新疆维吾尔自治区矿山水文地质研究

刘 众，徐海涛

（新疆地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队，新疆 乌鲁木齐 830011）

1 矿区周围水文环境分析

新疆维吾尔自治区东南部地区的罗布泊在若羌县境东北部，曾是我国第二大内陆湖，海拔780m左右，面积约2400平方公里～3000平方公里，因地处塔里木盆地东部的古“丝绸之路”要冲而著称于世。古罗布泊诞生于第三纪末、第四纪初，距今已有200万年，面积约2万平方公里以上，在新构造运动影响下，湖盆地自南向北倾斜抬升，分割成几块洼地。现在罗布泊是位于北面最低、最大的一个洼地，曾经是塔里木盆地的积水中心，古代发源于天山、昆仑山和阿尔金山的流域，源源注入罗布洼地形成湖泊。现在的罗布泊已是一片盐漠，是名副其实的“死亡之湖”。

2 自然地理概况

2.1 地形地貌

盆地外貌呈不规则菱形，其北部为库鲁塔格低山丘陵区，东面为北山及阿其克谷地，南部为阿尔金山山前的冲洪积扇和沙丘，西部为冲洪积平原区，地势自东北向西南缓斜，自然坡度小于0.4‰。地表为盐壳、戈壁、雅丹地貌等交错组成独特的地貌，地形总体较平坦。

2.2 气象及水文

气候属典型大陆性干旱气候，年平均气温10.6℃，7月平均气温29.4℃，1月平均气温-8.5℃，年平均降水量常少于20mm，蒸发量2800rnm～3000rnm，年均相对湿度39.2%。风沙活动较频繁。目前，区内除源于阿尔金山的米兰河和红柳沟常年有水外，其它均为季节性河流。

图1 研究区的影像图

3 地质概况

3.1 地层

矿区地表主要为第四系全新统、上更新统、中更新统、下更新统覆盖，地层主要分布有第四系岩性，主要为粉土、粉细砂、石盐、含淤泥粉砂的石膏、含钙芒硝粘土、含粘土钙芒硝、钙芒硝、含石膏钙芒硝及新生界的第三系岩性主要为泥岩、砂岩、砾岩夹薄层石膏等。

3.2 构造

研究区在构造作用影响下形成了明显的断裂构造，欧亚板块与印度板块相互碰撞、挤压，地处青藏高原北侧的塔里木刚性地块东部的罗布泊地区受到近南北向的压力，构造活动非常强烈，主要表现为断裂构造发育，尤其在罗布泊的北部产生了一系列的北东－南西向的正断裂，相对应地形成了一系列的断陷凹地。主要断裂的特征如下：

3.2.1 F1断裂（车尔臣河断裂）

为区域大断裂，又称罗布泊-尖山子北东东向大断裂。位于罗北凹地的南端，控制着罗布泊北部地区与南部的界线，断裂呈直线状延伸，断裂面较陡（倾角80°以上），倾向南东，属压扭性质的逆断层。

3.2.2 F2断裂（坑抵－课帕断裂）

为区域大断裂，是继承性活动断裂，具新生性，走向北东东向，南倾，倾角65°，属左行压扭断层，南盘断裂整体呈上升趋势，横跨第四系，北盘断裂整体呈下降直至阿其克谷地，影响矿区水文地质边界形成。

3.2.3 F3断裂

分布在研究区的北部，控制着罗北凹地的北界，属张性正断层，走向100°，倾向190°，地质构造带出现了连续的坡坎，F3断裂的北部矿石有硅质灰岩。

3.2.4 F4断裂

分布于罗北凹地的西侧，控制罗北凹地与西台地的界线，段裂类型为正断层，倾角100°左右，断裂下降带为东盘，凹地明显，出现台地。

3.2.5 F5断裂

分布于罗北凹地的东侧，控制罗北凹地与东台地的界线，属张性正断层，走向30°，倾向210°左右，其西部下降，形成凹地，东部上升，形成台地。

3.2.6 F6断裂

分布于东台地东侧，是控制东台地与北山的界线，属张扭性正断层，走向北北东，倾向西，倾角较陡。其西盘下降，东盘上升。

4 水文地质条件

矿区内部地质构造复杂，矿物特性多变，深入勘探地下水过程中发现有多种地下水介质，如泥质中细砂、第四系孔隙潜水、石膏质细砂、细砂粉，石盐、含石膏钙芒硝，根据矿区地质构造特征、水文地质条件、地质概况及水动力条件等，压水区，现分述如下：

含水层岩性主要为第四系湖积的粉细砂、泥质中细砂及第三系石膏质砂岩、砂岩，含水层具多层结构，潜水含水层岩性为粉细砂，厚度小于1m，水位埋深1.5m～3.3m，底板为粘土，空间分布不连续。潜水含水层单井涌水量小于10m3/d，渗透系数小于1m/d，富水性相对较差。承压含水层岩性为泥质中细砂、砂岩、石膏质砂岩、泥质砂岩等，单层厚度小于1m，层组厚度15m～20m，隔水层为粘土和泥岩，由于隔水层在水平上分布的不连续，承压水与潜水存在水力联系。承压水单井涌水量21m3/d，单位涌水量2.27m3/d·m，渗透系数为0.17m/d，富水性相对较差，矿化度一般在320g/L～350g/L，水化学类型为Cl—Na型。

图2 矿区水文地质略图

新疆维吾尔自治区东南部地带矿区地下水来源主要为孔雀河、阿尔金山冲击、塔里木河冲击平原地下水补给和大气降雨所形成的凝结水补给，地下水排泄主要表现为蒸发。

受新构造运动的影响，罗北凹地从罗布泊盆地分离，形成一个相对独立的系统，依据含水层介质类型、含水层结构特征、水动力条件等，将凹地地下水类型分为：①单一结构孔隙潜水含水层。②多层结构晶间孔隙潜水及承压水含水层组。

（1）单一结构孔隙潜水含水层。

主要分布在罗北凹地的北端山前2km～3km的范围内，呈条带状分布。主要含水层岩性为第四系上更新统含砾细砂及粉砂，分选性较差，潜水水位埋深一般为1.8m～2.4m，地下水富水性较差，单位涌水量小于15m3/d·m，属中等富水，矿化度160g/L～355g/L，水质差，水化学类型以Cl—Na型、Cl·SO4—Na型为主。

地下水的补给主要接受少量的地表洪流入渗和基岩裂隙水的侧向补给，其排泄主要为侧向流出及地面蒸发。

（2）多层结构晶间孔隙潜水及承压水含水层组。

罗北凹地地下水系统包括罗北凹地、东台地（腾龙）、西台地（新庆），共有七层含水层，即一层潜水和六层承压水。

晶间孔隙潜水基本分布于整个罗北凹地、西台地及东台地的部分地区。含水层岩性多为第四系全新统石盐、钙芒硝、含淤泥的石膏以及第四系中上更新统钙芒硝、含淤泥钙芒硝、含石膏钙芒硝等组成。由于F4、F5断层的存在，造成东西台地与凹地形成两个不同的地下水系统，其富水性差异较大。

罗北凹地位于东西台地之间，受F4断层、F5断层控制，含水层岩性多为第四系全新统石盐、钙芒硝、含淤泥石膏以及上更新统钙芒硝、含淤泥石膏等组成。含水层厚度分布不匀，北部和南部含水层埋深在4m～12m，局部达到46.59m；中部18m～35m。潜水位埋深为1.1m～1.9m，局部可达1.9m～2.27m，凹地中部偏南为区内的相对汇水中心。含水层钙芒硝层盐溶孔隙发育，孔隙率为25%～35%，且联通性好，从而使含水层富水性强，因此，区内含水层的厚度决定了含水层的富水程度，其中在罗北凹地中部和东北部含水层富水性最强，单位涌水量一般大于5000m3/d·m，其余大部分地区单位涌水量为1000m3/d·m～5000m3/d·m，只有在中西部及北部少数地区单位涌水量小于100m3/d·m，参透系数为27.5m/d～2122.9m/d。在北部、西部和东部矿化度为314g/L～344g/L，水化学类型为Cl—Na型、Cl—Na·Mg型，在南部矿化度为331g/L～347g/L，水化学类型为Cl—Na·Mg型。

浅层晶间承压水含水层组包括三层承压水，在区内基本上都有分布，含水层岩性主要为第四系上更新统钙芒硝、含石膏钙芒硝，中间夹有1.5m～5.0m的薄层状含钙芒硝的粘土层。含水层厚度为8.4m～67.5m，厚度较厚的主要分布在靠近东台地的一侧，厚度大于40m，而靠近西台地附近的厚度较薄。承压水水头埋深为1.62m～1.81m。在罗北凹地北部含水层富水性最强，单位涌水量一般大于100m3/d·m，在南部和西南部单位涌水量为10m3/d·m～100 m3/d·m。含水层的渗透系数为0.028m/d～73.45m/d。在北部、西部和东部矿化度为341g/L～384g/L，水化学类型为Cl·SO4—Na·Mg型、Cl—Na·Mg型，在中部、南部矿化度为350g/L，水化学类型为Cl·SO4—Na·Mg型。

中深层晶间承压含水层组包括三层承压水，在大部分区域有分布（除东北部外），含水层为多层薄层状，岩性主要为第四系上更新统钙芒硝、含粘土钙芒硝，厚度为14.3m～20.7m，由北向南逐渐变薄。地下水位埋深0.26m～1.5m，水位由北向南逐渐变浅。单位涌水量为3.86m3/d·m～96.56m3/d·m，富水性为中等至强富水。矿化度为357g/L～383g/L，水化学类型为Cl·SO4—Na·Mg型、Cl—Na·Mg型。

地下水的补给主要来源包括大气凝结水，北部库鲁塔格基岩裂隙水的侧向补给及少量洪流的入渗补给，西部为西台地的地下径流侧向补给，东部为东台地的地下径流侧向补给，南部受构造及地层岩性的影响，只有少量的来自湖盆的地下水侧向补给，区内地下水的排泄方式主要为地面蒸发及人工开采。

西台地位于罗北凹地的西侧，比凹地高10m～15m，区内揭露了一层潜水及一层承压水。含水层岩性为钙芒硝，潜水含水层厚度4.1m～10.8m，水位埋深1.1m～8.7m，单位涌水量21m3/d·m～86m3/d·m，富水性中等。晶间承压水含水层厚度约4.3m，水位埋深0.9m～9.4m，单位涌水量110m3/d·m～145m3/d·m，富水性强。地下水的补给主要为北部库鲁塔格基岩裂隙水的侧向补给，西北部为孔雀河-龙城地下水侧向补给，西南部受地层岩性的影响，无地下水补给，南部有少量的来自湖盆的地下水侧向补给，区内地下水的排泄方式主要为地面蒸发及以地下径流方式流出。

东台地位于罗北凹地的东侧，比凹地高10m～15m，区内揭露了一层潜水及三层承压水，但分布不均匀。由于受F1断层的影响，断层以北为潜水承压水区，以南为承压水区。含水层岩性为钙芒硝，潜水含水层厚度5.7m～6.8m，水位埋深2m～9.5m，单位涌水量0.22m3/d·m～22m3/d·m，富水性弱至中等。晶间承压水含水层厚度约30m，水位埋深11.2m～18.3m，单位涌水量25m3/d·m～356m3/d·m，富水性中等至强。地下水的补给主要为北部库鲁塔格基岩裂隙水的侧向补给，东部为北山基岩裂隙水的侧向补给，南部有少量的来自湖盆的地下水侧向补给，区内地下水的排泄方式主要为地面蒸发及以地下径流方式流出。

5 矿产资源在开发过程中可能产生的问题

在前人工作的基础上，1995年至2000年间对研究区进行了大规模的调查和研究工作，揭示了地层及地下水中含有丰富的资源，特别是在罗北凹地，其在平面图上象一个倒置的“葫芦”，在近南北剖面上呈一个“北深南浅”的箕状盆地，这种构造特征造成补给的湖水“只进不出”，它就成为封闭性极好的成钾盆地，资源量达2.5亿吨。

随着资源的开发，可能会产生一些需要解决的问题：

（1）地下水动力及地下水化学平衡的变化。2005年，20万吨试验厂采卤区的地下水位下降了1m，随着2008年12月18日罗钾120万吨钾肥项目投产，同时，180万吨钾肥项目开工建设，大规模的开采地下水必然会引起地下水位的下降，原有的地下水动力平衡及水化学平衡被打破，其径流条件、补给条件及水化学如何变化？对地下水的长期开采是否会有影响？

（2）钙芒硝含水层结构，尤其大规模开采地下水的条件下，含水层内水一盐平衡状态被打破，可能引起析盐或溶蚀等成岩作用的变化。地下水水力坡度的增大，径流速度的加快，补给条件的改变，可能会使溶蚀作用加强，地下溶洞溶穴裂隙等地质现象的增加是否会产生其它的不良地质现象？

（3）罗钾120万吨钾肥生产卤水约10200万吨，年输入水量约1200万m3，钾肥生产过程中最主要的环节就是卤水在盐田中蒸发，年蒸发约8000万m3。如此大的蒸发量是否会影响空气的相对湿度？空气湿度的增加会增加凝结水的凝结量，从而会对当地的工程产生不利的影响，如盐胀、冻胀等。

（4）自然环境的变化对研究区地下水的影响。2000年开始实施的塔里木河应急输水工程及2001年1月中旬新疆区政府正式决定引水注入罗布泊作为西部开发的项目，随着这些项目的逐步实施，研究区的气候将会受到影响，将会增加地下水的补给，引起地下水的循环系统的变化，而这些变化反过来是否会对矿产资源的形成及开采产生影响呢？