趙 川，肖 菲，楊惠晴

(1.中海石油深海開發(fā)有限公司 深圳 518067;2.青島海洋地質(zhì)研究所 青島 266071)

2009年4月，胡錦濤總書記在山東省考察時指出，“要大力發(fā)展海洋經(jīng)濟，科學(xué)開發(fā)海洋資源，培育海洋優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，打造山東半島藍(lán)色經(jīng)濟區(qū)?！?011年1月4日，國務(wù)院批復(fù)《山東半島藍(lán)色經(jīng)濟區(qū)發(fā)展規(guī)劃》 (以下簡稱《規(guī)劃》)，這是我國第一個以海洋經(jīng)濟為主題的區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略?！兑?guī)劃》的批復(fù)實施是我國區(qū)域發(fā)展從陸域經(jīng)濟延伸到海洋經(jīng)濟，積極推進陸海統(tǒng)籌的重大戰(zhàn)略舉措。青島市沿岸的地下鹵水資源為科學(xué)開發(fā)和綜合利用提供了良好條件。

1 青島沿海地下鹵水的成因

青島市位于山東半島東海岸，黃海膠州灣畔，地理坐標(biāo)為36°10'N，120°25'E。青島沿海是山東半島基巖港灣海岸的一個岸段，岸線曲折，港灣眾多，存在典型的沙壩—潟湖體系。青島沿海第四紀(jì)古海洋環(huán)境的研究表明，該區(qū)只存在全新世一次海侵事件，膠州灣及其他海灣成海僅在全新世地質(zhì)時期，海岸平原區(qū)第四系地層結(jié)構(gòu)是上部為海灣相層，下部為沉積盆地的沖洪積層［1－3］。本區(qū)的地下鹵水來源是由全新世海洋環(huán)境條件下滲透的古海水。地下鹵水的水化學(xué)分析結(jié)果也證實了上述觀點［4］，鹵水的化學(xué)組成特征與現(xiàn)代膠州灣海水基本相同。

礦化度大于50g/L(約相當(dāng)于5°Bé)的地下水一般稱為地下鹵水，地下鹵水屬液態(tài)蒸發(fā)沉積礦藏，是制鹽及鹽化工工業(yè)的重要原料［5－6］。青島沿海第四系含鹵水層包括了全新統(tǒng)海相層及晚更新統(tǒng)的陸相層，且以陸相砂層為主要含鹵層。海相層既是原生生鹵層，又是儲鹵層。陸相層中的鹵水來源，為海相層中的液態(tài)鹵水生成后，遷移至附近的陸相砂層中儲藏，在這種情況下陸相層屬儲鹵層;全新世海侵初期，海水灌入原沉積盆地的陸相砂層中，處于埋藏狀態(tài)下的古海水可能演化為鹵水，下部陸相層被看做次生生鹵層。據(jù)含鹵海相層14C年代判斷，鹵水生成年齡已有約8000～10000年的歷史。本區(qū)主要成鹵期是在海侵期的海退階段，主要成鹵期在最近5000年時間內(nèi)［7］。

青島港灣海岸區(qū)只有全新世海侵期，具有形成地下鹵水的古海水來源，雖然海岸平原狹小，第四系沉積層也較薄，但有封閉環(huán)境優(yōu)良的灣中灣和堰壩式沉積盆地提供聚鹵場所，又有濱海第四紀(jì)沉積盆地地質(zhì)基礎(chǔ)以及入海徑流貧乏的水文條件，為地下鹵水形成和富集創(chuàng)造了有利環(huán)境。港灣海岸區(qū)海岸地貌特點控制了鹵水分布區(qū)呈現(xiàn)斑塊狀散布的特點，局部岸段可形成小型地下鹵水成礦帶。

地下鹵水是一種液態(tài)蒸發(fā)沉積礦藏，青島第四紀(jì)濱海相地下鹵水為其中一種類型。青島沿海地下鹵水形成的海岸地質(zhì)地貌環(huán)境及沉積盆地水文條件，可以從本區(qū)的自然環(huán)境特征中得到答案。如膠州灣盆地，在兩三萬年以前是一個構(gòu)造剝蝕盆地，比現(xiàn)代膠州灣海盆面積大1倍以上，約1000km2。在更新世末期開始接受沖洪積物，延續(xù)至全新世初期，發(fā)育了厚20m余的陸相層，其中夾有1～2層厚度為1～3m的黃土層。冰后期中國東部陸架海海平面回升，約在距今1萬年前后，海水侵入到膠州灣盆地;至8000～6000年前，海平面上升到高峰期，海水充滿盆地形成大膠州灣，面積約為800km2;在5000～3000年前，海平面出現(xiàn)回降趨勢，陸源入海泥沙堆積旺盛，海岸淤積平原形成，海岸線逐漸退縮到現(xiàn)代位置［1－3］?，F(xiàn)代膠州灣水域面積只有392km2左右［8］。5000年以來海岸線不斷向海遷移，古海灘逐漸演化成濱海平原，為海岸潮灘形成鹵水創(chuàng)造了古海洋及海岸地質(zhì)地貌環(huán)境。濱海平原下部的陸相沉積層，為地下鹵水生存提供了地質(zhì)基礎(chǔ)。其他海灣如丁字灣、鰲山灣等微型海灣也是同樣情況。膠州灣及整個青島沿海在全新世后期主要為生鹵期，氣候－水文環(huán)境基本上與今相似，屬暖溫帶半濕潤氣候區(qū)，較溫干。陸源入海河流均為季節(jié)性小河流，最大的大沽河，年徑流入海量只有約7億m3，流入丁字灣的小河流量更少，鰲山灣幾乎無入海河流。所以膠州灣及其他海灣沉積盆地具備有利于地下鹵水生成的氣候－水文條件。

2 青島沿海地下鹵水的分布

第四紀(jì)濱海相地下鹵水廣泛分布于我國黃、渤海沿岸低地平原區(qū)［9－10］。與鹵水賦存區(qū)所經(jīng)歷的第四紀(jì)古海洋環(huán)境、古氣候環(huán)境、地貌及構(gòu)造活動的演化歷史密切相關(guān)，在受地下和地表水體混合作用的影響下，第四紀(jì)濱海相地下鹵水的分布，鹵水的儲量、儲層結(jié)構(gòu)及水化學(xué)特征隨著各海岸區(qū)岸段的不同存在著一定的差異。在中國北方主要有兩大類海岸地貌單元，濱海平原海岸和基巖港灣海岸［11］。渤海三大海灣沿岸都屬于濱海平原海岸，第四紀(jì)地下鹵水呈連續(xù)的平行海岸線的帶狀分布，礦帶寬幾千米到幾十千米不等。地下鹵水的礦化度呈現(xiàn)出平行礦帶的中間高、兩側(cè)逐漸降低的分布。在垂向上，地下鹵水分層分布，儲層結(jié)構(gòu)與當(dāng)?shù)貛状未蟮牡谒募o(jì)海侵地層的分布相一致。受第四紀(jì)構(gòu)造活動的影響，在山東半島和遼東半島的基巖港灣海岸區(qū)，第四紀(jì)沉積物僅分布于小型海灣中，地下鹵水以斑塊狀賦存于相互分離的灣頂盆地內(nèi)，不會形成大的鹵水礦帶。因為第四紀(jì)沉積層比較淺薄，儲層結(jié)構(gòu)相對簡單，只有潛水鹵水層或一個微承壓鹵水層組，賦存于全部第四系沉積層中。

青島沿海地下鹵水主要以孔隙水形式賦存于第四系松散沉積層中。但由于港灣海岸區(qū)第四系地層局限于各個分割的灣頂堆積平原區(qū)，全區(qū)鹵水平面分布呈現(xiàn)斑塊狀散布，而不像大型平原海岸區(qū)那樣形成延伸數(shù)十千米以上的礦帶。本區(qū)只有在膠州灣西岸，因海岸平原面積相對較大，鹵水分布區(qū)形成一個狹長的小型礦帶，環(huán)繞現(xiàn)代海岸延伸。此外，港灣海岸灣頂區(qū)第四系堆積平原狹窄，由巖石構(gòu)成的海蝕崖海岸瀕臨海邊，地下鹵水礦體幾乎占據(jù)了全部松散堆積區(qū)。也僅在膠州灣西岸地下鹵水分布區(qū)外存在面積狹小的咸水區(qū)，地下鹵水與地下咸水區(qū)之間出現(xiàn)交錯彎曲的狹窄過渡帶。地下鹵水礦體的礦床結(jié)構(gòu)，總體看只有一層淺層鹵水，屬潛水鹵水層組。埋藏深度一般為2～20m，個別礦區(qū)隨第四系沉積層增大，可向深處伸展達(dá)25～30m左右。在第四系地層相對較厚的地段，多由上部潛水鹵水層及下部微承壓鹵水層組成，兩層之間存在1～2個黏土隔水層或亞砂土弱滲透層。在膠州灣沿岸大沽河、洋河、白沙河河口區(qū)，還出現(xiàn)地下鹵水層及地下鹽水層交互層的現(xiàn)象，港灣海岸區(qū)地下鹵水層基底巖層，為中生界巖石層或風(fēng)化殼層，形成一種簡單的含鹵巖系結(jié)構(gòu)。青島沿岸發(fā)現(xiàn)可利用鹵水資源分布在沿海一帶的數(shù)個灣中的海岸平原中，如膠州灣、嶗山灣、丁字灣以及膠南的海灣中，均有地下鹵水分布。這些地下鹵水主要分布于膠州灣口及濱岸沉積區(qū)，青島北部淺海沉積區(qū)和青島南部淺海沉積區(qū)。

地下鹵水分布受海岸地貌與第四系沉積環(huán)境控制在海灣的西岸和西北岸，因海岸低地連續(xù)分布，形成一條小型環(huán)形地下鹵水礦帶，北起南萬鹽田，南至龍泉鹽田，長30km余，礦帶寬度一般為1～3km，礦區(qū)面積約100km2。在該礦帶內(nèi)，分布有若干個小面積富集區(qū)塊，呈不連續(xù)斑塊狀。在其他岸段海灣面積更小，海灣灣頂?shù)偷貐^(qū)也有少量地下鹵水聚集，呈塊狀分布。本區(qū)地下鹵水層只存在上部潛水鹵水層組，局部塊斷下部含水層有較好的封存條件，具有微承壓性質(zhì)。地下鹵水層埋藏深度一般為0～20m，最大為25～30m左右。礦體厚度一般為10～20m，鹵水濃度一般為5～8°Be'。青島135km2內(nèi)查明地下鹵水遠(yuǎn)景儲量約2.2億m3，折合氯化鈉1000萬t。

從水文地質(zhì)圖上看，膠州灣地下鹵水主要分布在港灣西岸和西北岸的地區(qū)，呈現(xiàn)小型環(huán)帶狀分布，長30km，寬1～3km，面積100km2。礦層呈斑塊狀，埋深0～20m，長約25～30m，礦層厚 10～20m，5～8°Be。在南萬、大橋兩處發(fā)現(xiàn)有8～9.4°Be的鹵水，僅有一個潛水鹵水層。

3 地下鹵水的物理化學(xué)特征

地下鹵水中的主要組分存在31種形態(tài)，其中Cl－和Br－離子在溶液中僅以自由離子的形態(tài)存在;其他組分都各有不同的絡(luò)合物，但大都以各自的自由離子為主;水中碳酸最為復(fù)雜，有、NaHCO3、MgCO3、、、CO2、和CaCO3等9種形態(tài);鈣分別以 Ca2+、CaSO4、、CaCO3、CaOH+和CaHSO4+等形態(tài)存在;鉀有K+、和KOH等形態(tài);鎂有Mg2+、MgSO4、、MgCO3和MgOH+等形態(tài);鈉的形態(tài)有Na+、、NaHCO3、NaCO3－和NaOH;硫酸根有、Mg-SO4、、CaSO4、、和等幾種形態(tài);水中溶解氣體以CO2為主，溶解態(tài)H2和O2的含量為0。水溶液中各組分的化學(xué)形態(tài)含量分布客觀地反映著溶液中各組分的實際存在形式［12］。

青島地下鹵水礦床沉積在物理化學(xué)特征上有明顯的水平分布分帶規(guī)律，從遠(yuǎn)離海岸的分水嶺到海岸邊的一般規(guī)律為:地下鹵水的物理化學(xué)類型依次為重碳酸型、重碳酸－氯化物型、氯化物－重碳酸型、氯化物型;地下鹵水的礦物度逐漸增高，陽離子成分由以鈣為主，到鈣、鈉各半，再到以鈉為主。

青島地區(qū)地下不同濃度古鹵水與海水離子含量的比值差異，主要是成鹵過程中及其被埋藏后的物理化學(xué)作用及生物化學(xué)作用所致，有的差異則由地表水滲入影響造成［13］。由于本區(qū)的鹵水來源是由全新世海洋環(huán)境條件下海侵供給海水，鹵水的化學(xué)組成特征與現(xiàn)代膠州灣海水基本相同。鹵水被長期埋藏于地下，與黏土有廣泛的接觸機會，在與黏土的接觸過程中，Ca2+可能被K+、Na+所交換，也就是Ca2+進入鹵水，K+和Na+變?yōu)轲ね恋慕M成部分。

青島南萬鹽田位于山東半島基巖港灣海岸區(qū)膠州灣北岸。第四系沉積層有上部海灣相沉積與下部沖洪積物組成，厚度僅有20～30m，含有一個潛水鹵水層組及一個微承壓鹵水層組，賦存于全部第四系沉積層中。其基底即為花崗巖或火山巖系巖層，構(gòu)成一套薄層海陸相疊置的含鹵巖系，其地層結(jié)構(gòu)十分簡單。地下鹵水濃度為5～9.4°Be'。地下鹵水濃度一般比海水高2～6倍，同時常伴有K、B、I、Li等多種有用組分。

4 地下鹵水開發(fā)利用研究

青島與國內(nèi)外同類地區(qū)一樣存在著地下鹵水?dāng)U散和海 (咸)水入侵這一環(huán)境水文地質(zhì)問題，其已造成了相當(dāng)?shù)奈：?，它致使土壤鹽堿化，造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)或絕收，并且破壞了人們賴以生存的自然環(huán)境。對青島市地下鹵水資源進行科學(xué)研究，進行綜合評價和開發(fā)利用，不僅能有效防治和緩解青島市地下鹵水對周圍環(huán)境帶來的危害，還能充分開發(fā)利用這一寶貴的海洋資源，有利于青島藍(lán)色經(jīng)濟的發(fā)展。

4.1 地下鹵水制鹽

我國在地下鹵水開發(fā)和利用方面研究比較廣泛［14］。青島基巖港灣海岸區(qū)第四紀(jì)濱海相地下鹵水資源應(yīng)該得到開發(fā)和利用。因港灣海岸平原第四系沉積層沉積物粒度粗、富水性強，盡管面積小，但單位面積儲鹵量大，其利用價值仍然較大。以青島膠州灣鹽區(qū)低濃度鹵水可利用性進行評價，原海鹽生產(chǎn)利用平均2.5°Bé(最高3°Bé)海水，20世紀(jì)80年代生產(chǎn)水平一般為年均畝產(chǎn)原鹽0.5～0.8t，通過鹽田技術(shù)改造后達(dá)到噸鹽田指標(biāo)比較困難。然而采用平均5～6°Bé地下鹵水，則可較容易達(dá)到畝產(chǎn)1～1.5t的目標(biāo)，生產(chǎn)效率成倍提高。老鹽田利用地下鹵水資源，僅投資少量打井及局部調(diào)整輸鹵系統(tǒng)費用即可，經(jīng)濟效益顯著。利用低濃度地下鹵水比海水可縮短制鹵流程40%～60%，可降低氣象災(zāi)害的影響，在一定程度上可保證穩(wěn)產(chǎn)。利用5～6°Bé地下鹵水制鹽可減少制鹵面積60%以上，因此可擴大結(jié)晶區(qū)，增加鹽產(chǎn)量，提高鹽田綜合利用效益。在青島沿海135 km2面積內(nèi)，概算出地下鹵水資源可達(dá)2.2億m3，潛在的經(jīng)濟價值可達(dá)數(shù)億元以上，它的全面開發(fā)將為青島市每年增產(chǎn)15萬～20萬t原鹽。利用地下鹵水曬鹽具有優(yōu)越性，可以提高鹽的產(chǎn)量和成鹽質(zhì)量，從而節(jié)約成本，青島鹽業(yè)高效益、高速度的發(fā)展為青島國民經(jīng)濟的發(fā)展做出了應(yīng)有的貢獻。同時，地下鹵水的開發(fā)和利用，可以降低周圍土地中礦化度的含量，對于逐步改善土壤成分具有一定的作用。

青島地理自然條件決定了其擁有曬制海鹽的良好環(huán)境。青島鹽業(yè)歷史悠久。早期生產(chǎn)方式以煎鹽為主。而近代鰲山灣、橫門灣、膠州灣、丁字灣沿岸又陸續(xù)有開灘曬鹽者。很早以來鹽田采用較為先進的方法，均為灘曬。由于鹽民的不斷建灘曬鹽，青島鹽業(yè)也在艱難中得到了一定程度的發(fā)展。鹽區(qū)地處于山東半島中部突出部分的黃海北岸，西南起膠南縣小場鹽場，東北至即墨市芝坊鹽場，約占青島沿海岸線730.64km的40%。鹽業(yè)資源極為豐富，集中在膠州灣北岸，東起白沙河，西至洋河口，環(huán)灣呈半圓形，蜿蜒綿亙50km余。

4.2 發(fā)展鹽化工業(yè)

根據(jù)青島沿海地下鹵水的特點，8°Bé以上地下鹵水直接用于鹽化工生產(chǎn)，其價值將更大。由于本區(qū)地下鹵水多屬于低濃度地下鹵水，因此要有具體的針對性。制訂如何利用地下鹵水曬鹽、發(fā)展鹽化工業(yè)、灘涂養(yǎng)殖和育苗業(yè)的方案。在進行開發(fā)利用時，要十分注意對周圍環(huán)境可能造成的影響，采取相應(yīng)的措施，保護沿海的自然環(huán)境。地下鹵水中除主要含有原鹽、氯化鎂、氯化鉀及硫酸鎂等工業(yè)原料以外，還含有相當(dāng)數(shù)量的碘、硼、溴以及鋰、鍶等微量元素。青島建新鹽化廠，先后進行了設(shè)備更新改造和填平補齊，使生產(chǎn)能力不斷提高，再制鹽由5萬t增加到6.6萬t，氯化鈉由600t增加到800t，溴素由50t增加到300t;還有氯化鎂3000t，無水芒硝6000t，并試產(chǎn)了氫氧化鎂阻燃劑。目前山東省鹽化工工業(yè)品產(chǎn)量還很少，供不應(yīng)求。要改變只用老鹵開展鹽化工業(yè)的傳統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)以鹽化工業(yè)為主，鹽為副產(chǎn)品，把鹵水中的化學(xué)成分，有用的元素的生產(chǎn)化學(xué)工業(yè)都興辦起來，這樣必然會有大的突破，生產(chǎn)出更多更好的鹽化工業(yè)產(chǎn)品，使地下鹵水資源得到大力開發(fā)和合理利用，滿足國內(nèi)和山東地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的需要。我國鹵水溴資源分布廣泛，類型全，開發(fā)前景廣闊，應(yīng)充分發(fā)揮各類鹵水溴資源特點，提高鹵水溴資源綜合利用水平。還可發(fā)展鹽化工業(yè)，從地下鹵水中提取稀有元素，為工業(yè)及國防發(fā)展提供有利的保證。

4.3 用地下鹵水進行水產(chǎn)育苗及養(yǎng)殖

地下鹵水可以使用在沿海的灘涂養(yǎng)殖和育苗業(yè)中，對于海洋養(yǎng)殖業(yè)具有很大的好處。地下鹵水可擴大海水生物養(yǎng)殖區(qū)，應(yīng)用地下鹵水進行水產(chǎn)育苗及養(yǎng)殖，就是模擬天然海水的化學(xué)組成，將地下鹵水采用物理和化學(xué)的方法，以最少的成本，改造成類似于天然海水且適合于育苗養(yǎng)殖用水，在利用地下鹵水進行海洋養(yǎng)殖方面，蝦和蟹等的養(yǎng)殖研究程度較高，且實踐比較成功［15］。由于受到病毒病害的影響，對蝦和蟹養(yǎng)殖仍處在低迷不振的狀態(tài)，生產(chǎn)形勢十分嚴(yán)峻。近年來，近岸海水各種污染沒有得到嚴(yán)格控制，水質(zhì)普遍富營養(yǎng)化、赤潮頻有發(fā)生，海洋的自然生態(tài)平衡受到破壞。雖然國家也投入一定力量進行蝦蟹病防治和水環(huán)境改良，但收效不大。由于形勢所迫，廣大的養(yǎng)殖工作者在不斷地試探改進養(yǎng)殖模式，并成功孕育出了地下鹵水養(yǎng)蝦和蟹技術(shù)。利用地下鹵水養(yǎng)蝦蟹，特別是在防病方面，直接避開海水與海洋生物帶入的病害，也隔離了由蝦蟹池排污而帶來的交叉感染，從而降低了養(yǎng)蝦蟹的發(fā)病率。如能嚴(yán)格規(guī)范養(yǎng)蝦蟹技術(shù)和科學(xué)管理，不僅可以將蝦蟹養(yǎng)殖成功，而且產(chǎn)量高，經(jīng)濟效益好。

5 下一步的研究工作

為更好地研究青島沿海的地下鹵水，需要進一步深入收集整理已有的地下鹵水資料，包括已有的青島幅地質(zhì)圖、構(gòu)造圖、研究論文、相關(guān)鹽田的鉆井資料和樣品分析結(jié)果，為詳細(xì)研究青島地下鹵水提供研究基礎(chǔ)。

對地下鹵水區(qū)進行有關(guān)地質(zhì)復(fù)查和研究，填制地質(zhì)礦產(chǎn)圖、水文地質(zhì)圖。對鉆孔樣品進行沉積物粒度、水質(zhì)、含水率、微體古生物等分析，確定鹵水富集層位。圈畫出鹵水含水層和隔水層的界線和確定沉積物層位特征。研究地下鹵水形成前后的古海洋環(huán)境變化和第四紀(jì)海相地下鹵水的形成過程。這對預(yù)測含鹵水層的位置、深度以及儲量和進一步規(guī)劃開發(fā)利用具有重要基礎(chǔ)意義。

6 結(jié)論

青島第四紀(jì)濱海相地下鹵水來源于全新世海水，在有利于地下鹵水存儲的北溫帶季風(fēng)區(qū)域氣候及地質(zhì)地貌環(huán)境中形成。它是潮灘上的海水經(jīng)過蒸發(fā)濃縮，比重不斷增加，下滲到砂層中聚集成鹵水，后經(jīng)海陸變遷，被埋藏在濱海平原下形成地下鹵水。港灣海岸區(qū)第四系沉積層分布面積及厚度小，而且只有全新世海洋環(huán)境存在有鹵水，具有一定利用價值。在青島沿海凡第四系沉積厚度大于10m的灣頂平原區(qū)，均發(fā)現(xiàn)有鹵水分布，鹵水濃度一般屬低濃度鹵水 (5～8°Bé)，局部可賦存有8°Bé以上中濃度鹵水。

地下鹵水開發(fā)和利用方面的研究比較廣泛，人們可以利用地下鹵水制鹽，可直接用于鹽化工生產(chǎn)，還可為海水生物養(yǎng)殖提供新水源，改善水質(zhì)條件，供給地下溫咸水熱能等，其綜合利用價值較大。地下鹵水資源的綜合利用評價，因地而異，應(yīng)因地制宜。

為更好地開發(fā)、利用沿海地下鹵水資源，需要進一步加強地質(zhì)工作，為詳細(xì)研究青島地下鹵水提供研究基礎(chǔ)。

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