西藏阿里结则茶卡湖西隔水层的赋存状态及渗透性研究

辜顺平

摘要：西藏阿里结则茶卡湖西的5个地块中，地层为第四系全新统湖积（Q4l）、冲洪积（Q4al+pl）、上更新统湖积（Q3l）。粘性土层在其中4个地块的大部分范围有分布，而在2#干湖仅呈局部分布，在1#干湖分布面积为2.11km2，在3#干湖为4.17km2，在4#河滩为2.40km2，在5#湖滩为14.40km2。各地块粘性土分布面积与各地块面积之比分别为：1#干湖76.7%、3#干湖83.4%、4#河滩71.9%、5#湖滩72.0%。颗粒分析试验可知，土样中粒径小于0.075的颗粒质量占总质量的91.9﹪～98.3﹪，粘粒（<0.005）含量为25.8﹪～31.1﹪，粉粒以上粒组仅有细砂粒，含量仅占1.7﹪～8.1﹪。研究区各地块粘性土的渗透系数K在8.14×10-8～3.52×10-7cm/s之间，可确定粘性土属于极微透水层。其赋存状态和渗透特性表明，粘性土层可选作泥田防渗隔水层。

关键词：隔水层；赋存状态；颗粒分析；变水头渗透试验；结则茶卡

1. 问题的提出及研究意义

结则茶卡盐湖矿床位于西藏阿里地区日土县东汝乡，是以钾、锂、硼等多种有价元素共存的中度碳酸盐型盐湖卤水矿床，拟采用重叠兑卤+晾晒工艺开发盐湖液体矿产资源，产品方案为碱式碳酸镁0.75×104t/a、硼砂0.2×104t/a、70%碳酸锂0.74×104t/a。[1]为满足晾晒工艺要求，计划在结则茶卡湖西阶地上修建盐田12km2。盐田可选择采用膜田或泥田两种建设方案。膜田方案需采用大量的人造防渗膜，其使用年限短、成本高及环保效益差的缺点显而易见。在生态环境异常脆弱的藏北高原，在我国坚持绿色发展的大背景下，泥田方案因具有既经济、又环保的特点，自然成为优先选择。[2]而泥田建设的关键问题，是盐田地表下要有阻挡卤水下渗流失的“隔水层”。由于历史和地理的原因，结则茶卡地区前人工作程度较低，仅做过零星的地质工作。[3]因此，采用工程地质手段，开展结则茶卡西侧阶地隔水层赋存状态及其渗透性的研究，对绿色开发利用盐湖资源，具有重要的现实意义和经济意义。

2. 研究区地质环境概况

日土县地处高原温带季风干旱气候区，具有气压低、辐射强、寒冷干燥、降水稀少等特点。最冷月（出现在1月）平均气温-22.1℃，最热月（出现在7月）平均气温13.6℃，5月～9月平均气温大于0℃，10月～次年4月平均气温在0℃以下，无霜期95天。年日照时数高达3575.3小时，日照百分率76%，年均降水量73.4mm，年蒸发量2281.3mm（20cm蒸发皿）。最大冻土深度1.3m。

结则茶卡湖盆范围地表水形式包括有湖泊、河流等。结则茶卡为常年性积水湖泊，盐湖四周发育众多的河流冲沟，多数为季节性冲沟，少数溪沟长期有水流，水量约在2m3/s～5m3/s，水源补给主要为大气降水。

日土县地貌类型属藏北台原地貌，喀喇昆仑山和冈底斯山支脉横穿全境。结则茶卡盐湖地貌为典型的湖盆谷地地貌，湖面海拔约在4524m，其东、南、西三侧为海拔超过5000m的极高山；北西侧为较开阔的山间谷（盆）地，地势较平坦，从盐湖外围开始呈套环状依次向外，可划分出六级阶地，对应海拔4545m至4691m。[4]

盐湖地区出露地层有第四系、第三系康托组、中侏罗统雁石坪群、上三叠统肖茶卡群、下二叠统鲁谷组、石炭二叠系霍尔巴错群。

研究区位于班公湖——怒江结合带与金沙江——拉竹龙结合带之间，阿尔金断裂带由北东向南西斜跨全区，结则茶卡——双湖断裂构造带发育于区内中部、阿尔金断裂带以东。[5]

湖西地下水主要为赋存于第四系松散岩类孔隙水，含水介质主要为砾砂、细砂、粉土等冲洪积物。

3. 粘性土隔水层的赋存状态

3.1 粘性土层的分布

本次研究针对结则茶卡西侧湖成阶地上的5个地块展开，包括：3个干湖（编号1#～3#）、1个河滩（编号4#）及1个湖滩（编号5#）。勘探表明，研究区地层岩性主要为第四系全新统湖积（Q4l）、冲洪积（Q4al+pl）、上更新统湖积（Q3l）成因的粉质粘土、淤泥、粉土、细砂、砾砂、冻土层，其中预选可作隔水层的主要为粉质粘土。该粘性土层在5个地块中的均有揭露但分布不均，在其中4个地块的大部分范围有分布，而在2#干湖仅呈局部分布（见图1）。在1#干湖分布面积为2.11km2，在3#干湖为4.17km2，在4#河滩为2.40km2，在5#湖滩为14.40km2。各地块粘性土分布面积与各地块面积之比分别为：1#干湖76.7%、3#干湖83.4%、4#河滩71.9%、5#湖滩72.0%。

粘性土层分布区与地貌的关系是：1#干湖高程4584.17m～4590.05m、2#干湖高程4548.96m～4560.31m，属于1级阶地；3#干湖高程4691.55m～4700.03m，属于6级阶地；4#河滩高程4588.30m～4625.74m，呈南北向展布，北半部属于2级阶地，南半部属于1级阶地；5#湖滩高程4528.14m～4582.71m，大致呈东西向展布，东半部为结则茶卡湖漫滩，西半部则属于1级阶地。

3.2 粘性土层的埋深和厚度

工程地质勘探资料反映，粘性土层在各地块的埋深和厚度变化不均（见表1）。从经济性考虑，建设泥田更在意隔水层的埋深，从表1可知，1#干湖、3#干湖及4#河滩的粘性土层埋深变化相对较小，平均埋深也较小，且在空间上呈层状分布，有利于选作泥田晾晒场地。

4. 粘性土层的渗透性

4.1 粘性土的颗粒组成

为研究粘性土层的颗粒级配，在研究区各地块对粘性土取样进行了室内颗粒分析试验，其成果统计见表2。从表中可知，土样中粒径小于0.075的颗粒质量占总质量的91.9﹪～98.3﹪，粘粒（<0.005）含量为25.8﹪～31.1﹪，粉粒以上粒组仅有细砂粒，含量仅占1.7﹪～8.1﹪。试验结果表明，土的粒组中粗粒含量很低，且无中砂以上颗粒，土的渗透能力应该较弱。

4.2 粘性土层的渗透系数

为研究结则茶卡湖西地区隔水层的渗透性，在研究区5个地块内取粘性土样，进行室内渗透试验。方法采用适宜细粒土的变水头渗透试验，试验所用纯水经脱气处理，得到试验水温下的渗透系数后，再根据不同温度下土的动力粘滞系数，计算得到标准温度下的渗透系数。试验结果为：1#干湖粘性土渗透系数K为8.14×10-8cm/s～3.52×10-7cm/s，2#干湖为2.21×10-7cm/s～3.17×10-7cm/s，3#干湖为1.04×10-7cm/s～3.17×10-7cm/s，4#河滩为8.56×10-8cm/s～1.02×10-7cm/s，5#湖滩为0.96×10-7cm/s～3.36×10-7cm/s。

各地块试验数据的变化均未超出一个数量级，说明各地块粘性土的渗透特性比较均一，这可能间接反映了不同阶地的沉积环境具有相似性。

4.3 粘性土层的渗透性评价

参照《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-2008）之〈附录F岩土体渗透性分级〉标准，当渗透系数K<10-6cm/s，岩土体渗透性等级为极微透水。研究区各地块粘性土的渗透系数K在8.14×10-8cm/s～3.52×10-7cm/s之间，即K<10-6cm/s，故可确定粘性土属于极微透水层。这为结则茶卡湖西地区选择粘性土层作泥田防渗隔水层，提供了定量依据。

结语

（1）结则茶卡湖西阶地的1#干湖、2#干湖、3#干湖、4#河滩、5#湖滩所赋存的粘性土层，除在2#干湖呈局部分布以外，在其余4个地块呈大面积成片分布，已探明的分布区总面积超过23km2，这为重叠兑卤晾晒场地选择，提供了天然的地形地质条件。

（2）对结则茶卡湖西阶地上粘性土的颗粒分析和渗透试验表明，土的粒度成分对土体防渗有利，土的渗透系数K<10-6cm/s，粘性土属于极微透水层，可以选作泥田防渗隔水层。

参考文献：

[1] 郝勇，张启海，李广汉，朱成财.西藏结则茶卡和龙木错盐湖卤水协同提锂研究[J].无机盐工业.2013，45（6）：27-29.

[2] 张宪洲，成升魁，余成群，等.构建藏北高原生态安全屏障对策初探[C].中国西部科技进步与经济社会发展专家论坛专辑（十）.2009：59-61.

[3] 杨俊峰，崔霄峰，卢书炜，等.藏西北结则茶卡湖晚更新世以来演化及气候环境[J].新疆地质.2005，23（1）：59-63.

[4] 杨俊峰，王跃峰，赵虹，等.西藏结则茶卡湖岸浅井记录及湖泊演化[J].湖泊科学.2008，20（1）：83-87.

[5] 潘桂棠，李兴振，王立全，等.青藏高原及邻区大地构造单元初步划分[J].地质通报.2002，21（11）：701-707.