王文博

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000)

敦煌盆地位于疏勒河流域的下游。近幾十年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、人口的快速增長(zhǎng)，耕地面積迅速增加，導(dǎo)致敦煌盆地對(duì)水資源的需求激增。盆地大規(guī)模的農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)使得區(qū)內(nèi)地表水和地下水資源過(guò)度利用，加上雙塔水庫(kù)、黨河水庫(kù)下泄水量的日益減少，使進(jìn)入盆地內(nèi)的水量不斷減少甚至斷流，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)地下水位不斷下降，植被退化、濕地萎縮、土地荒漠化等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題持續(xù)惡化。因此越來(lái)越多的科學(xué)家開(kāi)始關(guān)注該區(qū)域地下水資源的開(kāi)發(fā)利用和引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，李平平等[1]認(rèn)為農(nóng)業(yè)打井灌溉、黨河水庫(kù)和渠系的修建導(dǎo)致區(qū)域性地下水位的下降；施錦等[2]認(rèn)為黨河水庫(kù)的建成大大減少了地下水的補(bǔ)給來(lái)源之外，近年來(lái)大量開(kāi)采地下水是誘發(fā)區(qū)域地下水位持續(xù)下降的主要原因；張明泉等[3]認(rèn)為過(guò)度開(kāi)發(fā)利用地表水和地下水造成盆地水資源平衡被打破，產(chǎn)生一系列不良生態(tài)環(huán)境效應(yīng)；黎濤等[4]通過(guò)生態(tài)地質(zhì)學(xué)系統(tǒng)方法對(duì)敦煌盆地內(nèi)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行了分析。這些研究對(duì)敦煌盆地的水資源合理開(kāi)發(fā)利用和生態(tài)保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)，但對(duì)敦煌盆地內(nèi)地下水的補(bǔ)給來(lái)源和水化學(xué)成分的演化沒(méi)有明確的分析。

地下水在補(bǔ)徑排和演化過(guò)程中，水中的同位素分子與周?chē)镔|(zhì)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[5]，在水文學(xué)中被廣泛用來(lái)分析各類(lèi)地下水成因及其相互作用、轉(zhuǎn)化和地下水系統(tǒng)的封閉程度、水交替強(qiáng)度等[6]。劉心彪等[5]通過(guò)隴東盆地地下水中同位素的分布特征，分析了淺層與深層地下水的循環(huán)過(guò)程；喻生波等[7]通過(guò)氫氧同位素特征揭示了蘇干湖盆地內(nèi)地下水補(bǔ)給來(lái)源與循環(huán)過(guò)程；Dakin等[8]通過(guò)水文化學(xué)和同位素分析，揭示了加拿大Mayne島地下咸水的來(lái)源[9]，田華等[10]通過(guò)水化學(xué)與同位素特征，探討了地表水與地下水的水化學(xué)形成機(jī)制、演化趨勢(shì)及轉(zhuǎn)化關(guān)系。將地下水環(huán)境同位素運(yùn)用于干旱性氣候區(qū)地下水的補(bǔ)給與演化研究中取得了較好的成果[11]。鑒于此，本研究采用鍶和氫氧同位素方法進(jìn)行研究分析，有助于對(duì)敦煌盆地地下水演化與補(bǔ)給來(lái)源的認(rèn)識(shí)。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)概況

敦煌盆地位于河西走廊最西端[9]，東以雙塔水庫(kù)為界，西與新疆羅布泊連通連通，南與三危山和阿克賽盆地相連，北部是丘陵地帶，面積1.57×104km2。研究區(qū)屬典型的大陸性氣候、溫?zé)嵘衬蜌夂騾^(qū)[12]，多年平均降水量40.1 mm，蒸發(fā)量高達(dá)2 417.19 mm，蒸發(fā)量為降水量的60倍。

研究區(qū)主要河流有疏勒河和黨河，均發(fā)源于祁連山。疏勒河發(fā)源于祁連山中的剛爾肖合力嶺，受兩側(cè)泉水和地下回歸水補(bǔ)給，多年平均流量為10.17×108m3。黨河源于團(tuán)結(jié)峰，通過(guò)冰川融冰、融雪水和大氣降水補(bǔ)給，多年平均逕流量2.96×108m3。

研究區(qū)內(nèi)的主要含水層為第四系松散層孔隙水，賦存有豐富的孔隙水，分布于盆地沖洪積、沖湖積地層中，含水層巖性為砂礫石、含礫砂、亞砂土、亞粘土互層的多層地質(zhì)結(jié)構(gòu)。含水層厚度在黨河洪積扇一般大于200 m，北山山前小于30 m，水位埋深扇頂?shù)缴染壸兓^大,由大于100 m漸變?yōu)樾∮? m。含水層富水性較好，黨河洪積扇富水性亦由大于2 400 m3/d逐漸過(guò)渡為800 m3/d，滲透系數(shù)30～60 m/d，礦化度小于1 g/L，水化學(xué)類(lèi)型為HCO3-SO4-Mg-Ca型水，其它地帶單井涌水量小于1 000 m3/d。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與分析

為分析敦煌盆地地下水同位素特征，并根據(jù)研究區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件，在研究區(qū)共采集54組水樣用于δD、δ18O的測(cè)試，53組水樣用于87Sr/86Sr的測(cè)試(圖1)。

對(duì)于δD、δ18O同位素通過(guò)平衡法和還原法測(cè)定，δ18O的分析精度為0.20‰，δD分析精度為2.0‰。87Sr/86Sr的測(cè)試通過(guò)熱電離質(zhì)譜儀測(cè)定。

圖1 取樣點(diǎn)分布圖

3 結(jié)果與討論

3.1 氘、氧同位素特征

3.1.1 氘、氧同位素的空間分布

地表水中δD范圍為-52.41‰～-75.60‰，均值為-64.33‰；δ18O的范圍為-7.15‰～-11.10‰，均值為-8.81‰。淺層地下水中δD范圍為-59.51‰～-86.03‰，δ18O的范圍為-7.70‰～-11.99‰。深層地下水的δD和δ18O的大小與淺層地下水分別比較接近，均值分別為-72.37‰和-9.79‰。

淺層地下水中氘氧同位素的分布規(guī)律十分相似(圖2，圖3)，在黨河水庫(kù)北和瓜洲縣氘氧同位素相對(duì)貧化，由黨河洪積扇扇到東南部細(xì)土平原淺層地下水中的氘氧同位素逐漸富集，至W12處達(dá)到最高。黨河洪積扇到西部氘氧同位素也是呈逐漸富集趨勢(shì)。隨著淺層地下水水位埋深變淺，δ18O值增大，表現(xiàn)出富集重同位素的特征[7]，即淺層地下水在徑流過(guò)程中發(fā)生強(qiáng)烈蒸發(fā)濃縮作用。

圖2 敦煌盆地淺層地下水δD等值線圖

圖3 敦煌盆地淺層地下水δ18O等值線圖

3.1.2 氘、氧穩(wěn)定同位素指示的地下水來(lái)源

由大氣降水起源的地表水和地下水，一般都落在大氣降水線上[13-15]。因?yàn)闆](méi)有敦煌盆地長(zhǎng)期的降雨同位素?cái)?shù)據(jù)，無(wú)法繪制當(dāng)?shù)卮髿饨邓€，所以借用了相近區(qū)域的大氣降水線近似代替敦煌盆地的當(dāng)?shù)卮髿饨邓€，即張掖當(dāng)?shù)卮髿饨邓€。張掖地處敦煌市東南方向，氣候干旱，和瓜洲-敦煌盆地較為相似。祁連山降雨的氘氧擬合曲線和張掖當(dāng)?shù)卮髿饨邓€均處于全球大氣降水線(GMWL)右下方，指示了干旱區(qū)強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用。

研究區(qū)的地表水、淺層地下水、深層地下水同位素樣均位于大氣降水線附近(圖4)，表明研究區(qū)內(nèi)三類(lèi)水的補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水。而研究區(qū)的降雨集中在6-9月，即補(bǔ)給來(lái)源主要集中在夏季。各類(lèi)水體的水樣絕大多數(shù)落在了大氣降水線的右下方，表明在補(bǔ)給和徑流過(guò)程中受到不同程度的蒸發(fā)濃縮作用[16]。

受地形地貌和水文地質(zhì)條件的影響，山前大多數(shù)地下水出山前轉(zhuǎn)化為地表水，以河流形式進(jìn)入盆地的山前平原區(qū)后，大量地表水入滲補(bǔ)給地下水，地下水徑流到盆地的細(xì)土平原區(qū)后以泉水的形式溢出地面轉(zhuǎn)化為地表水。黨河出山口地表水樣中的δD值為-66.81‰，δ18O為-9.65‰，與研究區(qū)內(nèi)的第四系松散層孔隙水中的δD、δ18O值接近，說(shuō)明地表水通過(guò)入滲補(bǔ)給地下水。瓜洲區(qū)內(nèi)的δD、δ18O值分別為-70.64‰和-9.34‰，瓜洲區(qū)內(nèi)疏勒河水樣中的δD、δ18O值分別為-52.47‰、-7.28‰，顯現(xiàn)出富集重同位素特征[7]，說(shuō)明地下水排泄補(bǔ)給疏勒河水，在徑流過(guò)程中發(fā)生了較強(qiáng)的蒸發(fā)濃縮作用。

同位素樣根據(jù)同位素效應(yīng)中的季節(jié)性效應(yīng)可知，地下水主要接收夏季降水補(bǔ)給的偏離大氣降水線位于右上方，地下水主要接收冬季降水補(bǔ)給的偏離大氣降水線位于左下方。深層地下水同位素樣位于大氣降水線附近，表現(xiàn)出貧化同位素特征，水樣中的δD、δ18O值和淺層第四系松散層孔隙水樣中的δD、δ18O值比較相近，說(shuō)明深層地下水和淺層第四系松散層孔隙水存在補(bǔ)給關(guān)系。祁連山冰川融水樣δD和δ18O值分別為-76.21‰、-10.54‰，與淺層第四系松散層孔隙水和深層地下水同位素組成接近，說(shuō)明祁連山冰川融水通過(guò)入滲補(bǔ)給淺層第四系松散層孔隙水和深層地下水[17-18]。

圖4 地表水、淺層地下水、深層地下水δD-δ18O關(guān)系圖

3.2 鍶同位素特征

3.2.1 鍶同位素(87Sr/86Sr)分布特征

研究區(qū)地表水中87Sr/86Sr的范圍為0.711 76～0.715 46，跨度較大。深層地下水的87Sr/86Sr值大小比較接近，平均值為0.712 4。對(duì)于淺層地下水，黨河洪積扇扇頂和東南部細(xì)土平原區(qū)87Sr/86Sr均值分別為0.712 11和0.712 45；瓜洲縣和西湖鄉(xiāng)87Sr/86Sr值很小，且很相近，均值分別為0.710 85和0.711 27；黨河洪積扇中的87Sr/86Sr值也很相近，均值為0.711 85；西湖區(qū)中的87Sr/86Sr值比其他地區(qū)較大，為0.713 08。

瓜洲縣和西湖鄉(xiāng)87Sr/86Sr值最小且很相近，黨河水庫(kù)北到細(xì)土平原區(qū)87Sr/86Sr值略微增加，南湖鄉(xiāng)到西湖區(qū)87Sr/86Sr值顯著增加。

3.2.2 鍶同位素(87Sr/86Sr)指示的水巖相互作用過(guò)程

在全球范圍內(nèi)硅酸鹽中87Sr/86Sr的比值為0.715～0.721，從碳酸鹽和硫酸鹽中87Sr/86Sr的比值為0.709。瓜洲縣和西湖鄉(xiāng)淺層地下水中87Sr/86Sr均值分別為0.710 86和0.711 28；黨河水庫(kù)北和細(xì)土平原區(qū)87Sr/86Sr均值分別為0.712 11和0.712 45；黨河洪積扇87Sr/86Sr均值為0.711 84；西部平原區(qū)87Sr/86Sr值為0.713 03?？芍芯繀^(qū)淺層第四系松散層孔隙水中的87Sr/86Sr均介于0.707和0.717之間，說(shuō)明淺層第四系松散層孔隙水中地球化學(xué)成分在演化過(guò)程中不同程度的受到了硫酸鹽、碳酸鹽和硅酸鹽巖的溶濾影響。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)敦煌盆地主要入境河流有黨河和疏勒河，淺層地下水部分源自疏勒河和黨河的入滲補(bǔ)給，部分源于祁連山雪山融水通過(guò)地下側(cè)向補(bǔ)給；深層地下水接受了祁連山冰川融水的補(bǔ)給。淺層地下水更新能力相對(duì)較強(qiáng)，深層地下水更新能力中等。

(2)瓜洲縣和西湖鄉(xiāng)87Sr/86Sr值最小且很相近，黨河水庫(kù)北到細(xì)土平原區(qū)87Sr/86Sr值略微增加，南湖鄉(xiāng)到西湖區(qū)87Sr/86Sr值顯著增加。淺層地下水中87Sr/86Sr均介于0.707和0.717之間，表明淺層第四系松散層孔隙水中地球化學(xué)成分在演化過(guò)程中不同程度的受到了硫酸鹽、碳酸鹽和硅酸鹽巖的溶濾影響。