新疆維吾爾自治區礦山水文地質研究

劉 眾，徐海濤

（新疆地質礦產勘查開發局第一區域地質調查大隊，新疆 烏魯木齊 830011）

1 礦區周圍水文環境分析

新疆維吾爾自治區東南部地區的羅布泊在若羌縣境東北部，曾是我國第二大內陸湖，海拔780m左右，面積約2400平方公里～3000平方公里，因地處塔里木盆地東部的古“絲綢之路”要沖而著稱于世。古羅布泊誕生于第三紀末、第四紀初，距今已有200萬年，面積約2萬平方公里以上，在新構造運動影響下，湖盆地自南向北傾斜抬升，分割成幾塊洼地?，F在羅布泊是位于北面最低、最大的一個洼地，曾經是塔里木盆地的積水中心，古代發源于天山、昆侖山和阿爾金山的流域，源源注入羅布洼地形成湖泊?，F在的羅布泊已是一片鹽漠，是名副其實的“死亡之湖”。

2 自然地理概況

2.1 地形地貌

盆地外貌呈不規則菱形，其北部為庫魯塔格低山丘陵區，東面為北山及阿其克谷地，南部為阿爾金山山前的沖洪積扇和沙丘，西部為沖洪積平原區，地勢自東北向西南緩斜，自然坡度小于0.4‰。地表為鹽殼、戈壁、雅丹地貌等交錯組成獨特的地貌，地形總體較平坦。

2.2 氣象及水文

氣候屬典型大陸性干旱氣候，年平均氣溫10.6℃，7月平均氣溫29.4℃，1月平均氣溫-8.5℃，年平均降水量常少于20mm，蒸發量2800rnm～3000rnm，年均相對濕度39.2%。風沙活動較頻繁。目前，區內除源于阿爾金山的米蘭河和紅柳溝常年有水外，其它均為季節性河流。

圖1 研究區的影像圖

3 地質概況

3.1 地層

礦區地表主要為第四系全新統、上更新統、中更新統、下更新統覆蓋，地層主要分布有第四系巖性，主要為粉土、粉細砂、石鹽、含淤泥粉砂的石膏、含鈣芒硝粘土、含粘土鈣芒硝、鈣芒硝、含石膏鈣芒硝及新生界的第三系巖性主要為泥巖、砂巖、礫巖夾薄層石膏等。

3.2 構造

研究區在構造作用影響下形成了明顯的斷裂構造，歐亞板塊與印度板塊相互碰撞、擠壓，地處青藏高原北側的塔里木剛性地塊東部的羅布泊地區受到近南北向的壓力，構造活動非常強烈，主要表現為斷裂構造發育，尤其在羅布泊的北部產生了一系列的北東－南西向的正斷裂，相對應地形成了一系列的斷陷凹地。主要斷裂的特征如下：

3.2.1 F1斷裂（車爾臣河斷裂）

為區域大斷裂，又稱羅布泊-尖山子北東東向大斷裂。位于羅北凹地的南端，控制著羅布泊北部地區與南部的界線，斷裂呈直線狀延伸，斷裂面較陡（傾角80°以上），傾向南東，屬壓扭性質的逆斷層。

3.2.2 F2斷裂（坑抵－課帕斷裂）

為區域大斷裂，是繼承性活動斷裂，具新生性，走向北東東向，南傾，傾角65°，屬左行壓扭斷層，南盤斷裂整體呈上升趨勢，橫跨第四系，北盤斷裂整體呈下降直至阿其克谷地，影響礦區水文地質邊界形成。

3.2.3 F3斷裂

分布在研究區的北部，控制著羅北凹地的北界，屬張性正斷層，走向100°，傾向190°，地質構造帶出現了連續的坡坎，F3斷裂的北部礦石有硅質灰巖。

3.2.4 F4斷裂

分布于羅北凹地的西側，控制羅北凹地與西臺地的界線，段裂類型為正斷層，傾角100°左右，斷裂下降帶為東盤，凹地明顯，出現臺地。

3.2.5 F5斷裂

分布于羅北凹地的東側，控制羅北凹地與東臺地的界線，屬張性正斷層，走向30°，傾向210°左右，其西部下降，形成凹地，東部上升，形成臺地。

3.2.6 F6斷裂

分布于東臺地東側，是控制東臺地與北山的界線，屬張扭性正斷層，走向北北東，傾向西，傾角較陡。其西盤下降，東盤上升。

4 水文地質條件

礦區內部地質構造復雜，礦物特性多變，深入勘探地下水過程中發現有多種地下水介質，如泥質中細砂、第四系孔隙潛水、石膏質細砂、細砂粉，石鹽、含石膏鈣芒硝，根據礦區地質構造特征、水文地質條件、地質概況及水動力條件等，壓水區，現分述如下：

含水層巖性主要為第四系湖積的粉細砂、泥質中細砂及第三系石膏質砂巖、砂巖，含水層具多層結構，潛水含水層巖性為粉細砂，厚度小于1m，水位埋深1.5m～3.3m，底板為粘土，空間分布不連續。潛水含水層單井涌水量小于10m3/d，滲透系數小于1m/d，富水性相對較差。承壓含水層巖性為泥質中細砂、砂巖、石膏質砂巖、泥質砂巖等，單層厚度小于1m，層組厚度15m～20m，隔水層為粘土和泥巖，由于隔水層在水平上分布的不連續，承壓水與潛水存在水力聯系。承壓水單井涌水量21m3/d，單位涌水量2.27m3/d·m，滲透系數為0.17m/d，富水性相對較差，礦化度一般在320g/L～350g/L，水化學類型為Cl—Na型。

圖2 礦區水文地質略圖

新疆維吾爾自治區東南部地帶礦區地下水來源主要為孔雀河、阿爾金山沖擊、塔里木河沖擊平原地下水補給和大氣降雨所形成的凝結水補給，地下水排泄主要表現為蒸發。

受新構造運動的影響，羅北凹地從羅布泊盆地分離，形成一個相對獨立的系統，依據含水層介質類型、含水層結構特征、水動力條件等，將凹地地下水類型分為：①單一結構孔隙潛水含水層。②多層結構晶間孔隙潛水及承壓水含水層組。

（1）單一結構孔隙潛水含水層。

主要分布在羅北凹地的北端山前2km～3km的范圍內，呈條帶狀分布。主要含水層巖性為第四系上更新統含礫細砂及粉砂，分選性較差，潛水水位埋深一般為1.8m～2.4m，地下水富水性較差，單位涌水量小于15m3/d·m，屬中等富水，礦化度160g/L～355g/L，水質差，水化學類型以Cl—Na型、Cl·SO4—Na型為主。

地下水的補給主要接受少量的地表洪流入滲和基巖裂隙水的側向補給，其排泄主要為側向流出及地面蒸發。

（2）多層結構晶間孔隙潛水及承壓水含水層組。

羅北凹地地下水系統包括羅北凹地、東臺地（騰龍）、西臺地（新慶），共有七層含水層，即一層潛水和六層承壓水。

晶間孔隙潛水基本分布于整個羅北凹地、西臺地及東臺地的部分地區。含水層巖性多為第四系全新統石鹽、鈣芒硝、含淤泥的石膏以及第四系中上更新統鈣芒硝、含淤泥鈣芒硝、含石膏鈣芒硝等組成。由于F4、F5斷層的存在，造成東西臺地與凹地形成兩個不同的地下水系統，其富水性差異較大。

羅北凹地位于東西臺地之間，受F4斷層、F5斷層控制，含水層巖性多為第四系全新統石鹽、鈣芒硝、含淤泥石膏以及上更新統鈣芒硝、含淤泥石膏等組成。含水層厚度分布不勻，北部和南部含水層埋深在4m～12m，局部達到46.59m；中部18m～35m。潛水位埋深為1.1m～1.9m，局部可達1.9m～2.27m，凹地中部偏南為區內的相對匯水中心。含水層鈣芒硝層鹽溶孔隙發育，孔隙率為25%～35%，且聯通性好，從而使含水層富水性強，因此，區內含水層的厚度決定了含水層的富水程度，其中在羅北凹地中部和東北部含水層富水性最強，單位涌水量一般大于5000m3/d·m，其余大部分地區單位涌水量為1000m3/d·m～5000m3/d·m，只有在中西部及北部少數地區單位涌水量小于100m3/d·m，參透系數為27.5m/d～2122.9m/d。在北部、西部和東部礦化度為314g/L～344g/L，水化學類型為Cl—Na型、Cl—Na·Mg型，在南部礦化度為331g/L～347g/L，水化學類型為Cl—Na·Mg型。

淺層晶間承壓水含水層組包括三層承壓水，在區內基本上都有分布，含水層巖性主要為第四系上更新統鈣芒硝、含石膏鈣芒硝，中間夾有1.5m～5.0m的薄層狀含鈣芒硝的粘土層。含水層厚度為8.4m～67.5m，厚度較厚的主要分布在靠近東臺地的一側，厚度大于40m，而靠近西臺地附近的厚度較薄。承壓水水頭埋深為1.62m～1.81m。在羅北凹地北部含水層富水性最強，單位涌水量一般大于100m3/d·m，在南部和西南部單位涌水量為10m3/d·m～100 m3/d·m。含水層的滲透系數為0.028m/d～73.45m/d。在北部、西部和東部礦化度為341g/L～384g/L，水化學類型為Cl·SO4—Na·Mg型、Cl—Na·Mg型，在中部、南部礦化度為350g/L，水化學類型為Cl·SO4—Na·Mg型。

中深層晶間承壓含水層組包括三層承壓水，在大部分區域有分布（除東北部外），含水層為多層薄層狀，巖性主要為第四系上更新統鈣芒硝、含粘土鈣芒硝，厚度為14.3m～20.7m，由北向南逐漸變薄。地下水位埋深0.26m～1.5m，水位由北向南逐漸變淺。單位涌水量為3.86m3/d·m～96.56m3/d·m，富水性為中等至強富水。礦化度為357g/L～383g/L，水化學類型為Cl·SO4—Na·Mg型、Cl—Na·Mg型。

地下水的補給主要來源包括大氣凝結水，北部庫魯塔格基巖裂隙水的側向補給及少量洪流的入滲補給，西部為西臺地的地下徑流側向補給，東部為東臺地的地下徑流側向補給，南部受構造及地層巖性的影響，只有少量的來自湖盆的地下水側向補給，區內地下水的排泄方式主要為地面蒸發及人工開采。

西臺地位于羅北凹地的西側，比凹地高10m～15m，區內揭露了一層潛水及一層承壓水。含水層巖性為鈣芒硝，潛水含水層厚度4.1m～10.8m，水位埋深1.1m～8.7m，單位涌水量21m3/d·m～86m3/d·m，富水性中等。晶間承壓水含水層厚度約4.3m，水位埋深0.9m～9.4m，單位涌水量110m3/d·m～145m3/d·m，富水性強。地下水的補給主要為北部庫魯塔格基巖裂隙水的側向補給，西北部為孔雀河-龍城地下水側向補給，西南部受地層巖性的影響，無地下水補給，南部有少量的來自湖盆的地下水側向補給，區內地下水的排泄方式主要為地面蒸發及以地下徑流方式流出。

東臺地位于羅北凹地的東側，比凹地高10m～15m，區內揭露了一層潛水及三層承壓水，但分布不均勻。由于受F1斷層的影響，斷層以北為潛水承壓水區，以南為承壓水區。含水層巖性為鈣芒硝，潛水含水層厚度5.7m～6.8m，水位埋深2m～9.5m，單位涌水量0.22m3/d·m～22m3/d·m，富水性弱至中等。晶間承壓水含水層厚度約30m，水位埋深11.2m～18.3m，單位涌水量25m3/d·m～356m3/d·m，富水性中等至強。地下水的補給主要為北部庫魯塔格基巖裂隙水的側向補給，東部為北山基巖裂隙水的側向補給，南部有少量的來自湖盆的地下水側向補給，區內地下水的排泄方式主要為地面蒸發及以地下徑流方式流出。

5 礦產資源在開發過程中可能產生的問題

在前人工作的基礎上，1995年至2000年間對研究區進行了大規模的調查和研究工作，揭示了地層及地下水中含有豐富的資源，特別是在羅北凹地，其在平面圖上象一個倒置的“葫蘆”，在近南北剖面上呈一個“北深南淺”的箕狀盆地，這種構造特征造成補給的湖水“只進不出”，它就成為封閉性極好的成鉀盆地，資源量達2.5億噸。

隨著資源的開發，可能會產生一些需要解決的問題：

（1）地下水動力及地下水化學平衡的變化。2005年，20萬噸試驗廠采鹵區的地下水位下降了1m，隨著2008年12月18日羅鉀120萬噸鉀肥項目投產，同時，180萬噸鉀肥項目開工建設，大規模的開采地下水必然會引起地下水位的下降，原有的地下水動力平衡及水化學平衡被打破，其徑流條件、補給條件及水化學如何變化？對地下水的長期開采是否會有影響？

（2）鈣芒硝含水層結構，尤其大規模開采地下水的條件下，含水層內水一鹽平衡狀態被打破，可能引起析鹽或溶蝕等成巖作用的變化。地下水水力坡度的增大，徑流速度的加快，補給條件的改變，可能會使溶蝕作用加強，地下溶洞溶穴裂隙等地質現象的增加是否會產生其它的不良地質現象？

（3）羅鉀120萬噸鉀肥生產鹵水約10200萬噸，年輸入水量約1200萬m3，鉀肥生產過程中最主要的環節就是鹵水在鹽田中蒸發，年蒸發約8000萬m3。如此大的蒸發量是否會影響空氣的相對濕度？空氣濕度的增加會增加凝結水的凝結量，從而會對當地的工程產生不利的影響，如鹽脹、凍脹等。

（4）自然環境的變化對研究區地下水的影響。2000年開始實施的塔里木河應急輸水工程及2001年1月中旬新疆區政府正式決定引水注入羅布泊作為西部開發的項目，隨著這些項目的逐步實施，研究區的氣候將會受到影響，將會增加地下水的補給，引起地下水的循環系統的變化，而這些變化反過來是否會對礦產資源的形成及開采產生影響呢？