一種深層地下鹵水資源量的分類(lèi)方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
1.
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種深層地下鹵水資源量的分類(lèi)方法，該分類(lèi)充分考慮了沉積盆地深層地下齒水的特點(diǎn)，可以用來(lái)選擇不同的評(píng)價(jià)方法對(duì)沉積盆地深層地下齒水各類(lèi)資源量進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)算，屬于沉積盆地水文地質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域。
2.
【背景技術(shù)】
[0002]鹵水，是一種高礦化度和富含一些微量組分的液體，可以用于制鹽和提取溴、碘、鋰、鎖、鋇、硼、鉀、銫、銣等物質(zhì)。地下水按照礦化度(總?cè)芙夤腆w，TDS)可以分為:礦化度小于lg/L的水為淡水，I?< 10g/L為微咸水，10?< 35g/L為咸水，35?< 150g/L為淡齒水，150?< 330g/L為濃齒水，大于330g/L為飽和齒水，而把礦化度大于等于35g/L的水統(tǒng)稱(chēng)為鹵水(周訓(xùn)等，2010)。
[0003]鹵水常見(jiàn)的分類(lèi)是按照埋藏條件的分類(lèi)，可以分為地表鹽湖鹵水和地下鹵水兩大類(lèi)。地表鹽湖鹵水分布在一些干旱地區(qū)的湖泊中，例如，我國(guó)柴達(dá)木盆地察爾汗鹽湖的達(dá)布遜湖水礦化度高達(dá)300g/L以上，美國(guó)猶他州的大鹽湖也分布有大量的鹽湖鹵水。地下鹵水分布于地表以下的巖石或沉積物中，又可以進(jìn)一步分為淺層地下鹵水和深層地下鹵水。淺層地下鹵水分布在地表以下直至數(shù)百米深的沉積物或儲(chǔ)鹵層中，包括(I)鹽湖附近鹽類(lèi)沉積物中的晶間鹵水，例如柴達(dá)木盆地察爾汗鹽湖晶間鹵水，(2)海岸帶地下鹵水，例如山東萊州灣沿岸第四系地下鹵水，(3)沉積盆地淺部?jī)?chǔ)鹵層中的溶鹽鹵水和鹽泉，它們的共同特點(diǎn)是或多或少地參與自然界的水循環(huán)。深層地下鹵水是指分布于沉積盆地深部(通常數(shù)百米至數(shù)千米深)儲(chǔ)鹵層中的鹵水，例如四川盆地中部的深層地下鹵水和江漢盆地江陵凹陷的深層地下鹵水，其特點(diǎn)是處于深埋、封閉狀態(tài)，不參與自然界的現(xiàn)代水循環(huán)。
[0004]地下鹵水按鹽分的形成大體上分為同生沉積鹵水和溶鹽鹵水兩大類(lèi)。同生沉積鹵水是指大體與沉積物沉積時(shí)同時(shí)生成并保留下來(lái)的地下鹵水，包括海相同生沉積鹵水和陸相同生沉積鹵水。海相同生沉積鹵水分布于海相地層中，來(lái)源于古海水，又以分布于海相蒸發(fā)巖中的鹵水為常見(jiàn)，是古海水經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮在蒸發(fā)巖沉積后殘留下來(lái)的鹵水，通常稱(chēng)為蒸發(fā)巖鹵水。陸相同生沉積鹵水分布于陸相地層中，來(lái)源于古大氣降水。溶鹽鹵水是指大氣起源的淡水入滲到含鹽巖系中并溶濾可溶鹽分形成的鹵水，通常參與現(xiàn)代水循環(huán)。深層地下鹵水多是同生沉積鹵水。
[0005]深層地下鹵水具有如下基本特征(周訓(xùn)，2013)。
[0006](I)分布特征
[0007]深層地下鹵水多分布于大中型沉積盆地內(nèi)的沉積物中，包括固結(jié)的沉積地層如碳酸鹽巖、砂巖和少量火山巖等，以及松散的沉積物如砂、砂礫石等，通常有不透水的沉積地層覆蓋在儲(chǔ)鹵層之上。沉積盆地在構(gòu)造上處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域，在地形上處于封閉或半封閉的低洼洼地，有利于各類(lèi)沉積物的沉積和鹵水的保存，在不同的地質(zhì)歷史時(shí)期出現(xiàn)的干旱、半干旱氣候條件有利于高礦化度鹵水的形成，處于相對(duì)穩(wěn)定的蒸發(fā)、濃縮、變質(zhì)的還原環(huán)境有利于深層鹵水的咸化。
[0008](2)埋藏特征
[0009]沉積盆地內(nèi)不同時(shí)代的儲(chǔ)鹵層受隔水層的分隔而在剖面上多呈儲(chǔ)鹵層和隔水層近似平行疊置。深層地下鹵水處于深埋(地面以下幾百米乃至幾千米)、封閉和高壓(幾百個(gè)大氣壓或幾十個(gè)兆帕)下，一部分鉆井揭露儲(chǔ)鹵層時(shí)鹵水能自流出地表。
[0010]⑶儲(chǔ)集特征
[0011 ] 地下鹵水儲(chǔ)集在沉積盆地內(nèi)沉積物的空隙中，碳酸鹽巖和碎肩巖是常見(jiàn)的儲(chǔ)鹵層。儲(chǔ)鹵層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?？紫队辛?nèi)孔隙、粒間孔隙、晶間孔隙，溶穴有溶孔、溶隙、溶洞等，其中溶孔有粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、晶間溶孔、針孔狀溶孔等。儲(chǔ)鹵層中眾多的微孔隙和微裂隙對(duì)地下鹵水的儲(chǔ)集有著重要的意義。
[0012](4)富集特征
[0013]深層地下鹵水在有利的構(gòu)造部位進(jìn)一步富集，使得分布于儲(chǔ)鹵構(gòu)造內(nèi)的地下鹵水具有實(shí)際的開(kāi)采意義。這是因?yàn)樵跇?gòu)造部位裂隙相對(duì)發(fā)育，不僅為地下鹵水的富集提供了儲(chǔ)存空間，而且也改善和提高了儲(chǔ)鹵層空隙的連通性。鹵水富集的主要構(gòu)造部位包括:①背斜圈閉范圍，背斜構(gòu)造通常是地下鹵水相對(duì)富集的部位，構(gòu)成背斜儲(chǔ)鹵構(gòu)造；②斷層帶，斷層在一定寬度和深度范圍內(nèi)產(chǎn)生斷裂帶，在巖層中形成了隙寬和密度均很大的裂隙帶，有利于地下鹵水的富集；③背斜與斷層交匯帶，在背斜構(gòu)造上發(fā)育的斷裂帶，通常是地下鹵水富集的重要地帶；④斷層與斷層交匯帶，兩組斷裂構(gòu)造的交匯處，裂隙異常發(fā)育，常常是地下鹵水富集的部位。
[0014](5)水動(dòng)力特征
[0015]沉積盆地深層地下鹵水在天然條件下處于停滯狀態(tài)，不同儲(chǔ)鹵層和不同儲(chǔ)鹵構(gòu)造之間無(wú)水力聯(lián)系。上覆巨厚的沉積地層的地靜壓力作用等致使鹵水具有很高的測(cè)壓水頭，鉆井揭露后多能自流出地表。
[0016](6)水化學(xué)和物理特征
[0017]深層地下鹵水的礦化度高且變化較大，達(dá)35?> 400g/L，通常是海水礦化度的數(shù)倍。在陰離子中，Cl是所有地下鹵水中最主要的陰離子，SO42在地下鹵水中含量很低，HCO3含量更低；在陽(yáng)離子中，Na+是地下鹵水含量最高的陽(yáng)離子，Ca2+通常是含量位居第二的陽(yáng)離子，K+、Mg2+含量相對(duì)較低。隨著鹵水礦化度的升高，Na+的相對(duì)含量逐漸降低，Ca2+的相對(duì)含量逐漸增高，當(dāng)?shù)V化度達(dá)330-350g/L以上時(shí)，鹵水中陽(yáng)離子以Ca2+為主，Na +已很少。地下鹵水富含多種微量組分(例如Br、1、Sr2+、Ba'B3+、Li+等)。沉積盆地深層地下鹵水具有較高的溫度，多為30°C -80°C，少數(shù)近100°C，密度多達(dá)1.025-1.25g/cm3。鹵水的顏色以黃色和黑色居多。
[0018](7)形成機(jī)理
[0019]深層地下鹵水通常為同生沉積水起源，包括海相同生沉積水和陸相同生沉積水起源，前者起源于(古)海水，后者起源于(古)大氣水，其年代應(yīng)與沉積物沉積的時(shí)代相當(dāng)?；蛘叽嬖诓煌鹪吹乃幕旌?。沉積盆地深層高礦化度地下鹵水的主要形成機(jī)理有①蒸發(fā)濃縮作用和②隔膜滲濾作用，也可能存在它們的混合情形。海水在沉積盆地海相蒸發(fā)巖沉積過(guò)程中殘留下來(lái)形成的蒸發(fā)巖鹵水來(lái)源于海水，隨著海水的蒸發(fā)濃縮，殘留鹵水的礦化度逐漸升高，鹽類(lèi)礦物按照碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物鹽類(lèi)的次序依次沉積并形成蒸發(fā)巖，殘留的鹵水被埋藏封存起來(lái)。在缺乏蒸發(fā)巖的陸相地層的沉積盆地內(nèi)也分布有礦化度較高的鹵水。隔膜滲濾作用被認(rèn)為是這種鹵水形成的一種機(jī)理，即沉積地層中的頁(yè)巖、泥巖可以起到一種弱透水的地質(zhì)隔膜作用，使得進(jìn)水一側(cè)的水的礦化度逐漸升高。
[0020](8)開(kāi)采動(dòng)態(tài)特征
[0021]地下鹵水的開(kāi)采歷史已極其久遠(yuǎn)，在四川盆地自貢地區(qū)鑿井采鹵的歷史可以追索到2000多年前。深層地下鹵水的開(kāi)采動(dòng)態(tài)總體上呈衰減狀態(tài)。單井鹵水開(kāi)采量不很大，開(kāi)采時(shí)間比較長(zhǎng)。如果是自噴井生產(chǎn)鹵水，在初期和前期自噴流量比較穩(wěn)定。長(zhǎng)期開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)鹵層壓力或水頭大幅度降低，鹵水資源趨于枯竭。雖然鹵水的水化學(xué)組分在長(zhǎng)期的形成和演變過(guò)程中是不斷變化的，但是在人為開(kāi)采鹵水的數(shù)十年至數(shù)百年內(nèi)，其水化學(xué)組分和物理特征幾乎是不變的。
[0022]深層地下鹵水的資源特征可以概括如下。
[0023](I)寶貴性。深層地下鹵水是一種高礦化度和富含一些微量組分的液體礦產(chǎn)資源，可以作為制鹽和提取溴、碘、鋰、鍶、鋇、硼、鉀、銫、銣等物質(zhì)的工業(yè)原料，具有顯著的寶貴性。
[0024](2)沒(méi)有補(bǔ)給資源，不具有可恢復(fù)性和可更新性。深層地下鹵水由于處于深埋、封閉狀態(tài)，不參與現(xiàn)代水循環(huán)，因此沒(méi)有補(bǔ)給資源，不能補(bǔ)充恢復(fù)，不象大多數(shù)淺層地下水那樣具有可恢復(fù)性和可更新性。
[0025](3)具有較大的儲(chǔ)存資源。深層地下鹵水由于儲(chǔ)鹵層的分布空間大而具有較大的儲(chǔ)存資源，這是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化后保留在儲(chǔ)齒層中的，不受現(xiàn)代水循環(huán)的影響。儲(chǔ)存資源包括彈性?xún)?chǔ)存資源和非彈性?xún)?chǔ)存資源(容積儲(chǔ)存資源)。
[0026](4)開(kāi)采資源由儲(chǔ)存資源轉(zhuǎn)化而來(lái)。深層地下鹵水的開(kāi)采資源是由儲(chǔ)存資源轉(zhuǎn)化而來(lái)的，包括部分彈性?xún)?chǔ)存資源，或者部分彈性?xún)?chǔ)存資源和部分非彈性?xún)?chǔ)存資源。
[0027](5)不具有調(diào)節(jié)性。深層地下鹵水資源由于只有儲(chǔ)存資源沒(méi)有補(bǔ)給資源，儲(chǔ)存資源起不到調(diào)節(jié)作用，因而不具有調(diào)節(jié)性。
[0028](6)衰減性。在開(kāi)采條件下深層地下鹵水的儲(chǔ)存資源逐漸減少趨于衰竭。
[0029]另一方面，地下鹵水作為一種寶貴資源，其資源量數(shù)據(jù)是國(guó)家和地方政府制定發(fā)展規(guī)劃的重要依據(jù)，也是工礦企業(yè)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)、綜合開(kāi)發(fā)、吸引資金、建廠投資的可靠依據(jù)。由于地下鹵水多是在油氣勘探時(shí)發(fā)現(xiàn)的，或者是分布于偏遠(yuǎn)地區(qū)，加上地下鹵水分布、運(yùn)移和富集的復(fù)雜性，對(duì)地下鹵水的勘探研究程度不高，特別是對(duì)地下鹵水資源量評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)方法的研究一直是薄弱環(huán)節(jié)。地下鹵水資源量評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)在我國(guó)尚無(wú)有關(guān)規(guī)范可循，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多是參照淺層地下水的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，或是在淺層地下水的計(jì)算方法中針對(duì)地下鹵水的某些特點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)(Wirojanagud等，1986 ;李慈君等，1992 ;Huang等，2007 ;Herkelrath等2007)，計(jì)算結(jié)果的可靠性取決于研究區(qū)的勘查詳細(xì)程度。也有不少地方地下鹵水的開(kāi)發(fā)是在資源量不清楚的情況下進(jìn)行的。因此，很有必要開(kāi)展地下鹵水資源量評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)方法的研究，以便提高計(jì)算結(jié)果的精度。
[0030]為了開(kāi)展深層地下鹵水資源量評(píng)價(jià)工作，除了了解和總結(jié)深層地下鹵水資源的特征外，還需要對(duì)深層地下鹵水資源量進(jìn)行科學(xué)分類(lèi)，以便考慮地下鹵水的特點(diǎn)和深層地下鹵水資源的特征，根據(jù)不同盆地不同儲(chǔ)鹵構(gòu)造的研究程度和對(duì)地下鹵水的認(rèn)識(shí)程度，在深層地下鹵水的勘探、開(kāi)發(fā)的不同階段，運(yùn)用多種不同的方法，評(píng)價(jià)不同類(lèi)型的鹵水資源量。3.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031]本發(fā)明公開(kāi)了一種深層地下鹵水資源量的分類(lèi)方法。
[0032]地下水資源的一種分類(lèi)是將地下水資源分為補(bǔ)給資源、儲(chǔ)存資源和可采資源。補(bǔ)給資源和儲(chǔ)存資源是地下水系統(tǒng)天然存在的，屬于天然資源。補(bǔ)給資源是一個(gè)地下水系統(tǒng)在一定時(shí)期(通常為一年)內(nèi)獲得的補(bǔ)給量，天然條件下在多年時(shí)間里每年獲得的補(bǔ)給量與每年的排泄量接近相等。補(bǔ)給資源使地下水系統(tǒng)具有可恢復(fù)性和可更新性。儲(chǔ)存資源是一個(gè)地下水系統(tǒng)內(nèi)長(zhǎng)期積累和保存的水量，取決于地下水系統(tǒng)的分布空間和儲(chǔ)水、導(dǎo)水能力。儲(chǔ)存資源使存在補(bǔ)給資源的地下水系統(tǒng)具有可調(diào)節(jié)性?？刹少Y源是在一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境條件下能夠從地下水系統(tǒng)中開(kāi)采出來(lái)的水量?？刹少Y源并不是一個(gè)地下水系統(tǒng)獨(dú)立存在的，而是由補(bǔ)給資源和(或)儲(chǔ)存資源轉(zhuǎn)化而來(lái)的。
[0033]地下鹵水是一種特殊類(lèi)型的地下水。深層地下水鹵水沒(méi)有補(bǔ)給資源，只有儲(chǔ)存資源，其開(kāi)采資源是由儲(chǔ)存資源轉(zhuǎn)化而來(lái)的。顯然，深層地下鹵水的儲(chǔ)存資源是天然存在，可以稱(chēng)為天然儲(chǔ)存資源量，簡(jiǎn)稱(chēng)天然資源量。其中在一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境