现代盐湖储卤层渗流-溶解过程及其影响/控制因素研究

The process of percolation and dissolution of brine reservoir in the saline lake of Qaidam Basin is a classical reactive transport phenomenon of geological porous media. According to the earlier research, the media had a sensitive response to the environmental conditions, such as temperature, flow rate and so on, which could change the construction of reservoir and chemistry of bine. However, we don’t understand the effect mechanism of these factors’ on the porous media. In this proposal, the tests of percolation and dissolution will be conducted to investigate the evolution of the hydrological properties such as porosity and permeability that influenced by external factors such as temperature, flow rate, saturation level of the brine. With the help of μ-CT scanning technology, the aim for this proposal is to find out the condition for the formation of preferential channel, finally, the understanding of the effects of these factors on the percolation and dissolution is conducted, which is of great significance to the deep utilization of Saline Lake resources, the construction of green mines in the Saline Lake District, and the protection of the ecological environment and the geological environment.

柴达木现代盐湖储卤层系统中的渗流-溶解行为是一种典型的地质储层介质中的流-固反应传质现象。前期野外观测资料表明，储卤层系统对温度、流速等环境条件具有极强的敏感性，引起储卤层结构和卤水化学组成的改变，但是对这一影响机理尚缺乏系统性的研究。因此，本项目拟以柴达木盆地北部的昆特依干盐湖浅部储卤层钻孔岩芯及赋存卤水为研究对象，通过设置不同条件（温度、流速、卤水浓度、储层结构等）进行室内渗流-溶解交叉试验研究，借助CT扫描技术，分析储层孔隙结构变化及卤水组成变化规律，揭示优先溶解通道形成演化过程的判别条件，探讨对储卤层溶解行为以及孔隙性、渗透性等水文特性演化的影响机制。该研究对于盐湖资源的深度开发、盐湖区绿色矿山建设及区域生态环境和地质环境保护等均具有重要意义。

随着盐湖资源开发的持续深入，卤水资源短缺日趋严重，储量可观的低品位固体钾矿开采显得尤为重要。然而，柴达木盆地盐湖内低品位钾盐矿层位分散且成层性差，大多与石盐共存，开发难度极大。目前，水溶开采是唯一可行的开采方式。为了研究现代盐湖储卤层水溶开采过程中发生的渗流-溶解过程及影响/控制因素，本项目主要开展了两方面的研究工作，首先开展了室内模拟渗流-溶解实验，以此来探究溶矿过程中储卤层水文地质参数变化特征以及固体钾盐溶解受控因素；与此同时，在研究区开展了溶矿区地下卤水动态监测分析工作，目的是以野外场地为天然实验室，研究地下卤水化学组成对不同时期、不同补水条件以及不同环境温度等制约因素的响应机制。通过本项目的实施，我们对现代盐湖储卤层系统得到了重要的理解和新的认识，储卤层系统包括以石盐为主体骨架的多孔介质以及赋存于其中的流动卤水组成。整个储卤层系统具有非均匀性特征，主要体现在储卤层介质孔隙结构具有各向异性的特点，赋存的卤水因为孔隙结构差异及孔隙类型多样而呈现出化学性质各异的特点，同时，储卤层系统又由不同比例的高渗透区和低渗透区组成，这就导致储卤层系统内卤水存在滞留区和流动区，滞留区与流动区又发生永不停息的物质转换，进而不断改变渗透区类型。通过室内模拟实验、样品成分分析及岩心物理结构分析得知，储卤层系统内发生的渗透-溶解行为而导致储层系统改变，这与诸多因素有关，包括储卤层孔隙性、组成矿物形态及溶解性、卤水化学特征、环境温度、以及卤水流动速度等因素。渗流-溶解形成的优势通道、泥沙迁移淤堵，以及淡-卤水混合深度是制约低品位固体钾盐转化率的主要因素，这些因素之间千丝万缕的共同作用，从而造成储卤层系统发生及其复杂的渗流-溶解过程。本项目研究对于今后固体钾盐液化开采乃至其他矿床开发提供了重要的开发思路，为多孔介质渗流-溶解理论提供了丰富素材和重要启示。