新疆三塘湖盆地漢水泉—庫木蘇水化學(xué)特征分析

韓芳芳，師德?lián)P，鄭　勇，曹阿楠，孫忠偉

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆昌吉831100）

·地質(zhì)與礦業(yè)工程·

新疆三塘湖盆地漢水泉—庫木蘇水化學(xué)特征分析

韓芳芳*，師德?lián)P，鄭勇，曹阿楠，孫忠偉

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊(duì)，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(zhì)詳查為例，根據(jù)工作區(qū)內(nèi)周邊山前洪積礫質(zhì)平原向中部細(xì)土平原區(qū)水化學(xué)形成條件及分布規(guī)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(xué)類型，地下水水化學(xué)的形成，對三塘湖盆地漢水泉—庫木蘇地下水水化學(xué)有了初步了解，為進(jìn)一步研究、勘探及開發(fā)地下水資源提供依據(jù)。

三塘湖盆地；地下水；水化學(xué)；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(qū)海拔最高達(dá)2374m；南部白依山，海拔800～2372m，平原區(qū)內(nèi)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(zhì)平原、洪積細(xì)土平原。在不同地質(zhì)歷史時(shí)期，受地形地貌、地層巖性和構(gòu)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(qū)第四系、新近系形成了許多層面裂隙、構(gòu)造斷裂和孔隙等空隙，為地下水的儲(chǔ)存、循環(huán)和運(yùn)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(jié)構(gòu)，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(cè)向中部細(xì)土平原區(qū)逐漸增加，最終在芒硝礦一帶達(dá)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(zhì)平原向中部細(xì)土平原區(qū)逐漸增加。礦化度1～3g/L的微咸水在山前洪積礫質(zhì)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(cè)及漢水泉洼地芒硝礦—白尼地東井周邊區(qū)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(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征值可看出（見表1），潛水中Mg2+、SO42-和HCO3-的變異系數(shù)相對較小，反映其在潛水中含量的相對穩(wěn)定性；K++Na+、Ca2+和Cl-的變異系數(shù)相對較大，反映其在潛水中的質(zhì)量濃度變化較大，其中K++Na+和Cl-的平均值和標(biāo)準(zhǔn)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(xué)參數(shù)相關(guān)系數(shù)矩陣（見表2）可看出，礦化度同K++Na+、和Cl-呈顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)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(qū)域內(nèi)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(guān)性皆較差，表明從徑流區(qū)到排泄區(qū)，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(zhì)平原向中部細(xì)土平原區(qū)逐漸增加。礦化度1～3g/L的微咸水在山前洪積礫質(zhì)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(cè)及漢水泉洼地細(xì)土平原呈條帶狀—環(huán)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(guī)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(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征值

表2　潛水水化學(xué)參數(shù)相關(guān)系數(shù)矩陣

從承壓水水化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征值（表3）可看出：承壓水中各離子的變異系數(shù)普遍較小，反映其在承壓水中含量的相對穩(wěn)定；其中K++Na+、Cl-和SO42-的平均值和標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)差皆較小，表明Mg2+和HCO3-離子在詳查區(qū)內(nèi)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(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)特征值

從承壓水水化學(xué)參數(shù)相關(guān)系數(shù)矩陣（見表4）可看出，礦化度同K++Na+和Cl-呈顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)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(guī)律同礦化度一致，隨著礦化度從補(bǔ)給區(qū)向排泄區(qū)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(guān)性較差規(guī)律不明顯。

3　地下水水化學(xué)類型

潛水和承壓水水化學(xué)類型水平分帶規(guī)律明顯，形成原因同樣與補(bǔ)給、徑流、排泄條件有關(guān)：從山前洪積礫質(zhì)平原地下水補(bǔ)給區(qū)—細(xì)土平原地下水排泄區(qū)，潛水呈向中心匯聚的東西向條狀水平分帶，區(qū)內(nèi)由周邊向匯水中心一線分布4種不同的水化學(xué)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(qū)內(nèi)由周邊向匯水中心一線分布3種不同的水化學(xué)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(qū)側(cè)向徑流補(bǔ)給，從補(bǔ)給區(qū)—排泄區(qū)地下水化學(xué)特征水平分帶性明顯，潛水水化學(xué)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(zhì)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(jīng)過溶濾作用，地下水類型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镾O4·Cl-Na·Ca型，該類型地下水在詳查區(qū)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(xì)土平原區(qū)一帶；地下水最終全部匯集于芒硝礦一帶，由于蒸發(fā)濃縮作用以后，地下水類型轉(zhuǎn)變?yōu)镃l·Na型。詳查區(qū)地下水補(bǔ)徑排條件基本決定了礦化度的分布特征，從整個(gè)詳查區(qū)來看，礦化度由四周補(bǔ)給區(qū)向中心排泄區(qū)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(xué)參數(shù)相關(guān)系數(shù)矩陣

3.2承壓水

首先北部補(bǔ)給為山前洪積礫質(zhì)平原中上部，運(yùn)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(xué)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(bǔ)給的地下水，地下水運(yùn)移距離長，溶濾作用相對北部而言較為強(qiáng)烈，徑流至詳查區(qū)邊界作為補(bǔ)給源的時(shí)候水化學(xué)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(bǔ)給的地下水最后匯集于芒硝礦一帶發(fā)生混合作用最終形成詳查區(qū)中部Cl·SO4-Na·Ca型新近系承壓水，礦化度大于3g/L，由于在細(xì)土平原區(qū)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(fā)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(xué)的形成

地下水水化學(xué)的形成受到含水層巖性、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地下水循環(huán)條件等諸多因素制約，且其水化學(xué)場的形成主要受溶濾作用、混合作用和蒸發(fā)濃縮作用影響?，F(xiàn)從潛水和承壓水的形成原因及水化學(xué)作用來分述區(qū)內(nèi)地下水水化學(xué)的形成。

4.1潛水

北部一帶，洪積礫質(zhì)平原中上部補(bǔ)給區(qū)地下水水質(zhì)相對較好，主要形成原因?yàn)楸辈康拇蠊μ峥松胶榉e礫質(zhì)平原受季節(jié)性洪水和側(cè)向徑流的補(bǔ)給，水動(dòng)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(qū)最北側(cè)呈條帶狀分布；當(dāng)徑流到中部礫石帶時(shí)，天然補(bǔ)給量減少，水動(dòng)力作用逐漸減弱，溶濾作用增強(qiáng)，同時(shí)西北部地下水徑流、北部地下水徑流與東北部地下水發(fā)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(qū)的西南部，由于南部洪積礫質(zhì)平原相對北部地下水運(yùn)移距離長，水化學(xué)溶濾作用比北部山區(qū)強(qiáng)烈，南側(cè)徑流與西北側(cè)向徑流的潛水發(fā)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(cè)—中部呈條帶—環(huán)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(qū)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(xì)，有利于地下水的蒸發(fā)濃縮作用，受工作區(qū)干旱氣候影響，地下水蒸發(fā)濃縮作用強(qiáng)烈，礦化度增高，水質(zhì)變差，地下水在芒硝礦一帶經(jīng)過蒸發(fā)濃縮作用水化學(xué)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(nèi)，北部大哈甫提克洪積礫質(zhì)平原承壓水主要受側(cè)向徑流補(bǔ)給，水動(dòng)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(xué)類型較為單一，洪積礫質(zhì)平原區(qū)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(cè)地下水沿工作區(qū)中南部細(xì)土平原向漢水泉洼地中部細(xì)土平原匯流，地下水水動(dòng)力條件逐漸變差，溶濾作用增強(qiáng)同時(shí)發(fā)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(shí)與南部白依山山前洪積礫質(zhì)平原中下部匯流而來的地下水繼續(xù)發(fā)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(fā)濃縮作用、混合作用形成的第四系高礦化度的Cl型潛水發(fā)生混合作用，形成礦化度大于5g/L 的Cl·SO4型水。

5　結(jié)論

三塘湖盆地漢水泉—庫木蘇工作區(qū)內(nèi)潛水和承壓水礦化度整體上從南北兩側(cè)向中部細(xì)土平原區(qū)逐漸增加，水化學(xué)類型水平分帶規(guī)律明顯，從山前洪積礫質(zhì)平原地下水補(bǔ)給區(qū)—細(xì)土平原地下水排泄區(qū)，呈東西兩側(cè)向中心匯聚的條狀水平分帶，水化學(xué)場的形成主要受溶濾作用、混合作用和蒸發(fā)濃縮作用影響，其形成原因同樣與補(bǔ)給、徑流、排泄條件有關(guān)。地下水水化學(xué)類型及礦化度分布特征基本符合從山前至平原區(qū)的變化規(guī)律，即從山前低礦化度的SO4型水到細(xì)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(bào)告［R］.新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊(duì)，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(zhì)詳查報(bào)告［R］.新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊(duì)，2013.

［3］唐曉敏，等.新疆三塘湖煤田三塘湖勘查區(qū)漢水泉詳查區(qū)詳查報(bào)告［R］.新疆煤田地質(zhì)局一六一隊(duì)，2012.

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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(xiàn)從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)技術(shù)工作。