黑河水通过阿尔金断裂带补给巴丹吉林沙漠地下水初步研究

黑河水通过阿尔金断裂带补给巴丹吉林沙漠地下水初步研究

张淑霞

（阿拉善乌海水文水资源分中心, 阿拉善盟阿左旗巴彦浩特镇750306）

[摘要] 本文根据前人对阿尔金断裂带延伸隐伏于巴丹吉林沙漠，切断黑河，黑河水通过断裂带补给巴丹吉林沙漠地下水的研究成果，在巴丹吉林沙漠东南缘钻凿探采结合井，通过钻孔地层资料及抽水试验成果计算的渗透系数，证实了该断裂的存在。

[关键词] 黑河水；阿尔金断裂带；补给；巴丹吉林地下水

1.基本情况

阿尔金断裂带地处西藏、新疆、青海、甘肃交界的阿尔金山脉地区，是中国西部一条著名的北东东向左行走滑断裂带。它西起新疆与西藏交界的拉竹龙，向北东东方向斜切昆仑山及祁连山，东端隐没于巴丹吉林沙漠之下，全长达1600千米以上。它由多条长达数百千米的断裂组合而成，总体呈NE70°方向直线状延伸，断层面倾角70°以上。

2.地下水补给来源

河海大学陈建生教授利用同位素方法研究额济纳盆地承压含水层地下水的补给，初步揭示了额济纳盆地承压水来自于祁连山的降水，是部分祁连山西端雪水直接渗入山前的深大断裂，在玉门宽滩山一带注入与之相交的阿尔金断裂，继续向东补给巴丹吉林沙漠。

甘肃省地矿局水文地质工程地质勘察院、中国地质科学院水文地质环境地质研究所丁宏伟、王贵玲系统计算分析了巴丹吉林沙漠区及外围盆地地下水的补给与排泄，发现沙漠区地下水补给量小于排泄量2.55×108m3/a，不能解释内陆湖泊水量长久不衰的原因；而位于沙漠区西缘的黑河金塔—鼎新盆地地下水补给量大于排泄量2.66×108m3/a，未见盆地内地下水位大幅度上升，多余的水量不知去向；与沙漠区衔接的其它盆地地下水资源匮乏且处于补排基本平衡的状态，根本无途径和多余的水量补给沙漠区。由此得出存在导水断裂带把黑河水导入巴丹吉林沙漠，补给湖泊。

河海大学土木工程学院岩土工程研究所陈建生、赵霞利用聚类分析中的相似优先比法研究巴丹吉林沙漠及周边地区地下水补给，得出祁连山上的冰雪融水与沙漠湖泊及以北地区的地下水相关性良好。

受以上这些研究成果的启示，阿拉善盟水务部门及政府决定在巴丹吉林沙漠东南缘断裂带上开展水文地质钻探，地理坐标:N39°30′37.07″，E102°12′45.71″。2014年3月阿盟水务局启动了在巴丹吉林沙漠打井找水，已完成探采结合钻孔8眼。

巴丹吉林坳陷—断陷地下水系统是一个北部隐伏隆起、西部和东部低山丘陵，南部北大山—雅布赖低山，以分水岭为界，分布面积10443.0km2，呈近东西展布，在窑洞托北转为北东向延伸的阿尔金—高家窑—乌拉特后旗—赤峰深大断裂，将系统南部切穿，使黑河正义峡地表水可以流入开启式地下水系统。

该地下水系统的补给来源于两种方式：一是来源于系统内降水转化地下水；二是黑河通过导水断裂带流入的地表水。维系着巴丹吉林沙漠地区127个湖泊及其相关湿地，生存必须消耗蒸发的水量。深大断裂导水通道，不仅带来了巨大的水量，而且是优质的重碳酸型、低溶解性总固体含量的优质水源。

3.含水系统的分析

根据钻孔资料，地层岩芯综合描述如下：

25.6—31.0m为杂色砾岩；

31.0—53.0m为黄褐色砂岩；

53.0—70m为松散、土黄色、灰白色砾岩；

70.0—107.0m为红色、杂色砂砾岩；

107.0—122.0m为红色泥质砂岩；

122.0—155.0m为土黄色、杂色砂岩、砾岩。

地下水一般埋深为32.5—34.5m，上覆第四系全新统风积砂，为透水不含水层。122.0m以上岩石松散，是主要含水段；107—122m为含泥质较多，结构较致密的越流层，构成含水系统的透水底板；以下为砂砾岩、砂岩细砂岩互层，构造裂隙发育。

根据钻孔岩样分析，碎屑岩无胶结，十分松散与第四系地层差别不大，实际变成砂砾石、粗砂、细砂等，严格说不能称作岩石，只能通过C14测定才确定该地层为白垩纪。白垩纪岩石松散、胶结差，正是新构造运动作用的结果。根据探釆结合孔推断，巴丹段导水断裂带宽2-3km，个别处可达5km。构造带形成于下古生代的加里东期，白垩系陆相沉积地层形成于燕山运动后期，经历了喜马拉雅构造运动，并且现在一直处在活动期。20世纪20年代有记录的甘肃凉州7级以上的大地震应该发生在该深大断裂带。因此，同样的碎屑岩位处深大断裂带上，就演变成松散孔隙岩层，透水、给水性能强，是富水带。

另外，深大断裂带切穿地壳岩石圈，也就是说，厚度可达1678.50m的碎屑岩都具有含水、导水的特征。为黑河地表水渗入地下补给巴丹吉林坳陷—断陷地下水系统，提供了可靠的区域径流导水通道。

4.水文地质参数的确定

1号井位于巴丹吉林镇东北59km处，地理坐标：N 39°30′37.07″，E 102°12′45.71″，井深100米，井径325毫米，井壁管为钢管。成井后进行了抽水试验，泵深92m，抽水开始时间2014.7.8，14时30分，初始水位埋深34.5m，36分钟后水位降深稳定，稳定水位埋深86.2m，抽水历时124小时。稳定涌水量20.70m

3/h。

2号井位于巴丹吉林镇东北70km处，座标：N 39°31′35.04″，E 102°19′43.19″，井深240m，井径325mm，井壁管为钢管，成井后进行了抽水试验，泵深90m，抽水开始时间2014.7.12，18时30分，初始水位埋深32.5m，40分钟后水位降深稳定，稳定水位埋深54.2m，抽水历时120h。稳定涌水量43.70m3/h。

抽水试验采用单井套管，井孔内加装套管观测水位变化值。两试验孔，在抽36—40分后，涌水量稳定，稳定流量达到120h以上，形成稳定井流。

数学模型及其解为：

水文地质条件概化为：白垩系下统一组砾岩、砂砾岩、砂岩裂隙—孔隙含水层，厚度72.5—74.5m，均值各向同性，水平为无限边界；下部越流含水层水头不变，垂直补给，为不考虑弱透水层弹性释水的第一类越流系统。数学模型为：

a(ə2s/ər2+1/rəs/ər)-K’s/M’/μe=əs/ət  0≤r<∞,t>0

s(r,0)=0 

s(∞,t)=0 

lim2πrTəs/ər=-Q(const)   

r→0

数学模型的解为

式中：u=r2/(4at);a=T/μe;B2=TM’/K’(T=KM);1/B为越流补给系数；为第一类越流系统的定流量井函数。

求参数公式为：

     T=Q/4/π/[s][W(u,r/B)]

     μd=4T[t] /r2/[1/u]

式中：Q—抽水实际出水量；[]—最优匹配点的标准曲线坐标值(m3/d)；[s]—最优匹配点实测曲线对应的水位降深值(m)。[t]—最优匹配点所对应实测时间值（d）；—最优匹配点标准曲线横坐标值；r—观测点距离(m)。

表1    抽水试验计算水文地质参数表                       

采用配线法，将数据代入公式，计算见表1。1号井导水系数为1676m2/d，2号井为1590.5m2/d，均值为1633m2/d；重力给水度1号井为0.31，2号井为0.18，均值0.245。由导水系数1633m2/d除以含水层厚度73.5m求得平均渗透系数为22.2m/d。

5结论

砂岩、砂砾岩渗透系数一般为0.1-2.0m/d，而根据抽水试验资料求得的渗透系数远大于一般砂岩、砂砾岩的，说明岩层松散，这与岩芯取样结果是一致的。由此进一步证实探釆结合孔位于断裂带内，结合阿尔金断裂带的走势分析判断，应是它的东延隐没巴丹吉林沙漠部分。

参考文献：

1、额济纳盆地承压含水层地下水的补给，地质论评2004年11月第50卷第6期，陈建生、汪集旸等。

2、巴丹吉林沙漠湖泊形成的机理分析，《干旱区研究》 2007年01期

3、相似优先比法研究巴丹吉林沙漠及周边地区地下水补给，j.lake Sci（湖泊科学），2006,18（4）

作者简介：张淑霞，女，1969年9月出生，1991年7月毕业于内蒙古水利学校水利水电工程建筑专业，2008年1月函授毕业于内蒙古农业大学农业水利工程专业，现任水利高级工程师。

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