霍城县地处伊犁河谷西北段,近年来,因其特殊的地理位置该区已逐步成为我国西北地区经济发展和环境保护的重点区域。地下水资源是该区人类生存,农、林、牧、工业发展和维持生态环境稳定最重要的水资源组成部分。为明确不同地段、不同层位地下水资源的水质状态,地下水化学组成、形成作用以及形成演化规律,本研究借用已有相关成果应用比较成熟的研究方法和研究思路,在系统全面地开展新疆伊犁河谷地质、水文地质、地下水资源及环境问题调查与评价的基础上,对研究区西北部霍城县平原区第四系含水层中的地下水水化学特征与水文地球化学过程进行仔细深入的讨论和分析:（1）结合研究区第四纪地质条件,将霍城平原区含介质分为Ⅰ-单一结构粗颗粒潜水含水层,Ⅱ-上覆细土的单一结构中粗粒承压含水层,Ⅲ-粗、细粒互层结构的承压含水层,Ⅳ-细土互层承压含水层和Ⅴ-中、细粒互层承压含水层五种类型;并结合第四系三维地质结构模型,着重分析了亚砂土、粉砂质粘土、砂砾石层、卵石和漂卵石层、粗砂层以及黄土的空间分布和属性特征。（2）在明确地下水补给、径流和排泄条件的前提下,利用环境同位素方法研究该区地下水的起源和转化过程,研究表明该区地表水和地下水均起源于大气降水,但主要的补给来源为北部山区的地表径流,通过山前单一结构的冲积洪积卵砾石层直接入渗到下部含水层中;受到蒸发作用影响浅层水δD、δ¹⁸O值明显偏高;³H值的空间变化表明地下水接受补给的过程在不同区段所经历的时间不同,且存在较大差异;随埋深增大地下水的循环速度相对减缓;沙漠因受到地表风成沙的阻碍,致使大气降水和地表水不能形成对地下水的有效补给,且地下水整体的循环更新能力较差。此外,人工开采是该区地下水最主要的排泄方式,开采过程促使地下水的更新速度加快,并改变自然状态下地下水循环条件。（3）地下水化学特征的分析表明,研究区地下水中的阳离子以Ca²⁺和Mg²⁺离子为主,阴离子以HCO₃^-和SO₄^2-为主,地下水化学类型以Ca·Mg-HCO₃型和Ca·Mg-HCO₃·SO₄型为主,该两种类型的地下水分别占全区地下水的42.86%和34.29%。自平原区北部至伊犁河下游地区,地下水溶解性总固体有逐渐增大的趋势,受蒸发浓缩作用影响,埋深小于20m的地下水溶解性总固体含量明显高于深部地下水。（4）对离子来源的识别表明,研究区地下水化学组成的主控因素是岩石风化和蒸发-结晶两种作用,相对承压水而言,潜水受蒸发-结晶作用影响的程度更为显著。地下水Cl^-/Na⁺（mmol/L）关系表明,除岩盐溶解外,地下水中Na⁺还有其它来源,且相对于潜水而言,承压水中非岩盐来源的Na⁺更多。γ(Ca²⁺/Na⁺)/（meq/L）、γ(Ca²⁺/Mg²⁺)/（meq/L）和γ(Mg²⁺/Na⁺)/（meq/L）的比例关系表明,阳离子交换过程主是该区地下水化学形成的主控因素之一,导致Na⁺在地下水整体阳离子中的比例升高;而白云石等矿物的大量溶解是地下水中Mg²⁺的主要来源。此外,反向水文地球化学模拟结果显示,岩盐、石膏、钙蒙脱石和钾长石一直是主要的溶解矿物,其溶解过程使地下水中的H₂SiO₃达到饱和,H₂SiO₃的大量形成也促使伊利石和石英矿物析出。