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        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

        2016-10-18 07:11:00辜順平
        西部資源 2016年4期

        辜順平

        摘要:西藏阿里結(jié)則茶卡湖西的5個地塊中,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砂粒,含量僅占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。

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

        1. 問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)保效益差的缺點顯而易見。在生態(tài)環(huán)境異常脆弱的藏北高原,在我國堅持綠色發(fā)展的大背景下,泥田方案因具有既經(jīng)濟、又環(huán)保的特點,自然成為優(yōu)先選擇。[2]而泥田建設的關鍵問題,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,僅做過零星的地質(zhì)工作。[3]因此,采用工程地質(zhì)手段,開展結(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,對綠色開發(fā)利用鹽湖資源,具有重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟意義。

        2. 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境概況

        日土縣地處高原溫帶季風干旱氣候區(qū),具有氣壓低、輻射強、寒冷干燥、降水稀少等特點。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,無霜期95天。年日照時數(shù)高達3575.3小時,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)溪溝長期有水流,水量約在2m3/s~5m3/s,水源補給主要為大氣降水。

        日土縣地貌類型屬藏北臺原地貌,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5000m的極高山;北西側(cè)為較開闊的山間谷(盆)地,地勢較平坦,從鹽湖外圍開始呈套環(huán)狀依次向外,可劃分出六級階地,對應海拔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

        本次研究針對結(jié)則茶卡西側(cè)湖成階地上的5個地塊展開,包括:3個干湖(編號1#~3#)、1個河灘(編號4#)及1個湖灘(編號5#)??碧奖砻?,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、細砂、礫砂、凍土層,其中預選可作隔水層的主要為粉質(zhì)粘土。該粘性土層在5個地塊中的均有揭露但分布不均,在其中4個地塊的大部分范圍有分布,而在2#干湖僅呈局部分布(見圖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)與地貌的關系是:1#干湖高程4584.17m~4590.05m、2#干湖高程4548.96m~4560.31m,屬于1級階地;3#干湖高程4691.55m~4700.03m,屬于6級階地;4#河灘高程4588.30m~4625.74m,呈南北向展布,北半部屬于2級階地,南半部屬于1級階地;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(見表1)。從經(jīng)濟性考慮,建設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配,在研究區(qū)各地塊對粘性土取樣進行了室內(nèi)顆粒分析試驗,其成果統(tǒng)計見表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砂粒,含量僅占1.7﹪~8.1﹪。試驗結(jié)果表明,土的粒組中粗粒含量很低,且無中砂以上顆粒,土的滲透能力應該較弱。

        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個地塊內(nèi)取粘性土樣,進行室內(nèi)滲透試驗。方法采用適宜細粒土的變水頭滲透試驗,試驗所用純水經(jīng)脫氣處理,得到試驗水溫下的滲透系數(shù)后,再根據(jù)不同溫度下土的動力粘滯系數(shù),計算得到標準溫度下的滲透系數(shù)。試驗結(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。

        各地塊試驗數(shù)據(jù)的變化均未超出一個數(shù)量級,說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價

        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〉標準,當滲透系數(shù)K<10-6cm/s,巖土體滲透性等級為極微透水。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

        (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個地塊呈大面積成片分布,已探明的分布區(qū)總面積超過23km2,這為重疊兌鹵晾曬場地選擇,提供了天然的地形地質(zhì)條件。

        (2)對結(jié)則茶卡湖西階地上粘性土的顆粒分析和滲透試驗表明,土的粒度成分對土體防滲有利,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:

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

        [2] 張憲洲,成升魁,余成群,等.構(gòu)建藏北高原生態(tài)安全屏障對策初探[C].中國西部科技進步與經(jīng)濟社會發(fā)展專家論壇專輯(十).2009:59-61.

        [3] 楊俊峰,崔霄峰,盧書煒,等.藏西北結(jié)則茶卡湖晚更新世以來演化及氣候環(huán)境[J].新疆地質(zhì).2005,23(1):59-63.

        [4] 楊俊峰,王躍峰,趙虹,等.西藏結(jié)則茶卡湖岸淺井記錄及湖泊演化[J].湖泊科學.2008,20(1):83-87.

        [5] 潘桂棠,李興振,王立全,等.青藏高原及鄰區(qū)大地構(gòu)造單元初步劃分[J].地質(zhì)通報.2002,21(11):701-707.

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