第五节地下水化学同位素特征
一、地下水水化学场及其演化
(一) 地下水水化学特征
准噶尔盆地地下水水化学特征从山前倾斜平原向盆地腹部呈现出有规律的变化，形成明显的水平分带。山区岩土中的Ca2+和HCO3-首先被淋溶于水中，使之成为山地水尤其是地下水的标型元素，形成HCO3--Ca2+型水，局部地区受围岩地层岩性的影响，水化学类型为HCO3-, SO42--Ca2+, Na+型水。TDS通常小于0.5 g/L。在山前倾斜平原中上部，由于地表水出山口后大量渗失，补给地下水，且地下水径流条件好，水文地球化学作用以淋溶和迁移为主，水化学类型一般为HCO3--Ca2+-Na+型、HCO3--SO42--Ca2+-Na+型水，TDS大都小于1 g/L。向盆地腹部低洼地带，随着径流途径的加长，地下水中淋溶的易溶盐成分含量逐渐增多，且洼地中呈碱性或弱碱性水土环境形成的地球化学屏障，加之强烈的蒸发作用，使水中淋溶的Ca2+、HCO3-大多被析出，而使硫酸盐、氯化物及Na+、Ba2+、Sr2+、Mo、Pb、Zn、As、Se、Br等大量富集，并成为平原区地下水的标型元素。水化学类型由山区的HCO3--Ca2+型水，逐渐变为HCO3--SO42--Ca2+-Na+型、SO42--HCO3--Na+Ca2+型、SO42--Na+型、SO42--Cl--Na+型或Cl--SO42--Na+型，最后变成Cl--Na+型水。TDS由小于1 g/L，逐渐变为1~3 g/L，3~10 g/L，大于10 g/L，局部洼地甚至大于50 g/L。
据同位素研究，奎屯河流域单一结构潜水区，水中盐分为淋滤作用成因，多层结构区潜水和浅层承压水，盐分为蒸发作用成因。多层结构区深层承压水，水中盐分的积累以淋滤作用为主。玛纳斯河流域多层结构潜水区，水中盐分主要为淋滤作用成因，玛纳斯河流域多层结构区潜水、浅层承压水水中盐分积累的主要机理为蒸发作用，多层结构深层承压水水中盐分的积累以淋滤作用为主。乌鲁木齐河流域单一结构区潜水水中盐分以淋滤作用为主，可能叠加了轻微的蒸发作用；多层结构区潜水和承压水的水中盐分主要为淋滤作用成因。因此，单一结构区潜水和多层结构区深层承压水水中盐分的积累以淋滤作用为主，多层结构区潜水及浅层承压水水中盐分主要为蒸发作用成因。
因各地的地质、地貌、水文地质条件和气象、水文等自然因素的差异，盆地内各二级地下水系统表现出不同的地下水水化学特征（详见表3-2）。
1. 额尔齐斯河流域系统（CO2A）地下水化学特征
(1) 阿勒泰山南部到富蕴县子系统（CO2A01）
1) 阿勒泰山区子系统（CO2A0101）地下水化学特征
阿勒泰山区子系统地下水类型主要为山区基岩裂隙水，富蕴-喀拉通克山间洼地的上覆第四系潜水下基岩裂隙水主要分布在山区。东部及北部海拔2500 m靠分水岭一带，由于受构造及气候条件的影响，构造线密布，裂隙发育，降水丰沛，地下水补给源充足，蒸发微弱，所以该区地下水交替强烈，TDS低，水质较好，水化学类型为HCO3--Ca2+(Na+)，TDS小于0.5 g/L。在海拔2000 m左右的浅变质岩区变为HCO3--SO42--Ca2+(Na+)型，TDS为0.2~0.8 g/L；到海拔1500 m左右的低山丘陵区，随着地势的降低，地下水径流变缓，水交替减弱，水化学类型变为SO42--HCO3--Na+(Ca2+)型，TDS为0.5~1.5 g/L。
山间洼地的上覆第四系潜水在特额勒克至马乌开条形地含水层岩性颗粒粗，水交替强烈，水化学类型为HCO3--SO42--Na+-Ca2+型，TDS小于0.5 g/L；其余部位，由于含水层颗粒较细，地下水位埋藏浅，径流条件差，蒸发量大，地下水水质变差，水化学类型为SO42--HCO3--Na+(Ca2+)型、SO42--Cl--Na+(Ca2+)型，TDS大于1.0 g/L。下伏基岩裂隙水与上覆潜水基本一致，洪积平原基岩裂隙承压水含水层透水性能良好，补给来源充足，径流强度大，水交替强烈，地下水化学类型为HCO3--SO42--Na+-Ca2+型，TDS小于0.5 g/L。西北区的基岩裂隙水补给径流条件变差，水交替缓慢，地下水对介质的溶滤时间加长，地下水TDS增大，水质变差，水化学类型为SO42--HCO3--Na+(Ca2+)型、SO42--Cl--Na+(Ca2+)型，TDS为1-3g/L。
2) 布尔津山区子系统（CO2A0201）地下水化学特征
布尔津山区子系统主要为基岩裂隙水，由于山区地形切割强烈，构造线密布，裂隙发育，降水丰沛，水交替条件好，水质较好。本区水化学类型为HCO3--Ca2+(Na+)型、HCO3--SO42--Ca2+(Na+)型，TDS小于1g/L，氟离子小于1 mg/L。
3) 布尔津平原区子系统（CO2A0202）地下水化学特征
布尔津平原区地下水类型主要为北部第四系单一结构潜水，南部的上覆第四系潜水下伏古近-新近系承压水。单一结构潜水受北部山区影响，补给径流条件较好，水化学类型为HCO3--Ca2+(Na+)型，TDS小于1g/L。
潜水-承压水区，上覆潜水由北向南水化学类型由HCO3--SO42--Ca(Na)型，TDS小于1 g/L变为SO42--HCO3--Na(Ca)型，TDS小于1.0~1.5 g/L。氟离子含量在阿克多弥拉克一带大于2 mg/L。下伏古近-新近系承压水北部为TDS小于1g/L的HCO3--SO42--Ca(Na)型水，向南部变为SO42--HCO3--Na(Ca)型，TDS为1.0~1.2 g/L，氟离子含量一般小于1 mg/L。
(3) 阿勒泰山南瀚哈巴河县亚系统（C02A03）地下水化学特征
1) 哈巴河山区子系统（C02A0301）地下水化学特征
哈巴河山区子系统主要为基岩裂隙水，北部由于裂隙发育，降水丰沛，水交替条件好，水质较好，水化学类型为HCO3--Ca2+(Na+)型、HCO3--SO42--Ca2+(Na+)型水，TDS小于0.5 g/L。向南随地势降低，补给条件变差变为SO42--HCO3--Na(Ca)型，TDS小于1 g/L，氟离子小于1 mg/L。
2) 哈巴河平原区子系统（C02A0302）地下水化学特征
哈巴河平原区子系统地下水类型主要为第四系单一结构潜水及上覆第四系潜水下伏古近-新近系承压水。第四系单一结构潜水主要分布于西北部山前倾斜平原上部，地下水化学类型为HCO3--Ca2+型，TDS小于0.5 g/L。基岩裂隙水主要分布在冲洪积平原中下部，水化学类型主要为HCO3--Ca(Na)型、HCO3--SO42--Ca(Na)型水，向南至哈巴河县鱼场及吐勒克勒一带为SO42--HCO3--Na(Ca)型水，TDS小于1 g/L，氟离子小于1 mg/L。下伏古近-新近系承压水主要为HCO3--Ca型、HCO3--SO42--Ca(Na)型水，TDS小于1 g/L，氟离子小于1 mg/L。
(4) 萨吾尔山北麓吉木乃县亚系统（CO2A04）地下水化学特征
1) 吉木乃山区子系统（CO2A0401）地下水化学特征
吉木乃山区地下水子系统主要为基岩裂隙水，水质较好，主要为HCO3--Ca型水，TDS小于0.5 g/L，氟离子小于1 mg/L。
2) 吉木乃平原区子系统（CO2A0402）地下水化学特征
吉木乃平原区子系统地下水类型主要为第四系单一结构潜水、上覆第四系潜水下伏古近-新近系承压水、基岩裂隙水及古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水。第四系单一结构潜水主要分布在吉木乃县城西部及南部，位于盆地边缘的山前冲洪积倾斜平原上部，含水层岩性颗粒粗大，孔隙发育，径流条件好，地下水化学类型主要为HCO3--Ca2+(Na+)型、HCO3--SO42--Ca(Na)型水，TDS小于1 g/L。基岩裂隙水主要分布在科克森套山、庄格拉山、那林卡拉山等低山丘陵，因山体矮小，气候干旱，降水稀少，地下水较贫乏，水化学类型主要为HCO3--SO42--Ca(Na)型、SO42--HCO3--Na(Ca)型水，TDS小于1 g/L。古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水出露于哈土山、哈拉塔依库都克等古近-新近系低山丘陵区，也因地下水补给贫乏，气候干旱，水化学类型主要为SO42--HCO3--Na(Ca)型、SO42--Cl--Na(Ca)型水，TDS小于1 g/L。上覆第四系潜水下伏古近-新近系承压水在平原区广泛分布。上覆第四系潜水沿径流方向由西南向东部，TDS渐增，水类型趋向复杂，由西南冲洪积平原中上部低矿化的重碳酸盐淡水逐渐向高矿化硫酸盐氯化物型咸水转化。该区南部及西部，补给径流条件较好，水化学类型主要为HCO3--Ca(Na)型、HCO3--SO42--Ca(Na)型，TDS小于1 g/L。中部及东部地势低洼，径流滞缓，蒸发强烈，出现积盐状态，水质变差，为SO42--HCO3--Na(Ca)型及SO42--Cl--Na(Ca)型，TDS为1~3 g/L。下伏古近-新近系承压水也具有水平分带现象。古近-新近系含水层多为疏松，颗粒比较均匀的长石、石英、云母等中细粒砂组成，通过纵横交错的断裂和山前地带的直渗人，使深埋于泥岩下的古近-新近系承压自流水层为低矿化淡水，水化学类型为HCO3--Ca(Na)型、HCO3--SO42--Ca(Na)型，TDS小于1 g/L。在向东运移过程中，不断溶解途中的易溶盐类，水化学类型演变成SO42--HCO3--Na(Mg)型及SO42--Cl--Na(Ca)型的微咸水，TDS为0.6~1.5 g/L。其垂直分带现象表现在古近系为SO42--Cl--Na(Ca)型咸水，而新近系为HCO3--SO42--Ca(Na)型淡水。
2.乌伦古湖流域系统（CO2B）地下水化学特征
(1)福海县-青河县亚系统（CO2B01）地下水化学特征
1）福海-青河山区子系统（CO2B0101）地下水化学特征。福海-青河山区子系统地下水主要为基岩裂隙水，其水化学特征受地势高差、气候、地质构造作用的影响而发生变化。该区东北部中山区由于地形切割强烈，构造线密布，裂隙发育，降水丰富，蒸发微弱，所以地下水交替强烈，地下水化学类型为HCO3--Ca(Na)型、HCO3--SO42--Ca(Na)型，TDS小于1 g/L，氟离子小于1 mg/L；向西南至低山及丘陵区，随着地势的降低，降水减少，蒸发强烈，地下水水化学类型逐步过渡为SO42--HCO3--Na(Ca)型及SO42--Cl--Na(Ca)型，TDS由小于1 g/L，增至1~2 g/L，氟离子1~2 mg/L。
2)福海-青河平原区子系统（CO2B0102）地下水化学特征。福海-青河平原区子系统地下水类型主要为上覆第四系潜水下伏古近-新近系承压水、基岩裂隙水及古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水。
基岩裂隙水及古近-新近系碎屑岩类孔隙裂隙水分布在该区的丘陵区，由于山体矮小，气候干旱，降水稀少，地下水贫乏，无供水意义，地下水化学类型为Cl--SO42--Na型水，TDS大于1 g/L。
上覆第四系潜水下伏古近-新近系承压水分布于广大平原区，上覆潜水沿乌伦古河水质较好，为HCO3--Ca(Na)型，TDS小于1 g/L，向两侧水质变差，变至SO42--HCO3--Ca(Na)型、SO42--Cl--Na型水，TDS由小于1~3 g/L。至该区南部，第四系潜水水量极贫乏，变至Cl--SO42--Na型水，TDS大于3 g/L。下伏古近-新近系承压水也具有水平分带现象。古近-新近系含水层多为疏松，颗粒比较均匀的长石、石英、云母等中细粒砂组成，通过纵横交错的断裂和山前地带的直渗人，使深埋于泥岩下的古近-新近系承压自流水层为低矿化淡水，水化学类型为HCO3--Ca(Na)型、HCO3--SO42--Ca(Na)型，TDS小于1 g/L。在向东运移过程中，不断溶解途中的易溶盐类，水化学类型演变成SO42--HCO3--Na(Mg)型及SO42--Cl--Na(Ca)型的微咸水，TDS为0.6~1.5 g/L。其垂直分带现象表现在古近系为SO42--Cl--Na(Ca)型咸水，而新近系为HCO3--SO42--Ca(Na)型淡水。
(2)托斯特谷地亚系统（CO2B02）地下水化学特征
1）托斯特山区子系统（CO2B0201）地下水化学特征。托斯特山区子系统地下水类型为基岩裂隙水，由于山体较矮，地下水补给条件较差，水化学类型主要为SO42--HCO3--Na·Ca型，TDS小于1 g/L。
2）托斯特谷地子系统（C02B0202）地下水化学特征。托斯特谷地子系统地下水类型主要为上覆第四系孔隙潜水下伏古近-新近系承压水，第四系潜水与下伏古近-新近系承压水在平面上的变化规律基本一致，由西向东由补给区向排泄区由HCO3--Ca型，TDS小于0.5 g/L变至SO42--HCO3--Ca·Mg型，TDS为0.5~2 g/L，至乌伦古湖附近变至SO42--Cl--Na型水，TDS 1~3 g/L。
3）乌伦古湖盆亚系统（CO2B03）地下水化学特征。由于该区为地下水及地表水最终排泄区，上覆第四系潜水水化学类型为SO42--Cl--Na型、Cl--SO42--Na型，TDS大于3 g/L，最高可达398 g/L，下伏古近-新近系承压水水化学类型为SO42--Cl--Na型，TDS大于1 g/L。
3. 玛纳斯湖流域系统（CO2D）地下水化学特征
(1）博格达山北麓阜康市-木垒县亚系统（CO2C01）地下水化学特征
1）阜康-木垒山区子系（CO2C0101）地下水化学特征。阜康-木垒山区子系主要为基岩裂隙水，南部海拔1800~3000 m高中山区基岩裂隙发育，接受大气降水和冰雪融水直接渗入补给，水交替作用十分活跃，地下水经历了最初矿化阶段，为低矿化淡水，TDS多小于0.2~0.4 g/L，最低0.03 g/L，总硬度随TDS成正比变化，介于60~160 mg/L，水化学类型为HCO3--Ca·Mg型及HCO3--SO42--Ca·Mg型。
在阜康博格多峰北坡基性侵入岩分布地带地下水为SO42--HCO3--Ca·Mg型水。在早康森林带下限的狭长地带，断续出露二叠系硅质粉砂岩，富含硫酸盐类使水中SO42-含量增多，水化学类型突变为SO42--HCO3--Ca·Na型，TDS也增高到1~2 g/L。在该子系统东侧喀拉戈勒河以东石炭系凝灰岩、安山岩等地区，由于气候干燥，地下水补给贫乏，水化学类型为SO42--HCO3--Na·Ca(Mg)型水，TDS 1.1~1.3 g/L。
向北至海拔800~1800 m低山丘陵区，水化学特征比较复杂，这种化学性质的多样复杂性，除低山丘陵区水交替作用差的缘故外，与所处地层岩性和补给来源有密切关系。该区出露的有二叠系、三叠系和侏罗系。二叠系节理裂隙发育，地下水径流条件好，TDS一般0.2~0.8 g/L，水化学类型为HCO3--SO42--Ca·Mg型。三叠系中富含氯化物及硫化物和钾、钠、钙等易溶盐类，致使地下水水质急剧恶化，TDS 3~11 g/L，水化学类型为Cl--SO42--Na型及SO42--Cl--Na型水，在地表径流发育地段，三叠系砂岩中地下水类型为SO42--HCO3--Na·Mg型，TDS 2 mg/L。侏罗系主要分布在泉子街、黄山台子以北地带，地下水类型主要为Cl--SO42--Ca·Mg型及SO42--HCO3--Na·Mg型，TDS为0.3~0.9 g/L。
2)阜康-木垒平原区子系统（CO2C0102）地下水化学特征。阜康-木垒平原区子系统地下水类型主要为山前倾斜平原区第四系单一结构潜水、第四系潜水-第四系承压水区及第四系潜水-古近-新近系承压水区。
山前倾斜平原区第四系单一结构潜水是平原区地下水的补给带，含水层岩性由卵砾石构成，补给径流条件较好，且地下水埋藏较深；从水化学成分演变来看，属水化学作用的混合作用带，山区不同成分的地表水或地下水在该带参入汇合，促使水质重新变化；就水化学成分的形成而言，属典型的溶滤水分布区，水蒸发作用十分微弱，水化学类型为HCO3--Ca·Mg型、HCO3--SO42--Na·Ca(Mg)型，TDS小于0.5 g/L。但在木垒县城以东，由于特定的干旱条件，使戈壁平原的中上部潜水即出现SO42--HCO3--Ca·Na型、SO42--Cl--Na型水，TDS 1~5 g/L。在三台五梁山附近，古近-新近系翘起，由于古近-新近系石膏层，使第四系潜水中SO42-含量急剧增高，局部出现了SO42--Na·Ca型、SO42--Cl--Na-Ca型水。
第四系潜水-承压水区，上部潜水主要分布在冲积平原、冲沼积平原及沙漠边缘区。由于地形平坦，含水层颗粒细小，地下水径流迟缓，埋藏变浅，水蒸发作用加强，荒漠性炎热气候是该带潜水恶化的主要因素；在蒸发浓缩作用下，潜水由南向北由SO42--HCO3--Na·Ca型水变至SO42--Cl--Na型水、Cl--SO42--Na型水，TDS由1~3 g/L增至5~10 g/L。在渠系密集及古河道地带，分布有HCO3--SO42--Na-Ca(Mg)型水，TDS 0.8~1.0 g/L。
下伏第四系承压水主要分布在奇台-阜康冲洪积平原中下部，且埋藏在40~80 m以下，由于有隔水顶板，与上部潜水构成上咸下淡的水化学特征。承压水TDS一般为0.2~0.7 g/L，水化学类型为HCO3--Ca(Mg)型、HCO3--SO42--Ca·Na(Mg)型。但承压水仍具有明显的水平分带规律，在戈壁砾石带北侧，由于补给来源充沛，含水层岩性较粗，径流通畅，水位埋藏较深，免受蒸发影响，大部分地区具有很高的水头压力，承压水单向顶托补给潜水，不受潜水矿化作用影响。因此水质较好，属HCO3-Ca (Mg)型，TDS 0.1~0.4 g/L。至细土平原中下部，水型为HCO3-SO4-Na·Ca(Mg)型，TDS增到0.2~0.8g/L。到沙漠边缘，TDS增至0.4~2g/L，出现了SO4·HCO3-Na·Ca(Mg)型及SO4·Cl-Na型水。
下伏古近-新近系承压水分布在木垒地区。由于含水层较薄（一般7~8 m），透水性差，径流缓慢，承压含水顶板为含盐量很高的红色泥岩。因此，古近-新近系承压水水质较差，为Cl·SO4-Na型水，TDS达1～3g/L。 该子系统潜水的水平分带现象沿地下水径流方向十分明显。愈向径流下方，潜水矿化程度愈高，至平原北缘及沙漠地区出现大陆盐渍化典型水型。由于该子系统东西两部分地貌及气候背景相异，其潜水分带现象也不同。木垒以东戈壁平原区，由于接受山区矿化裂隙水补给，自山麓地带便出现以硫酸盐为主的矿化潜水。由于起点较高，整个平原地区的潜水均表现为水质较差的矿化类型。愈向径流下方，水质愈差，自始至终呈现矿化水分带现象。而奇台-阜康地区，由于补给来源充沛，水质好，至平原北部及沙漠地区才出现矿化水。 该子系统下伏第四系承压水的补给、径流条件均属较积极强烈的类型，水分交替通畅，不利于盐分积累。地下水的化学成分多为低矿化淡水，只在沙漠边缘一带TDS升高，出现了SO4·HCO3-Na·Ca型及SO4·Cl-Na型水，TDS增至0.4～2 g/L。 该子系统地下水在垂向上也具有一定的变化规律。奇台-阜康地区第四系具有复杂的多层结构，潜水与下伏承压水之间和几层承压水之间一般仅有几米或十几米的黏性土及砂性土相对隔水层，故含水层之间可发生垂向上的水力联系，深层水依靠向上的顶托渗透而排泄，因而愈近地表盐分积累愈多，TDS愈高，呈现区域性垂直变化规律。而在木垒平原区，潜水含水层是最简单的单层砂卵石或砂砾石，含水层薄，与其下伏古近-新近系承压水间有巨厚致密泥岩作为稳定隔水层，不发生水力联系，故在第四系薄层潜水含水层中及与下伏承压水间无法察觉其垂向变化规律。
(2) 博格达山北麓昌吉市-乌鲁木齐市亚系统（C02C02）地下水化学特征
1) 乌昌山区子系统(CO2C0201)地下水化学特征。由于地貌、构造及水文地质条件的不同，将乌昌山区地下水子系统划分为乌鲁木齐河-三屯河山区基岩裂隙水和柴窝堡山间盆地孔隙水分别加以论述。
乌昌山区地下水子系统地下水水化学特征具典型天山北坡山区的特点：即乌鲁木齐东山、西山和三屯河-头屯河南部的中山区基岩裂隙水水质较好，水化学类型为HCO3-Ca型水或SO4·HCO3-Na·Ca型水，TDS多小于0.5 g/L。乌鲁木齐南山、三屯河-头屯河南部的低山丘陵区由于溶滤古近-新近纪地层中膏盐成分，水质较差，水化学类型为SO4·Cl-Na型水、Cl·SO4-Na型水、Cl-Na·Ca型水或SO4·HCO3-Ca·Na型水，多为微咸水或咸水，TDS 0.5~3.2 g/L不等。多不宜生活饮用，但大多数地段出露的微咸泉水可作为牲畜用水。
2) 乌昌平原区子系统(CO2C0202)地下水化学特征。乌昌平原区地下水子系统可分为柴窝堡山间盆地及乌鲁木齐-头屯河-三屯河冲洪积平原，地下水类型主要为山前倾斜平原区第四系单一结构潜水及第四系潜水-承压水。
柴窝堡山间盆地单一结构潜水水化学类型以HCO3·SO4-Ca·Na型水、HCO3·SO4-Ca·Mg型水、HCO3·SO4-Na·Ca型水为主，TDS小于1 g/L。
上覆第四系潜水下伏第四系承压水区，上覆潜水至西山山前隆起及柴窝堡湖周围潜水浅埋区，水化学类型为SO4·HCO3-Na·Ca及SO4·Cl-Na·Ca型水，TDS增至1~2 g/L。红卫湖至柴窝堡湖周围的潜水埋深浅，为SO4·Cl-Na水，TDS为1 g/L左右，但湖周边及湖东的天然排水沟中潜水TDS为4~5 g/L。
下伏第四系承压水水化肥厂以西为HCO3·SO4-Na型水，TDS 0.3 g/L左右。化肥厂以东至三葛庄车站为HCO3-Na·Ca型水，TDS 0.22 g/L。三葛庄车站以东至柴窝堡，第一层承压水为HCO3-Ca·Na型水，第二层承压水为HCO3·SO4-Ca型水，TDS 0.3~0.4 g/L。西山农场地区，南部为SO4·HCO3-Na·Ca型水，北部为SO4·Cl-Na型水，TDS 0.5~1.5 g/L。
盆地地下水无论是潜水还是承压水，水化学类型多为HCO3·SO4-Ca·Na型，TDS小于1 g/L，多年来水化学成分稳定，变化不大。盆地西缘古近-新近纪裂隙孔隙承压水水化学类型为Cl·SO4-Na型水、Cl-Na·Ca型水，TDS1～3 g/L。 乌鲁木齐河-头屯河-三屯河山前倾斜砾质平原第四系单一结构潜水，包括乌鲁木齐河谷区，由于地下水水力坡度大，含水层为颗粒粗，水交替运移快，水化学以溶滤作用为主，地下水TDS与水化学类型均与河水相似，水质较好，TDS小于0.5 g/L，水化学类型主要为HCO3-Ca·Na型或HCO3·SO4-Ca·Na型水。 乌鲁木齐河谷区从南到北，水化学类型由HCO3·SO4-Ca·Na型逐步过渡到SO4·HCO3-Ca·Na型、SO4·Cl-Ca·Na型水，TDS从小于0.5 g/L过渡到0.5~1.0 g/L、1.0~2.0 g/L。河谷两侧由于接受TDS较高的基岩裂隙水补给，TDS较高，大于2 g/L。 第四系潜水-承压水主要分布在乌鲁木齐河-头屯河-三屯河山前冲洪积平原中下部。 上覆潜水由南向北含水层颗粒逐渐变细，地下水径逐渐变缓，潜水埋深逐渐变浅，地面蒸发不断增强，水质逐渐变差。安宁渠、米泉以北至五家渠一带，潜水水化学类型为HCO3·SO4-Na·Ca型，TDS小于1 g/L。向北至米泉西庄子一带潜水水化学类型为SO4·Cl-Na·Mg型，TDS 2.38 g/L。蔡家湖以北水平径流滞缓，潜水受强烈蒸发作用影响，水化学类型为SO4·Cl-Na型，TDS 3~10 g/L。北部东道海子一带，蒸发是地下水的主要排泄方式，造成盐分聚积，水质极差。潜水水化学类型为SO4·Cl-Na型，TDS大于1.0 g/L，局部最高达几十克/升。 南部潜水硬度大部分较低，一般小于300 mg/L，为软水和弱硬水。向北到河流下游末端，潜水硬度变大至大于450 mg/L，而乌鲁木齐市区和米泉市区潜水硬度大于480 mg/L，属于极硬水。
(3) 依连哈比尔杂山北麓石河子市-玛纳斯县-呼图壁县亚系统(CO2C03)地下水化学特征
1) 玛纳斯山区子系统(CO2C0301)地下水化学特征。玛纳斯山区地下水子系统主要为基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水及河谷与山间洼地中赋存的第四系松散岩类孔隙水。
高中山区岩石节理裂隙较发育，补给条件较好，基岩裂隙水水质较好，TDS多小于0.2 g/L，水化学类型为HCO3-Ca型水。低山丘陵区水质较差，水化学类型为SO4·Cl-Na型水或SO4·HCO3-Ca·Na型水，TDS多大于3 g/L，不宜饮用。向斜洼地处(地下水库)，第四系松散岩类孔隙水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Na型及SO4·HCO3-Ca·Na型水，TDS多小于0.5 g/L。该区地下水适宜生活饮用及农业灌溉。
2) 玛纳斯平原区子系统(CO2C0302)地下水化学特征。单一结构潜水主要分布在南部山前冲洪积倾斜平原上部。含水层颗粒普遍较粗大，径流条件好，水交替作用强烈，水质较好，为良好的农业及生活饮用水，水化学类型近河道为HCO3-Ca型水，河道两侧为HCO3·SO4-Na型水或HCO3·SO4-Ca·Na型水，TDS均小于0.5 g/L，总硬度小于300 mg/L。在呼图壁河与军塘湖间的扇间洼地，地下水动力条件稍差，水质受其制约，水化学类型为SO4-Na型，TDS 0.5~1.0 g/L，总硬度300～450 mg/L。
第四系潜水-承压水主要分布在冲洪积平原中下部。上覆潜水含水层颗粒由南向北逐渐较细，径流条件变差，水交替作用弱，蒸发作用强烈，水质较差。由南部的SO4·Cl-Na型水，TDS多大于1.0 g/L，向北至沙漠区变为Cl·SO4-Na型水，TDS大于3 g/L，不宜于生活饮用，仅在河床地段水质较好，可饮用。
下伏承压水水化学类型主要为HCO3-Ca (Na)型水、HCO3·SO4-Na型水，TDS小于0.5 g/L。随地下水径流，至105团奶牛分场5队-106团3连1148团29队-150团7连147团15连沙门子一线以北呈条带状渐变为HCO3·Cl-Na型水、SO4·Cl-Na型水、Cl·SO4-Na型水，TDS一般小于0.5 g/L。
从山前冲洪积扇向沙漠边缘，承压水硬度由大逐渐变小，然后逐渐增大。细土平原的上游，承压水硬度平均为166.43 mg/L；细土平原的中游，承压水硬度区间为10.01~179.60 mg/L，平均硬度为42.60 mg/L；细土平原下游(克拉玛依小拐乡)，承压水硬度在25.02~708.44 mg/L，硬度平均为268.27 mg/L。
(4) 依连哈比尔孕山北麓沙湾县亚系统(CO2C04)地下水化学特征
1) 沙湾山区子系统(CO2C0401)地下水化学特征。沙湾山区地下水子系统，高中山区基岩裂隙水水质较好，TDS多小于0.2 g/L，水化学类型为HCO3-Ca型水。向斜洼地处(地下水库)，第四系潜水水化学类型为HCO3-Ca型水及HCO3·SO4-Ca·Na型，TDS多小于0.3 g/L，该区地下水适宜生活饮用及农业灌溉。低山丘陵区呈带状分布，水质较差，水化学类型为SO4·Cl-Ca型水或SO4·HCO3-Ca·Na型水、SO4·Cl-Na·Ca型水，TDS高达2.28 g/L。由于第四系含水层中地下水的弥散淡化作用，该水化学异常在短距离即发生水化学类型的变异，该泉水不宜饮用，但可作为牲畜用水。
2) 沙湾平原区子系统(CO2C0402)地下水化学特征。南部山前倾斜平原单一结构潜水位于地下水强烈交替区，地下水TDS多小于0.5 g/L，水化学类型为HCO3-Ca型水、HCO3·SO4-Ca型水，TDS一般小于0.5 g/L，TDS在横向上的变化是河床附近小，远离河床则较大些。
潜水-承压水分布在单一结构潜水区北侧，上覆潜水大多数水位埋深在0.5~4 m，在毛细和蒸发以及植物蒸腾作用的影响下，水化学类型为SO4·HCO3-Mg·Ca型水或SO4·Cl-Ca·Na型水，TDS一般0.5~1.3 g/L。至北部沙漠边缘变为Cl·SO4-Na型，TDS 1~3 g/L。下伏承压水，由南部的HCO3-Na (Ca)型水及HCO3·SO4-Na (Ca)型水，TDS小于0.5 g/L，向北至135团9连-134团9连1121团15连的SO4·HCO3-Na型水，TDS小于0.5 g/L。至北部沙漠边缘为Cl·SO4-Na型水，TDS 0.5~1.2 g/L。
(5) 成吉思汗山-乌尔克下亦山克拉玛依亚系统(CO2C05)地下水化学特征
1) 克拉玛依山区子系统(CO2C0501)地下水化学特征。克拉玛依山区地下水子系统包括乌尔克下亦山、谢米斯赛山、扎依尔山及成吉思汗山等，地下水类型为基岩裂隙水。乌尔克下亦山、谢米斯赛山及扎依尔山西部高中山区气候湿润，接受大气降水及冰雪融水补给，径流排泄迅速，化学作用缓慢，水质较好为HCO3-Ca型水，TDS小于0.5 g/L。向东随山体高度降低，地下水补给条件变差，水质逐渐变差，为HCO3·SO4-Ca(Mg)型、SO4·HCO3-Na·Ca型水，TDS小于1 g/L；至谢米斯赛山东段至沙尔布尔山及成吉思汗山，海拔高程1000 m左右，受南部沙漠气候影响，气候极为干旱，地表水体稀少，蒸发强烈，地下水补给来源贫乏，故该区SO4、Cl、Na离子较高，TDS一般1~3 g/L，水化学类型主要为SO4·Cl-Na·Ca型、SO4-Na·Ca型水。
2) 克拉玛依平原区子系统(CO2C0502)地下水化学特征。克拉玛依平原区子系统地下水类型有第四系单一结构潜水、第四系潜水-承压水、第四系潜水-古近-新近系承压水及第四系潜水-基岩裂隙水。
(6) 萨吾尔山与谢米斯套山山间谷地和布克赛尔县亚系统(CO2C06)地下水化学特征
1) 和丰山区子系统(CO2C0601)地下水化学特征。该区地下水类型主要为基岩裂隙水。萨吾尔山、铁布克山降水丰富，蒸发微弱，断裂、裂隙发育，地下水补给来源充沛，水交替强烈，水化学类型为低矿化的HCO3-Ca型水，TDS小于0.5 g/L。谢米斯赛山西段由于山体相对高大，补给条件也较好，地下水化学类型为HCO3-Ca (Na)型，TDS小于0.5 g/L。谢米斯赛山东段及阿得尔克山区地势低缓，降水稀少，蒸发强烈，水交替条件较差，水化学类型为HCO3·SO4-Ca (Mg)型、SO4·HCO3-Na·Ca型及SO4·Cl-Na·Ca型水，TDS 0.5~3 g/L。
2) 和丰平原区子系统(CO2C0602)地下水化学特征。该子系统地下水类型主要为第四系单一结构孔隙潜水、上覆第四系孔隙潜水下伏古近-新近系承压水。
第四系单一结构孔隙潜水主要分布在和布克谷地山前砾质平原，该区含水层颗粒较粗，渗透性好，在充足的补给条件下交替强烈，水化学类型为HCO3-Ca型水，TDS小于0.5 g/L。
上覆第四系孔隙潜水下伏古近-新近系承压水在平原区广泛分布，在和克布谷地由于地下水补给条件较好，水化学类型为HCO3-Ca型水，TDS小于0.5 g/L。在谷地东部地下水补径排条件变差，水化学类型趋于复杂，出现了HCO3·SO4-Na·Ca型、SO4·HCO3-Na·Ca型及SO4·Cl-Na型水，TDS 0.2~3.9 g/L。在和什托洛盖-日阿拉贝拉克一带，和什托洛盖以南因受和布克河河水渗漏补给，TDS多为0.5 g/L，水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Na型，在河东岸TDS增至0.9 g/L，水化学类型为SO4·HCO3-Ca·Na型。至夏子街南东至沙漠区，随补给条件变差，地表蒸发强烈，水化学类型为SO4·Cl-Na型、Cl·SO4-Na型水，TDS 1~3 g/L。下伏古近-新近系承压水与第四系潜水有相似的变化规律，和布克赛尔谷地由于补给充足，径流通畅，水化学类型为HCO3-Na·Ca型，TDS小于0.5 g/L。至谷地东部随富水性变差，水质类型也变差，变至SO4·HCO3-Na·Ca型水及SO4·Cl-Na型水，TDS 0.5~1.5 g/L。至和什托洛盖-夏子街南西沙漠区，水化学类型为SO4·HCO3-Na·Ca型水及SO4·Cl-Na型水，TDS 1~2 g/L。
(7) 三个泉子地下水亚系统(CO2C07)地下水化学特征
1) 三个泉子山区子系统(CO2C0701)地下水化学特征。三个泉子山区子系统基岩裂隙水由于山体低矮，降水稀少，地下水补给较差，地下水化学类型主要为SO4·Cl-Na型，TDS一般大于3 g/L。
2) 三个泉子平原区子系统(C02C0702)地下水化学特征。三个泉子平原区子系统地下水类型主要为第四系潜水-承压水、第四系潜水-古近新近系承压水。由于该区地下水补给较差，地下水化学类型主要为SO4·Cl-Na型，TDS 1~3 g/L，第四系潜水由于地面蒸发强烈，TDS一般大于3 g/L。
(8) 北塔山亚系统(C02C08)地下水化学特征。北塔山亚系统地下水类型主要为基岩裂隙水，第四系单一结构潜水、上覆第四系潜水下伏古近-新近系承压水。
基岩裂隙水主要分布北塔山区及卡拉麦里山分水岭以东，北塔山区岩石裂隙较发育，降水较丰富，地下水补给源较充足，地下水为低TDS的HCO3-Ca型、HCO3·SO4-Na·Ca型水，TDS小于1 g/L。卡拉麦里低山丘陵区，海拔800~1500 m，气候干燥，蒸发强烈，降水量少，地下水源补给贫乏，水交替缓慢，地下水已经不同程度矿化，水化学类型为SO4·Cl-Na·Ca型，TDS 3~6 g/L。
第四系潜水分布在北塔山盐池断陷盆地中，北塔山山前洪积平原中上部由于补给充足，岩石透水性强砾石层厚，水化学类型为SO4·HCO3-Na·Ca型，TDS 0.6~1 g/L。在洪积平原下部随着地形变缓，岩性变细，透水性渐差，第四系砾石层厚度变小，蒸发作用加强，TDS增高，水化学类型为SO4·Cl-Na·Ca型，TDS 0.8~4 g/L。
下伏古近-新近系承压水与上覆潜水水化学类型基本一致，北塔山山前补给条件较好，为SO4·HCO3-Na·Ca型，TDS小于1 g/L，向南随地下水补给条件变差，水化学类型变为SO4·Cl-Na·Ca型，TDS 1.6 g/L。
(9) 卡拉麦里山亚系统(C02C09)地下水化学特征
1) 卡拉麦里山山区子系统(C02C0901)地下水化学特征。卡拉麦里山山区子系统地下水类型主要为基岩裂隙水，由于该区为低山丘陵区，气候干燥，蒸发强烈，降水量少，地下水补给贫乏，水质较差，水化学类型为SO4·Cl-Na·Ca型，TDS 3~6 g/L。在该区山前带，中新生代地层本身含硫化物和可溶盐类较高，溶于水中的盐分在强烈蒸发作用下，不断积累，形成高矿化水，水化学类型为Cl·SO4-Na（Ca)型水，TDS 5~15 g/L，局部地段高达几十克每升。
2) 卡拉麦里山平原区子系统(C02C0902)地下水化学特征。卡拉麦里山平原区子系统地下水类型主要单一结构第四系潜水及上覆第四系潜水下伏古近-新近系承压水。由于该区第四系潜水及古近-新近系承压水补给径流条件均较差，水化学类型为SO4·Cl-Na型、Cl·SO4-Na (Ca)型，TDS一般1~3 g/L。在冲积平原中下部，靠近沙漠区，第四系潜水水位埋藏浅，水交替滞缓，蒸发强烈，地表严重盐渍化，TDS高达16 g/L。
(10) 玛纳斯湖-库木塔格沙漠亚系统(C02C10)地下水化学特征。该区地下水类型主要为第四系潜水-承压水及第四系潜水-古近-新近系承压水。由于该区位于冲积-但自流水氟含量却低于潜水，氟含量一般小于1 mg/L。
在头台乡、车排子乡、石桥乡、九间楼乡、古尔图牧场、一二三团、一二九团、一三O团和一二五团大部分地区地下水中有毒元素砷含量超标。高砷区西起艾比湖东到玛纳斯河东岸长约250 km，是中国内地第一个地方性砷中毒病区。当地人群砷中毒病较严重，虽然改善水质控制了地方性砷中毒发病，但引起恶性肿瘤等影响居民寿命的远期效应已经逐渐显露。随着西部大开发的进程，在建立新居民点选址上应予以重视，同时对新开发水源应作砷等有害元素的检测，以便及早发现和采取措施，控制其对居民健康的危害。一二四团、甘河子乡、地下水含碘偏低，小于0.01 mg/L，为地甲病多发区。
(2) 婆罗科努山北麓精河县亚系统(C02D02)地下水化学特征
1) 精河山区子系统(CO2D0201)地下水化学特征。北天山西段的婆罗科努山北麓的中高山区，气候湿润，降水充沛，为该区地下水形成创造了良好的补给条件；地下水类型主要为HCO3-Ca型、HCO3-Na·Ca型水，TDS<0.5 g/L。至南部的低山丘陵区，为SO4-Na型、SO4-Na·Ca型、SO4-Cl-Na型，TDS多为1~3 g/L。
2) 精河平原区子系统(CO2D0202)地下水化学特征。精河平原区子系统地下水类型主要为单一结构孔隙潜水及多层结构潜水-承压水。
单一结构孔隙潜水主要分布在系统南部山前倾斜平原，地下水主要接受河流渗透补给及山区基岩裂隙水侧向补给，且由于含水层颗粒普遍较粗大，径流条件好，水交替作用强烈，水质较好，水化学类型近河道为HCO3-Ca型水，河道两侧为HCO3·SO4-Na型水或HCO3·SO4-CaNa型水，TDS均小于0.5 g/L。
多层结构潜水-承压水区，上覆潜水南部水质较好，水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Na型水，TDS均小于1 g/L；随着地下水向北东运移，矿化作用不断加强，水质变差，为SO4·HCO3-Na·Ca型，TDS增大至1~3 g/L，至艾比湖附近变为Cl-Na型卤水。下伏承压水水质较好主要为HCO3-Ca型水、HCO3·SO4-Na·Ca型水，TDS小于1 g/L，至艾比湖边缘水质变差为SO4·HCO3-NaCa型水、SO4·Cl-Na型水，TDS多为1~3 g/L。
(3) 婆罗科努山-阿拉套山博乐市亚系统(C02D03)地下水化学特征
1) 博乐山区地下水子系统(C02D0301)水化学特征。博乐山区地下水子系统基岩裂隙水水质普遍较好，为HCO3-Ca型、HCO3·SO4-Ca·Na型水，TDS小于0.5 g/L。
2) 博乐平原区子系统(C02D0302)地下水化学特征。博乐平原区子系统地下水类型主要为第四系单一结构潜水，只是在该系统东部靠艾比湖有小面积第四系潜水-承压水区。
单一结构潜水主要分布在温泉一博乐八九团，潜水水化学类型在谷地中上游及沿河谷为HCO3-Ca型水，TDS多小于0.5 g/L；随地下水向东径流及向河谷两侧变为HCO3·SO4-Ca·Na型水，TDS 0.2～0.9 g/L；在阿拉套山东段受其山区水质较差的影响，山前水质变差，为SO4·HCO3-Na·Ca型水，TDS 0.5~0.9 g/L。潜水-承压水区分布在近艾比湖的八九团一九O团，上覆潜水水质较差，为SO4·HCO3-Na·Ca型、SO4·Cl-Na型水，TDS 1~3 g/L。下伏承压水水化学类型主要为SO4·HCO3-Na·Ca型，TDS 0.8～0.9 g/L，近湖岸渐变为SO4·Cl-Na型，TDS大于1.0 g/L。
(4) 阿拉山口亚系统(CO2D04)地下水化学特征
1) 阿拉山口山区子系统(CO2D0401)地下水化学特征。阿拉山口子系统基岩裂隙水水化学类型主要为HCO3·SO4-Na·Ca型水，TDS一般0.5～0.9 g/L，至山前带为SO4·HCO3-Na·Ca型水，TDS一般小于1 g/L。
2) 阿拉山口平原区地下水子系统(CO2D0402)水化学特征。阿拉山口平原区地下水类型主要为第四系单一结构潜水及第四系潜水-承压水，单一结构潜水分布在西北区，水化学类型为HCO3·SO4-Na·Ca型水，TDS小于0.5 g/L。随地下东南径流，地下水类型潜水-承压水双层结构，上伏潜水与下伏承压水具有相同的变化规律，水化学类型由西北向东南至艾比湖由SO4·HCO3-Na·Ca型变为SO4·Cl-Na型、Cl·SO4-Na型及Cl-Na型，TDS由1~3 g/L变为大于3 g/L。
(5) 玛依勒山南麓亚系统(CO2D05)地下水化学特征
1) 玛依勒山山区子系统(CO2D0501)地下水化学特征。玛依勒山山区子系统地下水主要为基岩裂隙水，西北中高山区补给径流条件好，地下水类型为HCO3-Ca·Mg型，TDS 0.3~0.5 g/L。在达尔布特大断裂以南地带，TDS为0.5~0.8 g/L，水化学类型为HCO3·SO4-Na·Ca型，至该区东南出现SO4-Na型水，TDS 1~2 g/L。
2) 玛依勒山平原区地下水子系统(CO2D0502)水化学特征。玛依勒山平原区地下水类型为山前第四系单一结构潜水，向下游的第四系潜水-承压水，单一结构潜水由山前的SO4·HCO3-Na·Ca型，TDS小于1 g/L。向下游很快变为SO4·Cl-Na、Cl·SO4-Na型，TDS由1~3 g/L变为大于3 g/L，最高可达6 g/L。潜水-承压水区的上层潜水水化学类型为SO4·HCO3-Ca·Na型，TDS一般大于2 g/L。下伏承压水水化学类型为SO4·HCO3·Cl-Na型、SO4·Cl-Na型，TDS一般小于1 g/L。
(6) 艾比湖盆地下水亚系统(CO2D06)水化学特征
艾比湖湖面面积约100~150 km，在长期的强烈蒸发作用下，湖水盐分聚集，味苦咸；湖水TDS高达110 g/L，其下伏第四系潜水及承压水水质也均较差，潜水TDS最高可达40 g/L，水化学类型为Cl-Na型水，第四系承压水化学类型为Cl·SO4-Na型水，TDS大于1 g/L。
(7) 赛里木湖亚系统(CO2D07)水化学特征
赛里木湖盆潜水TDS大于3 g/L，水化学类型为Cl-Na型水，其下伏第四系承压水化学类型为Cl·SO4-Na型水，TDS大于1 g/L。
(二）地下水水化学场及其演化
准噶尔盆地水化学场是自然因素和人为因素相互作用的结果，表现为由山地到平原及至平原腹部洼地呈有规律的变化：山地为地球化学元素淋溶区；山前倾斜平原为化学元素搬运迁移区；细土平原及盆地腹部为化学元素的汇集积累区，部分微量元素过剩而成为水土地方病的致病因子。在宏观上，由山地-山前砾质平原一细土平原一盆地腹部洼地，其水文地球化学作用表现为淋落一淋滤一迁移、积累-汇集积累的演变规律。在统一、相互联系的水动力场驱动下，地下水中的化学组分与其围岩介质发生溶解-沉淀、氧化还原、吸附-解吸以及淋溶、迁移和积累等作用，形成了区域水化学场的分布格局。在人类活动的影响下，相应水文地球化学环境发生了改变，促进了水化学场的演化。水化学场的时空演化是自然因素和人为因素综合作用的结果。受地质、地貌、水文地质条件和气象、水文等自然因素制约，在统一的水动力场驱动下，地下水与其围岩介质发生溶解-沉淀、氧化还原、吸附-解吸以及淋溶、迁移和积累等作用，形成了区域水化学场的总体分布格局。在人类活动和自然因素影响下，水动力场的变化使水文地球化学环境发生改变，从而促进了水化学场的演化。通过分析水化学场的演化特征，探索水动力场的循环规律，对水资源的合理开发和生态环境保护具有实际意义。在此，通过若干个地下水组分含量的年内变化特征和多年变化特征来阐明地下水水化学场的演化。受资料和投入工作量的限制，对地下水组分的年内、多年变化特征研究仅限于乌苏-乌鲁木齐地区。
1. 地下水水化学年内变化特征
据新疆维吾尔自治区地质环境监测院1996～2000年水质监测资料，准噶尔盆地乌鲁木齐-乌苏平原区地下水水质年内变化不大，水化学组分呈波动变化，地下水无论是TDS还是NO3--N含量都无单独的或共同的变化特点，即规律性不是十分明显。
玛纳斯河冲洪积扇中上部及河流沿岸地段以及乌鲁木齐河谷阶地，因地下水主要接受河流入渗补给，影响地下水化学动态因素为水文因素，水位动态表现为渗入-径流型或径流型，高水位期各离子含量，特别是Cl-, SO4 2-, TDS、HR（硬度）低于低水位期，地下水水化学年内动态为稀释型动态（图3-37）。
地下水开采较强的地段，水位动态表现为渗入-开采型，地下水开采期因地下水位变低，K+, Cl-, SO4 2-, TDS、HCO3-含量高于非开采期，而Ca2+、Mg2+、HCO3-含量因开采使水交替增加而低于非开采期，地下水水化学动态为浓缩型（图3-38）。天山北麓的奎屯、昌吉、乌鲁木齐等地下水开采区水化学年内动态主要为此种类型。
位于细土平原浅埋区潜水水化学动态主要受控于气象因素，水位动态表现为径流-蒸发型或渗入-蒸发型。7~8月气温高，蒸发量大，虽然是高水位期，地下水化学组分仍趋浓缩，Cl-, SO4 2-, K+、TDS、HCO3-（硬度）含量高于冬季。
2. 地下水化学多年变化特征
本次以硬度、TDS、SO4 2-、Cl-、NO3-、NH4+六项指标进行水化学动态分析。
乌鲁木齐柴窝堡盆地地下水化学类型以HCO3-·SO4 2--Na·Ca型为主，TDS小于0.5 g/L，潜水水化学组分含量多年动态为下降型。
乌鲁木齐河谷平原从南到北，水化学类型由SO4 2--HCO3--Ca·Na型过渡到SO4 2--Cl--Ca·Na型，TDS从小于0.5 g/L、0.5 g/L，过渡到1.0～2.0 g/L，地下水各组分含量多年动态为平稳型，其中NO3-含量降幅较大，最大降幅92.16 mg/L。该区地下水组分含量变化与地下水位有明显的呈负相关。河谷西仓房沟区、水磨沟区、老满城洼地水化学类型以SO4 2--Ca·Na型、SO4 2--Na·Ca型为主，TDS 1.0～2.0 g/L，地下水各组分含量多年动态为递减型，多年动态趋势明显下降为主。河谷东侧水化学类型以SO4 2--HCO3--Na·Ca型为主，TDS 1.2～2.0 g/L或大于2.0 g/L，地下水各组分含量除SO4 2-含量波动下降，最大降幅254.6 mg/L，NO3-含量有较大幅度上升（5年上升97.6 mg/L）外，均呈波动平稳型动态（图3-39）。
乌鲁木齐河北部倾斜平原东侧三氮（NO3-、NO2-、NH4+）含量大于西侧，东侧地下水各组分含量多年动态趋势明显下降，尤其是NO3-含量降幅较大，5年最大降幅21.92 mg/L，各组分含量多年动态为递减型。西侧除北部西庄子外，多年动态基本稳定，各组分含量多年动态为基本稳定型。细土平原带一○二团承压水地下水各组分含量，多年动态趋势以下降为主，各组分含量多年动态为递减型（图3-40）。
昌吉-石河子南部潜水TDS多年动态以基本稳定及趋势上升为主，上升幅度7～415.6 mg/L。昌吉市糖厂及玛纳斯镇以基本稳定型为主，昌吉市南郊、呼图壁县城、石河子市以快速上升为主，仅在玛纳斯电厂及呼图壁五工台一带以快速下降为主。NO3-含量石河子-玛纳斯地区为快速下降型，昌吉市西北部靠近三屯河、呼图壁县西侧五工台一带为快速上升型。承压水TDS为递减-递增型，多年动态趋于平稳为主，NO3-含量呼图壁方大地区和石河子农垦中专一带呈快速下降型，昌吉市、石河子市北郊为基本稳定型，昌吉大西集乡和石河子大泉沟为快速上升型（图3-41）。
奎屯-乌苏地区地下水各组分含量为递增-递减型，多年动态以快速上升型为主，TDS 5年上升幅度27.58～602 mg/L，硬度5年上升15.04～304.66 mg/L，Cl-含量5年上升5.08～140.94 mg/L，SO4 2-含量5年上升6.4～107.8 mg/L，NO3-含量5年上升3.48～241.5 mg/L，个别地段呈现多年动态趋势下降；独山子南洼地各组分含量多年动态波动平稳（图3-42）。
综上所述，昌吉、奎屯-乌苏地下水各组分含量多年动态以波动平稳或稳中有降为主，乌鲁木齐大部分地段地下水各组分含量多年动态趋势下降，奎屯-乌苏、吉木萨尔县多年动态趋势上升。
(三)地下水化学热力学和化学动力学在玛纳斯河流域的应用
水质分析资料以往主要定性分析地下水的化学类型、地下水的起源、循环和水污染等，很少用于定量评价水文地质条件。本次研究将采用地下水化学热力学和化学动力学理论，利用水化学资料求解水文地质参数（K、T、V、U、t等），评价水文地质条件，为玛纳斯河流域地下水的合理开发利用提供依据。
以曹玉清和胡宽癖老师在自然科学基金[48970150]和[49772160]项目中关于地下水化学热力学和地下水化学动力学理论与方法为指导，采用计算离子活度和矿物饱和指数的程序，对玛纳斯河流域90组地下水分析资料进行了整理和修正，计算了Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3-、SO4 2-和Cl- 6种离子活度和方解石、白云石、石膏及岩盐4种矿物的饱和指数以及CO2分压等16项数据，共取得数据1440个。将计算所得有关矿物的离子活度及饱和指数投放在地质图上，编制4张相应的等值线图（不包括潜水）。根据绘制的离子活度和矿物饱和指数等值线图，结合水化学类型图，探讨离子活度、矿物饱和指数和水化学类型分布规律。在此基础上，求解水文地质参数（K、T、V、U、t等），初步定量分析水文地质条件。
1. 地下水化学势场的特点和水文地球化学特征
在一个水文地质实体（单元）内，地下水及其中的物质成分是具有一定化学组分的外源水在入渗到岩石（土）中和在岩石（土）空隙中的运动过程中，与组成岩石的矿物组分相互作用形成的。这样就构成了重叠在一起的两种势场：即反映渗流特点的渗流场和反映水中化学组分随水运动形成的化学势场。表达水化学势场的指标有：水溶解矿物的量用水中物质的离子活度α表示，反映水容纳溶解产物能力的量用矿物中相应离子的饱和指数β表示，两者表达空间内各点水化学势场大小。
（1）代表性矿物离子活度和饱和指数分布特征
下面以方解石饱和指数（β）及钙离子活度（ac+）讨论其分布特征及其与地质、水文地质条件的关系。其他矿物的饱和指数及离子活度等值线分布特征只进行简要的讨论。
1）与矿物方解石有关的ac+、β分布特征。潜水由于潜水水样点分布集中在玛纳斯河西岸的冲洪积扇中后缘，因此，只根据ac+和β简要证明潜水水化学势场特点，不再绘制有关矿物的离子活度及饱和指数等值线图。在冲洪积扇后缘，潜水受到古近-新近系含有石膏岩层基岩裂隙水的补给，SO4和Ca含量较高，方解石呈沉淀状态，β为1.45，ac+值为2.7 mmol/L；沿地下水流方向，河水垂直渗漏补给潜水，起了稀释作用，ac+值不断下降，方解石向溶解方向转化，即β不断下降。
承压水由图3-43表明，承压水从盆地边缘到沙漠边缘，钙离子活度（ac+）由1.0下降到0.2，一二二团场、一三四团场、一四六团场、一四七团场和老沙湾镇一带形成低值区，自一三五团场沿水流方向，ac+开始增大，由0.2增加到1.6，即小拐乡和一三六团场处于高值区。方解石饱和指数（β）在宁家河和玛纳斯河出山口后的冲洪积扇扇间洼地，含水层颗粒较细，地下水运动较缓，水中物质成分相对聚集，ac+活度比较高，β在1.35~2.75，方解石出现沉淀。同时，在西南方向一四一团场一带，水力坡度大，水交替积极，但由于古近-新近系含有石膏盐岩受到溶滤作用，Ca2+含量较高，因同离子效应，方解石呈现沉淀。沿地下水径流方向，含水层岩性颗粒变细，离子交换作用加强，Ca2+含量逐步下降，方解石逐步溶解，ac+活度出现下降。其中，老沙湾镇、四道河子镇和柳毛湾镇等地势低洼区，ac+活度偏低，多在0.2～0.4，β>1.0，最高为2.53，方解石处于沉淀状态。
2）与其他代表性矿物有关的ac+、β分布特征。本区白云石、石膏、岩盐等矿物的ac+、β值等值线在平面图上展布情况与Ca2+、β相似（见图3-44~图3-46），不再赘述。这里仅讨论它们与ac+、β的差别之处。
Mg2+：镁离子活度（awg+）、白云石饱和指数（β）一般低于Ca2+、β值。就承压水而言，β≥1.0的区域位于老沙湾镇、四道河子镇、柳毛湾镇以及一三五团以下地区，沉淀区域较方解石沉淀区域小；awg+较ac+略高，asq+的最大值可达2.51 mmol/L，高于ac+的最大值（1.26 mmol/L）。