哈密盆地东部古近-新近系含水层特征分析

2016-07-04赵志江

地下水 2016年3期

赵志江，韩　鹏

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

哈密盆地东部古近-新近系含水层特征分析

赵志江，韩鹏

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

[摘要]在介绍了新疆哈密盆地东部镜儿泉地区的自然地理、地质条件后，从含水层的赋存和分布规律、补给迳流排泄条件、地下水动态及水量特征等方面对古近-新近系含水层的特征进行了全面分析。

[关键词]哈密盆地；古近-新近系；含水层特征

1研究区概况

1.1自然地理

研究区位于新疆哈密盆地东部天山南侧、大马庄山北麓的镜儿泉地区，北部边界为镜儿泉锂辉石矿-咸水泉一线，西部边界为野马泉北山，南部以野马泉-寨北山沿线为界，东部则以新甘省界线为界，为一个相对封闭的小型盆地，东西长约60 km，南北宽约50 km，面积约3 000 km2，地理坐标为东经95°15′～96°08′，北纬42°07′～42°35′。距离哈密市约200 km，距离乌鲁木齐市约800 km。

研究区深居亚欧大陆腹地，周边高山环绕加之地形闭塞，影响着海洋水汽的入侵。降水稀少、蒸发强烈、属于典型大陆干旱气候，干旱指数103，是我国最干旱区域之一，水资源相当匮乏。根据哈密市沁城气象站气象资料，区内多年平均降水量为133.4 mm，在研究区南部白金沟山—马庄北山一带的中低山和丘陵区，降水量相对较大；降水多集中在5～8月，多呈暴雨形式；多年平均蒸发量为2 631.2 mm。

由于特殊的地理位置及气候条件造成区内地表径流不发育，无常年性河流，但广泛发育时令性的洪水冲沟，呈枝状分布，各冲沟相互贯通并向主沟汇集。暴雨洪流多发生于每年6～8月份，是区内地下水的重要补给来源。

1.2地形地貌

研究区南部为山区，主要分布有大马庄山、马庄北山、寨北山、白金沟山、白山，自西南向东北展布，绵延起伏约66 km，海拔一般为1 600～1 900 km，最高处为大马庄山，海拔为2 147.1 m。

中部为山前洪积平原区，西起鸭子泉，东至红柳沟，东西向长约70 km，南起南部山前，北至区内北部低山，南北向长约50 km，海拔在1 100～2 000之间，总体地势东南高、西北低，地形坡降10‰～25‰。洪积平原区的西部及北部为丘陵区，呈条带状分布，西部丘陵区呈南北向展布，长约30 km，北部丘陵区呈东南-西北向展布，长约48 km，总体地势东南高、西北低，海拔一般在1 200～1 600 m之间，相对高差5～50 m，山顶多呈浑圆状或平顶状。

北部为低山区，呈东西向展布，绵延起伏约65 km，地势东南高西北低，海拔一般在1 200～1 600 m之间，相对高差10～100 m，山顶多呈浑圆状，垂直于山体多发于有浅而开阔的沟谷。

2研究区地质条件

研究区内出露有元古界、古生界、中生界、新生界的地层，由于地质构造运动，地层分布不连续，其中古生界和新生界地层分布面积最广，分别占区域面积的60%和20%。新生界主要分布在区域的中部，呈西南-东北向展布，由东南向西北倾斜，地形平坦、开阔；古生界地层主要分布于区域的东南角和东北角，西北角零星分布，地形构造复杂，海拔相对较高；中生界和元古界地层出露面积较小，前者零星分布于区域的西部边界处，后者则零星出露于区域的东北角和南部刘家泉一带，海拔较高。这里仅对新生界地层进行叙述。

区内第四系广泛分布，以上更新统-全新统洪积层(Q3-4pl)洪积成因为主，全新统洪积层(Q4pl)和下更新统(Q1)零星分布在红柳沟及其附近构成洪积平原、红柳沟白金沟山北洼地地貌。区域内第四系地层仅在红柳沟、镜儿泉、北坡子泉、鸭子泉等为含水层，但其厚度较薄，富水性差，故为次要含水层，其他区域几乎为透水不含水层。

3古新-新近系含水层特征

3.1赋存和分布规律

区内的碎屑岩类孔隙裂隙水主要分布于山前洪积平原地带。地下水赋存于古近系、古近-新近系的砂岩、砂砾岩、泥质砂岩的孔隙-裂隙之中，含水层厚度3～20 m，由南向北，含水层厚度呈中间厚、两边薄，由东至西，含水层厚度变化大。地下水埋深在南部山前及镜儿泉水源地附近最大，形成两个较大的埋深区，由地下水水位埋深区向周边平原区扩展，水位埋深逐渐变小。

根据勘探孔的单井出水量，划分了含水层的富水性级别。

(1)单井涌水量>200 m3/d区

分布于镜儿泉至红土梁一带，分布面积73.1 km2。含水层岩性主要为古近-新近系的砂岩、泥质砂岩、砂砾岩，水位埋深20.07～40.36 m，揭露的含水层顶板埋深24.4～35.8 m，含水层厚度27.2～42.4 m，换算涌水量为309.74～488.41 m3/d，渗透系数2.16～4.56 m/d。

(2)单井涌水量200～50 m3/d区

主要分布于白金沟山北洼地的洪积平原区及北坡子泉至野马泉北山一带。含水层岩性主要为砂岩、泥质砂岩，由南向北，含水层厚度呈中间厚、两边薄，厚度18.5～42.97 m，顶板埋深10.6～52.2 m，水位埋深16.48～44.57 m，换算涌水量为61.97～136.18 m3/d，渗透系数0.38～1.38 m/d。

(3)单井涌水量<50 m3/d区

广泛分布于大马庄山、寨北山、白金沟山北部的山前地带，含水层下伏于第四系地层之下。含水层岩性主要为砂岩、泥质砂岩、砂砾岩，从南向北，含水层呈不连续的带状分布，顶板埋深56.3～113.2 m，含水层厚度2.5～19.1 m，水位埋深19.58～60.33 m，换算涌水量为0.66～21.8 m3/d，渗透系数0.01～0.07 m/d。

3.2补给、迳流、排泄条件

古近-新近系地下水的补给项主要有暴雨洪流补给和地下水侧向径流补给。山区降水入渗部分，在完成第一次循环后，在山区前缘以泉流的形式排泄，转化为地表径流最终流出山口，在山前地带再次下渗地下，形成第二次循环。地下水的排泄项主要有泉水排泄、人工开采、潜水蒸发和地下水的侧向流出。

从区域上看，地下水来源于主要为南部山区的地下水侧向径流补给。降水在山区形成后进入基岩裂隙，后通过侧向径流进入到平原区古近系、古近-新近系含水层，向下游径流时地下水遇基底抬升隆起后，受顶托作用及越流补给，形成泉水及地下水浅埋带，并形成局部第四系潜水层，排泄以浅埋带蒸发、侧向径流、人工开采为主。

3.2.1补给

区域上，南部山区为地下水的主要补给区，其补给源主要为山区的大气降水和冰雪融水，另外，山区内部分泉水向下游径流过程中再次回渗补给基岩裂隙水。

平原区地下水的补给来源主要为山区的侧向径流补给，暴雨洪流补给量极少。本区属极端干旱的内陆区，降雨稀少，蒸发强烈，仅在雨季可形成暂时性暴雨洪流的入渗补给，补给强度较弱，洪积平原区地表的第四系地层大都呈透水不含水层产出，仅在低洼处零星分布潜水含水层，富水性相对较差，下伏的碎屑岩类孔隙裂隙承压水顶板隔水层分布的不连续和沉积的不完整，孔隙潜水在局部地段接受碎屑岩类孔隙裂隙水的补给。

3.2.2径流

山区地下水径流途径短，径流区和排泄区往往很难分开。

平原区地下水径流服从于向低洼基准面汇集的规律(图5)。地下水的径流方向与地形坡度基本一致，从南部山前洪积平原中上部径流，由东南至西北向的大红柳沟汇集，中上游以水平运动为主，水力坡度15‰～25‰，至下游镜儿泉、北坡子泉、鸭子泉一带，受低山丘陵隆起的古近-新近系地层阻挡，径流滞缓，地下水以泉水出露或垂直蒸发为主，水力坡度5‰～15‰。

3.2.3排泄

山区地下水以泉水溢出、侧向径流和沟谷潜流的形式排泄。

平原区地下水的排泄方式以蒸发蒸腾、泉水溢出、人工开采为主。在镜儿泉、北坡子泉、鸭子泉一带，形成潜水溢出带，天然条件下该地段以蒸发蒸腾、泉水溢出为主要排泄方式，现状条件下，鸭子泉被开挖成3×5 m见方的蓄水池，主要用于G7国道的生产用水，镜儿泉附近于2008年建成水源地，现状有水源井14眼，开采的有6眼，主要供给镜儿泉铜镍矿的生产、生活用水，据2013年对该水源地的监测结果统计，年开采量约38.03×104m3/a。

3.3地下水动态特征

补给区含水层地下水动态主要受气象水文因素的影响，如位于马庄北山东南部构造剥蚀低山山前地带，地下水位埋深较浅，平均水位埋深1.06 m(见图1)。图中看出有明显的季节性变化规律，在5、6月份由于冰雪融化且对地下水的补给存在一定滞后，故呈现第一个低水位期，受地表径流影响第一个高水位期出现在7月份；9月份的降水补给作用会出现第二个高水位，随着天气的转冷，冬季地下水补给条件较差，地下水水位表现为低水位。所以，年内的地下水变化规律表现为径流型的动态特征。

图1　民井M03水位埋深动态曲线

根据图2中的水位埋深动态曲线变化趋势，可看出径流区含水层地下水动态变化受自然因素控制。在4、5月份由于冰雪融化对地下水的补给，呈现一个高水位期，受强烈蒸发作用的影响在7月份出现低水位期，8、9月的降雨补给，导致第二个高水位期，随着天气的转冷，山区降温降雪，地下水补给来源少，地下水水位下降，年内地下水动态变化规律表现为自然型的动态特征。