扭性。 ( 3 ) 东龙门山一小孤山断裂 推测为张扭性。 ( 4 ) 药泉山南北向断裂组 由物探及钻孔证实存在四条近南北向平行的断裂，比较短。分布于药泉山东侧。断裂 皆东倾，为张扭性断裂。 4 东西向压扭性断裂 ( 1 ) 卧虎山一东焦得布山断裂 中间经过药泉山，在药泉山东侧由物探证实， 南倾，为压扭性断裂。 ( 2 ) 马场韫泊断裂 近东南向。马场附近由物探资料证实其存在， 盲火山体沿其分布，为压扭性断裂。 2 2 地貌特征 其为花岗岩与变质岩接触界线。断裂面 断裂面南倾，其东端为温泊北东7 5 0 米 五大连池火山区，自早更新世以来，火山频频喷发，形成了面积达八百余平方公里玄 武岩台地。1 7 2 0 - 1 7 2 1 年，老黑山与火烧山喷发，其溢流的石龙熔岩堵塞白河故道，形成 了五个近南北分布，相互连通的火山堰塞湖，名日：五大连池。火山区有火山锥十四座， 呈拔地而起的孤峰，耸立在五大连池湖泊两侧的台地上，构成五大连池火山群。区内最高 海拔标高6 0 0 m ，最低海拔标高2 4 8 m ，比高4 0 - i 6 0 m ，东、北、西地势相对较高，中南部地 势相对较低。 五大连池十四座火山锥，主要沿北东、南西方向分布，形成两条火山链。以火山口为 中心发育环状和辐射状的裂隙，在老黑山和火烧山周围散布着规模很小的火山丘，也都受 这些断裂或裂隙方向控制。 根据中科院1 9 6 0 年地貌形态划分方案，按地貌成因类型划分，五大连池地区地貌可 分4 个成因类型、6 个形态单元，及剥蚀地形，剥蚀堆积地形、火山地形及堆积地形；6 个形态单元类型为低山、丘陵、岗阜状平原、熔岩台地、一级阶地及河漫滩。其中火山地 形熔岩台地是本风景名胜区最重要的自然风景资源。 】1 2 2 1 火山地形 火山地形包括火山锥和熔岩台地；台地又根据形态特征，分为盾形台地，波状台地和 石龙台地。 火山锥 五大连池火山锥的平面分布是沿北西向断裂构造呈线状排列。现有十四座火山锥，按 其形成时代及形态，分新期和老期两大类描述。 新期火山锥 老黑山与火烧山是在1 7 2 0 1 7 2 1 年喷发，为区内火山锥最新者。两座火山锥，高居石 龙台地中央，地貌景观与其它十二座火山锥迥然不同。 老期火山锥共十二座，它们是：东龙门山、西龙门山、尾山、莫拉布山、东焦得布山、 西焦得布山、笔架山、小孤山、南格拉球山、北格拉球山、卧虎山、药泉山。 这十二座火山，除了东、西龙门山和南、北格拉球山为双山外，其余都是单山，外形 呈圆台状，长满了浓密的杂树林。 盾形台地 除了老黑山、火烧山、药泉山和南、北格拉球山之外，在其它火山锥周围均有呈倾伏 状的玄武岩台地，形如“盾牌”，称之为盾形台地。标高一般3 2 0 - 4 2 0 米，比高约1 0 0 米。 波状台地 波状台地包括盾形台地以外的所有老期玄武岩台地。标高一般2 5 0 3 2 0 米，比高约7 0 米，坡度甚缓，一般1 0 2o 。 波状台地上植被稀少，多垦为耕地。 石龙台地 老黑山、火烧山喷发的熔岩，流布四周，北起五池南岸，南到腰部落南，总面积达数 十平方公里，标高2 5 5 - 3 2 0 米。药泉泡以北，最大宽度达1 2 公里；以南仅1 公里，沿白 河河床滚滚南下，长达8 公里，宛如长龙，谓之石龙。植被稀少，岩石裸露，可以见到各 种熔岩流动痕迹和流动构造；形成独特而完好的地貌景观，享有火山博物馆盛誉。 2 2 2 冰川和剥蚀堆积地形 本区属于山谷型冰川的边缘，规模较小，活动力弱，形成的地形不十分明显，区内只 见有冰水堆积台地和冰成谷地。 1 2 本区的剥蚀堆积地形只有一种，即丘陵状高平原。 区内见有两处，一是东北部有北东、南西向分布者。呈条形，海拔3 1 0 米左右 高3 0 4 0 米，地面平坦，已垦为耕地。上覆薄层冰水堆积亚粘土，f 为白垩系粉砂岩 岩。 2 23 河流堆积地形 比 拢 阶地 仅见火山区南部永安小西屯，面积不足0 3 平方公里，由讷莫尔河堆积形成，标高 2 5 0 2 5 5 米，比高约5 米，由中细砂组成。 河漫滩 见于火山区南部，从永安屯到牛营子一带，由白河、讷奠尔河堆积形成，标高2 4 62 5 0 米，比高约4 米，宽度由几十米到几公里。由黑色淤泥质亚粘士和砂组成，表面平坦，发 育着沼泽化湿地，多喜水植物。 繁湖 _ m l 口t 固 固# r f j i 囤* * # h 口 口m _ _ ：j 醪一 图2 - 3五大连池火山区地质地貌图引白五大连池分景区规划报告2 0 0 2 ) 磁芦 2 3 第四纪火山活动与地震 五大连池地区第四纪以来火山活动频繁，从下更新世至全新世皆有喷发，为火山活动 地区。目前地震活动仍频繁。第四纪以来气候冷暖相间变化，区内曾发生过冰川水活动盯。 火山活动 ( 1 ) 火山活动在空间上分布规律 区内保存的十四座火山锥有规律地排列在在北西与北东向断裂交汇处，断裂交汇处为 岩浆上溢通道。 东部火山喷出的玄武质岩浆量大，覆盖面积大，火山喷发是多期喷发，火山活动持续 时间长，如东焦得布山，在上、中、下更新世都有喷发。中部及西部的火山喷发的玄武岩 浆量少，覆盖面积小，火山活动持续的时间短，所以火山活动表现出东强西弱的特征。 ( 2 ) 火山活动在时间上的分布规律 从各个火山喷溢的玄武岩接触关系，以及与上下地层的关系，火山活动目前大体可划 分为七个喷发时期，而且皆在间冰期喷发。我们将这其中五个喷发期命名为：焦得布喷发 期、药泉山喷发期、笔架山喷发期，龙门山喷发期，老黑山喷发期。从时间上具有南早北 晚，周围早、中心晚的特点( 表2 1 ) 。 表2 - 1 火山喷发期次一览表 时代火山喷发期火山活动程度火山喷发地点 老黑山喷发期老黑山、火烧山 全新世 较强 龙门山喷发期东、西龙门山 笔架山、东焦得布山、 上更新世笔架山喷发期较弱龙门山、莫拉布山、 尾山 药泉山、卧虎山、西 焦得布山、东焦得布 中更新世药泉山喷发期 强 山、小孤山、莫拉布 山、尾山、南北格拉 球山、龙门山 东、西焦得布山、药 下更新世焦得布喷发期 弱 泉山、卧虎山 地震 区内地震活动频繁，但震级多较小( m l o 5 , - - - , 1 0 级) ，震源浅，多为8 k m ，最浅4 k m ， 震中集中分布在西部的卧虎山和格拉球山周围。 2 4 气象、植被和土壤特征 气候气象特征 五大连池风景区地处中高纬度，属于寒温带大陆性季风气候。境内各地气候相差很大。 四季气候变化表现为：春季风大干旱，夏季炎热多雨，秋季凉爽霜早，冬季寒冷干燥。 全区年平均气温在0 0 c - 1 8 0 c 之间，7 月气温最高，平均气温在1 8 7 0 c - 2 2 6 0 c ，最冷 在1 月份，月平均气温在- 2 4 7 0 c 。年降水量在3 6 8 0 - 6 5 2 5 m m 之间，年平均蒸发量为 1 2 5 6 6 m m ，无霜期8 0 1 4 2 天。( 王允鹏，1 9 7 9 ) 区域植被特征：五大连池地区位于大兴安岭寒温带落叶针叶林植被区系和小兴安岭温 带针阔叶混交林植被区系的交界处。两个区系植被相互渗透，同时还具有森林、灌木、地 衣苔藓三层组合特征，是研究植被区划、植物更替演变和植物组合的理想场所。五大连池 火山分布一些特征植物，最具代表性的为兴安桧柏( 爬地松) 。另外森林植被对不同的地貌 单元也有一定的指示作用，老期火山锥体以柞树占绝对优势，没有熔岩覆盖的白垩系泥岩 分布区杨桦树占优( 图2 - 4 ) 。 土壤特征：本区主要有四种土壤组成，有黑土、石质土、草甸土和沼泽土。火山锥为 腐质火山砾质土。石龙熔岩为生草火山石质土，火山锥之间的平缓地带为黑土及壤质暗棕 壤，另有沼泽土、草甸土分布各处。土壤酸碱度为中性。 图2 - 4 五大连池火山区植被分却图( 引自五大连池分景区规划报告2 0 0 2 ) 图2 5 五大连池火山区熔岩台地远景图 i 凄攀鹾麓鬻攀i j o 一| 0 第三章五大连池火山区水体特征 3 1 五大连池火山区地下水体特征 3 1 1 矿水特征 3 1 1 1 矿水类型和分布特征 五大连池火山区所发现的矿水，北起五池东南岸边，南至药泉山，长约1 5 k m ，呈南北 向带状分布，为受同一南北向脆性断裂构造系统控制。目前在该区范围内天然矿水共发现 有6 处：火烧山矿泉、药泉山的南泉、北泉、新南泉、南洗泉及翻花泉。 前人通过钻孔揭露，已发现该区矿水类型有：( 1 ) 重碳酸盐类矿水，包括重碳酸钠型、 重碳酸钙型、重碳酸镁型矿水以及它们的混合类型( 复型) 矿水；( 2 ) 含气矿水类，如碳酸 矿水；( 3 ) 含放射性元素矿水类，如氡气水；( 4 ) 含特殊成分矿水类，如铁质水、硅质水、 锶质水、钡质水等口1 ( 黑龙江省地矿局第一水文地质工程地质队，1 9 7 4 ) 。 根据矿水露头及钻孔揭露的矿水点，五大连池火山区可暂分为5 个矿水区( 王允鹏， 1 9 7 9 ) ： ( 1 ) 药泉山铁质重碳酸盐碳酸矿水区：分布在药泉山的东侧，地表有数处矿泉水出露， 地下深处还蕴藏有原生矿水。为铁硅质重碳酸盐碳酸矿水。 ( 2 ) 东焦得布山铁质重碳酸盐碳酸矿水区：分布在东、西焦得布山东南一带，面积较 大，为铁质重碳酸盐碳酸矿水。据w 1 7 号钻孔揭露，矿水矿化度4 1 0 l g l ，含锶5 4 6 m g l ， 重碳酸盐4 3 1 4 m g l 。 ( 3 ) 火烧山碳酸矿水区：分布在火烧山附近，为碳酸矿水。矿水出露地表，含 c 0 2 8 3 2 4 m g l 。 ( 4 ) 尾山碳酸矿水区：分布在尾山南，为碳酸矿水。据尾山七连w 8 号钻孔，矿水含c o 。， 2 0 4 m g l 。 ( 5 ) 宝龙泉的氡矿水：在宝龙泉及药泉湖北端钻孔中，氡含量较高。宝龙泉w 1 8 号钻孔 氧含量为2 6 6 5 埃曼升。药泉湖：1 卜w 3 6 号钻孔氡含量为3 6 8 埃曼升。 图3 - 1 五大连池火山区矿水分布略图( 据王允鹏等，1 9 7 9 ) 卜火山：2 一碳酸矿水：3 一重碳酸盐碳酸矿水；4 一氡矿水界线 分布特点 由于五大连池火山多沿n e 向压性断裂与n w 向张性断裂交汇处喷发，所以目前发现的 铁质重碳酸盐碳酸矿泉区和碳酸冷矿水区都分布在靠近火山地段n 帕，且在火山锥一侧，迄 今为止没有发现跨越火山的矿水。如药泉山矿水区分布于药泉山东侧，而另一侧没有矿水。 目前五大连池火山区所发现的四个重碳酸盐一碳酸矿水区( 药泉山、东焦得布山、尾山、火 烧山矿水区) ，均位于隆起构造或坳陷构造的边侧，特别是药泉山矿水区赋存于古隆起构 造外侧的花岗闪长岩与变质岩接触带的裂隙中，这个部位断裂构造比较发育，有利水矿水 的形成贮存。矿水富集于鼻状弧形接触带内，水量、水压较大，形成可自喷的富水带。而 远离此弧形接触带，水量及水力性能较差。早更新世以来，区内火山活动的规律是南早、 北晚，外围早、中部晚，位于火山活动较早的南部地区一药泉矿水区和东焦得布山矿水区 为铁质重碳酸盐碳酸冷矿水，位于火山活动较晚的北部矿水区一火烧山、尾山矿水区则为 1 9 碳酸矿水。从水质来看，火山活动较早的矿水区矿化度高，较晚地区矿化度低。 3 1 1 2 矿水化学特征 根据矿水赋存层位及其扩散环境，可将火山区矿水划分为原生矿水和次生矿水。形成 并贮存于下部的花岗质基底( 中粗粒花岗闪长岩) 和变质地层基底( 砂质板岩、炭质板岩、 二云石英片岩等) 的矿水称为原生矿水，扩散至上覆白垩系砂岩层及第四系含水层中的矿 水称为次生矿水( 王先政，2 0 0 1 ) 。 原生铁质重碳酸盐碳酸冷矿水 原生铁质重碳酸盐碳酸矿水以水温低( 2 5 - 3 ) 、饮之具辛辣味、以二氧化碳气体、 重碳酸盐、铁质含量高为主要特点。在不同地段，原生矿水各种成分有所不同，分布有一 定规律性。此类矿水主要化学性质如下： ( 1 ) 矿水中含c 0 2 气体 矿水中c o 。气体含量高，水中溶解c 0 。为2 0 0 一- - 1 4 1 8 5 毫克升。矿水区边缘含量低， 向矿水区中心地带增高，大于1 0 0 0 毫克升的地段为w 1 9 一w 3 2 - w 3 9 - w 2 6 号钻孔一带，大 于1 2 5 0 毫克升为w 4 0 一w 2 5 一w 2 9 一w 3 2 号钻孔一带，最高值在w 2 5 号钻孔( 图3 - 2 ) 。 ( 2 ) 矿水矿化度及阴、阳离子含量 五大连池火山区矿水矿化度一般大于1 毫克升，最大值为6 8 5 克升；原生矿水中 阴离子以重碳酸根( h c 0 3 一) 为主，含量为2 0 0 0 6 0 0 0 毫克升，氯离子( c l 一) 、硫酸根离子( s 吼2 ) 含量甚低。除重碳酸根外的阴离子毫克当量百分数总和小于5 ；原生矿水中阳离子以钠离 子( n a + ) 为主，含量较高，钙离子( c a 2 + ) 与镁离子( m 9 2 + ) 次之。矿水区边缘钠含量低，向中部 地带增高，高峰值出现在富水带南w 。、w ：。、w 。号孔一带及北侧w mw 。号孔一带。矿水中 铁离子含量较高，以二价铁为主，含量为几十到几百毫克升，三价铁含量低，总铁含量 在矿水区边缘低，多低于1 5 0 毫克升，向中心地带增高。矿水中钙离子( c a 2 + ) 以吼、w 9 、 w 2 6 号孔较高，镁