西北干旱地区一直是我们水文地质研究的重点区域。吐鲁番盆地位于新疆东部,其中分布有铁矿、煤矿等多种矿产,研究其地下水化学成分的形成演化规律,对于水资源利用和保护具有重要的意义。前人己在该区域做过许多工作并得出了许多重要结论。本文根据在吐鲁番盆地取得的58组水化学和同位素样品,采用了水文地球化学和环境同位素等多种示踪剂方法,结合地形地貌、水文地质条件进行相互补充和印证,对吐鲁番盆地地下水主要化学成分形成以及地下水流系统及其补给年代进行划分。研究结果表明,在盐度低的阶段,影响地下水水化学变化的主要是矿物风化引起的溶解;随着盐度增大,蒸发盐的溶解作用越来越明显。依据研究区地形地貌、水文气象以及水文地质条件,认为蒸发盐大致存在三个来源:(1)农田灌溉水蒸发,在地面土壤层形成蒸发矿物;(2)在地下水水位浅埋区,毛细上升,地下水蒸发,在土壤层和包气带形成蒸发矿物;(3)来自艾丁湖和其它干涸盐湖的表层沉积的(被风吹扬起来的)扬沙和浮尘,沉降到地面的不同位置。通过对不同取样深度地下水样点的δD-δ18O关系应用高程效应分析,可将吐鲁番盆地分为多个水流系统:1)火焰山以北存在相同型式地下水径流系统:降水和冰雪融水沿河道向下流动,同时不断入渗补给地下水,在火焰山北侧受基岩阻水溢出,仅在局部缺口处,水流可进入火焰山南侧;2)火焰山以南存在多股水流系统,按其形成条件可分为两大类:①在自然条件下,主要由东西两侧地下水向艾丁湖排泄;②吐鲁番市因引水形成了多来源的混合水入渗,并向艾丁湖排泄。通过对艾丁湖、艾比湖和巴丹吉林沙漠三个区域的古气候研究发现,自全新世中期以来,我国西北地区气候由湿润逐渐过渡为干旱,降雨量减小,蒸发量增大。结合古气候的变化,利用放射性同位素氚和14C对研究区内不同时期补给的地下水进行初步划分,研究结果表明,除了来自库姆塔格沙漠一股自西向东水流属晚更新世冰期补给外,本区所有地下水主体均属全新世湿润时期补给。