青海柴达木盆地东台吉乃尔湖锂、硼、钾矿矿床水文地质特征

董启伟，范增林，陈金牛，袁文虎，刘溪溪

(青海省柴达木综合地质矿产勘查院，青海 格尔木 816000)

矿床位于由三面丘陵环绕的湖盆凹地。区内地形平坦，中东部为盐积平原，为全新统湖泊化学沉积的石盐组成，高差极小，一般不足0.6 m，海拔在2 683.9～2 684.5 m之间。湖水西南部为全新统冲、湖积碎屑物组成的湖积平原，地表遍布NE向的河流，间歇性溪流或干涸的河床，高差一般2～4 m，湖区外缘多为上更新统湖积地层组成的平缓的波状坡地，高差3～5 m。北部及东南部为中下更新统地层分布区，多组成NW-SE向断续展布的低缓丘陵和定向型风蚀残丘，高差8～30 m。东台吉乃尔湖水位标高枯水期为2 683.87 m。矿区内为典型的内陆干旱气候，多风少雨，日温差变化大，日照时间长，太阳幅射量高[1]。

1 区域地质

东台吉乃尔湖锂、硼、钾矿床位于柴达木盆地台坳(二级地质单元)的中部，本区外围广泛出露有第三系和第四系地层。区域构造一般褶皱强于断裂，褶皱的长轴多以NW-SE向为主，外缘多呈紧密的梳状，盆地中部则往往呈宽缓的箱状。在东台吉乃尔湖地区的凹陷深度虽相对一里坪地区稍小，但上新统上部地层顶面埋深却与其相近，第四系的沉积物厚度相当，古湖残余水体的浓缩程度相似，这是一里坪、东、西台吉乃尔三地同处一个次级盆地的先决条件，其后演化至今均成为富锂、硼、钾的大型液体矿床(图1)，图中的各等高线均为负值。

1 周边老山前中生代基底； 2 前上新统上部地质体； 3 上新统上部(N2S)顶面等高线； 4 压扭性断层

图1柴达木盆地上新统上部(N2S)顶面构造等高线

盆地盐湖中的易溶盐类沉积，受到古气候、新构造运动及物源补给等多种因素控制，形成条件相对来说比较复杂，东台吉乃尔湖锂、硼、钾矿床的成盐条件也是如此。

2 矿区地质

2.1 地层划分

东台吉乃尔湖锂、硼、钾矿床中的含盐地层主要位于上更新统上部和全新统上部。东台吉乃尔湖锂、硼、钾矿床勘探区内，地表出露的地层仅为中下更新统及其以新的地层；钻孔揭露的地层仅限于上更新统上部和全新统的地层。

2.2 盐类地层沉积特征

湖泊化学沉积的盐类地层，既是矿床固体矿的主体，又是矿床液体矿的载体(赋卤介质)其发育程度和分布特征，与固、液矿产息息相关。矿床内已查明有两个石盐矿层(亦为晶间卤水矿层)，分上下两层。下层为上更新统上部沉积的石盐层，亦为承压卤水(Ⅱ)含矿层；上层为全新统上部沉积的石盐层，亦为潜卤水(Ⅰ)含矿层。

2.3 矿区构造

区内构造仅限于相邻的褶皱与断裂，这些褶皱与断裂从某种意义上说，控制着湖盆沉积与发展。

区内构造具有两个明显特征：一是新构造运动的普遍性，范围广泛，从山区波及到盆地中心，深度大，从基底延展到表层；二是强烈的继承性，不仅表现在褶皱轴向、断裂构造线一致，而且表现在隆升与沉降区位置始终相一致。从第三系初即接受沉积的南里滩至今地表高程仅2 670 m，仍为目前盆地的最低点。总体上为新生代褶皱断陷盆地中由第三系和第四系地层构成的背斜及其之间的小型向斜凹地。不少构造显现出向斜厚底、背斜薄顶，甚至脱顶的现象。伴随褶皱而形成的断裂，较大的多在盆地边缘发育，多为地震探测的隐伏断裂；盆地内部的断裂，一般均为褶皱构造上的次级表层断裂[2]。

3 矿区水文地质

东台吉乃尔湖锂、硼、钾矿床处在区域地表水及地下水的最终汇集区，为一封闭无外泄的化学沉积平原，呈北西—南东向展布，长约30 km，宽约12 km，面积约为350 km2。矿床的西南面为一开阔的冲湖积平原，其余三面为Qp1+2湖积平原所环绕。

3.1 地下水的赋存及含水层(组)的划分

3.1.1 地下水的赋存条件和分布规律

矿区内的地下水主要赋存于第四系松散盐类沉积地层中，该地层岩性结构疏松，晶隙孔隙发育、透水性好、富水性强，为高矿化的晶间水赋存提供了良好的空间，分布在湖岸陡坎以内的盐滩区及湖水区以下较深的部位。另外，在化学盐类沉积的同时，也相间沉积了一些薄层的松散碎屑岩类物质，如粉细砂、粉砂等，为松散碎屑岩类孔隙水的赋存提供了一定的空间，但是由于其厚度较小且分布不连续，多呈孤立的薄层体，上、下与晶间水层直接相连[3]。

在矿区的西南部冲湖积平原，从1959年施工的钻孔资料来看(图2)，在20 m以浅的地层岩性主要为土黄色的砂质粘土、粘土粉砂等，在个别钻孔见有薄层的含粘土的粉砂及粉砂层分布，但缺少水文地质资料，无法进行评述，根据其含水岩性来分析，其富水性不是很好。

图2 矿区南部边缘河流入湖处的地质剖面

3.1.2 地下水类型及含水层(组)的划分

矿区内的地下水属于松散岩类孔隙水，按其赋存条件与含水介质的不同，可将其划分为松散碎屑岩类孔隙水和松散盐岩类晶间水两个亚类。其中松散盐岩类晶间水按其埋藏条件、水力性质的不同可划分为晶间潜水层和晶间承压水层两个含水层(组)。

根据《盐湖矿产矿床地质勘探规范》的要求，将其富水等级划分以下4个等级。

富水性极强：q>1 000 m3/d·m；

富水性强：100

富水性中等：10

富水性弱：q<10 m3/d·m。

为了便于矿区富水性的评价，统一换算成580 mm口径的单位涌水量，换算公式为：

潜卤水Q=Q钻/2·(0.73d/d钻+1.27)

承压卤水Q=Q钻/2·(0.73d/d钻+1)

q=Q/S

式中Q——换算涌水量，m3/d；

Q钻——钻孔实际涌水量，m3/d；

q——换算单位涌水量，m3/d·m；

S——抽水实际降深，m；

d——统一换算口径，mm；

d钻——钻孔口径，mm。

3.2 地下水的补、迳、排条件

3.2.1 潜卤水的补、迳、排条件

补给：东台吉乃尔河是本矿区地下水的主要补给源，据长观统计，每年向矿区补给的水量达3.241 9×108m3/a，河水补给湖水，再由湖水补给潜卤水。

迳流：本矿区地下水处在一个封闭的湖盆中，不再向外界补给，湖盆内的地形极为平坦，潜卤水的迳流基本停止，只有在丰水期湖水面高于潜水面时，潜卤水才向远离补给的方向迳流。

排泄：潜卤水在湖盆内已不再向外界补给，主要通过蒸发形式进行垂直排泄，湖水以水面蒸发形式进行排泄，盐滩区的潜卤水以陆面蒸发形式排泄，湖水下的潜卤水基本上不发生排泄。

3.2.2 承压卤水的补、迳、排条件

补给：承压卤水与外界的水力联系微弱，属弱循环水。由于矿区南部缺乏水文地质资料，从整个承压卤水的水质变化情况来推断，其补给来源主要来自矿区南部微弱的地下迳流。

迳流：矿区的承压卤水属弱循环水，基本上处在一个封存状态，地下水的迳流运动基本停止。

排泄：在矿区的西北部，潜水层与承压水层之间的隔水层变得很薄，在ZK0604、ZK1204孔的隔水层只有0.30～0.60 m，且岩性主要为粘土粉砂、粉砂粘土等，属弱透水层。由于受湖水的制约，无法进行详细的水文工作ZK0604孔的卤水矿化度、比重、K+、Li+等组份含量均较低，据此推断承压卤水可能是通过该地段向上部潜水层以越流形式进行垂直排泄。

3.3 地下水的水化学特征

3.3.1 矿区地下水的水化学类型

本矿区地下水的水化学分类采用矿化度、瓦利亚什科分类属硫酸盐型卤水，并以硫酸盐型卤水特征系数R[R=γ(SO42-)/γ(Mg2+)]对硫酸盐型卤水进行辅助分类，本矿区的地下水的水化学类型分为硫酸镁亚型和钠镁硫酸盐亚型两个亚类。

3.3.2 松散碎屑岩类孔隙水的水化学特征

该类地下水由于其厚度较薄，且含水层连续性差，没有独立的隔水层，在做水文地质工作时，大多将其与晶间卤水一起进行，只在个别钻孔中对其进行了单独取样，据水样分析结果(表1)来看，其水质与晶间卤水大体一致，比重为1.224，矿化度在337.0～354.2 g/L之间，水化学类型属钠镁硫酸盐亚型。

表1 松散碎屑岩类孔隙水化学组分表

3.3.3 晶间潜卤水的水化学特征

晶间潜卤水的化学组分主要为K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-，其次为Li+、B2O3，另外还含有Rb+、Cs+、Br-、I-、Sr2+等微量元素。潜卤水的pH值一般在8.5左右。

在东部盐滩区远离湖水，矿化度一般在330～355 g/L，比重一般在1.21～1.24之间，水化学类型为硫酸镁亚型，R值系数在0.21～0.45之间。K+含量在15 000～20 000 mg/L，B2O3含量在2 800～4 800 mg/L，Li+含量在720～980 mg/L。晶间潜卤水的水质不仅在不同的季节有着明显的变化，而且越靠近湖水，变化幅度越大，各组分含量及矿化度越低，动态越不稳定。而在湖水区的潜卤水由于受到湖水变化的直接影响，矿化度一般在320～340 g/L之间，也有高出东部盐滩区的，主要是由于取样时间的不同所致。比重一般在1.205～1.235之间，K+含量一般在8 150～11 000 mg/L，B2O3含量一般在1 910～2 915 mg/L之间，Li+含量一般在480～650 mg/L之间。而Na+的含量一般在91 000～110 000 mg/L，比东部盐滩区的含量高，盐滩区的Na+含量一般在53 500～72 500 mg/L之间。湖水区潜卤水的水质因受河流补给湖水的影响，矿化度、比重及K+、B2O3、Li+的含量北边高于南边、东边高于西边。水化学类型属钠镁硫酸盐亚型，R值系数一般在0.50～0.80之间。

东部盐滩区的潜卤水由于受湖水影响较小，上、下部水的交替作用较弱，水质的垂直分异作用已不甚明显，而湖水区的潜卤水与湖水的交替作用较强，水质垂直分异现象较为明显。自上而下，比重、矿化度及K+、Mg2+、Li+、SO42-、B2O3的含量逐渐增高(个别孔由于止水的原因导致反常)，而Na+、Ca2+的含量则逐渐减少。

3.3.4 晶间承压卤水的水化学特征

晶间承压卤水的化学组分主要为K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-，其次为Li+、B2O3，另外还含有Rb+、Cs+、Br-、I-等微量元素。矿化度一般在330～360 g/L之间，最大363.9 g/L，最小230.2 g/L，pH值一般在8.2左右，比重一般在1.21～1.24之间。Li+一般在560～1 100 mg/L，K+一般在11 000～17 000 mg/L，B2O3一般在2 200～3 000 mg/L。水化学类型为钠镁硫酸盐亚型，R值一般在0.50～0.70之间。在东部边缘水化学类型呈硫酸镁亚型，R值一般在0.24～0.35之间。

承压卤水的水化学组分在垂向上的变化已不甚明显，矿化度、比重及各组份含量大致一致，仅在南部的ZK1608、ZK1610、ZK2012孔的上段高于下段，这主要是受补给的影响造成的。

4 结 语

东台吉乃尔湖锂、硼、钾矿床中的含盐地层主要位于上更新统上部和全新统上部。床位于那陵郭勒河流域地表水及地下水的最终汇集区，且矿区为一封闭无外泄的化学沉积平原，呈北西—南东向展布，矿区地下水受地质构造、地貌岩相、气候、水文等诸多因素的影响和控制，显示了高原内陆盆地独特而典型的水文地质特征。