柴达木盆地东台吉乃尔湖西段深层卤水勘探实践与启示_崔世新.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 046柴达木盆地东台吉乃尔湖西段深层卤水勘探实践与启示崔世新(天津华北地质勘查总院，天津 300170)摘要柴达木盆地蕴藏着丰富的盐类矿产资源，但是不同地区的勘探程度存在较大差异。以东台吉乃尔湖西段巴嘎雅乌尔背斜地区的深层盐类矿产资源远景评价为目标，充分分析了预查区的地质、构造与水文地质条件，在此基础上开展了深部钻探和物探工程实践。勘探结果表明，预查区浅部未发现大规模的固体盐类矿产，各项盐类含量也明显偏低，与工业开发指标相差甚远。物探反演结果表明，广域电磁法在预查区不适用于地层划分和断层推断。从储卤层地质与水文地质条件与构造历史演化过程 2 个方面详细分析了预查区盐类矿产资源匮乏的原因。本次东台吉乃尔湖西段盐类矿产探勘实践丰富了柴达木盆地西部的地质调查工作，并为预查区附近的盐类资源开发提供了一定的参考和启示。关键词东台吉乃尔湖;盐类矿产;深层卤水;广域电磁法;石盐中图分类号P641 5+4文献标识码A文章编号1004 1184(2023)03 0134 03收稿日期2022 07 18作者简介崔世新(1984 )，男，河北正定人，高级工程师，主要从事矿山工程地质与水文地质的研究与实践工作。Exploration practice and enlightenment of salt mineral pre prospectingarea in the western segment of East Taijinar Lake，Qaidam BasinCUI Shi xin(Tianjin North China Geological Exploration General Institute，Tianjin 300170，China)Abstract:Qaidam Basin is rich in salt mineral resources，but there are great differences in the degree of exploration indifferent regions Aiming at the prospective evaluation of deep salt mineral resources in Bagayaur anticline area in the westernsegment of East Taijinar Lake，this time fully analyzed the geological，structural and hydrogeological conditions of the pre prospecting area，and carried out deep drilling and geophysical exploration engineering practice on this basis The explorationresults show that no large scale solid salt minerals are found in the shallow part of the pre prospecting area，and the saltcontent is obviously low，which is far from the industrial development index The geophysical inversion results show that thewide area electromagnetic method is not suitable for stratigraphic division and fault inference in the pre prospecting area Thereasons for the lack of salt mineral resources in the pre prospecting area are analyzed in detail from two aspects:the geolog-ical and hydrogeological conditions of brine reservoir and the evolution process of structural history The salt mineral explora-tion practice in the western segment of East Taijinar Lake enriches the geological survey in the west of Qaidam Basin and pro-vides some reference and inspiration for the development of salt resources near the pre prospecting areaKey words:East Taijinar Lake;Salt mineral;Deep brine;Wide area electromagnetic method;Halite0引言柴达木盆地是世界上海拔最高的盆地，平均海拔约3 000m，四周被昆仑山脉、祁连山脉、阿尔金山脉围绕，属于巨大的封闭性山间断陷盆地，面积约 257 800 km21。柴达木盆地内蕴藏着丰富的盐湖资源，目前发现的各类盐湖矿床(点)共70 余处，据初步勘探结果表明，柴达木盆地盐类矿产储量为600 多亿 t，占全国探明储量的一半以上，它不仅是中国盐矿之冠，也是世界盐矿之冠2。东台吉乃尔湖和一里平盐湖，卤水中锂含量高出工业开采品位 50 倍，其中钠盐探明储量530 多亿 t，硼探明储量 1 100 多万 t，占全国总储量的一半;氯化镁探明储量约 20 亿 t。因此，柴达木盆地又被称为“盐的世界”3。20 世纪 50 年代初期至 80 年代，我国各有关部委下辖的地质队、物探队、地质科研院所及地质类高校先后对柴达木盆地开展了以煤、石油、铁、有色金属矿产、非金属矿产为核心的矿产分布预查，并探明了若干矿产富集地。以此同时，采用不同的勘探手段(航空磁测、地面重磁测量、地震等)获得了极其丰富的有关盆地内地层、构造和基底起伏的实际资料，并据此开展了 1:20 万区域的构造细测，对地层、构造进行了深 入 研 究，奠 定 了 柴 达 木 盆 地 区 域 地 质 研 究 的 基础4 7。在本次东台吉乃尔湖西段预查区附近，通过以往不同比例尺的区域地质调查、水文地质普查、石油找矿等工作，4312023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.3取得了较为系统的区域地质资料，对区域成矿地质条件及区域成矿规律均有较系统的论述。由于历次地质调查工作的性质及侧重点不同，以往盐类找矿地质工作基本集中在次级凹陷盆地且基本是浅部，2000年以后才开始开展深层卤水找矿工作，取得了一定的找矿成果，为本次工作奠定了一定的工作经验及基础10 13。东台吉乃尔湖西段预查区及周边深层卤水资源在过去的勘查工作中因认识不足，开展的勘查工作较少。以往只是进行了一些深层卤水成分的分析测试，取得了一些珍贵的资料14。但是，在第四系盐类矿产普查工作中，在向斜凹地内有极少数钻孔揭露到了深层卤水，因资料较少，评价工作也略显不足。2008 年以来，真正意义上的深层卤水勘探工作开始起步，近些年来的勘探工作也仅在柴达木盆地西部开展了深层卤水找钾工作，其中以青海省茫崖行委小梁山大风山地区深层卤水钾盐矿勘查工作为典型15。虽然，小梁山大风山地区的勘探工作在区域和目的层卤水性质上与本次东台吉乃尔湖西段的勘查工作有较为明显的差异性，但取得的深层卤水钾盐资料及成果依旧能为本次预查工作提供一定的工作经验，而本次东台吉乃尔湖西段预查区的深层卤水找钾工作的开展又将为深部卤水找矿提供重要的参考价值。1预查区地质概况1 1地层与矿产本次东台吉乃尔湖西段盐类矿产预查工作的靶区为第四系深部的孔隙卤水层，对第四系地层的划分主要参考的是该地区以往的地质勘探资料，同时结合本次工作实施的钻探工程资料，综合判定地层层位。预查区内出露的地层主要为新近系上新统狮子沟组(N2s)、第四系下更新统(Qp1)、中更新统(Qp2)、上更新统(Qp3)及全新统(Qh)，中、下更新统是预查区内深层卤水钾盐赋存的有利层位，一般深部卤水的埋深 200 m。狮子沟组地层出露于预查区北部巴嘎雅乌尔背斜核部，厚 189 1 687 m，岩性以砂岩为主夹砂质泥岩，顶部产有石膏层，与下伏的上新统上油砂山组(N2y)呈不整合接触。预查区内第四系主要分布于各沉积凹地、河谷地带中，主要为冲洪积、湖积、风积和化学沉积。通过分析预查区附近的地层分布，认为上更新统上部和全新统的化学沉积层中可能赋存有盐类矿产资源，但是结合本次的实际钻探和测井资料，并未见石盐矿产分布。1 2地质构造预查区位于柴达木地台中央凹陷区的一个级断陷构造盆地内，新构造运动表现的十分明显，并控制着预查区内的沉积与成矿作用。预查区及周边地区的构造纲要如图 1 所示。预查区内重要的隐伏断裂有 2 条，分别为:(1)一里坪 东台吉乃尔湖断裂:通过区域上的地震和重力判断的二级断裂，该断层以北为一组反“S”形褶皱，以南为不连续褶皱。在西台湖矿区东北缘该断层通过部位表现为潜卤水化学成因类型以氯化钙型为主，可能与深部油田水补给有关，为一向南倾的正断层。(2)预查区西北角隐伏断裂:依据西台湖凹地与一里坪凹地在水力上的联系和地貌形态，推测为一隐伏逆断层，可能与西台湖凹地与一里坪凹地间的苦水沟断裂导水构造连通。图 1预查区附近构造纲要1 3水文地质预查区位于一个相对封闭的湖盆内，在区域水文地质单元中属于排泄区。由于上一级冲洪积扇浅层地下含水层在冲湖积平原尖灭或缺失，导致预查区成为相对独立的次一级水文地质单元。上游地表水补给是影响预查区地下水动态响应的主要因素;地质构造格架使得预查区内地下水处于极为缓慢的径流状态，并最终蒸发消耗。与此同时，盐类矿物在预查区内被富集，并赋存为晶间卤水，构成了区域特有的地下水循环系统。2预查区勘探工程实践2 1钻探工程预查区处于柴达木盆地中部的钾、锂盐富集区域，预查区周边浅部已查明一里坪、西台吉乃尔湖、东台吉乃尔湖盐湖矿床。通过对预查区附近的地层资料分析，认为赋存于2 000 m左右埋深的第四系深部孔隙卤水层为主要的找矿方向。本次勘探工程共实施了 2 个钻孔。ZK01 钻孔的终孔深度 932 94 m，采取岩芯 760 m，全孔未见石盐等固体矿产，70 65 m 处见含砂的卵砾石，未揭穿第四系地层，岩性多以含粉砂淤泥质黏土为主;ZK02 终孔深度 2 507 46 m，采取分段取芯，取芯钻进 1 257 61 m，采取岩芯 1 062 m，各取芯段的平均采取率 84 44%，全孔未见石盐等固体矿产，1 800 m 处岩性发生明显变化，推定为新近系和第四系的地层分界处，岩性多以含粉砂黏土质淤泥为主，新近系地层多以泥岩、砂岩为主。ZK01 和 ZK02 钻孔均揭露了第四系深层孔隙卤水含水层，为查明含 水 层 的 富 水 性，分 别 对 其 进 行 了 抽 卤 试 验。ZK01 钻孔对 900 m 以浅的孔隙卤水进行抽卤试验，ZK02 钻孔对 1 000 m 以浅的孔隙卤水和 1 000 m 以深的下层孔隙深层卤水进行抽卤试验，解译成果如表 1 所示。2 2物探工程采用广域电磁法对预查区内的第四系深部孔隙卤水赋存特征的探查。广域电磁法采用水平电偶极子场源方式，观测采集 E EX 电场，探测方式较为快捷。为保证足够信噪比，本次电极距设置为 100 m，采用铜电极，揭露盐壳后确保与土壤接触良好，并浇水压实。接地电阻5 k，采用多电极并联，电极周围垫土，周围浇水以降低电阻。所有接收电极埋入土中约 40 80 cm，确保揭露盐壳以下 10 cm 的地层，保持531第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月与土壤接触良好，两电极埋置条件基本相同。测点观测只在场源 AB 垂直平分线两侧 30角扇形范围内进行数据采集工作。因预查区水系、地形等因素，本次场源 AB 长度为 1 5km 左右，发射源和接收段位置如图 2 所示。表 1ZK01 和 ZK02 钻孔抽卤试验成果钻孔抽卤井段/m含水层静止水位/m水位降深/m涌水量 Q/L/s单位涌水量q/L/sm渗透系数K/m/d影响半径/mZK01ZK0266 662孔隙卤水2 80584 823孔隙卤水802 164 2 486孔隙卤水8815 880 2810 017 690 012 5717 8030 000 4830 016 100 012 9334 1189 380 170 001 9020 001 8838 75129 50 240 001 8530 001 9557 1939 002 6330 067 510 110 4129 5587 005 7470 066 060 119 9301 21图 2发射源和接收试验段位置本次一维反演仅仅作为一个中间环节，在对最终解释成果的定性评价及质量控制中发挥作用，其成果为下一步的反演提供初始模型。从图 3(a)中可以发现整条测线主要为低阻层，由于一维反演横向和纵向连续性较差，对地层的解释存在较大的影响因素，所以只能作为二维反演模型的参考。与一维反演相比，二维反演的假设更接近于真实的地电情况。在对剖面电性单元的划分上，二维反演可分为连续介质反演和层状介质反演。二维反演考虑模型的二维特性，参考了旁侧电性影响横向连续性较好，深度更加真实准确，地层构造特征更加明显，反映了剖面的地质构造特征与结构，是地质解释主要依据图件。MSP01 线二维反演电阻率断面，如图 3(b)所示。MSP01 线位于预查区西北侧，测线南、北皆为吉乃尔湖，整条测线地表均有盐壳覆盖，距湖水越近盐壳越厚。从二维反演断面图上可以看出，整条测线地层均表现为蓝绿色低阻，电性差异不明显，不能用于地层划分。9 号测点附近存在一个电性界面，测点以南电阻率在 2 m 左右，以北在 1 5m 左右，电阻率差异极低，因此从反演剖面图中不足以推断出断层。图 3MSP01 线连续介质反演电阻率断面图3预查区盐类矿产分布特征3 1固体盐类矿产从预查区及其周边的盐类成矿规律分析，预查区位于巴嘎雅乌尔背斜东南部，与东台矿区、西台矿区相临近，具备了同期盐类沉积的相似条件。但从实际钻探资料来看，浅部地区未发现大规模的固体盐类矿产。原因可能为更新世盐类物质来源被巴嘎雅乌尔背斜等隆起构造分流至两侧，造成东西两侧湖区沉积了大量盐矿。表现为东/西台湖成富盐矿而中部鸭湖区域少有沉积盐类固体。3 2液体盐类矿产从本次探勘孔获取的资料分析，ZK01 与 ZK02 钻孔全孔未见石盐矿产，特别是浅部多见淤泥质黏土和粉砂，即使是粉砂层，富水亦明显偏弱。深部区域的富水性虽较强，但各项盐类含量也明显偏低，尤其是目标矿产液态钾的品位离工业开发指标相差甚远。从钻孔水样检测结果来看，ZK01 钻孔 900 m 以浅含水层段中 KCl 含量为 0 00%0 04%，LiCl 含量为 1 71 17 28mg/L，B2O3含量为 16 5 55 6 mg/L。ZK02 钻孔 900 m 以浅含水层段中 KCl 含量为 0 03%0 04%，LiCl 含量为4 02 19 37 mg/L，B2O3含 量 为 61 8 99 4 mg/L。ZK01 和ZK02 钻孔的 900 m 以浅的卤水样的 KCl 和 LiCl 的含量虽有较小差异，但总体含量一致，显然与工业开发指标相距甚远。ZK02 在 2 000 2 500 m 含水层段 KCl 含量约为 0 09%，LiCl含量约为 39 70 mg/L，B2O3含量为 20 480 mg/L，平均 388mg/L;显然要高于 900 m 以浅的含水层段，但是仍达不到开采深藏卤水所需的一般工业指标。4预查区盐类矿产资源匮乏原因4 1储卤层地质与水文条件ZK01 和 ZK02 钻孔的单位涌水量虽有差异，但均小于8 m3/dm，属于弱富水性含水层。预查区上部第四系地层中含水层的岩性多为粉砂层，新近系中含水层的岩性多为砂岩。然而，粉砂、砂岩的孔隙小而密，富水性要明显低于砾石或含有大裂隙的岩体。从富水性随深度的演化规律来看，深部砂岩的单位涌水量为 5 707 m3/dm，而浅部粉砂层的单位涌水量仅为 0 164 m3/dm。从矿化度的角度来看，ZK01 钻孔的 70 870 m 的矿化度为 53 5 g/L，属于低矿化度卤水;ZK02 钻孔的 120 900 m 的矿化度为 47 8g/L，也属于低矿化度卤水;ZK02 钻孔 2 000 2 500 m 的矿化度为 224 0 g/L，属于中矿化度卤水。因此，水中盐类物质和储卤层富水特性均不能为卤矿富集创造良好的地质条件。(下转第 189 页)631第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月样品作出分析，获得结论如下:(1)第三隔水层在研究区内普遍发育较厚，较厚厚度的隔水层发育切断了上覆含水层与第四含水层、古河道之间的水力联系，使得第四含水层和古河道由三含的补给来源不充分。四含直接覆盖在基岩各含水层之上，在天然状态下与下伏各含水层均有一定的水力联系。煤层开采以后，四含水已通过浅部裂隙带和塌陷裂隙带渗入矿井，引起四含水位的下降，四含水平径流及区域补给微弱。(2)通过水文补勘工程和抽放水试验，确定松散层底部含水层富水性等级均为弱富水性，并对所取水样进行常规离子测试和氢氧同位素测试，确认其水质类型为 Na HCO3型水、Na Cl 型水、NaCa SO4型水，钻孔补给主要为地下水补给，小部分来源于大气降水，受蒸发作用影响较小。(3)结合已有水文地质资料和钻孔柱状图，分析新生界松散层含隔水层分布特征及其沉积厚度，并对各含水层之间的水力联系做出分析。(4)利用 X 衍射技术和激光粒度仪对岩性样进行测试，获得主要矿物成分为石英、高岭石、方解石、柏林石。利用MS2000 激光粒度仪测试样品的颗粒级配，分析水 13、水 14、水 15、水 16 钻孔样品粒度分布情况，并绘制出粒度组分特征三角图。从测试数据来看，基本锁定 水 13、水 14、水 15、水16 钻孔在古河道上下游关系。参考文献 1张杰 采动影响下任楼煤矿突水水源判别及水文地球化学特征演化分析D 合肥工业大学 2020 2段水云，吴慧芳 用地下水化学动力学方法计算出的水文地质参数来定量评价水文地质条件以太原三给地垒及周围地区为例J 水文地质工程地质 2001(05):62 65 3李俊 滨海城市工程建设浅层地下水水文地质条件评价研究D 西南交通大学 2009 4于艳青，余秋生，张发旺，等 应用水文地球化学方法分析郑家泉域水文地质条件J 水文地质工程地质 2005(05):17 19 5马建平 嫩江下游右岸大安古河道的形成与演化J 地理科学 1994(02):194 196 6韩美，李道高，赵明华，等 莱州湾南岸平原地面古河道研究J 地理科学 1999(05):451 456(上接第 136 页)4 2构造历史演化过程预查区在中新世时期为古湖，气候相对温暖干旱，接受来自北东方向赛什腾山的碎屑物质沉积，形成了一套湖相和湖泊三角洲前缘相的碎屑沉积;在上新世早更新世，青藏高原隆升，预查区受挤压变形产生北西向褶皱，气候愈加干旱，古湖逐渐萎缩，形成皱褶构造间隔的次级成盐盆地，失去了碎屑物质的供应;到了中 晚更新世，现代季风干旱环境形成，湖盆不断收缩趋于干涸，湖泊沉积物广泛暴露地表，在流水侵蚀和强劲的东亚季风作用下，上覆地层不断被剥蚀，中新世沉积的上油砂山组逐渐形成现今所见地貌;晚更新世末期全新世，气候转向温暖湿润，源自南部冰川融水的陵格勒河自南向北流，汇入之前已干涸的东、西台吉乃尔湖和鸭湖。晚更新世晚期的成盐期开始后不久，位于西台湖和东台湖之间的鸭湖一带，被抬升拱起，致使鸭湖的成盐期提前结束，石盐层变薄乃至消失，导致以石盐层为介质的共伴生矿产(KCl、LiCl 等)品位也就很低。5结语(1)东台吉乃尔湖西段盐类矿产预查区位于柴达木地台中央凹陷区的一个级断陷构造盆地内，新构造运动表现的十分明显，并控制着预查区内的沉积与成矿作用。(2)本次勘探工程共实施了 2 个钻孔，均揭露了第四系深层孔隙卤水含水层。ZK01 和 ZK02 钻孔全孔未见石盐等固体矿产，岩性多以含粉砂淤泥质黏土为主。(3)钻孔抽卤试验表明浅部的富水性较弱，深部区域的富水性虽较强，但各项盐类含量也明显偏低，不具备工业开采价值。(4)广域电磁法对预查区内的第四系深部孔隙卤水赋存特征的探查结果表明，浅部低阻层较厚，电性差异不明显，在预查区不适用于地层划分和断层推断。(5)预查区的储卤层地质与水文条件不能为卤矿富集创造良好的地质条件;并从构造历史演化的角度分析了预查区盐类矿产匮乏的原因。参考文献 1甘会春 柴达木盆地小梁山大风山区域钾盐矿分布规律研究J 能源与环保 2019 41(11):80 85 2马培华 中国盐湖资源的开发利用与科技问题J 地球科学进展 2000 15(4):365 375 3王亮亮，谭萍，刘爽 我国有七个聚宝盆J 石油知识 2019(1):6 8 4袁振丽，甘会春 青海茫崖行委小梁山大风山地区深层卤水钾盐矿预查报告 南京:江苏长江地质勘查院 2017 5王沛生，王景旺 青海省柴达木盆地第四纪盐湖矿床普查勘探及评价方法总结 西宁:青海省盐湖勘查开发研究院 1993 6保守君，汪青川，毛建业 青海省柴达木盆地西部深水卤水矿产规律研究报告 西宁:青海省柴达木综合地质矿产勘查院 1993 7吴琰龙，萧金清，钟坚华 青海省茫崖镇大浪滩钾矿矿田详细普查地质报告 西宁:青海省柴达木综合地质矿产勘查院 1993 8韩光，韩积斌，刘久波，等 开采背景下柴达木盆地东台吉乃尔盐湖氯化锂矿床变化特征J 无机盐工业 2020 52(12):17 22 9张辉，韩凤清，梁青生 柴达木盆地东台吉乃尔盐湖盐类沉积特征及成盐年代的初步研究J 化工矿产地质 2001 23(2):83 85 10付建龙，于升松，李世金，等 柴达木盆地西部第三系油田卤水资源可利用性分析J 盐湖研究 2005 13(3):17 21 11翟光明，徐凤银，李建青 重新认识柴达木盆地力争油气勘探获得新突破J 石油学报 1997 18(2):1 7 12金强，查明，赵磊 柴达木盆地西部第三系盐湖相有效生油岩的识别J 沉积学报 2001 19(1):125 129 13马培华 科学开发我国的盐湖资源J 化学进展 2009 21(11):2349 2357 14乔东慧 柴达木盆地东台吉乃尔盐湖卤水蒸发实验研究D成都:成都理工大学 2012 15甘会春，袁世冲 柴达木盆地小梁山大风山区域深层卤水水化学特征及成因分析J 现代矿业 2020 36(1):28 34981第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月