西北干旱-半干旱内陆盆地的水资源供需矛盾十分突出,平原区干旱少雨,地下水资源主要形成于山区及其山前一带,补给源为大气降水和冰雪融水,地下水经历漫长径流最终排泄出含水层,决定了干旱-半干旱盆地地下水水化学形成及演化的复杂性,如强烈开采地下水改变地下水循环模式和生产生活过程导致地下水污染,都有可能影响地下水水化学正常演化。因此,正确认识地下水水化学形成及演化机制,对于区域地下水资源功能划分及科学管理,促进干旱区经济与生态环境协调发展具有重要的科学意义和实际意义。本论文以塔城盆地北区地下水系统为研究对象,采用传统水文地质学、同位素水文学、水文地球化学和数理统计学等多学科交叉的研究方法,开展了研究区地质及水文地质调查,查明了地下水补、径、排特征,并在此基础上分析了地下水水化学随径流路径的分布规律,揭示了形成地下水水化学的主要地球化学作用和地下水水化学空间演化机制,为该区地下水资源的合理开发及地下水质防劣变提供科学依据。取得的主要结论如下:（1）2015年丰水期和枯水期地下水位统测数据分析结果表明,山区水利工程和截伏流、平原区地下水开采,尚未对研究区水动力场产生结构性变异;强烈开采下的地下水位长期动态监测数据、地下水³H年龄估算结果表明,地下水单循环区（黄土岗地以西区域）的径流条件、可更新能力相比地下水双循环区（黄土岗地延展范围区域）较好。（2）研究区含水层广泛分布淡水（TDS<1.0 g/L）,仅在排泄区地形凹陷处形成微咸水（1.0≤TDS<3.0 g/L）和咸水（TDS≥3.0 g/L）。地下水的溶解性总固体（TDS）从补给区向排泄区递增,并呈较好的水平分带规律。地下水水化学类型从补给区至排泄区,由HCO₃–Ca型水依次过渡转变为HCO₃?SO₄–Ca?Mg型水、SO₄?HCO₃–Ca?Na型水和SO₄–Na?Ca型水,呈现内陆盆地常见的水化学类型水平分带规律。针对地下水“三氮”、COD_Mn等污染特征指标的分析,结果表明人类活动尚未造成明显的地下水污染。（3）采用离子比值、数理统计、蒸发分馏模拟等方法,分析影响研究区地下水水化学特征的主要因素,结果表明矿物溶滤作用是主控因素,阳离子交替吸附作用次之,蒸发作用对其影响较小。在补给区,碳酸盐矿物（方解石和白云石）的溶解控制着地下水水化学组成,到径流区、排泄区,石膏溶解和盐岩溶解对水化学组成的影响逐渐超过碳酸盐矿物溶解,成为主要溶滤作用。在整个径流路径上,普遍发生正向阳离子交替吸附作用,但整体上,随径流路径,其对水化学组成的影响逐渐减弱,在个别径流路径上,阳离子交替吸附作用对水化学组成的影响超过矿物溶滤作用。（4）反向水文地球化学模拟结果表明地下水单循环区的溶解作用、阳离子交替吸附作用对水化学组分的贡献量相比地下水双循环区较小,而且在地下水单循环区基本不发生盐岩溶解作用,这也使模拟路径始末点TDS增量及水化学类型的变化较小。在各自循环区,潜水中水文地球化学作用对水化学组分的贡献量相比承压水更大。