厚壩地區(qū)隧道油砂巖棄渣對(duì)環(huán)境危害分析

趙天彪

【摘 要】結(jié)合厚壩地區(qū)油砂巖的相關(guān)研究資料，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及試驗(yàn)分析得出：厚壩地區(qū)油砂巖棄渣中的污染源為原油、天然氣和地下水。油砂巖棄渣會(huì)對(duì)環(huán)境造成三個(gè)方面的危害：首先是對(duì)大氣的危害，包括光化學(xué)煙霧的形成和直接毒害作用；其次是對(duì)水體的污染，會(huì)造成水體植物、水體動(dòng)物生長(zhǎng)和繁殖的停止或減緩；第三是對(duì)土壤的危害，將導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞和植物根系腐爛。

【關(guān)鍵詞】厚壩；隧道；油砂巖棄渣；環(huán)境危害

0 引言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境危害的問(wèn)題日益嚴(yán)峻。國(guó)家提出在“十三五”期間，建立環(huán)境質(zhì)量改善和污染物總量控制的雙重體系，實(shí)施大氣、水體、土壤污染防治計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)三大生態(tài)系統(tǒng)全要素指標(biāo)管理。要實(shí)施有理有據(jù)的防治計(jì)劃，污染源對(duì)環(huán)境危害的分析就顯得尤為重要。

隨著國(guó)家高速鐵路網(wǎng)建設(shè)步伐的加快，高鐵隧道建設(shè)呈現(xiàn)出地質(zhì)條件復(fù)雜、技術(shù)要求高、施工困難以及環(huán)境危害大等特點(diǎn)[1-2]。龍門(mén)山北段地區(qū)，尤其是江油厚壩，油砂巖作為一種不良地質(zhì)頻繁出現(xiàn)在隧道建設(shè)中。油砂巖地區(qū)進(jìn)行隧道開(kāi)挖，會(huì)產(chǎn)生大量的油砂巖棄渣，對(duì)環(huán)境造成巨大危害。厚壩油砂巖作為四川盆地非常規(guī)油氣資源的一種，前人做過(guò)大量研究[3-4]，但都是從能源的角度出發(fā)，幾乎沒(méi)有從工程的角度進(jìn)行分析。論文根據(jù)野外露頭和室內(nèi)試驗(yàn)資料，結(jié)合厚壩地區(qū)環(huán)境情況，進(jìn)行油砂巖棄渣對(duì)環(huán)境危害的分析，對(duì)油砂巖隧道施工過(guò)程中的環(huán)境危害防治提供理論支持。

1 厚壩油砂巖成藏及分布概述

1.1 成藏條件

厚壩位于龍門(mén)山北段山前帶西南端，該地區(qū)隧道開(kāi)挖過(guò)程中遇到的油砂巖存在于侏羅系沙溪廟組。龍門(mén)山北段含有多套烴源巖，前人從有機(jī)地球化學(xué)和油氣地質(zhì)等方面進(jìn)行了研究，認(rèn)為下寒武統(tǒng)烴源巖為厚壩油砂巖的形成提供了充足的油源[4]。

根據(jù)野外露頭分析，厚壩侏羅系沙溪廟組的油砂儲(chǔ)集層是典型的河湖相沉積地層。據(jù)研究資料[5]，厚壩侏羅系沙溪廟組油砂巖具有良好的儲(chǔ)層物性條件以及較高的含油率。巖性以巖屑砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖和巖屑石英砂巖為主[6]；孔隙度分布范圍為3.68%～14.96%，滲透率變化范圍為（0.073～562.08）×10-3？滋m2；從地表至地下，含油率逐漸增大，最大可以達(dá)到16.5%，平均含油率約為10%。

厚壩油砂巖主要形成于新生代[7]。龍門(mén)山山前帶晚三疊世形成的逆沖斷裂在新生代重新活動(dòng)，大量裂隙在砂巖中形成，構(gòu)成連接深部油源和淺部砂巖儲(chǔ)層的通道，厚壩油砂巖中的原油是深部油源經(jīng)過(guò)這些通道運(yùn)移進(jìn)入的。

1.2 分布范圍

厚壩油砂巖儲(chǔ)層位于龍門(mén)山山前帶單斜構(gòu)造內(nèi)，該單斜構(gòu)造向南東傾斜?？v向上，油砂巖儲(chǔ)層分布在侏羅系上沙溪廟亞組底部和下沙溪廟亞組頂部，厚度穩(wěn)定，為15m～50m。橫向上，油砂巖儲(chǔ)層呈北東向分布；從黃金口以西到厚壩一帶，長(zhǎng)約20km的地帶均有油砂裸露于地表。

2 隧道油砂巖棄渣污染源分析

2.1 原油

厚壩油砂巖儲(chǔ)層物性條件良好，油砂巖棄渣孔隙和裂隙中含有大量的原油。根據(jù)野外露頭以及取樣試驗(yàn)結(jié)果可知：厚壩油砂巖中原油呈褐黑色或黑色、粘度大、膠質(zhì)高、不易流動(dòng)，其族組分包含飽和烴、芳香烴、非烴和瀝青質(zhì)，隧道施工過(guò)程中開(kāi)挖的油砂巖處于地表以下一定深度，受水洗和氧化的影響較小，其非烴和瀝青質(zhì)含量普遍較高。

2.2 天然氣

埋藏在地層中的油砂巖，處于一定的壓力條件下，其孔隙和裂隙內(nèi)的原油中普遍含有溶解的天然氣，隧道開(kāi)挖之后，油砂巖周圍的壓力釋放，原油中的溶解氣就會(huì)釋放出來(lái)；同時(shí)，巖層中還存在游離的天然氣，隧道開(kāi)挖之后也會(huì)通過(guò)孔縫滲流出來(lái)。據(jù)厚壩地區(qū)勘探鉆孔中獲取的天然氣試驗(yàn)結(jié)果可知：氣體中包含烴類氣體和非烴氣體兩類；烴類氣體以甲烷為主，其平均含量達(dá)到84.94%；非烴氣體主要包含硫化氫和二氧化碳，含有少量氮?dú)夂推渌鼩怏w。

2.3 地下水

地下水主要指與原油長(zhǎng)期共存于巖層中的孔隙水和裂隙水。通常情況下，含油氣地區(qū)的地下水中都含有懸浮固體，分散油和膠體等物質(zhì)。通過(guò)對(duì)厚壩地區(qū)油砂巖內(nèi)地下水取樣試驗(yàn)結(jié)果可知：該地區(qū)油砂巖中地下水偏酸性，為極軟水。水樣陽(yáng)離子以Na+和K+為主，兩者含量超過(guò)88%；其次為NH4+，含量在7.9%左右；另含有少量的Ca2+、 Mg2+和Fe2+。水樣陰離子中含量最大的為CO32-，占到所有陰離子含量的66%左右；其次是HCO3-，含量達(dá)到23.5%；另含有一定量的Cl2-、NO3-、SO42-以及少量的F-、NO2-和HPO42-。

3 隧道油砂巖棄渣對(duì)環(huán)境危害

3.1 大氣危害

隧道開(kāi)挖之后，油砂巖中處于游離狀態(tài)的氣體迅速進(jìn)入大氣中；同時(shí)，隨著原油從油砂巖中不斷滲流出來(lái)，原油中的溶解氣也釋放進(jìn)入到大氣環(huán)境中。天然氣中的烴類氣體（特別是非甲烷氣體），其最大危害是造成二次污染，非甲烷烴與含油氣地區(qū)大氣環(huán)境中的另一種污染物NOx具有聯(lián)合環(huán)境效應(yīng)，光化學(xué)煙霧就是以這兩種污染物為必要條件通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)作用而形成的。

厚壩地區(qū)天然氣中的非烴氣體含量較少，但是由于其中含有硫化氫氣體，形成的危害卻很大。硫化氫是具有臭雞蛋味的無(wú)色氣體，吸入少量即可造成傷害甚至死亡。硫化氫氣體濃度較低的時(shí)候很難察覺(jué)，濃度高時(shí)因很快引起嗅覺(jué)疲勞也不能察覺(jué)，因此施工過(guò)程中在無(wú)儀器設(shè)備檢測(cè)的情況下很難準(zhǔn)確判斷硫化氫的存在。

3.2 水體污染

隧道施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的油砂巖棄渣，這些油砂巖棄渣的孔隙和裂隙中存在原油以及伴生的地下水。油砂巖棄渣堆放在自然環(huán)境中，其中的原油和地下水會(huì)對(duì)周圍的水體產(chǎn)生污染。自然條件下，油砂巖棄渣中的原油和地下水會(huì)通過(guò)孔隙和裂隙不斷流出，在雨水的作用下向周圍流動(dòng)，進(jìn)入附近的水體，污染物進(jìn)入水體之后會(huì)影響水體植物和水體動(dòng)物。污染物會(huì)阻礙水體植物的光合作用以及正常的生理生化功能，一方面會(huì)減少水體植物產(chǎn)氧量，影響需氧水生動(dòng)物的生存；另一方面還會(huì)停止或減緩水體植物的生長(zhǎng)和繁殖，大大減少水體動(dòng)物的食物供給量，嚴(yán)重影響水體動(dòng)物的生長(zhǎng)和繁殖，最終導(dǎo)致水體生態(tài)平衡的失調(diào)。另外，水體動(dòng)物通過(guò)呼吸、取食、食物鏈傳輸?shù)确绞綄⑽廴疚锔患隗w內(nèi)，影響整個(gè)食物鏈。

3.3 土壤危害

原油進(jìn)入土壤以后，會(huì)破壞土壤的結(jié)構(gòu)，降低土壤的通透性，導(dǎo)致土壤的透水量和滲水量大大降低。隨著油砂巖棄渣中的原油不斷進(jìn)入土壤，大量的高相對(duì)質(zhì)量的有機(jī)化合物集聚在土壤中，由于這些化合物的水溶性很小，不容易隨土壤中水體流動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)移，會(huì)黏著在植物的根系上形成一種黏膜，嚴(yán)重影響根系的呼吸和吸收，導(dǎo)致根系的腐爛，不利于植物的生長(zhǎng)和繁殖。原油的降解十分緩慢，其污染過(guò)的土壤較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)難以進(jìn)行耕種或者形成植被，不利于土地的可持續(xù)利用。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

通過(guò)對(duì)厚壩地區(qū)油砂巖的調(diào)查和試驗(yàn)分析，得出該地區(qū)油砂巖棄渣中的污染源包括原油、天然氣和地下水。油砂巖棄渣會(huì)對(duì)環(huán)境造成以下幾個(gè)方面的危害：

1）非甲烷烴類氣體通過(guò)聯(lián)合環(huán)境效應(yīng)形成光化學(xué)煙霧，非烴氣體中的硫化氫會(huì)對(duì)動(dòng)物和人體造成毒害作用；

2）污染水體，導(dǎo)致水體植物和水體動(dòng)物生長(zhǎng)和繁殖的停止或減緩，可使有害物質(zhì)在水體動(dòng)物內(nèi)發(fā)生富集；

3）破壞土壤結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響植被根系，不利于植物的生長(zhǎng)和繁殖。

4.2 建議

結(jié)合厚壩地區(qū)油砂巖的特征以及地區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，提出以下幾點(diǎn)建議：

1）施工過(guò)程中做好防護(hù)措施，避免油砂巖中的天然氣對(duì)施工人員造成傷害；

2）運(yùn)輸過(guò)程中要防止油砂巖棄渣中的原油以及地下水在沿途散落；

3）避免油砂巖棄渣未經(jīng)任何處理直接堆放在自然環(huán)境中；

4）油砂巖棄渣的堆放位置選擇要合理，盡量不要選擇雨水匯集的低洼處。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王夢(mèng)恕.中國(guó)鐵路、隧道與地下空間發(fā)展概況[J].隧道建設(shè)，2010，30（4）：351-364.

[2]洪開(kāi)榮.我國(guó)隧道及地下工程近兩年的發(fā)展與展望[J].隧道建設(shè)，2017，37（2）：123-134.

[3]單玄龍，羅洪浩，孫曉猛，等.四川盆地厚壩侏羅系大型油砂礦藏的成藏主控因素[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2010，40（4）：897-904.

[4]羅茂，耿安松，廖澤文，等.四川盆地江油厚壩油砂有機(jī)地球化學(xué)特征與成因研究[J].地球化學(xué)，2011，40（3）：280-288.

[5]楊雪飛，王興志，張哨楠，等.川西北厚壩地區(qū)油砂巖儲(chǔ)層特征及成巖作用分析[J].巖性油氣藏，2013，25（5）：59-64.

[6]李壯，單玄龍，羅洪浩，等.四川盆地厚壩侏羅系油砂礦藏儲(chǔ)層巖石學(xué)特征[J]. 高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2013，19（增）：575.

[7]楊長(zhǎng)清，劉樹(shù)根，曹波，等.龍門(mén)山造山帶與川西前陸盆地耦合關(guān)系及其對(duì)油氣成藏的控制[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，35（4）：471-476.

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