西藏阿里結則茶卡湖西隔水層的賦存狀態及滲透性研究

辜順平

摘要：西藏阿里結則茶卡湖西的5個地塊中，地層為第四系全新統湖積（Q4l）、沖洪積（Q4al+pl）、上更新統湖積（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的顆粒質量占總質量的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﹪。研究區各地塊粘性土的滲透系數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；顆粒分析；變水頭滲透試驗；結則茶卡

1. 問題的提出及研究意義

結則茶卡鹽湖礦床位于西藏阿里地區日土縣東汝鄉，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+晾曬工藝開發鹽湖液體礦產資源，產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、成本高及環保效益差的缺點顯而易見。在生態環境異常脆弱的藏北高原，在我國堅持綠色發展的大背景下，泥田方案因具有既經濟、又環保的特點，自然成為優先選擇。[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，結則茶卡地區前人工作程度較低，僅做過零星的地質工作。[3]因此，采用工程地質手段，開展結則茶卡西側階地隔水層賦存狀態及其滲透性的研究，對綠色開發利用鹽湖資源，具有重要的現實意義和經濟意義。

2. 研究區地質環境概況

日土縣地處高原溫帶季風干旱氣候區，具有氣壓低、輻射強、寒冷干燥、降水稀少等特點。最冷月（出現在1月）平均氣溫-22.1℃，最熱月（出現在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。年日照時數高達3575.3小時，日照百分率76%，年均降水量73.4mm，年蒸發量2281.3mm（20cm蒸發皿）。最大凍土深度1.3m。

結則茶卡湖盆范圍地表水形式包括有湖泊、河流等。結則茶卡為常年性積水湖泊，鹽湖四周發育眾多的河流沖溝，多數為季節性沖溝，少數溪溝長期有水流，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、西三側為海拔超過5000m的極高山；北西側為較開闊的山間谷（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]

鹽湖地區出露地層有第四系、第三系康托組、中侏羅統雁石坪群、上三疊統肖茶卡群、下二疊統魯谷組、石炭二疊系霍爾巴錯群。

研究區位于班公湖——怒江結合帶與金沙江——拉竹龍結合帶之間，阿爾金斷裂帶由北東向南西斜跨全區，結則茶卡——雙湖斷裂構造帶發育于區內中部、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

3.1 粘性土層的分布

本次研究針對結則茶卡西側湖成階地上的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#）。勘探表明，研究區地層巖性主要為第四系全新統湖積（Q4l）、沖洪積（Q4al+pl）、上更新統湖積（Q3l）成因的粉質粘土、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，在研究區各地塊對粘性土取樣進行了室內顆粒分析試驗，其成果統計見表2。從表中可知，土樣中粒徑小于0.075的顆粒質量占總質量的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

為研究結則茶卡湖西地區隔水層的滲透性，在研究區5個地塊內取粘性土樣，進行室內滲透試驗。方法采用適宜細粒土的變水頭滲透試驗，試驗所用純水經脫氣處理，得到試驗水溫下的滲透系數后，再根據不同溫度下土的動力粘滯系數，計算得到標準溫度下的滲透系數。試驗結果為：1#干湖粘性土滲透系數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。

各地塊試驗數據的變化均未超出一個數量級，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《水利水電工程地質勘察規范》（GB50287-2008）之〈附錄F巖土體滲透性分級〉標準，當滲透系數K<10-6cm/s，巖土體滲透性等級為極微透水。研究區各地塊粘性土的滲透系數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。這為結則茶卡湖西地區選擇粘性土層作泥田防滲隔水層，提供了定量依據。

結語

（1）結則茶卡湖西階地的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條件。

（2）對結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.西藏結則茶卡和龍木錯鹽湖鹵水協同提鋰研究[J].無機鹽工業.2013，45（6）：27-29.

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

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

[4] 楊俊峰，王躍峰，趙虹，等.西藏結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.青藏高原及鄰區大地構造單元初步劃分[J].地質通報.2002，21（11）：701-707.