許雷濤，何劍波

(1.新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091；2.甘肅省地局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000)

新疆準(zhǔn)東能源基地地下水賦存條件與影響因素分析

許雷濤1，何劍波2

(1.新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091；2.甘肅省地局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000)

[摘要]地下水資源是能源基地規(guī)劃建設(shè)的重要保障。為了合理地開(kāi)發(fā)地下水資源，依據(jù)大量的勘探鉆孔和抽水試驗(yàn)資料，分析了區(qū)域和準(zhǔn)東能源基地地下水資源的賦存條件。研究結(jié)果表明：地下水的賦存在山區(qū)主要以基巖裂隙含水層為主，而在平原區(qū)主要以松散孔隙含水層為主；此外，研究區(qū)地下水的賦存和富集主要受地質(zhì)構(gòu)造、地貌、巖性以及氣象等條件的影響。通過(guò)對(duì)準(zhǔn)東能源基地的地下水賦存條件以及影響因素的研究，為后期圈定地下水資源的有利開(kāi)采地段和指導(dǎo)地下水資源的開(kāi)發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]地下水資源；賦存條件；影響因素；準(zhǔn)東能源基地

準(zhǔn)東地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，除煤炭資源外，還有石油、石灰石、芒硝、鐵、鈾、金、銅等礦產(chǎn)品50多種。其中，準(zhǔn)東煤田是國(guó)家確定的第十四個(gè)能源基地，同時(shí)也是目前我國(guó)發(fā)現(xiàn)的最大的整裝煤田。該煤田東西長(zhǎng)約220 km，南北平均寬60 km，總面積約1.3萬(wàn) km2，分為五彩灣、大井、將軍廟、西黑山、老君廟五個(gè)礦區(qū)。

充足的水資源是保障該能源基地正常運(yùn)轉(zhuǎn)的首要條件。為了解決準(zhǔn)東能源基地快速發(fā)展對(duì)水資源的需求，該研究區(qū)內(nèi)水源現(xiàn)采用外流域調(diào)水的“引額濟(jì)烏”工程“500”東延供水工程地表水。20世紀(jì)60年代以來(lái)已開(kāi)展了大量水文地質(zhì)勘查研究工作[1-5]。以往的研究工作基本查明了區(qū)域地下水賦存條件和補(bǔ)、徑、排關(guān)系以及局部地段的供水水文地質(zhì)條件，為城鎮(zhèn)、農(nóng)田、牧區(qū)供水提出了開(kāi)采利用的意見(jiàn)。但在奇臺(tái)-阜康北部沙漠區(qū)因當(dāng)時(shí)交通限制無(wú)法通行，其研究成果也多按圖幅來(lái)分析，缺乏系統(tǒng)性；此外，在計(jì)算各河谷潛流量時(shí)無(wú)物探、測(cè)量、鉆探等實(shí)物工作量控制以及對(duì)研究區(qū)內(nèi)的生態(tài)水文地質(zhì)條件研究也較少，難以滿足準(zhǔn)東能源基地規(guī)劃建設(shè)對(duì)水資源資料的需求。因此，本文在以往研究工作的基礎(chǔ)上，依托《重要能源基地水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查》項(xiàng)目，對(duì)準(zhǔn)東能源基地的地下水賦存條件以及影響因素進(jìn)行了研究，為后期圈定地下水資源的有利開(kāi)采地段和指導(dǎo)地下水資源的開(kāi)發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1地下水賦存條件

根據(jù)本次鉆探和野外調(diào)查資料綜合分析可以看出：由于區(qū)內(nèi)南北兩側(cè)為山區(qū)，中部為平原，因此研究區(qū)內(nèi)地下水的分布受到地形地貌、氣象、水文、地層以及地質(zhì)構(gòu)造的影響，具體表現(xiàn)為各種不同地下水類(lèi)型相隨交替而生的規(guī)律性。本文以地形地貌特征對(duì)研究區(qū)內(nèi)地下水資源的賦存條件進(jìn)行分析。

1.1極高山、高山帶地下水賦存條件

該區(qū)域基本被常年冰雪覆蓋，為現(xiàn)代冰川發(fā)育區(qū)。冰川的來(lái)源主要來(lái)源有(1)直接降于冰面的固態(tài)水；(2)山坡積雪，在重力作用下由雪蝕槽向下蠕移，進(jìn)入粒雪盆聚積；(3)雪崩，來(lái)源粒雪盆后壁積雪；(4)山地新雪被盛行的季風(fēng)吹揚(yáng)至粒雪盆中。因此，從而可知冰雪的累積直接來(lái)源于大氣降水。

根據(jù)調(diào)查，研究雪線分布高度在3 400～3 860 m以上，雪線以上為常期積累區(qū)，冰舌后端為弱消融區(qū)，前端為強(qiáng)消融區(qū)。每年6～8月為冰川積累和消融最旺盛時(shí)期，也是固態(tài)水轉(zhuǎn)化為液態(tài)水最多時(shí)期，其余時(shí)間為純積累期，消融微弱。這些豐富的冰雪融水，部分可直接下滲補(bǔ)給地下水。融凍隨季節(jié)周而復(fù)始變化，在夏季消融時(shí)，固態(tài)水大量轉(zhuǎn)化為液態(tài)水，融化深度約1～1.5 m。此外，由于以凍脹為主的物理風(fēng)化作用加劇了裂隙發(fā)育程度，從而為地下水資源的貯存創(chuàng)造了良好條件，形成了以構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙相結(jié)合的凍結(jié)層含水層。

1.2中山帶地下水賦存條件

該區(qū)域流水切割地形顯著，降水豐富，空氣相對(duì)濕度高，植被發(fā)育，有利于降水的涵蓄和滲透。其出露地層巖性主要為石炭系火山碎屑巖及二疊系海相沉積的砂巖、鈣質(zhì)砂巖等性脆堅(jiān)硬、裂隙發(fā)育的巖石。在張性和張扭性斷裂十分發(fā)育地帶，常常為地下水的富集提供了有利場(chǎng)所，常以泉水徘泄。因此，在中山帶由于大氣降水較豐富，基巖裂隙發(fā)育，巖石導(dǎo)水性強(qiáng)，持水性差，地下水徑流通暢，水循環(huán)強(qiáng)烈，具備賦存地下水的良好條件。

1.3低山丘陵帶地下水賦存條件

該區(qū)域由于地勢(shì)降低，氣候漸向干旱過(guò)渡，年降水量減至300～350 mm，年蒸發(fā)量增至1 500～2 000 mm。其出露地層主要包括二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、新近系及笫四系堆積物等。其中，二疊系砂巖裂隙十分發(fā)育，利于地下水貯存；下三疊系砂巖、礫巖，侏羅系—新近系的砂巖、礫巖、煤層也具有一定的孔隙和裂隙而含水，但上三疊系、侏羅系—新近系砂質(zhì)泥巖、泥巖為相對(duì)隔水巖層。地下水主要賦存于巖石孔隙、裂隙中，含有弱承壓性裂隙孔隙水，但一般水量不大，水交替遲緩，水質(zhì)差。此外，在山間盆地及河床中堆積較厚的砂卵石中賦存豐富的地下水。因此，在低山丘陵帶由于氣候較干燥，主要是以河水補(bǔ)給地下水，只有在豐水季節(jié)才有大氣降水滲入補(bǔ)給。

1.4山前戈壁礫石帶地下水賦存條件

該區(qū)域冬季寒冷，夏季干旱炎熱，平均年降水量200～250 mm，蒸發(fā)量高達(dá)2 000～2 300 mm，只有大雨洪流及春季冰雪融化水，對(duì)地下水才有一定的補(bǔ)給意義。但是該帶河床、渠系分布縱橫，造成優(yōu)越的補(bǔ)給面積，故滲漏補(bǔ)給是地下水豐富的來(lái)源。由于山前戈壁礫石帶，在第四紀(jì)以來(lái)長(zhǎng)期處于沉降階段，堆積巨厚冰水相及沖洪相松散物，呈扇形展布，其后緣為礫卵石粗粒相，前緣為中粒相的砂礫石。礫間孔隙十分發(fā)育，是賦存地下水的良好場(chǎng)所，在優(yōu)越的滲漏補(bǔ)給條件下，此帶成為具有豐富孔隙潛水的地區(qū)。

1.5細(xì)土平原帶地下水賦存條件

該區(qū)域地形平坦，由南向北微傾。氣候干旱，年平均降水量約150 mm，年蒸發(fā)量達(dá)2 800～3 000 mm，大氣降水基本上對(duì)地下水無(wú)補(bǔ)給意義，上游側(cè)向徑流為主要的補(bǔ)給來(lái)源。該帶地層由巨厚多層結(jié)構(gòu)的第四系松散沉積物組成，洪積扇前緣至沙漠邊緣一帶構(gòu)成廣泛的承壓自流水斜地，賦存有豐富的孔隙潛水及承壓水。

1.6沙漠帶地下水賦存條件

該區(qū)域多為半固定性沙壟、沙丘鏈，形體較為高大，氣候干旱，年平均降水量小于50 mm，年蒸發(fā)量達(dá)3 000 mm，大氣降水基本上對(duì)地下水無(wú)補(bǔ)給意義，上游側(cè)向徑流為主要的補(bǔ)給來(lái)源，其次為凝結(jié)水。該帶地層由巨厚的第四系松散沉積物組成，巖性以砂為主。沙漠南部夾多層粉質(zhì)黏土、粘土層，賦存有承壓水；北部為單一砂層，以潛水為主。

2地下水賦存的主要影響因素

2.1地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水賦存的影響

地質(zhì)構(gòu)造對(duì)地下水資源賦存的影響主要表現(xiàn)為地質(zhì)構(gòu)造控制了地層的空間分布、埋藏深度和空隙度，并導(dǎo)致巖層裂隙發(fā)育程度、深度和含水層富水性的差異性較為顯著。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的褶皺和斷裂，特別是與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)的活斷裂和開(kāi)敞性節(jié)理裂隙，給地下水的貯存與運(yùn)移創(chuàng)造了有利的空間條件[6]。本文主要從褶皺、斷裂以及山區(qū)與平原區(qū)接觸關(guān)系等三方面對(duì)地下水賦存的影響進(jìn)行分析。

2.1.1褶皺對(duì)地下水賦存的影響

在研究區(qū)北部山區(qū)，褶皺的控水作用主要表現(xiàn)在中新生界碎屑巖含水巖組，以下兩種情況最為突出：(1)向斜富水形成自流盆地。由于調(diào)查區(qū)北部山區(qū)第四系厚度不大，地形在很大程度上反映了內(nèi)部構(gòu)造，在較大向斜軸部常常是一些洼地。如卡拉麥里山南的洼地，在白堊系—新近系的碎屑巖中均賦存有自流水。(2)背斜軸部及傾沒(méi)端富水，由于背斜軸部縱張裂隙發(fā)育而富水，其上部隔水層被侵蝕后形成上升泉。

在研究區(qū)南部山區(qū)褶皺發(fā)育良好，背斜、向斜構(gòu)造形跡常見(jiàn)。褶皺兩翼傾角很陡。因此，平行軸面常形成發(fā)育較好的張裂隙。向斜構(gòu)造形成的層間承壓水結(jié)構(gòu)，常被構(gòu)造斷裂所破壞，泉水以下降泉形式于平行向斜軸面的張裂隙中涌出。

圖1　山區(qū)與平原區(qū)斷層接觸

圖2　山區(qū)與平原區(qū)障壁接觸

2.1.2斷裂對(duì)地下水賦存的影響

在研究區(qū)北部山區(qū)主干斷裂多為壓性或壓扭性，派生斷裂多為扭性或張性，共同組成錯(cuò)綜復(fù)雜的導(dǎo)水系統(tǒng)。一般壓性結(jié)構(gòu)面上強(qiáng)烈擠壓錯(cuò)動(dòng)的產(chǎn)物—斷層泥起阻水作用，成為分隔這些系統(tǒng)的界面。當(dāng)斷裂與地下水流向相交時(shí)，向水一側(cè)的破碎巖塊便充水，壅高水位，于地形有利處，地下水沿界面溢出，形成泉流。張性及張扭性斷裂，雖其裂面敞性強(qiáng)，有良好的導(dǎo)水性能，但一般規(guī)模較小，地下水露頭少，流量也不大。

研究區(qū)南部山區(qū)的較大斷裂帶均為擠壓性質(zhì)的逆斷裂，斷層層面南傾，透水性極差，成為區(qū)域性阻水界面。壓性斷裂多上盤(pán)富水，這可能是因?yàn)樯媳P(pán)是主動(dòng)盤(pán)，低序次的裂隙較發(fā)育之故，但與上盤(pán)多向著補(bǔ)給源不無(wú)關(guān)系。壓性結(jié)構(gòu)面阻水，而張性、扭性結(jié)構(gòu)面則程度不同地導(dǎo)水。

2.1.3山區(qū)與平原區(qū)接觸關(guān)系對(duì)地下水賦存的影響

在研究區(qū)南部，山區(qū)與山前第四系的接觸關(guān)系主要是斷層接觸關(guān)系，如圖1所示，壓性斷裂普遍存在于山體與平原接觸帶；而在木壘喀拉戈勒溝以東及奇臺(tái)達(dá)坂河至白楊河之間為障壁接觸關(guān)系，如圖2所示。以上兩種接觸關(guān)系對(duì)山區(qū)地下水向平原運(yùn)移均具有阻滯作用。在接觸帶，地下徑流只有溢出成泉越過(guò)障壁及阻水帶才能進(jìn)入平原。

此外，在研究區(qū)南部山前斷裂的存在導(dǎo)致第四系厚度驟然增大，從而使得地下水水位埋深劇增，形成“跌水”；而研究區(qū)北部的卡拉麥里山山前地帶為瑪納斯地體與烏倫古地體的拼貼處，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得新近系泥巖在山區(qū)與平原區(qū)接觸處逐漸隆起，從而對(duì)山區(qū)地下水向平原區(qū)徑流起到了阻滯作用，使得二者間的水力聯(lián)系微乎其微。

2.2地貌、巖性對(duì)地下水賦存的影響

地形地貌在某種意義上是地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性的反映，同時(shí)它又影響地區(qū)的氣象因素，所以巖層的含水類(lèi)型、富水性以及地下水的活動(dòng)都與一定的地貌相適應(yīng)，表現(xiàn)其特有的組合。

在研究區(qū)的中山區(qū)，構(gòu)造復(fù)雜，巖石破碎，雨量充沛，無(wú)論是基巖裂隙水或是河谷孔隙潛水均較豐富。低山丘陵區(qū)，新構(gòu)造活動(dòng)減弱，裂隙多被填充，雨量稀少，地表徑流少，地下水也較貧乏。只在封閉或半封閉的洼地中貯存的古風(fēng)化殼裂隙水及殘積—洪積層潛水尚較豐富，但分布零星。在平原區(qū)松散巖類(lèi)的分選程度及含泥質(zhì)多少，對(duì)富水性和含水的均勻性有顯著影響。

2.3氣象條件對(duì)對(duì)地下水賦存的影響

山區(qū)構(gòu)造裂隙含水層的富水性，自高山分水嶺至低山丘陵，逐級(jí)減?。挥晌鞑康綎|部亦有明顯減小趨勢(shì)。富水性的差異并非由各地段基巖裂隙發(fā)育程度不一造成。裂隙的發(fā)育程度、地貌與地質(zhì)構(gòu)造等，是區(qū)域地下水形成條件的內(nèi)在因素，這些因素與外界條件，尤其是氣象條件相結(jié)合，才最終決定裂隙水的富水程度。從降水的垂直變化量分析，地勢(shì)高低的不同，致使降水量的分配有不同程度的區(qū)別。

3結(jié)語(yǔ)

新疆準(zhǔn)東能源基地的含水層結(jié)構(gòu)具有內(nèi)陸干旱盆地的一般規(guī)律，在山區(qū)主要以裂隙含水層為主，而在平原區(qū)主要以孔隙含水層為主。其中，由于巖性差別、裂隙成因、性質(zhì)及所經(jīng)歷的變動(dòng)不同，基巖裂隙水主要呈層狀、脈狀和塊狀分布。

受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的褶皺和斷裂，特別是與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)的活斷裂和開(kāi)敞性節(jié)理裂隙，給地下水的貯存與運(yùn)移創(chuàng)造了有利的空間條件。從而為為后期圈定地下水資源的有利開(kāi)采地段和指導(dǎo)地下水資源的開(kāi)發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]新疆地質(zhì)局水文地質(zhì)大隊(duì).準(zhǔn)噶爾盆地東南緣區(qū)域性地質(zhì)—水文地質(zhì)綜合測(cè)量初步報(bào)告.1964.

[2]新疆地質(zhì)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì).木壘-吉木薩爾地區(qū)1:20萬(wàn)水文地質(zhì)普查報(bào)告.1979.

[3]新疆地質(zhì)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì).三臺(tái)-九運(yùn)街地區(qū)1:20萬(wàn)區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告.1980.

[4]新疆地礦局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì).新疆木壘縣西吉爾-大石頭鄉(xiāng)地區(qū)農(nóng)牧業(yè)供水水文地質(zhì)勘查報(bào)告.1996.

[5]新疆地質(zhì)調(diào)查院.新疆準(zhǔn)噶爾盆地地下水資源及其環(huán)境問(wèn)題調(diào)查評(píng)價(jià).2006.

[6]黨學(xué)亞, 張茂省. 陜北能源化工基地巖溶水賦存條件及其影響因素[J]. 地質(zhì)通報(bào).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

[基金項(xiàng)目]中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(1212011089003)

[作者簡(jiǎn)介]許雷濤(1988-)，男，陜西咸陽(yáng)人，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的工作。

[中圖分類(lèi)號(hào)]P641.12

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)03-0015-03