廣西北部灣地下水封石洞油庫選址地質(zhì)條件分析

江順利， 周金明， 周立堅*， 唐路軍， 覃 銳， 李卿武， 劉 劍

(1.廣西煤炭地質(zhì)局，廣西南寧 530200； 2.廣西中煤地質(zhì)有限責(zé)任公司，廣西南寧 530200)

0 引言

2003年，中國正式啟動國家石油儲備基地計劃，準(zhǔn)備投資超過1 000億元，用三個五年即2020年底完成三期石油儲備基地的硬件設(shè)施建設(shè)，總計為庫容6 600萬至6 800萬t。2020、2021年我國原油消費量均超過7億 t，進(jìn)口原油均超過5億 t，對外依存度已經(jīng)超過70%；按石油輸入國應(yīng)保有90 d石油進(jìn)口量儲備考慮，目前中國應(yīng)保有約1.2億t以上石油儲備量，至少需建設(shè)1.5億m3儲備庫[1]。實際上國家戰(zhàn)略石油儲備庫容缺口仍然較大，這是國家物資儲備的短板、漏洞和弱項，加大石油儲備的建設(shè)勢在必行。

地下水封石洞油庫是良好的大規(guī)模儲油的一種方式[2]。地下水封石洞油庫技術(shù)1938年始于瑞典，至今已有80余年的研究和發(fā)展歷史。其在安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等方面都有突出優(yōu)勢，是目前公認(rèn)最好的油品存儲形式，是我國大規(guī)模提升石油儲備庫容的最佳方式。國內(nèi)地下水封石洞油庫的建設(shè)始于1977年建成的黃島15×104m3水封石洞原油庫[3]，截至2020年主要有山東黃島、遼寧錦州、廣東惠州、廣東湛江等多個300×104m3或 500×104m3國家戰(zhàn)略油庫，部分尚未完工。

目前廣西地區(qū)尚未進(jìn)行地下水封石洞油庫的研究，依據(jù)《地下水封石洞油庫設(shè)計規(guī)程》(GB/T50455—2020)的要求，地下水封石洞油庫選址需要從土地規(guī)劃、儲運條件、地質(zhì)條件、環(huán)保條件、安全距離5個方面，分析石洞油庫建設(shè)條件[4]。廣西北部灣區(qū)域擁有北海港、欽州港、防城港等已建或在建的(30～40)×104t級的航道及碼頭，欽州港擁有1 000×104t石油煉化能力，欽州港及北海港具有通達(dá)滇黔渝川湘腹地的油氣管網(wǎng)，在該區(qū)域進(jìn)行地下水封石油洞庫選址，是符合儲運條件的。

基于水封式儲能的原理，地質(zhì)條件等是選址成敗的關(guān)鍵因素，屬地下水封石洞油庫工程建設(shè)的重點關(guān)注部分，是本文研究的重點。地質(zhì)條件包括構(gòu)造地質(zhì)、巖體分布特性、水文地質(zhì)條件三個方面[4]，即需要避開高烈度區(qū)域、活動斷裂帶，一般選址在花崗巖巖基、富含地下水或周邊水源富足區(qū)域，并滿足地下水封條件。本文就廣西北部灣陸域各庫址的上述地質(zhì)條件進(jìn)行了分析研究，并期望在此基礎(chǔ)上推動廣西北部灣三市地下水封石洞油庫的建設(shè)。

1 地層及構(gòu)造

1.1 地層

廣西北部灣陸域分布的巖體按成因類型有沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖三大類。其中沉積巖按地層時代由老到新主要為志留系、泥盆系、石炭系、三疊系、侏羅系、白堊系，巖性多為泥頁巖、粉砂巖、砂巖、灰?guī)r等；巖漿巖類型以華力西期—印支期三疊紀(jì)酸性侵入巖為主，局部為加里東期志留紀(jì)酸性侵入巖，巖性以花崗巖為主；變質(zhì)巖類型主要為接觸變質(zhì)巖，巖性主要為角巖化巖石、云母角巖、長英質(zhì)角巖、矽卡巖等[5]。

廣西北部灣陸域區(qū)主要以沉積巖和巖漿巖為主，變質(zhì)巖范圍較小。北部灣地區(qū)的巖漿巖類型以酸性侵入巖為主，受構(gòu)造控制明顯，分布特征如下。

1)廣西加里東期的巖漿活動劇烈，有較大規(guī)模的酸性巖漿侵入，在桂北、桂東、桂東南一帶形成較大的花崗巖巖基。

2)印支期運動在廣西較強(qiáng)烈，相應(yīng)這個時期(三疊紀(jì))的酸性巖漿活動劇烈，大規(guī)模的花崗巖構(gòu)成著名的大容山、六萬大山、十萬大山山脈，長近400 km，寬20～70 km。在欽州—防城一帶，有較多花崗巖巖群分布。巖石的主要礦物為石英、長石和黑云母，特征礦物有堇青石、紫蘇輝石等。三疊紀(jì)酸性侵入巖又具體分為以下幾個時期：①早三疊世酸性侵入巖。分布于玉林-欽州-防城花崗巖群東南部，面積近7 000 km2，巖體主要為斑狀黑云堇青二長花崗巖，個別為堇青黑云二長花崗斑巖。②中三疊世早期酸性侵入巖。分布于玉林-欽州-防城花崗巖群中部靈山縣舊州至興業(yè)縣葵山一帶，呈長 260 km，寬5～10 km的帶狀，面積約1 200 km2，巖體主要為紫蘇堇青黑云二長花崗巖，部分為紫蘇堇青黑云花崗巖。③中三疊世晚期中酸性侵入巖。分布于桂東南防城港、欽州、興業(yè)等縣及蒼梧縣一帶，長180 km，寬10～20 km，出露面積約2 000 km2。主要為連斑狀堇青紫蘇花崗斑巖、堇青長石石英斑巖、碎斑熔巖等，普遍為碎斑狀結(jié)構(gòu)。

1.2 構(gòu)造

圖1 廣西地質(zhì)構(gòu)造Figure 1 The geological structure of Guangxi

廣西北部灣陸域分布的重大區(qū)域性活動斷裂帶有防城-靈山斷裂帶、合浦-北流斷裂帶、百色-合浦?jǐn)嗔褞АＦ渲?，防?靈山斷裂帶屬中等全新活動斷裂，合浦-北流斷裂帶屬微弱全新活動斷，百色-合浦?jǐn)嗔褞г摂嗔褞傥⑷跞禄顒訑?。三條活動斷裂帶均延伸較長，帶寬較大，帶內(nèi)斷層分布較多。

北部灣區(qū)域位于東南沿海地震帶西段，區(qū)內(nèi)地震多沿斷裂成條帶狀展布，主要發(fā)生在斷裂的交匯處，斷陷盆地或斷陷谷地的邊緣，斷裂的樞紐、彎曲和端部等。自該區(qū)有地震記錄以來，欽州、防城、靈山、北部灣、一帶共有 30 次中強(qiáng)地震，最大震級為1936 年靈山縣的6.7級，北部灣附近是相對活躍的地區(qū)[6]。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)，經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)地震動峰值加速度為0.05～0.10 g，相應(yīng)的地震基本烈度為6°～7°。

2 建庫基本地質(zhì)條件分析

2.1 建庫基本地質(zhì)條件要求

1)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造主要為區(qū)域穩(wěn)定性問題，也即庫址的穩(wěn)定性，這是選址中的關(guān)鍵問題，主要涉及區(qū)域內(nèi)的斷裂活動、地震及地應(yīng)力三方面，庫址區(qū)必須避開抗震設(shè)防烈度9°及9°以上地區(qū)，高地應(yīng)力區(qū)或地應(yīng)力集中的構(gòu)造部位，以及活動斷裂或發(fā)震斷裂區(qū)域[7-8]。

2)巖體質(zhì)量。地下水封洞庫庫區(qū)圍巖巖體，水封洞庫原則上不進(jìn)行或局部進(jìn)行支護(hù)，巖體以Ⅰ、Ⅱ 級為主體時為適宜建庫巖體，同時要求巖體具有弱透水性[9]。一般優(yōu)先選擇在以結(jié)晶巖體為主、化學(xué)成分穩(wěn)定的巖漿巖等無深性斷層和斷裂、裂隙不甚發(fā)育、洞庫圍巖巖質(zhì)堅硬的巖體中，并保證有足夠的可用巖體范圍。代表性巖石類型包括閃長巖、花崗巖等侵入巖，片麻巖等變質(zhì)巖，凝灰?guī)r、安山巖等火成巖[10]。

3)水文地質(zhì)。水封洞庫需要滿足必要的水封條件。洞室處巖體應(yīng)具有弱透水性，上部有穩(wěn)定的地下水位，地下水位線與地下洞庫頂之間有足夠穩(wěn)定的儲水深度。庫址一般選擇在距最低排水基準(zhǔn)面較近的地段，如位于海濱、湖畔、河旁較大規(guī)模水庫下游等地區(qū)，以減少洞室埋深和降低人為因素干擾。

2.2 初步選址

根據(jù)地下水封石洞油庫選址基本要求[7]，結(jié)合北部灣地區(qū)的基本地質(zhì)情況、產(chǎn)業(yè)分布、交通狀況，在廣西北部灣陸域初步選取了8處庫址范圍，其中北海2處、欽州4處、防城港2處(圖2)。

根據(jù)所處的區(qū)塊位置和巖土特征，各庫址分為三類，各類地質(zhì)條件如下。

1)望州頂、那林村庫址。位于欽州褶皺系靈山斷裂帶區(qū)(Ⅲ11)；地震基本烈度為6°；最近的活動斷裂帶為防城-靈山斷裂帶，距離分別為8.0、9.0 km；巖體類型為中三疊世早—中期酸性侵入巖，巖性紫蘇堇青黑云二長花崗巖，部分為(斑狀堇青)紫蘇堇青黑云花崗巖、堇青長石石英斑巖、 碎斑熔巖；完整基巖埋深80～160 m，完整基巖圍巖級別可達(dá)Ⅰ～Ⅱ類，可選擇平面范圍面積為6～10 km2，巖體豎向厚度大于500 m。地貌類型分別為低山丘陵、低矮丘陵。地下水主要為表層孔隙水和下伏基巖裂隙水。基巖裂隙水淺部為網(wǎng)狀裂隙水，深度為30～65 m，富水程度為中等；深部為脈狀裂隙水主要受結(jié)構(gòu)面影響控制呈脈狀排泄，排泄較慢，具有弱滲透性。

2)嶺門村、石龍口、橫山頭、新禾村庫址。位于欽州褶皺系六萬大山凸起區(qū)(Ⅲ21)，地震基本烈度為6°或7°(新禾村庫址)；最近的活動斷裂帶為合浦-備流斷裂帶或百色-合浦?jǐn)嗔褞В嚯x為1.5～4.0 km；巖體類型為早三疊世酸性侵入巖，巖性斑狀黑云堇青二長花崗巖，個別為堇青黑云二長花崗斑巖，普遍含堇青石和紅棕色黑云母；完整基巖埋深60～150 m，完整基巖圍巖級別可達(dá)Ⅰ～Ⅱ類，可選擇平面范圍面積為5～100 km2，巖體豎向厚度大于500 m。地貌類型分別為低山丘陵、低矮丘陵。地下水主要為表層孔隙水和下伏基巖裂隙水。基巖裂隙水淺部為網(wǎng)狀裂隙水，深度為20～60 m，富水程度為中等；深部為脈狀裂隙水主要受結(jié)構(gòu)面影響控制呈脈狀排泄，排泄較慢，具有弱滲透性。

圖2 廣西北部灣各庫址地理位置Figure 2 Geographical locations of repository sites in Beibu Gulf, Guangxi

3)生蓮垌、簡頭背庫址。位于云開地塊天堂上隆起區(qū)(Ⅲ2)，地震基本烈度為6°或7°(新禾村庫址)；最近的活動斷裂帶為合浦-備流斷裂帶，距離分別為1.0～6.0 km；巖體類型為加里東期志留紀(jì)酸性侵入巖：片麻眼球狀黑云二長花崗巖和片麻狀堇青黑云二長花崗巖；完整基巖埋深65～150 m，完整基巖圍巖級別可達(dá)Ⅰ～Ⅱ類，可選擇平面范圍面積為6～15 km2，巖體豎向厚度大于500 m。地貌類型分別為低山丘陵、低矮丘陵。地下水主要為表層孔隙水和下伏基巖裂隙水?；鶐r裂隙水淺部為網(wǎng)狀裂隙水，深度為25～60 m，富水程度為中等；深部為脈狀裂隙水主要受結(jié)構(gòu)面影響控制呈脈狀排泄，排泄較慢，具有弱滲透性。

2.3 工程地質(zhì)條件分析

各庫址區(qū)的基本地震烈度為6°或7°；大部分遠(yuǎn)離活動斷裂帶，個別庫址范圍離活動斷裂較近，但其可利用平面范圍較大，實際活動斷裂帶影響或影響很?。煌暾鶐r埋深60～160 m，總體上地應(yīng)力不大[11-12]；構(gòu)造地質(zhì)條件均滿足洞庫選址的構(gòu)造地質(zhì)條件。

各庫址的巖體分布主要為花崗巖，完整基巖圍巖級別可達(dá)Ⅰ～Ⅱ類[13]；可選范圍面積為5～100 km2，厚度均大于500 m，滿足洞庫選址的巖體質(zhì)量要求[14-16]。

2.4 水封條件初步分析

廣西北部灣屬亞熱帶海洋性季風(fēng)區(qū)，氣候溫和，雨量豐富，日照時間長，多年平均氣溫21. 5～23. 4 ℃。受暖氣環(huán)流的影響，夏季主要為南風(fēng)，常受熱帶氣旋侵襲，水汽來源豐富；另外受地形地貌的影響，使氣流抬升，水汽凝結(jié)成雨，雨量充沛。廣西北部灣三市(欽州、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為1 714. 9 mm，防城港市市多年平均降水量為2 545. 7 mm，欽州市多年平均降水量為 2 155. 7 mm[17]，如圖3所示。

圖3 廣西北部灣三市多年平均降水量等值線(mm)Figure 3 The average precipitation isolines of the three cities in Beibu Gulf, Guangxi (unit: mm)

水文地質(zhì)特征受氣象、地形地貌、巖性及構(gòu)造控制，各庫址水文地質(zhì)條件類似。淺部基巖裂隙水為網(wǎng)狀裂隙水，深度為20～65 m，富水性中等。深部基巖裂隙水為脈狀裂隙水，位于較完整基巖中，其埋置深度為65～150 m，有脈狀裂隙，屬弱透水層。當(dāng)洞庫埋深100m左右時，其上方的富水層和洞庫頂部有一定距離，且滿足弱滲透性要求，各庫址水文地質(zhì)條件滿足建庫基本要求[15]。

部分庫址位于海濱、海灣或近海濱區(qū)，屬于最低排水基準(zhǔn)面附近，此類庫址可減小洞室埋深，在滿足地下水水封壓力的前提下，縮小施工石洞的土石方工作量，更具有建庫適宜性[16]。

總體上各庫址水文地質(zhì)特征基本類似，地下水主要為表層孔隙水和下伏基巖裂隙水?？紫端x存于第四系花崗巖風(fēng)化殘坡積松散地層中，以大氣降水入滲補(bǔ)給和上游基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給為主，部分通過基巖裂隙垂直補(bǔ)給下伏基巖裂隙水，部分通過徑流以不均勻的分散滲流、表面排泄。結(jié)晶巖體內(nèi)的地下水沿著貫穿堅硬巖體的極其復(fù)雜的裂隙系統(tǒng)循環(huán)，其富水性與裂隙發(fā)育程度和性質(zhì)密切相關(guān)，水分布的不均勻性是結(jié)晶巖體的一個非常重要的特征[18]。網(wǎng)狀裂隙水主要分布于巖體上部的半風(fēng)化殼內(nèi)，分布相對比較均勻，一般具有統(tǒng)一的地下水面，基本上與地形起伏相一致。網(wǎng)狀裂隙潛水如水蓋一樣覆蓋于巖體的上部，一般具有潛水的性質(zhì)。脈狀裂隙水主要沿斷裂、裂隙密集帶分布，其上限與網(wǎng)狀裂隙水相接，并直接接受網(wǎng)狀裂隙潛水的補(bǔ)充，富水性較弱，也極不均勻。一般屬稍透水或弱透水巖體，各含水帶間互不連通，地下水滲透的方向性比較顯著，水流基本上處于停滯狀態(tài)[19]。

根據(jù)裂隙結(jié)晶巖體裂隙水分布特點，各庫址范圍地表下網(wǎng)狀裂隙水的深度為20～65 m。各庫址區(qū)降雨量豐富，網(wǎng)狀裂隙水容易受大氣降水補(bǔ)給，屬良好的水蓋層，可以直接或間接作為下部脈狀裂隙水的補(bǔ)給源。北部灣陸域地形起伏較小，埋深100m處大部處于侵蝕基準(zhǔn)面以下的脈狀裂隙水帶，脈間缺乏水力聯(lián)系，滲透系數(shù)低，水流基本處于停滯狀態(tài)，符合水封原理，適合建設(shè)地下水封石洞油庫。各庫址的水封條件均滿足地下水封石洞油庫建設(shè)的要求[20-21]。

綜上所述，各庫址均滿足地質(zhì)條件選址要求，適合建設(shè)地下水封石洞油庫，特別是500×104m3庫容的大型地下水封石洞油庫。

3 結(jié)語

廣西北部灣三市均有適合建設(shè)地下水封石洞油庫的構(gòu)造地質(zhì)、巖體質(zhì)量、水文地質(zhì)條件；廣西北部灣三市雨水豐富，水蓋層良好，初步分析滿足地下水封條件，適合建設(shè)大型地下水封石洞油庫(500×104m3庫容)。

本文是以北部灣陸域地下水封石洞油庫選址為主要目標(biāo)，基于以往地質(zhì)資料二次開發(fā)研究，取得的初步成果。在十四五期間，急需開展北部灣三市開展地下水封石洞油庫地質(zhì)選址與建設(shè)預(yù)可行性研究，可在本次研究成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

承蒙中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)博士生導(dǎo)師晏鄂川教授審閱全文，并提出寶貴意見，在此表示感謝！