某储气库集注站岩溶工程地质问题评价_杨科.pdf

：某某储储气气库库集集注注站站岩岩溶溶工工程程地地质质问问题题评评价价杨科，向宇，涂翔，严磊，苏培东（四川科宏石油天然气工程有限公司，四川 成都；重庆天然气储运有限公司，重庆；西南石油大学 地球科学与技术学院，四川 成都）摘要受国家战略的部署，为保障重庆市天然气供应、提升自有储气调峰能力和应急事故供气能力，拟在铜锣峡背斜构造核部兴建一个储气库集注站。场地位于嘉陵江组碳酸盐岩地层上，可能遭受岩溶工程地质问题。通过现场地质调查、物探和钻探等手段，研究了场地岩溶工程地质问题。结果表明，场地内岩溶在构造鞍部发育最强烈，沿鞍部南北侧渐变为中等发育区，东西侧区域渐变为弱发育区；在可溶岩、水文地质和构造等条件的综合控制下，岩溶发育经过 个阶段：裂隙形成阶段、初始溶蚀阶段、再次溶蚀阶段。关键词储气库；岩溶；发育特征；发育模式；工程地质问题中图分类号 文献标识码文章编号 （）收稿日期 作者简介杨科（），男，四川成都人，工程师，主要从事岩土工程方面勘察设计工作。，（o o，；o o oo o，o，；oo o oo，o o，）：o o o o，o o o，o o o o，o o o o o o o o o oo o oo o o oo，o o，oo o o o o o o o o o o ，o o，o o o oo o o o，ooo ，o o ：oo，oo oo ：o；o；o；oo o概述由于一次能源生产地区受到外部干扰和内部不稳定的影响。目前的国际局势复杂多变，通过石油和天然气等化石燃料进行的能源生产受到极大限制，导致国际原油价格和天然气价格大幅上涨。包括中国在内的一些主要能源需求国的能源供应主要依赖进口。因此，由于上述能源格局变化的影响，能源需求国的能源安全形势存在很大的不确定性。为了应对这种情况，几个国家也在积极开发战略能源储备。地下储气库由于其卓越的密闭安全性、成本效益和稳定性，能良好作为储备国家能源受到了广泛关注。因此，西南油气田公司拟兴建一座关键的储气库，项目的实施对于保障重庆市天然气供应、提升自有储气调峰能力和应急事故供气具有重要意义。对于储气库的建设来讲，调峰需求与库址资源是决定储气库选址的重要指标。经过综合研究，拟选取位于重庆市铜锣峡背斜作为建设场地。该场地出露地层为三叠系嘉陵江组灰岩，是川渝地区广泛分布的可溶岩。以往的储气库工程建设场地面临的工程地质问题主要为滑坡、崩塌、高边坡等，在岩溶地区修建储气库的经验较少。但随着国家战略的侧重，将有越来越多的储气库不可避免的修建在可溶岩地区，因此岩溶地区储气库的工程地质问题评价应引起广泛重视。通过研究铜锣峡背斜核部、嘉陵江组灰岩上的储气库集注站，介绍其工程概况、岩溶发育特征，分析其岩溶形成条件和发育模式，并对该场地的岩溶工程地质问题做出评价。研究成果对在岩溶地区修建储气库工程具有一定的借鉴、指导意义。工程概况该储气库建设工程是国家重要战略部署项目，是重庆市 年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.年重点建设工程，项目的实施对于保障重庆市天然气供应、提升自有储气调峰能力和应急事故供气具有重要意义。储气库新建集注站 座，注采井场 座，新建注气采气同沟管道干线 ，注气采气同沟管道支线 ，新建集注站至渡两复线、渡旱线和卧旱线输气管道各 ，新建 接阀室 座，维抢修用房 座，新建 变电站 座，供电线路 ，以及其他相关配套工程。研究区位于重庆市，受亚热带季风气候的影响发育中低山剥蚀丘陵地貌；地质构造属铜锣峡背斜南东翼，无断裂构造发育，地质构造简单；地层岩性为三叠系嘉陵江组石灰岩。通过区域地质资料可知，嘉陵江组灰岩、白云岩普遍为互层式可溶岩。研究区地貌受溶蚀作用影响，溶蚀漏斗、溶蚀丘陵（溶丘）发育普遍。岩溶发育特征 现场调查结果据地质调查，场地内出露的基岩为嘉陵江组灰岩，嘉陵江组地层在此处可分为六段，其中一、三、五段为灰岩，二、四、六段为白云岩，这两组岩石均为可溶岩。现场调查显示，如图，储气库场地溶蚀主要发育在南侧，沿裂隙呈现串珠状分布，大部分溶洞被黏土、碎石充填，未在地表出露，仅少部分溶洞在地表出露。出露的溶洞洞口直径约 ，可见深度约 左右，洞内生长有草本植物。图 现场调查溶蚀分布图 图 视电阻率异常平面分布图同时，场地内发育两组构造节理，：、：，两组节理均为硬性结构面，被方解石胶结；但在后期多次的岩溶作用下，裂隙内的方解石呈现多期胶结特征，红色、白色、黄色的方解石均有产出。同时，在浅部的裂隙中，方解石已被溶蚀，裂隙内充填物为泥质和块石。现场调查结果分析，地表溶洞发育在场地南侧，呈串珠状分布，与 的节理延伸方向基本一致，且多在与两组节理交汇部位发育。物探探测结果通过现场调查，判断该场地存在岩溶发育的可能，因此采用瞬变电磁法（），查明研究区内的电性特征；并结合现有的地质、水文等其他方面资料推断研究区内的地层结构和岩溶发育情况，并对可能存在的溶洞、构造破碎带等不良地质体做出判定，初步评价其影响，为开展下一步研究提供地质资料和评价依据。勘察物探工作查明了工作位置电性分布特征，上部第四系（含基岩强风化壳）为低阻，中风化层为中高阻，下部完整灰岩为高阻。完整基岩面（中高阻、高阻接触带）起伏较大。本次物探工作共推断解译出宽度大于等于 的溶洞 个，宽度大于等于 的裂隙带 个。如图，在鞍部区域，物探测线范围内区（黄色线框）范围内裂隙带发育，揭示大于 的岩溶基本伴随裂隙带发育，判定为强岩溶发育区，岩溶埋藏较深或已完全充填；在物探测线范围内区（绿色框内）范围内裂隙带较发育，判定为岩溶中等发育区，岩溶埋藏较深或已完全充填；在物探测线范围内区（蓝色框内）范围内岩溶、裂隙不发育，判定为岩溶弱发育区。表 钻探揭示岩溶发育统计表孔号发育深度 洞（隙）高度 发育标高 充填情况 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 岩溶裂隙发育，方解石充填 岩溶裂隙发育，方解石充填 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 溶洞发育，半充填 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 岩溶裂隙发育，方解石充填 岩溶裂隙发育，方解石充填 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 无填充 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 岩溶裂隙发育，可塑粘土充填 岩溶裂隙发育，方解石填充 半填充 岩溶裂隙发育，方解石填充 岩溶裂隙发育，可塑粘土填充 岩溶裂隙发育，可塑粘土填充 岩溶裂隙发育，泥质半填充第 卷第 期地下水 年 月 钻探揭示特征钻探揭露施工的 个钻孔共有 个钻孔揭露到溶洞（隙）。钻遇的溶洞、溶隙多发育在物探测线范围内区（黄色线框）范围内，共有 个钻孔钻遇溶洞、溶隙，岩溶分布深度在 之间，西侧岩溶发育海拔为 ，东侧岩溶发育海拔为 ，呈现为西高东低的特征，与坡度下降趋势一致；钻孔分布趋势来分析，研究区内的溶洞发育主要沿着 走向的构造节理发育，在与另外一组节理交汇区域发育更为明显，在完整岩体内部鲜有溶蚀现象发育；从区钻遇的岩芯观察，钻遇的溶蚀多以孔、隙的形式呈现，仅有三个钻孔钻遇溶洞；溶蚀孔洞多被粘土充填、占比达 ，少部分被粘土充填，占比约为 ，溶洞因其空隙体积过大，呈现为半充填状态；整体观察充填情况，充填的方解石中有新的溶蚀现象发育；溶隙表面多被胶结的方解石覆盖，但方解石表面氧化现象、风化现象明显，有明显的再次溶蚀特征；对以粘土充填的孔隙中，紧贴孔隙的部分仍是方解石胶结，粘土胶结于方解石之上。在物探测线范围内区（绿色线框）范围内，共有 个钻孔钻遇溶隙，未发现溶洞，该区的溶洞分布海拔呈现为三段，第一段海拔段 ，分布在研究区中部区域；第二段海拔 ，分布在区东侧区域；第三段海拔 ，分布在区南侧区域，整体分布趋势为南高北低，与坡度下降趋于一致。从钻孔分布趋势来分析，溶隙发育主要沿着 走向的节理发育，在与另外一组节理交汇区域发育更为明显，在完整岩体内部鲜有溶蚀现象发育；从区钻遇的岩芯观察，钻遇的溶蚀以孔、隙的形式呈现；溶蚀孔洞多被粘土充填、占比达 ，少部分被粘土充填，占比 约 为；充填情况于区域情况一致。在物探测线范围内区（绿色线框）范围内，未发现溶蚀现象。岩溶发育特征通过现场地质调查、物探探测结果与钻探，对该储气库集注站岩溶发育特征有了清晰的认识。研究区内，基岩为三叠系嘉陵江组灰岩，岩溶现象广泛发育，且呈现多期溶蚀特征；且溶蚀现象主要沿裂隙展布，并在裂隙交汇处形成溶洞，溶洞在的出露特征为为串珠状。在场地内，岩溶发育强烈的区域为研究区北东侧（鞍部），在强烈发育区南北两侧岩溶发育中等强烈，在研究区东西两侧，岩溶发育弱。岩溶形成条件与发育模式 形成条件 岩性条件岩溶的形成首先需要有可溶性岩石。铜锣峡背斜出露的地层主要为三叠系，轴部主要出露嘉陵江组的地层，仅凉水井和九峰寺处出露飞仙关组地层。研究区位于渝北区，铜锣峡背斜核部，出露的地层为嘉陵江组地层，岩性为浅灰、青灰色灰岩为主夹少量白云质灰岩及白云岩，受构造作用的影响，岩体内节理裂隙发育。现场对出露岩石滴稀盐酸进行测试，结果显示剧烈起泡。通过查阅相关资料显示，川东嘉陵江组灰岩的孔隙率一般小于 ，渗透率一般小于 ，属于低孔低渗类岩石。低孔低渗的岩石不利于地下水的入渗，也不能作为地下水的储层，但当低空低渗的岩石发育节理、裂隙时，地下水则能顺节理裂隙进行流动，而不会滞留在岩石内部，有利于地下水的循环流动、进而为岩溶的发育提供的有益的岩性条件。综上所述，川东地区的嘉陵江组灰岩为一套可溶岩，虽有存在低孔低渗的特点，但构造节理发育，能为岩溶的发育的提供了良好的岩石条件。水文地质条件研究区属亚热带季风气候，温暖湿润，四季分明，冬无严寒，夏无酷暑。多年平均降雨量 ，多年平均最大日降雨量 ，降雨主要集中于 月。离研究区最近的河流为朝阳河，研究区内未见地表河流，地下水主要为基岩裂隙水和上层滞水。但在集注站南西侧发育一个溶蚀漏斗，漏斗内赋存约 深的水，水源补给为大气降水和基岩渗水；同时在场地北侧低洼处，存在地表水。在勘探期间还发现维抢修用房西侧约 处，发育一个大型溶洞，溶洞连接地下暗河，进洞勘探后，发现洞壁流水冲刷现象明显，洞内潮湿，在深部溶腔内能听见流水声。综上所述，研究区内水文地质条件复杂，雨量丰富，降雨集中；地表溶蚀漏斗等地貌能赋存大气降水并在旱季对地下水进行补给，为岩溶的发育提供了良好的水文地质条件。构造条件铜锣峡背斜发育于华蓥山背斜东面，与七里峡背斜相交，总长约 ，呈北东 南西走向，轴向北偏东，呈舒缓波状起伏。背斜北西翼倾角约，南东翼倾角较陡，达，轴部宽缓，呈不对称箱型。现场调查发现，在铜锣峡背斜核部发育两组区域性 型共轭剪节理，：，间距 ，走向延伸小于 ，闭合 微张，裂面较平直，方解石胶结，压扭性裂隙；：，间距 ，走向延伸小于 ，闭合，裂面较平直，方解石胶结，压扭性裂隙。裂隙带控制着岩溶发育的形态、规模和延伸方向。裂隙的产状通常控制着岩溶的发展方向。地下水或大气降水在接触岩石表面，常沿着裂隙走向方向流动，并在此过程中对可溶岩产生溶蚀。裂隙的倾向也会控制着岩溶的发育，研究表明，低角度的裂隙有利于岩溶水的长期赋存和溶蚀，有利于岩溶的横向发展；高角度的裂隙有利于大气降雨入渗，有利于垂向溶蚀，因此常形成高角度溶缝带。同时，裂隙的密度越大，延伸长度越长，张开度越开，越有利于岩溶的发育。因此，研究区内的岩体在背斜和区域性剪节理的共同控制下，裂隙发育，有利于降雨的入渗和地下水的流通，为岩溶的发育提供了良好的构造条件。发育模式研究区位于铜锣峡背斜核部，发育嘉陵江组可溶灰岩，且受背斜和构造运动的影响，发育一组区域性的共轭剪节理。结合本文中对研究区岩溶发育特征及裂隙对岩溶发育控制规律的研究，总结出岩溶的发育模式，可分为三个阶段。一阶段为裂隙发育阶段。在铜锣峡背斜形成初期，在巨大的构造应力的作用下，在背斜核部形成区域性的 型共轭剪节理，其中 走向的共轭剪节理发育较 走向的共轭剪节理良好，走向的剪节理裂隙张开度与连通性更良好。二阶段为初始溶蚀阶段。在铜锣峡背斜形成后，研究区内大气降雨堆