趙志江，韓　鵬

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

哈密盆地東部古近-新近系含水層特征分析

趙志江，韓鵬

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

[摘要]在介紹了新疆哈密盆地東部鏡兒泉地區(qū)的自然地理、地質(zhì)條件后，從含水層的賦存和分布規(guī)律、補(bǔ)給逕流排泄條件、地下水動(dòng)態(tài)及水量特征等方面對(duì)古近-新近系含水層的特征進(jìn)行了全面分析。

[關(guān)鍵詞]哈密盆地；古近-新近系；含水層特征

1研究區(qū)概況

1.1自然地理

研究區(qū)位于新疆哈密盆地東部天山南側(cè)、大馬莊山北麓的鏡兒泉地區(qū)，北部邊界為鏡兒泉鋰輝石礦-咸水泉一線，西部邊界為野馬泉北山，南部以野馬泉-寨北山沿線為界，東部則以新甘省界線為界，為一個(gè)相對(duì)封閉的小型盆地，東西長約60 km，南北寬約50 km，面積約3 000 km2，地理坐標(biāo)為東經(jīng)95°15′～96°08′，北緯42°07′～42°35′。距離哈密市約200 km，距離烏魯木齊市約800 km。

研究區(qū)深居亞歐大陸腹地，周邊高山環(huán)繞加之地形閉塞，影響著海洋水汽的入侵。降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、屬于典型大陸干旱氣候，干旱指數(shù)103，是我國最干旱區(qū)域之一，水資源相當(dāng)匱乏。根據(jù)哈密市沁城氣象站氣象資料，區(qū)內(nèi)多年平均降水量為133.4 mm，在研究區(qū)南部白金溝山—馬莊北山一帶的中低山和丘陵區(qū)，降水量相對(duì)較大；降水多集中在5～8月，多呈暴雨形式；多年平均蒸發(fā)量為2 631.2 mm。

由于特殊的地理位置及氣候條件造成區(qū)內(nèi)地表徑流不發(fā)育，無常年性河流，但廣泛發(fā)育時(shí)令性的洪水沖溝，呈枝狀分布，各沖溝相互貫通并向主溝匯集。暴雨洪流多發(fā)生于每年6～8月份，是區(qū)內(nèi)地下水的重要補(bǔ)給來源。

1.2地形地貌

研究區(qū)南部為山區(qū)，主要分布有大馬莊山、馬莊北山、寨北山、白金溝山、白山，自西南向東北展布，綿延起伏約66 km，海拔一般為1 600～1 900 km，最高處為大馬莊山，海拔為2 147.1 m。

中部為山前洪積平原區(qū)，西起鴨子泉，東至紅柳溝，東西向長約70 km，南起南部山前，北至區(qū)內(nèi)北部低山，南北向長約50 km，海拔在1 100～2 000之間，總體地勢(shì)東南高、西北低，地形坡降10‰～25‰。洪積平原區(qū)的西部及北部為丘陵區(qū)，呈條帶狀分布，西部丘陵區(qū)呈南北向展布，長約30 km，北部丘陵區(qū)呈東南-西北向展布，長約48 km，總體地勢(shì)東南高、西北低，海拔一般在1 200～1 600 m之間，相對(duì)高差5～50 m，山頂多呈渾圓狀或平頂狀。

北部為低山區(qū)，呈東西向展布，綿延起伏約65 km，地勢(shì)東南高西北低，海拔一般在1 200～1 600 m之間，相對(duì)高差10～100 m，山頂多呈渾圓狀，垂直于山體多發(fā)于有淺而開闊的溝谷。

2研究區(qū)地質(zhì)條件

研究區(qū)內(nèi)出露有元古界、古生界、中生界、新生界的地層，由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地層分布不連續(xù)，其中古生界和新生界地層分布面積最廣，分別占區(qū)域面積的60%和20%。新生界主要分布在區(qū)域的中部，呈西南-東北向展布，由東南向西北傾斜，地形平坦、開闊；古生界地層主要分布于區(qū)域的東南角和東北角，西北角零星分布，地形構(gòu)造復(fù)雜，海拔相對(duì)較高；中生界和元古界地層出露面積較小，前者零星分布于區(qū)域的西部邊界處，后者則零星出露于區(qū)域的東北角和南部劉家泉一帶，海拔較高。這里僅對(duì)新生界地層進(jìn)行敘述。

區(qū)內(nèi)第四系廣泛分布，以上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)洪積層(Q3-4pl)洪積成因?yàn)橹?，全新統(tǒng)洪積層(Q4pl)和下更新統(tǒng)(Q1)零星分布在紅柳溝及其附近構(gòu)成洪積平原、紅柳溝白金溝山北洼地地貌。區(qū)域內(nèi)第四系地層僅在紅柳溝、鏡兒泉、北坡子泉、鴨子泉等為含水層，但其厚度較薄，富水性差，故為次要含水層，其他區(qū)域幾乎為透水不含水層。

3古新-新近系含水層特征

3.1賦存和分布規(guī)律

區(qū)內(nèi)的碎屑巖類孔隙裂隙水主要分布于山前洪積平原地帶。地下水賦存于古近系、古近-新近系的砂巖、砂礫巖、泥質(zhì)砂巖的孔隙-裂隙之中，含水層厚度3～20 m，由南向北，含水層厚度呈中間厚、兩邊薄，由東至西，含水層厚度變化大。地下水埋深在南部山前及鏡兒泉水源地附近最大，形成兩個(gè)較大的埋深區(qū)，由地下水水位埋深區(qū)向周邊平原區(qū)擴(kuò)展，水位埋深逐漸變小。

根據(jù)勘探孔的單井出水量，劃分了含水層的富水性級(jí)別。

(1)單井涌水量>200 m3/d區(qū)

分布于鏡兒泉至紅土梁一帶，分布面積73.1 km2。含水層巖性主要為古近-新近系的砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂礫巖，水位埋深20.07～40.36 m，揭露的含水層頂板埋深24.4～35.8 m，含水層厚度27.2～42.4 m，換算涌水量為309.74～488.41 m3/d，滲透系數(shù)2.16～4.56 m/d。

(2)單井涌水量200～50 m3/d區(qū)

主要分布于白金溝山北洼地的洪積平原區(qū)及北坡子泉至野馬泉北山一帶。含水層巖性主要為砂巖、泥質(zhì)砂巖，由南向北，含水層厚度呈中間厚、兩邊薄，厚度18.5～42.97 m，頂板埋深10.6～52.2 m，水位埋深16.48～44.57 m，換算涌水量為61.97～136.18 m3/d，滲透系數(shù)0.38～1.38 m/d。

(3)單井涌水量<50 m3/d區(qū)

廣泛分布于大馬莊山、寨北山、白金溝山北部的山前地帶，含水層下伏于第四系地層之下。含水層巖性主要為砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂礫巖，從南向北，含水層呈不連續(xù)的帶狀分布，頂板埋深56.3～113.2 m，含水層厚度2.5～19.1 m，水位埋深19.58～60.33 m，換算涌水量為0.66～21.8 m3/d，滲透系數(shù)0.01～0.07 m/d。

3.2補(bǔ)給、逕流、排泄條件

古近-新近系地下水的補(bǔ)給項(xiàng)主要有暴雨洪流補(bǔ)給和地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給。山區(qū)降水入滲部分，在完成第一次循環(huán)后，在山區(qū)前緣以泉流的形式排泄，轉(zhuǎn)化為地表徑流最終流出山口，在山前地帶再次下滲地下，形成第二次循環(huán)。地下水的排泄項(xiàng)主要有泉水排泄、人工開采、潛水蒸發(fā)和地下水的側(cè)向流出。

從區(qū)域上看，地下水來源于主要為南部山區(qū)的地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給。降水在山區(qū)形成后進(jìn)入基巖裂隙，后通過側(cè)向徑流進(jìn)入到平原區(qū)古近系、古近-新近系含水層，向下游徑流時(shí)地下水遇基底抬升隆起后，受頂托作用及越流補(bǔ)給，形成泉水及地下水淺埋帶，并形成局部第四系潛水層，排泄以淺埋帶蒸發(fā)、側(cè)向徑流、人工開采為主。

3.2.1補(bǔ)給

區(qū)域上，南部山區(qū)為地下水的主要補(bǔ)給區(qū)，其補(bǔ)給源主要為山區(qū)的大氣降水和冰雪融水，另外，山區(qū)內(nèi)部分泉水向下游徑流過程中再次回滲補(bǔ)給基巖裂隙水。

平原區(qū)地下水的補(bǔ)給來源主要為山區(qū)的側(cè)向徑流補(bǔ)給，暴雨洪流補(bǔ)給量極少。本區(qū)屬極端干旱的內(nèi)陸區(qū)，降雨稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，僅在雨季可形成暫時(shí)性暴雨洪流的入滲補(bǔ)給，補(bǔ)給強(qiáng)度較弱，洪積平原區(qū)地表的第四系地層大都呈透水不含水層產(chǎn)出，僅在低洼處零星分布潛水含水層，富水性相對(duì)較差，下伏的碎屑巖類孔隙裂隙承壓水頂板隔水層分布的不連續(xù)和沉積的不完整，孔隙潛水在局部地段接受碎屑巖類孔隙裂隙水的補(bǔ)給。

3.2.2徑流

山區(qū)地下水徑流途徑短，徑流區(qū)和排泄區(qū)往往很難分開。

平原區(qū)地下水徑流服從于向低洼基準(zhǔn)面匯集的規(guī)律(圖5)。地下水的徑流方向與地形坡度基本一致，從南部山前洪積平原中上部徑流，由東南至西北向的大紅柳溝匯集，中上游以水平運(yùn)動(dòng)為主，水力坡度15‰～25‰，至下游鏡兒泉、北坡子泉、鴨子泉一帶，受低山丘陵隆起的古近-新近系地層阻擋，徑流滯緩，地下水以泉水出露或垂直蒸發(fā)為主，水力坡度5‰～15‰。

3.2.3排泄

山區(qū)地下水以泉水溢出、側(cè)向徑流和溝谷潛流的形式排泄。

平原區(qū)地下水的排泄方式以蒸發(fā)蒸騰、泉水溢出、人工開采為主。在鏡兒泉、北坡子泉、鴨子泉一帶，形成潛水溢出帶，天然條件下該地段以蒸發(fā)蒸騰、泉水溢出為主要排泄方式，現(xiàn)狀條件下，鴨子泉被開挖成3×5 m見方的蓄水池，主要用于G7國道的生產(chǎn)用水，鏡兒泉附近于2008年建成水源地，現(xiàn)狀有水源井14眼，開采的有6眼，主要供給鏡兒泉銅鎳礦的生產(chǎn)、生活用水，據(jù)2013年對(duì)該水源地的監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，年開采量約38.03×104m3/a。

3.3地下水動(dòng)態(tài)特征

補(bǔ)給區(qū)含水層地下水動(dòng)態(tài)主要受氣象水文因素的影響，如位于馬莊北山東南部構(gòu)造剝蝕低山山前地帶，地下水位埋深較淺，平均水位埋深1.06 m(見圖1)。圖中看出有明顯的季節(jié)性變化規(guī)律，在5、6月份由于冰雪融化且對(duì)地下水的補(bǔ)給存在一定滯后，故呈現(xiàn)第一個(gè)低水位期，受地表徑流影響第一個(gè)高水位期出現(xiàn)在7月份；9月份的降水補(bǔ)給作用會(huì)出現(xiàn)第二個(gè)高水位，隨著天氣的轉(zhuǎn)冷，冬季地下水補(bǔ)給條件較差，地下水水位表現(xiàn)為低水位。所以，年內(nèi)的地下水變化規(guī)律表現(xiàn)為徑流型的動(dòng)態(tài)特征。

圖1　民井M03水位埋深動(dòng)態(tài)曲線

根據(jù)圖2中的水位埋深動(dòng)態(tài)曲線變化趨勢(shì)，可看出徑流區(qū)含水層地下水動(dòng)態(tài)變化受自然因素控制。在4、5月份由于冰雪融化對(duì)地下水的補(bǔ)給，呈現(xiàn)一個(gè)高水位期，受強(qiáng)烈蒸發(fā)作用的影響在7月份出現(xiàn)低水位期，8、9月的降雨補(bǔ)給，導(dǎo)致第二個(gè)高水位期，隨著天氣的轉(zhuǎn)冷，山區(qū)降溫降雪，地下水補(bǔ)給來源少，地下水水位下降，年內(nèi)地下水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律表現(xiàn)為自然型的動(dòng)態(tài)特征。

圖2　J17水位埋深動(dòng)態(tài)曲線

3.4水量特征

采用水量均衡法和數(shù)值模型方法進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，評(píng)價(jià)研究區(qū)古近-新近系含水層地下水資源量。

如表1所示，全區(qū)地下水資源總量為595.68×104m3/a，可開采系數(shù)按0.6計(jì)算，則可開采資源量為357.41×104m3/a。

表1　地下水資源量統(tǒng)計(jì)表　104 m3/a

參考文獻(xiàn)

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[收稿日期]2016-03-08

[作者簡介]趙志江(1982-)，男，河南開封人，工程師，主要從事水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查與評(píng)價(jià)工作。

[中圖分類號(hào)]P535

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)03-0041-02