關于巴里坤縣三塘湖鄉北部一帶水化學條件的探討

孫忠偉

（新疆地礦局第二水文工程地質大隊，新疆昌吉831100）

三塘湖北詳查區位于新疆維吾爾自治區的東部，天山支脈莫欽烏拉山以北的洪積平原，位于巴里坤縣以北約95km處，屬于西北干旱地區，地下水的水化學特征受水文地球化學條件制約，與地貌、地質構造、含水層巖性和地下水補給、徑流、排泄條件密切相關。

1 水化學類型及其分布特征

研究區內潛水及承壓水受地形地貌、氣象因素、地下水徑流、地層巖性等因素的影響，導致地下水水化學類型在空間分布上呈現一定的水平分帶性規律，潛水、承壓水水化學類型變化具有相似性。地下水補給區至排泄區，水化學類型逐漸由簡單變復雜。

1.1 潛水水化學類型

由于地下水從補給區到排泄區徑流途徑長，地下水位埋藏較淺，溶濾和蒸發作用強烈，水化學類型變化復雜，潛水呈現出4種不同的類型，水化學類型由HCO3·SO4-Ca·Na型向北部轉化為SO4·HCO3-Na·Ca型、SO4-Na·Ca、Cl·SO4-Na型，礦化度由小于1g/L升高至大于 5g/L，陽離子由Ca2+、Mg2+→Mg2+、Ca2+，Na+→Ca2+、Na+，陰離子由 HCO3→HCO3·SO4→SO4·HCO3→SO4→SO4·Cl→Cl·SO4，總體特征具有一定的水化學分帶性特點。

1.2 承壓水水化學類型

受多種因素的影響，在平原區地下水徑流區，水質較差，地下水在從補給區至排泄區的滲流過程中多次發生混合作用，造成潛水和承壓水具有相近的空間變化規律，水化學類型由SO4·HCO3-Na·Ca型向北部轉化為SO4-Na·Ca型、SO4-Na·Ca、SO4·Cl-Na·Ca型，即水質逐漸變差，礦化度由1～3g/L，局部區域上升至大于5g/L，陽離子由Ca2+、Na+→Na+，陰離子由SO4·Cl→Cl·SO4，總體特征具有一定的水文地球化學分帶。地下水水化學表現出明顯的水平分帶規律。

2 水化學形成

2.1 主要影響因素

2.1.1 包氣帶含鹽量

根據研究區內45組樣品分析，可溶鹽含量同地下水礦化度之間具有一致性的規律，地下水礦化度受包氣帶含鹽量的影響較為明顯。

南部地區為第四系洪積層，透水性能好，受山區暴雨洪流沖刷淋濾作用強，鹽分難以聚集，含水介質可溶鹽含量總體小于1mg/100g土，地下水礦化度也多小于1g/L。而在洼地匯水中心處可溶鹽含量大于50g/100g土，地下水礦化度皆大于1g/L，在洼地匯水中心處地下水礦化度大于5g/L。充分表明：包氣帶含鹽量低，地下水水質較好；包氣帶含鹽量高，地下水水質相對較差。

2.1.2 水文地質結構

研究區內古近系碎屑巖類孔隙裂隙承壓水頂板隔水層分布不連續,使潛水和承壓水之間存在著較為密切的水力聯系。山區河水及暴雨洪流在山前洪積平原入滲，以側向徑流的形式補給區內的潛水和承壓水。受多種因素的影響，在洪積平原中下部地下水徑流區，水質較差，礦化度為1～3g/L。地下水在從補給區至排泄區的滲流過程中多次發生混合作用，造成潛水和承壓水具有相近的空間變化規律，即水質逐漸變差，礦化度由1～3g/L上升至大于5g/L。地下水水化學表現出明顯的水平分帶規律。

2.1.3 地下水循環條件

地下水循環條件是影響研究區地下水水化學場空間分布特征的另一重要因素，區內地下水補徑排對水化學場的形成有著明顯的影響，而水動力條件直接影響著地下水的徑流。γCl-/γCa2+系數是刻畫水動力特點的參數，其值的大小代表著地下水水動力條件的好壞，值越大，表明水動力條件越差。

2.2 水化學場形成的主要作用

2.2.1 溶濾作用

γNa+/γCl-系數稱為地下水的成因系數，是表征地下水中Na+離子富集程度的一個水文地球化學參數。根據區內承壓水Na+與Cl-毫克當量濃度關系（見圖1）可以看出：潛水和承壓水水樣分析點皆位于1∶1直線以上（γNa+/γCl-＞1），表明詳查區地下水非海相成因，其化學成分主要受含巖鹽地層溶濾而成。

圖1 Na+與Cl-毫克當量濃度關系圖

2.2.2 陽離子交替吸附作用

潛水鈉吸附比值變化明顯，從南部鈉吸附比值（SAR）沿地下水流向變化情況（見圖2）可以看出補給區向中間排泄區，鈉吸附比值增大，水化學類型從南向北由HCO3·SO4-Na型→SO4·HCO3-Na·Ca型→SO4-Na·Ca型→Cl·SO4-Na型。鈉吸附比值高的水，在水巖作用過程中引起水中的Na+被吸附到固相顆粒表面上，Ca2+和Mg2+從固體表面解吸出來，水的硬度增加，引起土壤透氣性減小，產生板結及鹽堿化的規律。

圖2 詳查區潛水鈉吸附比值

2.2.3 混合作用

不同水體間的混合作用對區內地下水水化學場的空間分布產生重要的影響。地下水的補給區，低礦化度的大氣降水在垂直向下入滲過程中使得地下水礦化度降低。地下水在徑流過程中，由于承壓水隔水層不連續，潛水和承壓水水化學類型和礦化度趨向一致。

2.2.4 蒸發、濃縮作用

蒸發、濃縮作用在地下水化學成分和礦化度的形成與改造過程中起著重要的作用。地下水的排泄區位于洪積平原的下游，第四系厚度較薄，含水介質顆粒細小，蒸發、濃縮作用十分強烈，形成礦化度大于5g/L的Cl·SO4型水。

3 地下水水化學成因

3.1 潛水水化學的形成

山區為地下水的補給區，水動力條件較好，蒸發量小，受降水溶濾作用影響下山形成礦化度低的HCO3型水，隨著地勢的降低、第四系厚度的變薄，沿地下水流向，在地下水的滯留、排泄區，由補給區經徑流區帶來大量離子同頂托補給的承壓水帶來的離子在此處匯聚、混合，且由于潛水水位埋深淺，蒸發濃縮作用強烈，形成礦化度大于5g/L的Cl·SO4型水。

3.2 承壓水水化學的形成

承壓水在補給區接受山區基巖裂隙水的側向徑流補給，形成低礦化度的SO4·HCO3型水，而其他區域皆為礦化度1～3g/L的SO4·Cl型水，沿承壓水流向，發生溶濾、混合作用，礦化度逐漸增大，水化學類型逐漸變差，呈現由徑流區向排泄區的水平分帶規律：水化學類型由SO4·Cl型→Cl·SO4型，礦化度由1～3g/L→＞5g/L。

4 地下水礦化度與主要離子濃度相關性分析

通過對樣品測試成果分析，潛水和承壓水中離子同礦化度變化的趨勢一致，Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-和Cl-同礦化度的相關性都較為顯著，HCO3-同礦化度的相關性差，主要是由于沿地下水徑流方向，水的鹽化作用增強。潛水中各離子的變異系數普遍較承壓水大，表明潛水的水化學性質在空間上變異性大，受含水層介質、地形地貌、氣象等因素的影響較大，承壓水受外界因素干擾較小，同時也說明承壓水的鹽化作用較潛水弱。

5 結束語

新疆幅員遼闊，水資源豐富，但總體來說，水文地質條件較為簡單，水化學特征規律明顯，通過對巴里坤縣三塘湖鄉北部一帶水化學條件的分析，可知地下水水化學特征從山前至平原一帶，礦化度逐漸升高，水化學類型由HCO3·SO4-Na型→SO4·HCO3-Na·Ca型→SO4-Na·Ca型→Cl·SO4-Na型轉變，其形成與地形、巖性及其運移過程中的水化學作用有密切關系。