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—簡陽南區(qū)間，屬于新建成都至重慶鐵路客運專線工程CYSG-1標(biāo)段，其隧道進(jìn)口位于成都市龍泉驛區(qū)，出口位于簡陽市。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

四川盆地是我國的一個大型的含油氣的復(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)造單元劃分中的川西北構(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)過多年的研究與實踐證實，四川盆地已成為我國目前產(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子海盆的基礎(chǔ)上，經(jīng)印支運動轉(zhuǎn)化為中新生代的內(nèi)陸坳陷盆地，再經(jīng)喜山運動褶皺變形而成的構(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含油氣層提供了良好的條件，形成了多套生儲蓋層相結(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)各含氣地層的主要氣源巖，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)儲存著具有一定開采價值的天然氣。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)力場的復(fù)雜性，使得區(qū)內(nèi)天然氣相對富集。

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 天然氣對隧道施工的影響程度綜合評價

新龍泉山隧道位于成都東—簡陽南區(qū)間，屬于新建成都—重慶鐵路客運專線工程CYSG-1標(biāo)段，其隧道進(jìn)口位于成都市龍泉驛區(qū)，出口位于簡陽市。新龍泉山隧道全長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。

為了評價淺層天然氣對隧道的影響，對新龍泉山隧道進(jìn)行了鉆探勘查，并對鉆孔中天然氣濃度進(jìn)行了檢測，檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

從檢測數(shù)據(jù)可以得知，5個鉆孔內(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號鉆孔天然氣檢測濃度最高，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，勘查檢測天然氣濃度高，尤其要注意加強(qiáng)天然氣監(jiān)測工作，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。對隧道施工過程中出現(xiàn)的天然氣涌出點加強(qiáng)觀測，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

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附近，應(yīng)堅決避免火源的出現(xiàn)，以免引起天然氣燃燒或爆炸。

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