西藏阿里結(jié)則茶卡湖西隔水層的賦存狀態(tài)及滲透性研究

辜順平

摘要：西藏阿里結(jié)則茶卡湖西的5個(gè)地塊中，地層為第四系全新統(tǒng)湖積（Q4l）、沖洪積（Q4al+pl）、上更新統(tǒng)湖積（Q3l）。粘性土層在其中4個(gè)地塊的大部分范圍有分布，而在2#干湖僅呈局部分布，在1#干湖分布面積為2.11km2，在3#干湖為4.17km2，在4#河灘為2.40km2，在5#湖灘為14.40km2。各地塊粘性土分布面積與各地塊面積之比分別為：1#干湖76.7%、3#干湖83.4%、4#河灘71.9%、5#湖灘72.0%。顆粒分析試驗(yàn)可知，土樣中粒徑小于0.075的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的91.9﹪～98.3﹪，粘粒（<0.005）含量為25.8﹪～31.1﹪，粉粒以上粒組僅有細(xì)砂粒，含量?jī)H占1.7﹪～8.1﹪。研究區(qū)各地塊粘性土的滲透系數(shù)K在8.14×10-8～3.52×10-7cm/s之間，可確定粘性土屬于極微透水層。其賦存狀態(tài)和滲透特性表明，粘性土層可選作泥田防滲隔水層。

關(guān)鍵詞：隔水層；賦存狀態(tài)；顆粒分析；變水頭滲透試驗(yàn)；結(jié)則茶卡

1. 問(wèn)題的提出及研究意義

結(jié)則茶卡鹽湖礦床位于西藏阿里地區(qū)日土縣東汝鄉(xiāng)，是以鉀、鋰、硼等多種有價(jià)元素共存的中度碳酸鹽型鹽湖鹵水礦床，擬采用重疊兌鹵+晾曬工藝開(kāi)發(fā)鹽湖液體礦產(chǎn)資源，產(chǎn)品方案為堿式碳酸鎂0.75×104t/a、硼砂0.2×104t/a、70%碳酸鋰0.74×104t/a。[1]為滿足晾曬工藝要求，計(jì)劃在結(jié)則茶卡湖西階地上修建鹽田12km2。鹽田可選擇采用膜田或泥田兩種建設(shè)方案。膜田方案需采用大量的人造防滲膜，其使用年限短、成本高及環(huán)保效益差的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)。在生態(tài)環(huán)境異常脆弱的藏北高原，在我國(guó)堅(jiān)持綠色發(fā)展的大背景下，泥田方案因具有既經(jīng)濟(jì)、又環(huán)保的特點(diǎn)，自然成為優(yōu)先選擇。[2]而泥田建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題，是鹽田地表下要有阻擋鹵水下滲流失的“隔水層”。由于歷史和地理的原因，結(jié)則茶卡地區(qū)前人工作程度較低，僅做過(guò)零星的地質(zhì)工作。[3]因此，采用工程地質(zhì)手段，開(kāi)展結(jié)則茶卡西側(cè)階地隔水層賦存狀態(tài)及其滲透性的研究，對(duì)綠色開(kāi)發(fā)利用鹽湖資源，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義。

2. 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

日土縣地處高原溫帶季風(fēng)干旱氣候區(qū)，具有氣壓低、輻射強(qiáng)、寒冷干燥、降水稀少等特點(diǎn)。最冷月（出現(xiàn)在1月）平均氣溫-22.1℃，最熱月（出現(xiàn)在7月）平均氣溫13.6℃，5月～9月平均氣溫大于0℃，10月～次年4月平均氣溫在0℃以下，無(wú)霜期95天。年日照時(shí)數(shù)高達(dá)3575.3小時(shí)，日照百分率76%，年均降水量73.4mm，年蒸發(fā)量2281.3mm（20cm蒸發(fā)皿）。最大凍土深度1.3m。

結(jié)則茶卡湖盆范圍地表水形式包括有湖泊、河流等。結(jié)則茶卡為常年性積水湖泊，鹽湖四周發(fā)育眾多的河流沖溝，多數(shù)為季節(jié)性沖溝，少數(shù)溪溝長(zhǎng)期有水流，水量約在2m3/s～5m3/s，水源補(bǔ)給主要為大氣降水。

日土縣地貌類型屬藏北臺(tái)原地貌，喀喇昆侖山和岡底斯山支脈橫穿全境。結(jié)則茶卡鹽湖地貌為典型的湖盆谷地地貌，湖面海拔約在4524m，其東、南、西三側(cè)為海拔超過(guò)5000m的極高山；北西側(cè)為較開(kāi)闊的山間谷（盆）地，地勢(shì)較平坦，從鹽湖外圍開(kāi)始呈套環(huán)狀依次向外，可劃分出六級(jí)階地，對(duì)應(yīng)海拔4545m至4691m。[4]

鹽湖地區(qū)出露地層有第四系、第三系康托組、中侏羅統(tǒng)雁石坪群、上三疊統(tǒng)肖茶卡群、下二疊統(tǒng)魯谷組、石炭二疊系霍爾巴錯(cuò)群。

研究區(qū)位于班公湖——怒江結(jié)合帶與金沙江——拉竹龍結(jié)合帶之間，阿爾金斷裂帶由北東向南西斜跨全區(qū)，結(jié)則茶卡——雙湖斷裂構(gòu)造帶發(fā)育于區(qū)內(nèi)中部、阿爾金斷裂帶以東。[5]

湖西地下水主要為賦存于第四系松散巖類孔隙水，含水介質(zhì)主要為礫砂、細(xì)砂、粉土等沖洪積物。

3. 粘性土隔水層的賦存狀態(tài)

3.1 粘性土層的分布

本次研究針對(duì)結(jié)則茶卡西側(cè)湖成階地上的5個(gè)地塊展開(kāi)，包括：3個(gè)干湖（編號(hào)1#～3#）、1個(gè)河灘（編號(hào)4#）及1個(gè)湖灘（編號(hào)5#）。勘探表明，研究區(qū)地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)湖積（Q4l）、沖洪積（Q4al+pl）、上更新統(tǒng)湖積（Q3l）成因的粉質(zhì)粘土、淤泥、粉土、細(xì)砂、礫砂、凍土層，其中預(yù)選可作隔水層的主要為粉質(zhì)粘土。該粘性土層在5個(gè)地塊中的均有揭露但分布不均，在其中4個(gè)地塊的大部分范圍有分布，而在2#干湖僅呈局部分布（見(jiàn)圖1）。在1#干湖分布面積為2.11km2，在3#干湖為4.17km2，在4#河灘為2.40km2，在5#湖灘為14.40km2。各地塊粘性土分布面積與各地塊面積之比分別為：1#干湖76.7%、3#干湖83.4%、4#河灘71.9%、5#湖灘72.0%。

粘性土層分布區(qū)與地貌的關(guān)系是：1#干湖高程4584.17m～4590.05m、2#干湖高程4548.96m～4560.31m，屬于1級(jí)階地；3#干湖高程4691.55m～4700.03m，屬于6級(jí)階地；4#河灘高程4588.30m～4625.74m，呈南北向展布，北半部屬于2級(jí)階地，南半部屬于1級(jí)階地；5#湖灘高程4528.14m～4582.71m，大致呈東西向展布，東半部為結(jié)則茶卡湖漫灘，西半部則屬于1級(jí)階地。

3.2 粘性土層的埋深和厚度

工程地質(zhì)勘探資料反映，粘性土層在各地塊的埋深和厚度變化不均（見(jiàn)表1）。從經(jīng)濟(jì)性考慮，建設(shè)泥田更在意隔水層的埋深，從表1可知，1#干湖、3#干湖及4#河灘的粘性土層埋深變化相對(duì)較小，平均埋深也較小，且在空間上呈層狀分布，有利于選作泥田晾曬場(chǎng)地。

4. 粘性土層的滲透性

4.1 粘性土的顆粒組成

為研究粘性土層的顆粒級(jí)配，在研究區(qū)各地塊對(duì)粘性土取樣進(jìn)行了室內(nèi)顆粒分析試驗(yàn)，其成果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。從表中可知，土樣中粒徑小于0.075的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的91.9﹪～98.3﹪，粘粒（<0.005）含量為25.8﹪～31.1﹪，粉粒以上粒組僅有細(xì)砂粒，含量?jī)H占1.7﹪～8.1﹪。試驗(yàn)結(jié)果表明，土的粒組中粗粒含量很低，且無(wú)中砂以上顆粒，土的滲透能力應(yīng)該較弱。

4.2 粘性土層的滲透系數(shù)

為研究結(jié)則茶卡湖西地區(qū)隔水層的滲透性，在研究區(qū)5個(gè)地塊內(nèi)取粘性土樣，進(jìn)行室內(nèi)滲透試驗(yàn)。方法采用適宜細(xì)粒土的變水頭滲透試驗(yàn)，試驗(yàn)所用純水經(jīng)脫氣處理，得到試驗(yàn)水溫下的滲透系數(shù)后，再根據(jù)不同溫度下土的動(dòng)力粘滯系數(shù)，計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果為：1#干湖粘性土滲透系數(shù)K為8.14×10-8cm/s～3.52×10-7cm/s，2#干湖為2.21×10-7cm/s～3.17×10-7cm/s，3#干湖為1.04×10-7cm/s～3.17×10-7cm/s，4#河灘為8.56×10-8cm/s～1.02×10-7cm/s，5#湖灘為0.96×10-7cm/s～3.36×10-7cm/s。

各地塊試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化均未超出一個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明各地塊粘性土的滲透特性比較均一，這可能間接反映了不同階地的沉積環(huán)境具有相似性。

4.3 粘性土層的滲透性評(píng)價(jià)

參照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-2008）之〈附錄F巖土體滲透性分級(jí)〉標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)滲透系數(shù)K<10-6cm/s，巖土體滲透性等級(jí)為極微透水。研究區(qū)各地塊粘性土的滲透系數(shù)K在8.14×10-8cm/s～3.52×10-7cm/s之間，即K<10-6cm/s，故可確定粘性土屬于極微透水層。這為結(jié)則茶卡湖西地區(qū)選擇粘性土層作泥田防滲隔水層，提供了定量依據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

（1）結(jié)則茶卡湖西階地的1#干湖、2#干湖、3#干湖、4#河灘、5#湖灘所賦存的粘性土層，除在2#干湖呈局部分布以外，在其余4個(gè)地塊呈大面積成片分布，已探明的分布區(qū)總面積超過(guò)23km2，這為重疊兌鹵晾曬場(chǎng)地選擇，提供了天然的地形地質(zhì)條件。

（2）對(duì)結(jié)則茶卡湖西階地上粘性土的顆粒分析和滲透試驗(yàn)表明，土的粒度成分對(duì)土體防滲有利，土的滲透系數(shù)K<10-6cm/s，粘性土屬于極微透水層，可以選作泥田防滲隔水層。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郝勇，張啟海，李廣漢，朱成財(cái).西藏結(jié)則茶卡和龍木錯(cuò)鹽湖鹵水協(xié)同提鋰研究[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè).2013，45（6）：27-29.

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