一种深层地下卤水资源量的分类方法
【专利说明】
1.
技术领域
[0001]本发明涉及一种深层地下卤水资源量的分类方法，该分类充分考虑了沉积盆地深层地下齒水的特点，可以用来选择不同的评价方法对沉积盆地深层地下齒水各类资源量进行评价计算，属于沉积盆地水文地质技术领域。
2.
【背景技术】
[0002]卤水，是一种高矿化度和富含一些微量组分的液体，可以用于制盐和提取溴、碘、锂、锁、钡、硼、钾、铯、铷等物质。地下水按照矿化度(总溶解固体，TDS)可以分为:矿化度小于lg/L的水为淡水，I?< 10g/L为微咸水，10?< 35g/L为咸水，35?< 150g/L为淡齒水，150?< 330g/L为浓齒水，大于330g/L为饱和齒水，而把矿化度大于等于35g/L的水统称为卤水(周训等，2010)。
[0003]卤水常见的分类是按照埋藏条件的分类，可以分为地表盐湖卤水和地下卤水两大类。地表盐湖卤水分布在一些干旱地区的湖泊中，例如，我国柴达木盆地察尔汗盐湖的达布逊湖水矿化度高达300g/L以上，美国犹他州的大盐湖也分布有大量的盐湖卤水。地下卤水分布于地表以下的岩石或沉积物中，又可以进一步分为浅层地下卤水和深层地下卤水。浅层地下卤水分布在地表以下直至数百米深的沉积物或储卤层中，包括(I)盐湖附近盐类沉积物中的晶间卤水，例如柴达木盆地察尔汗盐湖晶间卤水，(2)海岸带地下卤水，例如山东莱州湾沿岸第四系地下卤水，(3)沉积盆地浅部储卤层中的溶盐卤水和盐泉，它们的共同特点是或多或少地参与自然界的水循环。深层地下卤水是指分布于沉积盆地深部(通常数百米至数千米深)储卤层中的卤水，例如四川盆地中部的深层地下卤水和江汉盆地江陵凹陷的深层地下卤水，其特点是处于深埋、封闭状态，不参与自然界的现代水循环。
[0004]地下卤水按盐分的形成大体上分为同生沉积卤水和溶盐卤水两大类。同生沉积卤水是指大体与沉积物沉积时同时生成并保留下来的地下卤水，包括海相同生沉积卤水和陆相同生沉积卤水。海相同生沉积卤水分布于海相地层中，来源于古海水，又以分布于海相蒸发岩中的卤水为常见，是古海水经过蒸发浓缩在蒸发岩沉积后残留下来的卤水，通常称为蒸发岩卤水。陆相同生沉积卤水分布于陆相地层中，来源于古大气降水。溶盐卤水是指大气起源的淡水入渗到含盐岩系中并溶滤可溶盐分形成的卤水，通常参与现代水循环。深层地下卤水多是同生沉积卤水。
[0005]深层地下卤水具有如下基本特征(周训，2013)。
[0006](I)分布特征
[0007]深层地下卤水多分布于大中型沉积盆地内的沉积物中，包括固结的沉积地层如碳酸盐岩、砂岩和少量火山岩等，以及松散的沉积物如砂、砂砾石等，通常有不透水的沉积地层覆盖在储卤层之上。沉积盆地在构造上处于一个相对稳定的区域，在地形上处于封闭或半封闭的低洼洼地，有利于各类沉积物的沉积和卤水的保存，在不同的地质历史时期出现的干旱、半干旱气候条件有利于高矿化度卤水的形成，处于相对稳定的蒸发、浓缩、变质的还原环境有利于深层卤水的咸化。
[0008](2)埋藏特征
[0009]沉积盆地内不同时代的储卤层受隔水层的分隔而在剖面上多呈储卤层和隔水层近似平行叠置。深层地下卤水处于深埋(地面以下几百米乃至几千米)、封闭和高压(几百个大气压或几十个兆帕)下，一部分钻井揭露储卤层时卤水能自流出地表。
[0010]⑶储集特征
[0011 ] 地下卤水储集在沉积盆地内沉积物的空隙中，碳酸盐岩和碎肩岩是常见的储卤层。储卤层中的空隙既有原生的孔隙，也有次生的裂隙和溶穴，包括微孔隙和微裂隙。孔隙有粒内孔隙、粒间孔隙、晶间孔隙，溶穴有溶孔、溶隙、溶洞等，其中溶孔有粒内溶孔、粒间溶孔、晶间溶孔、针孔状溶孔等。储卤层中众多的微孔隙和微裂隙对地下卤水的储集有着重要的意义。
[0012](4)富集特征
[0013]深层地下卤水在有利的构造部位进一步富集，使得分布于储卤构造内的地下卤水具有实际的开采意义。这是因为在构造部位裂隙相对发育，不仅为地下卤水的富集提供了储存空间，而且也改善和提高了储卤层空隙的连通性。卤水富集的主要构造部位包括:①背斜圈闭范围，背斜构造通常是地下卤水相对富集的部位，构成背斜储卤构造；②断层带，断层在一定宽度和深度范围内产生断裂带，在岩层中形成了隙宽和密度均很大的裂隙带，有利于地下卤水的富集；③背斜与断层交汇带，在背斜构造上发育的断裂带，通常是地下卤水富集的重要地带；④断层与断层交汇带，两组断裂构造的交汇处，裂隙异常发育，常常是地下卤水富集的部位。
[0014](5)水动力特征
[0015]沉积盆地深层地下卤水在天然条件下处于停滞状态，不同储卤层和不同储卤构造之间无水力联系。上覆巨厚的沉积地层的地静压力作用等致使卤水具有很高的测压水头，钻井揭露后多能自流出地表。
[0016](6)水化学和物理特征
[0017]深层地下卤水的矿化度高且变化较大，达35?> 400g/L，通常是海水矿化度的数倍。在阴离子中，Cl是所有地下卤水中最主要的阴离子，SO42在地下卤水中含量很低，HCO3含量更低；在阳离子中，Na+是地下卤水含量最高的阳离子，Ca2+通常是含量位居第二的阳离子，K+、Mg2+含量相对较低。随着卤水矿化度的升高，Na+的相对含量逐渐降低，Ca2+的相对含量逐渐增高，当矿化度达330-350g/L以上时，卤水中阳离子以Ca2+为主，Na +已很少。地下卤水富含多种微量组分(例如Br、1、Sr2+、Ba'B3+、Li+等)。沉积盆地深层地下卤水具有较高的温度，多为30°C -80°C，少数近100°C，密度多达1.025-1.25g/cm3。卤水的颜色以黄色和黑色居多。
[0018](7)形成机理
[0019]深层地下卤水通常为同生沉积水起源，包括海相同生沉积水和陆相同生沉积水起源，前者起源于(古)海水，后者起源于(古)大气水，其年代应与沉积物沉积的时代相当。或者存在不同起源的水的混合。沉积盆地深层高矿化度地下卤水的主要形成机理有①蒸发浓缩作用和②隔膜渗滤作用，也可能存在它们的混合情形。海水在沉积盆地海相蒸发岩沉积过程中残留下来形成的蒸发岩卤水来源于海水，随着海水的蒸发浓缩，残留卤水的矿化度逐渐升高，盐类矿物按照碳酸盐、硫酸盐、氯化物盐类的次序依次沉积并形成蒸发岩，残留的卤水被埋藏封存起来。在缺乏蒸发岩的陆相地层的沉积盆地内也分布有矿化度较高的卤水。隔膜渗滤作用被认为是这种卤水形成的一种机理，即沉积地层中的页岩、泥岩可以起到一种弱透水的地质隔膜作用，使得进水一侧的水的矿化度逐渐升高。
[0020](8)开采动态特征
[0021]地下卤水的开采历史已极其久远，在四川盆地自贡地区凿井采卤的历史可以追索到2000多年前。深层地下卤水的开采动态总体上呈衰减状态。单井卤水开采量不很大，开采时间比较长。如果是自喷井生产卤水，在初期和前期自喷流量比较稳定。长期开采会导致储卤层压力或水头大幅度降低，卤水资源趋于枯竭。虽然卤水的水化学组分在长期的形成和演变过程中是不断变化的，但是在人为开采卤水的数十年至数百年内，其水化学组分和物理特征几乎是不变的。
[0022]深层地下卤水的资源特征可以概括如下。
[0023](I)宝贵性。深层地下卤水是一种高矿化度和富含一些微量组分的液体矿产资源，可以作为制盐和提取溴、碘、锂、锶、钡、硼、钾、铯、铷等物质的工业原料，具有显著的宝贵性。
[0024](2)没有补给资源，不具有可恢复性和可更新性。深层地下卤水由于处于深埋、封闭状态，不参与现代水循环，因此没有补给资源，不能补充恢复，不象大多数浅层地下水那样具有可恢复性和可更新性。
[0025](3)具有较大的储存资源。深层地下卤水由于储卤层的分布空间大而具有较大的储存资源，这是经过漫长的地质演化后保留在储齒层中的，不受现代水循环的影响。储存资源包括弹性储存资源和非弹性储存资源(容积储存资源)。
[0026](4)开采资源由储存资源转化而来。深层地下卤水的开采资源是由储存资源转化而来的，包括部分弹性储存资源，或者部分弹性储存资源和部分非弹性储存资源。
[0027](5)不具有调节性。深层地下卤水资源由于只有储存资源没有补给资源，储存资源起不到调节作用，因而不具有调节性。
[0028](6)衰减性。在开采条件下深层地下卤水的储存资源逐渐减少趋于衰竭。
[0029]另一方面，地下卤水作为一种宝贵资源，其资源量数据是国家和地方政府制定发展规划的重要依据，也是工矿企业进行规划设计、综合开发、吸引资金、建厂投资的可靠依据。由于地下卤水多是在油气勘探时发现的，或者是分布于偏远地区，加上地下卤水分布、运移和富集的复杂性，对地下卤水的勘探研究程度不高，特别是对地下卤水资源量评价和预测方法的研究一直是薄弱环节。地下卤水资源量评价和预测在我国尚无有关规范可循，国内外学者多是参照浅层地下水的计算方法进行计算，或是在浅层地下水的计算方法中针对地下卤水的某些特点进行了改进(Wirojanagud等，1986 ;李慈君等，1992 ;Huang等，2007 ;Herkelrath等2007)，计算结果的可靠性取决于研究区的勘查详细程度。也有不少地方地下卤水的开发是在资源量不清楚的情况下进行的。因此，很有必要开展地下卤水资源量评价和预测方法的研究，以便提高计算结果的精度。
[0030]为了开展深层地下卤水资源量评价工作，除了了解和总结深层地下卤水资源的特征外，还需要对深层地下卤水资源量进行科学分类，以便考虑地下卤水的特点和深层地下卤水资源的特征，根据不同盆地不同储卤构造的研究程度和对地下卤水的认识程度，在深层地下卤水的勘探、开发的不同阶段，运用多种不同的方法，评价不同类型的卤水资源量。3.
【发明内容】
[0031]本发明公开了一种深层地下卤水资源量的分类方法。
[0032]地下水资源的一种分类是将地下水资源分为补给资源、储存资源和可采资源。补给资源和储存资源是地下水系统天然存在的，属于天然资源。补给资源是一个地下水系统在一定时期(通常为一年)内获得的补给量，天然条件下在多年时间里每年获得的补给量与每年的排泄量接近相等。补给资源使地下水系统具有可恢复性和可更新性。储存资源是一个地下水系统内长期积累和保存的水量，取决于地下水系统的分布空间和储水、导水能力。储存资源使存在补给资源的地下水系统具有可调节性。可采资源是在一定的技术经济和环境条件下能够从地下水系统中开采出来的水量。可采资源并不是一个地下水系统独立存在的，而是由补给资源和(或)储存资源转化而来的。
[0033]地下卤水是一种特殊类型的地下水。深层地下水卤水没有补给资源，只有储存资源，其开采资源是由储存资源转化而来的。显然，深层地下卤水的储存资源是天然存在，可以称为天然储存资源量，简称天然资源量。其中在一定的技术经济和环境