新疆苦水湖锂矿水文地质特征简析

摘要：苦水湖锂矿为近年来在新疆西昆仑地区发现的大型高原盐湖型卤水锂矿床，该矿区地貌为封闭山间盆地，处于区域地下水运移系统的末端，周边高山区的含锂地下水补给至该盆地内，并在盆地内干旱多风的气候条件下蒸发浓缩为富锂地下水。

关键词：苦水湖；锂矿；水文地质

支持项目：新疆地质勘查基金项目《新疆昆仑山一带盐湖硼矿资源远景调查》

1.地形地貌特征

矿区位于喀喇昆仑山东段高-极高山区，盆地四周高山环抱，盆地内开阔平坦。矿区周边山脉走向呈北西-南东向，山势陡峻，切割深度大，主要有古生代、中生代的变质岩和碎屑岩组。矿区及其周边海拔4700m～5734m，高差近千米，周边山地地形坡度多在35°以上，属强烈剥蚀区，盆地内低洼平坦部位主要由第四系湖积、冲积和化学沉积物构成。

2.气象特征

矿区属高山高寒带荒漠气候，具有气压低、辐射强、寒冷干燥、降水稀少、干旱多风等特点，这样的气候特点对于形成盐湖矿床非常有利。

2.1气温

矿区1月～3月及10月～12月为极寒期，月平均温度一般为-2℃～11℃，日最高气温2℃，日最低气温-24℃。4月～ 5月及9月为寒冷期，月平均温度一般为0℃～8℃，日最高气温19℃，日最低气温-13℃。6月～8月为温暖期，月平均温度一般为10℃～16℃，日最高气温25℃，日最低气温-2℃。

2.2蒸发

矿区年蒸发量为1748mm，月平均蒸发量为146mm。其中11月～12月及1月～2月为弱蒸发期，月蒸发量为46mm～ 69mm，平均为57.5mm。3月～5月和9月～10月为强蒸发期，月蒸发量92mm～161mm，平均蒸发量124.2mm。6月～8月为极强蒸发期，月蒸发量276mm～322mm，平均蒸发量299mm。

2.3降水

矿区年降水量仅76mm，该降水量包括降雨量与降雪量，与蒸发量呈正相关，6月～8月为最大降水期，月降水量12mm～ 14mm，平均月降水量13mm。3月～5月和9月～10月降水量较6月～8月呈下降趋势，月降水量4mm～7mm，平均月降水量 5.4mm；其他月份普遍较少，月降水量2mm～3mm左右。

2.4相对湿度

矿区年平均相对湿度为60.6%，8月～10月相对湿度较高，为82%～90%，平均相对湿度85.7%。1月～2月及11月～12月相对湿度略低，为55%～71%，平均相对湿度为66.3%。其他月份相对湿度较小，一般为35%～52%，平均相对湿度为43.5%。

2.5风

矿区气候最显著的特点是多风，年平均风速7.9m/s，最大风速可达15.7m/s。3月～9月为风力相对平静期，一般为微风，最大风力仅1～2级，风向以西风-西南风为主。1月～2月以微风为主，个别时段风力可达6～7级，但持续时间短，以西南风为主。10月～12月风力较大，在3～8级不等，这段时间内风速大，地面可见有滚动的沙带，无固定风向。

3.简要地质特征

4.矿区地下水类型

4.1地下水类型划分

矿区内地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水、碎屑岩孔隙裂隙水、基岩裂隙水三类。其中矿区的含锂卤水类型全部为第四系松散岩类孔隙水。

（1）第四系松散岩类孔隙水

矿区虽处在常年冻土区，但第四系地下水均为矿化度高的卤水，受卤水冰点低影响，第四系地层无冻层存在（钻孔揭露地层也未发现冻土层），矿区第四系含水层主要为湖积和化学沉积孔隙及晶间孔隙潜水含水层、湖积孔隙及晶间孔隙承压水含水层两类。

（2）碎屑岩孔隙裂隙水

分布在矿区北部和东部，处于常年冻土区，存在冻结层上水和冻结层下水。

（3）基巖裂隙水

分布在矿区四周，处在常年冻土区，存在基岩冻结层上水和冻结层下水。

4.2水文地质边界

矿区为一个封闭的水文地质单元，东、西边界为湖盆周边基岩山地分水岭，属隔水边界。南侧边界为矿区南界，苦水河流入段的河床、河漫滩为补给边界，宽约210m，补给形式主要为河流自南向北流入补给、地下径流流入补给。北侧边界为矿区北界，砼坪沟入湖口处的冲-湖积三角洲为补给边界，宽约1100m，补给形式主要为地下径流自北向南流入补给。

5.含水层水文地质特征

5.1第四系含水层特征

区内第四系含水层由潜水及2个承压水层组成。

（1）第四系松散岩类孔隙及晶间孔隙潜水含水层

分布在湖盆区浅部，含水层埋深0.1m～10m，含水层岩性主要为含石盐的芒硝、芒硝、含芒硝的石盐、石盐、含盐的砂砾、中砂层、粗砂层等。地下水赋存于盐岩晶间孔隙及砂砾孔隙中。含水层平均厚度29.10m，平均孔隙度32.86%，平均给水度16.92%，平均矿化度286g/L，平均密度1.16g/cm3，平均pH值7.6，水化学类型为Cl-Na型。含水层中富含钾、硼、锂、钠、镁、溴等组分，其中LiCl平均品位1039mg/L，B2O3平均品位951mg/L，KCl平均品位0.57%，NaCl平均品位14.94%，MgCl2平均品位2.41%，Br+平均品位68mg/L。

据南部的SZK12-3孔抽卤试验，潜水位埋深1.60m，最大涌水量61.94m3/d，最大单位涌水量22.63m3/d·m，渗透系数1.276m/d，影响半径36.41m。据北部的SZK0-2孔抽卤试验，潜水位埋深0.20m，最大涌水量65.23m3/d，最大单位涌水量11.82m3/d·m，渗透系数0.915m/d，影响半径43.90m。

结合两个抽水孔数据，区内潜水含水层单位涌水量11.82～22.63m3/d·m，大于10m3/d·m，按《盐湖和盐类矿产地质勘查规范》（DZ/T0212-2002），潜水层富水性能属中等。

（2）第四系松散岩类孔隙第一承压水含水层

位于第四系潜水含水层下部及第二承压水层上部，与上下两个含水层间为稳定的粘土隔水层，含水层埋深48.20m～135.18m，静止水位0.05m～39.20m，局部水头可至地表形成自流，含水层性质为承压水。含水层岩性主要为中砂层、中粗砂层、砂砾层等。地下水赋存于盐岩晶间孔隙及砂砾孔隙中。含水层厚平均厚度36.05m，平均孔隙度30.30%，平均给水度10.55%，平均矿化度224g/L，平均密度1.13g/cm3，平均pH值7.8，水化学类型为Cl-Na型。含水层中富含钾、硼、锂、钠、镁、溴等组分，其中LiCl平均品位842mg/L，B2O3平均品位803mg/L，KCl平均品位0.48%，NaCl平均品位13.07%，MgCl2平均品位2.03%，Br+平均品位58mg/ L。第一承压水含水层单位涌水量13.99m3/d·m，渗透系数1.93m/d，影响半径34.36m。

（3）第四系松散岩类孔隙第二承压水含水层

位于第一承压水层下部，与上部含水层之间为稳定的粘土隔水层，含水层埋深137m～189.40m，静止水位12.70m～ 29.60m。含水层岩性为砂砾石层，地下水赋存于砂砾孔隙中。含水层厚度平均厚度31.81m，平均孔隙度32.31%，平均给水度13%，平均矿化度167.10g/L，平均密度1.15g/cm3，水化学类型为Cl-Na型。含水层中富含钾、硼、锂、钠、镁、溴等组分，其中LiCl平均品位842mg/L，B2O3平均品位803mg/L，KCl平均品位0.48%，NaCl平均品位13.07%，MgCl2平均品位2.03%，Br+平均品位58mg/L。第二承压水含水层单位涌水量21.60m3/d·m，渗透系数0.17m/d，影响半径29.24m。

5.2碎屑岩冻结区地下水

（1）冻结层上水

碎屑岩冻结层上水分布在矿区北部及东部基岩山区，含水层由三叠系上统巴颜喀拉山群中组和下组浅变质碎屑岩组成，含水融冻层深度一般小于3m。该区域补给条件較好，但岩石变质程度低，裂隙多遇水泥化，因此，冻结层上孔隙裂隙潜水富水性弱。

（2）冻结层下水

分布在矿区北部和东部，位于碎屑岩冻土层之下，含水层为中粗砂岩，受构造控制，一般具承压性质，富水性受岩性即构造控制不均一，水质亦因所处位置不同而有所区别。

5.3基岩冻结区地下水

（1）冻结层上水

基岩冻结层上裂隙潜水分布在矿区南部和西部，含水层为志留系和奥陶系变质岩和侏罗系火山岩，融冻层深度一般小于3m。该区域补给条件较好，冻结层上裂隙潜水比较丰富，水质较好。

（2）冻结层下水

基岩冻结层下裂隙水分布在矿区西部和南部，位于基岩冻土层之下，含水层受构造控制，基岩区均有冻结层下承压水分布，属弱富水性含水层。

5.4隔水层特征

区内由上至下分布有3个隔水层，隔水层与含水层面积基本一致。第一隔水层位于潜藏水与第一承压水层之间，隔水层岩性为粉砂质粘土、含盐粘土、淤泥，隔水层累计厚度15m～50m。第二隔水层位于第一承压水与第二承压水之间，隔水层岩性为粘土、粉砂质粘土，隔水层累计厚度80m～120m。第三隔水层位于湖区南部第二承压水层与湖底基岩之间，隔水层岩性为粘土，隔水层厚度25m。

区内隔水层较稳定，连续性较好，岩性主要为粘土、粉砂质粘土、淤泥等，具黏性、可塑性，含少量的盐和砂，隔水层透水性较差，对大气降水的渗入补给，对第四系潜水与承压水，承压水与基岩水的沟通起到了较好的阻隔作用，为良好的隔水层。

6.地下水补给、径流、排泄特征

6.1地下水的补给

矿区最重要的补给来源为南部苦水河的入渗补给、河谷潜水径流补给，其次为北部砼坪沟冲-湖积三角洲潜水径流流入的补给。前者主要补给苦水湖南区，后者主要补给苦水湖北区。经计算苦水河对苦水湖盆区地下水的年补给量为601×10⁴m3，砼坪沟冲-湖积三角洲对苦水湖盆区地下水的年补给量为864×10⁴m3。由于降雨稀少，降雨对矿区形成的补给较微。

6.2地下水的径流

地下水的径流方向与地表水基本一致，即由周边山地向湖盆中心向心式汇流。在盆缘区南部的苦水河由南向北、北部的砼坪沟由北向南的地下水径流相对较强，地下水交替较积。而东、西两侧的地下水径流微弱，地下水交替滞缓。在湖盆区地下水径流则更加滞缓，在深部承压水含水层中可形成古封存水。

6.3地下水的排泄

苦水湖为一个封闭的山间盆地，无地表水排泄出口，因此，潜水蒸发是地下水排泄的唯一方式。湖盆区潜水地下水位埋深大都小于5m，地表岩性以岩盐及砂砾等细颗粒沉积物为主，其最大毛细上升高度为350mm～600mm，因此，浅层地下水在毛细作用下，垂直向上运移到达地表，在光热及风的作用下，蒸发排泄返回大气。

湖盆区地下水还可能存在微弱的深层承压水向上部潜水含水层及湖水的顶托越流排泄。在湖盆区地下水的水平运移几乎为零，而垂直方向的越流运移，在地下水的密度差、浅层水与深层水的温差、压力差的作用下可能更活跃一些，从而完成自下而上的垂直蒸发排泄，造成“水去盐留”，使盐类矿物在湖盆中按化学沉积分带规律不断沉积、富集、结晶的过程。经计算湖盆区年蒸发排泄量近1600×104m3，大于湖盆内补给总量，在强蒸发的作用下，引起地下水位不断降低，锂含量不断提高，从而最终形成高品位卤水锂矿床。

7.新构造运动特征

矿区地处青藏高原北部的喀喇昆仑山区，自第四纪以来，新构造运动活动强烈，新构造运动主要表现为差异性垂直升降。矿区内发现四级湖岸阶地，第四级基座阶地相对于湖盆底部的高差达120m左右，各级阶地之间的高差为20m～30m不等。在新构造运动的作用下形成了矿区高山深盆的独特地貌。

8.结论

苦水湖锂矿床的形成与矿区所处盆地的水文地质条件有着密切的关系，含锂地下水形成于盆地周边高山区，由高至低径流至盆地内，为盆地内卤水锂矿的形成提供了源源不断的物质。含锂的地下水在盆地内运移近乎迟滞，最终存储于盆地内大孔隙第四系松散沉积物中，并在盆地内强蒸发作用下浓缩形成卤水锂矿床。

参考文献：

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