本文运用数理统计、水化学分析、同位素示踪和水文地球化学模型等方法,对吐鲁番盆地的地下水化学组分含量、化学类型空间分布特征、化学离子来源及演化特征进行了分析。探索内陆干旱区地下水化学环境与人类活动、水文地质条件之间的关系,为水资源合理利用与水生态环境保护提供科学依据。主要结论如下:（1）吐鲁番北盆地地下水主要接受河流补给,在经过山前地带地下水化学类型为HCO₃-Ca型,冲洪积扇中部为HCO₃·SO₄-Ca·Na型,冲洪积扇缘变为HCO₃·Cl-Na·Ca型或SO₄·Cl-Ca·Na,西部多为HCO₃·SO₄-Ca·Mg型。南盆地山前倾斜平原区,地下水化学类型多为HCO₃·SO₄-Ca·Na型,细土平原区为SO₄·Cl-Ca·Na和SO₄·Cl-Na·Mg型,艾丁湖湖积平原区多为SO₄·Cl-Na型或Cl·SO₄-Na。（2）北盆地地下水水化学离子成分主要受岩石风化作用控制,仅在火焰山前地下水浅埋区受到了蒸发浓缩作用影响;地表水中各离子主要受岩石风化影响,结合区域地质条件,该区主要风化岩石有硫酸盐类及含钙、钠的矿物;南盆地浅表层地下水大部分落于Na⁺/(Na⁺+Ca²⁺)值大于0.5区域且分布于右上角,浅表层地下水补给水源水化学特征同时受岩石风化及蒸发浓缩作用影响,库木塔格沙漠沙漠边缘主要受蒸发浓缩作用控制。浅层地下水基本位于Gibbs图中部,主要为岩石风化型。处于艾丁湖南部和托克逊土质平原东部的地下水埋深较小,蒸发强烈,主要受蒸发浓缩作用影响。（3）根据氢氧同位素分析结果,表明地下水的δD在-87.88‰～-65.97‰间,δ¹⁸O在-9.4‰～-12.37‰间;地表水的δ¹⁸O在-10.08‰～-13.63‰间。地下水和地表水同源于大气降水,且经历了较强的蒸发作用。浅层地下水主要接受河水在洪积扇区的入渗补给和河流引水灌溉入渗补给。不同深度地下水之间的水力联系较为密切,为统一的地下水系统。δD和δ¹⁸O的富集现象验证了火焰山南部和艾丁湖区的强蒸发作用。（4）对PHREEQC的模拟计算值分析可知,在沿煤窑沟流域径流方向上,主要发生了在强蒸发区的CaCO₃、CaMg（CO₃）₂的沉淀反应,北盆地冲洪积扇内CaSO₄的溶解反应和在冲洪积扇扇缘处发生钠钙离子的交替吸附反应以及NaCl的溶解反应。