淺層天然氣對(duì)新龍泉山隧道的影響分析

劉文伍

(中煤科工集團(tuán)重慶研究院水文物探研究所，重慶 400039)

0 引言

新龍泉山隧道位于成都東—簡(jiǎn)陽(yáng)南區(qū)間，屬于新建成都至重慶鐵路客運(yùn)專線工程CYSG-1標(biāo)段，其隧道進(jìn)口位于成都市龍泉驛區(qū)，出口位于簡(jiǎn)陽(yáng)市。貫穿川西油氣區(qū)與川中油氣區(qū)，所經(jīng)地層為侏羅系上、中統(tǒng)底層以及更深部的三疊系須家河組。在隧道施工過程中有可能發(fā)生瓦斯事故。因此，開展新龍泉山隧道淺層天然氣對(duì)隧道的影響研究具有十分重要的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)及油氣背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

四川盆地是我國(guó)的一個(gè)大型的含油氣的復(fù)合型盆地［1-3］，其形成演化與盆地四周的地質(zhì)構(gòu)造密不可分，且盆地內(nèi)部也可劃分為多個(gè)構(gòu)造單元(見圖1)。新龍泉山隧道所貫穿的龍泉山斷裂帶即為四川盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐种械拇ㄎ鞅睒?gòu)造區(qū)與川中構(gòu)造區(qū)的分界線。

1.2 油氣分布背景

氣源巖是油氣藏形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，四川盆地之所以能成為我國(guó)最大的含氣盆地，與盆地的形成演化有著密不可分的關(guān)系［4-6］。經(jīng)過多年的研究與實(shí)踐證實(shí)，四川盆地已成為我國(guó)目前產(chǎn)氣量最大的油氣盆地。

研究表明，現(xiàn)今的四川盆地是在揚(yáng)子海盆的基礎(chǔ)上，經(jīng)印支運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為中新生代的內(nèi)陸坳陷盆地，再經(jīng)喜山運(yùn)動(dòng)褶皺變形而成的構(gòu)造盆地。在四川盆地的形成演化過程中，形成了巨厚的沉積層，有利于有機(jī)質(zhì)的富集、保存以及向油氣的轉(zhuǎn)化，為油氣盆地的形成奠定了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

四川盆地在形成的過程中還具有多回旋的特性，沉積上的多回旋性為多個(gè)含油氣層提供了良好的條件，形成了多套生儲(chǔ)蓋層相結(jié)合的沉積構(gòu)造。構(gòu)造上的多回旋性使得盆地地層中斷裂、褶皺發(fā)育，形成了多組系、多方向和多種形式的局部構(gòu)造圈閉。根據(jù)四川盆地區(qū)域構(gòu)造特征等特性，可將四川盆地劃分為4個(gè)油氣聚集區(qū)，即川東氣區(qū)、川南氣區(qū)、川西氣區(qū)以及川中氣區(qū)，其中川南氣區(qū)又包括川南氣區(qū)與川西南氣區(qū)。

2 隧址區(qū)構(gòu)造及天然氣賦存特征

2.1 龍泉山斷裂帶地質(zhì)構(gòu)造特征

龍泉山斷裂帶是川西構(gòu)造區(qū)與川中構(gòu)造區(qū)的分界線，是盆地內(nèi)發(fā)育的一條重要的活動(dòng)斷裂［7，8］。它北起中江縣，南到樂山市新橋鎮(zhèn)附近，呈NNE-SSW向展布。龍泉山斷裂帶的主體構(gòu)造為龍泉山箱狀大背斜，其軸部寬緩，兩翼陡然下降，延伸不遠(yuǎn)又復(fù)平緩。在龍泉山斷裂帶的基礎(chǔ)上發(fā)育有一系列北東向的褶皺、逆斷層等次級(jí)構(gòu)造。

新龍泉山隧道貫穿龍泉山斷裂帶，隧址區(qū)主要發(fā)育有褶皺臥龍寺向斜與三大灣背斜，主要發(fā)育有斷層龍泉驛逆斷層與尖尖山逆斷層。

臥龍寺向斜:向斜軸部產(chǎn)狀平緩，兩翼較陡，受構(gòu)造影響，兩側(cè)地層發(fā)育多個(gè)小型褶曲，巖體較為破碎，產(chǎn)狀紊亂。向斜軸線與隧道線位于DK23+369處相交，交角為85°。

三大灣背斜:背斜軸部寬闊平緩，兩翼陡然下降，延伸不遠(yuǎn)復(fù)又變平緩，背斜由南西向北東漸次傾伏，兩翼發(fā)育有次級(jí)褶皺。背斜軸線與隧道線位于DK25+469處相交，交角為88°。

龍泉驛斷層:為一區(qū)域性逆斷層，位于龍泉山箱狀大背斜西翼。斷層走向近南北向，傾向向東。斷層發(fā)育處于隧道進(jìn)口端，與隧道線位于DK22+524處相交，交角為87°。

尖尖山斷層:為一區(qū)域性逆斷層，位于龍泉山箱狀大背斜東翼。斷層產(chǎn)狀為N32°E/60°NW，斷層帶內(nèi)巖層產(chǎn)狀紊亂，近乎直立。受該斷層影響，在斷層附近小褶曲、揉皺及其發(fā)育，延長(zhǎng)扭曲、破碎。斷層發(fā)育處于隧道出口，與隧道線位在DK29+805處相交，交角為 85°。

2.2 隧址區(qū)天然氣賦存特征

四川盆地是我國(guó)最大的含氣盆地。由于沉積演化過程中的多回旋特性，四川盆地發(fā)育了多套氣源巖，其中主要包括上震旦紀(jì)燈影組、下寒武統(tǒng)、志留紀(jì)、下二疊統(tǒng)、下三疊統(tǒng)嘉陵江組、中三疊統(tǒng)雷口坡組、上三疊統(tǒng)須家河組、侏羅系自流井群大安寨油層。四川盆地除以上幾個(gè)主要油氣層外，上震旦統(tǒng)陡山沱組、中上寒武統(tǒng)、奧陶系、上二疊統(tǒng)、下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組、侏羅系自流井東岳廟段、涼高山段等地層也具有一定的產(chǎn)油氣條件。朱光有，張水昌等［9］在四川盆地天然氣特征及氣源一文中分析了四川盆地沉積演化背景，討論了有效氣源巖的發(fā)育特征以及分布規(guī)律，確定了各油氣聚集區(qū)各含氣地層的主要?dú)庠磶r，認(rèn)為川西氣區(qū)主要產(chǎn)氣層為侏羅系、三疊系須家河組、下二疊統(tǒng)和嘉陵江組，其氣源分別為三疊系須家河組煤系烴源巖與二疊系地層。羅嘯泉等［10，11］研究分析了川西洛帶氣田遂寧組天然氣氣藏儲(chǔ)層特征與成藏模式;王元君等［12］分析了洛帶氣田上侏羅統(tǒng)遂寧組天然氣富集主控因素;廖義沙等［13］分析了洛帶氣田中侏羅統(tǒng)沙溪廟組高產(chǎn)氣井主控因素;馬立元等［14］對(duì)須家河組天然氣資源潛力進(jìn)行了分析研究。

新龍泉山隧道測(cè)區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)坡殘積粉質(zhì)粘土，上更新統(tǒng)風(fēng)積層松軟土、成都粘土;下伏基巖侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組與遂寧組，中統(tǒng)上沙溪廟組。侏羅系上、中統(tǒng)地層以及三疊系須家河組在川西范圍內(nèi)均屬于產(chǎn)氣地層，在隧址區(qū)內(nèi)儲(chǔ)存著具有一定開采價(jià)值的天然氣。天然氣是地質(zhì)成因的，是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，其生成、賦存、富集均受綜合地質(zhì)作用的控制。由于龍泉山斷裂帶形成過程中構(gòu)造應(yīng)力的作用和應(yīng)力場(chǎng)的復(fù)雜性，使得區(qū)內(nèi)天然氣相對(duì)富集。

新龍泉山隧道區(qū)內(nèi)下伏地層為產(chǎn)氣地層，由于后期地質(zhì)構(gòu)造的影響，使得區(qū)內(nèi)天然氣分布不均，并且在隧址區(qū)內(nèi)發(fā)育了龍泉驛斷層、尖尖山斷層、三大灣背斜以及臥龍寺向斜等次級(jí)構(gòu)造，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，進(jìn)一步控制著區(qū)內(nèi)天然氣賦存條件。

3 天然氣對(duì)隧道施工的影響程度綜合評(píng)價(jià)

新龍泉山隧道位于成都東—簡(jiǎn)陽(yáng)南區(qū)間，屬于新建成都—重慶鐵路客運(yùn)專線工程CYSG-1標(biāo)段，其隧道進(jìn)口位于成都市龍泉驛區(qū)，出口位于簡(jiǎn)陽(yáng)市。新龍泉山隧道全長(zhǎng)7 328 m，為雙線單洞鐵路隧道，進(jìn)口里程DK22+485，出口里程DK29+813，最大埋深約380 m。

新龍泉山隧道依次經(jīng)過龍泉驛斷層、臥龍寺向斜、三大灣背斜及尖尖山斷層。龍泉驛斷層、尖尖山斷層以及臥龍寺向斜的構(gòu)造特征不利于天然氣的聚集與保存，隧道在此構(gòu)造區(qū)域內(nèi)的天然氣表現(xiàn)為低濃度。由三大灣背斜的構(gòu)造特征可知，此區(qū)域內(nèi)天然氣易于向背斜核部聚集，應(yīng)表現(xiàn)為高濃度。

為了評(píng)價(jià)淺層天然氣對(duì)隧道的影響，對(duì)新龍泉山隧道進(jìn)行了鉆探勘查，并對(duì)鉆孔中天然氣濃度進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

從檢測(cè)數(shù)據(jù)可以得知，5個(gè)鉆孔內(nèi)均有天然氣，并且濃度高低不等。其中位于三大灣背斜軸部的DZ-龍泉山隧道-02號(hào)鉆孔天然氣檢測(cè)濃度最高，最大濃度為86 540 ppm，孔深為189 m左右。

通過以上定性與定量分析可知，淺層天然氣對(duì)新龍泉山隧道影響較大，在隧道施工過程中，圍巖層中天然氣易于通過節(jié)理裂隙向隧道空間中逸出，造成隧道內(nèi)天然氣濃度高，嚴(yán)重威脅隧道施工安全。特別是在三大灣背斜段，勘查檢測(cè)天然氣濃度高，尤其要注意加強(qiáng)天然氣監(jiān)測(cè)工作，防止天然氣事故發(fā)生。

4 結(jié)論及建議

1)成渝客專新龍泉山隧道穿越氣源巖層，受構(gòu)造影響嚴(yán)重。尤其是在三大灣背斜段，淺層天然氣對(duì)隧道施工影響嚴(yán)重。

2)隧道施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)天然氣檢測(cè)。對(duì)隧道施工過程中出現(xiàn)的天然氣涌出點(diǎn)加強(qiáng)觀測(cè)，注意涌出瓦斯的濃度及體積，防止造成局部天然氣積聚，從而引發(fā)瓦斯事故。

3)加強(qiáng)隧道通風(fēng)，保持隧道內(nèi)施工環(huán)境符合施工要求。施工通風(fēng)是隧道施工期間防治瓦斯的主要手段，是高瓦斯隧道安全施工的關(guān)鍵。合理的通風(fēng)系統(tǒng)、理想的通風(fēng)效果是實(shí)現(xiàn)隧道快速施工、保障施工安全和施工人員身心健康的主要保證。

表1 鉆孔天然氣濃度檢測(cè)

4)注意隧道施工用火，嚴(yán)格執(zhí)行隧道施工洞內(nèi)用火審批制度。尤其是在高瓦斯?jié)舛扔砍鳇c(diǎn)附近，應(yīng)堅(jiān)決避免火源的出現(xiàn)，以免引起天然氣燃燒或爆炸。

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