伊吾县盐池谷地地下水水化学特征及形成原因分析

雷勇军

(新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆 昌吉831100)

新疆伊吾县盐池谷地位于县城以西的盐池乡，为一四面环山的封闭盆地，谷地面积507平方千米。中部的托勒库勒湖(当地称为盐池)为谷地的最低处，海拔1 896 m，湖区面积约29 km2。盐池谷地寒冷多雪，降水较多，地下水资源丰富，水质均较好。地下水由山区向平原区径流过程中，地下水水化学特征呈现出明显的水平分带性规律，其形成与含水层岩性、水文地质结构、地下水循环等因素密切相关。为保护当地优质的地下水资源，应制定合理的地下水开发利用规划。

1 地下水水化学特征

1.1 地下水矿化度及主要离子浓度分布

盐池谷地地下水系统中潜水矿化度从南北两侧地下水补给区向中央地下水排泄区渐增，呈现出明显的水平分带性规律。

整个盐池谷地内，潜水矿化度均小于1 g/L，从南北两侧至谷地中心矿化度由0.2 g/L向0.9 g/L变化，托勒库勒湖一带最大。谷地北部的莫钦乌拉山、南部的哈尔里克山是盐池谷地地下水的补给区，山前有大小柳树沟、磨石沟、羊头沟、吐尔干沟、玉勒盖河等5条常年性地表径流，水交替较迅速，地下水矿化度0.2～0.4 g/L。山前洪积平原为地下水的径流区，第四系岩性颗粒粗大，孔隙发育，径流条件好，地下水矿化度0.4－0.6 g/L。下部湖积平原为该系统地下水排泄区，地下水位埋藏较浅，蒸发作用强烈，矿化度有增大趋势，形成以托勒库勒湖为排泄中心的一个矿化度为0.6～0.9 g/L的区域。东、西两端洪积平原上部第四系厚度较小，为透水不含水层。K++Na+、Mg2+、Cl－和 SO42－等主要离子浓度的空间分布特征总体上与矿化度近于一致，HCO3－离子浓度随矿化度的升高呈逐渐降低的变化趋势。

从本系统潜水水化学参数统计特征值(见表1)可看出:潜水中HCO3－的变异系数相对较小，反映其在潜水中含量的相对稳定性;K++Na+、Mg2+、Cl－和 SO42－的变异系数均较大，反映其在潜水中的质量浓度变化较大;K++Na+、HCO－3和SO42－的平均值和标准差都较大，反映其在潜水中的绝对含量较大，为潜水中的主要阴、阳离子，是决定潜水盐化作用的主要变量。

表1 盐池谷地三级地下水系统潜水水化学参数统计特征值

从该系统潜水水化学参数相关系数矩阵(见表2)可看出，矿化度同 K++Na+、Cl－和 SO42－呈显著相关性，相关系数都在0.8以上。表明潜水中 K++Na+、Cl－、SO42－等主要离子浓度的空间分布特征总体上与矿化度近于一致，系统内沿地下水流向，潜水矿化度逐渐增大，K++Na+、Cl－和SO42－离子浓度也逐渐增大。矿化度同 Mg2+、Ca2+离子相关性较好;同HCO3－离子相关性差，从补给区到排泄区，随着矿化度的增加，HCO3－离子浓度呈逐渐降低的变化趋势，HCO3－离子浓度一般为50～500 mg/L。从表中还可看出:HCO3－离子同 SO42－离子呈负相关性，与 Na+、Ca+、Mg2+、Cl－相关性差;Mg2+离子同 Ca+离子相关性差。

通过上述分析可知，整个盐池谷地内，潜水中离子与矿化度变化的趋势一致，K++Na+、Ca+、Mg2+、SO42－和Cl－同矿化度的相关性都较为显著，HCO3－同矿化度的相关性差，主要是由于沿地下水径流方向，水的盐化作用增强，HCO－3离子浓度逐渐降低，SO42－离子浓度逐渐增高。潜水中HCO3－、Ca2+和矿化度的变异系数相对较小，HCO3－离子平均浓度总体较高，系统内潜水水化学类型以HCO3型为主，水质普遍较好。

表2 盐池谷地地下水系统潜水水化学参数相关系数矩阵

1.2 地下水化学类型

谷地内潜水水化学类型呈现出从南、北部山区向地下水排泄中心(托勒库勒湖)的水平分带性。南部及北部山区降水量大，分布地表径流，水交替较为迅速，为 HCO3型水。山前洪积平原为地下水的径流区，受地下水径流过程中溶滤岩石中的各种矿物的影响，水化学类型为HCO3·SO4型。随着地下水径流途径的增长，至下部湖积平原水位埋深变浅，地表蒸发强烈，水中盐分不断浓缩、积累和混合，水化学类型过渡为 SO4·HCO3型水。

2 地下水水化学的形成

2.1 主要影响因素

地下水水化学的形成是一个复杂的物理、化学作用过程，受到含水层岩性、水文地质结构和地下水循环条件等诸多因素的共同制约。

2.1.1 含水层岩性

山前第四系洪积层厚度较大，为砾石、卵石、巨砾层，透水性能好，受山区暴雨洪流冲刷淋滤作用强，盐分难以聚集，含水介质含盐量低，可溶盐含量总体小于1 mg/100g土，地下水矿化度为0.4～0.6 g/L。托勒库勒湖环湖一带为第四系湖积层，沉积物为亚砂土、亚粘土、砂及砂砾石，颗粒较细，水位埋深浅，盐分易于在地表聚集，含水介质含盐量高，可溶盐含量大于100 mg/100g土，地下水矿化度 0.6～0.9 g/L。充分表明:含水介质含盐量升高，地下水矿化度也逐渐增大。

2.1.2 水文地质结构

盐池谷地内山前洪积平原第四系厚度较大，北部莫钦乌拉山山区和南部哈尔里克山山区降水形成的暴雨洪流、地表径流在出山口后散失于洪积平原。洪积平原第四系松散岩类孔隙潜水主要接受山区河水、暴雨洪流的入渗补给及侧向径流补给。南北两侧山区为地下水的补给区，降水较丰富，水质均较好，矿化度为0.2～0.4 g/L。地下水在从补给区至排泄区的渗流过程中发生溶滤、混合及蒸发作用，由于径流的途径较短，潜水矿化度略有增大，矿化度0.6～0.9 g/L，地下水水化学特征呈现出水平分带规律。

2.1.3 地下水循环

盐池谷地南、北两侧的哈尔里克山、莫钦乌拉山海拔较高，降水充沛，为地下水的补给区，矿化度低，水质较好，水化学类型为HCO3型，仅北部低缓山区段降水较少，矿化度略高;山前洪积平原为地下水径流区，径流途中的溶滤、混合作用使矿化度逐渐增大，水化学类型转变为HCO3·SO4型水;托勒库勒湖为该系统地下水的排泄区，受地下水径流过程中带来大量离子的聚集的影响，矿化度0.6～0.9 g/L，水化学类型为 SO4·HCO3型水。

2.1.4 水化学场形成的主要作用

影响水化学场形成的主要作用包括淋滤作用、阳离子交换吸附作用、蒸发浓缩作用和混合作用。

2.2 潜水水化学成因

盐池谷地北部的莫钦乌拉山、南部的哈尔里克山中高山区，为地下水的补给区，由一套滨海—浅海相的中基性火山熔岩、火山碎屑岩及少量正常碎屑岩构成，主要岩性为凝灰砂岩、凝灰质泥岩、凝灰质粉砂岩、玻屑岩屑凝灰岩、火山灰凝灰岩、炭质泥岩等。山区降水丰富，补给条件较好，地下水交替强烈，形成矿化度 0.2～0.4 g/L的 HCO3型水，北部山区局部为SO4·HCO3型水，矿化度0.6 g/L。总体上山区水化学类型简单，矿化度低。山区基岩裂隙水侧向补给平原区潜水，河流也在出山口后大量入渗补给地下潜水。由山前洪积砾质平原向下随着地势的降低，纵坡降由大变小，径流速度由快变缓，颗粒逐渐变细，沿地下水流向，水中的离子含量逐渐增加，形成HCO3·SO4型水。谷地中央的托勒库勒湖为潜水的排泄区，地形更趋平坦，地下水径流速度相对滞缓，环湖一带潜水水位埋深浅，蒸发作用较强烈，从补给区、径流区带来大量离子在此处汇聚、混合，形成矿化度0.6～0.9 g/L的 SO4·HCO3型水。

3 结语

综上所述，盐池谷地由山区向谷地中央的托勒库勒湖，随着径流途径的增加，径流速度由快变缓，含水层颗粒逐渐变细，地下水中的HCO3－离子浓度逐渐降低，SO42－离子浓度逐渐增高，矿化度呈递增的趋势，水化学类型由 HCO3型→HCO3·SO4型→SO4·HCO3型过渡，地下水的水质逐步降低。盐池谷地为一封闭的盆地，地下水水化学特征及形成与含水层岩性、水文地质结构、地下水循环等因素密切相关。应控制谷地内农牧业生产对地下水的开采量，避免地下水位出现较大幅度的下降或持续下降，防止由此而引发的地下水水质恶化，维护盐池谷地地下水水化学环境的平衡，通过保护地下水环境促进当地经济的可持续发展。

[1]梁红涛，白铭，吕国华，等.新疆东疆地区煤炭基地巴里坤—伊吾盆地地下水勘查报告.新疆地矿局第二水文工程地质大队.2012.

[2]侯光才，张茂省，刘方，等.鄂尔多斯盆地地下水勘查报告.中国地质调查局西安地质调查中心.2006.