王文祥，王瑞久，李文鵬，殷秀蘭，劉成林

（1.中國地質(zhì)大學(北京)水資源與環(huán)境學院，北京 100083；2.中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，北京 100087；3.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北保定 071051；4.中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037）

塔里木盆地諸多大河流最終匯集到羅布泊鹽湖。羅布泊鹽湖具有其獨特性，即在鹽湖沉積演化的較早階段——鈣芒硝階段，出現(xiàn)鉀鹽大規(guī)模聚集成礦，顯然，在鹽湖化學沉積系列上具有明顯的超前性。要研究羅布泊鹽湖的鹽類沉積特征，必須對塔里木盆地周邊河流河水的水化學特征進行調(diào)查研究。解決這一問題，必須先查清塔里木盆地地表水的水化學特征。

李文鵬、郝愛兵曾對塔里木盆地的區(qū)域水化學和同位素進行研究［1］，研究指出:塔里木盆地周邊昆侖山、天山南坡和帕米爾高原發(fā)源的河水及其補給形成的地下水樣點在δD與δ18O關系圖上沿全球降水線分別位于不同的區(qū)域，這是降水形成區(qū)山脈高程效應的反映。劉成林、焦鵬程等通過氫氧穩(wěn)定同位素分析指出［2～3］，羅布泊鹽湖鉀礦區(qū)鹵水主要起源于大氣降水，由塔里木河中下游河水和孔雀河河水蒸發(fā)濃縮作用而成；通過硫同位素分析揭示出羅布泊鹽湖區(qū)硫酸鹽均為陸源成因。劉成林等［2］通過鍶同位素測試結果指出羅布泊地區(qū)水體起源于地表水。

針對塔里木盆地地表水水化學特征研究這一問題，對塔里木盆地的周邊河流取樣并進行同位素和水化學分析，同時也作為對塔里木盆地地下水和地表水溯源研究的補充。

1 研究區(qū)概況

塔里木盆地位于新疆南部，昆侖山與天山之間，東西長1500km，南北寬約600km，面積達53×104km2。它是大型封閉性的山間盆地，也是最大的內(nèi)陸盆地。盆地呈不規(guī)則菱形，除東面有較低的風口外，其余三面均為4000m以上的高山環(huán)繞，盆地內(nèi)部海拔800～1300m。盆地邊緣分布著山前環(huán)狀沖、洪積傾斜平原，盆地的核心是塔克拉瑪干沙漠(又稱塔里木沙漠)，面積達33×104km2。盆地內(nèi)具有代表性河流11條，其中塔里木河是盆地內(nèi)最大的河流，上游的阿克蘇河、和田河、葉爾羌河是其三大源流。根據(jù)《全國巖石地層區(qū)劃》，新疆共劃分出5個地層大區(qū)，本次研究的區(qū)域位于塔里木南疆地層大區(qū)。

塔里木盆地地層出露示意圖如圖1。塔里木盆地中部是塔克拉瑪干沙漠，四周山區(qū)山前主要以第四系沖洪積砂礫、粉砂、泥質(zhì)粉砂為主，山區(qū)則分布有片巖、大理巖、石英巖、灰?guī)r、粉砂巖、泥巖、礫巖、火成巖等。

2 水化學和環(huán)境同位素樣品采集及測試結果

圖1 塔里木盆地地層出露示意圖Fig.1 Tarim Basin stratigraphic outcropping diagram

2011年5月～6月，分別在塔里木盆地的南緣和北緣對塔里木盆地的地表水和地下水進行采樣工作。由于研究區(qū)屬于干旱區(qū)，水資源相對貧乏，所以在野外采樣過程中，見河即取，共取得水化學和同位素數(shù)據(jù)58組，其中地表水56組，地下水2組(8號與53號)。水化學的測試工作由北京測試理化中心承擔，檢驗方法及使用儀器如表1。氫氧同位素的測試工作由中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所承擔，氧同位素的分析采用二氧化碳－水平衡法，分析精密度在0.2‰以內(nèi)，氫同位素分析采用金屬鉻還原法，分析精密度在2‰以內(nèi)。樣品的取樣點位置如圖2，水化學和同位素的測試結果如表2。

圖2 塔里木盆地水系及取樣點分布圖Fig.2 Water System and Sampling Sites in Tarim Basin

表1 水化學檢驗標準及使用儀器Table 1 Water chemistry testing standards and the use of instruments

表2 地表水樣品化學及同位素測試結果Tab.2 Hydrochemical and Isotopic Data of Samples

續(xù)表

3 河水同位素特征分析

根據(jù)取樣地點的不同，將所有樣品按地區(qū)分為3大組，其中，天山南麓河水與地下水樣品16組，塔里木盆地西南部河水樣品16組，昆侖山北坡河水與地下水樣品26組。

3.1 天山南麓地區(qū)

在天山南麓進行了取樣的河流有阿克蘇河、渭干河、塔里木河、陽霞艾肯河、開都河、迪那河以及一些小河流。如圖3為天山南麓河水的δD－δ18O關系圖，從圖中可以看出，大部分樣點基本沿當?shù)卮髿饨邓€分布，說明河水都是由降水補給。部分樣點的位置偏離，位于當?shù)卮髿馑€的右下方，說明可能經(jīng)受了輕微程度的蒸發(fā)。

通常來講，流量大的河流所接受的補給量大，流程較長，源區(qū)高程高，降雨中的δD、δ18O較低；流量小的河流，補給小，流程短，源區(qū)高程低，降雨中的δD、δ18O值較高。

圖3 天山南麓河流δD－δ18O關系圖Fig.3 Relationship between δD and δ18O of South Tianshan Mountain Samples

從圖3可以看出，阿克蘇河流域的樣點11、12、13、14、15的位置集中分布，體現(xiàn)出大陸效應，而9、10兩個樣點則明顯偏離，造成這一現(xiàn)象的原因可能是9、10兩個樣點混合了其他低高程支流的水。樣點的集中，說明匯水區(qū)平均補給高程相近。小河流樣點2、3、4、5，取樣點位置比較靠近，但卻沿當?shù)卮髿馑€分散分布，大陸效應明顯被高程效應掩飾。

3.2 盆地西南部

圖4 盆地西南部河水樣點δD－δ18O關系圖Fig.4 Relationship between δD and δ18O of South-West Tarim Basin Samples

如圖4為塔里木盆地西南部河水樣點的δD－δ18O關系圖，從圖中可以看出，所有樣點位于當?shù)卮髿馑€附近，說明河水都是由降水補給的。在該區(qū)中較大的河流是喀什噶爾河流域，其中樣點20、21、22、25在δD－δ18O關系圖中集中分布，其他樣點包括16、17、18、19、23、24 等分散分布，這些樣點的地理位置比較集中，又明顯表現(xiàn)出高程效應掩飾了大陸效應，說明喀什噶爾河各分叉支流的平均補給高程相差很大。

3.3 昆侖山北坡

如圖5為昆侖山北坡河流的δD－δ18O關系圖，從圖中可以看出，樣點都落在當?shù)卮髿馑€附近，說明是由降水補給。該區(qū)河流中較大的河流是和田河，從圖中可以看出，和田河的樣點70、71、72在圖中的位置較為接近。樣點51、53、54、55是且末以東河流的樣點。和田至且末中昆侖山一帶河流的源區(qū)要低于東側的昆侖山河流的源區(qū)，即且末以東河流的源區(qū)的高程要高于其他河流源區(qū)的高程。同時，且末以東的區(qū)域與和田河流域在水平方向上距離較遠［1］。所以樣點51、53、54、55在圖中位于最左下的位置，其他小河流的樣點位于圖中右上方，這種差異是由同位素的大陸效應和高程效應共同作用的結果。

圖5 昆侖山北坡河流δD－δ18O關系圖Fig.5 Relationship between δD and δ18O of North Kunlun Mountains Samples

根據(jù)圖3、4、5樣點的分布進行比較，昆侖山北坡部分樣點相對當?shù)卮髿馑€的偏離值要大一些，而天山南麓和盆地西南部的樣點相對要小。偏離值的大小反映出水體的蒸發(fā)程度以及氣候干旱條件。并且多數(shù)樣品都落在δD=8δ18O+15一線上，表明是塔里木盆地的當?shù)卮髿馑€，這和柴窩堡盆地［4］、獨山子地區(qū)［5］、吐魯番盆地等已有的地下水樣點分布一樣，與新疆地區(qū)干旱的氣候有關［6］。

4 水文化學分析

Cl－離子普遍存在于地表水和地下水中，是構成溶液的一種主要離子。由于氯化物極易溶解，所以在含水層中不會停留，只有在強蒸發(fā)時才沉積成礦物［7］。地下水中的 Cl－一般認為是一種惰性示蹤劑［8］，屬于保守的成分。研究主要離子與Cl－之間的關系是揭示地下水溶質(zhì)變化過程的重要方法之一［9～10］。

在水循環(huán)過程中影響水化學變化的主要是水巖相互作用。水巖相互作用中的礦物溶解，大體可以分為幾種情況:一類是礦物的風化過程，主要利用土壤中的CO2去溶解［11］，例如，鉀長石風化成高嶺土的反應方程式如下:

另一類是易溶鹽的溶解，因溶解度非常高，遇水便可溶解［12］，還有一類介于以上二者中間，例如石膏、方解石等難溶礦物的溶解，常常只能溶解掉一部分。［11］

下面，以渭干河流域、阿克蘇河流域、喀什噶爾河流域、和田河流域為研究對象，分析各離子之間的變化關系。

4.1 Na－Cl關系圖

圖6為渭干河流域、阿克蘇河流域、喀什噶爾河流域、和田河流域中Na－Cl關系圖，從圖中可以看出，和田河流域(70號樣點除外)、渭干河流域、阿克蘇河流域、喀什噶爾河流域的樣點中，其Na+濃度隨Cl－濃度的增加而增加，由此可推測河水中的Na+主要來自于易溶鹽的溶解。其中渭干河、阿克蘇河、和田河樣點位于斜率為1的蒸發(fā)線上，表明Na+和Cl－主要源自蒸發(fā)礦物。

圖6 各流域中Na－Cl關系圖Fig.6 Relationship between Na and Cl in each Water System

4.2 K－Cl關系圖

如圖7為渭干河流域、阿克蘇河流域、喀什噶爾河流域、和田河流域中K－Cl關系圖，從圖中可以看出，K+濃度幾乎不隨Cl－濃度的變化而變化，Cl－濃度變化范圍大，K+濃度趨于恒定，說明研究區(qū)河水中K+主要來自于礦物的風化過程，因為土壤帶CO2輸入也趨于穩(wěn)定，所以K+濃度亦趨于穩(wěn)定，而Cl－濃度的升高主要由易溶鹽溶解引起，二者不相關。

圖7 各流域中K－Cl關系圖Fig.7 Relationship between K and Cl in each Water System

4.3 Ca－Cl、SO4－Cl和 Ca－SO4關系圖

從圖8a中可以看出，渭干河、阿克蘇河、和田河流域中的Ca2+和濃度不隨Cl濃度的變化而發(fā)生明顯變化，其濃度基本為一穩(wěn)定值，推測這三個流域中Ca2+和并不來源于高溶解度的礦物。如圖8b為各流域的Ca－SO4關系圖，從圖中可以看出，喀什噶爾河流域中Ca2+離子濃度與同步增長，且基本位于1∶1蒸發(fā)線附近，推測該流域中Ca2+和離子主要來源于石膏的溶解。

圖8 各流域中Ca－Cl、SO4－Cl以及Ca－SO4關系圖Fig.8 Relationship among Ca，Cl and SO4 in each Water System

5 結論

(1)通過本次在塔里木盆地河流取樣，多數(shù)樣品都落在δD=8δ18O+15一線上，表明是塔里木盆地的當?shù)卮髿馑€；

(2)渭干河流域、阿克蘇河流域、喀什噶爾河流域、和田河流域中的Na+主要來源于蒸發(fā)礦物石鹽(NaCl)的溶解；

(3)K+主要來自于礦物的風化過程，且K+的溶解受到水中碳酸的限制，K+來源和當?shù)啬笌r有關；

(4)喀什噶爾河流域中Ca2+和主要來自于石膏的溶解，渭干河、阿克蘇河、和田河流域中的Ca2+和不是來源于高溶解度的蒸發(fā)礦物。

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