察尔汗盐湖的形成、自然地理及地质资源概况.pdf

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1、察尔汗盐湖的形成、自然地理及地质资源概况 察尔汗盐湖的形成、自然地理及地质资源情况概述,察尔汗盐湖的形成-三大沉积旋回 经对察尔汗盐湖所作的气候地层学、年代地层学、磁性地层学、沉积岩石学和沉积物地球化学等方面的综合研究，广大专家学者已经公认察尔汗古湖在3.7 万年以前是一个淡水湖或半咸水湖。距今4 万年左右(晚更新世末期)，柴达木盆地发生剧烈的新构造运动，在察尔汗盐湖湖盆的四周形成一些小的背斜构造，诸如哑叭尔构造、盐湖构造、涩北构造，从而使察尔汗盐湖变成一个独立的封闭盆地。随后在气候的干湿周期性变化下，经三次较大的沉积旋回，形成现在的察尔汗盐湖。1、第一成盐期 察尔汗盐湖盆地形成后，随后在南北

2、两侧大量水源(北部深层水、南部地表水)的补给和极端干燥的气候条件下，经过约6000 年的时间，察尔汗盐湖进入自析盐阶段。从距今 3.1 万年至 2.58 万年，经 5200 年时间，形成第一石盐层(S)。1 第一盐层沉积后，大约距今2.58 万年，气候相对湿润，大量淡水开始涌入，盐湖遭到淡化，经1100 年左右时间，形成L 碎屑层。2 2、第二成盐期 距今 2.46 万年-1.65 万年，气候又开始干燥，盐湖水又开始浓缩，盐湖进入第二次自析盐阶段，经8000 年左右时间，形成第二石盐层(S)，其间 2 又有小的气候波动，使该层中间又出现夹层，第二盐层沉积后，紧接着湖水又出现淡化，在距今1.65

3、 万年-1.5 万年，形成 L 碎屑层。3 3、第三成盐期 在距今 1.5 万年-0.8 万年左右，盐湖出现大面积的干旱，形成第三石盐 1 层(S)，即目前察尔汗盐湖的主要开采层。3,察尔汗盐湖湖相沉积地层特点 1、地层西部最厚，向东变薄，下、上部盐层具同样规律，中部盐层以达布逊区段最厚，向东向西变薄。2、盐层分布范围以上部盐层最大，下部盐层次之，中部盐层最小。3、下部盐层最致密，往上渐变松散，上部盐层大多呈松散状。4、盐类矿物组成，中下部盐层简单，以石盐为主，含少量石膏或夹石膏薄层。上部盐层则复杂，除石盐、石膏外，尚有芒硝、钾石盐、光卤石、杂卤石、软钾镁矾、水氯镁石等。其中以别勒滩区段最为复

4、杂。5、各盐层间的湖积层以含石盐粉砂为主 ,察尔汗盐湖湖相地层特点形成原因 2 1、察尔汗盐湖在距今 3.1 万年左右，盐湖进入自析盐阶段，由于当时东侧地表水补给量大于西侧补给量，达布逊区段以东的湖水浓度较小，别达隆起的轴部尚露出水面，因此 S1 盐层主要分布于别勒滩和达布逊区段，且以别勒滩区段最厚。2、盐类沉积首先从察尔汗盐湖西部的别勒滩区段开始，每经历一次成盐期，湖底起伏大为减小，从而使后期的成盐范围扩大，直到距今 1.5 万年左右，察尔汗盐湖发展到鼎盛阶段，湖区全面进入盐自析阶段，沉积遍布全湖区的 S 盐层，此后周边水补给量大大减少，蒸发量大超过补给量，3 盐湖进入干盐湖阶段。,察尔汗盐

5、湖区的古气候 据包体水同位素组成变化将察尔汗盐湖 5 万年来的古气候划分为三个阶段:1、距今 5 万年-3 万年，为高温析盐期，其平均气温为 6?。2、距今 3 万年-1.5 万年，为低温干化期，平均气温为 0?。3、距今 1.5 万年至今为冰后干化期，其平均气温与现代气温大体相当。,察尔汗盐湖组成-世界上面积最大的内陆盐湖和海拔最高的大型盐湖，柴达木盆地海拔最低的地带 察尔汗盐湖位于柴达木盆地的中东部，南距昆仑山(海拔 3200m-6000m)40km-90km，北距祁连山系(海拔 3000m-4500m)的锡铁山、埃姆尼克山 18km-32km。盐湖为北西西-南东东方向延伸的平原，东西 2

6、 长 168km，南北宽 20km,40km，面积 5856km。其地理坐标为E94?0096?07，N36?4037?20,平均海拔 2677-2683m,是世界上面积最大的内陆盐湖，也是海拔最高的大盐湖。依据地质特征(湖底构造、盐类沉积 3 形成时间早晚、沉积特征和矿产特点)，勘探时自西向东分为别勒滩、达布逊、察尔汗、霍布逊四个连续区段(见插图)。别勒滩区段:因有大、小别勒湖而得名。该区段盐类沉积最厚，形成时间最早，固体钾镁盐最多，卤水矿最富。达布逊区段:因区段存有达布逊湖而得名，盐类沉积稍薄，固体钾镁盐稍富，卤水浓度较高。察尔汗区段:因位于察尔汗而得名，盐类沉积较薄，且出现时间晚于别勒滩

7、、达布逊区段，上部固体钾镁盐最富。霍布逊区段:因区段存有南、北霍布逊湖而得名，盐类沉积最薄，出现时间最晚，且盐类矿物单一，主要为石盐，无固体钾镁盐矿，液体矿最贫，无开发利用价值。,察尔汗盐湖交通条件-公路铁路横穿矿区 4 察尔汗盐湖行政隶属青海省格尔木市，东距西宁 860km，南距格尔木约 65km。格尔木市是青藏高原柴达木盆地上一座以石油化工、盐化工为主体的新兴工业城市，是青藏、青新、柳格三条国道的交会点，青藏铁路一期工程的终点、二期工程的起点。柳格公路、青藏铁路从盐湖察尔汗区段中部经过，盐湖产品外运、盐化生产企业运输条件极其优越;同时有涩北公路由涩北油田始发，经达布逊湖北岸，在察尔汗与柳格

8、公路会合，察尔汗盐湖距全国主要城市的距离详见插图。,察尔汗盐湖气候条件-中国蒸发量最大的地区，世界上蒸发量最高的盐 湖之一 察尔汗盐湖地处柴达木盆地腹地，属典型的大陆性干旱气候。根据察尔汗气象台 1960 年1996 年观测资料以及主要气象要素图(见插图)分析，多年平均气温5.2?，最低气温-29.7?，最高气温 35.5?;平均相对湿度 26%;平均风速 4.3m/s,主导风向为西北、西南;多年平均降水量 23.7mm，多年平均蒸发量 3527.9mm，每年 4月9 月的月均蒸发量均达到 300mm 5 以上。7、8、9 三个月的降水量占全年的 71.4%，日最大降水量达 11.2mm，最大

9、降水年出现在 1967 年，为 66.6mm，最小降水年为 1985 年，全年降水量仅2.7mm。平均气压 735.2mb，年平均日照时数 3182.9 小时。察尔汗盐湖属国内蒸发量最大的地区。6 ,察尔汗盐湖资源-中国最大的可溶性钾镁矿床，中国最大钾肥生产基地 察尔汗盐湖拥有 600 多亿 t 的盐类资源量(见插表)，潜在价值 12 万亿元，其中钾、镁盐储量均据全国首位，是我国最大的可溶性钾镁盐矿床，也是我国最大的钾肥生产基地。批准部分的储量 矿体形态 有用组分 单位 低品位储量 地质储量 总计 表内储量 表外储量 合计 KCl 万 t 14877 3658 18535 4086 1737

10、24358 MgCl 万 t 164794 92241 257035 90315 38271 385621 2 NaCl 万 t 55958 40947 96905 181624 17358 295887 LiCl 万 t 842.6 152.4 995.0 163.8 45.4 1204.2 卤水矿 BO 万 t 415.33 133.6 548.9 171.5 48.1 768.53 23 Br t 175891 115919 291810 165826 49339 506975 I t 8083 6534 14617 16797 3236 34650 RbO t 38009 1980 3

11、9989 3344 43333 2 7 KCl 万 t 2164.08 13626.62 15790.7 13811.3 20 29622.0 固体矿 MgCl 万 t 682.69 19014.77 19697.46 616.2 20313.7 2 NaCl 亿 t 419.55 1.06 420.61 105.21 525.82 KCl(万 t)MgCl(万 t)NaCl(亿 t)LiCl(万 t)BO(万 t)Br(t)I(t)RbO(t)2232 总计 53979.98 405934.66 555.41 1204.20 768.53 506975 34650 43333 盐类资源总量

12、601.6 亿 t，据有关专家计算,潜在总价值为 12 万亿元 ,察尔汗盐湖晶间卤水动态及水、盐均衡 1、天然状态下的卤水动态:经 1965 年-1968 年以及 2002 年-2004 年对察尔汗盐湖晶间卤水的长期水文地质观测研究，晶间卤水的动态变化主要受湖水、河水、开采的影响，靠近河、湖水补给边缘带变化最大，干盐滩中部以及远离采区漏斗部位变化不大。有规律的气候周期性变化，影响湖水和晶间卤水的动态，造成它们的水盐量的周期性变化。干旱年(枯水年)相应出现盐湖的水量负均衡年，潮湿年(丰水年)相应出现盐湖的水量正均衡年，总盐量一直为正均衡(盐分积累过程)。湖水水均衡的决定因素是河水的补给及湖面蒸发

13、，盐均衡的决定因素是湖泊内的固液相转化，其转化方向取决于气象条件，平、枯水年以液相转固相为主，丰水年则固相转液相为主。晶间卤水的水均衡，其决定因素是降水的下渗补给、人为开采和干盐滩蒸发，次为侧向径流，其盐均衡的决定因素是卤水开采与卤水的固液相转化，固液相转化方向服从于水均衡的发展方向和气候条件，在丰水年或雨季(59 月)以固相转液相为主,有利于 KCl 含量的提高，在枯水年和干季，以液相转固相为主。格尔木河水量大小是影响察尔汗盐湖湖泊大小和晶间卤水水均衡的最主要因素。其补给量占整个察尔汗盐湖周边水总补给量的 40%，占唯一具 8 有工业开采价值的卤水湖泊,达布逊湖的总补给量的 90%。六十年代

14、曾利用长观资料进行计算，结果表明:1967 年为丰水年，察尔汗盐湖晶间卤水有 1116.6 万 tKCl、196.5 万 tMgCl,4431.1 万 t 总盐由固 2 相转液相，1968 年为平水年，又有 768.0 万 tKCl 由液相转为固相。目前因全球温室效应，昆仑山雪水减少，加上格尔木市社会经济的发展，盐湖上游工业、农业、牧业以及城市生活用水量急剧增加，使得补给察尔汗盐湖 3 的水量明显减少，据长观资料初步估算进入盐湖水量为 4.04.5 亿 m,察尔汗盐湖水均衡为严重负均衡，液相钾向固相钾转化，对资源的可持续开采极为不利。众所周知，察尔汗盐湖固体钾资源近 3 亿 t，主要以浸染状光

15、卤石、钾石盐形式存在，它们只有溶解到卤水中转化为液体才便于工业利用，所以固液相转化是盐湖资源可持续开发的重要基础。只有保持足够的补给水量，维持盐湖水量相对均衡，才能促进固液相转化，否则就会液相转固相。盐化工业作为青海省和格尔木市的特色工业，是青海省西部大开发的主力，各级政府部门应高度重视水资源的节约利用、合理利用，保证盐湖资源的开采用水。2、大规模开采条件下的卤水动态 据观测资料，由于周边水补给量大幅度减少，而晶间卤水开采量逐年增大，盐湖湖面范围缩小、晶间卤水水位持续下降，开采漏斗面积约 21500km，漏斗中心水位埋深普遍在 3.0,6.0m，最深处达到 8.0m。大规模开采条件下，由于采区

16、漏斗周边卤水单向集中涌入集卤构筑物，采卤过程中自然形成三维流，使低品级卤水流入采卤漏斗，有时甚至溶解固体钾矿，保证开采品位，从而可大大延长矿山服务年限。盐湖集团别勒 9 滩、达布逊、察尔汗三个采区 2002 年开采出来的卤水 KCl 平均含量分别为:3.05%、2.50%、1.51%，2003 年分别为 3.02%、1.91%、1.42%，均高于区段的相应平均值 2.50%、1.87%、1.27%。研究表明，湖水补给对晶间卤水的开采具有重要的调节作用。盐湖集团一期工程已经开采了 10 多年，因受达布逊湖水源源不断的补给，察尔汗首采区水质没有恶化，水位降幅速度缓慢，相反铁路以东矿区、别勒滩矿区因

17、补给量极少，加之铁路以东部分生产企业就地排放老卤，使得晶间卤水水位降幅大、速度快，水质恶化严重，极不利于资源的可持续开发。,察尔汗盐湖资源开发及保护 青海盐湖集团为察尔汗盐湖最大生产企业，目前以钾为主。2003 年盐湖集团生产钾肥 50.1 万 t，产品品级基本在 90%以上;其他地方厂家近 20 余家，2003 年合计生产钾肥 50 多万 t，但产品品级从 80%-90%均有。二者 3 合计年产钾肥超过 100 万 t，卤水开采总量估算约 2.0 亿 m/a，2004 年 100万 t 钾肥项目转入试生产，察尔汗盐湖钾肥总产量将达到 150 万 t，开采卤 3 水量将超过 2.0 亿 m。卤

18、水开采方式，20 世纪 50 年代，盐湖集团(原海西州察尔汗钾肥厂)利用达布逊湖东北湾固体矿直接生产钾肥，20 世纪 80 年代以前在小规模钾肥生产时期，多以沟槽盐田生产钾肥原料，揭露卤水在沟槽中直接晒制光卤石，这种方式虽然方便、成本低，但也只限于浅表卤水使用，且带来大面积的表层卤水老化。盐湖集团一期工程以渠采与封闭盐田构成整个采矿系统，在工程前期同样出现了问题，由于卤水粘滞性大，渠壁水跃值较大;又由于滞后补给和卤水浓度较高而使渠壁结盐，使得采卤渠出卤能力不断衰减，需要逐年增加渠道长度及相应投资，况且这种方式对疏干区以 10 及深部钾矿利用不足，加之卤水自身可恢复性差，尽管 20 世纪 90

19、年代中期直接引入了达布逊湖水，开采方式仍难以满足大规模生产的需要。由于察尔汗盐湖卤水存在水平分异和垂直分异，局部地段卤水结盐严重，目前卤水开采仍为单一的渠道开采，卤渠的开挖布设以盐湖集团较有计划性、规律性和科学性，一般渠道垂直地下水流向和地表水体布置。地方厂家以青藏铁路为界，分布在铁路以东，卤渠的开挖均呈无规律的放射状，纵横交错状布设，出卤能力相互削减，卤水水位大面积区域性下降，导致集卤渠深度不断加深，长度不断延伸，而单位工程出卤量却不断减少。随着盐湖集团一期工程达标达产扩能改造工程的完成和 100 万 t 钾肥项目的建设，卤水开采需要量迅速增长，盐湖集团相继购置了 EX750、EX1000、

20、EX1100、EX1200、EX1800 特大型系列挖掘机，使渠道挖深从原 3m-4m 增加到 7m-8m 和 12m-14m，根据 2003 年挖深试验，在地层岩性许可条件下，最大挖掘深度可达到 16m。近年来，盐湖集团全面总结吸取了盐湖集团一期工程多年采矿的经验教训，不断加强采区的科学布置和采卤技术研究，逐步实现“大采区、低强度、多采区、轮采作业”模式，最终实现固液转化、采补平衡、维持可持续生产，按照“统一规划、统一设计，分步实施”的原则，计划初期以格尔木河为补给源，以达布逊湖和涩聂湖为调剂中心，分别对 300 线东、300 线西采区进行补给。采取的主要措施有:资源共享、固液转化，采补平衡

21、、分区轮采。盐湖集团矿区总体划分为三个采区，察尔汗-东采区，达布逊-中采区，别勒滩-西采区。开采方式上近期以渠为主、井采试验，远期以井为主，井渠结合，平面轮采的方式。在开采初期以渠采为主同时进行井采工业性试验，随着水位下降，中后期以井采为主;在开采的同时，补 11 充外围淡卤水，力求形成平面上三个采卤区轮采、垂向上井渠结合的采补平衡体系。察尔汗盐湖钾镁盐矿床固液并存、相互转化，矿体埋藏深、分布广，卤水矿层具有多变性与不稳定性，含水层结构具有不均一性，采卤设施具有结盐性，开采具有疏干性、补给滞后性，因此采区总体布局应兼顾矿床本身特征、开采设施设备特性和它们的动态变化，正确处理好它们与生产规模之间的关系。12