伊吾縣鹽池谷地地下水水化學(xué)特征及形成原因分析

雷勇軍

(新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊，新疆 昌吉831100)

新疆伊吾縣鹽池谷地位于縣城以西的鹽池鄉(xiāng)，為一四面環(huán)山的封閉盆地，谷地面積507平方千米。中部的托勒庫勒湖(當?shù)胤Q為鹽池)為谷地的最低處，海拔1 896 m，湖區(qū)面積約29 km2。鹽池谷地寒冷多雪，降水較多，地下水資源豐富，水質(zhì)均較好。地下水由山區(qū)向平原區(qū)徑流過程中，地下水水化學(xué)特征呈現(xiàn)出明顯的水平分帶性規(guī)律，其形成與含水層巖性、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水循環(huán)等因素密切相關(guān)。為保護當?shù)貎?yōu)質(zhì)的地下水資源，應(yīng)制定合理的地下水開發(fā)利用規(guī)劃。

1 地下水水化學(xué)特征

1.1 地下水礦化度及主要離子濃度分布

鹽池谷地地下水系統(tǒng)中潛水礦化度從南北兩側(cè)地下水補給區(qū)向中央地下水排泄區(qū)漸增，呈現(xiàn)出明顯的水平分帶性規(guī)律。

整個鹽池谷地內(nèi)，潛水礦化度均小于1 g/L，從南北兩側(cè)至谷地中心礦化度由0.2 g/L向0.9 g/L變化，托勒庫勒湖一帶最大。谷地北部的莫欽烏拉山、南部的哈爾里克山是鹽池谷地地下水的補給區(qū)，山前有大小柳樹溝、磨石溝、羊頭溝、吐爾干溝、玉勒蓋河等5條常年性地表徑流，水交替較迅速，地下水礦化度0.2～0.4 g/L。山前洪積平原為地下水的徑流區(qū)，第四系巖性顆粒粗大，孔隙發(fā)育，徑流條件好，地下水礦化度0.4－0.6 g/L。下部湖積平原為該系統(tǒng)地下水排泄區(qū)，地下水位埋藏較淺，蒸發(fā)作用強烈，礦化度有增大趨勢，形成以托勒庫勒湖為排泄中心的一個礦化度為0.6～0.9 g/L的區(qū)域。東、西兩端洪積平原上部第四系厚度較小，為透水不含水層。K++Na+、Mg2+、Cl－和 SO42－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，HCO3－離子濃度隨礦化度的升高呈逐漸降低的變化趨勢。

從本系統(tǒng)潛水水化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計特征值(見表1)可看出:潛水中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+、Mg2+、Cl－和 SO42－的變異系數(shù)均較大，反映其在潛水中的質(zhì)量濃度變化較大;K++Na+、HCO－3和SO42－的平均值和標準差都較大，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。

表1 鹽池谷地三級地下水系統(tǒng)潛水水化學(xué)參數(shù)統(tǒng)計特征值

從該系統(tǒng)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+、Cl－和 SO42－呈顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)都在0.8以上。表明潛水中 K++Na+、Cl－、SO42－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，系統(tǒng)內(nèi)沿地下水流向，潛水礦化度逐漸增大，K++Na+、Cl－和SO42－離子濃度也逐漸增大。礦化度同 Mg2+、Ca2+離子相關(guān)性較好;同HCO3－離子相關(guān)性差，從補給區(qū)到排泄區(qū)，隨著礦化度的增加，HCO3－離子濃度呈逐漸降低的變化趨勢，HCO3－離子濃度一般為50～500 mg/L。從表中還可看出:HCO3－離子同 SO42－離子呈負相關(guān)性，與 Na+、Ca+、Mg2+、Cl－相關(guān)性差;Mg2+離子同 Ca+離子相關(guān)性差。

通過上述分析可知，整個鹽池谷地內(nèi)，潛水中離子與礦化度變化的趨勢一致，K++Na+、Ca+、Mg2+、SO42－和Cl－同礦化度的相關(guān)性都較為顯著，HCO3－同礦化度的相關(guān)性差，主要是由于沿地下水徑流方向，水的鹽化作用增強，HCO－3離子濃度逐漸降低，SO42－離子濃度逐漸增高。潛水中HCO3－、Ca2+和礦化度的變異系數(shù)相對較小，HCO3－離子平均濃度總體較高，系統(tǒng)內(nèi)潛水水化學(xué)類型以HCO3型為主，水質(zhì)普遍較好。

表2 鹽池谷地地下水系統(tǒng)潛水水化學(xué)參數(shù)相關(guān)系數(shù)矩陣

1.2 地下水化學(xué)類型

谷地內(nèi)潛水水化學(xué)類型呈現(xiàn)出從南、北部山區(qū)向地下水排泄中心(托勒庫勒湖)的水平分帶性。南部及北部山區(qū)降水量大，分布地表徑流，水交替較為迅速，為 HCO3型水。山前洪積平原為地下水的徑流區(qū)，受地下水徑流過程中溶濾巖石中的各種礦物的影響，水化學(xué)類型為HCO3·SO4型。隨著地下水徑流途徑的增長，至下部湖積平原水位埋深變淺，地表蒸發(fā)強烈，水中鹽分不斷濃縮、積累和混合，水化學(xué)類型過渡為 SO4·HCO3型水。

2 地下水水化學(xué)的形成

2.1 主要影響因素

地下水水化學(xué)的形成是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)作用過程，受到含水層巖性、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地下水循環(huán)條件等諸多因素的共同制約。

2.1.1 含水層巖性

山前第四系洪積層厚度較大，為礫石、卵石、巨礫層，透水性能好，受山區(qū)暴雨洪流沖刷淋濾作用強，鹽分難以聚集，含水介質(zhì)含鹽量低，可溶鹽含量總體小于1 mg/100g土，地下水礦化度為0.4～0.6 g/L。托勒庫勒湖環(huán)湖一帶為第四系湖積層，沉積物為亞砂土、亞粘土、砂及砂礫石，顆粒較細，水位埋深淺，鹽分易于在地表聚集，含水介質(zhì)含鹽量高，可溶鹽含量大于100 mg/100g土，地下水礦化度 0.6～0.9 g/L。充分表明:含水介質(zhì)含鹽量升高，地下水礦化度也逐漸增大。

2.1.2 水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)

鹽池谷地內(nèi)山前洪積平原第四系厚度較大，北部莫欽烏拉山山區(qū)和南部哈爾里克山山區(qū)降水形成的暴雨洪流、地表徑流在出山口后散失于洪積平原。洪積平原第四系松散巖類孔隙潛水主要接受山區(qū)河水、暴雨洪流的入滲補給及側(cè)向徑流補給。南北兩側(cè)山區(qū)為地下水的補給區(qū)，降水較豐富，水質(zhì)均較好，礦化度為0.2～0.4 g/L。地下水在從補給區(qū)至排泄區(qū)的滲流過程中發(fā)生溶濾、混合及蒸發(fā)作用，由于徑流的途徑較短，潛水礦化度略有增大，礦化度0.6～0.9 g/L，地下水水化學(xué)特征呈現(xiàn)出水平分帶規(guī)律。

2.1.3 地下水循環(huán)

鹽池谷地南、北兩側(cè)的哈爾里克山、莫欽烏拉山海拔較高，降水充沛，為地下水的補給區(qū)，礦化度低，水質(zhì)較好，水化學(xué)類型為HCO3型，僅北部低緩山區(qū)段降水較少，礦化度略高;山前洪積平原為地下水徑流區(qū)，徑流途中的溶濾、混合作用使礦化度逐漸增大，水化學(xué)類型轉(zhuǎn)變?yōu)镠CO3·SO4型水;托勒庫勒湖為該系統(tǒng)地下水的排泄區(qū)，受地下水徑流過程中帶來大量離子的聚集的影響，礦化度0.6～0.9 g/L，水化學(xué)類型為 SO4·HCO3型水。

2.1.4 水化學(xué)場形成的主要作用

影響水化學(xué)場形成的主要作用包括淋濾作用、陽離子交換吸附作用、蒸發(fā)濃縮作用和混合作用。

2.2 潛水水化學(xué)成因

鹽池谷地北部的莫欽烏拉山、南部的哈爾里克山中高山區(qū)，為地下水的補給區(qū)，由一套濱?！獪\海相的中基性火山熔巖、火山碎屑巖及少量正常碎屑巖構(gòu)成，主要巖性為凝灰砂巖、凝灰質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)粉砂巖、玻屑巖屑凝灰?guī)r、火山灰凝灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖等。山區(qū)降水豐富，補給條件較好，地下水交替強烈，形成礦化度 0.2～0.4 g/L的 HCO3型水，北部山區(qū)局部為SO4·HCO3型水，礦化度0.6 g/L?？傮w上山區(qū)水化學(xué)類型簡單，礦化度低。山區(qū)基巖裂隙水側(cè)向補給平原區(qū)潛水，河流也在出山口后大量入滲補給地下潛水。由山前洪積礫質(zhì)平原向下隨著地勢的降低，縱坡降由大變小，徑流速度由快變緩，顆粒逐漸變細，沿地下水流向，水中的離子含量逐漸增加，形成HCO3·SO4型水。谷地中央的托勒庫勒湖為潛水的排泄區(qū)，地形更趨平坦，地下水徑流速度相對滯緩，環(huán)湖一帶潛水水位埋深淺，蒸發(fā)作用較強烈，從補給區(qū)、徑流區(qū)帶來大量離子在此處匯聚、混合，形成礦化度0.6～0.9 g/L的 SO4·HCO3型水。

3 結(jié)語

綜上所述，鹽池谷地由山區(qū)向谷地中央的托勒庫勒湖，隨著徑流途徑的增加，徑流速度由快變緩，含水層顆粒逐漸變細，地下水中的HCO3－離子濃度逐漸降低，SO42－離子濃度逐漸增高，礦化度呈遞增的趨勢，水化學(xué)類型由 HCO3型→HCO3·SO4型→SO4·HCO3型過渡，地下水的水質(zhì)逐步降低。鹽池谷地為一封閉的盆地，地下水水化學(xué)特征及形成與含水層巖性、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水循環(huán)等因素密切相關(guān)。應(yīng)控制谷地內(nèi)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)對地下水的開采量，避免地下水位出現(xiàn)較大幅度的下降或持續(xù)下降，防止由此而引發(fā)的地下水水質(zhì)惡化，維護鹽池谷地地下水水化學(xué)環(huán)境的平衡，通過保護地下水環(huán)境促進當?shù)亟?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

[1]梁紅濤，白銘，呂國華，等.新疆東疆地區(qū)煤炭基地巴里坤—伊吾盆地地下水勘查報告.新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊.2012.

[2]侯光才，張茂省，劉方，等.鄂爾多斯盆地地下水勘查報告.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心.2006.