青海省茫崖鎮(zhèn)大浪灘黑北凹地盆地鉀礦區(qū)域水文地質(zhì)特征分析

陳金牛，董啟偉，范增林，劉溪溪，岳 鑫，仇新迪

(青海省柴達(dá)木綜合地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 格爾木 816000)

柴達(dá)木盆地是青藏高原北部大型內(nèi)陸斷陷構(gòu)造形成的高山深盆。盆地周邊為高山，盆地內(nèi)地形起伏不大，在丘陵和沙漠間的較低洼地區(qū)形成彼此隔絕、大小不均一的封閉式內(nèi)陸鹽湖次級盆地[1]。本文討論的區(qū)域以大浪灘盆地為主。區(qū)域內(nèi)鹽類礦產(chǎn)豐富，以鉀、硼、鎂鹽為主，其次為石鹽、芒硝、天青石等礦產(chǎn)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域內(nèi)自老至新出露的地層有震旦系、奧陶系、泥盆系、二疊系、侏羅系、白堊系、第三系和第四系。本文重點(diǎn)敘述第三系和第四系，由于前第三系地層與鹽湖礦床關(guān)系較遠(yuǎn)。主要分布于一系列北西—南東向延伸的褶皺構(gòu)造上。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要分布于礦區(qū)北部阿爾金山系的安極爾山、安南壩山南坡一帶[2]。主要有加里東期蝕變閃長巖、花崗閃長巖、片麻狀花崗巖、中粗粒肉紅色及灰白色花崗巖；華力西期閃長巖、花崗閃長巖及黑云母花崗巖。以華力西期最發(fā)育。區(qū)域上本區(qū)位于一級構(gòu)造單元柴達(dá)木準(zhǔn)地臺內(nèi)，橫跨阿爾金地槽褶皺帶、柴達(dá)木北緣臺緣褶皺帶兩個(gè)二級單元。表現(xiàn)為十分發(fā)育的斷塊和強(qiáng)烈的褶皺，同時(shí)伴隨強(qiáng)烈的巖漿活動和不同程度的區(qū)域變質(zhì)作用(見圖1)。

2 區(qū)域成鹽地質(zhì)條件

2.1 物質(zhì)來源

區(qū)域成鹽物質(zhì)來源大致有3個(gè)方面：首先在無外來補(bǔ)給或補(bǔ)給很弱的情況下，殘留湖水中的固有元素；其次周邊山區(qū)巖石中所含的元素經(jīng)物理風(fēng)化后經(jīng)流水的沖刷、搬運(yùn)至湖區(qū)；最后，在構(gòu)造作用下，深部的第三系油田水沿構(gòu)造裂隙上升到地表附近或地表，從而構(gòu)成礦[3]。

2.2 古地理古氣候特征

冰川的出現(xiàn)及古氣候頻繁的冷暖波動，是第四紀(jì)的一個(gè)重要特征，干冷與濕暖互相交替是柴達(dá)木盆地第四紀(jì)古氣候的演化基本模式。柴達(dá)木盆地的易溶鹽類沉積，受到古氣候、新構(gòu)造運(yùn)動及物質(zhì)來源等多種因素控制。形成條件比較復(fù)雜，但在成鹽作用與古氣候的關(guān)系上，總體上是干冷期鹽湖濃縮、鹽類沉積物增加；濕暖期鹽湖淡化，鹽類沉積物減少。特別是柴達(dá)木盆地中東部的一里坪、西臺湖、東臺湖、澀聶湖及察爾汗地區(qū)自3萬年開始的鹽類沉積，明顯受到末次冰期晚期最盛期特別寒冷干燥氣候的影響。

2.3 古地理古構(gòu)造條件

圖1 區(qū)域構(gòu)造

柴達(dá)木盆地古地理環(huán)境在構(gòu)造的影響下經(jīng)歷了多次的變化，湖盆深陷區(qū)是由盆地的北西—南東向由西向東遷移的，與之相對應(yīng)的湖水也是由西向東撤退的。在上新世末期構(gòu)造運(yùn)動之后，盆地內(nèi)原來的沉陷區(qū)相繼隆起而穩(wěn)定區(qū)則開始沉降，尖頂山、南異山等開始隆起，大浪灘地區(qū)的局部凹陷開始形成，尤其在中更新世末期發(fā)生的強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動，使西部廣大地區(qū)中、下更新統(tǒng)發(fā)生褶皺，從而將原來的大湖分割為若干個(gè)小的湖泊。這些新形成的小湖泊不同程度的繼承了古湖水，后在干旱氣候的作用下，湖水經(jīng)蒸發(fā)、濃縮，最終各自形成為如今的“鹽湖”或“鹽灘”。盆地內(nèi)的主要鹽類礦床就分布在這些干涸的“鹽湖”之中。

3 水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)地表水系(體)極不發(fā)育，柴達(dá)木盆地西部的西、北邊緣山前沖洪積斜地上發(fā)育有少量季節(jié)性洪水沖溝，在西部有泉水分布，但流量較小。大浪灘凹地中心局部最低凹地段在雨季偶有地表積水，除此之外，縱觀全區(qū)，為一片荒漠。

3.1 自然地理特征

黑北凹地凹陷為大浪灘盆地的次級凹陷盆地。在盆地內(nèi)部，由于新構(gòu)造運(yùn)動造成的褶皺系統(tǒng)的分割，形成了梁西凹地、梁北凹地、梁南凹地、梁東凹地及小梁山、尖頂山等向斜凹地和丘陵高地。這些凹地海拔最低點(diǎn)一般在2 700 m左右，相對高差100～200 m。在各凹地內(nèi)的地貌形態(tài)主要表現(xiàn)為鹽漬平原，在宏觀上地形平坦開闊，微觀上地表常表現(xiàn)為按一定方向(風(fēng)向)斜列的刀峰狀、波浪狀的鹽殼，地表非常堅(jiān)硬。地表鹽殼的形態(tài)與地下水的埋藏深度有關(guān)，在下水埋藏深的地段鹽殼堅(jiān)硬，形態(tài)一般呈波浪狀、疙瘩狀，而在地下水埋藏淺的地段，地表較濕軟，鹽殼形態(tài)呈鍋巴狀、海綿狀及鹽沼狀，在雨季地表泥濘，局部地表積水。在各構(gòu)造高地是由第三系和第四系下、中更新統(tǒng)七個(gè)泉組的一套湖相沉積物(泥巖、砂巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r及鹽巖等)構(gòu)成，由其巖性所決定，它的抗剝蝕能力相對較弱[4]。因此，在干旱的自然環(huán)境中，強(qiáng)烈的物理風(fēng)化作用，已將其進(jìn)行了夷平性剝蝕，從而表現(xiàn)為沒有明顯山脊的近渾圓狀山體，均呈NW—SE向展布。

3.2 地下水的賦存條件和分布規(guī)律

地下水主要賦存于第四系中下更新統(tǒng)地層中，第四系中下更新統(tǒng)具體分為第四系中下更新統(tǒng)下部及第四系中下更新統(tǒng)上部。

第四系中下更新統(tǒng)下部地層主要分布于阿爾金山邊緣的山麓相、洪積扇相，巖性以砂質(zhì)泥層、礫狀砂層、砂層等粗顆粒相為主。

何良諸沒有燈，在黑暗中回身追攆趙集，已經(jīng)不可能，只能摸索著，朝前走了。聽聲音，前面有兩個(gè)人。何良諸明顯感到，風(fēng)刮耳朵，風(fēng)流水似從身邊淌過。在井下，空氣流動便能生存。何良諸眼前漆黑，嗅到股金屬冷氣，一觸，是輛礦車，井下一噸載重量的小礦車。從礦車內(nèi)伸出幾只手，抓住何良諸的肩膀，揪住何良諸的頭發(fā)，摸索何良諸的臉。何良諸毛骨悚然！心里掙扎，身體僵硬，想叫嚷，卻喊不出來，突然失音了！摸他嘴臉的人說：“還行?！甭曇羯硢?。

第四系中下更新統(tǒng)上部地層主要分布于湖盆內(nèi)，以鹽湖—濱湖交替相頻繁震蕩的鹽湖相為主，主要巖性以灰綠色泥層、粉砂層、鹽層、石膏層等為主。

根據(jù)其埋深情況及賦水介質(zhì)的不同，第四系中下更新統(tǒng)下部的含水鹽組主要為松散巖類孔隙鹵(承壓水)；第四系中下更新統(tǒng)上部具體分為第四系松散巖類孔隙鹵(承壓水)、第四系化學(xué)鹽類晶間水(承壓水)。

第四系化學(xué)鹽類晶間水分布于補(bǔ)充詳查區(qū)中部湖積化學(xué)沉積區(qū)，含礦層為石鹽、含粉砂石鹽等，鹵水礦層主要集中在32線、34線南部，36線、38線、40線、42線、44線、48線及52線的北部，分布面積約37 km2，揭露鹽層一般厚度為4.13～24.82 m，平均厚度為11.88 m，最大厚度為25.54 m(ZK3411孔)，最小厚度為3.60 m(ZK3608孔)，涌水量一般在1.46～404.49 t/d，平均為94.17 t/d，單位涌水量一般在0.05～113.75 t/(d·m)，平均為17.81 t/(d·m)，品位在0.5%以上。

3.3 地下水類型和含水巖組劃分

礦區(qū)內(nèi)地下水主要為高礦化鹵水，其富水等級按《鹽湖和鹽類礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》(DZ/T0212-2002)的原則劃分，水化學(xué)類型按瓦利亞什科分類描述。

松散巖類孔隙水均分布于第四系中下更新統(tǒng)地層內(nèi)，具體分為第四系中下更新統(tǒng)下部沖洪積相沉積的松散巖類孔隙水、第四系中下更新統(tǒng)上部湖相沉積化學(xué)鹽類晶隙水及第四系中下更新統(tǒng)上部湖相沉積松散巖類孔隙水三個(gè)部分。

礦床內(nèi)松散巖類孔隙水的富水性依據(jù)鉆孔單位涌水量的大小劃分以下三個(gè)富水等級：

富水性強(qiáng)：q>10～1 000 t/(d·m)

富水性中等：10

富水性弱：q<10 t/(d·m)

3.3.1 沖洪積相沉積的松散巖類孔隙水

主要分布于黑北凹地補(bǔ)充詳查礦區(qū)西北角，由山前的沖洪積物組成，以砂卵礫石層為主，埋深厚度大，分布范圍集中，分布面積約15 km2，含水層厚度一般為31.27～141.09 m，平均為60.48 m，水位埋深一般為9.11～54.98 m，其中ZK3209及ZK3210孔水位埋深較淺，主要為該區(qū)段地表高差較大，這兩個(gè)鉆孔地勢相對低洼，可見該套地層中地下水埋深普遍較大。

表1 沖洪積相沉積松散巖類孔隙水地下水埋深、含水層厚度統(tǒng)計(jì)

含水層巖性主要為含礫石的粗砂、含礫石的中細(xì)砂、含粘土的礫石等，孔隙度平均為27.05%，給水度平均為10.07%。單位涌水量100～1 000 t/(d·m)的主要分布在ZK3008、ZK3009、ZK3209及ZK3210孔處，分布面積較小，單位涌水量最大355.17 t/(d·m)(ZK3209)；其余鉆孔單位涌水量一般在10～100 t/(d·m)；礦化度一般在123.21～276.73 g/L，平均礦化度為212.60 g/L，水化學(xué)類型為氯化物型。

3.3.2 湖相沉積化學(xué)鹽類晶隙水

調(diào)查區(qū)巖性以第四系中下更新統(tǒng)的石鹽、含粉砂的石鹽、芒硝及含芒硝的石鹽等為主，由于礦區(qū)經(jīng)歷了多個(gè)沉積旋廻，承壓水層具多層結(jié)構(gòu)。承壓水層的頂板埋深一般為6.463～21.962 m，含水層厚度2.96～41.70 m，平均15.62 m。

該區(qū)段地下水富水性弱—中等，單位涌水量10～100 t/(d·m)的鉆孔主要分布在30線、32線、34線及36線，最大113.75 t(/d·m)(ZK3011)。其余鉆孔富水性為弱，單位涌水量一般小于10 t/(d·m)?？紫抖绕骄鶠?8.15%，給水度平均為8.97%，礦化度一般在231.78～337.75 g/L，平均礦化度為310.94 g/L。水化學(xué)類型以硫酸鎂亞型為主。

3.3.3 湖相沉積松散巖類孔隙水

分布范圍約21 km2，巖性以第四系中下更新統(tǒng)的粉砂、含石膏的粘土、含石膏的粉砂、粘土粉砂、粉砂粘土及中細(xì)砂等為主。承壓水水位埋深一般為28.450～38.987 m，含水層厚度1.67～10.75 m，平均5.11 m。

該區(qū)段地下水富水性弱，大部分鉆孔單位涌水量小于10 t/(d·m)，最大6.88 t/(d·m)(ZK4011)。孔隙度平均為29.63%，給水度平均為10.37%，平均礦化度為234.15g/L，水化學(xué)類型以氯化物型為主，部分地段為硫酸鎂亞型。

3.4 礦區(qū)地下水的補(bǔ)給、逕流、排泄條件

由于氣候干旱，地表無常年性河流，僅在礦區(qū)的北部邊緣地帶分布有海拔在3 000～4 000 m的中低山，雨季形成的季節(jié)性洪水流入?yún)^(qū)內(nèi)形成地下潛流補(bǔ)給地下水，季節(jié)性洪水是礦區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源。區(qū)內(nèi)多年平均降水量為14.3 mm，故降水補(bǔ)給的量不是很大，但也是地下水的補(bǔ)給源之一。另外在礦區(qū)的深部邊緣有一條近北西向的斷裂帶，也不能排除深部油田水通過斷裂向上補(bǔ)給的可能。

礦區(qū)屬黑北凹地的邊緣部位，但由于晚更新世末期的構(gòu)造運(yùn)動，使黑北凹地相對獨(dú)立，地下水基本處在一個(gè)封閉的環(huán)境中，接受外界的補(bǔ)給很微弱，地下水的逕流運(yùn)動十分緩慢，基本處于停滯狀態(tài)，也不再補(bǔ)給外界，地下水的排泄方式主要為蒸發(fā)排泄。根據(jù)本次水文地質(zhì)工作，可以反映出，調(diào)查區(qū)內(nèi)地下水流向主要由山前向盆地中心徑流[5]。

4 結(jié) 語

黑北凹地盆地鉀礦為大浪灘盆地的一小部分，區(qū)內(nèi)由于晚更新世末期的構(gòu)造運(yùn)動，使黑北凹地相對獨(dú)立，地下水基本處在一個(gè)封閉的環(huán)境中，接受外界的補(bǔ)給很微弱，地下水的逕流運(yùn)動十分緩慢，基本處于停滯狀態(tài)，也不再補(bǔ)給外界，地下水的排泄方式主要為蒸發(fā)排泄。該時(shí)期時(shí)間跨度比較長，因氣候處于干燥，或干冷與濕暖(溫)交替的古氣候使湖水逐漸蒸發(fā)、濃縮、咸化，沉積了含石膏、芒硝、巖鹽等一套鹽湖相蒸發(fā)巖系，促使鉀富集，形成了富含鉀的固體鹽巖層，因固液相轉(zhuǎn)化作用，同時(shí)形成了富含鉀的晶間鹵水。