梁建毅　黃安達(dá)　郭孔靈　劉廣煜

(1.黃島國家石油儲備基地有限責(zé)任公司，山東 青島　266426；2.山東大學(xué)巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心，山東 濟(jì)南　250061)

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地下水封石洞油庫地下水水化學(xué)特征研究

梁建毅1黃安達(dá)2郭孔靈2劉廣煜2

(1.黃島國家石油儲備基地有限責(zé)任公司，山東 青島266426；2.山東大學(xué)巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心，山東 濟(jì)南250061)

通過采集某地下水封石油洞庫的地下水樣，從水化學(xué)類型、離子濃度、pH值、硝酸鹽、礦化度等方面，檢測分析了該地下水的水化學(xué)特征，為確定油庫安全穩(wěn)定的運行提供了依據(jù)。

石油洞庫，地下水，離子濃度，水化學(xué)特征

0　引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對石油的需求量日益增大。對中國而言，進(jìn)行石油戰(zhàn)略儲備對于保證國家安全，保障國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的作用。地下水封洞庫具有安全、經(jīng)濟(jì)、高效、存儲容量大等優(yōu)點，因此近幾十年來得到很大的發(fā)展，廣泛用于國家石油戰(zhàn)略儲備中[1]。在地下水封石油洞庫的運行過程中，其地下水的水化學(xué)特征能反映出它的運行狀態(tài)。因此，研究地下水封石油洞庫的水化學(xué)特征具有特別重要的意義。

近些年來，地下工程的地下水水化學(xué)特征研究已成為國內(nèi)外的研究熱點。針對地下儲存洞穴的安全穩(wěn)定運行等問題，Z.Jezersky結(jié)合捷克地下水封儲氣洞庫工程，通過對庫區(qū)地下水的主要離子種類、地下水中的同位素和放射性元素的分析，得到了庫區(qū)水巖相互作用情況和地下水封儲氣洞庫安全穩(wěn)定運行的條件[2]。J.Lee等人通過對韓國的LGP儲存洞穴的研究，運用統(tǒng)計學(xué)的分析方法得到了該地區(qū)的地下水的水文地質(zhì)化學(xué)特征[3]。E.B.A.Moyce等人通過對一處核廢料儲存洞室的地下水進(jìn)行了長達(dá)15年的監(jiān)測，得到了地下水的水化學(xué)特征的演變情況[4]。M.J.Gimeno等人通過對瑞典Laxemar地區(qū)的位于結(jié)晶含水層中的核廢料儲存室的研究，得到了該地區(qū)的水文地質(zhì)化學(xué)特征以及建立了相應(yīng)的地下水化學(xué)模型[5]。劉青勇等運用水動力學(xué)方法，研究了地下水封石油洞庫對地下水的影響[6]。劉鑫等通過Piper三線圖解法，對天津地鐵二號線淺層地下水的水化學(xué)特征和演化規(guī)律進(jìn)行了分析[7]。

本文結(jié)合某地下水封石油洞庫工程，通過現(xiàn)場采集水樣及檢測，分析了地下水的類型、地下水間的水力聯(lián)系、主要離子變化特點、pH值和礦化度變化特征等特性，為確定該油庫能安全穩(wěn)定的運行提供了重要依據(jù)。

1　工程背景

該項目庫址區(qū)處于膠南臺隆北緣，屬于低山丘陵地貌。洞庫山體為龍雀山，山脊標(biāo)高280 m～350 m，山脊北側(cè)為陡崖，南側(cè)為陡坡，地形坡度一般為35°～55°，山脊南北兩側(cè)發(fā)育近南北向及東北向沖溝。根據(jù)地質(zhì)時代、成因巖性及工程性質(zhì)的不同，可將庫址區(qū)內(nèi)的地層巖性分為四大類：第四系殘坡積、洪積層，早白堊世二長花崗巖，晚元古界花崗片麻巖及早白堊世中煌斑巖脈、閃長巖脈。庫址區(qū)的巖石類型主要是花崗巖。

根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查，庫址區(qū)含水介質(zhì)為晚元古界花崗片麻巖，主要的地下水存在類型為基巖裂隙水和松散巖類孔隙水，其中基巖裂隙水又可分為淺層的網(wǎng)狀裂隙水和深層的脈狀裂隙水。庫址區(qū)地下水水力坡度較大，風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙發(fā)育較好，地下水徑流通暢。地下水向谷底和山麓流動匯集，并以下降泉或潛流的形式排泄于山溝或山麓殘坡積層中。

2　水樣采集與檢測

2016年1月20日～24日，至該地下水封石油洞庫采集地下水水樣。此次共采集水樣14份，水樣采集點包括通風(fēng)口、永久水位監(jiān)測孔、鉆孔和污水口，所取水樣的水化學(xué)特征能反映出油庫在運行時的水質(zhì)變化情況。

表1　2016年1月地下水檢測結(jié)果

3　水化學(xué)特征分析

3.1地下水的水化學(xué)類型

根據(jù)水樣的檢測結(jié)果，計算出各水樣中主要離子的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)，按照蘇卡列夫分類法對各水樣進(jìn)行分類，各水樣的類型如下：

自來水：18-A，礦化度為0.705 g/L的HCO3+SO4+Cl-Na+Ca型水；

OF1：4-A，礦化度為0.294 g/L的HCO3-Na+Ca型水；

OF2：1-A，礦化度為0.285 g/L的HCO3-Ca型水；

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

OF4：4-A，礦化度為0.335 g/L的HCO3-Na+Ca型水；

OF5：1-A，礦化度為0.275 g/L的HCO3-Ca型水；

3號(污水)：42-A，礦化度為0.32 g/L的SO4+Cl-Na型水；

6號(污水)：21-A，礦化度為0.457 g/L的HCO3+SO4+Cl-Na型水；

7號(污水)：21-A，礦化度為0.396 g/L的HCO3+SO4+Cl-Na型水；

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

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

通風(fēng)口-1：42-A，礦化度為0.276 g/L的SO4+Cl-Na型水；

通風(fēng)口-2：42-A，礦化度為0.296 g/L的SO4+Cl-Na型水；

通風(fēng)口-3：49-A，礦化度為0.256 g/L的Cl-Na型水。

根據(jù)各水樣中離子的相對豐度和蘇卡列夫分類的結(jié)果，可將此次取的水樣共分為四大組。其中，第一組為自來水，它屬于HCO3+SO4+Cl-Na+Ca型水；第二組包含OF1，OF2，OF4，OF5和ZK013，它們屬于HCO3-Na+Ca型水；第三組包含OF3和ZK009，它們屬于HCO3+Cl-Na+Ca型水；第四組包含通風(fēng)口-1、通風(fēng)口-2、通風(fēng)口-3、3號污水、6號污水和7號污水，它們屬于HCO3+SO4+Cl-Na型水。

此外，處于同一大組內(nèi)的各水樣的采集點間存在水力聯(lián)系，即OF1，OF2，OF4，OF5和ZK013彼此間存在水力聯(lián)系；OF3和ZK009彼此間存在水力聯(lián)系；通風(fēng)口-1、通風(fēng)口-2、通風(fēng)口-3、3號污水、6號污水和7號污水彼此間存在水力聯(lián)系。

3.2主要離子濃度變化情況

此外，洞庫在運行過程中地下水中的Cl-離子濃度有所上升，但不超100 mg/L(自來水除外)。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》我們可知該水封石油洞庫的地下水屬于弱腐蝕[8]，故地下水對洞庫支護(hù)采用的錨桿、鋼拱肋、鋼筋網(wǎng)等無明顯腐蝕作用。

3.3pH值變化情況

各水樣中pH值的變化情況如圖2所示。對比污水的pH值和其他水樣的pH值，可知污水的pH值總體上低于其他水樣的pH值。故可知在該時間段油庫在運行過程中會導(dǎo)致地下水中的pH值下降。pH值下降可能是因為花崗巖中的鉀長石得到部分溶解導(dǎo)致的[9]。其反應(yīng)如下：

2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O→

此外，在通風(fēng)口中水樣的pH值較高，在8.5～9.1之間，最大的是通風(fēng)口-1，其pH值高達(dá)9.1，其次是通風(fēng)口-2，其pH值為8.9，均大于GB 5749—2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的上限值8.5，不符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.4硝酸鹽變化情況

3.5礦化度變化情況

所取水樣中的礦化度如圖4所示。將污水水質(zhì)與各水質(zhì)檢測孔水樣進(jìn)行對比，污水的礦化度比其他水樣的礦化度要高。說明在油庫的運行過程中，庫區(qū)的地下水系統(tǒng)中發(fā)生的水巖相互作用會溶解巖石表面的礦物質(zhì)，使得地下水中的礦化度升高。

4　結(jié)語

1)根據(jù)各水樣的離子相對豐度和蘇卡列夫分類的結(jié)果，可將此次取的水樣共分為四大組，處于同一大組內(nèi)的各水樣的采集點間存在水力聯(lián)系。

4)該地下水封石油洞庫在運行過程中，地下水的離子濃度、礦化度總體上有所增加，pH值的大小有所下降，說明洞庫的運行對庫區(qū)地下水有一定的影響。

[1]李宏男，丁國生，霍林生.把安全藏在地下[J].中國石油，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]劉青勇，萬力，張保祥,等.地下水封石油洞庫對地下水的影響數(shù)值模擬分析[J].水利水電科技進(jìn)展，2009，29(2)：61-65.

[7]劉鑫，黃濤.天津地鐵2號線淺層地下水水化學(xué)特征及演化規(guī)律研究[J].四川環(huán)境，2015，34(5)：41-49.

[8]GB 50021—2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[9]鄭凡東，劉立才，楊牧騎，等．南水北調(diào)水源北京西郊回灌的水巖相互作用[J]．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2012，39(6)：22-27.[10]GB 5749—2006，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[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，高級工程師；黃安達(dá)(1992- )，男，在讀碩士；郭孔靈(1992- )，男，在讀碩士；

劉廣煜(1995- )，男，在讀本科生

TU991.112

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