巴丹吉林沙漠湖泊形成的机理分析.pdf
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文章编号:
?
1001-4675（2007）01-0001-07巴丹吉林沙漠湖泊形成的机理分析y丁宏伟1,?
王贵玲2（1甘肃省地矿局水文地质工程地质勘察院,甘肃张掖?
734000;2中国地质科学院水文地质环境地质研究所,河北石家庄?
050061）摘?
要:
依据实际调查资料并结合前人研究成果,在探明区域水文地质条件的基础上,系统计算分析了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。
前人研究结果证实,横贯我国西北东西的阿尔金大断裂的东延部分及其所形成的羽翼状断层带存在地表破碎带,且地势西高东低并具有良好的导水性,而这个地表破碎带通过了金塔鼎新盆地和巴丹吉林沙漠,正好位于沙漠内陆湖泊群附近。
而湖泊群一带存在大量钙华和钙质胶结层及湖水中3He/4He的比值,均表明湖泊水经过了深部地壳层的循环,加上黑河正义峡哨马营段河水海拔高于湖泊群的佐证,认为黑河在金塔鼎新盆地强烈渗漏所产生的地下水顺着阿尔金断裂自西向东源源不断地补给了巴丹吉林沙漠,经过目前还不为人知的深部循环方式,地下水在湖泊群地表破碎带向上运移形成上升泉,最终成为巴丹吉林内陆沙漠湖泊群水源的补给来源。
关键词:
内陆湖泊;地下水;补给水源;输水构造;沙漠;巴丹吉林中图分类号:
P343.3?
文献标识码:
A?
巴丹吉林沙漠,面积4.92?
104km2!
1,是我国第三大沙漠。
沙漠腹地南部和东南部雅布赖山以西分布有高大沙山,海拔10801590m,相对高差100300m,最大500m以上,为世界之最。
沙山之间的洼地星罗棋布,点缀着大小144个湖泊,面积多在0.11.0km2,为世界罕见。
自上世纪50年代以来,国内外专家针对这一独特的地理地貌景观,先后进行了实地考察和综合研究,取得了较为丰硕的成果!
15。
但是,巴丹吉林沙漠腹地内陆湖泊是怎样形成的,为什么在极度干旱的气候环境条件下,湖内水量长久不衰,湖水的补给途径和补给来源如何等,学术界一直存在着较大的争议。
笔者根据20多年来在河西走廊及其周边地区从事地下水勘查及水环境研究所掌握的资料,依托甘肃省地矿局科学基金项目,就上述问题进行了初步研究,与专家学者商榷。
1?
巴丹吉林沙漠水文地质条件巴丹吉林沙漠境内无实测气象资料。
据民勤县、阿右旗、额济纳旗气象台站内差估算,巴丹吉林沙漠多年平均降水量4080mm,湖区一带最大不超过90mm,蒸发量大于3000mm!
2,无地表水流分布,属极度干旱区。
沙漠丘间洼地上部赋存潜水,下部为承压水（图1）。
潜水见于不同形态的沙丘地带,其埋藏深度变化很大,丘间洼地仅13m或小于1m,巨大的沙山则在百米以上,含水层由细沙和粉沙组成,厚度530m。
据实地调查,下部承压水的顶托补给是其主要补给来源,其次为沙漠大气降水和凝结水的入渗补给,地下水自四周向湖泊径流,单泉流量小于0.010.06L/s,大部分是TDS3.030.0g/L的咸水和卤水,少量为TDS小于0.51.0g/L的淡水,并具有环绕海子和湖泊地下水质逐渐变差的环带状分布现象;下部承压水含水层岩性为粉细砂（勘探深度100m以内）,水头一般高出地表210m,自流量1.03.0L/s,顶板埋深小于10m。
据实测资料,湖泊多数由深部承压水形成的上升泉补给,平均流量8.2L/s（表1）,且流量年内变化稳定,TDS一般小于1.0g/L。
第24卷?
第1期2007年1月?
干旱区研究ARID?
ZONE?
RESEARCH?
Vol.24?
No.1Jan.?
2007y收稿日期:
2006-10-17;?
修订日期:
2006-12-01基金项目:
甘肃省地矿局科学基金项目资助（2003SGH-S4）作者简介:
丁宏伟（1963-）,男,甘肃张掖人,注册土木（岩土）工程师,高级工程师,中国管理科学研究院特约研究员,从事地下水勘查及水资源与环境地质的研究评价工作.E-mail:
zydhw80291.粘性土;2.沙;3.天窗及湖泊;4.水位;5.上升泉及下降泉;6.断层及推测断层;7.地下水径流方向图1?
巴丹吉林沙漠内陆湖泊区水文地质剖面Fig.1?
SketchmapofthegeographicallocationsofAltunfracture,mountains,basinsanddeserts表1?
湖泊区上升泉水文地质特征统计Tab.1?
Statisticalresultsofthehydrogeologicfeaturesofrisingspringsinthelakeareas编号位置流量/（L#s-1）含水层岩性TDS/（g#L-1）水质类型1呼都格吉林17.36细砂0.84HCO3-Cl-Na+2苏木吉林12.25粉细砂0.71SO42-Cl-HCO3-Na+3苏木巴润吉林10.00中细砂0.41HCO3-Cl-SO42-Na+4伊和吉格德15.00粉细砂1.05HCO3-Cl-Na+5昭尔格图10.00粉细砂1.03HCO3-Cl-SO42-Na+6赛汗艾勒0.99粉细砂0.66Cl-HCO3-Na+7阿拉特图11.57粉细砂0.84HCO3-Na+8布尔特3.36粉细砂0.56HCO3-SO42-Na+9陶来图4.80粉细砂0.73HCO3-Cl-Na+2?
沙漠区地下水均衡分析2.1?
沙漠区地下水的总排泄量沙漠区地下水的主要排泄方式为湖水和湖区周围地下水的蒸发及沙漠西北边缘侧向流入额济纳盆地%。
沙漠区共有144个湖泊,面积33.42km2。
关于水面蒸发强度在河西走廊已有多年的观测研究成果,一般介于18422467mm,1997年在安西双塔水库观测的数据是2287mm。
安西气象条件与沙漠区类似,同属极干旱气候带。
由此计算得沙漠区湖面蒸发量为7.64?
107mm。
研究表明,潜水蒸发只发生于地下水位埋深小于10m的地段,即湖泊周围的丘间洼地;水位埋深大于10m的地段地下水则没有蒸发消耗&。
不同水位埋深并考虑有植被条件下的潜水蒸发强度是:
01m为1436mm,13m为415mm,35m为180mm,510m为57mm,采用TM卫片和航片计算的湖区丘间洼地地下水位埋深小于10m面积为154.8km2（扣除湖面面积）,由此计算丘间洼地地下水蒸发量为8.76?
108mm。
二者相加,沙漠区水资源蒸发消耗量为1.64?
108mm。
另据甘肃省地质调查院和武选民、黎志恒等研究成果!
6,巴丹吉林沙漠西北部沿古日乃湖拐子湖一带尚有来自沙漠区的地下水侧向补给了额济纳盆地,尽管计算参数和方法有一定的差别,但计算结果基本接近,一般介于1.05?
1081.21?
108m3/a,平均为1.13?
108m3/a。
即巴丹吉林沙漠区地下水的总排泄量约为2.77?
108m3/a。
2.2?
沙漠区地下水的总补给量根据区域水文地质条件,沙漠区地下水的补给来源有汇水面积范围内山区地下水的侧向流入,沙漠区大气降水、凝结水的入渗补给。
巴丹吉林沙漠东南部的雅布赖山和南部的北大山区降水稀少,沟2?
干?
旱?
区?
研?
究?
24卷%&甘肃省地质调查院.河西走廊地下水勘查.勘查研究报告,2002.甘肃省地矿局地质科学研究所.河西走廊地下水分布规律及其合理开发利用.研究报告,1982.中国人民解放军00九二九部队.努尔盖公社幅1（20万区域水文地质普查.普查报告,1981.中国人民解放军00九二九部队.雅布赖盐场幅1（20万区域水文地质普查.普查报告,1981.谷不发育,所赋存的基岩裂隙水、碎屑岩裂隙孔隙水和沟谷第四系松散岩类孔隙水甚为贫乏,采用径流模数法计算的山区地下水侧向补给量为8.76?
106m3/a,采用达西定律断面法计算的第四系沟谷潜流补给量为2.03?
106m3/a,地下水侧向补给量合计为1.08?
107m3/a。
根据河西走廊典型地段研究结果,大气降水、凝结水一般对地下水的动态影响甚微,水位埋深小于5m的地段,一次连续降水量大于10mm,地下水位普遍上升。
由于包气带水分含量的差异,灌区和非灌区降水入渗量迥然不同,非灌区只有在水位埋深小于1m地段才能接受降水渗入,而灌区可观测到水位埋深小于5m地段因降雨渗入而引起的水位上升。
与降水渗入相比,凝结水的渗入要大一些。
安西、酒泉、张掖、武威地渗仪的实测结果证实,在非灌区,包括冻土融解水在内的凝结水入渗强度,水位埋深01m为20.06mm,13m为12.2mm,35m为20.81mm。
巴丹吉林沙漠地下水位埋深小于5m的地段仅限于湖区及丘间洼地,面积87.8km2。
由此计算出大气降水、凝结水入渗对地下水的补给量为1.17?
107m3/a,加上周边山区地下水的侧向补给量,巴丹吉林沙漠地下水总补给量为2.24?
107m3/a。
2.3?
沙漠区地下水均衡问题巴丹吉林沙漠地下水总补给量为2.24?
107m3/a,与该区域地下水的总排泄量2.77?
108m3/a相比较,二者相差2.547?
108m3/a的水量,地下水总排泄量远远大于总补给量,是总补给量的12.3倍。
那么就出现了疑问,维持湖泊长久不衰的水量来自哪里,难道真是无源之水吗?
3?
湖泊水源的补给来源及补给途径3.1?
湖泊水源的补给来源3.1.1?
黑河正义峡哨马营入渗补给?
金塔鼎新盆地位于巴丹吉林沙漠西缘,黑河自南而北流经盆地并在正义峡哨马营段产生强烈渗漏,多年平均渗漏量2.86?
108m3/a!
7。
据1999年盆地地下水均衡计算结果（表2）,地下水总补给量为5.66?
108m3/a,总排泄量为3.00?
108m3/a,均衡差为+2.66?
108m3/a,未观测到盆地内地下水位有大幅度上升的迹象。
实测资料显示,黑河正义峡哨马营段河水位海拔高程11101228m,而巴丹吉林沙漠湖泊群水面海拔高程10801220m,湖泊水位明显低于黑河正义峡哨马营段河水位海拔高程,符合水往低处流的原理,所以直观地认为这部分水量补给了湖泊群。
若加上沙漠区地下水的总补给量,总量应为2.88?
108m3/a,与沙漠区地下水总排泄量2.77?
108m3/a有着惊人的一致,也符合水资源补给与排泄相平衡的理论。
那么金塔鼎新盆地与巴丹吉林沙漠特别是沙漠湖泊之间是否存在着）地下通道。
表2?
金塔鼎新盆地地下水均衡计算（1999年）Tab.2?
EstimatedresultsofgroundwaterbalanceintheJinta?
DingxinBasinin1999/（108m3）地下水补给量河洪水入参渠田水入渗降、凝水入渗?
侧向流入?
合计地下水排泄量蒸发量开采量?
侧向流出?
合计均衡差2.8651.5340.5410.7225.6621.9530.8920.1593.004+2.6583.1.2?
石羊河下游雅布赖盆地的侧向流入?
位于巴丹吉林沙漠东南雅布赖山南麓的雅布赖盆地历史上曾为石羊河流域的尾闾地带。
现在开发利用的雅布赖盐场便是左证,否则根本无法支撑4.0?
1066.0?
106t盐矿所需的巨大水盐动力条件。
后来由于石羊河的萎缩,尾闾区才向南退移到了现今的民勤湖区一带!
8。
据有关勘探资料,现今的雅布赖盆地已经演化为一个独立的水文地质盆地,与南部石羊河流域早已失去了水力联系,与西北部的沙漠区也因雅布赖山脉的阻隔而缺少水力联系。
据1993年计算结果+,雅布赖盆地地下水补给量约为1.41?
107m3/a,与地下水排泄量基本相当,根本没有多余的水量补给巴丹吉林沙漠区。
另外,一些学者通过分析对比石羊河流域金昌井水中SO42-,Ca2+等离子的含量,得出了石羊河流域的地下水不是巴丹吉林沙漠湖泊的补给源的结论!
3。
3.2?
湖泊水源的补给途径3.2.1?
阿尔金断裂及其导水性?
一些学者认为,阿尔金断裂带是亚洲大陆内部一条巨型左旋走滑断裂带,西起西藏的拉竹龙附近,东到甘肃的金塔鼎新盆地,隐没于巴丹吉林沙漠之中,全长1600km!
9;也有学者认为,阿尔金断裂为左行压扭性断裂,长达1700km以上!
10。
陈建生、杨藩等认为,横贯我国31期?
丁宏伟等:
巴丹吉林沙漠湖泊形成的机理分析?
+甘肃省地矿局第二水文地质工程地质队.萨尔台幅1（20万区域水文地质普查.普查报告,1994.西北东西的阿尔金大断裂的东延部分及其所形成的羽翼状断层带存在地表破碎带,而这个地表破碎带通过了金塔鼎新盆地和巴丹吉林沙漠,正好位于沙漠内陆湖泊群附近（图2）。
徐锡伟等认为!
1115,阿尔金断裂为一条长期逆冲活动断层,晚第四纪以来,以高速左旋走滑断裂运动为主,包括宽滩山在内的断层东段滑动速率为2.2mm/a,西段滑动速率达10mm/a以上,活动深度可达数十公里。
长期的构造运动所产生的断层破碎带使阿尔金断裂具有良好的导水性,仅断层中含水层的厚度就可能达3km以上。
陈建生等2004年5月底的现场调查进一步发现!
4,在巴丹吉林沙漠湖泊群一带存在大量的钙华群。
钙华都是来自于地下水中碳酸钙在涌出地表时的沉积。
湖泊中发现的钙华、沙丘中发现的钙质胶结都与石灰岩地层有关。
阿尔金深大断裂已经被证实是活动的,深部存在大厚度的灰岩地层,并具有很好的导水作用,有助于将表层的水渗入到灰岩深部,在高压下水中的CO2对碳酸钙岩层的溶蚀增强,但当地下水涌出地面时,水中的压力降低,使碳酸钙在涌水口附近沉积,从而形成钙质胶结或钙华。
通过进一步分析,湖水中3He/4He的比值一般为10-710-8,正好介于河水或浅层地下水3He/4He比值1.4?
10-6与地壳中3He/4He比值2?
10-8之间,从而得出湖泊水循环过程经过了深部的地壳层的结论。
陈建生通过对比水中稳定同位素?
D,?
18O的含量,也得出了湖泊水来自西部地下水补给的结论!
16。
这样就有理由认为,黑河在金塔鼎新盆地强烈渗漏所产生的地下水顺着阿尔金断裂自西向东补给了巴丹吉林沙漠,经过目前还不知道的深部循环方式,地下水在湖泊群地表破碎带向上运移形成上升泉,最终成为巴丹吉林内陆沙漠湖泊群水源的补给来源（图3）。
这就是巴丹吉林内陆沙漠湖泊群形成及长久不衰的主要原因。
3.2.2?
其它补给途径?
从区域地质构造条件分析,巴丹吉林沙漠内陆湖泊群尚有来自南部潮水西盆地、潮水东盆地、雅布赖盆地地下水侧向补给和来自东北部黄河水渗漏补给的可能。
南部的潮水西盆地、潮水东盆地由于其本身水资源就十分匮乏,加上无长年性地表水流经,两盆地合计地下水补给量仅4.00?
107m3/a左右,而蒸发量高达4.50?
107m3/a,地下水基本维持在天然的平衡状态!
17,根本无多余的水量补给北部沙漠。
再者,潮水盆地是一个被构造所控制的山间断陷封闭盆地,盆地与沙漠之间的北大山分布的南北向第四系沟谷中松散沉积物厚度仅几米到十几米,下伏为第三系不透水的泥岩和泥砂岩,沟谷基底远高于侵蚀基准面,亦无导水构造存在。
故潮水西盆地、潮水东盆地地下水无侧向径流补给沙漠区。
前已述及,雅布赖盆地亦与沙漠区缺少水力联系,根本没有多余的水量补给巴丹吉林沙漠区。
研究证实,由于黄河西岸贺兰山的阻隔,银川盆地无地下水向西补给沙漠区,已探明黄（根据李春昱等1982、杨藩等1994、陈建生等2003年,本文有修改）图2?
阿尔金深大断裂及盆地、山地、沙漠位置示意图Fig.2?
MapoftherechargeanddrainageofwatersourcesoftheinlandlakesintheBadainJuranDesert4?
干?
旱?
区?
研?
究?
24卷1.山地;2.盆地;3.沙漠;4.河流;5.湖泊;6.地下水径流方向;7.地下水可能径流方向;8.深大断裂及隐伏深大断裂图3?
巴丹吉林沙漠内陆湖泊水源地补给与排泄平面图Fig.3?
Theplanepictureofthewatersupplysource,wayandeliminateoftheinlandlakeinBadanjilindesert河水与巴丹吉林沙漠区湖泊没有水力联系。
但是,应该指出,黄河水是位于腾格里沙漠与乌兰布和沙漠之间吉兰泰盐湖的补给水源!
18。
另外,20世纪70-80年代曾有人怀疑,黑河在中游流经临泽高台时有部分水量通过平川沟谷（疑为黑河古河道）自南而北补给了巴丹吉林沙漠,但通过,平川幅.、,高台幅/水文地质勘探证实（笔者时任钻机地质员）,平川沟谷第四系厚度最薄处仅1015m,岩性为亚粘土、亚砂土和中细砂,均为不含水的干燥层,下伏地层为第三系紫红色泥岩、砂砾岩,含水层富水性较弱,水质极差,与北大山区域水文地质规律相吻合。
平川沟谷下伏基底海拔高程14501580m,远高于黑河平川段河水位海拔高程13701385m。
因此,无论从沟谷地形地貌条件、地层岩性还是含水层富水性及水文地球化学特征,均不支持平川沟谷曾经是黑河古河道的疑问。
黑河水也就不可能沿着平川沟谷补给沙漠区。
4?
结论与讨论巴丹吉林沙漠内陆湖泊的形成原因及水源的补给来源与补给途径,学术界已经争论了长达半个多世纪。
由于阿尔金深大断裂具有良好的导水性,地势西高东低,大断裂东延部分及其所形成的羽翼状断层带存在地表破碎带,而这个地表破碎带通过了金塔鼎新盆地,隐伏于巴丹吉林沙漠,正好位于沙漠内陆湖泊群附近,从而为沙漠内陆湖泊的形成创造了有力的地质构造条件和水资源补给通道。
河西走廊最大的河流黑河通过正义峡流经金塔鼎新盆地,并在断层破碎带产生强烈的渗漏,多年平均渗漏量2.86?
108m3。
据盆地1999年地下水均衡计算结果,地下水总补给量大于总排泄量2.66?
108m3,未观测到盆地内地下水位有大幅度上升的迹象。
而现有的资料计算的巴丹吉林沙漠地下水总补给量小于地下水的总排泄量2.55?
108m3。
沙漠区地下水的补给与排泄处于极不平衡的状态,不能解释沙漠区内陆湖泊水量长久不衰的原因。
但沙漠区地下水总补给量若加上金塔鼎新盆地多余的地下水补给量,那么总量应为2.88?
108m3,与沙漠区地下水总排泄量2.77?
108m3有着惊人的一致,也符合水资源补给与排泄相平衡的理论。
再者,黑河正义峡哨马营段河水位海拔11101228m,而巴丹吉林沙漠湖泊群水面海拔10801220m,湖泊水位一般低于黑河正义峡哨马营51期?
丁宏伟等:
巴丹吉林沙漠湖泊形成的机理分析?
./甘肃省地矿局第二水文地质工程地质队.平川幅1（20万区域水文地质普查.普查报告,1983.甘肃省地矿局第二水文地质工程地质队.高台幅1（20万区域水文地质普查.普查报告,1992.段河水位海拔高程,符合水往低处流的道理。
湖泊群一带存在大量的钙华群和湖泊水中3He/4He的比值介于河水或浅层地下水3He/4He比值与地壳中3He/4He比值之间的现象,从另一个角度证实了湖泊水循环过程经过了深部的碳酸岩（灰岩）地壳层。
综合上述,有充分理由认为黑河在金塔鼎新盆地强烈渗漏所产生的地下水顺着阿尔金断裂自西向东源源不断地补给了巴丹吉林沙漠,经过目前还不知道的深部循环方式,地下水在湖泊群地表破碎带向上运移形成上升泉,最终成为巴丹吉林内陆沙漠湖泊群水源的补给来源。
参考文献（References）:
!
1?
吴正.风沙地貌与治沙工程学!
M.北京:
科学出版社,2003.!
WuZheng.ControlEngineeringofSandPhysiognomy!
M.Bei?
jing:
SciencePress,2003.!
2?
陈建生,汪集.试论巴丹吉林沙漠地下水库的发现对西部调水计划的影响!
J.水利经济,2004,15（3）:
28-32.!
ChenJiansheng,WangJiyang.TrytotalkabouthediscoveryofthegroundwaterreserviorinBadanjilindesertinfluencethatwaterre?
movingplaninthewest!
J.WaterConservancyEconomy,2004,15（3）:
28-32.!
3?
杨小平,刘东生.距今30ka前后我国西北沙漠地区古环境!
J.第四纪研究,2003,22
（1）:
25-30.!
YangXiaoping,LiuDongsheng.Ancientenvironmentofnorthwestdesertinourcoun?
tryfromnow30ka!
J.QuaternaryStudied,2003,22
（1）:
25-30.!
4?
陈建生,汪集.同位素方法研究巴丹吉林沙漠与古日乃草原地下水补给!
J.中国地球物理,2003,34（4）:
642-643.!
ChenJiansheng,WangJiyang.TheresearchofgroundwatersupplyinBadanjilindesertandGurinaigrasslandintheisotopemethod!
J.ChineseGeophysics,2003,34（4）:
642-643.!
5?
顾慰祖,陈建生,汪集,等.巴丹吉林高大沙山表层孔隙水现象的疑义!
J.水科学进展,2003,28
（2）:
32-37.!
GuWeizu,ChenJiansheng,WangJiyang,etal.Challengeraisedfromtheappearanceofvadosewaterwithinthesurfacelayerofmegadunes,BadainJaranDuneDesert,InnerMongolia!
J.ProgressinWaterScience,2003,28
（2）:
32-37.!
6?
武选民,黎志恒,史胜生,等.西北黑河下游额济纳盆地地下水系统研究!
J.水文地质工程地质,2002,29
（1）:
4-9,29
（2）:
24-28.!
WuXuanmin,LiZhiheng,ShiShengshen,etal.Sys?
temicresearchofgroundwaterinEjinaBasininthelowerreachesofHeiheriver!
J.HydrogeologyandEngineeringGeology,2002,29
（1）:
4-9,29
（2）:
24-28.!
7?
曹文炳,万力,周训,等.黑河下游环境变化对生态环境的影响!
J.水文地质工程地质,2004,31（5）:
21-25.!
CaoWenbin,WanLi,ZhouXun,etal.Effectsofvariationinwaterenviron?
wentonecosysteminthelowerreachesoftheHeihewatershed!
J.HydrogeologyandEngineeringGeology,2004,31（5）:
21-25.!
8?
丁宏伟,王贵玲,黄晓辉.红崖山水库径流量减少与民勤绿洲水资源危机分析!
J.中国沙漠,2003,23
（1）:
84-88.!
DingHongwei,WangGuiling,HuangXiaohui.Runoffreducingflowedin
升级会员 