地质科技助力破解莱州湾卤水资源困局

青岛海洋地质研究所实施的“山东泥质海岸带地下卤水资源成矿理论与探测关键技术及应用”项目，凭据理论突破与技术革新——破解莱州湾卤水资源困局。

泥质海岸带取样

在渤海南岸的莱州湾，雪白的盐田与古老的盐业遗址交相辉映，见证着这里作为全国最大卤水产业聚集区的辉煌。然而，长期开采导致的地下卤水水位下降、资源枯竭等问题，也一度成为这里盐化工行业的隐忧。

如何在开发与保护之间找到平衡，推动山东盐化工行业可持续发展？答案或许就藏在地质科技成果之中。

近日，由中国地质调查局青岛海洋地质研究所牵头完成的“山东泥质海岸带地下卤水资源成矿理论与探测关键技术及应用”项目，凭借理论突破与技术革新，荣获2024年度山东省十大优秀地质科技成果，为破解卤水资源开发与保护难题提供了解决方案。

双重挑战

莱州湾卤水产业聚集区面临资源环境困局

有着漫长海岸线的山东，拥有得天独厚的地下卤水资源，是我国最早开发利用地下卤水资源的地区之一，其中莱州湾南岸已成为全国最大卤水产业聚集区。

中国地质调查局青岛海洋地质研究所研究员高茂生，是“莱州湾地下卤水资源赋存理论模式创新与探测关键技术”项目总负责人，对山东海岸带地下卤水资源形成及演化有着深入研究。

据他介绍，地下卤水，这一深埋地下的“液态宝藏”，是我国近海重要的战略性矿产资源。作为一种特殊类型地下水，海岸带地下卤水富含溴、碘、锂、铀、钴等多种有用元素，可广泛应用于盐化工、核工业等。目前卤水主要用于提取原盐和溴素，部分用于提取氯化镁和氯化钾。

先天的资源优势早就被人们认识并加以开发。据记载，莱州湾地区卤水资源的开发利用，已有4000多年的历史。但大规模的开发是从20世纪80年代开始的，逐渐形成了全国最大的海盐生产基地。盐化工业的迅速发展，也让有限的地下卤水资源被大量、长期、连续开采，资源枯竭、水位下降、卤水浓度降低等一系列问题随之出现，资源不可再生性与开发粗放性矛盾日益凸显。

如何有效保护天然卤水资源，推进合理开发和可持续利用？作为长期驻扎山东开展海岸带地质调查研究的青岛海洋地质研究所海岸带地下水研究团队，早在2005年就开始关注莱州湾卤水资源开发利用。基于多年的地质调查研究，他们认为，破解卤水资源困局，其核心科学问题是厘清山东海岸带地下卤水资源的成矿规律，关键技术难题是地下卤水精准探测和资源高效利用。

为破困局，2012年开始，青岛海洋地质研究所联合自然资源部第一海洋研究所、山东大学、山东省第四地质矿产勘查院、山东省地矿工程勘察院等单位，依托“山东半岛海岸带综合地质调查与监测”“山东海岸带地下卤水资源形成及演化机制”“晚更新世以来莱州湾地下卤水成因及可恢复性研究”“山东省潍坊市北部地区卤水资源调查评价”等项目，围绕卤水矿产资源持续性开采所面临的关键科学问题，聚焦山东海岸带卤水储量大、层位多、沉积环境复杂等特性，开展了产学研用联合攻关。

理论创新

摸清泥质海岸带多层地下卤水成因

特定沉积环境、构造活动和地质作用，孕育了山东海岸带独特的地下卤水资源。研究表明，自晚更新世以来数次海侵海退及特殊的河流三角洲沉积体系，为莱州湾一带地下卤水资源的生成创造了良好的补给、运移、过滤、储存和封盖条件。

高茂生研究团队通过收集100多个钻孔资料、卤水资源勘查报告和前人研究成果，综合分析各地下卤水层分布范围、顶底板埋深、含水层厚度、溶解性固体总量及卤水水化学类型，通过地质沉积背景和地下卤水水文特征对比，重新厘定地下卤水层与晚更新世以来的三次海侵之间的关系，认为三次海侵事件形成的海相地层，分别控制着埋深40米～60米、25米～40米及8米～15米的卤水层空间格局。各海相层中发育的潟湖—潮坪沉积体系及低渗透性黏土隔层，构成了卤水赋存的关键储盖组合。

进一步的研究发现，山东海岸带地下水卤水的形成大致经历了三个阶段，首先是间冰期发生的快速海侵，将古海水封存在海相沉积物和潟湖之中，提供盐分；其次是冰期冷干气候阶段，沉积的古海水经过蒸发、浓缩、淋滤、溶解形成高盐水；最后是末次冰消期以来，河流三角洲发育，引发陆源淡水渗入含卤层，经水—岩相互作用变质成卤。

这一地下成卤模式的建立，解决了传统示踪剂判别卤水水盐来源的不确定性问题，实现了传统模式的定量化验证，为合理有效利用海岸带地下卤水资源提供了科学依据。

野外工作现场

技术革新

实现资源“探—识—采—用”全链条突破

了解了地下卤水从哪里来，如何科学开发利用这一珍贵资源，成为项目团队进一步思考和攻关的难题。

长期以来，受技术条件限制，卤水资源调查目标区多以陆地为主，极少涉及海岸带近海区域卤水富集区。而且，由于缺少对卤水成因机制性的深入研究，以及对卤水资源的稀缺性和重要性认识不足，卤水开发利用仅停留在粗放式的初级阶段。

对此，针对泥质海岸带卤水资源层位多、沉积环境复杂等特性，项目团队展开产学研用联合攻关，研发了有针对性的“探测—识别—监测—采集”卤水精准探测装备及技术体系。这一技术体系包括海岸带地下卤水的资源探测设备、储层间水力联系识别技术、原位分层采集技术、海岸带地下卤水—咸水—淡水在线监测技术等。其中，基于地球物理原位探测技术无损性及连续性，项目团队研制的海岸带地下卤水三维高密度电阻率原位监测设备，可实现对海岸带近海区域卤水分布以及地下水与海水相互交换过程的连续动态监测，结合同位素定量评估技术，实现了近岸海域地下卤水资源储量精确探测。

应用这一技术成果，项目团队在莱州湾圈定了1400平方千米地下卤水资源，累计探获地下卤水资源远景储量51亿立方米，其中石盐（NaCl）4.2亿吨、溴103万吨、氯化镁7298万吨、硫酸镁3269万吨、硫酸钙2039万吨，可开采储量31亿立方米，潜在经济效益600亿元。

为推进地下卤水资源的高效开发利用，基于卤水筛选与判定方法，项目团队还研发了水资源有效分离及高效利用新技术：提溴后卤水去除固体微粒、胶体等杂质（超滤）和离子分离（纳滤）的“双膜法”技术，以及卤水综合利用联产高纯水盐方法，推动资源梯级开发利用。

依托项目成果，项目团队联合山东夙沙高科生物有限公司，在山东寿光羊口镇工业园开展了不同等级卤水的提溴、纳滤精制卤水、制盐、苦卤化工、卤水淡化等单元模块组合及工艺参数优化，精制卤水，生产出富含钾、钙、镁、锶等矿物质元素的盐类，并产出清洁淡水，使得中低浓度（50克/升~100克/升）卤水中氯化钠利用率由30%提升至70%以上。

水文地质钻探施工现场

截至目前，项目已获授权发明专利24件，发表论文138篇，出版专著7部，并斩获国土资源科学技术奖二等奖、海洋工程科学技术奖特等奖等多项荣誉。以中国科学院院士王焰新为首的专家组认定，项目成果整体达国内领先水平，其中分层探测技术跻身国际先进行列。国际同行评价称，该研究为全球泥质海岸带卤水开发提供了范式。

随着陆海统筹战略深入推进，这项成果不仅为山东盐化工注入新动能，更为我国海洋资源可持续开发树立科技标杆。高茂生表示，下一步将推动技术向渤海湾、长三角等类似海岸带地区推广，并探索卤水中锂、铀等战略性矿产的提取技术。