Evaluation and investigation technology of salt cavern resources in China
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摘要:
在“双碳”目标大背景下，盐穴是实现地质储能、碳封存的重要方式之一，但我国盐穴资源数量、质量不明，盐穴调查技术体系不完善，严重制约盐穴资源开发利用。通过分析我国主要盐矿区地质勘探报告、储量核实报告、企业年报及文献报道等，形成了我国盐穴资源数量、可利用性的科学认识和基本判断；在盐穴集中区开展综合探测技术试验并结合前人试验成果，初步构建了盐穴资源调查技术体系。结果表明：（1）我国盐穴资源丰富，储量大、分布广、埋深适宜、具备规模化开发利用条件，其中华东和华中地区已有盐穴资源最为丰富。（2）通过建立盐穴资源可利用性评价体系，将全国盐穴资源分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3 级，Ⅰ级已有盐穴资源占比约29.4%，主要分布在华东、华中地区的江苏、湖北、河南等省份，是开发利用的优选区；Ⅱ级已有盐穴资源占比约65.4%，广泛分布于华中、西北和西南地区，可作为开发利用远景区；Ⅲ级已有盐穴资源占比约5.2%，整体地质条件不适宜开发利用。（3）地面物探可查明盐矿区区域地质、盐层地质、水文地质及盐腔分布情况，指导盐穴建库选址；井中物探精度高，可获取盐矿品味、腔体结构等信息，服务储库建设及运行监测。研究结果可为我国盐穴资源规划及开发提供基础数据和技术支撑。
Abstract:Under the background of the “carbon peaking and carbon neutrality goals”, the salt cavern is an important place for geological storage and carbon sequestration. The limited knowledge of the quantity and quality of the salt cavern and immature investigation technology constrains the development and utilization of salt cavern. After analyzing the geological exploration reports on major salt mines, reserves reports, enterprise annual reports, and research articles, a scientific understanding and basic judgment of the amount and utilizability of salt caverns in China are obtained; a technical system of salt cavern resource survey is established through a test with comprehensive detection technology in the concentrated area of salt cavern. The results show that salt cavern resources in China are characterized by abundant reserves, wide distribution, feasible burial depth, and convenient utilization on large scale. The most abundant salt cavern resources occur in the east and central regions. The national salt cavern resources are divided into levels I, II, and III by using an availability evaluation method system of salt cavern resource. Level I accounting for about 29.4%, is mainly distributed in Jiangsu, Hubei, Henan, and other provinces in east and central China. Salt cavern resources in level I are preferred for development and utilization. Level II accounting for about 65.4%, is widely distributed in southwest, northwest, and centra China, and can be used as a prospective area for development and utilization. Salt cavern resources in level III accounting for about 5.2%, are not suitable for development and utilization. Ground geophysical exploration, which can identify the characteristics of the regional geology, salt layer geology, hydrogeology, and salt cavity distribution of the salt mining area, guides the site selection on the salt cavern construction; geophysical exploration of high precision, which can obtain the information of salt mine levels and cavity structure, benefit the construction and operation detection of storage. This study provides the basic data and technical support for the planning and development of salt cavern resources in China.
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盐穴即地下盐矿开采后形成的空间，是一种宝贵的、不可再生的地下空间资源[1]。盐穴力学性质稳定、渗透率低、高压下具有塑性，且在产生局部地层裂缝条件下可自重结晶愈合，具有较好的密闭性，可作为天然气、石油、压缩空气、氢气等多种形式的能源[2]，以及二氧化碳、工业废料、采矿废渣、核废料等物质的大规模高效安全存储空间[1]。
随着中国碳达峰、碳中和目标的提出，新能源、清洁能源将成为未来我国能源结构的重要组成部分，盐穴以其埋深大、封闭性好、安全性高、容量大、存取灵活等诸多优点，成为理想的地质储能和碳封存场所[3]。我国盐穴资源丰富，合理开发利用盐穴，对保障我国能源储备安全，促进清洁能源利用，助力实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。
国外有近千座地下盐穴用于存储多种形式的能源及物资[4]，苏联是利用盐穴资源最早的国家，1959年，苏联建成世界上第一座盐穴储气库，随后该项技术在欧美等国迅速发展，其中美国与德国是世界上该项技术利用水平最高的国家[2]，现在国外盐穴利用的最新方向为储存非常规物质：氢、无水氨、氦及二氧化碳等，以及在带有风力传送系统的盐穴中储存粮食[1]。20世纪末，基于能源储备需求，我国开始研究建造盐穴储气库，中国盐业集团有限公司所属金坛公司和中国石油天然气集团有限公司合作于2007年建成投产国内第一座盐穴储库—西气东输金坛储气库。目前我国在役盐穴储库约70座，主要集中在江苏省常州市金坛区，用于天然气存储和压缩空气储能发电，除金坛地区之外，山东肥城、江苏徐州和淮安、河南平顶山、湖北潜江和应城、湖南衡阳、江西樟树、云南安宁等地区，都有在建或拟建的盐穴储库项目[5 − 6]。
盐穴资源利用方式分为已有腔体改造和溶蚀建造新腔 2 种，开发利用前应首先掌握建库区地层、构造、岩性等基础地质信息。区别于欧、美等国的盐丘型矿床，我国盐矿产出形态以层状盐岩型为主，具有总盐层厚度小、单盐层厚度薄、夹层数量多且厚度大等特点[1, 7 − 8]，致使造腔和资源评估难度远大于盐丘型矿床，故亟需探索出适宜我国盐矿区地质特点的盐穴资源评价方法和调查技术。
本文通过对全国28个主要成盐区地质背景和约100家井盐矿矿床地质特征等基础资料的研究，阐述了我国盐矿资源及盐穴资源的分布规律；初步构建了盐穴资源可利用性地质评价体系，首次划分出全国盐穴资源可利用性等级；以江苏金坛盐穴集中区地球物理探测为例，结合文献调研，初步构建了盐穴资源地质地球物理调查技术体系，可为盐穴资源调查及储库建设提供技术支撑。
1. 我国盐矿及盐穴资源状况
1.1 我国岩盐资源分布状况
我国幅员辽阔，海进海退频繁，地壳运动交错出现，干旱气候几乎遍布各个地质时期，盐类物质来源丰富，加上小陆块、微陆块、造山带的构造特征，为成盐提供了封闭屏障，使得盐矿广泛分布，自晚古生代至第四纪，每个地质时代均有各种盐类沉积矿产的形成。盐矿资源包括岩盐和卤水，本文只考虑岩盐，我国岩盐资源分布在18个省区，已发现157处矿床。岩盐埋藏于地下数十米至五千米左右，厚度从几十米到几百米不等，矿体一般为多夹层盐层，矿石易溶于水，盐矿品位较高，最高氯化钠浓度>95%，一般含氯化钠浓度为70%～95%[1]。按地理位置可划分为华北、华东、华中、华南、西北、西南等6个区域。
华北地区岩盐矿床分布在河北中南部辛集—宁晋一带，区内仅有1家盐矿企业。盐矿属内陆湖相沉积岩盐矿床，盐层面积达1000 km2，埋深2510～3190 m，累计厚度120～220 m。
华东地区岩盐矿床分布在江苏金坛、丰县和淮安，安徽东兴，江西樟树和会昌，山东泰安和东营等地区，主要分属于33个盐矿企业。盐矿属内陆湖相沉积岩盐矿床，盐层分布面积约1756 km2，埋深218～4217 m，累计厚度14～460 m。
华中地区岩盐矿床分布在河南濮阳、舞阳和叶县，湖北利川、枣阳、云应、天门和潜江，湖南澧县和衡阳等地区，主要分属于26个盐矿企业。除湖北利川建南盐矿属海相沉积岩盐矿床，其余均属内陆湖相沉积岩盐矿床，盐层分布面积约3654 km2，埋深104～3000 m，盐层累计厚度2～728 m。
华南地区岩盐矿床主要分布在广东广州、佛山、东莞等地区，区内有3家盐矿企业。盐矿属内陆湖相沉积岩盐矿床，盐层分布面积约230 km2，埋深480～640 m，累计厚度7～55 m。
西北地区岩盐矿床分布在陕西延安和榆林，宁夏固原、甘肃漳县，新疆塔里木盆地等区域，主要分属于8个盐矿企业，其中新疆塔里木盆地尚无开采井盐企业。陕北地区和塔里木盆地盐矿属海相沉积岩盐矿床，其余均属湖相沉积岩盐矿床，盐层分布面积约20 km2，埋深100～7000 m，累计厚度100～1600 m。
西南地区岩盐矿床分布在四川盆地、滇中和滇西南等区域，主要分属于15个盐矿企业。该区域经历了多期次成盐过程，三叠系前以海相碳酸盐沉积为主，其后主要表现为陆相沉积。盐层分布面积约2.8×104 km2，埋深300～5000 m，累计厚度100～1600 m。
1.2 我国盐穴资源分布状况
早期岩盐矿开采时，由于水溶技术落后及对盐穴规模、空间分布等未加关注等原因，形成了大量的未知盐穴，其容积仅能通过采卤量估算，具体的腔体形状、腔体顶底板埋深和矿柱宽度等详细信息有待勘查。
基于盐矿、化工企业的盐矿资源量、已采卤量和年采卤量，利用盐腔有效体积计算法，对各地区盐穴资源量进行了分类估算。其中，已有资源量是采卤后已形成的盐腔容积；潜在资源量是考虑盐层及夹层的性质、溶腔形状及矿柱安全距离等因素，以建库为目的造腔后形成的新盐腔容积；年增资源量是参考近年采卤量推导得出预计可形成的盐腔容积。评估结果表明，华东和华中地区已有盐穴资源丰富，年增资源量最大；西北和西南地区特别是陕北和四川，潜在盐穴资源量大，但普遍埋藏较深、地质构造相对复杂。公式如下：
Vf=1(1−α1−αβ)(1−Cbρs)Vp (1) 式中：Vf——盐腔有效体积/m3；
α——溶蚀段不溶矿物/%；
β——溶蚀段不溶矿物膨松系数；
Cb——卤水浓度/%；
ρs——纯盐密度/（kg·m−3）；
Vp——采出纯盐的体积/ m3。
2. 盐穴资源可利用性评价体系
盐穴资源主要产出于陆相碎屑岩系型和海相碳酸盐岩系型石盐矿床中，区别于欧、美等地区的盐丘型矿床，我国盐矿产出形态以层状盐岩型为主，盐层总体厚度小、单盐层厚度薄、夹层数量多且厚度大。完颜祺琪等[9]从构造特征、盐层发育情况、盐层埋深、盐层厚度、盐岩品位、盖层性质及厚度、密封性等方面，系统、定量地阐述盐穴地下储气库库址的优选评价指标；井文君等[10]应用层次分析法建立盐穴储气库选址综合评价体系的目标层次结构模型，提出了选址体系中各基本指标的适宜度等级划分标准；郑雅丽等[11]在分析气藏储气库地质体相关研究成果的基础上，提出盐穴储气库地质体概念，建立盐穴储气库地质体完整性管理体系；刘红樱等[12]对长江经济带盐矿区岩盐矿床进行了综合研究和分析，建立了层次结构模型，评价了盐穴油气储库建设的可行性。
由于我国与国外盐穴资源形成的地质条件有所区别，且国内已建成的盐穴储库有限，因此尚无可供借鉴的评价标准，在咨询本领域专家及参考前人研究的基础上 [9 − 12]，针对我国盐穴资源特点，突出地质属性特征，制定了相应的可利用性地质评价标准，可从宏观上划分我国盐穴资源等级。
2.1 盐穴资源可利用性评价标准
标准包括区域地质特征、盐层地质特征、水文地质特征 3 大因素，12项指标。
区域地质特征。盐穴资源开发利用应优先选择沉积稳定、构造简单、断层少、盖层稳定、力学性质好、地震活动弱的盐矿。区域地质特征选定区域沉积特征、断层发育特征、区域盖层特性以及区域地震特征4个指标。
盐层地质特征。盐穴开发利用是在盐层内进行人工造腔，应优先选择分布广、厚度大、埋深适宜、含矿率及品位高、夹层可溶性强的盐层。盐层地质特征选定盐岩分布范围、埋深、累计厚度、含矿率、氯化钠品位和夹层岩性等6个指标。
水文地质特征。水文地质条件也是盐穴资源评价的重要因素，从安全运行角度考虑应优先选择与地下水隔离条件好的盐层；从经济因素角度考虑应优先选择地表水资源充足的地区。水文地质特征选定地下水系分布和地表水源分布2个指标。
综合分析以上 3 大因素，制定了盐穴资源可利用性地质评价指标等级表（表1）。
表 1 盐穴资源可利用性地质评价指标等级表Table 1. Geological evaluation indexes and levels of salt cavern utilizability目标 因素（分值范围） 因子 权重 等级标准 等级分值 盐穴资源
可利用性
地质评价区域地质特征A
（0～20）区域沉积特征A1 5 海相盐丘、陆相少夹层 3～5 陆相多夹层 0～2 断层发育特征A2 5 不发育 3～5 较发育 0～2 区域盖层特性A3 5 稳定分布 3～5 不稳定分布 0～2 区域地震特征A4 5 地震活动不活跃 3～5 地震活动活跃 0～2 盐层地质特征B
（0～60）盐岩分布范围B1 10 ≥50 km2 6～10 <50 km2 0～5 盐层埋深范围B2 10 500～3000 m 6～10 <500 m或>3000 m 0～5 盐层累计厚度B3 10 ≥100 m 6～10 <100 m 0～5 含矿率B4 10 ≥70% 6～10 <70% 0～5 NaCl平均品位B5 10 ≥70% 6～10 <70% 0～5 夹层岩性B6 10 非致密岩性 6～10 致密岩性 0～5 水文地质特征C
（0～20）地下水系分布C1 10 盐层与地下水系隔离 6～10 盐层与地下水系连通 0～5 地表水源分布C2 10 淡水资源充足，且离矿区距离适中 6～10 淡水资源不足，或水源离矿区距离较远 0～5 根据不同盐矿地质情况赋予相应的分值，累加后总分85分以上且任一项指标评分均在该指标分值60%以上划为Ⅰ级，总分75~85分划为Ⅱ级，总分75分以下划为Ⅲ级（表2）。
表 2 盐穴资源可利用性等级划分表Table 2. Levels of salt cavern utilizability可利用性分级 开发适宜性 地质情况 Ⅰ级 优选区 构造简单，断层不发育，地震活动弱，盖层稳定，盐层分布范围广、埋深适中、
盐层厚度大、品质高，夹层岩性易溶，淡水资源丰富、水文地质条件简单Ⅱ级 远景区 盐层分布范围中等，盐层顶板埋深偏浅或偏深、累计厚度中等、品位不高，但整体地质条件良好，存在适宜开发的岩盐层段 Ⅲ级 不适宜区 盐层分布范围小，埋深过浅或过深，累计厚度小，含矿率低，多次出现采卤区地面冒卤、变形、塌陷等问题 2.2 全国主要盐矿区盐穴资源可利用性评价结果
对全国主要盐矿区地质条件进行分析，根据可利用性评价标准进行了评级（表3），评价结果显示：
表 3 我国主要盐矿床地质特征及可利用性等级Table 3. Geological features and utilizability level of major salt deposit in China序号 地区 盐矿/
成盐区区域沉积
特征断层发育
特征区域盖层
特性区域地震
特征盐岩分布
范围/km2盐岩埋深
范围/m盐层累计
厚度/m含矿率
/%NaCl品位/% 夹层岩性 地下水系
分布地表水源分布 综合评分 可利用等级 A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 B5 B6 C1 C2 1 华北 辛集—宁晋盐矿 陆相层状 新生界地层中未发现断层，构造简单 横向分布稳定，裂隙不发育，岩性致密 地震活动较弱 1000 1000～
3600120～220 80 93 灰质泥岩、含泥石膏岩等 盐层与地下
水系隔离有淡水
资源80 Ⅱ级 2 华东 金坛盐矿 陆相层状 区内断层少，主体部位未见断层 分布稳定，
岩性坚硬地震活动较弱 61 888～
1236160 84～95 80～85 含膏泥岩、白云质泥岩、含硝泥岩等 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富90 Ⅰ级 3 淮安盐矿 陆相层状 断层不发育，构造简单 横向分布稳定，裂隙不发育，岩性致密坚硬 地震活动较弱 82 1000～
250040～170 55～87 75～90 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富85 Ⅰ级 4 丰县盐矿 陆相层状 构造简单，沉积稳定 横向分布稳定，裂隙不发育，岩性致密 地震活动较弱 116 800～
135520～460 69 70 泥岩、硬石膏岩和钙芒硝岩 盐层与地下
水系隔离有河流
依托85 Ⅰ级 5 东兴盐矿 陆相层状 构造简单，断层不发育 横向分布稳定，力学性质一般 地震活动较弱 61 218～594 14～198 90 20～95 泥岩、含膏泥岩、粉砂质泥岩、含钙芒硝泥岩等 隔离效果差，矿区多次出现地面冒卤、变形、塌陷等地质灾害 水资源
丰富59 Ⅲ级 6 大汶口盐矿 陆相多薄层盐岩矿床 断裂较发育，但断裂在盐矿范围内不发育 横向分布稳定，岩性致密 地震活动较弱 36 840～
164030～150 20～56 87 硬石膏岩
为主盐层与地下
水系隔离水资源
丰富76 Ⅱ级 7 东营盐矿 陆相层状 构造简单，断层不发育 横向分布稳定，岩性致密 地震活动较弱 200 2935～
440071 12 94～99 泥岩、含盐泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富73 Ⅲ级 8 清江盐矿 陆相层状 构造简单，褶皱平缓、规模小，断裂少 横向分布
稳定，力学
性质差历史无地震记录 134 593～
110735～
13470～75 60～75 含盐、芒硝、石膏
泥岩老采区因过度开发导致溶腔通过顶板溶蚀裂隙与地下
水层串通水资源
丰富75 Ⅱ级 9 周田盐矿 陆相层状 部分区域断层构造发育 横向分布
稳定，力学
性质差地震活动较弱 7 800～
120075～204 75 54～64 泥岩 老采区因过度开发导致矿区地面变形塌陷，部分盐层与地下水连通 水资源
丰富62 Ⅲ级 10 华中 叶舞盐矿 陆相层状 构造简单，部分区域断层构造发育，但可避开 分布稳定，厚度大，岩性致密 地震活动较弱 400 1117～
2600293～662 75 75～90 含硬石膏粉砂岩、粉砂岩等 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富89 Ⅰ级 11 濮阳盐矿 陆相盐丘 存在隐伏构造 分布稳定，厚度大，岩性致密 地震活动较弱 500 2100～
2700800～
100060 75～95 薄层泥岩和砂岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富84 Ⅱ级 12 云应盐矿 陆相层状 构造简单，褶皱、断裂和裂隙均不发育 分布稳定，厚度大，岩性致密 地震活动较弱 260 300～850 30～180 75 70～80 硬石膏岩、钙芒硝岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富79 Ⅱ级 13 潜江盐矿 陆相层状 构造简单，断层、裂隙不发育 分布稳定，
厚度大地震活动较弱 1600 700～
2145300～400 90 70～98 无水芒硝矿石和钙芒硝泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富92 Ⅰ级 14 小板盐矿 陆相层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
厚度大地震活动较弱 330 400～
1300100～480 72 80～90 泥质钙芒硝岩、灰质泥岩、硬石膏质泥岩、粉砂质泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富88 Ⅰ级 15 建南盐矿 海相层状 构造较发育，节理裂隙发育 分布稳定，
力学性质好地震活动较弱 15 1871～
23014～8 70 80 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富58 Ⅲ级 16 王城盐矿 湖相层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
厚度大地震活动较弱 10 237～324 11 75 10～54 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
较丰富54 Ⅲ级 17 衡阳盐矿 陆相薄层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
力学性质好地震活动较弱 57 212～
113250～360 56 10～96 泥岩、含硬石膏泥岩、含钙芒硝硬石膏泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富79 Ⅱ级 18 澧县盐矿 陆相层状 局部有小褶皱和断层，节理、裂隙比较发育 分布稳定，
力学性质差地震活动较弱 8 220～500 11 40 81 泥岩、含硬石膏白云岩、泥质钙芒硝、无水芒硝 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富56 Ⅲ级 19 华南 龙归盐矿 陆相层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
力学性质差地震活动较弱 3 480～640 8～56 71 55～76 泥岩 盐层与地下
水系连通水资源
丰富56 Ⅲ级 20 三水盐矿 陆相层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
力学性质差地震活动较弱 0.9 1244～
127876～115 40 49～70 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富68 Ⅲ级 21 东腾盐矿 陆相层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
密封性较好，
力学性质一般地震活动较弱 0.6 794～860 30 40 50 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富65 Ⅲ级 22 西北 陕北盐矿 海相层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
岩性致密，
力学性质好地震活动较弱 43000 2200～
2850100～150 90 95～97 泥质白云岩、硬石膏岩，岩性致密 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富84 Ⅱ级 23 固原硝口—上店子盐矿 陆相层状 断裂构造十分发育 分布稳定，
岩性致密，
力学性质好历史和现代地震活动活跃 31 85～800 34～287 90 31～99 含盐泥岩，含盐量10%～29% 盐层与地下
水系隔离淡水资
源匮乏68 Ⅲ级 24 漳县盐矿 陆相层状 产状变化大，断层多，矿床开采比较复杂 分布稳定，
结构致密地震活动较弱 315 70～400 62 13～92 55～95 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
量较差57 Ⅲ级 25 西南 四川盆地 海相碳酸盐型 东部及东南部边缘大断裂对矿体有破坏 分布稳定，
厚度大历史和现代地震活动活跃 180000 1000~
500010~700 50 70 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富77 Ⅱ级 26 滇中成盐区 陆相层状 构造不发育，无节理裂隙 分布稳定，
岩性坚硬地震活动较弱 >60 300～900 136～449 80 70 泥质岩、碳酸盐泥质岩，主要组分易溶 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富78 Ⅱ级 27 滇西成盐区 陆相层状 构造较复杂 分布稳定 地震活动较活跃 75 10~400 10~100 80 50～60 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富68 Ⅲ级 28 滇南成盐区 陆相层状 构造简单，呈褶皱状或单斜状产出 分布稳定 地震活动较活跃 400 10~400 10~100 80 50～90 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富74 Ⅲ级 Ⅰ级已有资源量占全国已有资源量的29.4%，主要分布在华中，华东的江苏、湖北、河南等省份，如金坛盐矿、潜江盐矿、叶舞盐矿、淮安盐矿、丰县盐矿、小板盐矿等。Ⅰ级资源盐矿区建库条件优质，且地处我国人口密集、经济活跃地区，能源存储市场需求大。
Ⅱ级已有资源量占全国已有资源量的65.4%，主要分布于华中、西北和西南等地区，包括河南、湖北、湖南、江西、陕西、云南、四川、河北、山东等省份，如濮阳盐矿、云应盐矿、衡阳盐矿、清江盐矿、陕北盐矿、辛集—宁晋盐矿、大汶口盐矿等。Ⅱ级资源赋存的地质条件整体上略逊于Ⅰ级，但某个深度段的盐层也极具开发价值，如云应盐矿古近系膏盐组含盐地层厚度大、可溶性强、夹层岩性致密，可开发为盐穴储库。
Ⅲ级已有资源量占全国已有资源量的5.2%，华东、华中、西北、西南地区均有分布，如东营盐矿、周田盐矿、东兴盐矿、建南盐矿、澧县盐矿、王城盐矿、固原硝口—上店子盐矿、漳县盐矿等。Ⅲ级资源可利用性较差：埋深小于500 m的盐层埋深过浅，存在采空区塌陷等地质灾害问题；埋深大于3000 m的盐层建腔成本过高，且因埋藏过深蠕变速率加快会导致腔体的年收缩率增加。
3. 盐穴资源调查技术体系
开发利用盐穴资源，需详细掌握建库区地层、构造、矿层品味等地质信息。地球物理探测利用地下介质的速度、密度、电性等物性差异，可查明盐层、盖层、断裂、盐腔等空间展布形态，含水层分布特征，矿物含量等，有效支撑造腔建库。前人对盐穴或盐矿采空区开展过多种地球物理探测试验，Coskun等[13]对美国得州休斯敦附近盐丘进行了二维和三维地震勘探，查明了盐丘的空间分布特征；Beutel等[14]利用二维地震和垂直地震剖面（VSP）技术查明英国Byley盐穴储气库周边断裂，以推断盐穴壁与断裂的距离；Ezersky等[15]应用核磁共振（SNMR）、瞬变电磁（TEM）、面波多通道分析（MASW）、反射地震、微重力和磁性测量及其组合，对死海周边盐层溶蚀后形成的采空区、天坑等进行了多方法研究，评估了地下水侵蚀状况、圈定了采空区范围。耿春明[16]、王琴等[17]、王瑞贞等[18]利用三维地震勘探技术，识别出溶腔的发展方向、发育情况、内部连通情况、顶板破坏程度等；李霖林等[19]利用VSP资料，分别从点、线、面、体的角度对石盐体进行研究，描述了探区内石盐体的几何形态和断层分布，预测了裂缝发育方向；王志荣等[20]利用可控源音频大地电磁法与大地电场岩性探测法，圈定含盐地层及盐穴的分布情况；徐小连等[21]利用瞬变电磁法对低阻异常反应灵敏的特点，基本查清了地下溶腔的分布情况；李松洲[22]通过高密度电法分析了地层及地下水的分布，利用可控源音频大地电磁法推断出盐矿采空区的位置；鲁辉等[23]利用地球物理测井技术进行盐矿区岩性识别、岩石力学分析、腔体气密性评价等，为盐穴储气库设计提供可靠的基础数据；完颜祺琪等[24]提出利用声波时差、补偿中子、体积密度3条测井曲线，建立盐岩、硬石膏和钙芒硝的测井响应特征，定量计算出矿物组分含量；李锐敏等[25]利用回归分析法，构建了利用测井参数计算盐岩含量的经验公式。声呐扫描是目前测量盐穴腔体形态最直接有效的方法，精度可达厘米级，可应用于老腔改造、溶蚀建腔、运行监控等盐穴开发利用的各个阶段，齐得山等[26]、周冬林等[27]、宫丹妮等[28]利用声呐扫描技术，针对盐穴腔体溶蚀形态、腔壁损伤规律及腔体稳定性等，开展了数值模拟和评价研究，有效推动了盐穴储库建设。
本文在江苏金坛盐穴集中区，开展了二维地震、高精度重力、瞬变电磁法、测井等方法技术试验，结合文献资料，初步总结出针对盐盆、盐穴库址、盐腔由大到小 3 个尺度的调查技术体系。
试验区位于江苏省常州市的金坛区西北、镇江市丹徒区东南的金坛盐矿，该盐矿赋存在金坛盆地西侧的直溪桥凹陷（图1），凹陷内含盐层系地质构造相对简单，区内断层一般，主体部位未见断层[1, 7]。盐岩矿床平面形态呈肾状分布，北东轴向，长轴12 km，短轴5.6 km，含盐面积60.5 km2，盐岩层埋深800~1200 m，盐岩层厚度67.85~232.29 m。盐岩层主要发育于阜宁组沉积末期（表4），在平面和纵向上分布都比较稳定，最发育区域位于东北部的陈家庄一带，其次为茅兴矿区。
地层 厚度/m 界 系 统 组 段 新生界 第四系 全新/更新统 东台组 0～79 古近系 渐新/始新统 三垛组 上段 58～257 中段 0～496 下段 戴南组 上段 75～319 下段 63～340 始新/古新统 阜宁组 四段 54～315 三段 33～255 二段 51～236 一段 41～445 3.1 二维地震勘探
二维地震勘探采用一线一炮的观测系统，震源使用2台28 t可控震源组合激发，激发参数为炮间距10 m，扫描长度16 s，扫描频率10～120 Hz，震源出力75%，2次垂直叠加。采集为Smartsolo无缆系统，采集参数为：5 m道间距、480道接收、120次覆盖，检波器前放增益12 dB，采样率1 ms，记录长度4 s。
通过二维地震勘探，可以清晰刻画出盐层及上部一套玄武岩地层。测线经过直溪桥凹陷但未达凹陷北边界，从图中可以看出，盐层发育稳定且连续，盐层顶界面南部边缘埋深约800 m，向北下倾最深约920 m，并继续向测线外发育。玄武岩地层整体埋深较浅，最浅处约100～160 m，且受一系列断层影响，地层呈阶梯状分布，北段分布较稳定，且发育一个小隆起，隆起顶约310 m，向北下倾至430 m左右后保持稳定分布。测线走向与断裂带走向交角较大，测线横穿多条次生断裂，但断裂主要分布于测线南部，北部盐层未见断裂，溶蚀造腔后盐穴的密闭性强。测线中接近腔体的测点处，其叠加剖面有明显的响应，地震反射波组同相轴错断或弱化形成“蘑菇”状（图2），其形态与前期正演模拟结果非常吻合（图3），表明二维地震勘探可有效探测出盐穴腔体顶界面。
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图 3 盐穴腔体弹性波正演与实测对比图Figure 3. Forward modeling and actual measurement of elastic wave in salt cavity3.2 高精度重力勘探
重力观测采用单程观测法（基点—测点—基点），仪器设备为CG-5/6，基点读数时间不小于45 s，读数3次，测点读数时间为40～60 s，读数3次。
根据相对布格重力异常、重力异常水平导数及不同延拓高度的模量进行综合推断得到工作区断裂展布图（图4）。图中有主断裂1条（F1），呈北北西走向，与重力主梯级带走向一致；二级断裂4条（F2），其中F2-1和F2-2呈南北走向，F2-3和F2-4呈北东走向；三级断裂（F3）6条，其中F3-1和F3-2呈南北走向，F3-3和F3-4呈北东走向，F3-5和F3-6呈北东东走向。从图中可以看出，已知的盐穴基本位于断裂的旁侧，仅 3 口井位于F3-3断裂上，但F3-3断裂规模小。重力勘查识别出断裂横向展布特征，为了进一步定量推断断裂的纵向埋深，可考虑在重点地区开展其他物探工作来综合解译腔体周边断裂分布特征。
3.3 瞬变电磁法
采用Crone PEM瞬变电磁系统，测量为定源回线装置，发射电流23A，叠加次数128次，观测时基100 ms。结合该区地质资料和瞬变电磁（TEM）电阻率反演断面图（图5）可以看出，200 m左右的低阻层为隔水层，130 m以上为含水组。根据岩心编录结果推断，230～800 m为泥岩，800 m以下为盐岩，从右侧电阻率测井曲线可以看出，反演的盐层顶界面与电阻率曲线高阻深度吻合，这表明，瞬变电磁法能客观反映地层的分界面，清晰地反映含水层、隔水层与盐层顶界埋深情况。
对于盐矿区的低电阻率盖层，瞬变电磁法能够有效实现背景地层电阻率的垂向划分，能客观、真实地反映地下介质的电性变化情况，尤其在含水层、隔水层划分方面具备优势。
3.4 测井
测井采用的仪器设备为西安瑞达公司的RD6600型数字测井系统和英国RG公司MicroLogger II测井系统。测井参数有自然伽马、声波时差、侧向电阻率、中子、超声成像等。通过测井曲线图（图6）可以看出，盐层整体响应特征为低自然伽马，高电阻率，低声波时差，低铀、低钾，高中子计数率，超声成像呈暗色。
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图 6 盐矿测井曲线图（左图：常规测井，右图：超声成像）Figure 6. Logging in salt mine (left: conventional logging, right: ultrasonic imaging)快速、准确地确定盐层工业品位，判断盐层可溶性，对盐穴储库选址具有重要的意义，本文利用自然伽马曲线与泥质含量之间的关系，建立石盐矿品位的计算公式，从而对石盐矿品位做出地质评价。
自然伽马曲线估算石盐矿工业品位计算公式如下：
Vsh=2GCUR·SH−12GCUR·SH−1 (2) 其中：
SH=GR−GRmin (3) V_{{GR}}=1-\frac{2^{\mathit{GCUR·SH}}-1}{2^{\mathit{GCUR}}-1}-\varphi (4) 式中： {V}_{{{GR}}} ——自然伽马求得的石盐工业品位/%；
SH——自然伽马相对值；
\mathit{GR} ——自然伽马测井值/API；
_{ }GR_{\min} ——纯石盐层自然伽马值/API；
\mathit{GR}_{\max} ——纯泥岩自然伽马值/API；
\varphi ——地层孔隙度/%；
_{ }V\mathrm{\mathit{_{\mathrm{sh}}}} ——泥质含量/%；
\mathit{GCUR} ——希尔奇指数，对新地层常取3.7，对老地 层常取2.0。
利用自然伽马曲线对金坛盐矿茅X井含盐地层矿石品位进行了计算（图7），结果表明，该井14层盐层中，品位最高为93.97%，最低为83.55%，平均为92.36%。
总结各方法在江苏金坛盐矿区不同地质目标的调查效果，结合正演模拟和文献调研，初步形成了一套盐穴资源调查技术体系（表5）：在盐盆尺度，以盐矿基础地质调查为主，主要解决区域地质构造、地表水、地下水、盐层分布等地质问题，采用的主要调查技术为地质路线调查、遥感、二维反射地震、大地电磁、重力、瞬变电磁、测井。在盐穴库址尺度，以优选建库靶区为目标，主要解决微断裂调查、含/隔水层评价、盖层评价、建库盐层选择、顶底板性质评价等地质问题，采用的主要调查技术为二/三维地震、高精度重力、瞬变电磁和测井。在盐腔尺度，以腔体探测为主，主要解决腔体识别、腔体溶蚀范围确定、腔体形态精细刻画等地质问题，采用的主要调查技术为井中声呐扫描、三维地震、井中充电法。
表 5 盐穴资源调查技术体系Table 5. Technical system of salt cavern survey地质问题 调查方法组合 盐盆
尺度区域地质构造 地质路线调查、遥感、二维地震、大地电磁、重力 地表水 地质路线调查、遥感 地下水 瞬变电磁、测井 盐层分布 二维地震、测井 盐穴
库址
尺度微断裂调查 二/三维地震、高精度重力 含/隔水层评价 瞬变电磁、测井 盖层评价 二/三维地震、测井 建库盐层选择 二/三维地震、测井 顶底板性质评价 二/三维地震、测井 盐腔
尺度腔体识别 三维地震 腔体溶蚀范围确定 三维地震、井中充电法 腔体形态精细刻画 井中声呐扫描 4. 结论及建议
（1）我国盐穴资源丰富，储量大、分布广、埋深适宜，从地质角度推断优质盐穴占比高，且主要分布于经济发达但能源资源相对匮乏的中东部地区，具有开发盐穴资源用于能源存储的需求，但早期我国盐矿开采以采卤制盐为主要目的，对盐穴的规模、空间分布等未加关注，建议开展盐穴资源的精细化评价，进一步摸清我国盐穴资源现状。
（2）三维地震勘探可探测出地层信息及腔体空间展布特征，井中声呐扫描可精细刻画腔体结构（精度达厘米级），其他地球物理方法各有所长，因此多方法联合勘探可查明区域地质、盐层地质、水文地质及腔体形态等，适用于盐穴资源普查、详查的各个阶段，可实现由面到点、由粗到细的盐穴资源精细化评价，为盐穴资源开发利用提供技术支撑。
（3）随着我国“双碳”目标的提出，以及全球能源结构转型，盐穴资源利用越来越受到各国重视，因此亟待聚焦国际盐穴资源利用先进案例，依据我国盐矿区地质条件、技术水平和经济、产业结构及未来发展方向，探索出适宜我国国情的盐穴资源利用模式。
致谢：本文研究得到中盐勘察设计研究院有限公司续培信、肖文科和中盐金坛盐化有限责任公司徐孜俊、赵云松等专家的支持和指导，在此深表感谢！
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图 3 盐穴腔体弹性波正演与实测对比图
Figure 3. Forward modeling and actual measurement of elastic wave in salt cavity
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图 6 盐矿测井曲线图（左图：常规测井，右图：超声成像）
Figure 6. Logging in salt mine (left: conventional logging, right: ultrasonic imaging)
表 1 盐穴资源可利用性地质评价指标等级表
Table 1 Geological evaluation indexes and levels of salt cavern utilizability
目标 因素（分值范围） 因子 权重 等级标准 等级分值 盐穴资源
可利用性
地质评价区域地质特征A
（0～20）区域沉积特征A1 5 海相盐丘、陆相少夹层 3～5 陆相多夹层 0～2 断层发育特征A2 5 不发育 3～5 较发育 0～2 区域盖层特性A3 5 稳定分布 3～5 不稳定分布 0～2 区域地震特征A4 5 地震活动不活跃 3～5 地震活动活跃 0～2 盐层地质特征B
（0～60）盐岩分布范围B1 10 ≥50 km2 6～10 <50 km2 0～5 盐层埋深范围B2 10 500～3000 m 6～10 <500 m或>3000 m 0～5 盐层累计厚度B3 10 ≥100 m 6～10 <100 m 0～5 含矿率B4 10 ≥70% 6～10 <70% 0～5 NaCl平均品位B5 10 ≥70% 6～10 <70% 0～5 夹层岩性B6 10 非致密岩性 6～10 致密岩性 0～5 水文地质特征C
（0～20）地下水系分布C1 10 盐层与地下水系隔离 6～10 盐层与地下水系连通 0～5 地表水源分布C2 10 淡水资源充足，且离矿区距离适中 6～10 淡水资源不足，或水源离矿区距离较远 0～5 
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表 2 盐穴资源可利用性等级划分表
Table 2 Levels of salt cavern utilizability
可利用性分级 开发适宜性 地质情况 Ⅰ级 优选区 构造简单，断层不发育，地震活动弱，盖层稳定，盐层分布范围广、埋深适中、
盐层厚度大、品质高，夹层岩性易溶，淡水资源丰富、水文地质条件简单Ⅱ级 远景区 盐层分布范围中等，盐层顶板埋深偏浅或偏深、累计厚度中等、品位不高，但整体地质条件良好，存在适宜开发的岩盐层段 Ⅲ级 不适宜区 盐层分布范围小，埋深过浅或过深，累计厚度小，含矿率低，多次出现采卤区地面冒卤、变形、塌陷等问题
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表 3 我国主要盐矿床地质特征及可利用性等级
Table 3 Geological features and utilizability level of major salt deposit in China
序号 地区 盐矿/
成盐区区域沉积
特征断层发育
特征区域盖层
特性区域地震
特征盐岩分布
范围/km2盐岩埋深
范围/m盐层累计
厚度/m含矿率
/%NaCl品位/% 夹层岩性 地下水系
分布地表水源分布 综合评分 可利用等级 A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 B5 B6 C1 C2 1 华北 辛集—宁晋盐矿 陆相层状 新生界地层中未发现断层，构造简单 横向分布稳定，裂隙不发育，岩性致密 地震活动较弱 1000 1000～
3600120～220 80 93 灰质泥岩、含泥石膏岩等 盐层与地下
水系隔离有淡水
资源80 Ⅱ级 2 华东 金坛盐矿 陆相层状 区内断层少，主体部位未见断层 分布稳定，
岩性坚硬地震活动较弱 61 888～
1236160 84～95 80～85 含膏泥岩、白云质泥岩、含硝泥岩等 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富90 Ⅰ级 3 淮安盐矿 陆相层状 断层不发育，构造简单 横向分布稳定，裂隙不发育，岩性致密坚硬 地震活动较弱 82 1000～
250040～170 55～87 75～90 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富85 Ⅰ级 4 丰县盐矿 陆相层状 构造简单，沉积稳定 横向分布稳定，裂隙不发育，岩性致密 地震活动较弱 116 800～
135520～460 69 70 泥岩、硬石膏岩和钙芒硝岩 盐层与地下
水系隔离有河流
依托85 Ⅰ级 5 东兴盐矿 陆相层状 构造简单，断层不发育 横向分布稳定，力学性质一般 地震活动较弱 61 218～594 14～198 90 20～95 泥岩、含膏泥岩、粉砂质泥岩、含钙芒硝泥岩等 隔离效果差，矿区多次出现地面冒卤、变形、塌陷等地质灾害 水资源
丰富59 Ⅲ级 6 大汶口盐矿 陆相多薄层盐岩矿床 断裂较发育，但断裂在盐矿范围内不发育 横向分布稳定，岩性致密 地震活动较弱 36 840～
164030～150 20～56 87 硬石膏岩
为主盐层与地下
水系隔离水资源
丰富76 Ⅱ级 7 东营盐矿 陆相层状 构造简单，断层不发育 横向分布稳定，岩性致密 地震活动较弱 200 2935～
440071 12 94～99 泥岩、含盐泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富73 Ⅲ级 8 清江盐矿 陆相层状 构造简单，褶皱平缓、规模小，断裂少 横向分布
稳定，力学
性质差历史无地震记录 134 593～
110735～
13470～75 60～75 含盐、芒硝、石膏
泥岩老采区因过度开发导致溶腔通过顶板溶蚀裂隙与地下
水层串通水资源
丰富75 Ⅱ级 9 周田盐矿 陆相层状 部分区域断层构造发育 横向分布
稳定，力学
性质差地震活动较弱 7 800～
120075～204 75 54～64 泥岩 老采区因过度开发导致矿区地面变形塌陷，部分盐层与地下水连通 水资源
丰富62 Ⅲ级 10 华中 叶舞盐矿 陆相层状 构造简单，部分区域断层构造发育，但可避开 分布稳定，厚度大，岩性致密 地震活动较弱 400 1117～
2600293～662 75 75～90 含硬石膏粉砂岩、粉砂岩等 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富89 Ⅰ级 11 濮阳盐矿 陆相盐丘 存在隐伏构造 分布稳定，厚度大，岩性致密 地震活动较弱 500 2100～
2700800～
100060 75～95 薄层泥岩和砂岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富84 Ⅱ级 12 云应盐矿 陆相层状 构造简单，褶皱、断裂和裂隙均不发育 分布稳定，厚度大，岩性致密 地震活动较弱 260 300～850 30～180 75 70～80 硬石膏岩、钙芒硝岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富79 Ⅱ级 13 潜江盐矿 陆相层状 构造简单，断层、裂隙不发育 分布稳定，
厚度大地震活动较弱 1600 700～
2145300～400 90 70～98 无水芒硝矿石和钙芒硝泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富92 Ⅰ级 14 小板盐矿 陆相层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
厚度大地震活动较弱 330 400～
1300100～480 72 80～90 泥质钙芒硝岩、灰质泥岩、硬石膏质泥岩、粉砂质泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富88 Ⅰ级 15 建南盐矿 海相层状 构造较发育，节理裂隙发育 分布稳定，
力学性质好地震活动较弱 15 1871～
23014～8 70 80 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富58 Ⅲ级 16 王城盐矿 湖相层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
厚度大地震活动较弱 10 237～324 11 75 10～54 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
较丰富54 Ⅲ级 17 衡阳盐矿 陆相薄层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
力学性质好地震活动较弱 57 212～
113250～360 56 10～96 泥岩、含硬石膏泥岩、含钙芒硝硬石膏泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富79 Ⅱ级 18 澧县盐矿 陆相层状 局部有小褶皱和断层，节理、裂隙比较发育 分布稳定，
力学性质差地震活动较弱 8 220～500 11 40 81 泥岩、含硬石膏白云岩、泥质钙芒硝、无水芒硝 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富56 Ⅲ级 19 华南 龙归盐矿 陆相层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
力学性质差地震活动较弱 3 480～640 8～56 71 55～76 泥岩 盐层与地下
水系连通水资源
丰富56 Ⅲ级 20 三水盐矿 陆相层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
力学性质差地震活动较弱 0.9 1244～
127876～115 40 49～70 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富68 Ⅲ级 21 东腾盐矿 陆相层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
密封性较好，
力学性质一般地震活动较弱 0.6 794～860 30 40 50 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富65 Ⅲ级 22 西北 陕北盐矿 海相层状 构造简单，断层不发育 分布稳定，
岩性致密，
力学性质好地震活动较弱 43000 2200～
2850100～150 90 95～97 泥质白云岩、硬石膏岩，岩性致密 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富84 Ⅱ级 23 固原硝口—上店子盐矿 陆相层状 断裂构造十分发育 分布稳定，
岩性致密，
力学性质好历史和现代地震活动活跃 31 85～800 34～287 90 31～99 含盐泥岩，含盐量10%～29% 盐层与地下
水系隔离淡水资
源匮乏68 Ⅲ级 24 漳县盐矿 陆相层状 产状变化大，断层多，矿床开采比较复杂 分布稳定，
结构致密地震活动较弱 315 70～400 62 13～92 55～95 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
量较差57 Ⅲ级 25 西南 四川盆地 海相碳酸盐型 东部及东南部边缘大断裂对矿体有破坏 分布稳定，
厚度大历史和现代地震活动活跃 180000 1000~
500010~700 50 70 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富77 Ⅱ级 26 滇中成盐区 陆相层状 构造不发育，无节理裂隙 分布稳定，
岩性坚硬地震活动较弱 >60 300～900 136～449 80 70 泥质岩、碳酸盐泥质岩，主要组分易溶 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富78 Ⅱ级 27 滇西成盐区 陆相层状 构造较复杂 分布稳定 地震活动较活跃 75 10~400 10~100 80 50～60 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富68 Ⅲ级 28 滇南成盐区 陆相层状 构造简单，呈褶皱状或单斜状产出 分布稳定 地震活动较活跃 400 10~400 10~100 80 50～90 泥岩 盐层与地下
水系隔离水资源
丰富74 Ⅲ级
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地层 厚度/m 界 系 统 组 段 新生界 第四系 全新/更新统 东台组 0～79 古近系 渐新/始新统 三垛组 上段 58～257 中段 0～496 下段 戴南组 上段 75～319 下段 63～340 始新/古新统 阜宁组 四段 54～315 三段 33～255 二段 51～236 一段 41～445
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表 5 盐穴资源调查技术体系
Table 5 Technical system of salt cavern survey
地质问题 调查方法组合 盐盆
尺度区域地质构造 地质路线调查、遥感、二维地震、大地电磁、重力 地表水 地质路线调查、遥感 地下水 瞬变电磁、测井 盐层分布 二维地震、测井 盐穴
库址
尺度微断裂调查 二/三维地震、高精度重力 含/隔水层评价 瞬变电磁、测井 盖层评价 二/三维地震、测井 建库盐层选择 二/三维地震、测井 顶底板性质评价 二/三维地震、测井 盐腔
尺度腔体识别 三维地震 腔体溶蚀范围确定 三维地震、井中充电法 腔体形态精细刻画 井中声呐扫描
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