关于巴里坤县三塘湖乡北部一带水化学条件的探讨

孙忠伟

（新疆地矿局第二水文工程地质大队，新疆昌吉831100）

三塘湖北详查区位于新疆维吾尔自治区的东部，天山支脉莫钦乌拉山以北的洪积平原，位于巴里坤县以北约95km处，属于西北干旱地区，地下水的水化学特征受水文地球化学条件制约，与地貌、地质构造、含水层岩性和地下水补给、径流、排泄条件密切相关。

1 水化学类型及其分布特征

研究区内潜水及承压水受地形地貌、气象因素、地下水径流、地层岩性等因素的影响，导致地下水水化学类型在空间分布上呈现一定的水平分带性规律，潜水、承压水水化学类型变化具有相似性。地下水补给区至排泄区，水化学类型逐渐由简单变复杂。

1.1 潜水水化学类型

由于地下水从补给区到排泄区径流途径长，地下水位埋藏较浅，溶滤和蒸发作用强烈，水化学类型变化复杂，潜水呈现出4种不同的类型，水化学类型由HCO3·SO4-Ca·Na型向北部转化为SO4·HCO3-Na·Ca型、SO4-Na·Ca、Cl·SO4-Na型，矿化度由小于1g/L升高至大于 5g/L，阳离子由Ca2+、Mg2+→Mg2+、Ca2+，Na+→Ca2+、Na+，阴离子由 HCO3→HCO3·SO4→SO4·HCO3→SO4→SO4·Cl→Cl·SO4，总体特征具有一定的水化学分带性特点。

1.2 承压水水化学类型

受多种因素的影响，在平原区地下水径流区，水质较差，地下水在从补给区至排泄区的渗流过程中多次发生混合作用，造成潜水和承压水具有相近的空间变化规律，水化学类型由SO4·HCO3-Na·Ca型向北部转化为SO4-Na·Ca型、SO4-Na·Ca、SO4·Cl-Na·Ca型，即水质逐渐变差，矿化度由1～3g/L，局部区域上升至大于5g/L，阳离子由Ca2+、Na+→Na+，阴离子由SO4·Cl→Cl·SO4，总体特征具有一定的水文地球化学分带。地下水水化学表现出明显的水平分带规律。

2 水化学形成

2.1 主要影响因素

2.1.1 包气带含盐量

根据研究区内45组样品分析，可溶盐含量同地下水矿化度之间具有一致性的规律，地下水矿化度受包气带含盐量的影响较为明显。

南部地区为第四系洪积层，透水性能好，受山区暴雨洪流冲刷淋滤作用强，盐分难以聚集，含水介质可溶盐含量总体小于1mg/100g土，地下水矿化度也多小于1g/L。而在洼地汇水中心处可溶盐含量大于50g/100g土，地下水矿化度皆大于1g/L，在洼地汇水中心处地下水矿化度大于5g/L。充分表明：包气带含盐量低，地下水水质较好；包气带含盐量高，地下水水质相对较差。

2.1.2 水文地质结构

研究区内古近系碎屑岩类孔隙裂隙承压水顶板隔水层分布不连续,使潜水和承压水之间存在着较为密切的水力联系。山区河水及暴雨洪流在山前洪积平原入渗，以侧向径流的形式补给区内的潜水和承压水。受多种因素的影响，在洪积平原中下部地下水径流区，水质较差，矿化度为1～3g/L。地下水在从补给区至排泄区的渗流过程中多次发生混合作用，造成潜水和承压水具有相近的空间变化规律，即水质逐渐变差，矿化度由1～3g/L上升至大于5g/L。地下水水化学表现出明显的水平分带规律。

2.1.3 地下水循环条件

地下水循环条件是影响研究区地下水水化学场空间分布特征的另一重要因素，区内地下水补径排对水化学场的形成有着明显的影响，而水动力条件直接影响着地下水的径流。γCl-/γCa2+系数是刻画水动力特点的参数，其值的大小代表着地下水水动力条件的好坏，值越大，表明水动力条件越差。

2.2 水化学场形成的主要作用

2.2.1 溶滤作用

γNa+/γCl-系数称为地下水的成因系数，是表征地下水中Na+离子富集程度的一个水文地球化学参数。根据区内承压水Na+与Cl-毫克当量浓度关系（见图1）可以看出：潜水和承压水水样分析点皆位于1∶1直线以上（γNa+/γCl-＞1），表明详查区地下水非海相成因，其化学成分主要受含岩盐地层溶滤而成。

图1 Na+与Cl-毫克当量浓度关系图

2.2.2 阳离子交替吸附作用

潜水钠吸附比值变化明显，从南部钠吸附比值（SAR）沿地下水流向变化情况（见图2）可以看出补给区向中间排泄区，钠吸附比值增大，水化学类型从南向北由HCO3·SO4-Na型→SO4·HCO3-Na·Ca型→SO4-Na·Ca型→Cl·SO4-Na型。钠吸附比值高的水，在水岩作用过程中引起水中的Na+被吸附到固相颗粒表面上，Ca2+和Mg2+从固体表面解吸出来，水的硬度增加，引起土壤透气性减小，产生板结及盐碱化的规律。

图2 详查区潜水钠吸附比值

2.2.3 混合作用

不同水体间的混合作用对区内地下水水化学场的空间分布产生重要的影响。地下水的补给区，低矿化度的大气降水在垂直向下入渗过程中使得地下水矿化度降低。地下水在径流过程中，由于承压水隔水层不连续，潜水和承压水水化学类型和矿化度趋向一致。

2.2.4 蒸发、浓缩作用

蒸发、浓缩作用在地下水化学成分和矿化度的形成与改造过程中起着重要的作用。地下水的排泄区位于洪积平原的下游，第四系厚度较薄，含水介质颗粒细小，蒸发、浓缩作用十分强烈，形成矿化度大于5g/L的Cl·SO4型水。

3 地下水水化学成因

3.1 潜水水化学的形成

山区为地下水的补给区，水动力条件较好，蒸发量小，受降水溶滤作用影响下山形成矿化度低的HCO3型水，随着地势的降低、第四系厚度的变薄，沿地下水流向，在地下水的滞留、排泄区，由补给区经径流区带来大量离子同顶托补给的承压水带来的离子在此处汇聚、混合，且由于潜水水位埋深浅，蒸发浓缩作用强烈，形成矿化度大于5g/L的Cl·SO4型水。

3.2 承压水水化学的形成

承压水在补给区接受山区基岩裂隙水的侧向径流补给，形成低矿化度的SO4·HCO3型水，而其他区域皆为矿化度1～3g/L的SO4·Cl型水，沿承压水流向，发生溶滤、混合作用，矿化度逐渐增大，水化学类型逐渐变差，呈现由径流区向排泄区的水平分带规律：水化学类型由SO4·Cl型→Cl·SO4型，矿化度由1～3g/L→＞5g/L。

4 地下水矿化度与主要离子浓度相关性分析

通过对样品测试成果分析，潜水和承压水中离子同矿化度变化的趋势一致，Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-和Cl-同矿化度的相关性都较为显著，HCO3-同矿化度的相关性差，主要是由于沿地下水径流方向，水的盐化作用增强。潜水中各离子的变异系数普遍较承压水大，表明潜水的水化学性质在空间上变异性大，受含水层介质、地形地貌、气象等因素的影响较大，承压水受外界因素干扰较小，同时也说明承压水的盐化作用较潜水弱。

5 结束语

新疆幅员辽阔，水资源丰富，但总体来说，水文地质条件较为简单，水化学特征规律明显，通过对巴里坤县三塘湖乡北部一带水化学条件的分析，可知地下水水化学特征从山前至平原一带，矿化度逐渐升高，水化学类型由HCO3·SO4-Na型→SO4·HCO3-Na·Ca型→SO4-Na·Ca型→Cl·SO4-Na型转变，其形成与地形、岩性及其运移过程中的水化学作用有密切关系。