广饶盐场卤水开采与地面沉降相关性研究

王浩，朱智勇

（山东省地勘局第二水文地质工程地质大队（山东省鲁北地质工程勘察院），山东 德州 253072）

1 引言

地面沉降是一种缓变型地质灾害，发育范围广、难于治理，对我国经济建设造成很大影响[1]，尤其是高速公路、高速铁路等对地面沉降敏感的基础性建设项目，地面沉降特别是不均匀沉降极易造成运行安全隐患或事故。东营市地面沉降监测网络建设始于2002年，测量线路由59块水准标石组成，原点组由3点组成，埋设在临淄区齐都镇北山庄南北山上，为岩层水准标石。自2003年首次进行地面沉降水准测量，而后分别于2009年、2012年、2015年及2019年共开展了5期地面水准测量，而广饶县为其沉降中心[2]。根据2016年以来的调查成果，在广饶盐场区域存在4个地面沉降漏斗，其中西侧2个沉降中心区平均沉降速率超过了120 mm/a，东侧2个沉降中心区平均沉降速率超过了130 mm/a，属地面沉降强发育。

2 地质背景条件

2.1 水文地质条件

2.1.1 浅层卤水水文地质特征

广饶盐场浅层卤水矿体在垂向上呈透镜状，底面埋深北部较浅，在40 m左右，往南逐渐变深至50 m左右。依据垂向上卤水分布特征，可分为2个卤水含水层，卤水浓度由上而下逐渐降低。第I含卤层组底界埋深18～21 m，卤水含水层底部以粉砂为主，上部为粉土、淤泥质粉土，厚度分别为2～4 m和7～13 m，赋存于该层的卤水为潜水-浅层微承压水，卤水浓度较高，单井涌水量235.2～281 m3/d。该卤水层水位、卤水水质受大气降水和地表水影响较大，卤水浓度在6～10°Be′。第II含卤层组底界埋深40.6～48.4 m，卤水含水层为粉砂和粉土，粉砂厚2.6～6.6 m，粉土厚5.6～8.2 m。该层卤水含水层与第I含卤层组之间有粉质黏土或黏土相隔，卤水浓度5～8°Be′，单井出水量168～312 m3/d[3]。

受高强度开采影响，该区域内目前地下卤水静水位埋深一般在4.55～29.6 m。天然状态下，该层卤水的水位动态变化近海地带受海洋潮汐作用影响较明显，远离海洋则主要受大气降水影响。

2.1.2 中深层卤水水文地质特征

据已有钻孔资料分析，该区200 m以下为非卤水层，200 m以下砂层单层厚度薄，最大层厚小于5.20 m，层间距较大，一般大于20 m，矿化度较低为非卤水层。

中深层卤水层的埋藏厚度不稳定，总体上埋藏于100～200 m。卤水层岩性为细砂、粉细砂、粉砂。卤水层的总厚度、分层厚度和层数在区域上也不尽相同。该区域卤水层的层数为4～5层，单层厚度1.25～12.44 m不等，总厚度21.50～43.45 m。

根据《津潍（烟）高铁东营段地面沉降专项调查报告》中Z1、Z2钻孔资料，广饶盐场中西部卤水层层数为4层，单层厚度3.9～17.1 m，总厚度38.3～45.5 m，埋藏深度为71.7～182.6 m，卤水层岩性均为粉砂、粉细砂，单井涌水量200～260 m3/d，卤水浓度5～7°Be′。

受持续高强度开采影响，广饶盐场中深层卤水水位持续下降，并形成了范围较大的卤水降落漏斗，其东侧漏斗中心水位埋深超过91 m，水位标高小于-90 m（2019年9月—10月）。

2.2 工程地质条件

2.2.1 土体岩性分类

广饶盐场区域0～230 m深度内的地层包括第四系全新统、上更新统、中更新统及下更新统。其厚度在南部为180 m左右，向北增加到230 m左右[4]。其具体特征为：

下更新统（Q1）：以冲洪积及湖积为主，厚度60～80 m，厚度由北向南逐渐变薄，岩性以土黄-褐黄色粉土及棕黄色粉质黏土为主，大部分区域在埋深30 m左右有中砂和中细砂分布。

中更新统（Q2）：以冲积为主，厚度50～60 m，岩性以黄褐色粉土及棕褐色粉质黏土为主。分布有多层厚度1～5 m的中砂和中细砂。

上更新统（Q3）：以冲积为主，厚度60～80 m，岩性以黄褐色粉土及灰褐色粉质黏土为主。分布有多层厚度2～6 m的中砂和中细砂。

全新统（Q4）：以冲积和海积为主，厚度18～20 m，岩性变化较大，一般为粉土、粉质黏土及粉细砂，局部有淤泥性黏土分布。

2.2.2 土体结构特征

广饶盐场0～20 m为全新统地层，土体结构主要以粉土-粉质黏土双层结构及粉土-粉质黏土-粉细砂多层结构为主，东侧靠海区域分布有淤泥性黏土。

20～120m为上更新统地层，土体结构主要以粉土-粉质黏土双层结构及粉土-粉质黏土-中砂和中细砂多层结构为主。

120～200m为中更新统，土体一般为多层结构类型，主要有粉土、粉质黏土、黏土及粉砂（粉细砂）构成，地层较稳定。

2.2.3 土体工程地质特性

根据山东省鲁北地质工程勘察院2019年提交的《津潍（烟）高铁东营段地面沉降专项调查报告》，该区200 m以上地层可划分为4个含水层及5个压缩层（见表2）[5]。

表1 主要压缩层物理力学参数一览表

3 地面沉降现状

2011年6月—2013年3月，东营市勘查测绘院先后3次对新区内的水准控制点进行复测，发现均出现了不同程度的沉降。其中，最具代表性的两个控制点：一是位于东八路以东、支脉河南岸的渔港村G9控制点，高程由4.276m变为4.017 m，下沉25.9 cm，二是位于管委会驻地东侧的G8控制点，高程由2.708 m变为2.514 m，下沉19.4 cm。

根据2017年3月—2019年5月INSAR监测数据分析，在广饶盐场区域存在4个地面沉降漏斗，其中，西侧2个沉降中心区平均沉降速率超过了120 mm/a，东侧2个沉降中心区平均沉降速率超过了130 mm/a（见图1）。

图1 广饶盐场卤水开采区地面沉降速率图

4 卤水开发利用现状

4.1 卤水井分布

广饶盐场历史悠久，自20世纪60年代开始开采地下卤水，2010年之前卤水井成井井深多在60～80 m，随着区内溴素企业的逐渐增加，卤水需求量不断加大，造成水位持续下降，后续施工的卤水开采井多在200～260 m，井径基本都在370 mm左右。2008年年底，内有浅层卤水井约500眼，至2014年浅层卤水井增加至800余眼，截至2019年9月，广饶盐场区域共有卤水井1 600余眼。

在空间分布上，卤水井具有区域集中的特点，这与卤水产盐的工艺有关。广饶盐场卤水一般开采出来后先汇集到厂内溴素厂提溴，提溴后的尾水再分流到盐田制卤，为生产方便，施工的卤水井一般分布于盐田之间的“横岗”上及盐场场内道路两侧，开采后汇集到盐田边上的汇水沟渠，因此，卤水井非常密集，井间距一般在80～100 m。随着开采量不断增加，水位持续下降，原有浅井不能满足生产的需要，后续施工的深井一般在原有浅井附近布井，造成了开采井的进一步集中。

4.2 卤水开采量

根据2019年《津潍（烟）高铁东营段地面沉降专项调查报告》中调查资料，截至2019年10月，广饶盐场区域有大小卤水开采企业7家，卤水开采井1 600余眼，单井开采量在100 m3/d，根据现场调查及各企业原盐产量与卤度推算，广饶盐场年开采量约3.2×107m3。

5 地面沉降影响因素分析

地面沉降形成的原因复杂，目前认为，主要包括地壳的构造运动、土的自然压实等自然原因，或大量开采地下水、石油、天然气和人类工程建设等人为原因而产生。

5.1 自然因素

东营市全新世的地层沉积较晚，大部分沉积时间小于150年。根据区内大量工程勘察资料分析，区内全新世地层岩性以粉土为主，其次为粉质黏土、粉砂、黏土，另外在黄河以北大部分区域埋深30 m以上有软土分布，为欠固结土。在自重压力下，会产生自然沉降。根据1955—1988年的地面垂直形变图表明，在30多年内，黄河三角洲仍以下降为主，东营地区地面沉降速率为3～4 mm/a。依据1951—1987年华北地区垂直变形速率图，广饶盐场区域因构造运动引起的地面沉降速率在2～3 mm/a，因此，构造运动及土的自然固结等自然因素引发的区域地面沉降不可忽视，但与广饶盐场区域目前地面沉降量相比，贡献甚微，其不是引发该区域地面沉降的主要原因[6]。

5.2 人为因素

广饶盐场区域现有油气开采井约160余眼，主要分布于广饶盐化集团南部区域，东部沉降区无油井，开采区与沉降圈闭中心不吻合。另外就东营市来看，油气资源的开采在区域上分布不均、时间上也差别很大，最早的石油开采是20世纪60年代中期东营区一带，与东营市地面沉降的发生历史、范围并不吻合。因此，区内石油开采与地面沉降不具有相关性。

通过对广饶盐场地下卤水开采历史、开采量及区域地下水水位时空变化与地面沉降变化进行对比研究，广饶盐场地下卤水开采区水位埋深与地面沉降速率存在明显的正相关关系（见图2），结合周边滨州、广饶县城地面沉降成因及国内外相关研究成果，广饶盐场地面沉降主要是地下水（卤水）的抽取造成的[7]。

图2 广饶盐场卤水开采区地面沉降速率与水位埋深剖面图

6 结论与建议

卤水是一种非常重要的矿产资源，但是不合理的开发利用对地质环境也会造成很大的影响。如因超量开采而引发的地面沉降等。

1）地面沉降具有不可逆性，广饶盐场开采区地面沉降强发育，长此以往易形成地面高程损失，海水倒灌等地质灾害。

2）根据调查分析，该区域地面沉降主要是浅层、中深层卤水超量开采而引起的，应加强卤水的开采控制，合理开发利用卤水资源。