趙天彪

【摘 要】結(jié)合厚壩地區(qū)油砂巖的相關(guān)研究資料，通過現(xiàn)場調(diào)查以及試驗分析得出：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。油砂巖棄渣會對環(huán)境造成三個方面的危害：首先是對大氣的危害，包括光化學煙霧的形成和直接毒害作用；其次是對水體的污染，會造成水體植物、水體動物生長和繁殖的停止或減緩；第三是對土壤的危害，將導致土壤結(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，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境危害的問題日益嚴峻。國家提出在“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，實施大氣、水體、土壤污染防治計劃，實現(xiàn)三大生態(tài)系統(tǒng)全要素指標管理。要實施有理有據(jù)的防治計劃，污染源對環(huán)境危害的分析就顯得尤為重要。

隨著國家高速鐵路網(wǎng)建設(shè)步伐的加快，高鐵隧道建設(shè)呈現(xiàn)出地質(zhì)條件復雜、技術(shù)要求高、施工困難以及環(huán)境危害大等特點[1-2]。龍門山北段地區(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)進行隧道開挖，會產(chǎn)生大量的油砂巖棄渣，對環(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，前人做過大量研究[3-4]，但都是從能源的角度出發(fā)，幾乎沒有從工程的角度進行分析。論文根據(jù)野外露頭和室內(nèi)試驗資料，結(jié)合厚壩地區(qū)環(huán)境情況，進行油砂巖棄渣對環(huán)境危害的分析，對油砂巖隧道施工過程中的環(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

厚壩位于龍門山北段山前帶西南端，該地區(qū)隧道開挖過程中遇到的油砂巖存在于侏羅系沙溪廟組。龍門山北段含有多套烴源巖，前人從有機地球化學和油氣地質(zhì)等方面進行了研究，認為下寒武統(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層物性條件以及較高的含油率。巖性以巖屑砂巖、巖屑長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]。龍門山山前帶晚三疊世形成的逆沖斷裂在新生代重新活動，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層的通道，厚壩油砂巖中的原油是深部油源經(jīng)過這些通道運移進入的。

1.2 分布范圍

厚壩油砂巖儲層位于龍門山山前帶單斜構(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，油砂巖儲層呈北東向分布；從黃金口以西到厚壩一帶，長約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，其族組分包含飽和烴、芳香烴、非烴和瀝青質(zhì)，隧道施工過程中開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，隧道開挖之后，油砂巖周圍的壓力釋放，原油中的溶解氣就會釋放出來；同時，巖層中還存在游離的天然氣，隧道開挖之后也會通過孔縫滲流出來。據(jù)厚壩地區(qū)勘探鉆孔中獲取的天然氣試驗結(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，其平均含量達到84.94%；非烴氣體主要包含硫化氫和二氧化碳，含有少量氮氣和其它氣體。

2.3 地下水

地下水主要指與原油長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)。通過對厚壩地區(qū)油砂巖內(nèi)地下水取樣試驗結(jié)果可知：該地區(qū)油砂巖中地下水偏酸性，為極軟水。水樣陽離子以Na+和K+為主，兩者含量超過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 隧道油砂巖棄渣對環(huán)境危害

3.1 大氣危害

隧道開挖之后，油砂巖中處于游離狀態(tài)的氣體迅速進入大氣中；同時，隨著原油從油砂巖中不斷滲流出來，原油中的溶解氣也釋放進入到大氣環(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)，光化學煙霧就是以這兩種污染物為必要條件通過復雜的化學作用而形成的。

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候很難察覺，濃度高時因很快引起嗅覺疲勞也不能察覺，因此施工過程中在無儀器設(shè)備檢測的情況下很難準確判斷硫化氫的存在。

3.2 水體污染

隧道施工過程中會產(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對周圍的水體產(chǎn)生污染。自然條件下，油砂巖棄渣中的原油和地下水會通過孔隙和裂隙不斷流出，在雨水的作用下向周圍流動，進入附近的水體，污染物進入水體之后會影響水體植物和水體動物。污染物會阻礙水體植物的光合作用以及正常的生理生化功能，一方面會減少水體植物產(chǎn)氧量，影響需氧水生動物的生存；另一方面還會停止或減緩水體植物的生長和繁殖，大大減少水體動物的食物供給量，嚴重影響水體動物的生長和繁殖，最終導致水體生態(tài)平衡的失調(diào)。另外，水體動物通過呼吸、取食、食物鏈傳輸?shù)确绞綄⑽廴疚锔患隗w內(nèi)，影響整個食物鏈。

3.3 土壤危害

原油進入土壤以后，會破壞土壤的結(jié)構(gòu)，降低土壤的通透性，導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入土壤，大量的高相對質(zhì)量的有機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發(fā)生轉(zhuǎn)移，會黏著在植物的根系上形成一種黏膜，嚴重影響根系的呼吸和吸收，導致根系的腐爛，不利于植物的生長和繁殖。原油的降解十分緩慢，其污染過的土壤較長時間內(nèi)難以進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

通過對厚壩地區(qū)油砂巖的調(diào)查和試驗分析，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。油砂巖棄渣會對環(huán)境造成以下幾個方面的危害：

1）非甲烷烴類氣體通過聯(lián)合環(huán)境效應(yīng)形成光化學煙霧，非烴氣體中的硫化氫會對動物和人體造成毒害作用；

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

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

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，提出以下幾點建議：

1）施工過程中做好防護措施，避免油砂巖中的天然氣對施工人員造成傷害；

2）運輸過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】

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

[2]洪開榮.我國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].吉林大學學報（地球科學版），2010，40（4）：897-904.

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[7]楊長清，劉樹根，曹波，等.龍門山造山帶與川西前陸盆地耦合關(guān)系及其對油氣成藏的控制[J].成都理工大學學報（自然科學版），2008，35（4）：471-476.

[責任編輯：田吉捷]