准噶尔盆地古尔班通古特沙漠地区水文地质特征及对石油开发的建议

王才川　张革新　周晓萌

摘 要：古尔班通古特沙漠地下水类型包括松散岩类孔隙潜水和碎屑岩类孔隙裂隙承压水，其潜水资源富水性极弱，不具开发条件;承压水厚度较大，分布范围广，补给量比较稳定，具有一定的开发潜力;承压含水层总厚度较稳定，由北向南、由西向东逐渐变薄;渗透系数较低，整体由北向南、由西向东逐渐变大;富水性整体中等;径流速度小，运移迟缓，地下水水质较差，整体由东向西、由南向北逐渐变大。承压含水层从根本上解决了区内石油开发的用水问题，起着至关重要的作用，在地下水开发的同时，必须重视地下水资源的安全问题。

关键词：古尔班通古特沙漠;水文地质;油田

中图分类号：X171文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）26-0074-03

1 古尔班通古特沙漠概况

古尔班通古特沙漠位于新疆准噶尔盆地中央，玛纳斯河以东及乌伦古河以南，是中国第二大沙漠，同时也是中国面积最大的固定、半固定沙漠。古尔班通古特沙漠面积有大约4.88×104km2，海拔300～600m。沙漠内部绝大部分为固定和半固定沙丘，固定沙丘上植被覆盖度40%～50%，半固定沙丘达15%～25%。

古尔班通古特沙漠蕴藏着丰富的煤炭、石油、天然气等矿产资源，区内分布有陆梁、石西、石南、莫北、沙南、克拉美丽等油气田，至今区内石油、天然气的开发建设已具有一定的规模，随之而来的对水资源的依赖程度也逐渐变大。通过对沙漠地区地质特征进行分析，揭示沙漠地区的水文地质结构和基本特征，对区内石油开发及合理利用区内地下水水资源具有重要的意义。

2 地质构造背景

古尔班通古特沙漠在大地构造上属于准噶尔地块的中央准噶尔中-新代坳陷，以克拉玛依-白碱滩-乌尔禾断裂为西界，南部以基底隐伏断裂与乌鲁木齐山前坳陷为邻，呈向南缓倾的斜坡。形成于二叠纪末，接受第三纪、第四纪的全部沉积，第三纪末的新构造运动使基底由北向南倾斜，沉积中心移向南缘。拗陷幅度为1 000～2 000m，由北向南，拗陷越来越深。沉积地层全且厚度大，下第三系、白堊系、侏罗系、三叠系、二叠系和石炭系等地层均存在，沉积最厚可达15 000m。

区内第三系地层广泛分布，岩性主要以泥岩、砂岩等互层，沉积厚度较稳定，据钻孔揭示，厚度达300～500m，为陆相碎屑湖、河沉积物;地表为第四系风沙层覆盖。

3 水文地质条件

3.1 地下水类别与含水岩组划分

古尔班通古特沙漠地下水类型包括松散岩类孔隙潜水和碎屑岩类孔隙裂隙承压水两类。

松散岩类孔隙潜水主要分布在古尔班通古特沙漠边缘地区与布克河、乌伦古河等河流的交界部位，含水层结构单一，分布极不均匀，具有单一结构孔隙含水层的性质，其富水性极弱。

双层或多层结构碎屑岩类孔隙裂隙承压水，遍布整个沙漠地区，承压水含水层岩性为第三系粉砂岩、细砂岩和砾岩与泥岩组成双层或多层结构，地下水埋深48.3～283m，彩南地区埋深最大271～283m;含水层总厚度较稳定74.2～141m;渗透系数0.096～0.926m/d;富水性整体中等偏较弱，单井（钻井口径33cm，降深5m）涌水量为43～399m3/d。

3.2 地下水化学特征

潜水地下水位埋藏浅，分布不一，径流条件差，地下水运移缓慢，地面蒸发及植物蒸腾作用强烈，水质较差，地下水类型较复杂。

碎屑岩类孔隙裂隙承压水水化学类型主要为Cl-CaMg、Cl-Na、Cl·SO4-Na型水，矿化度0.699～5.48g/L，整体水质较差。

3.3 补、径、排条件

3.3.1 补给。潜水主要接受河渠补给和大气降水补给，其中在沙漠边缘地区的潜水补给途径主要为平原区的河渠入渗补给。在洪水季节，河流主要以垂直渗漏及侧渗方式补给地下水。在平、枯水季节，主要以河床垂直渗漏的方式补给地下水，其补给量随地表径流量的季节变化而改变。沙漠腹地的潜水则主要接受大气降水、浅层承压水越流补给，大气降水对地下水补给能力较弱，但集中降雨对地下水也具一定的补给作用。承压水的补给途径主要是盆地周围河流的入渗补给和上游地下水的侧向径流补给。

根据前人的研究可知[1]，沙漠地区主要接受东部阜康-奇台东部亚系统，南部乌鲁木齐河-三屯河亚系统、呼图壁河-纳斯河亚系统及北部和布克赛尔河亚系统等的补给，侧向补给量为27 429.94×104m3/a，补给量比较稳定[2]。

3.3.2 径流与排泄。沙漠地区地下水整体由东向西径流（见图1），最终汇向玛纳斯湖，地下水的水力坡度较小，径流速度小，运移迟缓。

地下水排泄主要以侧向径流、人工开采、蒸发蒸腾等方式排泄。潜水一部分以地下侧向径流方式排泄于区外，另有一部分则以蒸发、植物蒸腾及人工开采等形式进行垂向排泄;承压水主要以侧向径流、人工开采等进行排泄，浅层承压水因隔水顶板不稳定，也有少部分以越流方式向潜水含水层排泄[3]。

4 水文地质特征

古尔班通古特沙漠地区水文地质工作程度较低，其潜水资源富水性虽极弱，不具开发条件，第三系孔隙裂隙承压水厚度较大，含水层岩性为第三系粉砂岩、细砂岩和砾岩与泥岩组成双层或多层结构，分布范围广，补给量比较稳定具有一定的开发潜力，区内水文地质条件具有以下几个特征。

含水层总厚度较稳定，由北向南、由西向东逐渐变薄，西北部陆梁地区含水层总厚度可达122～141m，往南石南、石西地区总厚度为83.95～121m，而到了莫北地区的含水层厚度为81.8～100m，东部地区的滴水泉、彩南地区含水层总厚度为74.2～102m[4]。

渗透系数较低，均小于1m/d，整体由北向南、由西向东逐渐变大，西北部陆梁地区渗透系数为0.261～0.352m/d，石南地区渗透系数较小为0.146～0.165m/d，往南石西地区渗透系数为0.591～0.662 4m/d，而到了莫北地区的渗透系数达到为0.727 6～0.926m/d，而东部地区的滴水泉、彩南地区渗透系数则低至0.096～0.387m/d[5]。

富水性整体中等，陆梁地区的涌水量为209～316m3/d，石南地区涌水量较小，为103～114m3/d，石西地区的涌水量为231～399m3/d，莫北地区涌水量较稳定，为368～380m3/d，东部地区滴水泉地区涌水量较不稳定，为43～289m3/d，彩南地区的涌水量为100～143m3/d。

径流速度小，运移迟缓，地下水水质较差，整体由东向西、由南向北逐渐变大，东部彩南地区矿化度为0.699～2.035g/L，滴水泉地区为1.28～2.84g/L，西部莫北地区矿化度为1.635～2.139g/L，石西地区矿化度为1.476～3.398g/L，石南、陆梁地区达4.183～5.482g/L[6]。

5 对石油开发的意义

通过分析古尔班通古特沙漠地区存在较稳定的第三系含水岩组，其富水性中等-较弱，存在一定的开发潜力。目前，石油注水开发所用的水源主要来自两方面：第一是地下水开采，第二是经净化处理达标后的采出水（油层水）。第三系含水层对区内油气开采起着至关重要的作用，从根本上解决了油气开发的用水问题[7]。

6 建议

随着区内石油开发程度的深入，对地下水资源的依赖程度也将越来越高，在地下水开采的同时，同样必须重视地下水资源的安全问题，现针对这些问题提出几点建议。

①节约用水，从根源上控制对地下水的利用，提高采出水的利用率和各油田的合理调配，达到循环利用的效果。

②沙漠地区储油地层较深，其埋深一般大于1 000m，采油工程钻井会穿过含水地层，钻井工艺中对含水层结构的破坏，主要表现在钻井过程中对含水层的扰动破坏，必须做好防渗处理，实施固井工艺分隔地下水各含水层，防止油层和含水层、各含水层之间的贯通。

③古尔班通古特沙漠地区水文地质工作程度较低，其潜水资源富水性虽极弱，基本为透水不含水层，但沙漠表层包气带的水分特征对区内生态环境的稳定起着至关重要的作用[8]。勘探过程中严格按照要求施工，尽量减少表层土壤的扰动，严格控制排污，泥浆池做好防渗处理，及时处理钻井泥浆及岩屑等，生产过程中及时处理落地原油等污染物。

④目前，沙漠地区水文地质工作程度低，建议对古尔班通古特沙漠整体或局部地区进行专门的水文地质调查工作，系统查清区内水文地质情况，并开展地下水监测长效机制，可为以后地下水合理开发利用提供依据。

参考文献：

[1]谌天德，门国发，王文科，等.新疆准噶尔盆地地下水资源及其环境问题调查评价[R].新疆维吾尔自治区地质调查院，2006.

[2]刘平，马慧荣，安海堂，等.新疆准噶尔盆地西南缘地区找淡水工作经验[J].西部探矿工程，2010（11）：155-156.

[3]金爱民，楼章华，朱蓉，等.准噶尔盆地西北缘地下水化学分布特征[J].天然气工业，2006（11）：14-17.

[4]钱亦兵，吴兆宁，张立运，等.古尔班通古特沙漠植被与环境的关系[J].生态学报，2007（7）：2802-2811.

[5]翟翠霞，马健，李彦.古尔班通古特沙漠风沙土土壤蒸发特征[J].干旱区地理（汉文版），2007（6）：805-811.

[6]刘斌，陈旭光，程强，等.准噶尔盆地天山北麓水文地质条件变化特征[J].新疆地质，2011（1）：90-94.

[7]曾晓玲，刘彤，张卫宾，等.古尔班通古特沙漠西部地下水位和水质变化对植被的影响[J].生态学报，2012（5）：1490-1501.

[8]王雪芹，蒋进，雷加强，等.古尔班通古特沙漠短命植物分布及其沙面稳定意义[J].地理學报，2003（4）：598-605.