广西北部湾地下水封石洞油库选址地质条件分析

2022-12-26江顺利周金明周立坚唐路军李卿武

中国煤炭地质 2022年11期

江顺利，周金明，周立坚*，唐路军，覃锐，李卿武，刘剑

(1.广西煤炭地质局，广西南宁 530200； 2.广西中煤地质有限责任公司，广西南宁 530200)

0 引言

2003年，中国正式启动国家石油储备基地计划，准备投资超过1 000亿元，用三个五年即2020年底完成三期石油储备基地的硬件设施建设，总计为库容6 600万至6 800万t。2020、2021年我国原油消费量均超过7亿 t，进口原油均超过5亿 t，对外依存度已经超过70%；按石油输入国应保有90 d石油进口量储备考虑，目前中国应保有约1.2亿t以上石油储备量，至少需建设1.5亿m3储备库[1]。实际上国家战略石油储备库容缺口仍然较大，这是国家物资储备的短板、漏洞和弱项，加大石油储备的建设势在必行。

地下水封石洞油库是良好的大规模储油的一种方式[2]。地下水封石洞油库技术1938年始于瑞典，至今已有80余年的研究和发展历史。其在安全性、经济性和环保性等方面都有突出优势，是目前公认最好的油品存储形式，是我国大规模提升石油储备库容的最佳方式。国内地下水封石洞油库的建设始于1977年建成的黄岛15×104m3水封石洞原油库[3]，截至2020年主要有山东黄岛、辽宁锦州、广东惠州、广东湛江等多个300×104m3或 500×104m3国家战略油库，部分尚未完工。

目前广西地区尚未进行地下水封石洞油库的研究，依据《地下水封石洞油库设计规程》(GB/T50455—2020)的要求，地下水封石洞油库选址需要从土地规划、储运条件、地质条件、环保条件、安全距离5个方面，分析石洞油库建设条件[4]。广西北部湾区域拥有北海港、钦州港、防城港等已建或在建的(30～40)×104t级的航道及码头，钦州港拥有1 000×104t石油炼化能力，钦州港及北海港具有通达滇黔渝川湘腹地的油气管网，在该区域进行地下水封石油洞库选址，是符合储运条件的。

基于水封式储能的原理，地质条件等是选址成败的关键因素，属地下水封石洞油库工程建设的重点关注部分，是本文研究的重点。地质条件包括构造地质、岩体分布特性、水文地质条件三个方面[4]，即需要避开高烈度区域、活动断裂带，一般选址在花岗岩岩基、富含地下水或周边水源富足区域，并满足地下水封条件。本文就广西北部湾陆域各库址的上述地质条件进行了分析研究，并期望在此基础上推动广西北部湾三市地下水封石洞油库的建设。

1 地层及构造

1.1 地层

广西北部湾陆域分布的岩体按成因类型有沉积岩、岩浆岩和变质岩三大类。其中沉积岩按地层时代由老到新主要为志留系、泥盆系、石炭系、三叠系、侏罗系、白垩系，岩性多为泥页岩、粉砂岩、砂岩、灰岩等；岩浆岩类型以华力西期—印支期三叠纪酸性侵入岩为主，局部为加里东期志留纪酸性侵入岩，岩性以花岗岩为主；变质岩类型主要为接触变质岩，岩性主要为角岩化岩石、云母角岩、长英质角岩、矽卡岩等[5]。

广西北部湾陆域区主要以沉积岩和岩浆岩为主，变质岩范围较小。北部湾地区的岩浆岩类型以酸性侵入岩为主，受构造控制明显，分布特征如下。

1)广西加里东期的岩浆活动剧烈，有较大规模的酸性岩浆侵入，在桂北、桂东、桂东南一带形成较大的花岗岩岩基。

2)印支期运动在广西较强烈，相应这个时期(三叠纪)的酸性岩浆活动剧烈，大规模的花岗岩构成著名的大容山、六万大山、十万大山山脉，长近400 km，宽20～70 km。在钦州—防城一带，有较多花岗岩岩群分布。岩石的主要矿物为石英、长石和黑云母，特征矿物有堇青石、紫苏辉石等。三叠纪酸性侵入岩又具体分为以下几个时期：①早三叠世酸性侵入岩。分布于玉林-钦州-防城花岗岩群东南部，面积近7 000 km2，岩体主要为斑状黑云堇青二长花岗岩，个别为堇青黑云二长花岗斑岩。②中三叠世早期酸性侵入岩。分布于玉林-钦州-防城花岗岩群中部灵山县旧州至兴业县葵山一带，呈长 260 km，宽5～10 km的带状，面积约1 200 km2，岩体主要为紫苏堇青黑云二长花岗岩，部分为紫苏堇青黑云花岗岩。③中三叠世晚期中酸性侵入岩。分布于桂东南防城港、钦州、兴业等县及苍梧县一带，长180 km，宽10～20 km，出露面积约2 000 km2。主要为连斑状堇青紫苏花岗斑岩、堇青长石石英斑岩、碎斑熔岩等，普遍为碎斑状结构。

1.2 构造

图1 广西地质构造Figure 1 The geological structure of Guangxi

广西北部湾陆域分布的重大区域性活动断裂带有防城-灵山断裂带、合浦-北流断裂带、百色-合浦断裂带。其中，防城-灵山断裂带属中等全新活动断裂，合浦-北流断裂带属微弱全新活动断，百色-合浦断裂带该断裂带属微弱全新活动断。三条活动断裂带均延伸较长，带宽较大，带内断层分布较多。

北部湾区域位于东南沿海地震带西段，区内地震多沿断裂成条带状展布，主要发生在断裂的交汇处，断陷盆地或断陷谷地的边缘，断裂的枢纽、弯曲和端部等。自该区有地震记录以来，钦州、防城、灵山、北部湾、一带共有 30 次中强地震，最大震级为1936 年灵山县的6.7级，北部湾附近是相对活跃的地区[6]。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)，经济区内地震动峰值加速度为0.05～0.10 g，相应的地震基本烈度为6°～7°。

2 建库基本地质条件分析

2.1 建库基本地质条件要求

1)区域地质构造。区域地质构造主要为区域稳定性问题，也即库址的稳定性，这是选址中的关键问题，主要涉及区域内的断裂活动、地震及地应力三方面，库址区必须避开抗震设防烈度9°及9°以上地区，高地应力区或地应力集中的构造部位，以及活动断裂或发震断裂区域[7-8]。

2)岩体质量。地下水封洞库库区围岩岩体，水封洞库原则上不进行或局部进行支护，岩体以Ⅰ、Ⅱ 级为主体时为适宜建库岩体，同时要求岩体具有弱透水性[9]。一般优先选择在以结晶岩体为主、化学成分稳定的岩浆岩等无深性断层和断裂、裂隙不甚发育、洞库围岩岩质坚硬的岩体中，并保证有足够的可用岩体范围。代表性岩石类型包括闪长岩、花岗岩等侵入岩，片麻岩等变质岩，凝灰岩、安山岩等火成岩[10]。

3)水文地质。水封洞库需要满足必要的水封条件。洞室处岩体应具有弱透水性，上部有稳定的地下水位，地下水位线与地下洞库顶之间有足够稳定的储水深度。库址一般选择在距最低排水基准面较近的地段，如位于海滨、湖畔、河旁较大规模水库下游等地区，以减少洞室埋深和降低人为因素干扰。

2.2 初步选址

根据地下水封石洞油库选址基本要求[7]，结合北部湾地区的基本地质情况、产业分布、交通状况，在广西北部湾陆域初步选取了8处库址范围，其中北海2处、钦州4处、防城港2处(图2)。

根据所处的区块位置和岩土特征，各库址分为三类，各类地质条件如下。

1)望州顶、那林村库址。位于钦州褶皱系灵山断裂带区(Ⅲ11)；地震基本烈度为6°；最近的活动断裂带为防城-灵山断裂带，距离分别为8.0、9.0 km；岩体类型为中三叠世早—中期酸性侵入岩，岩性紫苏堇青黑云二长花岗岩，部分为(斑状堇青)紫苏堇青黑云花岗岩、堇青长石石英斑岩、碎斑熔岩；完整基岩埋深80～160 m，完整基岩围岩级别可达Ⅰ～Ⅱ类，可选择平面范围面积为6～10 km2，岩体竖向厚度大于500 m。地貌类型分别为低山丘陵、低矮丘陵。地下水主要为表层孔隙水和下伏基岩裂隙水。基岩裂隙水浅部为网状裂隙水，深度为30～65 m，富水程度为中等；深部为脉状裂隙水主要受结构面影响控制呈脉状排泄，排泄较慢，具有弱渗透性。

2)岭门村、石龙口、横山头、新禾村库址。位于钦州褶皱系六万大山凸起区(Ⅲ21)，地震基本烈度为6°或7°(新禾村库址)；最近的活动断裂带为合浦-备流断裂带或百色-合浦断裂带，距离为1.5～4.0 km；岩体类型为早三叠世酸性侵入岩，岩性斑状黑云堇青二长花岗岩，个别为堇青黑云二长花岗斑岩，普遍含堇青石和红棕色黑云母；完整基岩埋深60～150 m，完整基岩围岩级别可达Ⅰ～Ⅱ类，可选择平面范围面积为5～100 km2，岩体竖向厚度大于500 m。地貌类型分别为低山丘陵、低矮丘陵。地下水主要为表层孔隙水和下伏基岩裂隙水。基岩裂隙水浅部为网状裂隙水，深度为20～60 m，富水程度为中等；深部为脉状裂隙水主要受结构面影响控制呈脉状排泄，排泄较慢，具有弱渗透性。

图2 广西北部湾各库址地理位置Figure 2 Geographical locations of repository sites in Beibu Gulf, Guangxi

3)生莲垌、简头背库址。位于云开地块天堂上隆起区(Ⅲ2)，地震基本烈度为6°或7°(新禾村库址)；最近的活动断裂带为合浦-备流断裂带，距离分别为1.0～6.0 km；岩体类型为加里东期志留纪酸性侵入岩：片麻眼球状黑云二长花岗岩和片麻状堇青黑云二长花岗岩；完整基岩埋深65～150 m，完整基岩围岩级别可达Ⅰ～Ⅱ类，可选择平面范围面积为6～15 km2，岩体竖向厚度大于500 m。地貌类型分别为低山丘陵、低矮丘陵。地下水主要为表层孔隙水和下伏基岩裂隙水。基岩裂隙水浅部为网状裂隙水，深度为25～60 m，富水程度为中等；深部为脉状裂隙水主要受结构面影响控制呈脉状排泄，排泄较慢，具有弱渗透性。

2.3 工程地质条件分析

各库址区的基本地震烈度为6°或7°；大部分远离活动断裂带，个别库址范围离活动断裂较近，但其可利用平面范围较大，实际活动断裂带影响或影响很小；完整基岩埋深60～160 m，总体上地应力不大[11-12]；构造地质条件均满足洞库选址的构造地质条件。

各库址的岩体分布主要为花岗岩，完整基岩围岩级别可达Ⅰ～Ⅱ类[13]；可选范围面积为5～100 km2，厚度均大于500 m，满足洞库选址的岩体质量要求[14-16]。

2.4 水封条件初步分析

广西北部湾属亚热带海洋性季风区，气候温和，雨量丰富，日照时间长，多年平均气温21. 5～23. 4 ℃。受暖气环流的影响，夏季主要为南风，常受热带气旋侵袭，水汽来源丰富；另外受地形地貌的影响，使气流抬升，水汽凝结成雨，雨量充沛。广西北部湾三市(钦州、北海、防城港)多年平均降水量1 600. 0～2 717. 87 mm，其中北海市多年平均降水量为1 714. 9 mm，防城港市市多年平均降水量为2 545. 7 mm，钦州市多年平均降水量为 2 155. 7 mm[17]，如图3所示。

图3 广西北部湾三市多年平均降水量等值线(mm)Figure 3 The average precipitation isolines of the three cities in Beibu Gulf, Guangxi (unit: mm)

水文地质特征受气象、地形地貌、岩性及构造控制，各库址水文地质条件类似。浅部基岩裂隙水为网状裂隙水，深度为20～65 m，富水性中等。深部基岩裂隙水为脉状裂隙水，位于较完整基岩中，其埋置深度为65～150 m，有脉状裂隙，属弱透水层。当洞库埋深100m左右时，其上方的富水层和洞库顶部有一定距离，且满足弱渗透性要求，各库址水文地质条件满足建库基本要求[15]。

部分库址位于海滨、海湾或近海滨区，属于最低排水基准面附近，此类库址可减小洞室埋深，在满足地下水水封压力的前提下，缩小施工石洞的土石方工作量，更具有建库适宜性[16]。

总体上各库址水文地质特征基本类似，地下水主要为表层孔隙水和下伏基岩裂隙水。孔隙水赋存于第四系花岗岩风化残坡积松散地层中，以大气降水入渗补给和上游基岩裂隙水的侧向补给为主，部分通过基岩裂隙垂直补给下伏基岩裂隙水，部分通过径流以不均匀的分散渗流、表面排泄。结晶岩体内的地下水沿着贯穿坚硬岩体的极其复杂的裂隙系统循环，其富水性与裂隙发育程度和性质密切相关，水分布的不均匀性是结晶岩体的一个非常重要的特征[18]。网状裂隙水主要分布于岩体上部的半风化壳内，分布相对比较均匀，一般具有统一的地下水面，基本上与地形起伏相一致。网状裂隙潜水如水盖一样覆盖于岩体的上部，一般具有潜水的性质。脉状裂隙水主要沿断裂、裂隙密集带分布，其上限与网状裂隙水相接，并直接接受网状裂隙潜水的补充，富水性较弱，也极不均匀。一般属稍透水或弱透水岩体，各含水带间互不连通，地下水渗透的方向性比较显著，水流基本上处于停滞状态[19]。

根据裂隙结晶岩体裂隙水分布特点，各库址范围地表下网状裂隙水的深度为20～65 m。各库址区降雨量丰富，网状裂隙水容易受大气降水补给，属良好的水盖层，可以直接或间接作为下部脉状裂隙水的补给源。北部湾陆域地形起伏较小，埋深100m处大部处于侵蚀基准面以下的脉状裂隙水带，脉间缺乏水力联系，渗透系数低，水流基本处于停滞状态，符合水封原理，适合建设地下水封石洞油库。各库址的水封条件均满足地下水封石洞油库建设的要求[20-21]。

综上所述，各库址均满足地质条件选址要求，适合建设地下水封石洞油库，特别是500×104m3库容的大型地下水封石洞油库。