（一）自然地理概况
黑河是我国西北地区较大的内陆河，地处河西走廊和祁连山中段，流经青海、甘肃、内蒙古三省（自治区）。地理位置位于东经97°37′～102°06′，北纬37°44′～42°40′，流域范围南以祁连山为界，北止居延海，与蒙古人民共和国接壤，东以大黄山与石羊河接壤，西与黑山、疏勒河为界。东西长400余千米，南北长800多千米，流域面积约13万平方千米。
黑河流域所处的战略位置十分重要，是古丝绸之路和今欧亚大陆桥的必经之地，在这里，有我国的卫星发射基地，有漫长的与蒙古国接壤的边界线。这里历史上曾繁华一时，沧桑巨变，黑水古国、楼兰古国消失了，变成了今天的戈壁沙滩，这一切都与水系相关。因此，建立黑河流域地下水三维地质结构模型，摸清其地质结构，对于流域内干旱区找水、流域内生态环境建设、经济和社会发展，都具有重要的意义。
1.气象
黑河流域地处欧亚大陆腹地，远离海洋，为典型的大陆性气候。在夏季，东南太平洋暖湿气流可途经我国大陆，翻越秦岭和黄土高原，影响本区；西南气流因受青藏高原影响，可把印度洋和孟加拉湾等南亚洋面的水汽带入区内的东部；西部大西洋和北部北冰洋气流，远途跋涉欧亚大陆，经中亚、黑海，翻越准格尔界山、天山，到本区西部已是尾翼，变得水汽缺少、空气干燥，影响较弱。在冬季，本区受蒙古、西伯利亚高压控制，显得格外寒冷和干燥。总体来说，本区南部山区降水量最大，中部与北部平原区降水量最少，东部比西部降水量大；蒸发量则相反，北、西部蒸发量大，东、南部蒸发量小。
据1957—1983年的气象资料统计，区内多年平均降水量为42mm，年内降水量60%～70%集中在7～9月，一次降水量在10mm以上者甚少；年平均蒸发度为3755mm，是降水量的89倍左右，蒸发最强烈的季节出现在5～8月，约占全年蒸发量的50%左右。降水和蒸发随地势的升降而变化，一般地势越高降水量越大，蒸发量越小，地面标高每增加1000m降水量增加3.5～4.8mm，蒸发量减少25～32mm；多年平均气温8.04℃，最高为41.8℃，最低为-36.4℃，日温差一般为14～17℃，最高达34.2℃；年日照时数3325.6～3432.4t；年均绝对湿度4.2mb，相对湿度32%～35%，湿润系数低于0.009%～0.012%，盛行西北风，年均风速4.2m/s，最大风速15.0m/s，8级和8级以上的大风日数年均54天，沙尘暴日数年均29天，大风多在春季和夏初。
2.水文
流域内的主要河流为黑河，又称弱水（或称额济纳河），发源于祁连山北麓，分东西两支，东支称黑河，为干流；西支称北大河，汇流于鼎新南，经双城子流入额济纳旗境内，至狼心山西麓的巴彦博古都分为东、西两河。东河向北分8个支流呈扇形汇入东居延海（索果淖尔），西河向北分4个支流汇入西居延海（嘎顺淖尔）。河流全长821km，流域面积1.28万km2。出山口莺落峡以上为上游，河长303km，流域面积1.0万km2；莺落峡至正义峡为中游；正义峡以下为下游。
流域内天然湖泊很少，只在黑河干流的尾闾有东居延海（索果淖尔）和西居延海（嘎顺淖尔），由地表水和地下水补给，系淡水湖。历史上西居延海湖水面积350km2；1961年干涸，东居延海1958年湖水面积35.5km2，现有水面20多平方千米，平均水深1m，蓄水量约2000万m3。
流域内的大小冰川428条，分布在河流源头，覆盖面积129.79km2，估计冰储量3.3km3左右，年补给河流的冰川融水量约3.65亿m3，占流域地表径流量的9.8%。
（二）区域地形地貌
黑河流域内地势南高北低，西高东低。南部祁连山脉海拔高，山峰高程大多在3000～5000m之间，最高峰为5564m；中部海拔多为1500～2500m，以青龙山海拔为最高，达3600m；北部海拔多在1000～1500m左右，高程变化相对平缓一些。
黑河流域南部为祁连山山脉，山势高耸陡峻，沟谷切割剧烈，峭壁横生，主要是水流刻蚀及冰川剥蚀景观。流域中部多为低山地形，有合黎山、龙首山等山脉，现代地貌景观虽与高山区大体相似，但受干燥气候影响，风化地形较为发育，部分区域半荒漠、荒漠化景观较为明显。北部平原处于黑河下游冲洪积平原，地势较低，相对高程较小，由于受近代强烈的风力及剥蚀作用，在平原上形成了广大的沙漠、风蚀洼地、堆积地形、丘陵及波状准平原地貌特征，同时，北部山体山势大多宽广低矮，山顶平缓，沟谷不发育。
区域内地貌形态比较丰富，依据地貌的基本成因及形态，可将本区地貌划分为山地、平原、戈壁、沙漠几种类型，对每种类型可分为若干亚类型。如山地有褶皱断块高山、褶皱断块中山、构造剥蚀低山丘陵、剥蚀堆积垄岗状丘陵。平原有陡倾斜的洪积扇形平原、洪积平原、冲积-洪积平原、冲积平原。归纳起来，主要有以下类型地貌单元：构造剥蚀地形、主要是一些褶皱状的高中低山及丘陵地带；剥蚀堆积地形，主要是一些山间平原、沟谷平原；堆积、冲洪积、湖积平原及风积地形；戈壁；沙漠。
（三）区域地质构造
1.构造概况
区域内构造复杂，包括了较多地质单元。各构造单元的边缘，基本都有大的断裂所控制，如在祁连山山麓，有一系列逆冲断层组成叠瓦式断裂，控制着盆地的水文地质条件。另外，还有许多隆起带和凹陷带的分布，与断裂一起，把流域平原切割为几个大的盆地。
构造运动表现为在南部山地上升，走廊盆地相对下降，为第四系沉积提供了良好的场所。如酒泉东盆地和张掖盆地。中部山地和北部山地相对稳定，上升幅度小，盆地的第四系松散层沉积物主要来自南盆地，因此厚度较薄，沉积颗粒较细。
在流域内第四纪地层出露较为齐全，而各盆地的基底可分为下古生界以前的变质岩和火成岩组，侏罗系至上古生界碎屑岩组，第三系、白垩系以泥岩为主的细粒岩组。还有部分的Q1岩组。
2.构造运动
区域内构造运动主要表现在以下方面：
升降运动：主要表现为山地一直处于上升状态，盆地则处于下沉过程中，如南北山体的处于上升运动，平原区则处于沉降运动过程。山地以祁连山、大黄山上升为剧，盆地以大马营、永昌盆地沉降幅度最大。
褶曲变动：在第三系下及第四系下、中更新统广泛形成褶曲构造，证实了第四系早期新构造运动是十分强烈的。
断裂运动：区域内断裂构造屡见不鲜，有的出露于地表，有的隐伏于地下，这些构造多见于山麓地带，丘陵区和平原区，断层线长度从几千米到数十千米的均有。性质上多属压性或压扭性逆断层、平推断层。出露地表的断层比较明显，一般有断层构造破碎带存在。隐伏断层多分布于山麓地带及平原区，如祁连山北麓大断层等。这些断层对盆地地下水的形成和运移起着不同程度的控制作用，可以作为盆地的分界线。
地震作用：据史料记载，区域内地震活动频繁，有的地震震级高，破坏性严重，这也是现代地壳运动活跃的反映，是新构造运动的又一佐证。
（四）区域地层
流域内的出露地层较为齐全，新老地层都有出现，在山区古生、中生界较多一些，如奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系都在建模剖面上有所展现。本次建模主要涉及平原区的盆地，在山区由于勘探资料少，在此不予考虑。
在地层中还有许多侵入岩存在，如花岗岩、石英闪长岩、花岗闪长岩及超基性岩，它们岩枝或岩脉的形式侵入到不同时代的地层中。在盆地第四系中也时有出现。
区域内各个盆地广泛发育着第四系，这也是我们建模的主要对象。下面具体就各个时代不同成因类型的第四系进行说明。
全新统（Qh）：此地层广泛分布于区域内地表，但沉积厚度较薄，成因类型比较复杂，有洪积、冲积、淤积、湖积、风积类型。洪积代表岩性有砂碎石层，含泥质成分较高，碎石分选性差。冲积分布于冲积平原沟谷古河道地带，以砂、砂砾石居多，砂砾分选及磨圆性均好，砂以细砂和中细砂为主，水平层理发育，松散，局部夹薄层粘土。淤积分布于剥蚀洼地，为现代沟谷洪水携带物质最终沉积的场所，以粘土亚粘土为主，夹粉细砂。湖积主要分布于湖盆地带，岩性为粘土夹薄砂层。风积主要在沙丘形式出现，岩性以粉细砂为主。冲积、湖积和湖沼沉积分布于黑河流域中下游河床两侧与河流的古河道内，分布范围较为狭长。
上更新统（Q3）：分布广大平原上。上更新统一般以含砾砂和砂为主。洪积类型成因的地层分布于山前倾斜平原，以砂砾石层为主，成分因地而异。洪积扇岩性以砾卵石为主，细土平原由亚砂土、砂和亚粘土组成，厚度数十米至百余米。
中更新统（Q2）：岩性主要为砾卵石、亚粘土、亚砂土、粘土与砂互层，上层多被上更新统砂砾石层覆盖，由于强烈的剥蚀作用，在洼地的周边可见露头，以灰黄色粘土夹薄层粉细砂为主。中更新统的堆积物是在继承了下更新统的沉积环境上接受沉积的，故岩性及厚度在纵横方向的变化规律与下更新统是基本一致的。
下更新统（Q1）：在流域平原内分布较广，岩性主要由粘土夹砂土组成，沉积厚度与岩性变化较大。局部为厚层状砾岩、砂砾岩夹砂岩，泥钙质胶结，在南盆地的北部和北盆地中，形成以泥岩为主的第四系松散层的基底。
（五）区域水文地质条件
由于第四系沉积物岩相的差异和地下水补给和排泄条件的不同，并且受基底起伏形态的变化影响，区域内水文地质条件有明显的差别。
祁连山前的盆地第四系松散层厚度大，疏松多孔，是赋存地下水的有利场所，潜水水位埋深较大，一般为100～300m。由南向北，至中部地带，基底抬升，地下水水位埋深变浅，许多地方地下水甚至以泉的形式溢出地表。在北部盆地，主要为细土平原带，地下水类型为多层结构的潜水-承压水结构。
断层对地下水水位的影响很大，往往伴随着地下水的跌水和溢出现象的发生。断层两侧水位埋深相差很大。