地下水封石洞油库地下水水化学特征研究

梁建毅　黄安达　郭孔灵　刘广煜

(1.黄岛国家石油储备基地有限责任公司，山东 青岛　266426；2.山东大学岩土与结构工程研究中心，山东 济南　250061)



地下水封石洞油库地下水水化学特征研究

梁建毅1黄安达2郭孔灵2刘广煜2

(1.黄岛国家石油储备基地有限责任公司，山东 青岛266426；2.山东大学岩土与结构工程研究中心，山东 济南250061)

通过采集某地下水封石油洞库的地下水样，从水化学类型、离子浓度、pH值、硝酸盐、矿化度等方面，检测分析了该地下水的水化学特征，为确定油库安全稳定的运行提供了依据。

石油洞库，地下水，离子浓度，水化学特征

0　引言

随着中国经济的高速发展，对石油的需求量日益增大。对中国而言，进行石油战略储备对于保证国家安全，保障国民经济可持续发展具有十分重要的作用。地下水封洞库具有安全、经济、高效、存储容量大等优点，因此近几十年来得到很大的发展，广泛用于国家石油战略储备中[1]。在地下水封石油洞库的运行过程中，其地下水的水化学特征能反映出它的运行状态。因此，研究地下水封石油洞库的水化学特征具有特别重要的意义。

近些年来，地下工程的地下水水化学特征研究已成为国内外的研究热点。针对地下储存洞穴的安全稳定运行等问题，Z.Jezersky结合捷克地下水封储气洞库工程，通过对库区地下水的主要离子种类、地下水中的同位素和放射性元素的分析，得到了库区水岩相互作用情况和地下水封储气洞库安全稳定运行的条件[2]。J.Lee等人通过对韩国的LGP储存洞穴的研究，运用统计学的分析方法得到了该地区的地下水的水文地质化学特征[3]。E.B.A.Moyce等人通过对一处核废料储存洞室的地下水进行了长达15年的监测，得到了地下水的水化学特征的演变情况[4]。M.J.Gimeno等人通过对瑞典Laxemar地区的位于结晶含水层中的核废料储存室的研究，得到了该地区的水文地质化学特征以及建立了相应的地下水化学模型[5]。刘青勇等运用水动力学方法，研究了地下水封石油洞库对地下水的影响[6]。刘鑫等通过Piper三线图解法，对天津地铁二号线浅层地下水的水化学特征和演化规律进行了分析[7]。

本文结合某地下水封石油洞库工程，通过现场采集水样及检测，分析了地下水的类型、地下水间的水力联系、主要离子变化特点、pH值和矿化度变化特征等特性，为确定该油库能安全稳定的运行提供了重要依据。

1　工程背景

该项目库址区处于胶南台隆北缘，属于低山丘陵地貌。洞库山体为龙雀山，山脊标高280 m～350 m，山脊北侧为陡崖，南侧为陡坡，地形坡度一般为35°～55°，山脊南北两侧发育近南北向及东北向冲沟。根据地质时代、成因岩性及工程性质的不同，可将库址区内的地层岩性分为四大类：第四系残坡积、洪积层，早白垩世二长花岗岩，晚元古界花岗片麻岩及早白垩世中煌斑岩脉、闪长岩脉。库址区的岩石类型主要是花岗岩。

根据水文地质调查，库址区含水介质为晚元古界花岗片麻岩，主要的地下水存在类型为基岩裂隙水和松散岩类孔隙水，其中基岩裂隙水又可分为浅层的网状裂隙水和深层的脉状裂隙水。库址区地下水水力坡度较大，风化裂隙和构造裂隙发育较好，地下水径流通畅。地下水向谷底和山麓流动汇集，并以下降泉或潜流的形式排泄于山沟或山麓残坡积层中。

2　水样采集与检测

2016年1月20日～24日，至该地下水封石油洞库采集地下水水样。此次共采集水样14份，水样采集点包括通风口、永久水位监测孔、钻孔和污水口，所取水样的水化学特征能反映出油库在运行时的水质变化情况。

表1　2016年1月地下水检测结果

3　水化学特征分析

3.1地下水的水化学类型

根据水样的检测结果，计算出各水样中主要离子的毫克当量百分数，按照苏卡列夫分类法对各水样进行分类，各水样的类型如下：

自来水：18-A，矿化度为0.705 g/L的HCO3+SO4+Cl-Na+Ca型水；

OF1：4-A，矿化度为0.294 g/L的HCO3-Na+Ca型水；

OF2：1-A，矿化度为0.285 g/L的HCO3-Ca型水；

OF3：25-A，矿化度为0.194 g/L的HCO3+Cl-Na+Ca型水；

OF4：4-A，矿化度为0.335 g/L的HCO3-Na+Ca型水；

OF5：1-A，矿化度为0.275 g/L的HCO3-Ca型水；

3号(污水)：42-A，矿化度为0.32 g/L的SO4+Cl-Na型水；

6号(污水)：21-A，矿化度为0.457 g/L的HCO3+SO4+Cl-Na型水；

7号(污水)：21-A，矿化度为0.396 g/L的HCO3+SO4+Cl-Na型水；

ZK009：25-A，矿化度为0.118 g/L的HCO3+Cl-Na+Ca型水；

ZK013：18-A，矿化度为0.266 g/L的HCO3+SO4+Cl-Na+Ca型水；

通风口-1：42-A，矿化度为0.276 g/L的SO4+Cl-Na型水；

通风口-2：42-A，矿化度为0.296 g/L的SO4+Cl-Na型水；

通风口-3：49-A，矿化度为0.256 g/L的Cl-Na型水。

根据各水样中离子的相对丰度和苏卡列夫分类的结果，可将此次取的水样共分为四大组。其中，第一组为自来水，它属于HCO3+SO4+Cl-Na+Ca型水；第二组包含OF1，OF2，OF4，OF5和ZK013，它们属于HCO3-Na+Ca型水；第三组包含OF3和ZK009，它们属于HCO3+Cl-Na+Ca型水；第四组包含通风口-1、通风口-2、通风口-3、3号污水、6号污水和7号污水，它们属于HCO3+SO4+Cl-Na型水。

此外，处于同一大组内的各水样的采集点间存在水力联系，即OF1，OF2，OF4，OF5和ZK013彼此间存在水力联系；OF3和ZK009彼此间存在水力联系；通风口-1、通风口-2、通风口-3、3号污水、6号污水和7号污水彼此间存在水力联系。

3.2主要离子浓度变化情况

此外，洞库在运行过程中地下水中的Cl-离子浓度有所上升，但不超100 mg/L(自来水除外)。根据《岩土工程勘察规范》我们可知该水封石油洞库的地下水属于弱腐蚀[8]，故地下水对洞库支护采用的锚杆、钢拱肋、钢筋网等无明显腐蚀作用。

3.3pH值变化情况

各水样中pH值的变化情况如图2所示。对比污水的pH值和其他水样的pH值，可知污水的pH值总体上低于其他水样的pH值。故可知在该时间段油库在运行过程中会导致地下水中的pH值下降。pH值下降可能是因为花岗岩中的钾长石得到部分溶解导致的[9]。其反应如下：

2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O→

此外，在通风口中水样的pH值较高，在8.5～9.1之间，最大的是通风口-1，其pH值高达9.1，其次是通风口-2，其pH值为8.9，均大于GB 5749—2006生活饮用水卫生标准规定的上限值8.5，不符合标准。

3.4硝酸盐变化情况

3.5矿化度变化情况

所取水样中的矿化度如图4所示。将污水水质与各水质检测孔水样进行对比，污水的矿化度比其他水样的矿化度要高。说明在油库的运行过程中，库区的地下水系统中发生的水岩相互作用会溶解岩石表面的矿物质，使得地下水中的矿化度升高。

4　结语

1)根据各水样的离子相对丰度和苏卡列夫分类的结果，可将此次取的水样共分为四大组，处于同一大组内的各水样的采集点间存在水力联系。

4)该地下水封石油洞库在运行过程中，地下水的离子浓度、矿化度总体上有所增加，pH值的大小有所下降，说明洞库的运行对库区地下水有一定的影响。

[1]李宏男，丁国生，霍林生.把安全藏在地下[J].中国石油，2001,12(8)：40-43.

[3]Jeongho Lee,Ji-Hoon Kim,Hun-Mi Kim,et al.Statistical approach to determine the salinized ground water flow path and hydrogeochemical features around the underground LPG cavern[J].Korea.Hydrol.Process，2003(10):20-21.

[4]Elizabeth B.A.Moyce,Christopher Rochelle, Katherine Morris,et al.Rock alteration in alkaline cement waters over 15 years and its relevance to the geological disposal of nuclear waste[J].Applied Geochemistry，2014(3):60-62.

[5]MaríaJ. Gimeno,Luis F.Auqué,Patricia Acero,et al.Hydrogeochemical characterisation and modelling of groundwaters in a potential geological repository for spent nuclear fuel in crystalline rocks [J].Applied Geochemistry，2014(9):50-51.

[6]刘青勇，万力，张保祥,等.地下水封石油洞库对地下水的影响数值模拟分析[J].水利水电科技进展，2009，29(2)：61-65.

[7]刘鑫，黄涛.天津地铁2号线浅层地下水水化学特征及演化规律研究[J].四川环境，2015，34(5)：41-49.

[8]GB 50021—2001,岩土工程勘察规范[S].

[9]郑凡东，刘立才，杨牧骑，等．南水北调水源北京西郊回灌的水岩相互作用[J]．水文地质工程地质，2012，39(6)：22-27.[10]GB 5749—2006，生活饮用水卫生标准[S].

The study on hydrogeochemical characteristics of groundwater sealing petroleum storage caverns

Liang Jianyi1Huang Anda2Guo Kongling2Liu Guangyu2

(1.Huangdao Oil Reserve Base Limited Company, Qingdao 266426, China;2.Geotechnical and Structural Engineering Research Center, Shandong University, Jinan 250061, China)

Through collecting groundwater sample of the groundwater sealing petroleum storage caverns starting from aspects of hydrochemical types, ion concentration, pH value, nitrate and mineralization, the thesis detects and analyzes the hydrogeochemical characteristics of the groundwater, which has provided some guidance for determining stable petroleum storage operation safety.

petroleum storage caverns, groundwater, ion concentration, hydrogeochemical characteristics

1009-6825(2016)25-0073-04

2016-06-17

梁建毅(1970- )，男，高级工程师；黄安达(1992- )，男，在读硕士；郭孔灵(1992- )，男，在读硕士；

刘广煜(1995- )，男，在读本科生

TU991.112

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