对塔克拉玛干沙漠腹地麻扎塔格山北部和田气田水源地水文地质条件的认识

张明江张忠燚(新疆地矿局第一水文工程地质大队　乌鲁木齐830091南江水文地质工程地质队　重庆401121)



对塔克拉玛干沙漠腹地麻扎塔格山北部和田气田水源地水文地质条件的认识

张明江①张忠燚②
(①新疆地矿局第一水文工程地质大队乌鲁木齐830091②南江水文地质工程地质队重庆401121)

摘要和田气田距离墨玉县206 km，距离南部绿洲与沙漠边界156 km，处于塔克拉玛干沙漠腹地的麻扎塔格山北麓。1998年，探明气田面积143.45 km2，探明天然气地质储量616.94×108m3。为了解决气田进一步勘探开发生活、生产用水问题，采用地质测量、物探、钻探、抽水试验、地下水动态长期监测、水质测试等方法开展了水源地勘查工作，勘查结果表明，在麻扎塔格山南部的沙漠区，存在比较丰富的地下水，含水层厚度在140 m以上，水位降深5 m时的地下水单井出水量达到400~800 m3/d，地下水水化学类型为Cl·SO4-Na型或Cl·SO4-Na·Mg型。潜水矿化度3~8 g/L,属微咸水和半咸水。由于溶解性总固体含量及部分离子含量超标，作为生活和锅炉用水，需要对开采的地下水处理以后方可利用。

关键词和田气田水源地水文地质条件

1　引言

和田气田位于塔克拉玛干大沙漠腹地的玛扎塔格山东段北侧和南侧地段，目前已探明和田气田的天然气储量巨大，石油天然气还有待进一步的大规模开发。为解决和田河气田的生产生活用水问题，在麻扎塔格山北部山前第四系分布区开展了水文地质勘查工作。勘查区属于水文地质勘查的空白区域，没有任何可供参考利用的水文地质成果，需要投入各种勘查手段以基本查明水文地质条件，圈定富水地段，对水质和地下水允许开采量进行评价。通过水源地勘查工作，对麻扎塔格山北部山前沙漠区的气象水文和地质、水文地质条件有了进一步的认识。

2　气象和水文

勘查区属典型的暖温带干燥荒漠气候，降水稀少，蒸发强烈，四季分明，夏季炎热，干燥少雨，春季升温快，秋季降温快，光照充足，无霜期长，昼夜温差大。

据《和田地区2005年统计年鉴》提供的墨玉县2004年气象资料，年平均气温为12.9℃，年降水量46.6 mm，年蒸发量2 239 mm，年平均相对湿度35%，5~7月相对湿度最低，仅30%左右，1、12月份最高，在50%左右，年日照时数2 891.3 h，无霜期177 d。

勘查区内无河流、湖泊、水库等地表水系分布，也无渠系。但在距勘查区东边界以东约29 km处有和田河自南向北流过。和田河水系发源于喀喇昆仑山北坡，自南向北流经塔克拉玛干大沙漠最后汇入塔里木河，是塔里木河水系中仅次于叶尔羌河和阿克苏河的第三大河。

和田河由东、西两条支流组成，其中，和田河上游的东支玉龙喀什河长504 km，西支喀拉喀什河长808 km，两支流于拜什拉什兰干汇合后形成和田河干流，干流深入塔克拉玛干沙漠腹地，长319 km，河道穿行于沙丘之内，平均坡降0.6%，河宽一般在2~3 km，最窄处也有1.5 km。

3　地形和地貌

勘查区地形起伏，沙丘遍布，沙丘高度在1~15 m之间。地势总体为南高北低、西高东低，海拔高程1185.3~ 1251.1m，高差达65.8m。

地貌类型按地貌成因划分为风积地貌；按地貌形态划分为新月形沙丘链、陇岗状沙垄及垄间洼地。

新月形沙丘链：勘查区内广泛分布。沙丘平面如新月，其迎风坡凸出而平缓，坡度一般在10°~40°；背风坡凹而陡，坡度在30°~55°。坡面上可见波状纹理，相对高差5 m左右。沙丘上稀疏生长红柳。

陇岗状沙垄：分布于勘查区西部及西南部。在西北风的作用下,形成NW-SE向的纵向陇岗状沙垄。沙垄长度在5~10 km，宽度在1~3 km，高度在5~ 15 m之间。沙垄表面形状复杂，主要由新月形沙丘、沙丘链等组成，高低起伏变化较大。

垄间洼地：主要分布在沙垄、沙丘链之间，为水滴状、葫芦状或带状垄间洼地，宽度一般0.5~3 km，长1~10 km。垄间洼地地形略有起伏，地表由小型沙丘组成，沙丘高度＜1 m。低洼处集中生长红柳、罗布麻等耐旱、耐盐碱植物。洼地内地下水埋藏较浅，潜水位埋深一般为1~2 m。

4　地层与构造

4.1地层

勘查区出露的地层比较简单,均为第四系全新统风积物，岩性单一，为灰黄色、黄色的细砂、粉砂，结构松散。

物探成果表明，勘查区内第四系厚度的变化规律是:东南部第四系厚度较大，厚330~350 m，最大厚度约350 m；由东南部向中部第四系厚度逐渐减小，厚度由330 m逐渐减小为310 m左右；从中部向西北部，第四系厚度由310 m迅速减小为170 m左右；在北部边界附近，第四系厚度最小，约160 m。从图1可看出，勘查区内西北部地段第四系厚度的变化比较剧烈，中部和南部地段第四系厚度的变化相对缓慢。

据本次施工的钻探资料，勘查区0~150 m深度范围内地层岩性以细砂为主，夹有粉砂。粉砂多以薄层或透镜体形式存在，厚度0.5~3.5 m，单层最大厚度不超过6 m（图1）。

4.2构造

勘查区位于塔西南坳陷构造带北部的麦盖提斜坡，塔西南坳陷构造带往北与塔中隆起交界（图2）。喜马拉雅运动时期，塔里木地块处于相对稳定的缓慢上升运动，勘查区外北部的玛扎塔格山隆起，玛扎塔格山以北地段抬升隆起形成了塔中隆起，地形地貌上表现为地形高差变化较大，地表均被规模较大、连绵起伏的大型沙丘所覆盖；而玛扎塔格山以南则接受了长时期的沉降，形成了塔西南坳陷，地形地貌上则表现为地形高差变化相对较小，地表所覆盖沙丘的高度和规模相对要小。塔西南坳陷沿玛扎塔格山山前与山体平行分布，接受并沉积了巨厚的第四系松散沉积物，成为勘查区地下水赋存的主要场所。

由于玛扎塔格山的隆起，对区内地下水的径流起到了阻挡作用，当地下水由南向北径流至玛扎塔格山山前时，由于玛扎塔格山的阻挡，地下水径流方向发生偏转，转为向东径流，最后通过玛扎塔格山东端的构造缺口又转为向北径流。由此可见，玛扎塔格山对其南北两侧沙漠区及勘查区内地下水的径流方向及演化起到了控制作用。

图1　勘查区南北方向地质剖面图

图2　构造单元分区图

5　水文地质条件

5.1地下水类型和含水层的空间分布

150 m的勘探深度内没有发现粉质粘土、粘土等连续隔水层分布，因此地下水类型为第四系松散岩类孔隙潜水。

勘查区内潜水含水层主要是由细砂组成，其次为粉砂，其中细砂层占到了含水层厚度的90%以上。除西南部地段外，在勘查区内的其它地段，潜水含水层中均有粉砂层分布。勘查区内细砂和粉砂层均呈东西向水平分布，但粉砂层因其单层厚度较小，因此水平方向分布不连续，多呈薄层或透镜体状存在。在勘查区内不同地段，粉砂层的层数分别为2~7层不等，单层厚度一般0.5~3.5 m，最大可达6 m。

勘查区内潜水含水层的厚度在空间上变化不大，其变化范围为143.17~146.43 m。在勘查区北部，潜水含水层的厚度为145.3 m，向南部渐减为143.97 m；在勘查区西部，含水层的厚度为146.43 m，向东部渐渐减少为143.17 m。由此可见，从北向南，从西向东，潜水含水层的厚度均略微变薄。

5.2地下水埋藏深度的变化规律

地下水位的埋藏深度均不大，埋藏深度的变化范围为3.57~6.83 m。在勘查区北部，地下水水位的埋藏深度为4.7 m，到南部埋藏深度逐渐增大，变为6.03 m；在勘查区西部，地下水水位的埋藏深度为3.57 m，到东部渐增大为6.83 m。从北向南、从西向东，地下水水位的埋藏深度都有着从浅变深的变化规律，只不过是从西向东，埋藏深度的变化幅度更大一些。

5.3含水层富水性的变化规律

勘查区含水层渗透系数2.18~3.98 m/d,富水性都属中等，但在不同地段上，富水性还存在一定的差异。为了体现区内含水层富水性的相对差异，将含水层的富水性进一步划分为500~1 000、100~500 m3/d 2个不同的富水性地段。

单井涌水量500~1 000 m3/d的含水层主要分布于勘查区的西北部、中部和东南部地段。勘探孔T1孔揭露的潜水的水位埋藏深度4.7 m，含水层厚度约145.3 m，含水层岩性主要为细砂和粉砂。水位降深11.52 m时的单井涌水量1 229.76 m3/d（换算后为533.75 m3/d），富水性相对较好。渗透系数2.27 m/d，影响半径352.31 m；潜水矿化度2.63 g/L，水质为微咸水，水化学类型为Cl·SO4-Na型水。

单井涌水量100~500 m3/d的含水层主要分布于勘查区的东北部和西部地段。本次在东北部施工的TC3孔揭露，潜水的水位埋藏深度6.83 m，含水层厚度约143.17 m，含水层岩性主要为细砂、粉砂。该孔水位降深12.92 m时的单井涌水量1 249.20 m3/d（换算后为483.45 m3/d），富水性相对一般。渗透系数2.06 m/d，影响半径374.50 m；潜水矿化度1.62 g/L，水质为微咸水，水化学类型为Cl·SO4-Na型水。

5.4地下水的补给、径流、排泄

勘查区位于和田河冲洪积平原中部麻扎塔格山北侧，和田河冲洪积平原的地下水接受玉龙喀什河与喀拉喀什河入渗补给、渠系渗漏补给、农田灌溉入渗补给、农田回归补给。区域地下水总体流向是自南向北（图3），地下水径流至麻扎塔格山受阻，在勘查区一带转向东北径流，最终通过麻扎塔格山东部的缺口转向北径流。

图3　地下水循环条件示意图

5.4.1地下水的补给条件

勘查区气候异常干燥，降雨量极低（墨玉县2004年降水量46.6 mm），而蒸发强烈，降水补给量可忽略不计。另外，勘查区无地表河流穿过，也无湖泊、水库等其它地表水体和引水渠系等渗漏补给。

如图4所示，勘查区位于和田河西面、麻扎塔格山南部，区域地下水自南向北运动，受麻扎塔格山阻挡改向东北径流。勘查区位于和田河流域地下水的径流带上，地下水的补给来源主要是南部沙漠平原区地下水的侧向流入补给。

5.4.2地下水的径流特征

地下水流向是自西南向东北方向径流。含水层岩性主要为细砂、粉砂，透水性相对较差，地下水径流速度比较缓慢，勘查资料显示，地下水的水力坡度只有0.48‰~0.65‰（图4）。

5.4.3地下水的排泄条件

地下水的排泄方式主要是侧向流出,其次是蒸发蒸腾。

侧向流出排泄:地下水以向东北方向的侧向径流排泄为主。

图4　2008年3月潜水等水位线图

蒸发蒸腾排泄：勘查区地处沙漠腹地，气候异常干燥，蒸发强烈。区内沙丘遍布，垄间洼地分布面积较小，垄间洼地内地下水位埋藏深度较浅，约1.3~2.5 m，因此，垄间洼地内潜水会通过蒸发产生排泄。垄间洼地内生长有红柳、罗布麻、骆驼刺等植物，植被会通过蒸腾作用产生排泄。

5.5地下水动态特征

地下水动态类型主要以迳流蒸发型为主。从各观测点的地下水位动态观测资料可以看出，除G1孔以外,其它各孔地下水位的动态变化较小，在一个枯水季节里地下水位的平均变化幅度约0.17 m，地下水位的变动总体处于上升趋势，地下水的补给具有滞后性。勘查区地下水唯一的补给来源是南部沙漠平原区地下水的侧向径流补给，补给源距离远，径流途径长，径流缓慢；地下水主要靠蒸发和植物蒸腾作用进行排泄。因此，地下水动态主要受迳流和蒸发作用的影响，但影响不是很大。

5.6地下水水化学特征

5.6.1地下水水化学类型的变化规律

地下水水化学特征主要受地下水的补给、径流、排泄条件及地下水化学成分的控制。总体来说，地下水的水化学特征没有明显的水平分带规律，垂向上表现出一定的变化规律。

潜水的水化学类型主要有Cl·SO4-Na型或Cl· SO4-Na·Mg型水，前者主要分布于勘查区的北部和中部，为区内主要水化学类型，后者分布于勘查区南部及中部的局部地段。

地下水主要靠南部沙漠平原区地下水的侧向径流补给，补给源远离地表水系和灌区；含水层为细砂和粉砂层，透水性相对较差，地下水径流缓慢而且径流途径长，加之勘查区气候极度干燥，潜水的埋深普遍＜2 m，这些决定了勘查区地下水的水化学作用主要以强烈的蒸发浓缩矿化作用为主，而离子交替作用很弱。因此，整个勘查区内，无论是水平上还是垂向上，地下水水化学成分的组合都无什么变化，地下水中的离子主要是Cl-、SO42-、Na+，局部地段含有Mg2+。所以在水平上和垂向上（勘探深度150 m内），地下水水化学类型都为Cl·SO4-Na型或Cl·SO4-Na· Mg型水。

5.6.2地下水溶解性总固体和主要离子含量的变化规律

根据溶解性总固体含量，将地下水分为微咸水(溶解性总固体含量1~3 g/L)和半咸水(溶解性总固体含量3~10 g/L)两类。其中，微咸水主要分布在勘查区北部，在东南角也有小面积分布，潜水的溶解性总固体含量1.62~3.0 g/L。半咸水主要分布于勘查区内除微咸水以外的其他地段，分布面积较大，潜水的溶解性总固体含量3.03~8.04 g/L。

地下水的水化学作用主要以强烈的蒸发浓缩矿化作用为主，在勘查区内不同地段，由于潜水埋藏深度的不同，因而所受的蒸发浓缩矿化作用也存在差异性，从而导致了地下水的矿化度、水中各主要离子含量和总硬度含量也有所不同。

在勘查区北部，潜水的埋藏深度普遍为2.0~3.0 m之间，在东南角潜水埋深＞1.6 m，这些地段潜水埋藏相对稍深，潜水的蒸发浓缩矿化作用相对较弱，因此，潜水的矿化度相对较低，为1.62~3.0 g/L，水质为微咸水。同时，地下水中Cl-、SO42-、Na+、Mg2+和总硬度的含量相比较要低一些。Cl-含量911.1~1 276.2 mg/ L，SO42-含量482.2~580.2 mg/L，Na+含量为635.1~ 884.7 mg/L，Mg2+含量为67.6~102.5 mg/L，总硬度的含量408.3~582.5 mg/L。

在勘查区的其它地段，潜水埋深一般为1.3~ 1.6 m，潜水埋藏相对较浅，蒸发浓缩矿化作用相对增强，潜水矿化度相对升高，为3.03~8.04 g/L，水质为半咸水。地下水中Cl-、SO42-、Na+、Mg2+和总硬度的含量也相应升高。其中Cl-含量最高可达3 268.5 mg/L，SO42-含量最高可达1 844.4 mg/L，总硬度含量最高可达2 081.7 mg/L。

（下转18页）

6　结论

勘查区地下水类型为第四系孔隙潜水，含水层岩性主要为全新统冲积的细砂，其次为粉砂。地下水的补给来源是南部地下水的侧向流入，排泄方式主要是地下水向北侧向流出和地下水的蒸发，径流方向为自西南向东北方向流动。150 m深度内的含水层厚度143.17~146.43 m，降深5 m时单井出水量475.55~800.2 m3/d，水位埋藏深度3.57~6.83 m，地下水化学类型有HCO3·Cl-Na·Mg型、Cl·HCO3-Na·Ca型、Cl·SO4-Na型和Cl-Na型，溶解性总固体含量3~8 g/L。地下水动态类型以迳流蒸发型为主，在一个枯水季节里地下水位的平均变化幅度约0.17 m。

水质评价结果为不适宜作为生活饮用水使用，超标项为总硬度、硫酸盐、氯化物、溶解性总固体等。作为锅炉用水，属于锅垢很多、有硬沉淀物、起泡、腐蚀性水。作为生活、生产用水，需要处理达到相应饮用和使用标准后方可利用。

参考文献

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收稿：2015-02-09

DOI:10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2015.02.004