新疆苦水湖鋰礦水文地質(zhì)特征簡析

摘要：苦水湖鋰礦為近年來在新疆西昆侖地區(qū)發(fā)現(xiàn)的大型高原鹽湖型鹵水鋰礦床，該礦區(qū)地貌為封閉山間盆地，處于區(qū)域地下水運(yùn)移系統(tǒng)的末端，周邊高山區(qū)的含鋰地下水補(bǔ)給至該盆地內(nèi)，并在盆地內(nèi)干旱多風(fēng)的氣候條件下蒸發(fā)濃縮為富鋰地下水。

關(guān)鍵詞：苦水湖；鋰礦；水文地質(zhì)

支持項(xiàng)目：新疆地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目《新疆昆侖山一帶鹽湖硼礦資源遠(yuǎn)景調(diào)查》

1.地形地貌特征

礦區(qū)位于喀喇昆侖山東段高-極高山區(qū)，盆地四周高山環(huán)抱，盆地內(nèi)開闊平坦。礦區(qū)周邊山脈走向呈北西-南東向，山勢(shì)陡峻，切割深度大，主要有古生代、中生代的變質(zhì)巖和碎屑巖組。礦區(qū)及其周邊海拔4700m～5734m，高差近千米，周邊山地地形坡度多在35°以上，屬強(qiáng)烈剝蝕區(qū)，盆地內(nèi)低洼平坦部位主要由第四系湖積、沖積和化學(xué)沉積物構(gòu)成。

2.氣象特征

礦區(qū)屬高山高寒帶荒漠氣候，具有氣壓低、輻射強(qiáng)、寒冷干燥、降水稀少、干旱多風(fēng)等特點(diǎn)，這樣的氣候特點(diǎn)對(duì)于形成鹽湖礦床非常有利。

2.1氣溫

礦區(qū)1月～3月及10月～12月為極寒期，月平均溫度一般為-2℃～11℃，日最高氣溫2℃，日最低氣溫-24℃。4月～ 5月及9月為寒冷期，月平均溫度一般為0℃～8℃，日最高氣溫19℃，日最低氣溫-13℃。6月～8月為溫暖期，月平均溫度一般為10℃～16℃，日最高氣溫25℃，日最低氣溫-2℃。

2.2蒸發(fā)

礦區(qū)年蒸發(fā)量為1748mm，月平均蒸發(fā)量為146mm。其中11月～12月及1月～2月為弱蒸發(fā)期，月蒸發(fā)量為46mm～ 69mm，平均為57.5mm。3月～5月和9月～10月為強(qiáng)蒸發(fā)期，月蒸發(fā)量92mm～161mm，平均蒸發(fā)量124.2mm。6月～8月為極強(qiáng)蒸發(fā)期，月蒸發(fā)量276mm～322mm，平均蒸發(fā)量299mm。

2.3降水

礦區(qū)年降水量僅76mm，該降水量包括降雨量與降雪量，與蒸發(fā)量呈正相關(guān)，6月～8月為最大降水期，月降水量12mm～ 14mm，平均月降水量13mm。3月～5月和9月～10月降水量較6月～8月呈下降趨勢(shì)，月降水量4mm～7mm，平均月降水量 5.4mm；其他月份普遍較少，月降水量2mm～3mm左右。

2.4相對(duì)濕度

礦區(qū)年平均相對(duì)濕度為60.6%，8月～10月相對(duì)濕度較高，為82%～90%，平均相對(duì)濕度85.7%。1月～2月及11月～12月相對(duì)濕度略低，為55%～71%，平均相對(duì)濕度為66.3%。其他月份相對(duì)濕度較小，一般為35%～52%，平均相對(duì)濕度為43.5%。

2.5風(fēng)

礦區(qū)氣候最顯著的特點(diǎn)是多風(fēng)，年平均風(fēng)速7.9m/s，最大風(fēng)速可達(dá)15.7m/s。3月～9月為風(fēng)力相對(duì)平靜期，一般為微風(fēng)，最大風(fēng)力僅1～2級(jí)，風(fēng)向以西風(fēng)-西南風(fēng)為主。1月～2月以微風(fēng)為主，個(gè)別時(shí)段風(fēng)力可達(dá)6～7級(jí)，但持續(xù)時(shí)間短，以西南風(fēng)為主。10月～12月風(fēng)力較大，在3～8級(jí)不等，這段時(shí)間內(nèi)風(fēng)速大，地面可見有滾動(dòng)的沙帶，無固定風(fēng)向。

3.簡要地質(zhì)特征

4.礦區(qū)地下水類型

4.1地下水類型劃分

礦區(qū)內(nèi)地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖孔隙裂隙水、基巖裂隙水三類。其中礦區(qū)的含鋰鹵水類型全部為第四系松散巖類孔隙水。

（1）第四系松散巖類孔隙水

礦區(qū)雖處在常年凍土區(qū)，但第四系地下水均為礦化度高的鹵水，受鹵水冰點(diǎn)低影響，第四系地層無凍層存在（鉆孔揭露地層也未發(fā)現(xiàn)凍土層），礦區(qū)第四系含水層主要為湖積和化學(xué)沉積孔隙及晶間孔隙潛水含水層、湖積孔隙及晶間孔隙承壓水含水層兩類。

（2）碎屑巖孔隙裂隙水

分布在礦區(qū)北部和東部，處于常年凍土區(qū)，存在凍結(jié)層上水和凍結(jié)層下水。

（3）基巖裂隙水

分布在礦區(qū)四周，處在常年凍土區(qū)，存在基巖凍結(jié)層上水和凍結(jié)層下水。

4.2水文地質(zhì)邊界

礦區(qū)為一個(gè)封閉的水文地質(zhì)單元，東、西邊界為湖盆周邊基巖山地分水嶺，屬隔水邊界。南側(cè)邊界為礦區(qū)南界，苦水河流入段的河床、河漫灘為補(bǔ)給邊界，寬約210m，補(bǔ)給形式主要為河流自南向北流入補(bǔ)給、地下徑流流入補(bǔ)給。北側(cè)邊界為礦區(qū)北界，砼坪溝入湖口處的沖-湖積三角洲為補(bǔ)給邊界，寬約1100m，補(bǔ)給形式主要為地下徑流自北向南流入補(bǔ)給。

5.含水層水文地質(zhì)特征

5.1第四系含水層特征

區(qū)內(nèi)第四系含水層由潛水及2個(gè)承壓水層組成。

（1）第四系松散巖類孔隙及晶間孔隙潛水含水層

分布在湖盆區(qū)淺部，含水層埋深0.1m～10m，含水層巖性主要為含石鹽的芒硝、芒硝、含芒硝的石鹽、石鹽、含鹽的砂礫、中砂層、粗砂層等。地下水賦存于鹽巖晶間孔隙及砂礫孔隙中。含水層平均厚度29.10m，平均孔隙度32.86%，平均給水度16.92%，平均礦化度286g/L，平均密度1.16g/cm3，平均pH值7.6，水化學(xué)類型為Cl-Na型。含水層中富含鉀、硼、鋰、鈉、鎂、溴等組分，其中LiCl平均品位1039mg/L，B2O3平均品位951mg/L，KCl平均品位0.57%，NaCl平均品位14.94%，MgCl2平均品位2.41%，Br+平均品位68mg/L。

據(jù)南部的SZK12-3孔抽鹵試驗(yàn)，潛水位埋深1.60m，最大涌水量61.94m3/d，最大單位涌水量22.63m3/d·m，滲透系數(shù)1.276m/d，影響半徑36.41m。據(jù)北部的SZK0-2孔抽鹵試驗(yàn)，潛水位埋深0.20m，最大涌水量65.23m3/d，最大單位涌水量11.82m3/d·m，滲透系數(shù)0.915m/d，影響半徑43.90m。

結(jié)合兩個(gè)抽水孔數(shù)據(jù)，區(qū)內(nèi)潛水含水層單位涌水量11.82～22.63m3/d·m，大于10m3/d·m，按《鹽湖和鹽類礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T0212-2002），潛水層富水性能屬中等。

（2）第四系松散巖類孔隙第一承壓水含水層

位于第四系潛水含水層下部及第二承壓水層上部，與上下兩個(gè)含水層間為穩(wěn)定的粘土隔水層，含水層埋深48.20m～135.18m，靜止水位0.05m～39.20m，局部水頭可至地表形成自流，含水層性質(zhì)為承壓水。含水層巖性主要為中砂層、中粗砂層、砂礫層等。地下水賦存于鹽巖晶間孔隙及砂礫孔隙中。含水層厚平均厚度36.05m，平均孔隙度30.30%，平均給水度10.55%，平均礦化度224g/L，平均密度1.13g/cm3，平均pH值7.8，水化學(xué)類型為Cl-Na型。含水層中富含鉀、硼、鋰、鈉、鎂、溴等組分，其中LiCl平均品位842mg/L，B2O3平均品位803mg/L，KCl平均品位0.48%，NaCl平均品位13.07%，MgCl2平均品位2.03%，Br+平均品位58mg/ L。第一承壓水含水層單位涌水量13.99m3/d·m，滲透系數(shù)1.93m/d，影響半徑34.36m。

（3）第四系松散巖類孔隙第二承壓水含水層

位于第一承壓水層下部，與上部含水層之間為穩(wěn)定的粘土隔水層，含水層埋深137m～189.40m，靜止水位12.70m～ 29.60m。含水層巖性為砂礫石層，地下水賦存于砂礫孔隙中。含水層厚度平均厚度31.81m，平均孔隙度32.31%，平均給水度13%，平均礦化度167.10g/L，平均密度1.15g/cm3，水化學(xué)類型為Cl-Na型。含水層中富含鉀、硼、鋰、鈉、鎂、溴等組分，其中LiCl平均品位842mg/L，B2O3平均品位803mg/L，KCl平均品位0.48%，NaCl平均品位13.07%，MgCl2平均品位2.03%，Br+平均品位58mg/L。第二承壓水含水層單位涌水量21.60m3/d·m，滲透系數(shù)0.17m/d，影響半徑29.24m。

5.2碎屑巖凍結(jié)區(qū)地下水

（1）凍結(jié)層上水

碎屑巖凍結(jié)層上水分布在礦區(qū)北部及東部基巖山區(qū)，含水層由三疊系上統(tǒng)巴顏喀拉山群中組和下組淺變質(zhì)碎屑巖組成，含水融凍層深度一般小于3m。該區(qū)域補(bǔ)給條件較好，但巖石變質(zhì)程度低，裂隙多遇水泥化，因此，凍結(jié)層上孔隙裂隙潛水富水性弱。

（2）凍結(jié)層下水

分布在礦區(qū)北部和東部，位于碎屑巖凍土層之下，含水層為中粗砂巖，受構(gòu)造控制，一般具承壓性質(zhì)，富水性受巖性即構(gòu)造控制不均一，水質(zhì)亦因所處位置不同而有所區(qū)別。

5.3基巖凍結(jié)區(qū)地下水

（1）凍結(jié)層上水

基巖凍結(jié)層上裂隙潛水分布在礦區(qū)南部和西部，含水層為志留系和奧陶系變質(zhì)巖和侏羅系火山巖，融凍層深度一般小于3m。該區(qū)域補(bǔ)給條件較好，凍結(jié)層上裂隙潛水比較豐富，水質(zhì)較好。

（2）凍結(jié)層下水

基巖凍結(jié)層下裂隙水分布在礦區(qū)西部和南部，位于基巖凍土層之下，含水層受構(gòu)造控制，基巖區(qū)均有凍結(jié)層下承壓水分布，屬弱富水性含水層。

5.4隔水層特征

區(qū)內(nèi)由上至下分布有3個(gè)隔水層，隔水層與含水層面積基本一致。第一隔水層位于潛藏水與第一承壓水層之間，隔水層巖性為粉砂質(zhì)粘土、含鹽粘土、淤泥，隔水層累計(jì)厚度15m～50m。第二隔水層位于第一承壓水與第二承壓水之間，隔水層巖性為粘土、粉砂質(zhì)粘土，隔水層累計(jì)厚度80m～120m。第三隔水層位于湖區(qū)南部第二承壓水層與湖底基巖之間，隔水層巖性為粘土，隔水層厚度25m。

區(qū)內(nèi)隔水層較穩(wěn)定，連續(xù)性較好，巖性主要為粘土、粉砂質(zhì)粘土、淤泥等，具黏性、可塑性，含少量的鹽和砂，隔水層透水性較差，對(duì)大氣降水的滲入補(bǔ)給，對(duì)第四系潛水與承壓水，承壓水與基巖水的溝通起到了較好的阻隔作用，為良好的隔水層。

6.地下水補(bǔ)給、徑流、排泄特征

6.1地下水的補(bǔ)給

礦區(qū)最重要的補(bǔ)給來源為南部苦水河的入滲補(bǔ)給、河谷潛水徑流補(bǔ)給，其次為北部砼坪溝沖-湖積三角洲潛水徑流流入的補(bǔ)給。前者主要補(bǔ)給苦水湖南區(qū)，后者主要補(bǔ)給苦水湖北區(qū)。經(jīng)計(jì)算苦水河對(duì)苦水湖盆區(qū)地下水的年補(bǔ)給量為601×10⁴m3，砼坪溝沖-湖積三角洲對(duì)苦水湖盆區(qū)地下水的年補(bǔ)給量為864×10⁴m3。由于降雨稀少，降雨對(duì)礦區(qū)形成的補(bǔ)給較微。

6.2地下水的徑流

地下水的徑流方向與地表水基本一致，即由周邊山地向湖盆中心向心式匯流。在盆緣區(qū)南部的苦水河由南向北、北部的砼坪溝由北向南的地下水徑流相對(duì)較強(qiáng)，地下水交替較積。而東、西兩側(cè)的地下水徑流微弱，地下水交替滯緩。在湖盆區(qū)地下水徑流則更加滯緩，在深部承壓水含水層中可形成古封存水。

6.3地下水的排泄

苦水湖為一個(gè)封閉的山間盆地，無地表水排泄出口，因此，潛水蒸發(fā)是地下水排泄的唯一方式。湖盆區(qū)潛水地下水位埋深大都小于5m，地表巖性以巖鹽及砂礫等細(xì)顆粒沉積物為主，其最大毛細(xì)上升高度為350mm～600mm，因此，淺層地下水在毛細(xì)作用下，垂直向上運(yùn)移到達(dá)地表，在光熱及風(fēng)的作用下，蒸發(fā)排泄返回大氣。

湖盆區(qū)地下水還可能存在微弱的深層承壓水向上部潛水含水層及湖水的頂托越流排泄。在湖盆區(qū)地下水的水平運(yùn)移幾乎為零，而垂直方向的越流運(yùn)移，在地下水的密度差、淺層水與深層水的溫差、壓力差的作用下可能更活躍一些，從而完成自下而上的垂直蒸發(fā)排泄，造成“水去鹽留”，使鹽類礦物在湖盆中按化學(xué)沉積分帶規(guī)律不斷沉積、富集、結(jié)晶的過程。經(jīng)計(jì)算湖盆區(qū)年蒸發(fā)排泄量近1600×104m3，大于湖盆內(nèi)補(bǔ)給總量，在強(qiáng)蒸發(fā)的作用下，引起地下水位不斷降低，鋰含量不斷提高，從而最終形成高品位鹵水鋰礦床。

7.新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征

礦區(qū)地處青藏高原北部的喀喇昆侖山區(qū)，自第四紀(jì)以來，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活動(dòng)強(qiáng)烈，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為差異性垂直升降。礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)四級(jí)湖岸階地，第四級(jí)基座階地相對(duì)于湖盆底部的高差達(dá)120m左右，各級(jí)階地之間的高差為20m～30m不等。在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用下形成了礦區(qū)高山深盆的獨(dú)特地貌。

8.結(jié)論

苦水湖鋰礦床的形成與礦區(qū)所處盆地的水文地質(zhì)條件有著密切的關(guān)系，含鋰地下水形成于盆地周邊高山區(qū)，由高至低徑流至盆地內(nèi)，為盆地內(nèi)鹵水鋰礦的形成提供了源源不斷的物質(zhì)。含鋰的地下水在盆地內(nèi)運(yùn)移近乎遲滯，最終存儲(chǔ)于盆地內(nèi)大孔隙第四系松散沉積物中，并在盆地內(nèi)強(qiáng)蒸發(fā)作用下濃縮形成鹵水鋰礦床。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏新俊，姜繼學(xué).柴達(dá)木盆地第四紀(jì)鹽湖演化[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)， 1993（03）：255-265.

[2]李炳元，張青松，王富葆.喀喇昆侖山—西昆侖山地區(qū)湖泊演化[J].第四紀(jì)研究， 1991（01）：64-71.

[3]王富葆，曹瓊英，劉福濤.西昆侖山南麓湖泊和水系的近期變化[J].第四紀(jì)研究， 1990（04）：316-325.

[4]劉建，譚克彬，等.新疆地礦局第六地質(zhì)大隊(duì).新疆昆侖山一帶鹽湖硼礦資源遠(yuǎn)景調(diào)查報(bào)告[R]. 2018年3月