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黑竹沟的地质构造属扬子准地台西缘“康滇地轴”北段凉山褶陷束，峨边断带，主要由小凉山骨架和峨眉山断块组成。古生界地层发育不全，上古生界缺失石炭系、泥盆系，下古生界缺失震旦系，在中生界系飞仙关组沙页岩和嘉陵江组灰岩沉积后，整个地轴隆起成陆，地层出露九个系，25群。这里属峨眉山火山岩地带。黑竹沟处在四川盆地向青藏高原和云贵高原之间的过度地带，在横断山脉的东侧。在一系列南北向褶皱和深大断裂的控制下，山川走向均呈南北纵向伸展，形成黑竹沟特有的地貌特征。
黑竹沟年均气温在海拔1054米的斯合镇为14.3℃，沟口(1705米)为10.8℃，石门关(2067米)为5.5℃，荣宏得(3125米)为3.2℃，马鞍山主峰(4288米)为了3.0℃。降水：年均降水量大部分地域为1900-20_毫米之间，且夏季多暴雨;斯合镇为1180毫米，沟口为1700毫米，石门关为2260毫米，马鞍山主峰约2050毫米。区域内空气湿润，年均相对湿度在85%以上，年雾日在320天以上，年降水日在270天以上。属亚热带湿润季风气候，且马鞍山位于东南季风与西南季风的分界地带，使东来的暖湿气流圈闭于谷中，造成该区域温度高，降水充沛、降水日多、晴天少的特点。由于地形高差悬殊，气温随海拔高度而异，垂直差异明显，形成“一山分四季，十里不同天;山顶戴雪帽，山脚百花鲜”的小凉山区气象景观。
水系以大渡河支流官料河上游的那哈依莫为主干，支流有黑竹沟(碱岔河)、母举沟和巴溪沟，沟系水网均成树枝状，各干支流流向受北西、北东构造控制明显区域内年均径流深在1700毫米左右。黑竹沟干流发源于马鞍山主峰附近的狐狸山北侧，全长约20公里，其支流罗索依达发源于狐狸山与主峰间的冰斗湖，长15公里;年均流量9立方米/秒。黑竹沟区域除溪河纵横外，尚有主峰下的冰川湖泊、高山海子数处，最大者近百亩，此外，在巴希戈孜还有长约20米的喀斯特湖一处。
地下水以四川盆地西南边缘水温度最高的温泉，还有喀斯泉，在黑竹沟源头暗河发育，长达数公里。
黑竹沟森林公园内公布有山地黄壤(1800米以下)、山地黄棕壤(1800-2200米)、山地暗棕壤(2200-2700米)、山地棕色针叶林土(2700米以上的暗针叶林内)、亚高山草甸土(3000米以上)等5种，非地带性土壤主要有黄色石灰土(1800米以下)、紫色土、沼泽土等3种，与地带性土壤镶嵌呈斑状分布。
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