青海省冷湖鎮(zhèn)一里坪鋰礦水文地質(zhì)特征及開采條件研究

張明珠，汪青川，劉新勝

(青海省柴達(dá)木綜合地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 格爾木 816099)

青海省冷湖鎮(zhèn)一里坪鋰礦位于柴達(dá)木中西部，礦區(qū)地形平坦，東部及北部為北西向排列的風(fēng)蝕殘丘，南部為湖積平原，近風(fēng)蝕殘丘的邊部，地表由風(fēng)積沙和石鹽組成[1-2]。四周為構(gòu)造丘陵所包圍的相對(duì)封閉的小湖盆，在區(qū)域水文地質(zhì)單元中屬最終排泄區(qū)之一。無(wú)地表水分布，為干涸的鹽湖，下部鹽層中的晶間鹵水仍在逐漸濃縮，根據(jù)該區(qū)已進(jìn)行的250 m深孔所揭露的地質(zhì)資料來(lái)看，未發(fā)現(xiàn)淡水，因此除鹽層中富含有濃度較大的晶間鹵水之外，未有可供的淡水資源。南北兩側(cè)的地下水只能通過(guò)地下潛流的形式補(bǔ)給礦區(qū)，礦區(qū)又為相對(duì)獨(dú)立的次一級(jí)水文地質(zhì)單元[3]。周圍地下水補(bǔ)給是影響礦區(qū)地下水動(dòng)態(tài)的主要因素；地質(zhì)構(gòu)造格局使得礦區(qū)地下水處于極其緩慢的逕流狀態(tài)，并最終消耗于蒸發(fā)；與此同時(shí)，鹽礦物在礦區(qū)被逐漸積累富集、礦化度升高，鹽類礦物析出最終形成高礦化度的晶間鹵水和孔隙鹵水，構(gòu)成了區(qū)域特有的水系統(tǒng)特征。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)概況

1.1 水文地質(zhì)條件

礦區(qū)水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，地下水均為鹵水。依據(jù)含水介質(zhì)和鉆孔所揭露的地層巖性將礦區(qū)地下水劃分為化學(xué)巖類沉積的晶間水單一類型。

晶間鹵水礦：根據(jù)鉆孔揭露晶間含水層由全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)含砂中粒石鹽、粉砂石鹽、石鹽粉砂、含粉粘土之石鹽組成，厚度2.73～12.60 m，向西至盆地中心，厚度增大到47.63 m。含水層巖性上部以石鹽為主，下部粉砂和泥質(zhì)含量逐漸增加。水位埋深0.5～2.33 m，單位涌水量變化較為懸殊，上部單位涌水量均大于100 t/d·m，而下部小于10 t/d·m，平均孔隙度22.8%，平均給水度10.05%，水化學(xué)類型為硫酸鎂亞型。

1.1.1 全新統(tǒng)含砂的石鹽

為該區(qū)最新鹽類沉積地層，厚度一般在4.0～6.0 m，結(jié)構(gòu)松散，最上部2.0 m以上有較大的孔隙，一般孔隙度在25%～30%，個(gè)別樣品達(dá)49%，向下逐漸變小為20%～25%，由于孔隙及孔洞大，因此該層富水性強(qiáng)(見表1)。

從表1中明顯可經(jīng)看出，單位涌水量、孔隙度及水位降深三者的變化基本上是有一定的規(guī)律，孔隙度大的地段，單位涌水量大，水位降深幅度小，地層的富水性也強(qiáng)。

表1 抽水試驗(yàn)主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)

1.1.2 含石鹽的粉砂和細(xì)砂及底部的含鹽層

本層位于第一含水層下部，底板為砂質(zhì)粘土隔水層，巖性由上部的含鹽粉砂、細(xì)砂與下部的含砂石鹽所組成，上部結(jié)構(gòu)松散，孔隙度一般在20%～15%，下部孔隙度驟然減小至10%以下，單位涌水量相應(yīng)變小(見表2)。

表2 抽水試驗(yàn)主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)

從上述兩種不同自然類型的巖性關(guān)系來(lái)看，雖然兩者之間沒(méi)有隔水層，上下的水質(zhì)可以互相勾通，但從整個(gè)巖層中的孔隙度，單位涌水量、水位降深等數(shù)值，則有明顯的差別，特別是單位涌水量相差特別懸殊，如果將兩層合并看待，則對(duì)礦床開發(fā)不利，所以劃分為第一含水層和第二含水層比較合理。

一里坪南緣的苦水溝區(qū)，晶間潛鹵水含水層由上更新統(tǒng)化學(xué)沉積的含砂中粒石鹽組成，厚度2.73～4.68 m，水位埋深0.35 m左右，水化學(xué)類型為硫酸鎂亞型。

1.2 礦區(qū)水文態(tài)特征

礦區(qū)內(nèi)地下水的補(bǔ)給方式主要是大氣降水的滲入，其次位于紅三旱背斜東端的苦水溝斷裂，為一張扭性斷裂，在地貌上形成一條寬400 m、深8m左右的大溝，呈北西325(°)走向溝通了一里坪和西臺(tái)吉乃爾兩個(gè)礦區(qū)[4]。一里坪地面海拔2 681.12 m(ZK10),而西臺(tái)礦區(qū)地面高2 683.35 m(ZK3618)；兩礦區(qū)潛水面分別為2 680.77，2681.30 m，相差0.53 m；1959年西臺(tái)湖水面高程為2 682.00 m，因此西臺(tái)礦區(qū)地下水可能通過(guò)苦水溝表層及地下導(dǎo)水?dāng)嗔眩食掷m(xù)緩慢的逕流方式補(bǔ)給一里坪礦區(qū)，該礦區(qū)的地下水動(dòng)態(tài)特征的主要因素是受西臺(tái)湖水和地下水的影響。

本區(qū)鹵水埋藏很淺，鹵水面以上的巖層透水性很強(qiáng)，加之蒸發(fā)量大，因此鹵水的動(dòng)態(tài)變化，主要是受大氣降水和西臺(tái)地區(qū)水量補(bǔ)給雙重作用的影響，通過(guò)半年多的長(zhǎng)觀資料，總的水位變化不大，最高水位出現(xiàn)在7月份，最低水位則出現(xiàn)在4月份。水位變幅僅0.03 m,為極穩(wěn)定型。

1.3 供水水文地質(zhì)條件

礦區(qū)附近沒(méi)有可供飲用和工業(yè)用的淡水供給。礦區(qū)北、西、東部遠(yuǎn)離山區(qū)，山區(qū)地下水受構(gòu)造的阻隔無(wú)法到達(dá)礦區(qū)，故形成了連綿不斷的丘陵荒漠景觀，只有東臺(tái)吉乃爾河兩側(cè)賦存有豐富的地下水資源，而且現(xiàn)建有水源地，水質(zhì)符合飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，如果對(duì)該礦床進(jìn)行開采時(shí)可在該區(qū)段采水，用管道輸入礦區(qū)即可[5-6]。

2 工程地質(zhì)條件

雖然該礦區(qū)未作工程地質(zhì)勘察工作，但礦區(qū)所處的地質(zhì)、地貌和西臺(tái)吉爾有相似之處，均為柴達(dá)木盆地內(nèi)陸相對(duì)獨(dú)立的干鹽湖。在地貌巖相上具有水平分帶特征，導(dǎo)致盆地內(nèi)工程地質(zhì)條件也有水平分帶的規(guī)律。各類型土石分布也遵循水平分帶規(guī)律：礦區(qū)四周邊緣主要分布松散的砂質(zhì)土組；其余地段依次為含石膏的粘土、含石膏石鹽之粘土、含粉砂的石鹽及石鹽層，均屬鹽漬土。

2.1 砂質(zhì)土組

分布于礦區(qū)邊緣地帶，地表較松軟，局部地段為風(fēng)積砂覆蓋，從北往南顆粒逐漸變細(xì)為粉砂，細(xì)砂土及粘土層。近礦區(qū)邊緣，砂土中鹽份含量增高，較堅(jiān)硬。該層沉積厚度大于10 m。地下水位埋深0.4～1.0 m，含水層為孔隙咸鹵水層。粉砂、細(xì)砂土在外動(dòng)力作用下易導(dǎo)致砂土液化，另外，因其可溶鹽份較多，遇淡水易產(chǎn)生溶陷。據(jù)西臺(tái)吉乃爾儲(chǔ)量核查資料，砂礫土組，計(jì)算允許承載力為160～1 000 kPa，粉砂、細(xì)砂土組計(jì)算允許承載力小于100 kPa。

2.2 石鹽層

石鹽層分布于礦區(qū)大部地區(qū)，上部較松散下部較為致密，飽水，厚度一般4.0～6.0 m，為石鹽和含粉砂的石鹽層，該層之下為含石鹽的粘土、工程地質(zhì)條件較差。在上述新鹽層上部為硬鹽殼。其下為較堅(jiān)硬的石鹽層，依據(jù)西臺(tái)工程勘察資料鹽殼的抗壓強(qiáng)度一般700～2 000 kPa，最低400 kPa，最大5 000 kPa，經(jīng)換算其允許承載力131～193 kPa。鹽層抗壓強(qiáng)度變化較大，從110～2 350 kPa，天然休止角37(°)～39.5(°)。雖為易溶鹽，但鹽湖地區(qū)具干燥少雨，蒸發(fā)量大的特點(diǎn)，所以在當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件下從鹽層的力學(xué)性質(zhì)看，可以滿足鹽田、廠房等構(gòu)筑物的建設(shè)。

上述鹽漬土的易溶鹽分析資料表明，該土的pH值為7.10～7.25。Cl-離子平均含量達(dá)4 537.4 mg/100 g土，最高可達(dá)5 570 mg/100 g土，SO42-離子平均含量523.2 mg/100 g土，最高可達(dá)1 675 mg/100 g土，依據(jù)以上兩種離子評(píng)價(jià)土的腐蝕性，確定為強(qiáng)腐蝕性土。因此地區(qū)各類土對(duì)工程設(shè)施地基中的鋼筋混凝土有強(qiáng)腐蝕性，未來(lái)工程施工應(yīng)該注意防腐。依據(jù)GP50021-94《巖土工程勘察規(guī)范》，防護(hù)等級(jí)為三級(jí)，工程建筑應(yīng)使用抗硫酸鹽水泥。

3 環(huán)境地質(zhì)條件

一里坪鹽湖為典型的大陸性干旱氣候，多風(fēng)少雨，自然環(huán)境惡劣。根據(jù)已開發(fā)的鹽湖礦區(qū)對(duì)自然環(huán)境必然產(chǎn)生一定影響，帶來(lái)一系列環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。由于礦區(qū)及其外圍均為荒漠與鹽湖化學(xué)沉積，不存在生態(tài)環(huán)境被破壞的問(wèn)題，只可能引發(fā)其他不良環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題：①區(qū)內(nèi)地下鹵水主要成分為鋰、鈉、鎂等，pH值7.14～8.15，呈弱堿性，如果不是長(zhǎng)時(shí)間浸泡于鹵水中，其本身對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生危害，也不含其他有害氣體及放射性；②依據(jù)“青海省地震烈度區(qū)劃圖”區(qū)內(nèi)大部分地段基本地震烈度為7度，在歷史上該區(qū)也曾經(jīng)發(fā)生過(guò)一些較大的地震，因此未來(lái)開發(fā)項(xiàng)目應(yīng)充分重視地區(qū)地震的多發(fā)性，主要建設(shè)工程要避開隱伏斷裂地帶，并采取必要的防震措施；③礦區(qū)主要的污染物為鹽田析出物及鹽田曬制的老鹵、加工廠尾礦廢水、產(chǎn)品干燥粉塵、生活污水、工業(yè)噪聲等。

4 開采技術(shù)條件

礦區(qū)鹵水礦的首采目的層為晶間鹵水，含水層巖性以石鹽、含粉砂的石鹽為主，局部有孔隙水(分布于礦區(qū)的邊部)，含水層埋藏淺，富水性強(qiáng)，易于開采，根據(jù)柴達(dá)木盆地現(xiàn)正在開采的察爾汗鹽湖、大浪灘鹽湖、東西臺(tái)鹽湖、馬海鹽湖等均是采用渠采，極個(gè)別礦區(qū)采用井渠結(jié)合方式。井采往往由于孔壁結(jié)鹽而不能正常運(yùn)行，所以目前還是以渠采鹵水為主要方式。存在的問(wèn)題是隨著大強(qiáng)度開采，鹵水水位持續(xù)下降，由于礦區(qū)無(wú)地表水和明顯的補(bǔ)給，停采期漏斗難以恢復(fù)，故此在礦區(qū)開采時(shí)一定要選擇適宜的規(guī)模，以延長(zhǎng)服務(wù)年限，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 語(yǔ)

礦區(qū)內(nèi)的主要巖土類型為砂質(zhì)粘土及石鹽層，雖然均屬鹽漬土，但砂質(zhì)粘土防滲性能好，承載力高，適宜修建鹽田和作為一般工業(yè)與民用建筑基礎(chǔ)持力層；石鹽層中修建的采鹵渠邊坡穩(wěn)定，采鹵井井壁穩(wěn)定。但鹽漬土對(duì)混凝土、金屬等建筑材料具有極強(qiáng)的腐蝕性，在工程建設(shè)時(shí)需做好防腐措施。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范并結(jié)合鹽湖開發(fā)實(shí)際，礦區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，應(yīng)屬開采技術(shù)條件簡(jiǎn)單的礦床。