環塔里木西側鹽漬土分布特征的比較研究及其成因分析

璩繼立，帕坦木汗·阿卜力米提，劉紅梅,寧作君

（喀什大學土木工程學院，新疆 喀什 844000）

0 引言

鹽漬土最大的工程危害性來自其鹽脹和融陷特性，隨著“一帶一路”建設的推進，南疆環塔里木西緣，尤其是作為西部經濟特區的喀什地區大規模的基礎設施建設，鹽漬土的工程危害性越來越不能忽視.南疆位于我國新疆維吾爾自治區南部，三面環山，一面朝向盆地.南邊為喀喇昆侖山，西邊為帕米爾高原，北邊為天山南麓，東邊為廣袤的塔克拉瑪干沙漠.特殊的地理位置造就了喀什地區特有的廣泛鹽漬土分布.該地區氣候炎熱、干旱、少雨，但地下水和地表水比較豐富，其補給來源主要靠附近高山上的積雪融化.雪融水穿過巖石裂隙帶走礦化離子使流水的礦化度增加.在山前沖洪積扇的地下水溢出帶以上主要為地下水補給河水，進入平原地區則主要為河水補給地下水.此外，長期的人類經濟活動如農業灌溉、畜牧業、大規模墾荒也對該地區土壤的含鹽量產生重要的影響.環塔里木邊緣沖積平原由第四紀以來的河流沖積以及洪積物組成，隨高程由高到低其顆粒大小從粗、中、細到粉的過度.在垂直分布上，表層0～0.5 m為強氯鹽漬土，中部為硫酸鹽或亞硫酸鹽鹽漬土，4 m 以下為中到弱亞氯鹽漬土[1].但是在不同的地區其含鹽量也有所不同.其原因就在于其所處的地理位置和環境.楊保存等[1]研究了南疆阿克蘇、圖木舒克以及庫爾勒地區鹽漬土的工程性質，認為南疆鹽漬土分布具有較明顯的區域分異性，鹽分組成及含鹽量具有很大的差異.高建平等[2]研究了新疆喀什疏勒縣林場0.2～20 m 深度范圍內的鹽漬土的特征，認為其上部主要分布的是強氯鹽漬土.張曉宇[3]研究了喀什至和田鐵路鹽漬土的類型及成因，認為該地區主要以中、強硫酸鹽為主，其成因不僅與地形、氣候、巖性和水文地質條件有關，還與綠洲農田區大量灌溉有關.柴學平等[4]對南疆塔里木盆地西側阿克蘇、克孜勒蘇克爾克孜自治州、喀什、和田四個地區的鹽漬土成分進行分析，認為塔里木盆地的鹽漬土組分分布在數百公里的范圍內具有較高的一致性，陰離子以Cl-為主，陽離子以Na+和K+為主.此外，木合塔爾·吐爾洪等[5]、謝蘊華[6]、田秋林[7]、包衛星[8]、張宇[9]、塔吉姑麗[10]等人也對南疆塔里木盆地西側鹽漬土進行了多方面的特征分析.這些研究雖然對南疆地區鹽漬土的空間分布、垂直分布、組成、類型、遷移等規律進行了研究，但對不同地區鹽漬土分布特征的成因分析略顯不足.本文試圖從水文地質和人類活動兩個方面對南疆地區鹽漬土分布的差異性進行探索.本研究對該地區基礎設施建設項目的選址、勘察、設計和施工將具有重要意義.

1 研究數據來源及處理

本文所用研究數據來自公開發表的十多篇論文及其所載數據.其中主要數據來源于文獻[1-5].在閱讀了大量的相關文獻基礎上，對獲得數據進行處理，包括平均、統計、內插、化學計量數據換算、擬合、結合實際的數學預測與推測、水文地質計算、地質地形推測與計算、降雨量特征、河水與湖泊的含鹽量分布與遷移、人工灌溉與抽排水影響等.對于重復的數據只用其中一個，對于缺失的數據，要么直接空缺，要么在合理的范圍內進行推測，若只有平均值則取平均值，若既有平均值又有標準值的取標準值，對于用不到的數據直接舍棄.如有些文獻只提供了Cl-、SO42-、Na+、K+等離子的含量，并未提供含鹽量，這時可用摩爾與質量相互關系及Cl-與Na+的結合比，推算出近似的含鹽量等.由于本文只統計0～20 cm 深度的指標，對于只有0～1 m 深度的指標，采用加權平均計算等.鹽漬土類型與含鹽量的分析與確定依據是《公路路基設計規范JTG D30-2015》.所用地形圖及河流走向為我國公開發行的文獻.

2 結果與分析

因各地實驗結果中陰離子HCO-,含量相對于Cl-和的含量很低，基本上差一個數量級，且鹽漬土定名中并不涉及這些指標，因而本分析中將其忽略不計.陽離子K+,Ca2+,Mg2-的含量相對于陽離子Na+也很低，基本上也是至少低一個數量級，且在鹽漬土定名中并不涉及這些指標，故在分析中只考慮主要陰離子Cl-,和主要陽離子Na+（指標換算時使用）.而且根據我國《公路路基設計規范JTG D30-2015》只要知道鹽漬土的含鹽量和的比值，即可確定鹽漬土的強弱和分類.所以本文中數據主要集中于含鹽量，的比值.

2.1 鹽漬土劃分標準

根據我國國標《公路路基設計規范JTGD30-2015》鹽漬土可根據含鹽性質和鹽漬化程度按下列表1 和表2 進行分類.表1[11]中，根據國標《土的工程分類標準GB/T 50145-2007》,細粒土是指粗粒組含量不大于25%的土.而粗粒土是指試樣中粗粒組含量大于50%的土.如對于氯鹽漬土及亞氯鹽漬土,若含鹽量為5.0～8.0 之間，則定名為強鹽漬土;但是，對于硫酸鹽漬土及亞硫酸鹽漬土，含鹽量僅在2.0～5.0之間時就可定名為強鹽漬土.

表2[11]中，按的比值，進行性質劃分.如：當的比值大于2時，定名為氯鹽漬土;當的比值為1～2時，則定名為亞氯鹽漬土.

表2 鹽漬土按含鹽性質分類標準

2.2 各地鹽漬土含鹽量

圖1 為環塔里木盆地西側各地鹽漬土含鹽量測試結果[1-5].喀和鐵路A 表示取樣位置位于喀和鐵路DK11+314-DK15+553 段，喀和鐵路B 表示取樣位置位于喀和鐵路DK84+000-DK888+500 段，阿克蘇表示取樣位置位于S207 線K78+800-K79+500 段內.其他地名表示取樣位置位于該市范圍內.該圖中數值表示多個樣本或多處樣本的平均值.縱坐標表示質量含鹽量，橫坐標表示測點所在地區.從圖1中可以看出，除了庫爾勒地區以外，其余地區含鹽量均在3%以上.根據表1 鹽漬化程度劃分標準，無論是氯鹽或硫酸鹽，除庫爾勒以外均應劃分為中鹽漬土以上.其中，喀和鐵路B 取樣點深度0～20 cm 范圍內試樣含鹽量均值高達13%.而且圖中可看出，庫爾勒地區鹽漬土含鹽量明顯低于其他地區.

圖1 試驗地區含鹽量柱狀圖

2.3 各地鹽漬土比值

圖2 試驗地區摩爾比值

2.4 各地鹽漬土定名

表3 各地鹽漬土依《公路路基設計規范JTG D30-2015》的定名

3 鹽漬土分布特征的成因分析

南疆塔里木盆地周圍分布大量鹽漬土是與多種因素有關的，其中氣候因素、地形地貌因素、水文地質特征、人類經濟活動可能是最主要的因素.它們相互作用構成了十分特殊的地理和氣候環境.從氣候因素而言，南疆地區干旱少雨，平均年降雨量僅為65 mm,而年蒸發量則達到3000 mm 以上，白天夜晚溫差大，冬天寒冷，夏天炎熱，屬極端干旱氣候.然而，其地表水與地下水卻是十分豐富，如喀什地區許多地區地下水埋深只有1.5～2m[7].環塔里木盆地西邊為帕米爾高原，南邊為喀喇昆侖山，北邊則為天山南麓，高原積雪融化及降雨沿著巖石裂隙下滲，匯成小溪匯入平原地區.其沿路所攜帶的母巖離子成分也一并匯入平原，如Ca2+等.因而各地鹽漬土的形成條件極其相似.此外人類活動的影響也越來越大，如灌溉農田、施肥、筑壩、開荒、放牧等等.其自然機制為在溫差作用下水分自溫度高的地方向低的地方轉移，夜晚氣溫驟降，在毛細作用下地下深部水分向地表移動，到達地表后，水分蒸發，其所攜帶的鹽分留在地表，由于缺乏暢通的排泄通道，久而久之形成鹽漬土層.此外人工灌溉施肥中所含某些化學成分也留在土壤中加重了土壤鹽漬化[12].

雖然各地鹽漬土形成條件相似，但根據圖1和表3分析結果，庫爾勒地區鹽漬土含鹽量極少為弱氯鹽漬土.這一結果與其他地區相去甚遠.尤其與喀和鐵路A、喀和鐵路B、英吉沙、阿克蘇、圖木舒克地區的試樣.筆者認為，造成這一現象的原因很可能與庫爾勒所處特殊的地理位置有關.庫爾勒市的東偏北方向不遠正是大小博斯騰湖區，庫爾勒市正好位于湖區排泄口區.由于博斯騰湖為一淡水湖，位于其排泄去的鹽漬土含鹽濃度可能會被稀釋，因而造成附近鹽漬土含鹽量下降.

博斯騰湖（博湖）的主要入湖河流為開都河，開都河流域的主要補給區大尤勒都斯盆地和小尤勒都斯盆地，該地區年降水量約250～500 mm，盆地周邊山麓海拔為4800 m 以上，分布有冰川，夏季冰川融水通過多條支流補給開都河[12].而位于開都河下游地區的焉耆盆地年降雨量只有60～70 mm.由于受到開都河源源不斷的補給，博湖的含鹽量長期保持在0.4 g/L.然而大規模的農業開發活動，水資源的過度利用，導致湖水礦化度TDS 升高.目前博湖平均礦化度為1.62 g/L，然而其分布并不均勻，如圖3[13]所示.博湖東西長約55 km、南北平均寬度約20 km，平均水深為7.38 m，最大水深為16 m[13].在水位高程為1047 m 時，湖面面積約1 064 km2.博湖西南角小湖區總面積約300 km2，是個蘆葦密布的濕地，其中有十幾個小湖，湖泊面積約60 km2.開都河從湖的西南角入湖.吾甫爾·托乎提等人（2021）對湖區水環境特征進行了分析，結果如圖3.可以看出，湖區西北角的礦化度最高，高達1.84 g/L.而西南角礦化度最低，只有0.26 g/L.而博湖出水口進入孔雀河正好就位于西南角.這為解釋庫爾勒地區鹽漬土含鹽量偏低提供了有力的證據.塔里木盆地周邊河流一般為上游地下水補給河水，下游河水補給地下水.在博湖出水口一帶，很可能由于低礦化度的湖水稀釋了原本含鹽量較高的鹽漬土，使其含鹽量下降.而塔里木盆地其他地區并無此特殊的條件，即在其臨近上游地區存在一個新疆最大的淡水湖博湖.而且雖然人類活動已使其礦化度大幅上升，然而，其礦化度分布并不均勻，恰巧在其出水口礦化度極低.因而除庫爾勒以外的其他地區均為中-強-超（過）鹽漬土.

圖3 博斯騰湖礦化度空間分布

4 討論

本文所用數據均來自相關文獻.庫爾勒地區靠近博湖出口區鹽漬土含鹽量低，這是由于博湖西南角水域礦化度低，博湖出水補給地下水導致鹽漬土含鹽量得到稀釋，從而使其含鹽量低.這是本文的得出的結論.這一結論只是筆者根據對相關文獻及塔里木盆地周邊及天山南麓地形地理地貌及水文地質條件分析后所做的判斷，因而以下一些問題仍需澄清：

（1）關于取樣的不均勻性.考慮到南疆盆地周邊大規模農業開發及灌溉、放牧等經濟活動的影響，局部區域存在鹽漬土分布的不均勻性是可以預料的.但是筆者所選文獻數據均是多個試驗甚至是多達上百個試樣的平均值，或者占比最大樣本的平均值，而且這些樣本本身也都具有一定的代表性，因而這些數據的可信度還是較高的，基本能代表所選地區的鹽漬土含鹽量平均值或標準值.

（2）本文選數據統一為地表以下0～20 cm深度范圍的平均值.但由于有些文獻中并無現成的0～20 cm 數據，而是0～0.1 cm，0.1～0.3 cm,0.3～0.5 cm 等[9]，或0～0 m[8]范圍等，因而其數據的選取或通過加權平均或通過大致估算獲得，比如用0～4 m 或0～1 m 的數據近似代替.由于塔里木盆地總的鹽含量分布規律為越靠近地表含鹽量越高，因而用更深層的平均值代替更淺層的值，將偏向保守，用此數據劃分土類也更可靠，因而所選數據的處理方法也不存在問題.

（3）所得結論僅限于博湖出水口的孔雀河兩岸區域.若取樣位于較遠的地方，則結果可能會有偏差.考慮到長期的大規模農業開發，農田灌溉，施肥等影響，鹽漬土的分布可能出現局部的不均勻，因而取樣位置的影響可能會更大.所得結論只是一家之言，希望拋磚引玉，獲取更多數據，以確認該結論的正確性.

5 結論

（1）環塔里木盆地西側鹽漬土多為中-強氯鹽漬土或硫酸鹽漬土，但庫爾勒地區靠近博斯騰湖出口一帶為弱鹽漬土.這一現象很可能是由于博斯騰湖西南出水口區域的礦化度極低，湖水流入孔雀河時，補給地下水，從而稀釋了周邊鹽漬土的含鹽量而引起的.

（2）庫爾勒地區以外的其他地區由于缺乏像庫爾勒地區一樣的氣候、地理地貌、大型淡水湖以及水文地質條件，使得長年的溫差、毛細作用、人類灌溉施肥、缺乏通暢的排泄通道等導致這些地區鹽漬土含鹽量高或超高.

（3）在考慮南疆地區鹽漬土的成因時，不能僅僅考慮其自然地理、地質、地貌條件，還要結合其具體所處的特殊位置考慮人類活動、降水量、地表水系、地下水條件以及它們之間的互補關系等.

致謝：感謝國家科技部項目“微生物加固土體的長期抗風化能力及耐腐蝕性研究”（DL2021013001）的支持！