羅布泊接替鹽田區新建鹽田選址初步研究

董連兵 趙亮亮 魯槚銀 劉紅超

1 中化地質礦山總局地質研究院，北京 100101

2 國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司，新疆 哈密 839000

羅布泊鹽湖作為我國重要的鉀鹽生產基地[1]，建有一期年產 120 萬 t 鉀肥項目鹽田面積153.67km2，二期擴能改造項目鹽田面積161.50km2，總面積達315.17km2。氯化鈉鹽田、瀉利鹽鹽田每年沉積0.50m 厚的鹽層，該鹽田堤壩平均高度為5m[2]，目前一期氯化鈉鹽田已經報廢，二期擴能改造項目鹽田已運行5 年，隨著鈉鹽池運行時間的增長，修建新鹽田已勢在必行。

1 鹽田選址要求

鹽田是鹽湖礦山生產系統中最重要的工程設施之一，鹵水在鹽田中攤曬濃縮并生成用于加工廠加工生產鹽類產品的原料—鹽田礦。鹽田建設作為鹽湖礦山建設最重要的內容之一，不僅對整個鹽湖礦山建設項目投資規模具有重要影響，也直接關系到項目建成后能否順利達產以及生產效率和生產成本。

鹽田選址、平面布置、防滲、堤壩是鹽田建設中的幾個關鍵要點，結合近年來一些鹽湖礦山鹽田設計和應用實例，鹽田選址時一般主要應考慮以下幾個問題：①場地面積是否足夠，地形是否較平坦；②場地內是否存在活動斷裂、鹽溶塌陷等不良地質構造或不良地質現象；③場地淺部是否有可作為鹽田天然垂直防滲層的穩定粘性土層分布（厚度宜不小于1m）；④場地與采鹵區或首采區距離長短，沿線地形及地層條件是否有利于鹵水輸送；⑤場地周邊是否滿足就近修建加工廠條件；⑥周期性洪水對場地影響的大??；⑦場地周邊是否有可供鹽田生產利用的供水水源及供電電源；⑧交通運輸是否方便，是否有利于機械設備、原材料及產品的運輸[3]。

如果是改擴建項目，還應考慮對現有工程設施及生產系統的影響，是否有利于與已有鹽田協調生產和統一管理。篩選建設選區時，一般首先在礦區或礦區周邊選擇面積足夠且地形較平坦、無不良地質構造及不良地質現象、淺部有足夠厚度穩定粘性土層分布的場地作為鹽田的備選場地。

2 調查區基本情況

羅布泊接替鹽田區位于塔里木盆地最東部的羅布泊干鹽湖[4]的南部（羅南地區），與一期120萬噸項目鹽田、二期擴能改造鹽田相鄰，交通運輸便利，面積約584.63km2，是羅布泊的最低洼處，其北側為羅北凹地鉀鹽礦和騰龍新慶鉀鹽礦（圖1）。接替鹽田區整體地勢較為平緩，地表被石鹽殼覆蓋，組成了不同的鹽殼地貌，突起高度多達0.20～0.40m。

圖1 調查區與現有鹽田位置圖Fig.1 Location map of survey region and existing salt field

2.1 地層

調查區及周邊出露和已揭露的地層為第四系湖泊化學堆積和碎屑沉積。

2.1.1 上更新統羅北組（Qp3ch）

大面積分布于調查區內，厚度10.80～14.77m，不同區域沉積厚度差異較大。在調查區西北部為以鈣芒硝為主的鹽類化學堆積和以粘土沉積為主的碎屑沉積，其中鹽類沉積以鈣芒硝為主夾少量石鹽、石膏；在其他大部分地區則以湖相碎屑沉積為主，夾有少量的鹽類沉積，且以石膏為主。

2.1.2 全新統新湖組（Qhch）

出露于地表，形成了礦區不同形態的石鹽殼，是湖水最后干涸形成的。廣泛分布于調查區內，因其形成時期早晚等原因，多在地表表現為不同類型的鹽殼，鹽殼類型有薄層龜裂狀、塊狀、棱角狀、垡塊狀、厚層龜裂狀、蓮花狀及羊圈狀等，其巖性以含粉細砂、粘土、石膏的石鹽為主，一般厚0.20～0.50m，個別可達0.90m 以上，膠結較為堅硬。

2.2 構造

羅布泊羅南地區主要發育斷裂構造，控制著調查區湖泊碎屑沉積和化學堆積的分布厚度。地表被第四系沉積覆蓋，因此斷裂構造在調查區內并無實地跡象，只是在衛星影像上于基巖區有一定的反映[5]。

由于印度板塊向歐亞板塊的俯沖、碰撞和擠壓，造成阿爾金山和昆侖山抬升，屬于塔里木地塊東部[6]的羅布泊地區受到近南北向的擠壓力，在羅布泊地區產生了一系列的北東-南西向[7]或近乎東西向的斷裂。調查區涉及到的斷裂為車爾臣斷裂（F1）與矛頭山斷裂（F8）（圖2）。

圖2 調查區地質圖Fig.2 Geological map of survey area

2.2.1 F1 斷裂（車爾臣斷裂）

區域性大斷裂，位于羅北凹地的南端，控制著羅布泊南部與北部的界線，屬壓扭性質的逆斷層，航空影像明顯，走向70°左右。在地質歷史時期活動強烈，控制著羅北凹地的演化和發展，在第四系時期活動，造成羅布泊地區分為南北兩個部分，羅布泊北部地區抬升形成局部的匯水湖盆，為羅北凹地的雛形，南部地區形成一個大的匯水盆地，即羅布泊南部湖盆。

2.2.2 F8 斷裂（矛頭山斷裂）

分布于鉀鹽礦床中部，屬張性正斷層，繼承性活動斷裂，走向為70°，傾向160°左右。該斷層屬于早期斷裂，雖多次活動過，屬多期產物，然而其形成早于羅布泊鹽湖，故其與調查區鹽田建設無太大的影響。

3 水文地質條件

3.1 潛水含水層

調查區第四系湖泊碎屑沉積十分發育，地層巖性以粘性土、砂土為主（局部見淤泥質土與砂），發育厚度多介于12.50～14.78m，局部地區厚度較薄，為10.80m；化學沉積多分布于湖盆地表，發育厚度一般為0～2.50m，最厚可達4.20m。區內無地面河流，賦存有潛水，含水層巖性主要為石鹽和砂層；自東往西呈現出由石鹽、中細砂逐漸向石鹽、石膏及鈣芒硝變化的趨勢，在調查區西北部地段形成石鹽、鈣芒硝含水層。

本次調查測得鉆孔水位多在0.40～1.70m，最大水位為4.56m，部分鉆孔內未測得水位。從區域分析，以S235 省道為界，調查區以西區域，水位埋深沿東北-西南方向逐漸增大，調查區以東區域，水位埋深沿西南-東北方向逐漸增大（圖3）。結合2008 年鉆孔資料可知調查區內水位未有較大變化。

圖3 調查區水位埋深圖Fig.3 Buried depth map of the water level in the survey area

3.2 地下水補給和排泄

調查區屬典型的大陸性干旱氣候，氣候干燥，地下水的補給以側向補給為主，補給量包含西臺地的側向補給、北部邊界鹽田滲漏的流入補給，大氣降水入滲補給極為微弱，降水稀少而集中[8]，羅布泊鎮氣象觀測站數據顯示年降水量為43.66mm[9]。

調查區的排泄分為蒸發和北部邊界側向流出，主要排泄方式為蒸發，年蒸發量達 4048 ～4565.6mm，屬強烈蒸發區。

4 工程地質條件

調查區下部為以粘土沉積為主的湖相碎屑沉積和以石膏、鈣芒硝為主的鹽類沉積，上部多為石鹽層，其物質組成以含粉細砂、粘土的石鹽為主。鹽田開挖深度一般為3～5m，KT01、KT03 鉆孔3～6m 為含粘土鈣芒硝，其他鉆孔3～6m 多為粘土或是粉質粘土，由此本次評價目標層定為調查區內3～6m深度粘性土地層（擬選粘土層）。

4.1 粘土埋深及厚度

調查區粘性土埋深為0.23～5.30m，厚度為5.88～14.78m；S235 省道以東地區發育有淤泥質粘土，其埋深較淺，多數為流塑、軟塑，含水率較高，S235 省道以西地區多為粉質粘土、粘土，可塑、硬塑，含水率相對較低。各鉆孔粘性土頂板埋深與厚度見表1。

表1 調查區各鉆孔粘性土頂板埋深與厚度統計一覽表Table 1 Statistics of buried depth and thickness of tacky soil roof of each borehole in the survey area

4.2 原位滲水試驗

在調查區西部、中部、東部選取KT04、KT12、KT16 三眼鉆孔3～6m 深度地層采用鉆孔常水頭注水法進行原位滲水試驗，測定地層滲透系數。計算公式如下：

式中：k-滲透系數（cm/min）；q-穩定流量（cm3/min）；Hc-固定水頭高度，自地下水位起算（cm）；Fc-試驗段與注水管的形狀系數，Fc=2πD2/（πD+8L）；D-鋼管內徑（cm），本次試驗D=10.4cm；L-土柱長度（cm），本次試驗L=20cm。

KT04 試驗深度為3.36m，試驗層位巖性為粉質粘土；KT12 試驗深度為3.32m，試驗層位巖性為粘土；KT16 試驗深度為3.22m，試驗層位巖性為粘土。KT04、KT12、KT16 試驗數據見表2。

表2 原位滲透水試驗數據一覽表Table 2 Data list of insitu permeability test of water

根據試驗數據，KT04 試驗層滲透系數為1.78×10-7cm/s，滲透等級為極微透水；KT12 原位滲水試驗進行至120～380h 時水頭不再發生變化，在此時間段內單位流量為0，KT12 試驗層滲透等級屬于極微透水；KT16 試驗層滲透系數為1.27×10-7cm/s，滲透等級屬于極微透水。

4.3 擊實試驗

對調查區3～6m 深度的粘性土層采集6 組擊實試樣進行標準輕型擊實試驗[10]，并對擊實后的土樣進行滲透試驗。此次試驗由新疆城鄉實驗檢測有限公司完成。

試驗數據顯示，調查區粘性土樣品的最優含水量ω 為20.1%～25.2%，最大干密度ρ 為1.59g/cm3～1.71g/cm3，擊實后粘性土樣品的垂直滲透系數k 為1.69×10-5～2.38×10-4cm/s。

4.4 室內滲透試驗

對調查區0～15m 深度地層采集原狀滲透樣品53 件、擊實樣品30 件進行變水頭滲透試驗，由新疆城鄉實驗檢測有限公司完成測試，獲得室內滲透試驗數據87 個，其中垂直方向滲透數據69 個，水平向滲透數據18 個（表3）。

表3 變水頭滲透試驗樣品滲透等級統計一覽表Table 3 Statistics of permeation grade of variable head permeability test samples

調查區內3～6m 深度粘性土地層為擬選粘土層，此次重點分析討論擬選粘土層垂直滲透數據。由于KT01、KT03 鉆孔3～6m 為含粘土鈣芒硝，滲透性較強，此次不予討論。樣品滲透數據顯示調查區3～6m 深度粘性土層滲透系數等級大多屬于弱透水、中等透水，局部地區屬于微透水[11]（表4）。

表4 調查區擬選粘性土層部分樣品垂直滲透系數表Table 4 Table of vertical permeability coefficient of the selected sticky soil layer samples in the survey area

5 環境地質條件

5.1 場地土與地下水腐蝕性評價

根據鉆孔地層及空間分布選取KT04、KT08、KT09、KT12、KT14、KT16 共計6 個鉆孔采集樣品進行土壤可溶鹽分析。結果顯示，該地區粘性土主要為氯鹽漬土和亞氯鹽漬土[12]，整體處于偏堿性環境，易溶鹽總量在7.523%～9.088%（表5）。

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

調查區場地土對混凝土結構的腐蝕性按環境類型為Ⅱ類、按地層滲透性屬于B 類，對鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕性為B 類，場地土中硫酸根離子（）為7142.40～32179.20mg·kg-1，大于4500mg·kg-1，氯離子（Cl-）為28314.80～43934.80mg·kg-1，大于5000mg·kg-1，故該場地土對混凝土結構具強腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具強腐蝕性。

本次工作共采集鹵水樣品15 件，由中化地質礦山總局中心實驗室完成測試工作。水質分析結果見表6，從結果可看出鹵水中Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、含量較高。

表6 水質分析部分元素測試結果表（mg/L）Table 6 Table of some element test results in the water quality analysis（mg/L）

根據水化學分析結果，調查區地下水的腐蝕性評價見表7。

表7 地下水的腐蝕性評價表Table 7 Evaluation table of corrosive characteristics of groundwater

分析數據顯示調查區地下水對混凝土結構具強腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具強腐蝕性。

5.2 場地塌陷

接替鹽田區地表為石鹽殼，厚度一般為0.20～0.50m，下部大部分地區以湖相碎屑沉積為主，夾有少量的鹽類沉積，下部地層較為穩定，在調查過程中未發現地層塌陷現象。

5.3 場地地震效應

調查區位于新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州若羌縣羅布泊鎮，若羌縣的抗震設防烈度為7 度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第二組[13]。

6 工程建設條件

接替鹽田區位于擴能改造鹽田南部，與擴能改造鹽田、S235 省道接壤，現有道路可直通擴能改造鹽田與接替鹽田區，采出的鹵水可經由現有輸鹵渠與現有鹽田輸送至該區域，現有工程建設條件較為便利，可節省后期建設成本。

7 建議鹽田選區

調查區地表多為全新統新湖組石鹽層，厚度一般0.23～2.50m，其下部為以粘土沉積為主的湖相碎屑沉積和以石膏、鈣芒硝為主的鹽類沉積，粘性土埋深為0.23～5.30m，鹽田開挖深度一般為3～5m。本次評價目標層為調查區內3～6m 深度粘性土，重點分析其滲透性與資源量等確定建議鹽田選區（圖4）。

圖4 調查區粘性土滲透性分區及建議選區圖Fig.4 Map of permeability zoning of sticky soil of the investigation area and recommended selection area

調查區西北部KT01-KT03 一線區域10m 以上含有多個含水層，無法作為擬選鹽田區。KT11-KT12 一線區域以淤泥質粘土為主，多呈流塑狀態，地層無法承受施工機械行駛；KT15-KT17-KT18 所圍區域3～6m 深度范圍內滲透系數不小于2.0×10-4cm/s，防滲能力相對較差。

綜合考慮粘性土的埋深、資源量、滲透性、分布面積以及地層穩定性等因素，建議將zk1900-KT06-zk1903-KT09 與S235 省道所圍區域作為擬選區的第一選擇（圖4 中I 區，面積約82km2），其 3～6m 深度范圍粘性土的滲透系數小于1.5×10-4cm/s，埋深多小于1m，6m 深度范圍內平均厚度約為4.81m，其面積較大，資源量充足，與現有鹽田毗鄰，鹵水輸送與現有電力設施延伸較為便利，緊挨S235 省道，機械進場施工方便。

將調查區zk0307-KT13 以北區域作為擬選區的第二選擇（圖4 中II 區，面積約46.63km2），其3～6m 深度范圍粘性土的滲透系數亦小于1.5×10-4cm/s，埋深小于2m，6m 深度范圍內平均厚度約為5.09m，該區域面積稍小。該區域位于現有鹽田東部，與現有鹽田隔S235 省道相望，鹵水輸送需穿過S235 省道，距離生產加工區較近，電力設施延伸便利。

KT13-KT17-KT14-zk1103-zk1107 與S235 省道所圍區域可作為擬選區的第三選擇（圖4 中Ⅲ區，面積約116.77km2），該區域3～6m 深度范圍粘性土滲透系數多為1.0×10-4cm/s～2.0×10-4cm/s，埋深多介于1～2m，6m 深度范圍內平均厚度約為4.29m，資源量比較充足。該區域位于S235 省道東側，與現有鹽田隔S235 省道相望，鹵水輸送需穿過S235 省道。該地區下部地層發育有淤泥質粘土，多呈軟塑或流塑狀態，且本區域粘性土滲透系數相對較大，鉆孔對該區域控制不足，須進一步增加補勘工作，以確定該區域是否可做為擬選區。

8 結論

（1）調查區屬典型的大陸性干旱氣候，氣候干燥，蒸發量大，降雨量極少，地質活動少，具備進行鹽田建設的初步條件。

（2）調查區內無地面河流，賦存有潛水，含水層巖性主要為石鹽和砂層；自東往西含水層巖性呈現出由石鹽、中細砂逐漸向石鹽、石膏及鈣芒硝變化的趨勢，在西北部地段形成石鹽、鈣芒硝含水層。調查區內鉆孔水位多在0.40～1.70m，以S235 省道為界，調查區以西區域水位埋深沿東北-西南方向逐漸增大，以東區域水位埋深沿西南-東北方向逐漸增大。

（3）調查區淺層地下鹵水中SO42-、Cl-、TDS等含量較高，地下水對混凝土結構、鋼筋混凝土結構中鋼筋均具強腐蝕性。調查區粘性土主要為氯鹽漬土和亞氯鹽漬土，整體處于偏堿性環境，在實際建設過程中應考慮地基土的鹽脹性。樣品分析測試結果顯示，調查區場地土對混凝土結構、鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕性均為強腐蝕，在工程建設時應加強防腐處理。

（4）室內滲透試驗結果顯示，調查區粘性土的滲透性等級主要為弱透水、中等透水，局部地區等級為微透水。原位滲水試驗結果顯示，鉆孔KT04、KT12、KT16 試驗層位粘性土滲透等級為極微透水。

（5）綜合考慮粘性土的埋深、資源量、滲透性、分布面積以及地層穩定性、工程建設條件等因素，建議將zk1900-KT06-zk1903-KT09 與S235省道所圍區域作為新建鹽田的第一選擇，該區域與現有鹽田毗鄰，鹵水輸送與現有電力設施延伸較為便利，后期建設維護成本較低?？蓪⒄{查區zk0307-KT13 以北區域作為新建鹽田的第二選擇。