張明江張忠燚(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊　烏魯木齊830091南江水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊　重慶401121)

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對塔克拉瑪干沙漠腹地麻扎塔格山北部和田氣田水源地水文地質(zhì)條件的認(rèn)識

張明江①張忠燚②
(①新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊烏魯木齊830091②南江水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊重慶401121)

摘要和田氣田距離墨玉縣206 km，距離南部綠洲與沙漠邊界156 km，處于塔克拉瑪干沙漠腹地的麻扎塔格山北麓。1998年，探明氣田面積143.45 km2，探明天然氣地質(zhì)儲量616.94×108m3。為了解決氣田進一步勘探開發(fā)生活、生產(chǎn)用水問題，采用地質(zhì)測量、物探、鉆探、抽水試驗、地下水動態(tài)長期監(jiān)測、水質(zhì)測試等方法開展了水源地勘查工作，勘查結(jié)果表明，在麻扎塔格山南部的沙漠區(qū)，存在比較豐富的地下水，含水層厚度在140 m以上，水位降深5 m時的地下水單井出水量達到400~800 m3/d，地下水水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na型或Cl·SO4-Na·Mg型。潛水礦化度3~8 g/L,屬微咸水和半咸水。由于溶解性總固體含量及部分離子含量超標(biāo)，作為生活和鍋爐用水，需要對開采的地下水處理以后方可利用。

關(guān)鍵詞和田氣田水源地水文地質(zhì)條件

1　引言

和田氣田位于塔克拉瑪干大沙漠腹地的瑪扎塔格山東段北側(cè)和南側(cè)地段，目前已探明和田氣田的天然氣儲量巨大，石油天然氣還有待進一步的大規(guī)模開發(fā)。為解決和田河氣田的生產(chǎn)生活用水問題，在麻扎塔格山北部山前第四系分布區(qū)開展了水文地質(zhì)勘查工作?？辈閰^(qū)屬于水文地質(zhì)勘查的空白區(qū)域，沒有任何可供參考利用的水文地質(zhì)成果，需要投入各種勘查手段以基本查明水文地質(zhì)條件，圈定富水地段，對水質(zhì)和地下水允許開采量進行評價。通過水源地勘查工作，對麻扎塔格山北部山前沙漠區(qū)的氣象水文和地質(zhì)、水文地質(zhì)條件有了進一步的認(rèn)識。

2　氣象和水文

勘查區(qū)屬典型的暖溫帶干燥荒漠氣候，降水稀少，蒸發(fā)強烈，四季分明，夏季炎熱，干燥少雨，春季升溫快，秋季降溫快，光照充足，無霜期長，晝夜溫差大。

據(jù)《和田地區(qū)2005年統(tǒng)計年鑒》提供的墨玉縣2004年氣象資料，年平均氣溫為12.9℃，年降水量46.6 mm，年蒸發(fā)量2 239 mm，年平均相對濕度35%，5~7月相對濕度最低，僅30%左右，1、12月份最高，在50%左右，年日照時數(shù)2 891.3 h，無霜期177 d。

勘查區(qū)內(nèi)無河流、湖泊、水庫等地表水系分布，也無渠系。但在距勘查區(qū)東邊界以東約29 km處有和田河自南向北流過。和田河水系發(fā)源于喀喇昆侖山北坡，自南向北流經(jīng)塔克拉瑪干大沙漠最后匯入塔里木河，是塔里木河水系中僅次于葉爾羌河和阿克蘇河的第三大河。

和田河由東、西兩條支流組成，其中，和田河上游的東支玉龍喀什河長504 km，西支喀拉喀什河長808 km，兩支流于拜什拉什蘭干匯合后形成和田河干流，干流深入塔克拉瑪干沙漠腹地，長319 km，河道穿行于沙丘之內(nèi)，平均坡降0.6%，河寬一般在2~3 km，最窄處也有1.5 km。

3　地形和地貌

勘查區(qū)地形起伏，沙丘遍布，沙丘高度在1~15 m之間。地勢總體為南高北低、西高東低，海拔高程1185.3~ 1251.1m，高差達65.8m。

地貌類型按地貌成因劃分為風(fēng)積地貌；按地貌形態(tài)劃分為新月形沙丘鏈、隴崗狀沙壟及壟間洼地。

新月形沙丘鏈：勘查區(qū)內(nèi)廣泛分布。沙丘平面如新月，其迎風(fēng)坡凸出而平緩，坡度一般在10°~40°；背風(fēng)坡凹而陡，坡度在30°~55°。坡面上可見波狀紋理，相對高差5 m左右。沙丘上稀疏生長紅柳。

隴崗狀沙壟：分布于勘查區(qū)西部及西南部。在西北風(fēng)的作用下,形成NW-SE向的縱向隴崗狀沙壟。沙壟長度在5~10 km，寬度在1~3 km，高度在5~ 15 m之間。沙壟表面形狀復(fù)雜，主要由新月形沙丘、沙丘鏈等組成，高低起伏變化較大。

壟間洼地：主要分布在沙壟、沙丘鏈之間，為水滴狀、葫蘆狀或帶狀壟間洼地，寬度一般0.5~3 km，長1~10 km。壟間洼地地形略有起伏，地表由小型沙丘組成，沙丘高度＜1 m。低洼處集中生長紅柳、羅布麻等耐旱、耐鹽堿植物。洼地內(nèi)地下水埋藏較淺，潛水位埋深一般為1~2 m。

4　地層與構(gòu)造

4.1地層

勘查區(qū)出露的地層比較簡單,均為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積物，巖性單一，為灰黃色、黃色的細(xì)砂、粉砂，結(jié)構(gòu)松散。

物探成果表明，勘查區(qū)內(nèi)第四系厚度的變化規(guī)律是:東南部第四系厚度較大，厚330~350 m，最大厚度約350 m；由東南部向中部第四系厚度逐漸減小，厚度由330 m逐漸減小為310 m左右；從中部向西北部，第四系厚度由310 m迅速減小為170 m左右；在北部邊界附近，第四系厚度最小，約160 m。從圖1可看出，勘查區(qū)內(nèi)西北部地段第四系厚度的變化比較劇烈，中部和南部地段第四系厚度的變化相對緩慢。

據(jù)本次施工的鉆探資料，勘查區(qū)0~150 m深度范圍內(nèi)地層巖性以細(xì)砂為主，夾有粉砂。粉砂多以薄層或透鏡體形式存在，厚度0.5~3.5 m，單層最大厚度不超過6 m（圖1）。

4.2構(gòu)造

勘查區(qū)位于塔西南坳陷構(gòu)造帶北部的麥蓋提斜坡，塔西南坳陷構(gòu)造帶往北與塔中隆起交界（圖2）。喜馬拉雅運動時期，塔里木地塊處于相對穩(wěn)定的緩慢上升運動，勘查區(qū)外北部的瑪扎塔格山隆起，瑪扎塔格山以北地段抬升隆起形成了塔中隆起，地形地貌上表現(xiàn)為地形高差變化較大，地表均被規(guī)模較大、連綿起伏的大型沙丘所覆蓋；而瑪扎塔格山以南則接受了長時期的沉降，形成了塔西南坳陷，地形地貌上則表現(xiàn)為地形高差變化相對較小，地表所覆蓋沙丘的高度和規(guī)模相對要小。塔西南坳陷沿瑪扎塔格山山前與山體平行分布，接受并沉積了巨厚的第四系松散沉積物，成為勘查區(qū)地下水賦存的主要場所。

由于瑪扎塔格山的隆起，對區(qū)內(nèi)地下水的徑流起到了阻擋作用，當(dāng)?shù)叵滤赡舷虮睆搅髦连斣裆缴角皶r，由于瑪扎塔格山的阻擋，地下水徑流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)為向東徑流，最后通過瑪扎塔格山東端的構(gòu)造缺口又轉(zhuǎn)為向北徑流。由此可見，瑪扎塔格山對其南北兩側(cè)沙漠區(qū)及勘查區(qū)內(nèi)地下水的徑流方向及演化起到了控制作用。

圖1　勘查區(qū)南北方向地質(zhì)剖面圖

圖2　構(gòu)造單元分區(qū)圖

5　水文地質(zhì)條件

5.1地下水類型和含水層的空間分布

150 m的勘探深度內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)粉質(zhì)粘土、粘土等連續(xù)隔水層分布，因此地下水類型為第四系松散巖類孔隙潛水。

勘查區(qū)內(nèi)潛水含水層主要是由細(xì)砂組成，其次為粉砂，其中細(xì)砂層占到了含水層厚度的90%以上。除西南部地段外，在勘查區(qū)內(nèi)的其它地段，潛水含水層中均有粉砂層分布?？辈閰^(qū)內(nèi)細(xì)砂和粉砂層均呈東西向水平分布，但粉砂層因其單層厚度較小，因此水平方向分布不連續(xù)，多呈薄層或透鏡體狀存在。在勘查區(qū)內(nèi)不同地段，粉砂層的層數(shù)分別為2~7層不等，單層厚度一般0.5~3.5 m，最大可達6 m。

勘查區(qū)內(nèi)潛水含水層的厚度在空間上變化不大，其變化范圍為143.17~146.43 m。在勘查區(qū)北部，潛水含水層的厚度為145.3 m，向南部漸減為143.97 m；在勘查區(qū)西部，含水層的厚度為146.43 m，向東部漸漸減少為143.17 m。由此可見，從北向南，從西向東，潛水含水層的厚度均略微變薄。

5.2地下水埋藏深度的變化規(guī)律

地下水位的埋藏深度均不大，埋藏深度的變化范圍為3.57~6.83 m。在勘查區(qū)北部，地下水水位的埋藏深度為4.7 m，到南部埋藏深度逐漸增大，變?yōu)?.03 m；在勘查區(qū)西部，地下水水位的埋藏深度為3.57 m，到東部漸增大為6.83 m。從北向南、從西向東，地下水水位的埋藏深度都有著從淺變深的變化規(guī)律，只不過是從西向東，埋藏深度的變化幅度更大一些。

5.3含水層富水性的變化規(guī)律

勘查區(qū)含水層滲透系數(shù)2.18~3.98 m/d,富水性都屬中等，但在不同地段上，富水性還存在一定的差異。為了體現(xiàn)區(qū)內(nèi)含水層富水性的相對差異，將含水層的富水性進一步劃分為500~1 000、100~500 m3/d 2個不同的富水性地段。

單井涌水量500~1 000 m3/d的含水層主要分布于勘查區(qū)的西北部、中部和東南部地段?？碧娇譚1孔揭露的潛水的水位埋藏深度4.7 m，含水層厚度約145.3 m，含水層巖性主要為細(xì)砂和粉砂。水位降深11.52 m時的單井涌水量1 229.76 m3/d（換算后為533.75 m3/d），富水性相對較好。滲透系數(shù)2.27 m/d，影響半徑352.31 m；潛水礦化度2.63 g/L，水質(zhì)為微咸水，水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na型水。

單井涌水量100~500 m3/d的含水層主要分布于勘查區(qū)的東北部和西部地段。本次在東北部施工的TC3孔揭露，潛水的水位埋藏深度6.83 m，含水層厚度約143.17 m，含水層巖性主要為細(xì)砂、粉砂。該孔水位降深12.92 m時的單井涌水量1 249.20 m3/d（換算后為483.45 m3/d），富水性相對一般。滲透系數(shù)2.06 m/d，影響半徑374.50 m；潛水礦化度1.62 g/L，水質(zhì)為微咸水，水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na型水。

5.4地下水的補給、徑流、排泄

勘查區(qū)位于和田河沖洪積平原中部麻扎塔格山北側(cè)，和田河沖洪積平原的地下水接受玉龍喀什河與喀拉喀什河入滲補給、渠系滲漏補給、農(nóng)田灌溉入滲補給、農(nóng)田回歸補給。區(qū)域地下水總體流向是自南向北（圖3），地下水徑流至麻扎塔格山受阻，在勘查區(qū)一帶轉(zhuǎn)向東北徑流，最終通過麻扎塔格山東部的缺口轉(zhuǎn)向北徑流。

圖3　地下水循環(huán)條件示意圖

5.4.1地下水的補給條件

勘查區(qū)氣候異常干燥，降雨量極低（墨玉縣2004年降水量46.6 mm），而蒸發(fā)強烈，降水補給量可忽略不計。另外，勘查區(qū)無地表河流穿過，也無湖泊、水庫等其它地表水體和引水渠系等滲漏補給。

如圖4所示，勘查區(qū)位于和田河西面、麻扎塔格山南部，區(qū)域地下水自南向北運動，受麻扎塔格山阻擋改向東北徑流。勘查區(qū)位于和田河流域地下水的徑流帶上，地下水的補給來源主要是南部沙漠平原區(qū)地下水的側(cè)向流入補給。

5.4.2地下水的徑流特征

地下水流向是自西南向東北方向徑流。含水層巖性主要為細(xì)砂、粉砂，透水性相對較差，地下水徑流速度比較緩慢，勘查資料顯示，地下水的水力坡度只有0.48‰~0.65‰（圖4）。

5.4.3地下水的排泄條件

地下水的排泄方式主要是側(cè)向流出,其次是蒸發(fā)蒸騰。

側(cè)向流出排泄:地下水以向東北方向的側(cè)向徑流排泄為主。

圖4　2008年3月潛水等水位線圖

蒸發(fā)蒸騰排泄：勘查區(qū)地處沙漠腹地，氣候異常干燥，蒸發(fā)強烈。區(qū)內(nèi)沙丘遍布，壟間洼地分布面積較小，壟間洼地內(nèi)地下水位埋藏深度較淺，約1.3~2.5 m，因此，壟間洼地內(nèi)潛水會通過蒸發(fā)產(chǎn)生排泄。壟間洼地內(nèi)生長有紅柳、羅布麻、駱駝刺等植物，植被會通過蒸騰作用產(chǎn)生排泄。

5.5地下水動態(tài)特征

地下水動態(tài)類型主要以逕流蒸發(fā)型為主。從各觀測點的地下水位動態(tài)觀測資料可以看出，除G1孔以外,其它各孔地下水位的動態(tài)變化較小，在一個枯水季節(jié)里地下水位的平均變化幅度約0.17 m，地下水位的變動總體處于上升趨勢，地下水的補給具有滯后性。勘查區(qū)地下水唯一的補給來源是南部沙漠平原區(qū)地下水的側(cè)向徑流補給，補給源距離遠(yuǎn)，徑流途徑長，徑流緩慢；地下水主要靠蒸發(fā)和植物蒸騰作用進行排泄。因此，地下水動態(tài)主要受逕流和蒸發(fā)作用的影響，但影響不是很大。

5.6地下水水化學(xué)特征

5.6.1地下水水化學(xué)類型的變化規(guī)律

地下水水化學(xué)特征主要受地下水的補給、徑流、排泄條件及地下水化學(xué)成分的控制?？傮w來說，地下水的水化學(xué)特征沒有明顯的水平分帶規(guī)律，垂向上表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。

潛水的水化學(xué)類型主要有Cl·SO4-Na型或Cl· SO4-Na·Mg型水，前者主要分布于勘查區(qū)的北部和中部，為區(qū)內(nèi)主要水化學(xué)類型，后者分布于勘查區(qū)南部及中部的局部地段。

地下水主要靠南部沙漠平原區(qū)地下水的側(cè)向徑流補給，補給源遠(yuǎn)離地表水系和灌區(qū)；含水層為細(xì)砂和粉砂層，透水性相對較差，地下水徑流緩慢而且徑流途徑長，加之勘查區(qū)氣候極度干燥，潛水的埋深普遍＜2 m，這些決定了勘查區(qū)地下水的水化學(xué)作用主要以強烈的蒸發(fā)濃縮礦化作用為主，而離子交替作用很弱。因此，整個勘查區(qū)內(nèi)，無論是水平上還是垂向上，地下水水化學(xué)成分的組合都無什么變化，地下水中的離子主要是Cl-、SO42-、Na+，局部地段含有Mg2+。所以在水平上和垂向上（勘探深度150 m內(nèi)），地下水水化學(xué)類型都為Cl·SO4-Na型或Cl·SO4-Na· Mg型水。

5.6.2地下水溶解性總固體和主要離子含量的變化規(guī)律

根據(jù)溶解性總固體含量，將地下水分為微咸水(溶解性總固體含量1~3 g/L)和半咸水(溶解性總固體含量3~10 g/L)兩類。其中，微咸水主要分布在勘查區(qū)北部，在東南角也有小面積分布，潛水的溶解性總固體含量1.62~3.0 g/L。半咸水主要分布于勘查區(qū)內(nèi)除微咸水以外的其他地段，分布面積較大，潛水的溶解性總固體含量3.03~8.04 g/L。

地下水的水化學(xué)作用主要以強烈的蒸發(fā)濃縮礦化作用為主，在勘查區(qū)內(nèi)不同地段，由于潛水埋藏深度的不同，因而所受的蒸發(fā)濃縮礦化作用也存在差異性，從而導(dǎo)致了地下水的礦化度、水中各主要離子含量和總硬度含量也有所不同。

在勘查區(qū)北部，潛水的埋藏深度普遍為2.0~3.0 m之間，在東南角潛水埋深＞1.6 m，這些地段潛水埋藏相對稍深，潛水的蒸發(fā)濃縮礦化作用相對較弱，因此，潛水的礦化度相對較低，為1.62~3.0 g/L，水質(zhì)為微咸水。同時，地下水中Cl-、SO42-、Na+、Mg2+和總硬度的含量相比較要低一些。Cl-含量911.1~1 276.2 mg/ L，SO42-含量482.2~580.2 mg/L，Na+含量為635.1~ 884.7 mg/L，Mg2+含量為67.6~102.5 mg/L，總硬度的含量408.3~582.5 mg/L。

在勘查區(qū)的其它地段，潛水埋深一般為1.3~ 1.6 m，潛水埋藏相對較淺，蒸發(fā)濃縮礦化作用相對增強，潛水礦化度相對升高，為3.03~8.04 g/L，水質(zhì)為半咸水。地下水中Cl-、SO42-、Na+、Mg2+和總硬度的含量也相應(yīng)升高。其中Cl-含量最高可達3 268.5 mg/L，SO42-含量最高可達1 844.4 mg/L，總硬度含量最高可達2 081.7 mg/L。

（下轉(zhuǎn)18頁）

6　結(jié)論

勘查區(qū)地下水類型為第四系孔隙潛水，含水層巖性主要為全新統(tǒng)沖積的細(xì)砂，其次為粉砂。地下水的補給來源是南部地下水的側(cè)向流入，排泄方式主要是地下水向北側(cè)向流出和地下水的蒸發(fā)，徑流方向為自西南向東北方向流動。150 m深度內(nèi)的含水層厚度143.17~146.43 m，降深5 m時單井出水量475.55~800.2 m3/d，水位埋藏深度3.57~6.83 m，地下水化學(xué)類型有HCO3·Cl-Na·Mg型、Cl·HCO3-Na·Ca型、Cl·SO4-Na型和Cl-Na型，溶解性總固體含量3~8 g/L。地下水動態(tài)類型以逕流蒸發(fā)型為主，在一個枯水季節(jié)里地下水位的平均變化幅度約0.17 m。

水質(zhì)評價結(jié)果為不適宜作為生活飲用水使用，超標(biāo)項為總硬度、硫酸鹽、氯化物、溶解性總固體等。作為鍋爐用水，屬于鍋垢很多、有硬沉淀物、起泡、腐蝕性水。作為生活、生產(chǎn)用水，需要處理達到相應(yīng)飲用和使用標(biāo)準(zhǔn)后方可利用。

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收稿：2015-02-09

DOI:10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2015.02.004