李平平， 王曉丹， 陳海龍

（1.甘肅省地下水工程及地熱資源重點實驗室，甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000）

地下水是水資源的重要組成部分，接受大氣降水和地表水入滲及含水層等的補給，因此，地下水與地表水之間、地下水與地下水之間有著密切聯(lián)系。關(guān)于地表水與地下水之間相互轉(zhuǎn)換、多含水層之間水力聯(lián)系的研究，一直是國內(nèi)外關(guān)注的主要科學問題［1］，余鐘波等［2］通過放射性同位素222Rn 作為地表水與地下水水力交換過程的天然示蹤劑，分析了河水與地下水水力聯(lián)系過程；張健健等［3］通過水化學特征和δ2H、δ18O 同位素特征，分析研究了甘河流域地下水的水力聯(lián)系及更新能力；陳浩等［4］采用群孔抽水試驗方法，研究了沖洪積平原孔隙含水層之間的水力聯(lián)系；趙寶峰等［5］采用井下防水試驗，確定了白垂系、煤系間、三疊系與寶塔山含水層之間的水力聯(lián)系。

近年來，蘇干湖濕地及周邊環(huán)境的影響備受學者們關(guān)注，如此敏感的蘇干湖濕地也成為了科學界關(guān)注的熱點，研究成果不斷推出［6］。李影等［7］通過用Processing MODFLOW 模型，分析了地下水位下降對濕地天然植被的影響；康滿萍等［8］利用統(tǒng)計學、地統(tǒng)計學和Kriging插值等方法，研究了蘇干湖鹽沼濕地淺層土層全鹽含量與地下水位埋深和植被覆蓋度之間的相互關(guān)系。趙旭東等［9］通過地層與沉積學對比等綜合方法研究了蘇干湖地區(qū)與柴北緣侏羅系原始沉積之間的關(guān)系。然而，涉及奎屯諾爾濕地地下水的研究成果較少，如李雯霞［10］、石國成［11］等分別對柴達木盆地北緣冷湖三、四號構(gòu)造油田水水化學進行了分析，與柴達木盆地西部油田水進行了對比。陳賢春等［12］通過水化學特征，論述了柴達木盆地西北部鈾成礦的水化學條件。蘇干湖濕地與奎屯諾爾濕地均分布于阿爾金山和賽士騰山之間，地形地貌類同，目前蘇干湖濕地環(huán)境的影響是否影響到奎屯諾爾濕地成為很多學者關(guān)注的問題，但涉及蘇干湖濕地與奎屯諾爾濕地之間水力聯(lián)系有關(guān)的研究鮮見報道，鑒于此，本研究采用氫氧同位素、地下水動態(tài)、地球物理勘探及遙感解譯技術(shù)與方法進行研究分析，有助于對蘇干湖濕地與奎屯諾爾濕地之間水力聯(lián)系的認識，為該流域水資源可持續(xù)發(fā)展利用提供理論依據(jù)和科學支撐。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)概況

蘇干湖位于柴達木盆地西北部，是一個獨立的水系，大蘇干湖是蘇干湖水系尾閭，湖水礦化度27～31 g·L-1，大蘇干湖至奎屯諾爾濕地呈東西向廊道式分布，寬度12 km 左右，長約40 km 左右。研究區(qū)北部為阿爾金山南麓，南部為賽什騰山北麓，屬典型的大陸干旱性氣候區(qū)［13］。該區(qū)氣候干燥，降水稀少［14］，平均降水量為20.87 mm，年平均潛在蒸發(fā)量為2191.25 mm，年均氣溫4 ℃［15］，相對濕度為30.82。

研究區(qū)水資源來自于周圍高山冰川積雪及大氣降水，主要分布于北部的阿爾金山、安南壩山，南部的賽什騰山?？傮w上阿爾金山、安南壩山及賽什騰山山區(qū)冰雪融水和降水在山區(qū)以地表水方式匯集到出山口，入滲地下轉(zhuǎn)化為地下水，通過徑流在山前平原區(qū)溢出地表形成蘇干河、綠草河和奇力克河三條泉水河匯集流入大蘇干湖，最終以潛水蒸發(fā)、水面蒸發(fā)、人工開采和側(cè)向流出等方式進行排泄。

2 數(shù)據(jù)來源

2017—2018年期間，在研究區(qū)共采集氫氧同位素樣22 組（圖1），其中地下水樣15 組、泉水樣3 組、大蘇干湖水樣2 組、地表水樣1 組、雨水樣1 組。所有樣品δD 和δ18O 值的測定［16］均在中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈科學國家重點實驗室內(nèi)進行，采用環(huán)境同位素質(zhì)譜儀MAT-253 進行分析，分析精度均≤1‰（表1）。

表1 樣品測試結(jié)果Tab.1 Isotope test results of samples

圖1 取樣點分布示意圖Fig.1 Sampling sites in Sugan Lake Basin

2016—2021年期間，利用自動雨量水文站進行實測，大蘇干湖面積數(shù)據(jù)來源于中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心（http://www.cresda.com/CN/）發(fā)布的遙感影像數(shù)據(jù)；S19和S23監(jiān)測井地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于自動監(jiān)測，利用壓阻式水位傳感器采集，每6 h 采集1次，水文數(shù)據(jù)遙測終端機（RTU）完成被測參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、存貯（顯示）和傳輸控制，通過北斗衛(wèi)星用戶終端通信方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫服務(wù)器。

2018年，在蘇干湖濕地與奎屯諾爾濕地間部署地球物理勘探剖面2 條。工作儀器采用美國產(chǎn)的Aether 大地電磁儀和加拿大產(chǎn)的V8 多功能電法工作站，采用音頻大地電磁測深法（AMT）［17］。所測結(jié)果首先用SHRED 程序把GDP 儀器輸出數(shù)據(jù)(*.raw)轉(zhuǎn)成*. FLD 文件，然后用NSAVG 程序轉(zhuǎn)成*.AVG 文件，對存在靜態(tài)效應(yīng)的原始數(shù)據(jù)使用ASTATIC程序進行靜校正處理，最后使用CSC2D反演軟件進行視電阻率2維反演、成圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 氫氧同位素值溯源

根據(jù)對研究區(qū)環(huán)境同位素樣品分析結(jié)果的統(tǒng)計［18-19］,不同地下水的環(huán)境同位素值各異［20］。研究區(qū)大氣降水δ18O=-10.46‰，δD=-79.27‰，位于全球大氣降水線附近；地表水δ18O=-13.96‰，δD=-84.47‰，位于全球大氣降水線左上方（圖2）。

圖2 δ18O與δD關(guān)系圖Fig.2 Diagram of δ18O and δD

水的蒸發(fā)分餾只發(fā)生在水體表面，造成表面水體富集重的氫氧同位素［21］。大蘇干湖接受安南壩山洪流、阿爾金山雪水、泉水及地下水徑流補給，以蒸發(fā)及地下徑流方式排泄，溶解性總固體為28.93 g·L-1，水化學類型為SO4-Cl-Na-Mg 型，δ18O 為1.80‰～2.13‰，δ18O 平 均 值 為1.97‰，δD 為-1.21‰～-2.82‰，δD 平均值為2.01‰，含鹽量較高，偏離全球大氣降水線位于右下方，并向18O 富集的方向偏離，顯示出強烈蒸發(fā)濃縮特征，相對富集重同位素。

大蘇干湖東溶解性總固體為0.33～0.41 g·L-1，水化學類型HCO3-SO4-Na-Mg 型，δ18O 為-9.07‰～-11.03‰，δ18O 平均值為-10.10‰，δD 為-64.45‰～-74.50‰，δD平均值為-69.43‰，含鹽量較低，位于全球大氣降水線附近，泉水、地表水同位素組成與區(qū)域大氣降水同位素組成相近，地下水徑流滯緩，由于徑流過程中受蒸發(fā)作用影響，泉水同位素組成產(chǎn)生畸變，表現(xiàn)出富集重同位素特征，表明地下水主要接受大氣降水及側(cè)向徑流遠距離補給。

大蘇干湖西溶解性總固體為10.90～14.31 g·L-1，水 化 學 類 型Cl-SO4-Na-Mg 型，δ18O 為-0.13‰～-0.69‰，δ18O 平均值為-0.41‰，δD 為-17.04‰～-20.93‰，δD 平均值為-19.01‰，其同位素組成介于大蘇干湖東泉水和地下水與大蘇干湖水之間，位于全球大氣降水線右下方，并向18O富集的方向偏離,顯示出蒸發(fā)濃縮特征，表明地下水主要接受大蘇干湖水滲漏近距離補給，顯示出富集重同位素的特征［13］。

奎屯諾爾濕地溶解性總固體為0.91～0.96 g·L-1，水 化 學 類 型Cl- SO4- Na- Ca- Mg 型，δ18O 為-13.93‰～-13.96‰，δ18O 平均值為-13.95‰，δD 為-100.71‰～-101.07‰，δD 平均值為100.89‰，含鹽量較低，位于全球大氣降水線上，表現(xiàn)出貧化同位素特征。溶解性總固體和同位素組成與大蘇干湖西有明顯區(qū)別，與阿爾金山地表水同位素組成相近，表明奎屯諾爾濕地地下水主要接受阿爾金山冰川融水通過地下徑流近距離補給。

3.2 地下水動態(tài)變化差異

根據(jù)地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)和大蘇干湖遙感解譯數(shù)據(jù)在ArcGIS、Grapher 等軟件的幫助下，得到2016—2021年S23監(jiān)測井地下水動態(tài)曲線和大蘇干湖面積變化趨勢圖（圖3）［22］。通過圖2 可以看出，2016—2020 年間大蘇干湖面積在125.66～132.02 km2之間變化，最大變幅為6.36 km2，S23監(jiān)測井水面標高在2788.70～2789.06 m 之間變化，最大變幅為0.36 m。2021年開始，大蘇干湖面積逐漸擴大，導致西端決口，湖水向西延伸近8 km，面積擴大15.28 km2；大蘇干湖面積擴大的同時S23監(jiān)測井地下水位快速上升，至7月27日水位上升0.82 m，表明大蘇干湖西端地下水位的變化直接受大蘇干湖補水量的影響，大蘇干湖西端地下水直接受大蘇干湖水滲漏補給，水力聯(lián)系密切，也說明蘇干湖濕地內(nèi)的地表水和地下水的終端不是大蘇干湖，而是向西有一定的排泄量。

圖3 S23監(jiān)測井動態(tài)曲線和湖面積變化趨勢Fig.3 Dynamic curve of S23 monitoring well and change trend of the lake area

2019—2021年奎屯諾爾濕地S19監(jiān)測井地下水水位在2777.90～2778.17 m 之間波動（圖4），最大變幅為0.27 m。大蘇干湖西與奎屯諾爾濕地地形地貌類同，均分布于阿爾金山和賽士騰山之間，地層巖性為較厚的砂礫石，但2021年大蘇干湖西端S23監(jiān)測井地下水位快速上升，而S19 監(jiān)測井地下水位未上升，表明大蘇干湖西端地下水與奎屯諾爾濕地無直接水力聯(lián)系，由阿爾金山冰川融水通過地下徑流補給。

圖4 S19監(jiān)測井動態(tài)曲線Fig.4 Dynamic curve of S19 monitoring well

3.3 地球物理勘探解譯

16線音頻大地電測剖面位于大蘇干湖西，南北向分布于山間沖洪積扇，剖面長度11.5 km，共12個物理點，視電阻率值呈南低北高的趨勢變化（圖5）。1～10 號點上部視電阻率值為10～100 Ω·m，地層為第四系沖洪積、湖積泥質(zhì)砂礫石、亞砂土，厚度250～600 m；下部視電阻率值大于60 Ω·m，等值線起伏狀展布，第四系下伏三疊系地層。10號點兩側(cè)視電阻率值存在較大的梯度變化，等值線傾斜向下展布，10～11 號點之間存在斷層；10～12 號點之間視電阻率值大于200 Ω·m，從上到下視電阻率逐漸升高，等值線變化趨勢一致，上覆薄層第四系，下伏為花崗巖。

圖5 16線音頻大地電磁測深剖面成果圖Fig.5 Result map of the 16 line audio magnetotelluric sounding

16-3線音頻大地電測剖面位于青石溝口，東西分布于山谷之間，剖面長度2.8 km，共4 個物理點，視電阻率整體自上而下逐漸升高（圖6）。剖面上部視電阻率值200～600 Ω·m，中間低，兩端高，主要是山谷兩端第四系較薄而中間稍厚，地層為第四系沖洪積泥質(zhì)砂礫石和泥質(zhì)砂；斷面下部3～4 號點之間視電阻率值存在明顯高低差異，等值線豎直向下展布，形成一個相對低阻帶，地層破碎引起視電阻率下降，此處斷層存在。3號點以西和4號點附近視電阻率值較高，大于1500 Ω·m，剖面下部地層為花崗巖。

圖6 16-3線音頻大地電磁測深剖面成果圖Fig.6 Result map of the 16-3 line audio magnetotelluric sounding

4 結(jié)論

本文通過氫氧同位素、地下水動態(tài)、地球物理勘探等技術(shù)方法，研究了蘇干湖濕地與奎屯諾爾濕地之間的水力聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)地下水同位素及水位動態(tài)差異明顯，兩濕地間推測有阻水斷層，表明蘇干湖濕地與奎屯諾爾濕地為2個不同的水文地質(zhì)單元。

（1）水化學同位素分析表明，區(qū)內(nèi)地下水同位素成分各異，但均來源于大氣降水和冰川融水。蘇干湖濕地地下水主要接受泉水和地下水徑流補給，徑流路徑較長，受蒸發(fā)濃縮作用地下水同位素富集重同位素，位于全球大氣降水線右下方；奎屯諾爾濕地地下水主要受阿爾金山冰川融水補給，地下水徑流短，地下水同位素組成與阿爾金山冰雪融水相近，位于全球大氣降水線上，表現(xiàn)出貧化同位素特征。

（2）多年地下水水位動態(tài)監(jiān)測表明，蘇干湖濕地與奎屯諾爾濕地地下水無直接水力聯(lián)系。大蘇干湖面積擴大時，蘇干湖濕地地下水水位普遍上升，而奎屯諾爾濕地地下水水位基本無變化。

（3）地球物理勘探推測，在蘇干湖濕地與奎屯諾爾濕地之間青石溝發(fā)育北西-南東向展布的阻水斷層。受擠壓斷裂帶泥質(zhì)含量高，視電阻率低，兩側(cè)砂礫層視電阻率較高。