单级驱动溶矿试验中供卤渠是否渗漏问题的探讨

张 燕，陈明聪

（中材地质工程勘查研究院有限公司，北京 100102）

单级驱动溶矿试验中供卤渠是否渗漏问题的探讨

张 燕，陈明聪

（中材地质工程勘查研究院有限公司，北京 100102）

钾盐是农用钾肥的生产原料，是一种重要的战略性矿产资源。为了最大限度地开采察尔汗盐湖中的固相钾盐资源，2007年在青海省察尔汗盐湖开展了单级驱动溶矿试验，以查明固相钾盐资源是否能够开采。由于在试验中供卤渠发生了严重的结盐，盐层厚度达5～15cm，致密的盐层严重影响了渠壁的渗透性。本文通过分析供卤渠附近的水动力条件，验证了供卤渠在结盐后虽然渗透性降低，但仍具有补给溶剂的能力。

察尔汗盐湖；驱动溶解；钾矿；渗漏

钾盐是农用钾肥的生产原料，我国是一个农业大国，但钾肥的对外依存度却高达70%以上，因此，改进现有生产工艺，充分利用现有的钾矿资源，提高钾肥的年产量，迫在眉睫。察尔汗盐湖首采区的采卤实践证明，随着抽卤的不断进行，晶间卤水的水位不断下降，目前埋深已经下降到4～5m，如果继续发展下去，上层的固体钾矿势必成为“呆矿”。20世纪90年代，一些研究者曾对溶解驱动进行了数值模拟和室内试验研究[1-7]，并得到了一些重要认识。

为了将理论研究投入到实际生产中去，2007年6月在察尔汗盐湖开展了野外驱动溶矿试验。在试验开展到20～30天时，供卤渠的渠壁上发生了结盐，厚度约5～15cm，盐层严重影响了溶剂的下渗。溶剂是否能够下渗是关系到试验成败的一个重要因素。本文从试验区的水动力条件出发，分析了渠壁在结盐后是否仍具有下渗能力。

1 区域水文地质条件

察尔汗盐湖位于青海省柴达木盆地中东部新生代沉积区(见图1)，南依昆仑山，北靠锡铁山、阿木尼克山。该区降水稀少，蒸发强烈，对地下水的补给基本不起作用。昆仑山前出山口河流径流量基本上代表了南部山区补给盆地的水资源量，主要河流有东西格尔木河、拖拉黑河等。河流出山口后，在向下游径流

过程中于戈壁带大量渗失补给地下水，地下水向北径流至扇缘地带受阻而溢出，形成泉集河，最后补给盐湖周边湖泊[9-11]。

图1 察尔汗盐湖试验区位置示意图

试验区地层中的矿物主要是石盐，也含有光卤石、钾石盐、石膏、芒硝、水氯镁石及碎屑沉积物。K+含量在0.07%～6.12%之间，加权平均含量为0.88%。盐层中石盐晶体之间孔隙较均匀、连通性较好，钻孔岩芯常见蜂窝状孔隙，盐层空隙度大者达15%～35%，水平渗透系数为390m/d。盐层富含卤水，卤水密度1.23～1.26g/cm3，矿化度337.76～379.19g/L，K+含量可达14.3g/L，已浓缩演化为石盐结晶析出后的饱和卤水，属于石盐水及富钾石盐水、富钾光卤石水，主要为氯化物型水[12-14]。

2 试验简介

研究区选在涩聂湖与其东北侧的采卤渠之间。该区固体钾矿富集，晶间卤水现状埋深4.0～5.5m(见图2)，具备溶解驱动开采固体钾矿的流场条件。涩聂湖湖水具有高钠低钾的特征，可作为试验溶剂。供卤渠的作用是向地层中补给溶剂，提升供卤渠处的地下水位，采卤渠的作用是排泄地下卤水，降低采卤渠处的地下水位。通过供卤渠注入溶剂后改变原来的水动力场，溶剂在向水头较低处流动的过程中溶解表层盐层中的钾矿。

图2 2007年6月8日试验区水位埋深等值线图

为了较详细模拟晶间卤水的渗流过程及固液转化过程，在模拟范围内共布设与地下水流向基本平行的4个纵向(北东—南西向)剖面共22个孔位的监测孔，用以监测渠水的水位与水质。其中，S*T*编号的监测孔位于供卤渠和采卤渠之间，也是需要重点监测的区域，S2W1和S2W2位于采卤渠的西南侧，用以监测试验区外的水位变化。试验开始于2007年6月9日，并同时开始监测工作，9月18日结束，历时100天。试验开始前的各监测孔水位埋深如表1所示。

表1 2007年6月8日监测孔水位埋深

供卤渠的量测分布有监测孔，通过监测孔的水位数据，可以得到等水位线和水位埋深剖面图。由于供卤渠向地层中补给溶剂，会导致从供卤渠向两侧，地下水位不断降低。如果在渠道结盐后不存在溶剂的补给，那么地下水位将恢复到试验开始前的水平。以S2列为例，试验开始前，供卤渠对地下卤水没有补给，晶间卤水水位由高到低依次为S2W2、S2W1、S2T1、S2T2、S2T3、S2T4、S2T5。如果在渠道结盐后S2列观测孔水位与试验开始前一样，则说明渠道对地下水没有了补给，反之，则说明仍有补给。

3 水动力条件分析

图3 6月8日与6月16日S2剖面水位埋深

图3 为6月8日(试验开始前)与6月16日的水位埋深剖面图，从图中可以看出，在试验开始之前，试验区的晶间卤水处于天然状态，潜水面比较平滑，这与图2所反映一致。试验进行至第8天时，供卤渠中有溶剂补给，且供卤渠壁的石盐结晶孔隙粗大，渗透性良好，潜水面连续，供卤渠附近的水位得到了明显上升。S2列水位埋深数据如表2所示。

图4为7月27日与8月18日供卤渠结盐之后的纵向剖面水位埋深图，此时，渠道已经结盐，从图4中可以看出，S2剖面各监测孔的水位与试验开始前差异很大，总体表现为从供卤渠向两侧地下水位不断降低，这一点可以证明，在渠道结盐后，供卤渠仍可以向地层中补给溶剂。此时的供卤渠与晶间卤水潜水面已不再直接连通，而是通过渗漏的方式向下补给。

表2 S2列监测孔水位埋深

图4 供卤渠结盐后S2剖面水位埋深

4 结论

通过水动力条件分析可以得出，虽然渠壁的结盐导致了供卤渠渗透性的降低，但是供卤渠仍然具有补给溶剂的能力，补给方式是从供卤渠向地下卤水渗漏。

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[13]中国地质科学院矿产资源研究所.青海别勒滩低品位固体钾矿液化开发的技术关键结题报告[R].2009.

[14]梁青生，韩凤清.察尔汗盐湖别勒滩西北边缘浅层晶间卤水Li含量分布特征的研究[J].盐湖研究，2014，22(1)：1-5.

Discussion on Recharge Problem in A Single Channel Test

ZHANG Yan, CHEN Ming-cong
(Sinoma Geological Engineering Exploration Academy Co., Ltd., Beijing 100102, China)

Potassium is the raw materials of agricultural potash and an important strategic mineral resources. In order to maximize the exploitation of potash resources in the solid phase of Qarhan salt lake, we carried out single channel driving and dissolving test in Qarhan salt lake in 2007 to check whether the solid potassium resources could be mined. Salt precipitated on the recharge channel surface and reduced the permeability of the recharge, the thickness of the precipitated salt could reach 5 to 15cm. By analysis the hydrodynamic conditions of recharge channel area, we believe the recharge channel still could recharge solvent to the strata although the permeability has been reduced.

Qarhan salt lake; dissolving and driving; potassium; permeability

P641.6

A

1007-9386(2015)02-0056-03

2015-01-20