青海省冷湖镇一里坪锂矿水文地质特征及开采条件研究

张明珠，汪青川，刘新胜

(青海省柴达木综合地质矿产勘查院，青海 格尔木 816099)

青海省冷湖镇一里坪锂矿位于柴达木中西部，矿区地形平坦，东部及北部为北西向排列的风蚀残丘，南部为湖积平原，近风蚀残丘的边部，地表由风积沙和石盐组成[1-2]。四周为构造丘陵所包围的相对封闭的小湖盆，在区域水文地质单元中属最终排泄区之一。无地表水分布，为干涸的盐湖，下部盐层中的晶间卤水仍在逐渐浓缩，根据该区已进行的250 m深孔所揭露的地质资料来看，未发现淡水，因此除盐层中富含有浓度较大的晶间卤水之外，未有可供的淡水资源。南北两侧的地下水只能通过地下潜流的形式补给矿区，矿区又为相对独立的次一级水文地质单元[3]。周围地下水补给是影响矿区地下水动态的主要因素；地质构造格局使得矿区地下水处于极其缓慢的迳流状态，并最终消耗于蒸发；与此同时，盐矿物在矿区被逐渐积累富集、矿化度升高，盐类矿物析出最终形成高矿化度的晶间卤水和孔隙卤水，构成了区域特有的水系统特征。

1 矿区水文地质概况

1.1 水文地质条件

矿区水文地质条件较简单，地下水均为卤水。依据含水介质和钻孔所揭露的地层岩性将矿区地下水划分为化学岩类沉积的晶间水单一类型。

晶间卤水矿：根据钻孔揭露晶间含水层由全新统和上更新统含砂中粒石盐、粉砂石盐、石盐粉砂、含粉粘土之石盐组成，厚度2.73～12.60 m，向西至盆地中心，厚度增大到47.63 m。含水层岩性上部以石盐为主，下部粉砂和泥质含量逐渐增加。水位埋深0.5～2.33 m，单位涌水量变化较为悬殊，上部单位涌水量均大于100 t/d·m，而下部小于10 t/d·m，平均孔隙度22.8%，平均给水度10.05%，水化学类型为硫酸镁亚型。

1.1.1 全新统含砂的石盐

为该区最新盐类沉积地层，厚度一般在4.0～6.0 m，结构松散，最上部2.0 m以上有较大的孔隙，一般孔隙度在25%～30%，个别样品达49%，向下逐渐变小为20%～25%，由于孔隙及孔洞大，因此该层富水性强(见表1)。

从表1中明显可经看出，单位涌水量、孔隙度及水位降深三者的变化基本上是有一定的规律，孔隙度大的地段，单位涌水量大，水位降深幅度小，地层的富水性也强。

表1 抽水试验主要参数统计

1.1.2 含石盐的粉砂和细砂及底部的含盐层

本层位于第一含水层下部，底板为砂质粘土隔水层，岩性由上部的含盐粉砂、细砂与下部的含砂石盐所组成，上部结构松散，孔隙度一般在20%～15%，下部孔隙度骤然减小至10%以下，单位涌水量相应变小(见表2)。

表2 抽水试验主要参数统计

从上述两种不同自然类型的岩性关系来看，虽然两者之间没有隔水层，上下的水质可以互相勾通，但从整个岩层中的孔隙度，单位涌水量、水位降深等数值，则有明显的差别，特别是单位涌水量相差特别悬殊，如果将两层合并看待，则对矿床开发不利，所以划分为第一含水层和第二含水层比较合理。

一里坪南缘的苦水沟区，晶间潜卤水含水层由上更新统化学沉积的含砂中粒石盐组成，厚度2.73～4.68 m，水位埋深0.35 m左右，水化学类型为硫酸镁亚型。

1.2 矿区水文态特征

矿区内地下水的补给方式主要是大气降水的渗入，其次位于红三旱背斜东端的苦水沟断裂，为一张扭性断裂，在地貌上形成一条宽400 m、深8m左右的大沟，呈北西325(°)走向沟通了一里坪和西台吉乃尔两个矿区[4]。一里坪地面海拔2 681.12 m(ZK10),而西台矿区地面高2 683.35 m(ZK3618)；两矿区潜水面分别为2 680.77，2681.30 m，相差0.53 m；1959年西台湖水面高程为2 682.00 m，因此西台矿区地下水可能通过苦水沟表层及地下导水断裂，呈持续缓慢的迳流方式补给一里坪矿区，该矿区的地下水动态特征的主要因素是受西台湖水和地下水的影响。

本区卤水埋藏很浅，卤水面以上的岩层透水性很强，加之蒸发量大，因此卤水的动态变化，主要是受大气降水和西台地区水量补给双重作用的影响，通过半年多的长观资料，总的水位变化不大，最高水位出现在7月份，最低水位则出现在4月份。水位变幅仅0.03 m,为极稳定型。

1.3 供水水文地质条件

矿区附近没有可供饮用和工业用的淡水供给。矿区北、西、东部远离山区，山区地下水受构造的阻隔无法到达矿区，故形成了连绵不断的丘陵荒漠景观，只有东台吉乃尔河两侧赋存有丰富的地下水资源，而且现建有水源地，水质符合饮用水的标准，如果对该矿床进行开采时可在该区段采水，用管道输入矿区即可[5-6]。

2 工程地质条件

虽然该矿区未作工程地质勘察工作，但矿区所处的地质、地貌和西台吉尔有相似之处，均为柴达木盆地内陆相对独立的干盐湖。在地貌岩相上具有水平分带特征，导致盆地内工程地质条件也有水平分带的规律。各类型土石分布也遵循水平分带规律：矿区四周边缘主要分布松散的砂质土组；其余地段依次为含石膏的粘土、含石膏石盐之粘土、含粉砂的石盐及石盐层，均属盐渍土。

2.1 砂质土组

分布于矿区边缘地带，地表较松软，局部地段为风积砂覆盖，从北往南颗粒逐渐变细为粉砂，细砂土及粘土层。近矿区边缘，砂土中盐份含量增高，较坚硬。该层沉积厚度大于10 m。地下水位埋深0.4～1.0 m，含水层为孔隙咸卤水层。粉砂、细砂土在外动力作用下易导致砂土液化，另外，因其可溶盐份较多，遇淡水易产生溶陷。据西台吉乃尔储量核查资料，砂砾土组，计算允许承载力为160～1 000 kPa，粉砂、细砂土组计算允许承载力小于100 kPa。

2.2 石盐层

石盐层分布于矿区大部地区，上部较松散下部较为致密，饱水，厚度一般4.0～6.0 m，为石盐和含粉砂的石盐层，该层之下为含石盐的粘土、工程地质条件较差。在上述新盐层上部为硬盐壳。其下为较坚硬的石盐层，依据西台工程勘察资料盐壳的抗压强度一般700～2 000 kPa，最低400 kPa，最大5 000 kPa，经换算其允许承载力131～193 kPa。盐层抗压强度变化较大，从110～2 350 kPa，天然休止角37(°)～39.5(°)。虽为易溶盐，但盐湖地区具干燥少雨，蒸发量大的特点，所以在当地的气候条件下从盐层的力学性质看，可以满足盐田、厂房等构筑物的建设。

上述盐渍土的易溶盐分析资料表明，该土的pH值为7.10～7.25。Cl-离子平均含量达4 537.4 mg/100 g土，最高可达5 570 mg/100 g土，SO42-离子平均含量523.2 mg/100 g土，最高可达1 675 mg/100 g土，依据以上两种离子评价土的腐蚀性，确定为强腐蚀性土。因此地区各类土对工程设施地基中的钢筋混凝土有强腐蚀性，未来工程施工应该注意防腐。依据GP50021-94《岩土工程勘察规范》，防护等级为三级，工程建筑应使用抗硫酸盐水泥。

3 环境地质条件

一里坪盐湖为典型的大陆性干旱气候，多风少雨，自然环境恶劣。根据已开发的盐湖矿区对自然环境必然产生一定影响，带来一系列环境地质问题。由于矿区及其外围均为荒漠与盐湖化学沉积，不存在生态环境被破坏的问题，只可能引发其他不良环境地质问题：①区内地下卤水主要成分为锂、钠、镁等，pH值7.14～8.15，呈弱碱性，如果不是长时间浸泡于卤水中，其本身对人体不会产生危害，也不含其他有害气体及放射性；②依据“青海省地震烈度区划图”区内大部分地段基本地震烈度为7度，在历史上该区也曾经发生过一些较大的地震，因此未来开发项目应充分重视地区地震的多发性，主要建设工程要避开隐伏断裂地带，并采取必要的防震措施；③矿区主要的污染物为盐田析出物及盐田晒制的老卤、加工厂尾矿废水、产品干燥粉尘、生活污水、工业噪声等。

4 开采技术条件

矿区卤水矿的首采目的层为晶间卤水，含水层岩性以石盐、含粉砂的石盐为主，局部有孔隙水(分布于矿区的边部)，含水层埋藏浅，富水性强，易于开采，根据柴达木盆地现正在开采的察尔汗盐湖、大浪滩盐湖、东西台盐湖、马海盐湖等均是采用渠采，极个别矿区采用井渠结合方式。井采往往由于孔壁结盐而不能正常运行，所以目前还是以渠采卤水为主要方式。存在的问题是随着大强度开采，卤水水位持续下降，由于矿区无地表水和明显的补给，停采期漏斗难以恢复，故此在矿区开采时一定要选择适宜的规模，以延长服务年限，取得最大的经济效益。

5 结 语

矿区内的主要岩土类型为砂质粘土及石盐层，虽然均属盐渍土，但砂质粘土防渗性能好，承载力高，适宜修建盐田和作为一般工业与民用建筑基础持力层；石盐层中修建的采卤渠边坡稳定，采卤井井壁稳定。但盐渍土对混凝土、金属等建筑材料具有极强的腐蚀性，在工程建设时需做好防腐措施。根据现行规范并结合盐湖开发实际，矿区水文地质、工程地质、环境地质条件简单，应属开采技术条件简单的矿床。