李文学 赵亮亮 马宝成

国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司矿产资源部，新疆 哈密 839000

罗布泊盐湖地下含钾卤水动态特征及其影响因素研究

李文学*赵亮亮 马宝成

国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司矿产资源部，新疆 哈密 839000

在对矿区内的地下水进行全面监测的基础上，利用罗北凹地钾盐矿区近十年来地下水水文观测资料, 结合钾盐矿区水文地质条件, 分析罗北凹地钾盐年矿区地下水水位变化的动态特征及成因，对区内多年的地下水动态特征进行了综合分析研究，研究显示了罗北凹地钾盐矿区地下水位动态变化主要受人工开采、气象、水文等因素的影响。

盐湖 含钾卤水 地下与水动态 影响因素 罗布泊

罗布泊干盐湖位于诺羌县东北 150km，罗布泊干盐湖钾盐矿床为一现代内陆盐湖矿床，属于固、液相矿并存共生，以液体钾盐为主的综合性大型—超大型矿床【1～3】。

罗布泊干盐湖地下存在多层含钾卤水（已发现有7层含钾卤水），第一层为潜卤水，下部6层为承压卤水。目前生产开采对象主要为埋藏较浅且易于开采的潜卤水及承压卤水层中的弹性释水，年均开采量约26000万m3卤水，远大于罗布泊矿区周边一年的补给量6712.12万m3，导致了一系列问题，特别是地下水量减少迅速、水质变化矿山服务年限减少等问题，受到国投罗钾公司上下的普遍关注，在提倡可持续发展的今天，掌握罗北凹地钾盐矿区地下含钾卤水动态特征，长期有效合理的利用地下卤水资源已成为当务之急。

1 罗北凹地钾盐矿矿床地质特征

罗北凹地钾盐矿矿区出露和已揭露的地层为第四系湖泊化学盐类和碎屑沉积，根据地层出露特征和接触关系，将矿区第四系地层（Q）分为中更新统、上更新统和全新统。

（1）中更新统龙城组（Q2ch）

罗北矿区地表仅见于东部、西部和北部，腾龙矿区大面积分布于大部分的地段，出露于地表，属中更新世晚期沉积。揭露最大厚度159 m，与上覆地层上更新统罗北组为角度不整合接触，在台地上清晰可见。本组以湖泊化学沉积为主，钙芒硝层和粘土层有规律的交替重复出现，反映出中更新世以盐湖相化学沉积和湖相碎屑沉积有规律的形成为特征。

（2）上更新统罗北组（Q3ch）

罗北矿区不连续零星分布于雅丹残丘的顶部，腾龙矿区分布在东部偏北地段以及中更新统龙城组雅丹残丘的顶部，属上更新世早期沉积。厚69～110m，分布较稳定，由南向北厚度增大，以钙芒硝、粘土沉积为主，上部夹有石膏、石盐和淤泥等沉积，其与上覆地层全新统新湖组为整合接触。

（3）全新统新湖组（Q4ch）

出露于地表，分布于整个罗北干盐湖区、腾龙台地南部及东部以及西部雅丹间部分地段，包括化学沉积层风积层和洪积层三部分。该地层为矿区的标志层，上部为含粉砂的石盐层，该地层是主要的含矿地层【4～5】。

罗布泊干盐湖地下存在多层含钾卤水矿床（已发现有7层含钾卤水），第一层为潜卤水，下部 6层为承压卤水，其中承压卤水所包含的钾资源量占罗布泊干盐湖中钾资源总量的 65%以上，潜卤层卤水的w(KCl)在0.92%～1.83%之间，平均1.52%，承压层卤水w(KCl)为1.40% ，卤水水化学类型属硫酸镁亚型【6～7】。

2 罗北凹地钾盐矿矿区地下含钾卤水动态特征

图1 2015年zk1002观测孔水位动态变化曲线图Fig.1 Water level change curve of the zk1002 observation hole，2015

罗北凹地是含钾卤水的主要开采区域，开采区地下水年动态受多种因素影响，呈现出不同的变化态势，各种影响中，尤其以季节性人工开采影响最为明显，地下水水位变化表现为典型的开采动态性【8～9】。

本区域地下水水位受本区域气候、开采的影响，罗布泊地区降雨量时空分布极不均匀，年降水量仅 15～30mm之间，该地区降雨主要集中在7～8月，其中7月份降水最大，最大可达18.2mm，其它月份普遍较少。对照矿区2015年1月至12月罗北矿区典型观测孔（zk1002、zk2002）采卤时间与年内地下水的动态曲线可以看出（图1、图2）；年内罗北采区地下水水位受开采、降雨及渗漏的影响具有明显的上升与下降阶段。11月至次年 2月泵站停止抽取地下卤水，采区受腾龙矿区、新庆矿区及北山地下裂隙水等周边地下水的侧向补给，罗北矿区地下卤水水位处于缓慢上升，2月底达到年内最高水位。3～5月份受采卤量加大的影响，罗北采区地下水得不到有效的补给，采区水位持续下降。7月份雨季开始后，采区地下水得到降雨补给及输卤渠渗漏的影响，采区地下水水位下降幅度变小或者有的观测孔水位还有上升的趋势，雨季结束后，受国投罗钾公司开始在开采区采取卤水的影响，水位持续下降，到了11月中旬采区地下水水位达到年度开采期的最低值，11月底至来年2月份3个月罗北矿区的平均水位上升了6～8 cm，水位恢复至次年水位的最高值，采区水位恢复缓慢，说明周边侧向地下水补给量不大，矿区地下水水位主要受人工开采的影响矿区地下水水位总的趋势是呈阶梯状下降的。

图2 2015年zk2002观测孔水位动态变化曲线图Fig.2 Water level change curve of the zk2002 observation hole，2015

3 矿区地下含钾卤水水化学变化特征

我们只对钾离子的变化趋势做描述。从2015年 1～12月罗北矿区典型观测孔钾离子含量变化图可以看出（图 3），钾离子含量变化较为明显。一般在11月至来年的5月份，其钾离子含量相对较高，平均值为 0.75%。7～9月份钾离子含量较低，平均值为0.66%。主要原因是7～9月是罗布泊地区的雨季，由于淡水的大量补充使得卤水中钾离子得到了稀释，降低了卤水中钾离子含量。

图3 2015年1～12月罗北矿区典型观测孔钾离子含量变化图Fig3 The curve of potassium ion content of typical observation hole in the Luobei mine area，from January to December 2015

4 罗北凹地钾盐矿区地下含钾卤水动态影响因素的分析

4.1 矿区地下水开采及补给对钾盐矿区地下水动态的影响

区内地下水系统排泄条件主要受地形地貌、地层岩性结构诸因素约束。就罗北凹地钾盐矿区而言，地形和地层岩性结构是控制地下水径流排泄条件的局部因素，具有补给、径流和排泄同时进行的特点。随人工开采量的不断加大，势必导致罗北凹地的地下水位下降，蒸发量相对减少，人工开采将成为主要的排泄途径。

4.1.1 大气降水、凝结水及北部洪流对矿区的补给经过计算，2015年度北部边界洪流对罗北凹地钾盐矿区的补给量167.48万m3，大气降水对罗北凹地钾盐矿区的补给量约 622.17万 m3，罗布泊周边凝结水对罗北凹地钾盐矿区的补给量约 616.80万m3，总计1406.45万m3。

4.1.2 周边矿区对矿区的补给

（1）新庆矿区地下水对罗北凹地钾盐矿区的补给

根据2011年完成的《新疆若羌县新庆台地钾盐矿详查》报告，新庆台地无浅层卤水分布，深层承压卤水 WX2、WX3卤水矿层经东部边界排泄至罗北凹地。根据2015年新庆台地长观资料，受罗北凹地采卤影响，新庆台地两层卤水矿层水位均有不同程度的降低，WX2平均将 0.217m，WX3平均降 0.805m。经过计算：新庆台地 2015年度Wx2层弹性释水减少的K2SO4资源量为 24.65kt，Wx3层弹性释水减少的K2SO4资源量为 64.61kt，合计为89.26kt，折合为KCl资源量为76.38kt，折合卤水给水度资源量为373.50万m3。

（2）腾龙矿区地下水对罗北凹地钾盐矿区的补给

根据2009年完成的《新疆若羌县腾龙台地钾盐矿详查》报告，腾龙台地北部WT1矿层卤水经西部边界ZK0406—ZK0604—带排泄至罗北凹地；腾龙台地南部WT2、WT3矿层卤水沿ZK0204—ZK0707排泄至罗北凹地（腾龙水位高于罗北水位）。根据本次观测，腾龙台地 WT1、WT2、WT3矿层卤水水位均有不同程度的降低，WT1矿层水位平均降低0.99m，WT2矿层水位平均降低0.183m，WT3矿层水位平均降低0.258m。

腾龙台地WT1矿层2015年度减少的卤水孔隙度资源总量为9221.87万m3，卤水给水度资源总量为 4719.70万 m3。南部承压卤水 WT2、WT3矿层释放的K2SO4弹性储存量（给水度）为50.78kt，折合 KCl为 43.45kt，折合卤水给水度资源量为212.47万m3，合计腾龙台地减少卤水给水度资源总量4932.17万m3。

通过对均衡域内地下水的补、径、排条件的分析结果，均衡域内的补给项包括大气降水入渗补给（Q降）、凝结水补给（Q凝）、边界的侧向径流补给（Q侧补）和北部山区降雨洪流补给（Q洪）；排泄项包括潜水面蒸发（Q蒸）和近期人工开采。建立 2014.12～2015.12年均衡域内地下水水量均衡方程，均衡方程为：

△Q＝∑Q补－∑Q排

∑Q补＝Q降＋Q凝＋Q侧补＋Q洪

∑Q排＝Q蒸＋Q开

式中：

△Q―均衡期始末贮存量的变化量（104m3/a）；

∑Q补―地下水总补给量（104m3/a）；

∑Q排―地下水总排泄量（104m3/a）；

Q降―大气降水入渗补给量（104m3/a）；

Q凝―凝结水补给量（104m3/a）；

Q侧补―侧向径流补给量（104m3/a）；

Q蒸―潜水蒸发量（104m3/a）；

Q开―人工开采量（104m3/a）；

罗北凹地钾盐矿区地下水水位都在2m以下，潜水蒸发可以不予考虑。

据统计：2015年罗北凹地钾盐矿区抽卤量为29603.02万m3；据计算2015年周边矿区补给量加上大气降水、凝结水及北部洪流对矿区的补给合计补给量为6712.12万m3，两者之间相差22890.9万m3，每年的地下卤水的抽取量大于补给量，导致罗北凹地钾盐矿区地下水水位持续下降。

4.2 输卤渠渗漏及降雨补给对钾盐矿区地下水动态的影响

据2015年罗中气象站监测：罗北凹地钾盐矿区气候炎热干燥，昼夜温差大，降水稀少，蒸发强烈，属典型的大陆性干旱气候。2015年降水量仅31.9mm，一般6～8月份为雨期，其中7月份降水最大，可达18.2mm；6～8月份为高温季节，月平均气温29.2℃，7～8月份为全年最热的月份，最高温度46.0℃，月平均气温31.3℃。

罗北矿区7～8月份随着气温升高及雨季的到来，采区地下水得到雨水的补给导致卤水中钾离子含量降低，据计算：2015年大气降水对罗北凹地钾盐矿区的补给量约622.17万m3。以及由于气温升高导致卤水温度也随之升高，提高了卤水的溶解度，溶解了渠底裂隙中的易溶盐类，使得渠底隔水层被破坏，导致输卤渠渗漏量严重。据原料厂统计：2015年8月1、2、3、4、5、6号输卤渠共采集地下卤水4537.78万m3，1号输卤泵站紧送出卤水 2272.6万 m3,我们可以计算出输卤渠渗漏量为2265.32万m3，占总采卤量的49.91%，输卤渠渗漏十分严重的。

7～8月，罗北凹地钾盐矿区由于受到大气降雨补给及输卤渠渗漏量严重的影响，导致矿区地下水水位下降速度减缓或者部分区域水位还有上升现象的发生（图1、图2）。

总之罗北采区卤水受开采周期、季节的影响，地下水水位表现为典型的开采动态型；每年11月中旬至次年 2月泵站停止抽取地下卤水，采区受腾龙矿区、新庆矿区及北山地下裂隙水等周边地下水的侧向补给，罗北矿区地下卤水水位处于缓慢上升的趋势，次年2月底达到年内最高水位；3～6月份受持续抽取地下卤水的影响，地下水水位持续下降；到了 7月份雨季，地下水有所补充及输卤渠渗漏的影响，地下水水位下降幅度变小或者还有所上升现象的发生；8～11月份持续大规模采取地下卤水，开采区地下卤水水位又持续下降，到采卤期结束开采区地下水水位停止下降，根据计算年平均罗北凹地钾盐矿区采区地下卤水水位平均下降0.735m左右。

5 结论与建议

5.1 结论

（1）罗北凹地钾盐矿区地下水水位受季节性人工开采影响最为明显，地下水水位变化表现为典型的开采动态型。

（2）由于受到降雨补给及周边山区洪流补给的影响，7～8月矿区地下卤水钾离子含量有所降低，这可能是由于淡水的大量补充使得卤水中钾离子得到了稀释，降低了卤水中钾离子含量。

（3）受到 7～8月气温升高的影响，卤水温度也随之升高，提高了卤水的溶解度，溶解了渠底裂隙中的易溶盐类，使得渠底隔水层被破坏，输卤渠渗漏量增大，导致矿区地下水水位下降速度减缓或者有的区域水位还有上升现象的发生。

（4）罗北凹地钾盐矿区矿区年度采卤量远大于盐湖周边补给量，导致罗北凹地钾盐矿区地下水水位持续下降。

5.2 建议

根据 2006年新疆第二水文地质大队所做的（新疆若羌县罗北凹地钾盐矿详查）报告，开采区域W1层平均厚度17.88m，潜水所包含的钾资源量占罗布泊干盐湖中钾资源总量的 35%左右，承压卤水的贮存介质为结晶盐层或粗碎屑层的孔隙或溶隙，成层分布，各层之间为细粒碎屑沉积层分隔包围，相对独立封闭，疏干采出难度较大。目前生产开采对象主要为埋藏较浅且易于开采的潜卤水及承压卤水层中的弹性释水，按照目前罗北矿区年平均开采量26000万m3开采量计算，矿区的服务年限约为20年左右，现在已经开采了8年。国投罗钾公司扩能改造项目要完工后，预计硫酸钾产量将要达到160万t，矿区卤水消耗量将进一步增大，加速了罗北矿区平均水位的下降，矿区的服务年限预计也只有 8年左右，因此合理的开发和使用地下卤水资源延长矿区的服务年限成了当今的主要课题。

针对年度矿区地下水抽取量大于盐湖周边补给量，导致矿区地下水水位快速下降，矿区地下卤水储量快速减少的情况下，建议采取如下措施：

（1）进一步加强W2、W3、W4承压卤水的研究工作。

承压卤水所包含的钾资源量占罗布泊干盐湖中钾资源总量的65%，承压卤水的贮存介质为结晶盐层或粗碎屑层的孔隙或溶隙，成层分布，各层之间被细粒碎屑沉积层分隔包围，相对独立封闭，疏干采出难度较大。为了找出从承压含水层中大量采取地下卤水的办法，我部门2013年7月至2014年6月，实现深部含钾承压卤水资源大规模有效采出，在1号渠五号泵站附近做了罗布泊（W2、W3、W4）深部卤水疏干采卤抽水试验，通过试验，我们发现在同一区域、同一承压含水层通过抽水试验求得水文参数比前期罗布泊矿区资源详查时所取得的数据大了十几个数量级。为了确认这种现象是否具有普遍性，我们准备扩大试验规模及试验区域，寻找出在减少工程投入、降低生产成本的条件下的最佳深部承压卤水开采布井方式，以达到提高资源利用率，并实现大规模生产性开采，以延长矿区的服务年限。

（2）做好低品位固体钾盐矿的开发利用工作。

在液体钾资源储量越来越少的情况下，为了公司的生存，我们必须做好低品位固体钾盐矿的开发利用工作。我们发现罗布泊固体钾盐矿具有埋藏浅【10～12】、储量大、易于开采的特点。

1 新疆地矿局第二水文地质大队. 新疆若羌县罗北凹地钾盐矿详查报告[R]. 昌吉：新疆地矿局第二水文地质大队，2006

2 新疆地勘局第三地质大队. 新疆若羌县罗布泊地区钾盐资源调查地质报告[R]. 库尔勒市：新疆地质局第三地质大队，1989

3 王弭力，等. 罗布泊盐湖钾盐资源，北京：地质出版社. 2001

4 孟祥贵，焦鹏程，刘成林，等. 罗布泊盐湖盆地结构新发现及找钾意义[J]. 矿床地质，2010，29（4）：609～615

5 王弭力，刘成林，杨智琛，等. 罗布泊罗北凹地特大型钾矿床特征及其成因初探[J]. 地质论评，1997，43（3）：249

6 王弭力，刘成林，焦鹏程，等. 罗布泊盐湖钾盐矿床调查科研进展与开发现状[J]. 地质论评，2006，（6）：757～764

7 刘成林，焦鹏程，陈永志，王弭力. 罗布泊断陷带内形成富钾卤水机理研究[J]. 矿床地质，2010，29（4）：602～608

8 焦鹏程，刘成林，王弭力，等. 罗布泊盐湖晶间卤水运动特征及其动力学分析[J]. 地球学报，2003，24（3）：255～260

9 李文学. 新疆若羌县罗北矿区地下卤水位动态特征分析及其趋势预测[J]. 华东科技（学术版），2016（7）：342～343

10 焦鹏程，颜辉，刘成林，等. 罗布泊盐湖深部钾盐找矿新进展[J]. 矿床地质，2012，3（增刊）：473～474

11 李文学. 罗布泊低品位光卤石矿分布特点及其找矿规律探讨化工矿产地质，2016，（2）：38～02

12 焦鹏程，刘成林，颜辉，等. 新疆罗布泊盐湖深部钾盐找矿新进展. 地质学报，2014，88（6）：1011～1023

Study on dynamic characteristics and influencing factors of potassium brine in Lop Nor salt lake

Li Wenxue Zhao Liangliang Ma Baocheng
Department of Mineral Resources, SDIC Xinjiang Luobupo Potash Co.,Ltd.Hami, Xinjiang 839000, China

Based on the comprehensive monitoring of the groundwater in the mining area, The paperanalyzed the dynamic characteristics and causes of the groundwater level changes in the potash mining area of the Luobei depression,which is by using groundwater hydrological observation data in recent ten years and combining the hydrogeological conditions of the Luobei potash mining area.On the other, comprehensive researches on the dynamic characteristics of groundwater in the area for many years conduct an conclusion that the dynamic changes of groundwater level in the Luobei depression area are mainly affected by artificial mining,meteorological and hydrological factors.

salt lake,potassium-bearing brine,groundwater regime,influence factor,Lop Nor

P619.211

A

1006–5296（2017）03–0163–05

* 第一作者简介：李文学（1965～），男，主要从事盐湖地质及盐湖钾资源开发研究工作，工程师

2017-08-15；改回日期：2017-08-23