察尔汗盐湖西北部典型采区地下卤水赋存状态的地面核磁探测与数值模拟研究
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测区地下卤水的动态运移形式进行数值模拟计算ꎮ 地面核磁探测结果表明ꎬ研究区含水量整体偏低ꎬ最大含水量
约 ０ ８％ ꎬ平均含水量约 ０ ４％ ꎮ 测点结果给出的含水层位分界面与邻近钻孔的地层层位分界面的一致性较高ꎬ
浅部的层位误差在 １０％ 以下ꎬ达到了 ０ ５ ｍ 的精度ꎮ 考虑到测区南北两边均有采卤渠正在汲取地下卤水ꎬ且在测
要对研究区地下卤水赋存状态进行探测研究ꎬ还
不具备解决何处有水、有多少水等问题的能力ꎮ
要对其动态变化与采补活动的关系进行数值模拟
相较于间接探测方法ꎬ地面核磁共振( Ｇｒｏｕｎｄ ｎｕ￣
ｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ＲｅｓｏｎａｎｃｅꎬＧＭＲ) 技术是目前唯一
研究ꎮ
察尔汗盐湖达布逊区段西北部的采卤区距离
泵站和沿输卤渠布设的输电线路ꎬ因此将噪声线
圈布置在探测线圈的东边或东北方ꎬ以消减输电
线、运输车辆等电磁干扰ꎮ 本次探测工作的南北向
２ ２ 资料反演和解译
利用 ＧＭＲ 仪器配套的数据处理软件( Ｑｕａｌｉｔｙ
ＣｏｎｔｒｏｌꎬＱＣ) 对原始数据进行预处理ꎬ再利用配套
的反演软件(１ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎꎬ１Ｄ) 反演解译
的沉积旋回ꎬ也有研究工作将第四含盐组细分出
由氢核进动过程中产生的特定频率的电磁信号ꎬ
第五含盐组
[２０ꎬ２３]
ꎮ
也即 ＮＭＲ 信号ꎬ并通过观测不同脉冲矩所激发
的 ＮＭＲ 信号的变化规律ꎬ来研究地下水的赋存
状态 [８ － １０ꎬ２４ － ３０] ꎮ
图 ２ ＧＭＲ 测点分布图
Ｆｉｇ ２ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ＧＭＲ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ
韩凤清(１９６３ － ) ꎬ男ꎬ研究员ꎬ主要从事盐湖地质学研究ꎮ Ｅｍａｉｌ: ｈａｎｆｑ＠ ｉｓｌ. ａｃ. ｃｎꎮ
第 １ 期 张光武ꎬ等:察尔汗盐湖西北部典型采区地下卤水赋存状态的地面核磁探测与数值模拟研究 ５７
采后ꎬ确定地下卤水的赋存特征变化ꎬ识别出哪里
量ꎬ确保生产利用环节的高效率和低成本ꎮ 确定
期和华西力早期的褶皱山脉———昆仑山、祁连山
地下水水位逐渐下降ꎬ造成开采出的原料品位下
是盆地内众多盐湖之一ꎮ 柴达木盆地由加里东晚
和阿尔金山包围( 图 １ａ) ꎬ由前寒武系变质岩地块
构成基底ꎮ 盆地内众多盐湖按构造演化顺序主要
分为:中部强烈沉降区( 图 １ｂ) 、西部第三系褶皱
区、北部小盆地盐湖区
[１ － ２]
以陆源碎屑和石盐互层的盐湖沉积物ꎬ盐类沉积
最大厚度可达 ７０ｍꎬ一般为 ３０ ~ ４０ ｍ
特定频率的电磁能量ꎬ从低能态跃迁到高能态ꎬ然
ꎮ 该湖是我国已探明最大的钾
观测到的这个电磁信号来分析和解译的方法ꎮ 在
积层中还夹杂有含钙、镁碳酸盐和石膏等的粉砂
粘土薄层
[１８ꎬ２０ － ２１]
地面核磁共振技术是基于水分子中氢核吸收
合研究ꎮ 考虑到地下卤水的空间分布不是静止状
汗盐湖区属于典型的大陆荒漠气候ꎬ表现为气候
存状态的静态结果ꎬ还缺乏对动态分布规律的联
态ꎬ会随着地下水水位的改变而出现动态变化ꎬ瞬
１６８ ｋｍꎬ湖宽４０ ｋｍꎬ湖区面积约 ５ ８６０ ｋｍ２ ꎮ 察尔
寒冷、降 雨 稀 少、 蒸 发 强 烈 和 昼 夜 温 差 大 等 特
等 [１４] 利用美国生产的 ＧＭＲ 仪器在昆特依干盐湖
地区进行探测ꎬ获取了测区地下卤水的含量和分
１ 研究区地形与地质概况
位于柴达木盆地中部沉降中心的察尔汗盐湖
范围为纬度 ３６°４２′０９″Ｎ ~ ３７°１２′２６″ Ｎꎬ 经度 ９４°
布数据ꎮ 目前 ＧＭＲ 的探测结果仅为地下卤水赋
１５′５６″ Ｅ ~ ９４°５１′４５″Ｅꎬ 平 均 海 拔 ２ ７７６ ｍꎬ 湖 长
卤水开采多ꎬ哪里开采少ꎬ指导补给工艺ꎬ提高补
出精确的地下卤水赋存状态是目前促进盐湖矿产
给效率ꎻ３) 在开采时ꎬ确定合理的开采速率和总
资源高效可持续开发利用亟需加强的课题ꎮ
图 １ 察尔汗盐湖区位和地形图
Ｆｉｇ １ Ｔｅｃｔｏｎｉｃ ａｎｄ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ ｍａｐ ｏｆ( ａ) Ｑａｉｄａｍ ｂａｓｉｎ ａｎｄ( ｂ) Ｑａｒｈａｎ ｓａｌｔ ｌａｋｅ
在开采前ꎬ确定出哪里有卤水ꎬ哪里赋存多ꎬ指导
开采工艺ꎬ提高开采效率ꎬ降低开采成本ꎻ２) 在开
收稿日期:２０１９ － １０ － ３１ꎻ修回日期:２０１９－ １１ － ２６
基金项目:青海省柴达木盆地卤水钾矿可采储量研究项目ꎻ第二次青藏高原综合科学考察研究(２０１９ＱＺＫＫ０８０５) ꎻ中科院西部青年
学者 Ｂ 类项目ꎻ中科院博士后项目
ꎮ 核磁共振方法的主
工业设施和居民住所较远ꎬ周围电磁干扰小ꎬ是良
分子ꎬ 通 过 对 核 磁 共 振 ( Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏ￣
ＧＭＲ 仪器在采卤区对地下卤水赋存状态进行探
的直接探测水的方法
[３ － １１]
要优点是接收到的核磁共振信号只来自于地下水
好的实施地面核磁共振探测区ꎮ 本文利用新型的
ＮＭＲ 信号幅值的影响可以忽略不计ꎮ 综合分析探
ＧＭＲ 二维核磁共振找水仪工作参数如表 １ 所示ꎮ
表 １ ＧＭＲ 野外工作参数设置表
Ｔａｂｌｅ １ ＧＭＲ ｆｉｅｌｄ ｗｏｒｋ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｅｔｔｉｎｇ ｔａｂｌｅ
参 数
目前在柴达木盆地内利用地面核磁共振技术确定
值模拟计算ꎬ以期更深入全面了解矿区地下卤水
盐湖区地下卤水赋存状态的探测研究工作偏少ꎮ
的赋存规律ꎮ
何胜等
[１３]
利用法国 ＩＲＩＳ 公司生产的 ＧＭＲ 仪器
在马海盐湖区进行过地面核磁的探测工作ꎬ获取
了马海 盐 湖 区 地 下 卤 水 的 赋 存 信 息ꎮ 杨 修 猛
ꎮ 察尔汗盐湖是我国
盐湖矿产资源开发利用的主产区ꎬ随着盐湖近四
十年的持续大规模开采ꎬ对以地下卤水为主的盐
长年大规模的开采ꎬ盐湖区地下卤水在不断减少ꎬ
降ꎬ成本增高ꎮ 为提升卤水品位和降低开采成本ꎬ
需制定科学有效的盐湖区地下卤水资源的开采和
补给方案ꎬ其前提是准确获取地下卤水的赋存规
律ꎬ探明盐湖区地下卤水的空间分布ꎮ 因此ꎬ１ )
ｎａｎｃｅꎬＮＭＲ) 数据的反演ꎬ可以给出测点所在位置
测研究ꎬ获取地层含水量的定量结果ꎬ同时利用开
地层的含水量、含水层厚度、含水层的埋深、渗透
系数、孔隙度等重要的水文地质参数
[３ꎬ５ － ６ꎬ９ － １２]
ꎮ
源的 ＯｐｅｎＧｅｏＳｙｓ( ＯＧＳ) 多物理场耦合地下水数
值模拟软件ꎬ对地下卤水的动态运移过程进行数
根据探测目标的总体要求及实际情况ꎬ以察
十字型布置两条总长度为 ８ ５ ｋｍ 的地面核磁共
心点( 纬度 ３７°５′５２ ９６″Ｎꎬ经度 ９４°５３′５１ ２５″Ｅ) 成
面长 ５ ５ ｋｍꎬ共设计 ２０ 个测点( 图 ２) ꎬ各测点间
尔汗盐湖达布逊区段西北部钻孔 １８ＫＹ０１ 点为中
振勘探剖面ꎬ其中南北向剖面长 ３ ｋｍꎬ东西向剖
第 １ 期 张光武ꎬ等:察尔汗盐湖西北部典型采区地下卤水赋存状态的地面核磁探测与数值模拟研究 ５９
距为 ２５０ｍ 到 １０００ｍ 不等ꎮ 为获得最佳质量的观
测数据ꎬ 同时根据现场情况ꎬ 调整测点 ＨＣ１１ 位
置ꎬ减少邻近的输电线路对探测的电磁干扰ꎮ 探
测区域其他的电磁干扰主要来自勘探测线以北涩
格公路上的行驶车辆ꎬ以及东北方向采卤车间的
区中心存在两条废弃的采卤渠ꎬＯＧＳ 地下水数值模拟结果表明ꎬ采卤渠造成测区浅部卤水较大空缺ꎬ与研究区浅
部含水量总体偏低的探测特征一致ꎮ 地面核磁共振技术能准确探测卤水当前的赋存状态ꎬ地下水运移模拟技术
可以深入认识采补活动引起卤水赋存状态的变化规律ꎮ 探测和模拟结合是确定卤水赋存规律的重要手段ꎬ研究
成果可为盐湖资源合理开采、高效利用提供基础资料和技术支撑ꎮ
ꎮ 石盐沉
[２０]
后再释放出吸收时的特定频率的电磁信号ꎬ基于
镁盐综合矿床ꎬ同时还伴生有锂、溴、硼等多种具
稳定的地磁场和外加射频磁场共同作用下ꎬ当射
[２２]
频磁场频率等于氢核在地磁场中的能级跃迁频
有工业价值的矿物组分
ꎮ
本文研究区位于察尔汗盐湖区达布逊区段西
北部的采卤区ꎬ在研究区附近有科研钻孔 ８８ － ０１
此时ꎬ水分子中的氢核会形成宏观磁矩并产生进
积物之间夹杂着若干个代表不同气候环境的粉砂
动ꎬ也即拉莫尔进动ꎬ恢复到地磁场状态下的平稳
粘土层ꎮ 整个剖面大致分为四个主要大层ꎬ每层
态ꎮ 经过这样的激发后ꎬ氢核进动回平稳态的过
以碎屑沉积开始ꎬ以盐类沉积结束ꎬ组成了四个大
程称为驰豫过程ꎮ 可以利用地面接收线圈ꎬ观测
３ 中国科学院大学ꎬ北京 １０００４９ꎻ
４ 中国科学院西北生态环境资源研究院ꎬ冻土工程国家重点实验室ꎬ甘肃 兰州 ７３００００ꎻ
５ 青海省柴达木综合地质矿产勘查院ꎬ青海 格尔木 ８１６０００)
摘 要:察尔汗盐湖地下晶间卤水蕴藏了宝贵的盐湖矿产资源ꎬ如何确定地下卤水的赋存规律以制定科学合理的
和 ８９ － ０４ꎬ均位于达布逊湖北岸ꎮ 钻孔所揭露的
地下盐类沉积厚度分别达到 ４７ｍ 和 ４５ｍ
[２０]
ꎬ两个
率ꎬ也即拉莫尔频率时ꎬ氢核会吸收特定频率的射
频磁场能量并产生共振跃迁ꎬ从低能级跃迁到高
能级ꎮ 当射频磁场被撤去后ꎬ氢核则释放电磁能
量从高能级跃迁回低能级ꎬ以恢复到初始状态ꎮ
钻孔揭示出的沉积物均以盐类沉积为主ꎬ盐类沉
作者简介:张光武(１９９４ － ) ꎬ男ꎬ硕士ꎬ主要研究方向盐湖区综合地球物理勘探ꎮ Ｅｍａｉｌ: ｚｈａｎｇｇｕａｎｇｗｕ１７＠ ｍａｉｌｓ. ｕｃａｓ. ａｃ. ｃｎꎮ
通信作者:易 磊(１９８８ － ) ꎬ男ꎬ博士ꎬ主要从事地球物理联合反演研究ꎮ Ｅｍａｉｌ: ｙｉｌｅｉ＠ ｉｓｌ. ａｃ. ｃｎꎻ
卤水开采和补给方案ꎬ正成为盐湖资源大规模可持续利用亟需解决的重要问题ꎮ 以察尔汗盐湖西北部的典型采
卤区作为研究区域ꎬ１) 利用新型的地面核磁共振找水仪ꎬ通过在研究区布设两条十字交叉的测线ꎬ探测并反演解
译测区地下 ６０ｍ 深度内的卤水静态赋存形式ꎬ２) 结合 ＯｐｅｎＧｅｏＳｙｓ( ＯＧＳ) 多物理场耦合地下水数值模拟软件ꎬ对
出单点的地层含水量等信息ꎮ 图 ３ 为 ２０ 个测点
的各次脉冲矩激发下的电磁噪声和信号幅值的平
均值ꎬ以及平均信噪比水平ꎮ 各测点的噪声水平ꎬ
和东西向测线距离较短ꎬ局部地磁场变化很小ꎬ对
除了测点 ＨＣ１１ 略大ꎬ整体较小ꎮ 信号水平也相
测区的地形地貌和地质构造特征ꎬ本次野外工作的
的原始观测信号ꎬ发现有超过 １００ ｎＶ 的幅值ꎬ可
张光武１ꎬ２ꎬ３ ꎬ易 磊１ꎬ２ ꎬ高泽永４ ꎬ韩凤清１ꎬ２ ꎬ陈富洪１ꎬ２ꎬ３ ꎬ马 喆１ꎬ２ꎬ３ ꎬ
卢晓航１ꎬ２ꎬ３ ꎬ刘小宝１ꎬ２ꎬ３ ꎬ韩 光５ ꎬ袁文虎５ ꎬ刘溪溪５
(１ 中国科学院青海盐湖研究所ꎬ中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室ꎬ青海 西宁 ８１０００８ꎻ
２ 青海省盐湖地质与环境重点实验室ꎬ青海 西宁 ８１０００８ꎻ
关键词:察尔汗盐湖ꎻ卤水赋存状态ꎻ地面核磁共振ꎻＯｐｅｎＧｅｏＳｙｓꎻ数值模拟
中图分类号:Ｐ６３１ ８ 文献标识码:Ａ 文章编号:１００８ － ８５８Ｘ(２０２１)０１ － ００５６ － １３
察尔汗盐湖位于柴达木盆地中东部( 图 １) ꎬ
湖液体矿产资源的开采利用程度日益增强ꎮ 由于
５８
第 ２９ 卷
盐湖研究
点 [２ꎬ１５ － １７] ꎮ 湖区年平均降雨量 ２０ ~ ３０ ｍｍ [１８] ꎬ年
２ ＧＭＲ 探测和资料解译
区ꎬ为 盐 矿 资 源 提 供 了 极 好 的 外 部 成 盐 环
２ １ ＧＭＲ 原理和探测
平均蒸发量超过 ３ ０００ ｍｍ 以上ꎬ属于极度干旱
境 [１８ － １９] ꎮ 晚更新世以来ꎬ察尔汗盐湖沉积了一套
第 ２９ 卷 第 １ 期
２ ０ ２ １ 年 ３ 月
盐湖研究
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＡＬＴ ＬＡＫＥ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
Ｖｏｌ ２９ Ｎｏ １
Ｍａｒ ２０２１
ＤＯＩ:１０ １２１１９ / ｊ ｙｈｙｊ ２０２１０１００７
察尔汗盐湖西北部典型采区地下卤水赋存状态的
地面核磁探测与数值模拟研究
确定地下卤水的空间分布可以采用地球物理
时探测结果尚不能全面反映盐湖企业常年的采补
勘探技术手段获取液体矿的信号ꎬ进而反演解译
活动对于矿区地下卤水赋存状态的影响ꎮ 为了全
出卤水的空间分布特征ꎮ 常规地球物理探测水的
面研究盐湖区地下卤水的空间赋存状态ꎬ不仅需
方法都是通过探测含水构造和层位来间接找水ꎬ
约 ０ ８％ ꎬ平均含水量约 ０ ４％ ꎮ 测点结果给出的含水层位分界面与邻近钻孔的地层层位分界面的一致性较高ꎬ
浅部的层位误差在 １０％ 以下ꎬ达到了 ０ ５ ｍ 的精度ꎮ 考虑到测区南北两边均有采卤渠正在汲取地下卤水ꎬ且在测
要对研究区地下卤水赋存状态进行探测研究ꎬ还
不具备解决何处有水、有多少水等问题的能力ꎮ
要对其动态变化与采补活动的关系进行数值模拟
相较于间接探测方法ꎬ地面核磁共振( Ｇｒｏｕｎｄ ｎｕ￣
ｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ＲｅｓｏｎａｎｃｅꎬＧＭＲ) 技术是目前唯一
研究ꎮ
察尔汗盐湖达布逊区段西北部的采卤区距离
泵站和沿输卤渠布设的输电线路ꎬ因此将噪声线
圈布置在探测线圈的东边或东北方ꎬ以消减输电
线、运输车辆等电磁干扰ꎮ 本次探测工作的南北向
２ ２ 资料反演和解译
利用 ＧＭＲ 仪器配套的数据处理软件( Ｑｕａｌｉｔｙ
ＣｏｎｔｒｏｌꎬＱＣ) 对原始数据进行预处理ꎬ再利用配套
的反演软件(１ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎꎬ１Ｄ) 反演解译
的沉积旋回ꎬ也有研究工作将第四含盐组细分出
由氢核进动过程中产生的特定频率的电磁信号ꎬ
第五含盐组
[２０ꎬ２３]
ꎮ
也即 ＮＭＲ 信号ꎬ并通过观测不同脉冲矩所激发
的 ＮＭＲ 信号的变化规律ꎬ来研究地下水的赋存
状态 [８ － １０ꎬ２４ － ３０] ꎮ
图 ２ ＧＭＲ 测点分布图
Ｆｉｇ ２ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ＧＭＲ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ
韩凤清(１９６３ － ) ꎬ男ꎬ研究员ꎬ主要从事盐湖地质学研究ꎮ Ｅｍａｉｌ: ｈａｎｆｑ＠ ｉｓｌ. ａｃ. ｃｎꎮ
第 １ 期 张光武ꎬ等:察尔汗盐湖西北部典型采区地下卤水赋存状态的地面核磁探测与数值模拟研究 ５７
采后ꎬ确定地下卤水的赋存特征变化ꎬ识别出哪里
量ꎬ确保生产利用环节的高效率和低成本ꎮ 确定
期和华西力早期的褶皱山脉———昆仑山、祁连山
地下水水位逐渐下降ꎬ造成开采出的原料品位下
是盆地内众多盐湖之一ꎮ 柴达木盆地由加里东晚
和阿尔金山包围( 图 １ａ) ꎬ由前寒武系变质岩地块
构成基底ꎮ 盆地内众多盐湖按构造演化顺序主要
分为:中部强烈沉降区( 图 １ｂ) 、西部第三系褶皱
区、北部小盆地盐湖区
[１ － ２]
以陆源碎屑和石盐互层的盐湖沉积物ꎬ盐类沉积
最大厚度可达 ７０ｍꎬ一般为 ３０ ~ ４０ ｍ
特定频率的电磁能量ꎬ从低能态跃迁到高能态ꎬ然
ꎮ 该湖是我国已探明最大的钾
观测到的这个电磁信号来分析和解译的方法ꎮ 在
积层中还夹杂有含钙、镁碳酸盐和石膏等的粉砂
粘土薄层
[１８ꎬ２０ － ２１]
地面核磁共振技术是基于水分子中氢核吸收
合研究ꎮ 考虑到地下卤水的空间分布不是静止状
汗盐湖区属于典型的大陆荒漠气候ꎬ表现为气候
存状态的静态结果ꎬ还缺乏对动态分布规律的联
态ꎬ会随着地下水水位的改变而出现动态变化ꎬ瞬
１６８ ｋｍꎬ湖宽４０ ｋｍꎬ湖区面积约 ５ ８６０ ｋｍ２ ꎮ 察尔
寒冷、降 雨 稀 少、 蒸 发 强 烈 和 昼 夜 温 差 大 等 特
等 [１４] 利用美国生产的 ＧＭＲ 仪器在昆特依干盐湖
地区进行探测ꎬ获取了测区地下卤水的含量和分
１ 研究区地形与地质概况
位于柴达木盆地中部沉降中心的察尔汗盐湖
范围为纬度 ３６°４２′０９″Ｎ ~ ３７°１２′２６″ Ｎꎬ 经度 ９４°
布数据ꎮ 目前 ＧＭＲ 的探测结果仅为地下卤水赋
１５′５６″ Ｅ ~ ９４°５１′４５″Ｅꎬ 平 均 海 拔 ２ ７７６ ｍꎬ 湖 长
卤水开采多ꎬ哪里开采少ꎬ指导补给工艺ꎬ提高补
出精确的地下卤水赋存状态是目前促进盐湖矿产
给效率ꎻ３) 在开采时ꎬ确定合理的开采速率和总
资源高效可持续开发利用亟需加强的课题ꎮ
图 １ 察尔汗盐湖区位和地形图
Ｆｉｇ １ Ｔｅｃｔｏｎｉｃ ａｎｄ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ ｍａｐ ｏｆ( ａ) Ｑａｉｄａｍ ｂａｓｉｎ ａｎｄ( ｂ) Ｑａｒｈａｎ ｓａｌｔ ｌａｋｅ
在开采前ꎬ确定出哪里有卤水ꎬ哪里赋存多ꎬ指导
开采工艺ꎬ提高开采效率ꎬ降低开采成本ꎻ２) 在开
收稿日期:２０１９ － １０ － ３１ꎻ修回日期:２０１９－ １１ － ２６
基金项目:青海省柴达木盆地卤水钾矿可采储量研究项目ꎻ第二次青藏高原综合科学考察研究(２０１９ＱＺＫＫ０８０５) ꎻ中科院西部青年
学者 Ｂ 类项目ꎻ中科院博士后项目
ꎮ 核磁共振方法的主
工业设施和居民住所较远ꎬ周围电磁干扰小ꎬ是良
分子ꎬ 通 过 对 核 磁 共 振 ( Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏ￣
ＧＭＲ 仪器在采卤区对地下卤水赋存状态进行探
的直接探测水的方法
[３ － １１]
要优点是接收到的核磁共振信号只来自于地下水
好的实施地面核磁共振探测区ꎮ 本文利用新型的
ＮＭＲ 信号幅值的影响可以忽略不计ꎮ 综合分析探
ＧＭＲ 二维核磁共振找水仪工作参数如表 １ 所示ꎮ
表 １ ＧＭＲ 野外工作参数设置表
Ｔａｂｌｅ １ ＧＭＲ ｆｉｅｌｄ ｗｏｒｋ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｅｔｔｉｎｇ ｔａｂｌｅ
参 数
目前在柴达木盆地内利用地面核磁共振技术确定
值模拟计算ꎬ以期更深入全面了解矿区地下卤水
盐湖区地下卤水赋存状态的探测研究工作偏少ꎮ
的赋存规律ꎮ
何胜等
[１３]
利用法国 ＩＲＩＳ 公司生产的 ＧＭＲ 仪器
在马海盐湖区进行过地面核磁的探测工作ꎬ获取
了马海 盐 湖 区 地 下 卤 水 的 赋 存 信 息ꎮ 杨 修 猛
ꎮ 察尔汗盐湖是我国
盐湖矿产资源开发利用的主产区ꎬ随着盐湖近四
十年的持续大规模开采ꎬ对以地下卤水为主的盐
长年大规模的开采ꎬ盐湖区地下卤水在不断减少ꎬ
降ꎬ成本增高ꎮ 为提升卤水品位和降低开采成本ꎬ
需制定科学有效的盐湖区地下卤水资源的开采和
补给方案ꎬ其前提是准确获取地下卤水的赋存规
律ꎬ探明盐湖区地下卤水的空间分布ꎮ 因此ꎬ１ )
ｎａｎｃｅꎬＮＭＲ) 数据的反演ꎬ可以给出测点所在位置
测研究ꎬ获取地层含水量的定量结果ꎬ同时利用开
地层的含水量、含水层厚度、含水层的埋深、渗透
系数、孔隙度等重要的水文地质参数
[３ꎬ５ － ６ꎬ９ － １２]
ꎮ
源的 ＯｐｅｎＧｅｏＳｙｓ( ＯＧＳ) 多物理场耦合地下水数
值模拟软件ꎬ对地下卤水的动态运移过程进行数
根据探测目标的总体要求及实际情况ꎬ以察
十字型布置两条总长度为 ８ ５ ｋｍ 的地面核磁共
心点( 纬度 ３７°５′５２ ９６″Ｎꎬ经度 ９４°５３′５１ ２５″Ｅ) 成
面长 ５ ５ ｋｍꎬ共设计 ２０ 个测点( 图 ２) ꎬ各测点间
尔汗盐湖达布逊区段西北部钻孔 １８ＫＹ０１ 点为中
振勘探剖面ꎬ其中南北向剖面长 ３ ｋｍꎬ东西向剖
第 １ 期 张光武ꎬ等:察尔汗盐湖西北部典型采区地下卤水赋存状态的地面核磁探测与数值模拟研究 ５９
距为 ２５０ｍ 到 １０００ｍ 不等ꎮ 为获得最佳质量的观
测数据ꎬ 同时根据现场情况ꎬ 调整测点 ＨＣ１１ 位
置ꎬ减少邻近的输电线路对探测的电磁干扰ꎮ 探
测区域其他的电磁干扰主要来自勘探测线以北涩
格公路上的行驶车辆ꎬ以及东北方向采卤车间的
区中心存在两条废弃的采卤渠ꎬＯＧＳ 地下水数值模拟结果表明ꎬ采卤渠造成测区浅部卤水较大空缺ꎬ与研究区浅
部含水量总体偏低的探测特征一致ꎮ 地面核磁共振技术能准确探测卤水当前的赋存状态ꎬ地下水运移模拟技术
可以深入认识采补活动引起卤水赋存状态的变化规律ꎮ 探测和模拟结合是确定卤水赋存规律的重要手段ꎬ研究
成果可为盐湖资源合理开采、高效利用提供基础资料和技术支撑ꎮ
ꎮ 石盐沉
[２０]
后再释放出吸收时的特定频率的电磁信号ꎬ基于
镁盐综合矿床ꎬ同时还伴生有锂、溴、硼等多种具
稳定的地磁场和外加射频磁场共同作用下ꎬ当射
[２２]
频磁场频率等于氢核在地磁场中的能级跃迁频
有工业价值的矿物组分
ꎮ
本文研究区位于察尔汗盐湖区达布逊区段西
北部的采卤区ꎬ在研究区附近有科研钻孔 ８８ － ０１
此时ꎬ水分子中的氢核会形成宏观磁矩并产生进
积物之间夹杂着若干个代表不同气候环境的粉砂
动ꎬ也即拉莫尔进动ꎬ恢复到地磁场状态下的平稳
粘土层ꎮ 整个剖面大致分为四个主要大层ꎬ每层
态ꎮ 经过这样的激发后ꎬ氢核进动回平稳态的过
以碎屑沉积开始ꎬ以盐类沉积结束ꎬ组成了四个大
程称为驰豫过程ꎮ 可以利用地面接收线圈ꎬ观测
３ 中国科学院大学ꎬ北京 １０００４９ꎻ
４ 中国科学院西北生态环境资源研究院ꎬ冻土工程国家重点实验室ꎬ甘肃 兰州 ７３００００ꎻ
５ 青海省柴达木综合地质矿产勘查院ꎬ青海 格尔木 ８１６０００)
摘 要:察尔汗盐湖地下晶间卤水蕴藏了宝贵的盐湖矿产资源ꎬ如何确定地下卤水的赋存规律以制定科学合理的
和 ８９ － ０４ꎬ均位于达布逊湖北岸ꎮ 钻孔所揭露的
地下盐类沉积厚度分别达到 ４７ｍ 和 ４５ｍ
[２０]
ꎬ两个
率ꎬ也即拉莫尔频率时ꎬ氢核会吸收特定频率的射
频磁场能量并产生共振跃迁ꎬ从低能级跃迁到高
能级ꎮ 当射频磁场被撤去后ꎬ氢核则释放电磁能
量从高能级跃迁回低能级ꎬ以恢复到初始状态ꎮ
钻孔揭示出的沉积物均以盐类沉积为主ꎬ盐类沉
作者简介:张光武(１９９４ － ) ꎬ男ꎬ硕士ꎬ主要研究方向盐湖区综合地球物理勘探ꎮ Ｅｍａｉｌ: ｚｈａｎｇｇｕａｎｇｗｕ１７＠ ｍａｉｌｓ. ｕｃａｓ. ａｃ. ｃｎꎮ
通信作者:易 磊(１９８８ － ) ꎬ男ꎬ博士ꎬ主要从事地球物理联合反演研究ꎮ Ｅｍａｉｌ: ｙｉｌｅｉ＠ ｉｓｌ. ａｃ. ｃｎꎻ
卤水开采和补给方案ꎬ正成为盐湖资源大规模可持续利用亟需解决的重要问题ꎮ 以察尔汗盐湖西北部的典型采
卤区作为研究区域ꎬ１) 利用新型的地面核磁共振找水仪ꎬ通过在研究区布设两条十字交叉的测线ꎬ探测并反演解
译测区地下 ６０ｍ 深度内的卤水静态赋存形式ꎬ２) 结合 ＯｐｅｎＧｅｏＳｙｓ( ＯＧＳ) 多物理场耦合地下水数值模拟软件ꎬ对
出单点的地层含水量等信息ꎮ 图 ３ 为 ２０ 个测点
的各次脉冲矩激发下的电磁噪声和信号幅值的平
均值ꎬ以及平均信噪比水平ꎮ 各测点的噪声水平ꎬ
和东西向测线距离较短ꎬ局部地磁场变化很小ꎬ对
除了测点 ＨＣ１１ 略大ꎬ整体较小ꎮ 信号水平也相
测区的地形地貌和地质构造特征ꎬ本次野外工作的
的原始观测信号ꎬ发现有超过 １００ ｎＶ 的幅值ꎬ可
张光武１ꎬ２ꎬ３ ꎬ易 磊１ꎬ２ ꎬ高泽永４ ꎬ韩凤清１ꎬ２ ꎬ陈富洪１ꎬ２ꎬ３ ꎬ马 喆１ꎬ２ꎬ３ ꎬ
卢晓航１ꎬ２ꎬ３ ꎬ刘小宝１ꎬ２ꎬ３ ꎬ韩 光５ ꎬ袁文虎５ ꎬ刘溪溪５
(１ 中国科学院青海盐湖研究所ꎬ中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室ꎬ青海 西宁 ８１０００８ꎻ
２ 青海省盐湖地质与环境重点实验室ꎬ青海 西宁 ８１０００８ꎻ
关键词:察尔汗盐湖ꎻ卤水赋存状态ꎻ地面核磁共振ꎻＯｐｅｎＧｅｏＳｙｓꎻ数值模拟
中图分类号:Ｐ６３１ ８ 文献标识码:Ａ 文章编号:１００８ － ８５８Ｘ(２０２１)０１ － ００５６ － １３
察尔汗盐湖位于柴达木盆地中东部( 图 １) ꎬ
湖液体矿产资源的开采利用程度日益增强ꎮ 由于
５８
第 ２９ 卷
盐湖研究
点 [２ꎬ１５ － １７] ꎮ 湖区年平均降雨量 ２０ ~ ３０ ｍｍ [１８] ꎬ年
２ ＧＭＲ 探测和资料解译
区ꎬ为 盐 矿 资 源 提 供 了 极 好 的 外 部 成 盐 环
２ １ ＧＭＲ 原理和探测
平均蒸发量超过 ３ ０００ ｍｍ 以上ꎬ属于极度干旱
境 [１８ － １９] ꎮ 晚更新世以来ꎬ察尔汗盐湖沉积了一套
第 ２９ 卷 第 １ 期
２ ０ ２ １ 年 ３ 月
盐湖研究
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＡＬＴ ＬＡＫＥ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
Ｖｏｌ ２９ Ｎｏ １
Ｍａｒ ２０２１
ＤＯＩ:１０ １２１１９ / ｊ ｙｈｙｊ ２０２１０１００７
察尔汗盐湖西北部典型采区地下卤水赋存状态的
地面核磁探测与数值模拟研究
确定地下卤水的空间分布可以采用地球物理
时探测结果尚不能全面反映盐湖企业常年的采补
勘探技术手段获取液体矿的信号ꎬ进而反演解译
活动对于矿区地下卤水赋存状态的影响ꎮ 为了全
出卤水的空间分布特征ꎮ 常规地球物理探测水的
面研究盐湖区地下卤水的空间赋存状态ꎬ不仅需
方法都是通过探测含水构造和层位来间接找水ꎬ