單級驅(qū)動溶礦試驗中供鹵渠是否滲漏問題的探討

張 燕，陳明聰

（中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京 100102）

單級驅(qū)動溶礦試驗中供鹵渠是否滲漏問題的探討

張 燕，陳明聰

（中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京 100102）

鉀鹽是農(nóng)用鉀肥的生產(chǎn)原料，是一種重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源。為了最大限度地開采察爾汗鹽湖中的固相鉀鹽資源，2007年在青海省察爾汗鹽湖開展了單級驅(qū)動溶礦試驗，以查明固相鉀鹽資源是否能夠開采。由于在試驗中供鹵渠發(fā)生了嚴(yán)重的結(jié)鹽，鹽層厚度達(dá)5～15cm，致密的鹽層嚴(yán)重影響了渠壁的滲透性。本文通過分析供鹵渠附近的水動力條件，驗證了供鹵渠在結(jié)鹽后雖然滲透性降低，但仍具有補(bǔ)給溶劑的能力。

察爾汗鹽湖；驅(qū)動溶解；鉀礦；滲漏

鉀鹽是農(nóng)用鉀肥的生產(chǎn)原料，我國是一個農(nóng)業(yè)大國，但鉀肥的對外依存度卻高達(dá)70%以上，因此，改進(jìn)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，充分利用現(xiàn)有的鉀礦資源，提高鉀肥的年產(chǎn)量，迫在眉睫。察爾汗鹽湖首采區(qū)的采鹵實踐證明，隨著抽鹵的不斷進(jìn)行，晶間鹵水的水位不斷下降，目前埋深已經(jīng)下降到4～5m，如果繼續(xù)發(fā)展下去，上層的固體鉀礦勢必成為“呆礦”。20世紀(jì)90年代，一些研究者曾對溶解驅(qū)動進(jìn)行了數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗研究[1-7]，并得到了一些重要認(rèn)識。

為了將理論研究投入到實際生產(chǎn)中去，2007年6月在察爾汗鹽湖開展了野外驅(qū)動溶礦試驗。在試驗開展到20～30天時，供鹵渠的渠壁上發(fā)生了結(jié)鹽，厚度約5～15cm，鹽層嚴(yán)重影響了溶劑的下滲。溶劑是否能夠下滲是關(guān)系到試驗成敗的一個重要因素。本文從試驗區(qū)的水動力條件出發(fā)，分析了渠壁在結(jié)鹽后是否仍具有下滲能力。

1 區(qū)域水文地質(zhì)條件

察爾汗鹽湖位于青海省柴達(dá)木盆地中東部新生代沉積區(qū)(見圖1)，南依昆侖山，北靠錫鐵山、阿木尼克山。該區(qū)降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，對地下水的補(bǔ)給基本不起作用。昆侖山前出山口河流徑流量基本上代表了南部山區(qū)補(bǔ)給盆地的水資源量，主要河流有東西格爾木河、拖拉黑河等。河流出山口后，在向下游徑流

過程中于戈壁帶大量滲失補(bǔ)給地下水，地下水向北徑流至扇緣地帶受阻而溢出，形成泉集河，最后補(bǔ)給鹽湖周邊湖泊[9-11]。

圖1 察爾汗鹽湖試驗區(qū)位置示意圖

試驗區(qū)地層中的礦物主要是石鹽，也含有光鹵石、鉀石鹽、石膏、芒硝、水氯鎂石及碎屑沉積物。K+含量在0.07%～6.12%之間，加權(quán)平均含量為0.88%。鹽層中石鹽晶體之間孔隙較均勻、連通性較好，鉆孔巖芯常見蜂窩狀孔隙，鹽層空隙度大者達(dá)15%～35%，水平滲透系數(shù)為390m/d。鹽層富含鹵水，鹵水密度1.23～1.26g/cm3，礦化度337.76～379.19g/L，K+含量可達(dá)14.3g/L，已濃縮演化為石鹽結(jié)晶析出后的飽和鹵水，屬于石鹽水及富鉀石鹽水、富鉀光鹵石水，主要為氯化物型水[12-14]。

2 試驗簡介

研究區(qū)選在澀聶湖與其東北側(cè)的采鹵渠之間。該區(qū)固體鉀礦富集，晶間鹵水現(xiàn)狀埋深4.0～5.5m(見圖2)，具備溶解驅(qū)動開采固體鉀礦的流場條件。澀聶湖湖水具有高鈉低鉀的特征，可作為試驗溶劑。供鹵渠的作用是向地層中補(bǔ)給溶劑，提升供鹵渠處的地下水位，采鹵渠的作用是排泄地下鹵水，降低采鹵渠處的地下水位。通過供鹵渠注入溶劑后改變原來的水動力場，溶劑在向水頭較低處流動的過程中溶解表層鹽層中的鉀礦。

圖2 2007年6月8日試驗區(qū)水位埋深等值線圖

為了較詳細(xì)模擬晶間鹵水的滲流過程及固液轉(zhuǎn)化過程，在模擬范圍內(nèi)共布設(shè)與地下水流向基本平行的4個縱向(北東—南西向)剖面共22個孔位的監(jiān)測孔，用以監(jiān)測渠水的水位與水質(zhì)。其中，S*T*編號的監(jiān)測孔位于供鹵渠和采鹵渠之間，也是需要重點監(jiān)測的區(qū)域，S2W1和S2W2位于采鹵渠的西南側(cè)，用以監(jiān)測試驗區(qū)外的水位變化。試驗開始于2007年6月9日，并同時開始監(jiān)測工作，9月18日結(jié)束，歷時100天。試驗開始前的各監(jiān)測孔水位埋深如表1所示。

表1 2007年6月8日監(jiān)測孔水位埋深

供鹵渠的量測分布有監(jiān)測孔，通過監(jiān)測孔的水位數(shù)據(jù)，可以得到等水位線和水位埋深剖面圖。由于供鹵渠向地層中補(bǔ)給溶劑，會導(dǎo)致從供鹵渠向兩側(cè)，地下水位不斷降低。如果在渠道結(jié)鹽后不存在溶劑的補(bǔ)給，那么地下水位將恢復(fù)到試驗開始前的水平。以S2列為例，試驗開始前，供鹵渠對地下鹵水沒有補(bǔ)給，晶間鹵水水位由高到低依次為S2W2、S2W1、S2T1、S2T2、S2T3、S2T4、S2T5。如果在渠道結(jié)鹽后S2列觀測孔水位與試驗開始前一樣，則說明渠道對地下水沒有了補(bǔ)給，反之，則說明仍有補(bǔ)給。

3 水動力條件分析

圖3 6月8日與6月16日S2剖面水位埋深

圖3 為6月8日(試驗開始前)與6月16日的水位埋深剖面圖，從圖中可以看出，在試驗開始之前，試驗區(qū)的晶間鹵水處于天然狀態(tài)，潛水面比較平滑，這與圖2所反映一致。試驗進(jìn)行至第8天時，供鹵渠中有溶劑補(bǔ)給，且供鹵渠壁的石鹽結(jié)晶孔隙粗大，滲透性良好，潛水面連續(xù)，供鹵渠附近的水位得到了明顯上升。S2列水位埋深數(shù)據(jù)如表2所示。

圖4為7月27日與8月18日供鹵渠結(jié)鹽之后的縱向剖面水位埋深圖，此時，渠道已經(jīng)結(jié)鹽，從圖4中可以看出，S2剖面各監(jiān)測孔的水位與試驗開始前差異很大，總體表現(xiàn)為從供鹵渠向兩側(cè)地下水位不斷降低，這一點可以證明，在渠道結(jié)鹽后，供鹵渠仍可以向地層中補(bǔ)給溶劑。此時的供鹵渠與晶間鹵水潛水面已不再直接連通，而是通過滲漏的方式向下補(bǔ)給。

表2 S2列監(jiān)測孔水位埋深

圖4 供鹵渠結(jié)鹽后S2剖面水位埋深

4 結(jié)論

通過水動力條件分析可以得出，雖然渠壁的結(jié)鹽導(dǎo)致了供鹵渠滲透性的降低，但是供鹵渠仍然具有補(bǔ)給溶劑的能力，補(bǔ)給方式是從供鹵渠向地下鹵水滲漏。

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Discussion on Recharge Problem in A Single Channel Test

ZHANG Yan, CHEN Ming-cong
(Sinoma Geological Engineering Exploration Academy Co., Ltd., Beijing 100102, China)

Potassium is the raw materials of agricultural potash and an important strategic mineral resources. In order to maximize the exploitation of potash resources in the solid phase of Qarhan salt lake, we carried out single channel driving and dissolving test in Qarhan salt lake in 2007 to check whether the solid potassium resources could be mined. Salt precipitated on the recharge channel surface and reduced the permeability of the recharge, the thickness of the precipitated salt could reach 5 to 15cm. By analysis the hydrodynamic conditions of recharge channel area, we believe the recharge channel still could recharge solvent to the strata although the permeability has been reduced.

Qarhan salt lake; dissolving and driving; potassium; permeability

P641.6

A

1007-9386(2015)02-0056-03

2015-01-20