新疆准东能源基地地下水赋存条件与影响因素分析

许雷涛，何剑波

(1.新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091；2.甘肃省地局水文地质工程地质勘察院，甘肃 张掖 734000)

新疆准东能源基地地下水赋存条件与影响因素分析

许雷涛1，何剑波2

(1.新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091；2.甘肃省地局水文地质工程地质勘察院，甘肃 张掖 734000)

[摘要]地下水资源是能源基地规划建设的重要保障。为了合理地开发地下水资源，依据大量的勘探钻孔和抽水试验资料，分析了区域和准东能源基地地下水资源的赋存条件。研究结果表明：地下水的赋存在山区主要以基岩裂隙含水层为主，而在平原区主要以松散孔隙含水层为主；此外，研究区地下水的赋存和富集主要受地质构造、地貌、岩性以及气象等条件的影响。通过对准东能源基地的地下水赋存条件以及影响因素的研究，为后期圈定地下水资源的有利开采地段和指导地下水资源的开发利用提供理论基础和科学依据。

[关键词]地下水资源；赋存条件；影响因素；准东能源基地

准东地区矿产资源丰富，除煤炭资源外，还有石油、石灰石、芒硝、铁、铀、金、铜等矿产品50多种。其中，准东煤田是国家确定的第十四个能源基地，同时也是目前我国发现的最大的整装煤田。该煤田东西长约220 km，南北平均宽60 km，总面积约1.3万 km2，分为五彩湾、大井、将军庙、西黑山、老君庙五个矿区。

充足的水资源是保障该能源基地正常运转的首要条件。为了解决准东能源基地快速发展对水资源的需求，该研究区内水源现采用外流域调水的“引额济乌”工程“500”东延供水工程地表水。20世纪60年代以来已开展了大量水文地质勘查研究工作[1-5]。以往的研究工作基本查明了区域地下水赋存条件和补、径、排关系以及局部地段的供水水文地质条件，为城镇、农田、牧区供水提出了开采利用的意见。但在奇台-阜康北部沙漠区因当时交通限制无法通行，其研究成果也多按图幅来分析，缺乏系统性；此外，在计算各河谷潜流量时无物探、测量、钻探等实物工作量控制以及对研究区内的生态水文地质条件研究也较少，难以满足准东能源基地规划建设对水资源资料的需求。因此，本文在以往研究工作的基础上，依托《重要能源基地水文地质环境地质调查》项目，对准东能源基地的地下水赋存条件以及影响因素进行了研究，为后期圈定地下水资源的有利开采地段和指导地下水资源的开发利用提供理论基础和科学依据。

1地下水赋存条件

根据本次钻探和野外调查资料综合分析可以看出：由于区内南北两侧为山区，中部为平原，因此研究区内地下水的分布受到地形地貌、气象、水文、地层以及地质构造的影响，具体表现为各种不同地下水类型相随交替而生的规律性。本文以地形地貌特征对研究区内地下水资源的赋存条件进行分析。

1.1极高山、高山带地下水赋存条件

该区域基本被常年冰雪覆盖，为现代冰川发育区。冰川的来源主要来源有(1)直接降于冰面的固态水；(2)山坡积雪，在重力作用下由雪蚀槽向下蠕移，进入粒雪盆聚积；(3)雪崩，来源粒雪盆后壁积雪；(4)山地新雪被盛行的季风吹扬至粒雪盆中。因此，从而可知冰雪的累积直接来源于大气降水。

根据调查，研究雪线分布高度在3 400～3 860 m以上，雪线以上为常期积累区，冰舌后端为弱消融区，前端为强消融区。每年6～8月为冰川积累和消融最旺盛时期，也是固态水转化为液态水最多时期，其余时间为纯积累期，消融微弱。这些丰富的冰雪融水，部分可直接下渗补给地下水。融冻随季节周而复始变化，在夏季消融时，固态水大量转化为液态水，融化深度约1～1.5 m。此外，由于以冻胀为主的物理风化作用加剧了裂隙发育程度，从而为地下水资源的贮存创造了良好条件，形成了以构造裂隙和风化裂隙相结合的冻结层含水层。

1.2中山带地下水赋存条件

该区域流水切割地形显著，降水丰富，空气相对湿度高，植被发育，有利于降水的涵蓄和渗透。其出露地层岩性主要为石炭系火山碎屑岩及二叠系海相沉积的砂岩、钙质砂岩等性脆坚硬、裂隙发育的岩石。在张性和张扭性断裂十分发育地带，常常为地下水的富集提供了有利场所，常以泉水徘泄。因此，在中山带由于大气降水较丰富，基岩裂隙发育，岩石导水性强，持水性差，地下水径流通畅，水循环强烈，具备赋存地下水的良好条件。

1.3低山丘陵带地下水赋存条件

该区域由于地势降低，气候渐向干旱过渡，年降水量减至300～350 mm，年蒸发量增至1 500～2 000 mm。其出露地层主要包括二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、新近系及笫四系堆积物等。其中，二叠系砂岩裂隙十分发育，利于地下水贮存；下三叠系砂岩、砾岩，侏罗系—新近系的砂岩、砾岩、煤层也具有一定的孔隙和裂隙而含水，但上三叠系、侏罗系—新近系砂质泥岩、泥岩为相对隔水岩层。地下水主要赋存于岩石孔隙、裂隙中，含有弱承压性裂隙孔隙水，但一般水量不大，水交替迟缓，水质差。此外，在山间盆地及河床中堆积较厚的砂卵石中赋存丰富的地下水。因此，在低山丘陵带由于气候较干燥，主要是以河水补给地下水，只有在丰水季节才有大气降水渗入补给。

1.4山前戈壁砾石带地下水赋存条件

该区域冬季寒冷，夏季干旱炎热，平均年降水量200～250 mm，蒸发量高达2 000～2 300 mm，只有大雨洪流及春季冰雪融化水，对地下水才有一定的补给意义。但是该带河床、渠系分布纵横，造成优越的补给面积，故渗漏补给是地下水丰富的来源。由于山前戈壁砾石带，在第四纪以来长期处于沉降阶段，堆积巨厚冰水相及冲洪相松散物，呈扇形展布，其后缘为砾卵石粗粒相，前缘为中粒相的砂砾石。砾间孔隙十分发育，是赋存地下水的良好场所，在优越的渗漏补给条件下，此带成为具有丰富孔隙潜水的地区。

1.5细土平原带地下水赋存条件

该区域地形平坦，由南向北微倾。气候干旱，年平均降水量约150 mm，年蒸发量达2 800～3 000 mm，大气降水基本上对地下水无补给意义，上游侧向径流为主要的补给来源。该带地层由巨厚多层结构的第四系松散沉积物组成，洪积扇前缘至沙漠边缘一带构成广泛的承压自流水斜地，赋存有丰富的孔隙潜水及承压水。

1.6沙漠带地下水赋存条件

该区域多为半固定性沙垄、沙丘链，形体较为高大，气候干旱，年平均降水量小于50 mm，年蒸发量达3 000 mm，大气降水基本上对地下水无补给意义，上游侧向径流为主要的补给来源，其次为凝结水。该带地层由巨厚的第四系松散沉积物组成，岩性以砂为主。沙漠南部夹多层粉质黏土、粘土层，赋存有承压水；北部为单一砂层，以潜水为主。

2地下水赋存的主要影响因素

2.1地质构造对地下水赋存的影响

地质构造对地下水资源赋存的影响主要表现为地质构造控制了地层的空间分布、埋藏深度和空隙度，并导致岩层裂隙发育程度、深度和含水层富水性的差异性较为显著。构造运动形成的褶皱和断裂，特别是与新构造运动有关的活断裂和开敞性节理裂隙，给地下水的贮存与运移创造了有利的空间条件[6]。本文主要从褶皱、断裂以及山区与平原区接触关系等三方面对地下水赋存的影响进行分析。

2.1.1褶皱对地下水赋存的影响

在研究区北部山区，褶皱的控水作用主要表现在中新生界碎屑岩含水岩组，以下两种情况最为突出：(1)向斜富水形成自流盆地。由于调查区北部山区第四系厚度不大，地形在很大程度上反映了内部构造，在较大向斜轴部常常是一些洼地。如卡拉麦里山南的洼地，在白垩系—新近系的碎屑岩中均赋存有自流水。(2)背斜轴部及倾没端富水，由于背斜轴部纵张裂隙发育而富水，其上部隔水层被侵蚀后形成上升泉。

在研究区南部山区褶皱发育良好，背斜、向斜构造形迹常见。褶皱两翼倾角很陡。因此，平行轴面常形成发育较好的张裂隙。向斜构造形成的层间承压水结构，常被构造断裂所破坏，泉水以下降泉形式于平行向斜轴面的张裂隙中涌出。

图1　山区与平原区断层接触

图2　山区与平原区障壁接触

2.1.2断裂对地下水赋存的影响

在研究区北部山区主干断裂多为压性或压扭性，派生断裂多为扭性或张性，共同组成错综复杂的导水系统。一般压性结构面上强烈挤压错动的产物—断层泥起阻水作用，成为分隔这些系统的界面。当断裂与地下水流向相交时，向水一侧的破碎岩块便充水，壅高水位，于地形有利处，地下水沿界面溢出，形成泉流。张性及张扭性断裂，虽其裂面敞性强，有良好的导水性能，但一般规模较小，地下水露头少，流量也不大。

研究区南部山区的较大断裂带均为挤压性质的逆断裂，断层层面南倾，透水性极差，成为区域性阻水界面。压性断裂多上盘富水，这可能是因为上盘是主动盘，低序次的裂隙较发育之故，但与上盘多向着补给源不无关系。压性结构面阻水，而张性、扭性结构面则程度不同地导水。

2.1.3山区与平原区接触关系对地下水赋存的影响

在研究区南部，山区与山前第四系的接触关系主要是断层接触关系，如图1所示，压性断裂普遍存在于山体与平原接触带；而在木垒喀拉戈勒沟以东及奇台达坂河至白杨河之间为障壁接触关系，如图2所示。以上两种接触关系对山区地下水向平原运移均具有阻滞作用。在接触带，地下径流只有溢出成泉越过障壁及阻水带才能进入平原。

此外，在研究区南部山前断裂的存在导致第四系厚度骤然增大，从而使得地下水水位埋深剧增，形成“跌水”；而研究区北部的卡拉麦里山山前地带为玛纳斯地体与乌伦古地体的拼贴处，构造运动使得新近系泥岩在山区与平原区接触处逐渐隆起，从而对山区地下水向平原区径流起到了阻滞作用，使得二者间的水力联系微乎其微。

2.2地貌、岩性对地下水赋存的影响

地形地貌在某种意义上是地质构造和地层岩性的反映，同时它又影响地区的气象因素，所以岩层的含水类型、富水性以及地下水的活动都与一定的地貌相适应，表现其特有的组合。

在研究区的中山区，构造复杂，岩石破碎，雨量充沛，无论是基岩裂隙水或是河谷孔隙潜水均较丰富。低山丘陵区，新构造活动减弱，裂隙多被填充，雨量稀少，地表径流少，地下水也较贫乏。只在封闭或半封闭的洼地中贮存的古风化壳裂隙水及残积—洪积层潜水尚较丰富，但分布零星。在平原区松散岩类的分选程度及含泥质多少，对富水性和含水的均匀性有显著影响。

2.3气象条件对对地下水赋存的影响

山区构造裂隙含水层的富水性，自高山分水岭至低山丘陵，逐级减小；由西部到东部亦有明显减小趋势。富水性的差异并非由各地段基岩裂隙发育程度不一造成。裂隙的发育程度、地貌与地质构造等，是区域地下水形成条件的内在因素，这些因素与外界条件，尤其是气象条件相结合，才最终决定裂隙水的富水程度。从降水的垂直变化量分析，地势高低的不同，致使降水量的分配有不同程度的区别。

3结语

新疆准东能源基地的含水层结构具有内陆干旱盆地的一般规律，在山区主要以裂隙含水层为主，而在平原区主要以孔隙含水层为主。其中，由于岩性差别、裂隙成因、性质及所经历的变动不同，基岩裂隙水主要呈层状、脉状和块状分布。

受构造运动形成的褶皱和断裂，特别是与新构造运动有关的活断裂和开敞性节理裂隙，给地下水的贮存与运移创造了有利的空间条件。从而为为后期圈定地下水资源的有利开采地段和指导地下水资源的开发利用提供理论基础和科学依据。

参考文献

[1]新疆地质局水文地质大队.准噶尔盆地东南缘区域性地质—水文地质综合测量初步报告.1964.

[2]新疆地质局第二水文地质工程地质大队.木垒-吉木萨尔地区1:20万水文地质普查报告.1979.

[3]新疆地质局第二水文地质工程地质大队.三台-九运街地区1:20万区域水文地质普查报告.1980.

[4]新疆地矿局第二水文地质工程地质大队.新疆木垒县西吉尔-大石头乡地区农牧业供水水文地质勘查报告.1996.

[5]新疆地质调查院.新疆准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价.2006.

[6]党学亚, 张茂省. 陕北能源化工基地岩溶水赋存条件及其影响因素[J]. 地质通报.2008, 27(8):1138-1142.

Study on the Mode of Occurrence of Groundwater in the Zhundong Xinjiang Energy Base

XU Lei-tao1，HE Jian-bo2

(1.No.1 Hydrologeology and Engineering Geology Team of Bureau of Geology Mineral Resources Exploration of Xinjiang, Rumqi 830091,China；2.Institute of Hydrogeology and Engineering Geology Bureau of Geology Mineral Resources Exploration of Gansu, Zhangye 734000,China)

Abstract:Groundwater resources plays an important role for planning and construction of the energy base. In order to exploit groundwater resources, the mode of occurrence of groundwater at regional scale and in the study area was analyzed using a wealth of data from boreholes and pumping tests. The results show that the mountain area is bedrock fissure water and plain area is pore water. In addition, the groundwater in the study area were mainly controlled by the geological structure,Meteorological ,strata,topography and geomorphology. By researching the mode of occurrence of groundwater of groundwater in the Zhundong Xinjiang energy base, we explored its role mechanism in the occurrence and development of gallbladder carcinoma. The Exploitation and Utilization of Ground Water Resources can provide the theoretical grounds and scientific base.

Key words:Groundwater resources；occurrence conditions；influencing factors and energy base

[收稿日期]2016-03-21

[基金项目]中国地质调查局项目(1212011089003)

[作者简介]许雷涛(1988-)，男，陕西咸阳人，助理工程师，主要从事水文地质、工程地质和环境地质方面的工作。

[中图分类号]P641.12

[文献标识码]A

[文章编号]1004-1184(2016)03-0015-03