新疆三塘湖盆地漢水泉—庫木蘇水化學特征分析

韓芳芳，師德揚，鄭　勇，曹阿楠，孫忠偉

（新疆地礦局第二水文工程地質大隊，新疆昌吉831100）

·地質與礦業工程·

新疆三塘湖盆地漢水泉—庫木蘇水化學特征分析

韓芳芳*，師德揚，鄭勇，曹阿楠，孫忠偉

（新疆地礦局第二水文工程地質大隊，新疆昌吉831100）

以新疆三塘湖煤田漢水泉—庫木蘇水源地供水水文地質詳查為例，根據工作區內周邊山前洪積礫質平原向中部細土平原區水化學形成條件及分布規律，探討了地下水礦化度及主要離子濃度分布，地下水水化學類型，地下水水化學的形成，對三塘湖盆地漢水泉—庫木蘇地下水水化學有了初步了解，為進一步研究、勘探及開發地下水資源提供依據。

三塘湖盆地；地下水；水化學；特征分析

1　自然地理

三塘湖盆地漢水泉—庫木蘇位于北部大哈甫提克山、呼洪得雷山，南部白依山之間。總體地勢北部高于南部、西部高于東部。北部大哈甫提克山、呼洪得雷山山區海拔最高達2374m；南部白依山，海拔800～2372m，平原區內海拔460～1700m，地形較平坦開闊，地形坡降約為40‰～90‰。地貌類型為洪積礫質平原、洪積細土平原。在不同地質歷史時期，受地形地貌、地層巖性和構造的影響，各種因素不同程度地控制和影響著地下水的分布與埋藏。工作區第四系、新近系形成了許多層面裂隙、構造斷裂和孔隙等空隙，為地下水的儲存、循環和運移提供了良好的場所，賦存第四系松散巖類孔隙潛水和新近系碎屑巖類孔隙裂隙承壓水。地下水類型為多層結構，即上覆第四系松散巖類孔隙潛水，下伏碎屑巖類孔隙裂隙承壓水。

2　地下水礦化度及主要離子濃度分布

潛水和承壓水礦化度整體上從南北兩側向中部細土平原區逐漸增加，最終在芒硝礦一帶達到最大值，呈明顯的東西向水平分帶，垂向上分帶不明顯。

2.1潛水

第四系松散巖類孔隙潛水礦化度總體由周邊山前洪積礫質平原向中部細土平原區逐漸增加。礦化度1～3g/L的微咸水在山前洪積礫質平原下部，分布面積最廣，呈東西向條帶狀分布；礦化度3～5g/L的半咸水主要分布在庫木蘇洼地南側及漢水泉洼地芒硝礦—白尼地東井周邊區域；而礦化度大于5～10g/L咸水，主要分布在芒硝礦附近。K++Na+和Cl-等主要離子濃度的空間分布特征總體上與礦化度近于一致，隨礦化度增加逐步增高，Mg2+、HCO3-隨礦化度升高呈逐漸降低的變化趨勢。

從其潛水水化學參數統計特征值可看出（見表1），潛水中Mg2+、SO42-和HCO3-的變異系數相對較小，反映其在潛水中含量的相對穩定性；K++Na+、Ca2+和Cl-的變異系數相對較大，反映其在潛水中的質量濃度變化較大，其中K++Na+和Cl-的平均值和標準差都較大，反映其在潛水中的絕對含量較大，為潛水中的主要陰、陽離子，是決定潛水鹽化作用的主要變量。

從潛水水化學參數相關系數矩陣（見表2）可看出，礦化度同K++Na+、和Cl-呈顯著相關性，相關系數在0.85以上。表明潛水中K++Na+和Cl-等主要離子濃度的空間分布特征總體上與礦化度近于一致，區域內沿地下水流向，潛水礦化度逐漸增大，K++Na+和Cl-離子濃度也逐漸增大。Mg2+和HCO3-離子同礦化度的相關性皆較差，表明從徑流區到排泄區，隨著礦化度的增加，Mg2+和HCO3-離子相對含量呈逐漸降低的變化趨勢。

2.2承壓水

新近系碎屑巖類孔隙裂隙承壓水礦化度總體由周邊山前洪積礫質平原向中部細土平原區逐漸增加。礦化度1～3g/L的微咸水在山前洪積礫質平原下部，呈東西向條帶狀分布；礦化度3～5g/L的咸水主要分布在庫木蘇洼地南側及漢水泉洼地細土平原呈條帶狀—環狀分布；礦化度大于5g/L地下水分布在漢水泉洼地芒硝礦西部。承壓水中K++Na+和Cl-離子在空間上的變化規律同礦化度一致，Mg2+、HCO3-隨礦化度增加呈逐漸降低的變化趨勢。

表1　潛水水化學參數統計特征值

表2　潛水水化學參數相關系數矩陣

從承壓水水化學參數統計特征值（表3）可看出：承壓水中各離子的變異系數普遍較小，反映其在承壓水中含量的相對穩定；其中K++Na+、Cl-和SO42-的平均值和標準差都偏大，反映其在承壓水中的絕對含量較大，為承壓水中的主要陰、陽離子，是決定承壓水鹽化作用的主要變量；Mg2+和HCO3-平均值和標準差皆較小，表明Mg2+和HCO3-離子在詳查區內承壓水層中絕對含量少，離子濃度變化幅度較小。

表3　承壓水水化學參數統計特征值

從承壓水水化學參數相關系數矩陣（見表4）可看出，礦化度同K++Na+和Cl-呈顯著相關性，相關系數在0.9以上。表明承壓水中K++Na+和Cl-離子在空間上的變化規律同礦化度一致，隨著礦化度從補給區向排泄區逐漸增大，K++Na+和Cl-離子也呈逐漸增大的趨勢。其它離子的與礦化度相關性較差規律不明顯。

3　地下水水化學類型

潛水和承壓水水化學類型水平分帶規律明顯，形成原因同樣與補給、徑流、排泄條件有關：從山前洪積礫質平原地下水補給區—細土平原地下水排泄區，潛水呈向中心匯聚的東西向條狀水平分帶，區內由周邊向匯水中心一線分布4種不同的水化學類型，分別為SO4、SO4·Cl、Cl·SO4和Cl；承壓水潛水呈明顯的東西向條狀水平分帶，區內由周邊向匯水中心一線分布3種不同的水化學類型，分別為SO4、SO4·Cl和Cl·SO4型。

3.1潛水

潛水主要接受周邊山區側向徑流補給，從補給區—排泄區地下水化學特征水平分帶性明顯，潛水水化學類型主要有SO4-Na·Ca型、SO4·Cl-Na·Ca型、Cl· SO4-Na·Ca型、Cl·Na型。

在洪積礫質平原中上部，地下水類型主要為SO4-Na·Ca型水，呈東西向的條帶狀分布；在地下水向芒硝礦徑流過程中，經過溶濾作用，地下水類型逐漸轉變為SO4·Cl-Na·Ca型，該類型地下水在詳查區中部大面積分布呈東西向的條帶狀；Cl·SO4-Na·Ca型水分布于漢水泉洼地與庫木蘇洼地之間細土平原區一帶；地下水最終全部匯集于芒硝礦一帶，由于蒸發濃縮作用以后，地下水類型轉變為Cl·Na型。詳查區地下水補徑排條件基本決定了礦化度的分布特征，從整個詳查區來看，礦化度由四周補給區向中心排泄區由小于2g/L直到大于10g/L，呈逐步增加的趨勢，地下水在垂直方向上分帶性不明顯。

表4　承壓水水化學參數相關系數矩陣

3.2承壓水

首先北部補給為山前洪積礫質平原中上部，運移距離短，溶濾作用相對較弱，從北向匯水洼地（芒硝礦）一帶水化學類型由SO4-Na·Ca型—SO4·Cl-Na·Ca型—Cl·SO4-Na·Ca型，礦化度有2g/L左右增高至3g/L左右；其次從南部補給的地下水，地下水運移距離長，溶濾作用相對北部而言較為強烈，徑流至詳查區邊界作為補給源的時候水化學類型本身就是Cl·SO4-Na·Ca型，礦化度2～3g/L，無論南部或者北部補給的地下水最后匯集于芒硝礦一帶發生混合作用最終形成詳查區中部Cl·SO4-Na·Ca型新近系承壓水，礦化度大于3g/L，由于在細土平原區局部地段新近系承壓水與上覆高礦化度第四系潛水連通發生混合作用，因此新近系承壓水在匯水中心處礦化度由3g左右增高至大于5g/L。

4　地下水水化學的形成

地下水水化學的形成受到含水層巖性、水文地質結構和地下水循環條件等諸多因素制約，且其水化學場的形成主要受溶濾作用、混合作用和蒸發濃縮作用影響。現從潛水和承壓水的形成原因及水化學作用來分述區內地下水水化學的形成。

4.1潛水

北部一帶，洪積礫質平原中上部補給區地下水水質相對較好，主要形成原因為北部的大哈甫提克山洪積礫質平原受季節性洪水和側向徑流的補給，水動力條件好，溶濾作用較弱，形成礦化度小于2g/L的SO4-Na·Ca型水，在工作區最北側呈條帶狀分布；當徑流到中部礫石帶時，天然補給量減少，水動力作用逐漸減弱，溶濾作用增強，同時西北部地下水徑流、北部地下水徑流與東北部地下水發生混合作用，逐漸過渡成礦化度2～3g/L的SO4·Cl-Na·Ca型水，從西向東條帶狀大面積分布；Cl·SO4-Na·Ca型水分布在工作區的西南部，由于南部洪積礫質平原相對北部地下水運移距離長，水化學溶濾作用比北部山區強烈，南側徑流與西北側向徑流的潛水發生混合作用，直接形成了礦化度2～5g/L的Cl·SO4-Na·Ca型水，在最南側—中部呈條帶—環島狀分布；最后Cl·Na型水的形成較為簡單，它主要分布于芒硝礦一帶詳查區的匯水中心，該處地勢低洼、地下水位埋藏淺，含水層蓋層巖性以粉土、粉砂為主，顆粒較細，有利于地下水的蒸發濃縮作用，受工作區干旱氣候影響，地下水蒸發濃縮作用強烈，礦化度增高，水質變差，地下水在芒硝礦一帶經過蒸發濃縮作用水化學類型最終過渡為礦化度為5～10g/L的Cl·Na型水。

4.2承壓水

東部漢水泉洼地內，北部大哈甫提克洪積礫質平原承壓水主要受側向徑流補給，水動力條件好，溶濾作用較弱，首先形成礦化度1～2g/L的SO4-Na·Ca→SO4·Cl-Na·Ca型水；西部庫木蘇洼地中承壓水水化學類型較為單一，洪積礫質平原區沿近南北地下水流向，溶濾作用較弱，形成礦化度1～2g/L的SO4·Cl-Na·Ca型水；東西兩側地下水沿工作區中南部細土平原向漢水泉洼地中部細土平原匯流，地下水水動力條件逐漸變差，溶濾作用增強同時發生混合作用，礦化度升高，形成礦化度2～3g/L的SO4·Cl-Na·Ca型水；最終匯入芒硝礦周邊的匯水中心時與南部白依山山前洪積礫質平原中下部匯流而來的地下水繼續發生混合作用，形成礦化度3g/L左右的Cl·SO4型水；最終在芒硝礦周邊與上部受蒸發濃縮作用、混合作用形成的第四系高礦化度的Cl型潛水發生混合作用，形成礦化度大于5g/L 的Cl·SO4型水。

5　結論

三塘湖盆地漢水泉—庫木蘇工作區內潛水和承壓水礦化度整體上從南北兩側向中部細土平原區逐漸增加，水化學類型水平分帶規律明顯，從山前洪積礫質平原地下水補給區—細土平原地下水排泄區，呈東西兩側向中心匯聚的條狀水平分帶，水化學場的形成主要受溶濾作用、混合作用和蒸發濃縮作用影響，其形成原因同樣與補給、徑流、排泄條件有關。地下水水化學類型及礦化度分布特征基本符合從山前至平原區的變化規律，即從山前低礦化度的SO4型水到細土平原帶的高礦化度SO4-Cl、Cl-SO4、Cl型水。

［1］梁洪濤，白銘，乃尉華，等.新疆東疆煤炭基地地下水勘查巴里坤—伊吾盆地地下水勘查報告［R］.新疆地礦局第二水文工程地質大隊，2012.

［2］王松濤，鄭勇，杜江巖，等.新疆三塘湖煤田漢水泉—庫木蘇水源地供水水文地質詳查報告［R］.新疆地礦局第二水文工程地質大隊，2013.

［3］唐曉敏，等.新疆三塘湖煤田三塘湖勘查區漢水泉詳查區詳查報告［R］.新疆煤田地質局一六一隊，2012.

P64

A

1004-5716（2016）05-0067-04

2015-04-23

2015-04-23

韓芳芳（1988-），女（漢族），河南清豐人，工程師，現從事水文地質與工程地質技術工作。