罗布泊接替盐田区新建盐田选址初步研究

董连兵 赵亮亮 鲁槚银 刘红超

1 中化地质矿山总局地质研究院，北京 100101

2 国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司，新疆 哈密 839000

罗布泊盐湖作为我国重要的钾盐生产基地[1]，建有一期年产 120 万 t 钾肥项目盐田面积153.67km2，二期扩能改造项目盐田面积161.50km2，总面积达315.17km2。氯化钠盐田、泻利盐盐田每年沉积0.50m 厚的盐层，该盐田堤坝平均高度为5m[2]，目前一期氯化钠盐田已经报废，二期扩能改造项目盐田已运行5 年，随着钠盐池运行时间的增长，修建新盐田已势在必行。

1 盐田选址要求

盐田是盐湖矿山生产系统中最重要的工程设施之一，卤水在盐田中摊晒浓缩并生成用于加工厂加工生产盐类产品的原料—盐田矿。盐田建设作为盐湖矿山建设最重要的内容之一，不仅对整个盐湖矿山建设项目投资规模具有重要影响，也直接关系到项目建成后能否顺利达产以及生产效率和生产成本。

盐田选址、平面布置、防渗、堤坝是盐田建设中的几个关键要点，结合近年来一些盐湖矿山盐田设计和应用实例，盐田选址时一般主要应考虑以下几个问题：①场地面积是否足够，地形是否较平坦；②场地内是否存在活动断裂、盐溶塌陷等不良地质构造或不良地质现象；③场地浅部是否有可作为盐田天然垂直防渗层的稳定粘性土层分布（厚度宜不小于1m）；④场地与采卤区或首采区距离长短，沿线地形及地层条件是否有利于卤水输送；⑤场地周边是否满足就近修建加工厂条件；⑥周期性洪水对场地影响的大小；⑦场地周边是否有可供盐田生产利用的供水水源及供电电源；⑧交通运输是否方便，是否有利于机械设备、原材料及产品的运输[3]。

如果是改扩建项目，还应考虑对现有工程设施及生产系统的影响，是否有利于与已有盐田协调生产和统一管理。筛选建设选区时，一般首先在矿区或矿区周边选择面积足够且地形较平坦、无不良地质构造及不良地质现象、浅部有足够厚度稳定粘性土层分布的场地作为盐田的备选场地。

2 调查区基本情况

罗布泊接替盐田区位于塔里木盆地最东部的罗布泊干盐湖[4]的南部（罗南地区），与一期120万吨项目盐田、二期扩能改造盐田相邻，交通运输便利，面积约584.63km2，是罗布泊的最低洼处，其北侧为罗北凹地钾盐矿和腾龙新庆钾盐矿（图1）。接替盐田区整体地势较为平缓，地表被石盐壳覆盖，组成了不同的盐壳地貌，突起高度多达0.20～0.40m。

图1 调查区与现有盐田位置图Fig.1 Location map of survey region and existing salt field

2.1 地层

调查区及周边出露和已揭露的地层为第四系湖泊化学堆积和碎屑沉积。

2.1.1 上更新统罗北组（Qp3ch）

大面积分布于调查区内，厚度10.80～14.77m，不同区域沉积厚度差异较大。在调查区西北部为以钙芒硝为主的盐类化学堆积和以粘土沉积为主的碎屑沉积，其中盐类沉积以钙芒硝为主夹少量石盐、石膏；在其他大部分地区则以湖相碎屑沉积为主，夹有少量的盐类沉积，且以石膏为主。

2.1.2 全新统新湖组（Qhch）

出露于地表，形成了矿区不同形态的石盐壳，是湖水最后干涸形成的。广泛分布于调查区内，因其形成时期早晚等原因，多在地表表现为不同类型的盐壳，盐壳类型有薄层龟裂状、块状、棱角状、垡块状、厚层龟裂状、莲花状及羊圈状等，其岩性以含粉细砂、粘土、石膏的石盐为主，一般厚0.20～0.50m，个别可达0.90m 以上，胶结较为坚硬。

2.2 构造

罗布泊罗南地区主要发育断裂构造，控制着调查区湖泊碎屑沉积和化学堆积的分布厚度。地表被第四系沉积覆盖，因此断裂构造在调查区内并无实地迹象，只是在卫星影像上于基岩区有一定的反映[5]。

由于印度板块向欧亚板块的俯冲、碰撞和挤压，造成阿尔金山和昆仑山抬升，属于塔里木地块东部[6]的罗布泊地区受到近南北向的挤压力，在罗布泊地区产生了一系列的北东-南西向[7]或近乎东西向的断裂。调查区涉及到的断裂为车尔臣断裂（F1）与矛头山断裂（F8）（图2）。

图2 调查区地质图Fig.2 Geological map of survey area

2.2.1 F1 断裂（车尔臣断裂）

区域性大断裂，位于罗北凹地的南端，控制着罗布泊南部与北部的界线，属压扭性质的逆断层，航空影像明显，走向70°左右。在地质历史时期活动强烈，控制着罗北凹地的演化和发展，在第四系时期活动，造成罗布泊地区分为南北两个部分，罗布泊北部地区抬升形成局部的汇水湖盆，为罗北凹地的雏形，南部地区形成一个大的汇水盆地，即罗布泊南部湖盆。

2.2.2 F8 断裂（矛头山断裂）

分布于钾盐矿床中部，属张性正断层，继承性活动断裂，走向为70°，倾向160°左右。该断层属于早期断裂，虽多次活动过，属多期产物，然而其形成早于罗布泊盐湖，故其与调查区盐田建设无太大的影响。

3 水文地质条件

3.1 潜水含水层

调查区第四系湖泊碎屑沉积十分发育，地层岩性以粘性土、砂土为主（局部见淤泥质土与砂），发育厚度多介于12.50～14.78m，局部地区厚度较薄，为10.80m；化学沉积多分布于湖盆地表，发育厚度一般为0～2.50m，最厚可达4.20m。区内无地面河流，赋存有潜水，含水层岩性主要为石盐和砂层；自东往西呈现出由石盐、中细砂逐渐向石盐、石膏及钙芒硝变化的趋势，在调查区西北部地段形成石盐、钙芒硝含水层。

本次调查测得钻孔水位多在0.40～1.70m，最大水位为4.56m，部分钻孔内未测得水位。从区域分析，以S235 省道为界，调查区以西区域，水位埋深沿东北-西南方向逐渐增大，调查区以东区域，水位埋深沿西南-东北方向逐渐增大（图3）。结合2008 年钻孔资料可知调查区内水位未有较大变化。

图3 调查区水位埋深图Fig.3 Buried depth map of the water level in the survey area

3.2 地下水补给和排泄

调查区属典型的大陆性干旱气候，气候干燥，地下水的补给以侧向补给为主，补给量包含西台地的侧向补给、北部边界盐田渗漏的流入补给，大气降水入渗补给极为微弱，降水稀少而集中[8]，罗布泊镇气象观测站数据显示年降水量为43.66mm[9]。

调查区的排泄分为蒸发和北部边界侧向流出，主要排泄方式为蒸发，年蒸发量达 4048 ～4565.6mm，属强烈蒸发区。

4 工程地质条件

调查区下部为以粘土沉积为主的湖相碎屑沉积和以石膏、钙芒硝为主的盐类沉积，上部多为石盐层，其物质组成以含粉细砂、粘土的石盐为主。盐田开挖深度一般为3～5m，KT01、KT03 钻孔3～6m 为含粘土钙芒硝，其他钻孔3～6m 多为粘土或是粉质粘土，由此本次评价目标层定为调查区内3～6m深度粘性土地层（拟选粘土层）。

4.1 粘土埋深及厚度

调查区粘性土埋深为0.23～5.30m，厚度为5.88～14.78m；S235 省道以东地区发育有淤泥质粘土，其埋深较浅，多数为流塑、软塑，含水率较高，S235 省道以西地区多为粉质粘土、粘土，可塑、硬塑，含水率相对较低。各钻孔粘性土顶板埋深与厚度见表1。

表1 调查区各钻孔粘性土顶板埋深与厚度统计一览表Table 1 Statistics of buried depth and thickness of tacky soil roof of each borehole in the survey area

4.2 原位渗水试验

在调查区西部、中部、东部选取KT04、KT12、KT16 三眼钻孔3～6m 深度地层采用钻孔常水头注水法进行原位渗水试验，测定地层渗透系数。计算公式如下：

式中：k-渗透系数（cm/min）；q-稳定流量（cm3/min）；Hc-固定水头高度，自地下水位起算（cm）；Fc-试验段与注水管的形状系数，Fc=2πD2/（πD+8L）；D-钢管内径（cm），本次试验D=10.4cm；L-土柱长度（cm），本次试验L=20cm。

KT04 试验深度为3.36m，试验层位岩性为粉质粘土；KT12 试验深度为3.32m，试验层位岩性为粘土；KT16 试验深度为3.22m，试验层位岩性为粘土。KT04、KT12、KT16 试验数据见表2。

表2 原位渗透水试验数据一览表Table 2 Data list of insitu permeability test of water

根据试验数据，KT04 试验层渗透系数为1.78×10-7cm/s，渗透等级为极微透水；KT12 原位渗水试验进行至120～380h 时水头不再发生变化，在此时间段内单位流量为0，KT12 试验层渗透等级属于极微透水；KT16 试验层渗透系数为1.27×10-7cm/s，渗透等级属于极微透水。

4.3 击实试验

对调查区3～6m 深度的粘性土层采集6 组击实试样进行标准轻型击实试验[10]，并对击实后的土样进行渗透试验。此次试验由新疆城乡实验检测有限公司完成。

试验数据显示，调查区粘性土样品的最优含水量ω 为20.1%～25.2%，最大干密度ρ 为1.59g/cm3～1.71g/cm3，击实后粘性土样品的垂直渗透系数k 为1.69×10-5～2.38×10-4cm/s。

4.4 室内渗透试验

对调查区0～15m 深度地层采集原状渗透样品53 件、击实样品30 件进行变水头渗透试验，由新疆城乡实验检测有限公司完成测试，获得室内渗透试验数据87 个，其中垂直方向渗透数据69 个，水平向渗透数据18 个（表3）。

表3 变水头渗透试验样品渗透等级统计一览表Table 3 Statistics of permeation grade of variable head permeability test samples

调查区内3～6m 深度粘性土地层为拟选粘土层，此次重点分析讨论拟选粘土层垂直渗透数据。由于KT01、KT03 钻孔3～6m 为含粘土钙芒硝，渗透性较强，此次不予讨论。样品渗透数据显示调查区3～6m 深度粘性土层渗透系数等级大多属于弱透水、中等透水，局部地区属于微透水[11]（表4）。

表4 调查区拟选粘性土层部分样品垂直渗透系数表Table 4 Table of vertical permeability coefficient of the selected sticky soil layer samples in the survey area

5 环境地质条件

5.1 场地土与地下水腐蚀性评价

根据钻孔地层及空间分布选取KT04、KT08、KT09、KT12、KT14、KT16 共计6 个钻孔采集样品进行土壤可溶盐分析。结果显示，该地区粘性土主要为氯盐渍土和亚氯盐渍土[12]，整体处于偏碱性环境，易溶盐总量在7.523%～9.088%（表5）。

表5 土化学分析部分元素含量表Table 5 Table of some elements content in soil chemical analysis

调查区场地土对混凝土结构的腐蚀性按环境类型为Ⅱ类、按地层渗透性属于B 类，对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性为B 类，场地土中硫酸根离子（）为7142.40～32179.20mg·kg-1，大于4500mg·kg-1，氯离子（Cl-）为28314.80～43934.80mg·kg-1，大于5000mg·kg-1，故该场地土对混凝土结构具强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具强腐蚀性。

本次工作共采集卤水样品15 件，由中化地质矿山总局中心实验室完成测试工作。水质分析结果见表6，从结果可看出卤水中Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、含量较高。

表6 水质分析部分元素测试结果表（mg/L）Table 6 Table of some element test results in the water quality analysis（mg/L）

根据水化学分析结果，调查区地下水的腐蚀性评价见表7。

表7 地下水的腐蚀性评价表Table 7 Evaluation table of corrosive characteristics of groundwater

分析数据显示调查区地下水对混凝土结构具强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具强腐蚀性。

5.2 场地塌陷

接替盐田区地表为石盐壳，厚度一般为0.20～0.50m，下部大部分地区以湖相碎屑沉积为主，夹有少量的盐类沉积，下部地层较为稳定，在调查过程中未发现地层塌陷现象。

5.3 场地地震效应

调查区位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州若羌县罗布泊镇，若羌县的抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第二组[13]。

6 工程建设条件

接替盐田区位于扩能改造盐田南部，与扩能改造盐田、S235 省道接壤，现有道路可直通扩能改造盐田与接替盐田区，采出的卤水可经由现有输卤渠与现有盐田输送至该区域，现有工程建设条件较为便利，可节省后期建设成本。

7 建议盐田选区

调查区地表多为全新统新湖组石盐层，厚度一般0.23～2.50m，其下部为以粘土沉积为主的湖相碎屑沉积和以石膏、钙芒硝为主的盐类沉积，粘性土埋深为0.23～5.30m，盐田开挖深度一般为3～5m。本次评价目标层为调查区内3～6m 深度粘性土，重点分析其渗透性与资源量等确定建议盐田选区（图4）。

图4 调查区粘性土渗透性分区及建议选区图Fig.4 Map of permeability zoning of sticky soil of the investigation area and recommended selection area

调查区西北部KT01-KT03 一线区域10m 以上含有多个含水层，无法作为拟选盐田区。KT11-KT12 一线区域以淤泥质粘土为主，多呈流塑状态，地层无法承受施工机械行驶；KT15-KT17-KT18 所围区域3～6m 深度范围内渗透系数不小于2.0×10-4cm/s，防渗能力相对较差。

综合考虑粘性土的埋深、资源量、渗透性、分布面积以及地层稳定性等因素，建议将zk1900-KT06-zk1903-KT09 与S235 省道所围区域作为拟选区的第一选择（图4 中I 区，面积约82km2），其 3～6m 深度范围粘性土的渗透系数小于1.5×10-4cm/s，埋深多小于1m，6m 深度范围内平均厚度约为4.81m，其面积较大，资源量充足，与现有盐田毗邻，卤水输送与现有电力设施延伸较为便利，紧挨S235 省道，机械进场施工方便。

将调查区zk0307-KT13 以北区域作为拟选区的第二选择（图4 中II 区，面积约46.63km2），其3～6m 深度范围粘性土的渗透系数亦小于1.5×10-4cm/s，埋深小于2m，6m 深度范围内平均厚度约为5.09m，该区域面积稍小。该区域位于现有盐田东部，与现有盐田隔S235 省道相望，卤水输送需穿过S235 省道，距离生产加工区较近，电力设施延伸便利。

KT13-KT17-KT14-zk1103-zk1107 与S235 省道所围区域可作为拟选区的第三选择（图4 中Ⅲ区，面积约116.77km2），该区域3～6m 深度范围粘性土渗透系数多为1.0×10-4cm/s～2.0×10-4cm/s，埋深多介于1～2m，6m 深度范围内平均厚度约为4.29m，资源量比较充足。该区域位于S235 省道东侧，与现有盐田隔S235 省道相望，卤水输送需穿过S235 省道。该地区下部地层发育有淤泥质粘土，多呈软塑或流塑状态，且本区域粘性土渗透系数相对较大，钻孔对该区域控制不足，须进一步增加补勘工作，以确定该区域是否可做为拟选区。

8 结论

（1）调查区属典型的大陆性干旱气候，气候干燥，蒸发量大，降雨量极少，地质活动少，具备进行盐田建设的初步条件。

（2）调查区内无地面河流，赋存有潜水，含水层岩性主要为石盐和砂层；自东往西含水层岩性呈现出由石盐、中细砂逐渐向石盐、石膏及钙芒硝变化的趋势，在西北部地段形成石盐、钙芒硝含水层。调查区内钻孔水位多在0.40～1.70m，以S235 省道为界，调查区以西区域水位埋深沿东北-西南方向逐渐增大，以东区域水位埋深沿西南-东北方向逐渐增大。

（3）调查区浅层地下卤水中SO42-、Cl-、TDS等含量较高，地下水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中钢筋均具强腐蚀性。调查区粘性土主要为氯盐渍土和亚氯盐渍土，整体处于偏碱性环境，在实际建设过程中应考虑地基土的盐胀性。样品分析测试结果显示，调查区场地土对混凝土结构、钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性均为强腐蚀，在工程建设时应加强防腐处理。

（4）室内渗透试验结果显示，调查区粘性土的渗透性等级主要为弱透水、中等透水，局部地区等级为微透水。原位渗水试验结果显示，钻孔KT04、KT12、KT16 试验层位粘性土渗透等级为极微透水。

（5）综合考虑粘性土的埋深、资源量、渗透性、分布面积以及地层稳定性、工程建设条件等因素，建议将zk1900-KT06-zk1903-KT09 与S235省道所围区域作为新建盐田的第一选择，该区域与现有盐田毗邻，卤水输送与现有电力设施延伸较为便利，后期建设维护成本较低。可将调查区zk0307-KT13 以北区域作为新建盐田的第二选择。