栾志刚，周金玲，马仲民，王云飞，王建刚

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司 工程勘察院，新疆 乌鲁木齐 830002)

1 研究区概况

莫合台洼地位于塔城额敏县东南，乌日克下亦山东段南麓白杨河与布尔阔台河两冲洪积扇间，其西侧布尔阔台河扇缘陡坎处地下水溢出，且在地势低洼处形成沼泽湿地，而东侧白杨河冲洪积扇缘与洼地接壤部位，无地下水溢出，洼地两侧扇坡以稀疏的梭梭、白刺等荒漠植被为主；沼泽湿地是当地莫合台镇的天然优质冬牧场，主要生长着芨芨草、芦苇、红柳、胡杨等。目前洼地东西两侧扇坡部分荒漠地带，已改造种植人工滴灌沙棘林，面积达5万亩，是全国最大的人工灌溉沙棘示范基地。

沙棘灌溉水源全部取自当地地下水，取水井近100眼，近年来，地下水开采量在700～1 000万 m3/a。除个别机井水位有所下降，大部分取水井水位变化不大，靠近西南角附近的机井水位还存在上升波动状态，多年平均地下水位下降<0.3 m/a，说明洼地区内地下水开采属未超采状态，地下水开采量处于允许开采范围内。

调查发现，洼地区约30%机井抽取的地下水中富含有益微量元素-锶，部分样品锶含量≥0.40 mg/L，最高可达3.63 mg/L。按照《食品安全国家标准 饮用天然矿泉水》(GB8537-2018)中各项指标限值进行天然饮用矿泉水评价，其结果可满足天然饮用矿泉水标准的井水样点13个，其中，承压自流井有5个，主要分布在西扇扇缘及洼地西部，非自流井8个。因此，本次在规模性水质调查基础上，结合区域构造发展和沉积环境背景，关注水化学特征与微量元素锶的变化关系，研究洼地区储水构造体系与地下水补径排关系，探究富锶水中锶的来源；对洼地区富锶水的空间分布及富锶水靶区的确定及合理开发具有指导意义，富锶矿泉水及富锶土地资源开发将会成为当地巩固脱贫成果的支柱产业。

2 区域地质概况

2.1 构造

莫合台地区处于准噶尔弧形构造的西翼与塔尔巴哈台山区域东西向构造的斜接复合部位，受历次构造运动影响，褶皱、断裂均较发育，见图1。这些构造带以南北向挤压形成的东西向和北东—南西向构造形迹为主，对区域构造形态、沉积建造、岩浆活动、成矿作用及水文地质条件具有明显的控制作用。

图1 区域地质构造纲要图

从构造纲要图可看出莫合台洼地受喀喇苏(F28)、莫合台(F1)和莫合台东(F3)三条断裂控制而形成地堑。地势低洼，受第三系以来冰间期暖湿气候影响，第四纪冲洪积堆积物在低洼地带沉积，据钻探及物探分析解译，在莫合台镇南部靠近断陷谷地最低洼处其沉积厚度20～40 m，受基底起伏影响，在莫合台镇东北部靠近三角洼地顶部山前扇缘，其基底埋深加大，同一地形标高处，靠北基底埋深大于南部约百米，即基底大致呈北凹南凸分布，形成一半封闭的凹槽构造，使后期地表水入渗与地下水的循环转化运移过程中，受构造环境影响，部分水在此雍堵，利于地下水流场的静止缓流，促使沉积作用的加强和水化学元素的富集，逐渐形成了现代意义上的储水构造带。

2.2 地层岩性

洼地北侧的乌日克下亦山区红色断块山体主要由古生界—中生界火山碎屑岩及侵入花岗岩组成。灰黑色或黑绿色的泥盆系及石炭系的浅海相沉积变质岩包裹在其周围，从影像图上看，其分布状态犹如一个淡红色锥型漏斗被东西两侧灰黑色(古生界)变质岩体包裹托起。在乌日克下亦山前南麓第三系泥岩、砂岩与侏罗系呈角度不整合接触。

在莫合台洼地及边缘，第四纪松散堆积物，覆盖在起伏不平的第三系基底之上。其厚度在20～200 m，成因以残坡积、冲洪积、湖积与沼泽堆积为主，残坡积物成分与附近基岩一致，在变质岩区，其坡积物角砾直径相对较小，10 cm左右。而在花岗岩区的崩坡积物，直径一般较大，多10～30 cm，在北部山前坡脚最大的崩落物有1～5 m；冲洪积物广泛分布于洼地东、西两扇和北部山前倾斜砾质平原上，分布厚度40～160 m。东、西两扇地层岩性为灰黑色砾石和卵砾石；北部山前砾质平原区，则主要由肉红色花岗质碎石、卵砾石夹少量的粉细砂、粉土组成；湖积与沼泽堆积物在莫合台洼地地表以下26～72 m深度内分布，岩性为灰色含砾砂层和黄褐色含砾夹粘土互层，厚度40～50 m。

3 莫合台水化学环境及水文地质特征

3.1 地下水形成及补径排条件

就区域而言，山区是各种水源涵养补给场所，谷地及洼地区是聚集地下水的赋存分布运移转化区。

F1(莫合台)和F3 (莫合台东)两大断裂带在莫合台低地交汇，均为储水导水断裂，F1导水储水特性强于F3，但两断裂对促使山区地下水与洼地地下水的补排关系更为直接密切，使莫合台洼地储水构造带不但接受东北和北部山前暴雨洪流及基岩裂隙水的入渗，同时也接受西北丰富的山区降水转化形成的地下径流的补给，且受西北部丰富的降水补给源的影响，其西北地下径流的补给量成为其主要补给源，见图2。

图2 洼地区地下水埋深及地下水位等值线图

由地下水流场图可看出，本区地下潜水主要流向是由西向东，同时受北部和东北部山前基底及地表暴雨洪流入渗形成的地下水与基岩裂隙水的影响，地下水流场在北部呈偏南转向，同时由于储水构造带西部及西南部位于隐伏的F1断裂构造带上，该断裂性质为张扭性，具富水贮水的水文地质特性，使由西而来的地下水在此富集，并与由北部和东北部相对的山前基岩裂隙水及山前戈壁砾质带暴雨洪流向洼地区汇流中渗漏生成的地下水在此汇流，造成地下水流向也发生向南部下游偏转。

3.2 地下水水化学环境特征

莫合台洼地地下水流方向与区域地下水流方向基本一致，保持着由西部高地向东部洼地汇流的态势。在莫合台镇西南地带地下水承接西北山区基岩裂隙水质特征，保持着优质的HCO3-Ca型水，矿化度一般小于0.2 g/L，地下水化学成分中大部分单项指标为Ⅰ类、Ⅱ类，个别为Ⅲ类，属未污染水质，且由于洼地西扇区第四纪地层岩性以松散粗砾碎屑物为主，地下水补径排通畅，水化学环境良好。

到洼地区，潜水位埋深一般小于6 m，因其地表岩层的透水性，上部潜水宜受地表灌溉水或降水垂向入渗的淋滤和蒸发浓缩等的影响，造成浅层地下水环境较为脆弱敏感，存在高矿化的倾向，所以在洼地区地下水浅埋区的潜水水质矿化度普遍偏高，且在地表土壤次生盐渍化现象明显。因此，洼地区浅层地下水环境较为敏感脆弱。而深部承压水水化学环境由于受地表环境影响较小，地下水化学组分含量低于浅层潜水，水质适用于集中式生活饮用水及工农业用水。

地下水穿过洼地到东扇，其地下水流向在北部山前开始向南偏转，基本保持向东南白杨河下游方向迳流而去，同时，从其水化学类型主要呈现出HCO3-Ca·Na型和Cl·HCO3-Ca(Mg)型、Cl·SO4-Ca·Na型来看，由于东扇地下水埋深均大于6 m，潜水蒸发浓缩作用基本对其无影响，但其矿化度出现局部高值，从现有机井水质检测资料，该地带矿化度1～4 g/L的面积多达10 km2，其锶含量基本在1 mg/L以上，水化学类型大多以SO4·Cl-Ca或Cl·SO4-Ca型为主。结合该地带第四纪覆盖基底呈南高北低的半封闭盆状储水构造特征和地下水流场在此带受新水源补给影响偏转南的状态，推测该地带地下水受底部基底南高雍堵，使地下水径流不畅，水循环相对滞缓，促使沉积作用的加强和水化学元素的富集，造成水质矿化度和锶含量均较高，特别是地下水中的氯离子、硫酸根离子等易溶盐指标可达Ⅳ类或Ⅴ类，水质级别明显增高，说明此地带地下水环境相对封闭，增大了地下水化学组分沉淀富集的机率，易形成微量元素富集的水环境区。

4 富锶水来源及成因分析

4.1 岩石化学成分

自然界中锶Sr易与其它元素结合形成化合物，通过对乌日可下亦山区黑色火山碎屑岩石和红色花岗岩两大主要岩体矿物质的化学成分中锶的检测结果显示，黑色火山碎屑岩石中锶含量达474.7 ug/g，红色花岗岩中锶含量是22.3 ug/g，围岩中锶含量是侵入红色花岗岩的21倍。受气候风化、降水溶解等各类物理化学作用，锶元素分解成为可溶盐类化合物，通过水的运移转化进入地下水中(见图3)。

图3 莫合台北部乌日可下亦山区红色侵入岩与黑色火山碎屑岩

在莫合台洼地东扇(ZK1)和西扇扇缘(ZK2)两个勘探孔的地层岩性及含水层中分别取51组岩样和8组不同深度内含水层的水样，其分析结果:东扇ZK1地层岩性受东北山区黑色碎屑岩体主导，其锶含量明显高于西扇受红色花岗岩体主导的沉积物，经检测分析，东扇ZK1的锶含量值基本在250～400 mg/kg，而西扇扇缘ZK2的锶含量值基本在150～250 mg/kg；其地下水中锶含量ZK1混合后的水总体是ZK2混合后的3倍以上。由此可见，岩石化学成分中锶含量的大小对水中锶的含量具有较强的影响。

4.2 构造成因

由区域构造图可知，在莫合台洼地发育有F1和F3两组隐伏断裂，这两组隐伏断裂直接控制了该区三角形洼地的东西边界，见图1。

从断裂的走向上，F1断裂与向北东延伸可与东北部山区段额敏——和丰公路F33断裂相接，F33断裂穿过东北部山区东南侧，顺断裂，岩石强烈破碎，破碎带宽约100～300 m，并有脉状花岗斑岩顺断裂侵入，断裂两侧产状相顶，岩性变化也较大，一方面说明当时发生过较大的左行剪切错动，另一方面也为后期山区地下水汇集、储存及向平原运移过程中水岩化学作用提供了地质环境条件。同时，在F33断裂东南部还发育着白杨河复向斜的次级构造，受后期燕山运动，特别是第三纪以来的喜玛拉雅运动造成的侏罗系及第三系褶皱隆起，使东北部山区的暴雨洪流形成的季节性水流到山前受该断裂带东南部东西向褶皱隆起的影响，促使季节水流在流向白杨河河谷方向时受阻后逆转向西，大致顺断裂走向(见遥感影像图片)，由东北向西南沿白杨河西部冲洪积扇顶面往莫合台洼地迳流。并在径流过程中不断入渗补给白杨河西部洪积扇下的地下水，成为白杨河西部洪积扇靠近山前带地下水的一个重要补给来源。其富含Sr水源可追踪至北部山区古生界和中生界地层上发育的东西向和北东——南西向纵横交错的断裂的基岩裂隙水，其矿化度高的可达3.77 g/L，水化学类型为SO4-Na型，锶含量达3.35 mg/L。但这些裂隙泉水量很小，随季节变化，干旱季节基本干涸。主要依靠暴雨形成季节性洪流，这些季节性洪流同时携带着高富锶的基岩裂隙水依地势流向白杨河河谷方向，但由于在白杨河右岸受侏罗和第三系隆起阻挡，折转向西南沿扇顶表面很多平行梳状小支流汇向莫合台洼地(见图4遥感影像图所示)，这些洪流在下泄过程中部分渗入地下，为莫合台洼地地下富锶水的形成提供了必要的物质来源。

图4 莫合台洼地区影像图片

因此，莫合台洼地由于接受了不同方向山前暴雨洪流及基岩裂隙水的入渗补给，造成洼地区地下水质化学成分存在较大差异。即洼地西部地下水中锶含量相对较低，其在运移扩散过程中对洼地东部高富锶水有一定的淡化作用，而洼地浅表层的潜水，因其水位埋藏浅受地面蒸发浓缩作用影响，使地下潜水存在水位埋深浅处地下水锶含量高，而水位埋深较大的主要补给源西部锶含量很低，东南部排泄区的锶含量也相对低于洼地潜水区和东北部锶源富集区，形成洼地区不同程度的锶富集带。基底构造与地下水富锶程度分布平面位置示意图见图5。

图5 基底构造与地下水富锶程度分布平面位置示意图

5 结语

(1)乌日克下亦山东段南麓莫合台洼地北部山前地带，第四纪覆盖层厚度受基底地形起伏变化影响，厚度在50～200 m，形成了南高北低，中部相对低洼的半封闭的储水构造带。

(2)区域地质背景条件、地下水补径排和洼地区储水构造特征等水化学环境造就了洼地地下富锶水，框定了锶来源途径及富锶水的空间分布特征。

(3)得出储水构造带是莫合台洼地区高富锶水集中分布区。但受地下水补给来源及水中锶含量高低的影响，造成评价区锶含量的差异。洼地西部水质满足《食品安全国家标准 饮用天然矿泉水》(GB8537-2018)中各项指标限值要求，东部水质满足《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)，研究成果为当地的富锶水土开发规划提供了地质依据，正在形成当地巩固脱贫成果的支柱产业。