新疆五彩湾某项目园区水文地质条件分析

袁 伟，胡亚召，王成锋

(四川省地质工程勘察院，四川成都610071)

新疆五彩湾隶属昌吉回族自治州吉木萨尔县，位于新疆维吾尔自治区东北部，准噶尔盆地东南缘，东邻奇台县，西与阜康市接壤，北与卡拉麦里山和富蕴相连，南以天山东段博格多山分水岭同吐鲁番地区、乌鲁木齐市为界。研究区位于帐篷沟露天矿与五彩湾煤矿之间的无煤区，属准噶尔盆地东缘洪积平原区，地形平坦宽阔，地势总体呈北东高南西低的缓倾，研究区为典型的温带大陆性干旱半干旱气候，年均降水量183.4 mm，年均蒸发量2 140.4 mm。

1 研究区地质特征

1.1 地层岩性

研究区地处东准噶尔盆地南缘，地层由第四系至泥盆系都有分布(见图1)，园区所在区域大面积出露二叠系中统平地泉组地层(P2p)。

图1 研究区三维地质结构图

1)第四系上更新统－全新统冲、洪积层(Q3－4pl):有明显的上、下分层，上部以细砂、泥组成，顶部有一层戈壁砾石层，下部由砾石、细砂，夹有粘土，局部呈层状。全层厚0.56～25.84 m，平均6.02 m。

2)二叠系中统平地泉组(P2p):主要为黄色、黄绿色、灰色、灰绿色等杂色砂砾岩、泥岩不均匀互层，顶部常夹迭锥灰岩。在炭质泥岩中有沥青脉出现，多呈脉状、楔形状分布于裂隙中，最宽者可达18 cm，一般为1～5 cm。

表1 研究区区域地层简表

钻孔揭露显示该层在地表以下50 m范围内节理裂隙较发育，多以砂岩、砾岩、泥质粉砂岩出露，少量的泥岩、粉砂质泥岩等。在此范围内，岩芯裂隙表面多含有白色的钙质薄膜或褐黄色的铁锰质薄膜。

通过地球物理勘探测试(表2－表4)，泥岩、粉砂质泥岩、砾岩呈互层结构，最大厚度300 m。强风化岩层厚度为2～12 m，中风化岩层顶板埋深厚度为43～52 m。

1.2 地质构造

研究区构造比较复杂，活动强烈，走向以NW、NWW为主，北侧断裂总体倾向N、NE，南侧断裂总体倾向S，由于两侧抬升作用，形成了现今东准格尔盆地。断裂多形成于华力西时期，有较长的发育史，规模较大，有过多期活动，它们大部分在喜马拉雅期重新复活，是控制大地构造单元和新构造单元的界线，控制了现代构造地貌格局。与研究区关系较为密切的构造形迹主要为卡拉麦里断裂和帐篷沟背斜。

表2 W1物探点测试成果表

表3 W2物探点测试成果表

表4 W3物探点测试成果表

1)卡拉麦里断裂:为东准噶尔盆地的北部边界控制性断裂。该断裂分布于区域北部，总体走向NWW向，全长约200 km，倾向NNE，为逆断层。沿断裂分布华力西期花岗岩侵入及蛇绿岩，为超岩石圈深大断裂。由于断裂的切错，两侧构造线方向不协调，北东褶皱带为北西向，而西南褶皱带为近东西向。

2)帐篷沟背斜:呈“倒S”型鼻状构造形态，由南向北逐渐向上翘起。由于帐篷沟东断裂在侏罗系沉积期从北东到南西各段升降幅度的不均匀性和沉积边界影响，该背斜沿走向呈波状起伏，形似裙边褶皱，总体倾向南，呈单斜构造形态。倾角受帐篷沟基底断裂升降幅度的差异性影响，各区段相对陡倾(19°～55°)深度和水平不一致。

研究区域处于帐篷沟背斜近核部，无断层出露，表面新地层受到剥蚀，核部出露地层为二叠系中统平地泉组(P2p)，新地层成条带状出露在两翼部位。

2 研究区水文地质条件

研究区地层岩性以砂岩、砾岩、粉砂岩及泥岩等互层为主。地下水主要赋存于砂岩及砾岩的孔隙、裂隙中，泥岩、炭质泥岩相对隔水。区内具有多含水层结构特征，各含水层间具有连续而稳定的相对隔水层存在，无直接水力联系。

根据钻孔抽水试验，区内各含水层富水性较弱，单位涌水量q 小于0.015 L/s·m，渗透系数仅为0.03 ～0.05 m/d，各地层储水条件亦各不尽相同。依据地下水赋存情况及含水介质，分为含水岩组、透水岩组和相对隔水岩组。

2.1 含水岩组

根据含水介质差异，将含水岩组分为裂隙、孔隙类含水岩组和裂隙类含水岩组。

2.1.1 裂隙、孔隙类含水岩组

该含水岩组主要分布于侏罗系下统八道湾组(J1b)、侏罗系中统西山窑组(J2x)、侏罗系上统石树组(J3s)、三叠系中－下统苍房沟组(T1+2c)、白垩系下统吐谷鲁群(K1t)及第三系昌吉河组(N2ch)等地层砂岩、砾岩中。该类岩组砂岩、砾岩胶结程度不高，岩体较松散，孔隙发育，再加上区域构造强烈，构造裂隙沿这些脆性岩石发育，形成裂隙、孔隙类含水层。这些岩组在构造上分布于褶皱翼部，且含水岩组与隔水岩组呈互层状分布，构成单斜式蓄水构造。这些含水层厚度较薄，钻孔揭露厚度为0～25.10 m，渗透性小，总体上富水性弱。

2.1.2 裂隙类含水岩组

该含水岩组主要分布于石炭系中统巴塔玛依内山组(C2b)、二叠系下统赤底组(P1c)和上统平地泉组(P2p)等地层砂岩、泥质粉砂岩、砾岩及火山碎屑岩中。由于区域构造强烈，沿构造线形成许多纵张裂隙，构成裂隙类含水层。这些岩组主要分布在帐篷沟背斜核部，同样，含水岩组与隔水岩组呈互层状分布，构成单斜式蓄水构造。

分布于研究区的含水岩组主要是二叠系上统平地泉组(P2p)砾岩、砂岩、泥质粉砂岩。该地层位于帐篷沟背斜核部，岩性以砾岩、砂岩、泥质粉砂岩为主，垂向裂隙发育，但含水层厚度较薄，钻孔揭露厚度为 17.4 ～21.0 m，渗透系数 0.039 ～0.043 m/d，总体上富水性弱。

2.2 透水岩组

指分布于地表以下50 m内的透水而不含水带，由第四系松散堆积层和基岩风化带构成。由于研究区位于帐篷沟背斜近核部，岩石构造裂隙较发育，风化裂隙的强度和深度较大。

研究区第四系上更新统－全新统洪积(Q3－4pl)、第四系全新统洪积(Q4pl)及基岩风化壳30～50 m范围内，由洪积砾石、砂及粘土等厚度不大、孔隙性强的松散砂砾石层组成。下伏基岩风化带的风化裂隙发育强烈，二者构成基岩裂隙、孔隙含水层的降雨或融雪水垂直透水补给带或包气带。

该层发育厚度较大，钻孔揭露最大厚度为66.70 m，基岩裂隙发育，裂隙面普遍多见铁锰质浸染和石膏薄膜，表明在降雨或冰雪融化季节有过短暂的地下水径流，包气带岩层透水性较强，是地下水径流通道。渗水试验获得该岩组渗透系数0.28～3.45 m/d。

2.3 相对隔水岩组

主要为各类泥岩、粉砂质泥岩等岩性组合，该类岩组裂隙弱发育，或呈闭合状，基本上不含水，为相对隔水层，与含水岩组互层存在。其中，以二叠系上统平地泉组(P2p)、侏罗系中统三工河组(J2s)泥岩最为突出。

钻孔ZK1在109.50 m以上和126.90 m以下、ZK2在65.20以上和76.80 m以下、ZK3在113.50 m以上和130.00 m以下所揭露的岩性为泥岩、粉砂质泥岩。上部裂隙虽较发育，但均呈闭合状，钻进中井液无明显消耗与增加，为相对隔水层，并构成含水层的顶板;下部岩芯完整，偶见闭合裂隙，为含水层之底板。说明同一地层水文地质结构上不尽相同，含水层岩性亦有差异，正反映了各含水层之间的相对独立性和不联系性。

2.4 地下水类型

根据地下水的赋存介质及水动力特征，研究区内地下水类型主要有碎屑岩类裂隙、孔隙水和基岩裂隙水两类。

1)碎屑岩类裂隙、孔隙承压水:该类型地下水主要赋存于裂隙孔隙含水岩组。储水空间主要为构造裂隙、层间裂隙，和胶结不紧密的砂、砾岩粒间孔隙。由于含水岩组处于背斜异部的单斜构造部位，形成单斜蓄水构造，地下水具承压性，钻孔ZK4中地下水位高于含水层顶板43.07 m，显示出承压性，位于研究区南部的黄泥滩的数个自流井，单井自流量一般200～1 000 m3/d。

2)基岩裂隙水:该类型地下水主要赋存于裂隙类含水岩组中，地下水的交替作用只发生在有限的深度内，由于含水岩组与隔水岩组互层，地下水具有无压—承压性质，钻孔ZK1揭露到含水层后，地下水位高于含水层顶板106.63 m，显示出承压性。

2.5 地下水补给、径流、排泄条件

地下水储存与分布的主导因素是地质构造、岩性及气象条件。研究区北部卡拉麦里山区是场区地下水的主要补给区，黄泥滩地下水主要接受东北侧第三系、白垩系地层的补给和南侧第四系地层的垂向补给，山前及平原区为径流区，而溢出带、洼地则成为排泄区，最终以蒸发或者开采利用而消耗。

2.5.1 地下水补给

研究区内无常年地表水流，地下水主要接受垂向补给及及侧向径流的补给，其中垂向补给又包括大气降雨和冰雪融水的补给。

1)大气降雨:区内降雨量较小，年均仅183.4 mm，但降雨期较为集中，大－暴雨易形成地表洪流，向地势低洼处径流、汇集，通过岩土体孔隙、裂隙入渗至地表下，在垂向入渗的同时顺势向下游径流，至风化壳后便就近补给含水层中地下水。

2)冰雪融水:冰雪融水补给是区内地下水的重要补给来源，主要集中在11月份至次年3月份，降雪覆盖整个区域，降雪厚度约为240 mm，期间通过冰雪融水不断垂直补给地下水，具有补给时段长补给量大的特点。

3)侧向径流补给:区内地下水接受补给的另一方式是侧向径流补给，主要通过卡拉麦里山大气降雨和冰雪融水在山前地带下渗，以侧向径流的方式补给区内地下水。

2.5.2 地下水径流

区内沉积碎屑岩多以由粗到细的沉积韵律互层的形式出现，地下水含水层呈层状分布特征。帐篷沟背斜总体呈北东－南西向，两翼地层呈现北东－南西向条带状分布。由于研究区位于褶皱轴部，构造作用强烈，形成了许多沿走向的纵张裂隙，而地形上又是北东高南西低。因此地下水在接受补给后，受地形条件的影响，沿走向的纵张裂隙径流，总体径流方向为北东－南西向。

2.5.3 地下水排泄

区内地下水排泄方式主要为侧向径流排泄、矿坑疏干排水、人工开采及蒸发等四种形式。

1)侧向径流排泄:地下水在接受上游侧向补给和地表水垂向转化补给后，受地形及岩层产状影响，顺势向下游运移，向最近的河谷或地势低洼地带排泄，从而排泄区成为地下水的富集带。地下水在径流途中一部分因运移受阻，在地势低洼处沿人工或自然通道，以上升泉或自流井的形式排泄，一部分向深层运移而径流出区外，这是区内地下水排泄的主要方式，如黄泥滩排泄区。

2)周边矿坑疏干排水:工业园区位于准东煤电煤化工产业带无煤区内，周边煤田众多，研究区东、西均为露天煤矿，煤层及含水层主要是侏罗系中统西山窑组(J2x)地层，因此在开采过程中，将进行矿坑排水，这也是区内地下水排泄的重要方式。

3)人工开采:人工开采地下水也是该区地下水排泄的一种途径，如位于研究区南西的某泵站水源地，共有14口生产井，全天供水10 800 m3;某水源地，共有3口水井，日取水约7 200 m3。

4)蒸发:研究区年平均蒸发量2 140.4 mm，蒸发是本区地下水排泄的主要方式之一。根据调查，该区上覆地层孔隙、裂隙发育，但无潜水，除了与该区降水量小外，还与蒸发量大有关。大气降雨后，部分在地表直接被蒸发掉，其余部分沿地层孔隙、裂隙进入地下空间，在极限蒸发深度以上，地下水仍然以蒸发形式排泄，仅有部分进入极限蒸发深度以下，补给地下水。蒸发作用导致水汽蒸发，盐分滞留，研究区低洼地带盐渍化现象比较严重。

3 结语

研究区内地下水类型主要有碎屑岩类裂隙、孔隙承压水和基岩裂隙水。碎屑岩类裂隙、孔隙承压水储水空间主要为构造裂隙、层间裂隙和胶结不紧密的砂、砾岩粒间孔隙。由于含水岩组处于背斜异部的单斜构造部位，形成单斜蓄水构造，地下水具承压性;基岩裂隙水的交替作用只发生在有限的深度内，由于含水岩组与隔水岩组互层，地下水具有无压—承压性质。

地下水主要接受大气降雨和北部卡拉麦里山冰雪融水侧向迳流补给，沿走向的纵向裂隙由北东往南西在各自的承压含水通道内径流，以蒸发或人工开采方式排泄。承压水与地表水和其它层位承压水之间无直接水力联系。

［1］蔡忠贤，陈发景，贾振远，2000.准噶尔盆地的类型和构造演化［J］.地学前缘，7(4):431 －440.

［2］房佩贤，卫中鼎，等.专门水文地质学［M］.北京:地质出版社，1987.

［3］SL454－2010，地下水资源勘察规范.