三塘湖煤田区域地下水特征与开发利用保护分析

师德扬，韩芳芳，杨承达，陈 聪

（新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉831100）

1 概述

区域上研究区位于三塘湖盆地的西北，北部以大哈甫提克山、呼洪得雷山为界，南部以白依山山前洪积平原中下部为界，东部以双雁山为界，西部大致以库木苏以西为界，东西长88km，南北宽19km，作为本次研究区。经有关资料研究分析，区域内无地表水，主要开发利用地下水作为供水水源。为保障能源基地开发与地下水资源可持续协调发展，分析区域地下水特征，为其后期开发利用提供水文地质依据，同时对地下水的保护提供参考建议尤为重要。

2 自然地理概况

研究区属大陆性中温带干旱气候，其北部为大哈甫提克山、呼洪得雷山,南部为白依山。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，研究区内海拔460～1700m，地形较平坦开阔，地形坡降约为40‰～90‰。在研究区内无常年性地表水流，仅有零星分布的泉点，以及在融雪季节和夏季暴雨过后在沟谷中可形成暂时性的地表水流，主要分布于山前，地层颗粒粗，流程短，很快入渗至地下。根据成因类型及形态特征，地貌类型划分为构造侵蚀中山区及波状平原、砾质平原、细土平原等。

3 地质背景及构造概况

3.1 地质背景

研究区内出露地层主要为下石炭统（C1）位于研究区北部边界青石峡一带，为一套浅海相暗色细碎屑岩—火山碎屑岩—中基、中酸性火山岩沉积，主要以凝灰岩组成，与下伏黑山头组呈不整合接触；新近系（N）主要出露于研究区中芒硝矿—白泥地东井以南一带，呈东西向条带状出露；第四系（Q）在研究区广泛出露，为第四系上更新统洪积层（Q3pl）和全新统冲洪积层（Q4pl）及全新统化学沉积（Q4ch），岩性主要由砂砾石、中粗砂、细砂等组成。

3.2 构造概况

依据板块构造单元划分，研究区位于区域一级构造单元属哈萨克斯坦—准噶尔板块，二级构造单元属准噶尔微板块。区内断裂构造比较发育，有构造控水作用的断裂主要有：汉水泉—老爷庙隐伏断裂向北倾斜，受断层南盘基底抬升，断层两侧新近系、第四系厚度及地下水富水性有明显的差异；三塘湖盆地中央隐伏大断裂向东延伸至国界，倾向北东，倾角较大，局部裸露，大部分隐伏，该断层北侧基底抬升，阻挡了源于南部山区的地下水，从而断层北侧富水性差于断层南侧富水性，构造控水作用明显；三塘湖南断裂为切割石炭系、第四系的高角度逆断层，由于断层北盘石炭系抬升，潜水位壅高，出露成泉，并在浅埋区地表形成大面积的草滩；下柳树泉断裂是倾向北的正断层；巴里坤盆地隐伏断裂形成时代为上新世晚期，被第四系覆盖，推测为高角度压扭性断裂，对地下水分布起控制作用。

4 研究区水文地质条件

区域内赋存基岩裂隙水、孔隙潜水、碎屑岩类孔隙裂隙承压水及多层结构的松散岩类孔隙潜水—碎屑岩类孔隙裂隙承压水。

4.1 基岩裂隙水

分布于白依山区以及巴里坤煤矿南部和西北山区、北部山区的大哈甫提克山、呼洪得雷山和苏海图山。大部分基岩裂隙含水层被断层切割出露，沿山前断裂带地下水以泉的形式溢出，形成山区地下水主要的赋存场所、导水通道。地下水含水层岩性为砾岩、砂岩、粉砂岩、灰绿色钙质砂岩、黑云母花岗岩、斜长花岗岩、钾质花岗岩、花岗闪长岩等。单泉流量3.4～0.014L/s，富水性丰富—弱，矿化度0.3～12.03g/L。

4.2 松散岩类孔隙潜水

分布于巴里坤煤矿以西、以东一带的洪积砾质平原。由第四系上更新统—全新统的洪积物组成，由南向北第四系厚度逐渐减小，第四系松散堆积物岩性以卵砾石、砂砾石为主，结构松散，区域上没有连续稳定的隔水层，水位埋深为1～25m，含水层厚度10.1～30m，换算涌水量小于10m3/d，矿化度小于1g/L，富水性可划分弱。

4.3 新近系碎屑岩类孔隙裂隙承压水

在红砂山—双雁山、白依山山前一带大面积分布，含水层以砂砾岩、砾岩为主，结构越松散，透水性越好，隔水层岩性为泥岩、砂质泥岩。新近系厚度一般20～200m，换算涌水量从小于10～75.67m3/d，渗透系数0.14～1.93m/d，矿化度0.7～2.1g/L，富水性弱。

4.4 多层结构的松散岩类孔隙潜水—碎屑岩类孔隙裂隙承压水

分布在中蒙界山以南、汉水泉—老爷庙断裂以北洪积平原，该地段上部为第四系松散岩类孔隙潜水，下部为新近系碎屑岩类孔隙裂隙承压水。

4.4.1 第四系松散岩类孔隙潜水

第四系厚度一般10～200m，含水层岩性为砂砾石、含砾中粗砂，含水层厚度10.1～119.53m，水位埋深8.6～54.39m。由北向南，含水介质颗粒逐渐变细，含水层厚度变薄，地下水埋深变浅，其下伏碎屑岩类孔隙裂隙承压水富水性差异较大。换算涌水量87.69～2427.94m3/d，渗透系数0.37～25.19m/d，矿化度1.71～2.197g/L，富水性丰富—弱。

4.4.2 新近系碎屑岩类孔隙裂隙承压水

分布范围与上覆的第四系松散岩类孔隙裂隙水完全一致。新近纪地层厚度变化较大，一般在50～200m，最大厚度可达250m以上，含水层岩性为砂砾岩、砂岩、砾岩、粗砂岩等，含水层厚度30.33～92.48m，隔水层，分布稳定性和连续性较差，岩性为泥岩、砂质泥岩。含水层结构越松散，透水性越好，含水层厚度越大，富水性越强，从洪积平原上部至汉水泉洼地，富水性呈现由极弱到弱至中等的变化规律；从东向西，呈现由中等到弱的变化规律。承压水头高度在+0.2～+33.8m，换算涌水量从小于10～554.34m3/d，渗透系数1.15～3.08m/d，矿化度1.8～4.418g/L，富水性中等—弱。

5 地下水补、径、排特征

区域上为相对独立的水文地质单元，除东部边界中段为补给边界接受三塘湖北侧向补给外，其它边界均为零流量边界。区域内基岩裂隙发育，第四系松散堆积物岩性以卵砾石、砂砾石为主，结构松散，透水能力强，为接受大气降水提供了基础条件,因此，区域上主要接受大气降水和东部侧向径流补给。区域为四周高中间低的洼地，接受基岩山区地下水的补给后，地下水向中间最低洼处汇流，地下水径流方向与地形坡度基本一致。由于白泥地东井—汉水泉—库木苏洼地在地形上为区域最低洼处，所以地下水向该区汇流，形成了地下水浅埋带，因此，以蒸发蒸腾为主，局部以泉水溢出和自流井溢出为次的排泄方式。

6 地下水水化学特征

受地形地貌、地层岩性、气象因素及地下水循环等因素影响，区域地下水中潜水、承压水矿化度整体上从两侧山区地下水补给区向平原区地下水排泄区逐渐增高，呈现出明显的水平分带性规律。潜水区域地下水水化学类型水平分带较为明显，由山前的HCO3·SO4-Ca·Na、SO4-Na·Ca型向洼地中心过渡为SO4·Cl-Na·Ca型、Cl·SO4-Na·Ca型，矿化度由小于1g/L升高至3～5g/L。垂直分带矿化度整体表现为：从上部潜水到下部承压水，矿化度及各主要离子浓度呈增大趋势。承压水区域内承压水水化学类型呈现水平分带规律，从南部至北部汉水泉洼地，水化学类型由SO4-Na、SO4·Cl-Na型向Cl·SO4-Na型过渡，矿化度由小于1g/L逐渐增大至5g/L左右，垂直分带不明显。

7 地下水资源保护措施

7.1 防止污染

加强研究区地下水资源保护，在煤炭资源开发过程中，污水排放要严格执行排放标准，提高污水转化利用率，防止废水排放对地下水产生污染。在充分论证资源量的基础上，要加强防止水质污染的研究工作，尤其要结合社会经济发展，从持续发展的长远角度进行充分的科学论证。

7.2 矿产开发对含水层的破坏

研究区内受后期煤矿等矿产的开采，会造成矿区隔水层塌陷和强烈排水，往往导致部分上覆含水层被疏干，周边泉水干涸，地表植被枯萎。矿产开采应对隔水层进行保护，预防含水层的破坏。

7.3 加强地下水动态监测工作

充分利用研究区域已经建立的地下水动态监测网，加强对地下水动态监测工作。依据监测数据，及时调控地下水开采量，防止过量开采造成地下水位持续下降、地下水环境改变、地下水污染等问题的发生，以及由此而引发的对地表生态环境的影响和破坏。通过地下水动态监测手段，提高对地下水资源开发利用的合理性和可操控性。

8 结论与建议

三塘湖盆地属于大陆性中温带干旱气候区，严重缺少地表水资源。随着能源化工基地的建设，区域经济和社会的高速发展，需水量将急剧增加，水资源的开发必须与生态环境保护相结合，矿业开发要确保生态环境和水环境不受破坏，保障生态用水。地下水作为该地区能源开发唯一的供水水源，地下水的开采要与生态地质环境保护相结合，选定合理的开采深度，要坚持预防为主，保护优先的原则，合理制订地下水开发利用和保护方案，防止地下水污染，避免过量开采地下水引发新的环境地质问题。