新疆三塘湖盆地汉水泉—库木苏水化学特征分析

韩芳芳，师德扬，郑　勇，曹阿楠，孙忠伟

（新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉831100）

·地质与矿业工程·

新疆三塘湖盆地汉水泉—库木苏水化学特征分析

韩芳芳*，师德扬，郑勇，曹阿楠，孙忠伟

（新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉831100）

以新疆三塘湖煤田汉水泉—库木苏水源地供水水文地质详查为例，根据工作区内周边山前洪积砾质平原向中部细土平原区水化学形成条件及分布规律，探讨了地下水矿化度及主要离子浓度分布，地下水水化学类型，地下水水化学的形成，对三塘湖盆地汉水泉—库木苏地下水水化学有了初步了解，为进一步研究、勘探及开发地下水资源提供依据。

三塘湖盆地；地下水；水化学；特征分析

1　自然地理

三塘湖盆地汉水泉—库木苏位于北部大哈甫提克山、呼洪得雷山，南部白依山之间。总体地势北部高于南部、西部高于东部。北部大哈甫提克山、呼洪得雷山山区海拔最高达2374m；南部白依山，海拔800～2372m，平原区内海拔460～1700m，地形较平坦开阔，地形坡降约为40‰～90‰。地貌类型为洪积砾质平原、洪积细土平原。在不同地质历史时期，受地形地貌、地层岩性和构造的影响，各种因素不同程度地控制和影响着地下水的分布与埋藏。工作区第四系、新近系形成了许多层面裂隙、构造断裂和孔隙等空隙，为地下水的储存、循环和运移提供了良好的场所，赋存第四系松散岩类孔隙潜水和新近系碎屑岩类孔隙裂隙承压水。地下水类型为多层结构，即上覆第四系松散岩类孔隙潜水，下伏碎屑岩类孔隙裂隙承压水。

2　地下水矿化度及主要离子浓度分布

潜水和承压水矿化度整体上从南北两侧向中部细土平原区逐渐增加，最终在芒硝矿一带达到最大值，呈明显的东西向水平分带，垂向上分带不明显。

2.1潜水

第四系松散岩类孔隙潜水矿化度总体由周边山前洪积砾质平原向中部细土平原区逐渐增加。矿化度1～3g/L的微咸水在山前洪积砾质平原下部，分布面积最广，呈东西向条带状分布；矿化度3～5g/L的半咸水主要分布在库木苏洼地南侧及汉水泉洼地芒硝矿—白尼地东井周边区域；而矿化度大于5～10g/L咸水，主要分布在芒硝矿附近。K++Na+和Cl-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，随矿化度增加逐步增高，Mg2+、HCO3-随矿化度升高呈逐渐降低的变化趋势。

从其潜水水化学参数统计特征值可看出（见表1），潜水中Mg2+、SO42-和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+、Ca2+和Cl-的变异系数相对较大，反映其在潜水中的质量浓度变化较大，其中K++Na+和Cl-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。

从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+、和Cl-呈显著相关性，相关系数在0.85以上。表明潜水中K++Na+和Cl-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，区域内沿地下水流向，潜水矿化度逐渐增大，K++Na+和Cl-离子浓度也逐渐增大。Mg2+和HCO3-离子同矿化度的相关性皆较差，表明从径流区到排泄区，随着矿化度的增加，Mg2+和HCO3-离子相对含量呈逐渐降低的变化趋势。

2.2承压水

新近系碎屑岩类孔隙裂隙承压水矿化度总体由周边山前洪积砾质平原向中部细土平原区逐渐增加。矿化度1～3g/L的微咸水在山前洪积砾质平原下部，呈东西向条带状分布；矿化度3～5g/L的咸水主要分布在库木苏洼地南侧及汉水泉洼地细土平原呈条带状—环状分布；矿化度大于5g/L地下水分布在汉水泉洼地芒硝矿西部。承压水中K++Na+和Cl-离子在空间上的变化规律同矿化度一致，Mg2+、HCO3-随矿化度增加呈逐渐降低的变化趋势。

表1　潜水水化学参数统计特征值

表2　潜水水化学参数相关系数矩阵

从承压水水化学参数统计特征值（表3）可看出：承压水中各离子的变异系数普遍较小，反映其在承压水中含量的相对稳定；其中K++Na+、Cl-和SO42-的平均值和标准差都偏大，反映其在承压水中的绝对含量较大，为承压水中的主要阴、阳离子，是决定承压水盐化作用的主要变量；Mg2+和HCO3-平均值和标准差皆较小，表明Mg2+和HCO3-离子在详查区内承压水层中绝对含量少，离子浓度变化幅度较小。

表3　承压水水化学参数统计特征值

从承压水水化学参数相关系数矩阵（见表4）可看出，矿化度同K++Na+和Cl-呈显著相关性，相关系数在0.9以上。表明承压水中K++Na+和Cl-离子在空间上的变化规律同矿化度一致，随着矿化度从补给区向排泄区逐渐增大，K++Na+和Cl-离子也呈逐渐增大的趋势。其它离子的与矿化度相关性较差规律不明显。

3　地下水水化学类型

潜水和承压水水化学类型水平分带规律明显，形成原因同样与补给、径流、排泄条件有关：从山前洪积砾质平原地下水补给区—细土平原地下水排泄区，潜水呈向中心汇聚的东西向条状水平分带，区内由周边向汇水中心一线分布4种不同的水化学类型，分别为SO4、SO4·Cl、Cl·SO4和Cl；承压水潜水呈明显的东西向条状水平分带，区内由周边向汇水中心一线分布3种不同的水化学类型，分别为SO4、SO4·Cl和Cl·SO4型。

3.1潜水

潜水主要接受周边山区侧向径流补给，从补给区—排泄区地下水化学特征水平分带性明显，潜水水化学类型主要有SO4-Na·Ca型、SO4·Cl-Na·Ca型、Cl· SO4-Na·Ca型、Cl·Na型。

在洪积砾质平原中上部，地下水类型主要为SO4-Na·Ca型水，呈东西向的条带状分布；在地下水向芒硝矿径流过程中，经过溶滤作用，地下水类型逐渐转变为SO4·Cl-Na·Ca型，该类型地下水在详查区中部大面积分布呈东西向的条带状；Cl·SO4-Na·Ca型水分布于汉水泉洼地与库木苏洼地之间细土平原区一带；地下水最终全部汇集于芒硝矿一带，由于蒸发浓缩作用以后，地下水类型转变为Cl·Na型。详查区地下水补径排条件基本决定了矿化度的分布特征，从整个详查区来看，矿化度由四周补给区向中心排泄区由小于2g/L直到大于10g/L，呈逐步增加的趋势，地下水在垂直方向上分带性不明显。

表4　承压水水化学参数相关系数矩阵

3.2承压水

首先北部补给为山前洪积砾质平原中上部，运移距离短，溶滤作用相对较弱，从北向汇水洼地（芒硝矿）一带水化学类型由SO4-Na·Ca型—SO4·Cl-Na·Ca型—Cl·SO4-Na·Ca型，矿化度有2g/L左右增高至3g/L左右；其次从南部补给的地下水，地下水运移距离长，溶滤作用相对北部而言较为强烈，径流至详查区边界作为补给源的时候水化学类型本身就是Cl·SO4-Na·Ca型，矿化度2～3g/L，无论南部或者北部补给的地下水最后汇集于芒硝矿一带发生混合作用最终形成详查区中部Cl·SO4-Na·Ca型新近系承压水，矿化度大于3g/L，由于在细土平原区局部地段新近系承压水与上覆高矿化度第四系潜水连通发生混合作用，因此新近系承压水在汇水中心处矿化度由3g左右增高至大于5g/L。

4　地下水水化学的形成

地下水水化学的形成受到含水层岩性、水文地质结构和地下水循环条件等诸多因素制约，且其水化学场的形成主要受溶滤作用、混合作用和蒸发浓缩作用影响。现从潜水和承压水的形成原因及水化学作用来分述区内地下水水化学的形成。

4.1潜水

北部一带，洪积砾质平原中上部补给区地下水水质相对较好，主要形成原因为北部的大哈甫提克山洪积砾质平原受季节性洪水和侧向径流的补给，水动力条件好，溶滤作用较弱，形成矿化度小于2g/L的SO4-Na·Ca型水，在工作区最北侧呈条带状分布；当径流到中部砾石带时，天然补给量减少，水动力作用逐渐减弱，溶滤作用增强，同时西北部地下水径流、北部地下水径流与东北部地下水发生混合作用，逐渐过渡成矿化度2～3g/L的SO4·Cl-Na·Ca型水，从西向东条带状大面积分布；Cl·SO4-Na·Ca型水分布在工作区的西南部，由于南部洪积砾质平原相对北部地下水运移距离长，水化学溶滤作用比北部山区强烈，南侧径流与西北侧向径流的潜水发生混合作用，直接形成了矿化度2～5g/L的Cl·SO4-Na·Ca型水，在最南侧—中部呈条带—环岛状分布；最后Cl·Na型水的形成较为简单，它主要分布于芒硝矿一带详查区的汇水中心，该处地势低洼、地下水位埋藏浅，含水层盖层岩性以粉土、粉砂为主，颗粒较细，有利于地下水的蒸发浓缩作用，受工作区干旱气候影响，地下水蒸发浓缩作用强烈，矿化度增高，水质变差，地下水在芒硝矿一带经过蒸发浓缩作用水化学类型最终过渡为矿化度为5～10g/L的Cl·Na型水。

4.2承压水

东部汉水泉洼地内，北部大哈甫提克洪积砾质平原承压水主要受侧向径流补给，水动力条件好，溶滤作用较弱，首先形成矿化度1～2g/L的SO4-Na·Ca→SO4·Cl-Na·Ca型水；西部库木苏洼地中承压水水化学类型较为单一，洪积砾质平原区沿近南北地下水流向，溶滤作用较弱，形成矿化度1～2g/L的SO4·Cl-Na·Ca型水；东西两侧地下水沿工作区中南部细土平原向汉水泉洼地中部细土平原汇流，地下水水动力条件逐渐变差，溶滤作用增强同时发生混合作用，矿化度升高，形成矿化度2～3g/L的SO4·Cl-Na·Ca型水；最终汇入芒硝矿周边的汇水中心时与南部白依山山前洪积砾质平原中下部汇流而来的地下水继续发生混合作用，形成矿化度3g/L左右的Cl·SO4型水；最终在芒硝矿周边与上部受蒸发浓缩作用、混合作用形成的第四系高矿化度的Cl型潜水发生混合作用，形成矿化度大于5g/L 的Cl·SO4型水。

5　结论

三塘湖盆地汉水泉—库木苏工作区内潜水和承压水矿化度整体上从南北两侧向中部细土平原区逐渐增加，水化学类型水平分带规律明显，从山前洪积砾质平原地下水补给区—细土平原地下水排泄区，呈东西两侧向中心汇聚的条状水平分带，水化学场的形成主要受溶滤作用、混合作用和蒸发浓缩作用影响，其形成原因同样与补给、径流、排泄条件有关。地下水水化学类型及矿化度分布特征基本符合从山前至平原区的变化规律，即从山前低矿化度的SO4型水到细土平原带的高矿化度SO4-Cl、Cl-SO4、Cl型水。

［1］梁洪涛，白铭，乃尉华，等.新疆东疆煤炭基地地下水勘查巴里坤—伊吾盆地地下水勘查报告［R］.新疆地矿局第二水文工程地质大队，2012.

［2］王松涛，郑勇，杜江岩，等.新疆三塘湖煤田汉水泉—库木苏水源地供水水文地质详查报告［R］.新疆地矿局第二水文工程地质大队，2013.

［3］唐晓敏，等.新疆三塘湖煤田三塘湖勘查区汉水泉详查区详查报告［R］.新疆煤田地质局一六一队，2012.

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A

1004-5716（2016）05-0067-04

2015-04-23

2015-04-23

韩芳芳（1988-），女（汉族），河南清丰人，工程师，现从事水文地质与工程地质技术工作。