王崇艮

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

蘭州至重慶鐵路，為客貨共線大能力運(yùn)輸鐵路，是“渝新歐”、“蓉新歐”通道的重要組成部分。廣元至閬中段(長(zhǎng)度約90 km)線路位于龍門山脈和秦嶺山脈的結(jié)合部，地處中、低山區(qū)，地形困難，地勢(shì)起伏大，線路基本以橋隧工程通過，隧道工程約占總長(zhǎng)度的85%[1]。本段出露侏羅系(J)、白堊系(K)紅層砂泥巖地層，巖層平緩，厚度大于 2 000 m，是典型的紅層地質(zhì)條件。深部埋藏三疊系中統(tǒng)雷口坡組(T2l)、上統(tǒng)須家河組(T3xj)地層，是區(qū)內(nèi)主要生烴層(含凝析油)，二疊系梁山組、龍?zhí)督M亦是重要的產(chǎn)氣層，區(qū)域內(nèi)形成川西北油氣區(qū)[2]。對(duì)于本段線路而言，淺層天然氣是指儲(chǔ)存于侏羅(J)、白堊系(K)地層中、工程建設(shè)中可能揭示并對(duì)工程產(chǎn)生威脅的天然氣。淺層天然氣發(fā)育程度控制本段線路走向。結(jié)合沿線地形、地質(zhì)情況，本段線路主要研究了東線方案、中線方案、西線方案。

1 油氣構(gòu)造特征

廣元至閬中段區(qū)域構(gòu)造上屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)四川中臺(tái)坳(即新華夏系第三沉降帶四川沉降帶川西北坳陷區(qū)，也是中新生代主要坳陷區(qū))，北西為龍門山主斷裂下盤前緣褶皺帶，東北為摩天嶺-米蒼山臺(tái)緣凸起，兩區(qū)變形強(qiáng)，構(gòu)造線走向?yàn)槟媳毕蚣皷|西向，在廣元一帶交匯，地表及地腹構(gòu)造均受這兩個(gè)主構(gòu)造控制。

1.1 地面構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)地表廣泛分布白堊系(K)及侏羅系(J)地層，巖層緩傾，發(fā)育寬緩褶皺或鼻狀構(gòu)造，無斷裂構(gòu)造。為典型紅層地質(zhì)條件。自北向南依次展布走馬嶺向斜、河灣場(chǎng)背斜(氣田)，射箭河向斜、潼梓關(guān)鼻狀構(gòu)造，新場(chǎng)向斜、麻家灣鼻狀構(gòu)造，梓潼大向斜、九龍山背斜，褶皺核部寬緩，一般大于1 km，兩翼巖層平緩?？傮w上東北部褶皺發(fā)育，構(gòu)造變形較強(qiáng)，數(shù)量多而規(guī)模相對(duì)較小。南部數(shù)量少、變形弱，其構(gòu)造分布如圖1所示。從深部地震物探成果看，三疊統(tǒng)上統(tǒng)須家組(T3xj)以上構(gòu)造特征與地面構(gòu)造形態(tài)相吻合[3]。深部油氣在長(zhǎng)期地質(zhì)作用下向地表運(yùn)移，在侏羅系(J)、白堊系(K)地層裂隙、構(gòu)造中形成聚集氣囊，雖然不具有工業(yè)開采價(jià)值，但對(duì)工程造成影響，此區(qū)域即為油氣浸染區(qū)。背斜構(gòu)造有利于浸染區(qū)油氣聚集。

圖1 鐵路沿線地面構(gòu)造分布示意圖

1.2 潛伏構(gòu)造

本區(qū)域地腹構(gòu)造指下伏于侏羅系(J)、三疊系(T)的二疊系、奧陶系地層中構(gòu)造。其構(gòu)造強(qiáng)烈，褶皺、斷層極發(fā)育。區(qū)域位于米蒼山臺(tái)緣凸起與龍門山斷裂下盤前緣褶皺交匯帶，各構(gòu)造受不同地質(zhì)年代主應(yīng)力大小、方向差異等影響，其類型、規(guī)模、方向、性質(zhì)、形跡組合均有差異。特別在應(yīng)力重疊區(qū)，彼此影響、改造、融合，形成不同構(gòu)造形跡，褶皺、斷層彼此交錯(cuò)。區(qū)域內(nèi)各期構(gòu)造主應(yīng)力近南北向，造成的構(gòu)造跡線總體近東西向，局部表現(xiàn)為彎曲變化。潛伏構(gòu)造是最主要的油氣儲(chǔ)存區(qū)域。主要潛伏構(gòu)造有東北向、東西向構(gòu)造，如向家溝、劉家坎、巫家壩、牟家山、蒼溪含氣等潛伏構(gòu)造，如圖2所示。

圖2 鐵路沿線潛伏構(gòu)造分布示意圖

區(qū)域內(nèi)地腹斷層主要有兩組，呈近北東向、東西向展布，均為逆斷層。受區(qū)域構(gòu)造主應(yīng)力控制，斷層走向與地腹構(gòu)造走向基本一致，多位于褶皺軸部及兩翼，如牟家山、吳家壩、潼梓觀、吳家壩潛伏構(gòu)造等，在構(gòu)造兩翼或軸部均發(fā)育逆斷層。向北傾斜斷層規(guī)模較大、數(shù)量較少；向南傾斜斷層規(guī)模較小、數(shù)量居多，其潛伏斷層剖面如圖3所示。從立面上看，地表至三疊系中統(tǒng)頂部未見斷裂發(fā)育，三疊系中統(tǒng)頂部及以下二疊系、奧陶系地層斷層發(fā)育。發(fā)育于生烴地層的深部斷層，存在連續(xù)貫通裂隙，使油氣上移成為可能。上覆地層中巖層受到油氣浸染，在巖石裂隙或構(gòu)造中局部形成氣囊，給鐵路施工、運(yùn)營帶來危害。

圖3 鐵路沿線附近潛伏斷層剖面示意圖

含油氣構(gòu)造是指油氣聚集的有利構(gòu)造，主要指背斜構(gòu)造，相對(duì)其它構(gòu)造油氣豐度要高的多。部分構(gòu)造由于不圈閉、蓋層不好、儲(chǔ)集條件原因或構(gòu)造遭到斷裂破壞等種種原因未聚集形成工業(yè)油氣藏，成淺層油氣釋放源，對(duì)地表油氣顯示也有一定的影響。斷裂是油氣輸導(dǎo)系統(tǒng)方式之一，對(duì)油氣擴(kuò)散起到重要作用。

2 油氣田

區(qū)域內(nèi)生烴層主要為三疊系須家河、二疊系茅口、長(zhǎng)興組地層，油氣儲(chǔ)層主要為三疊系、二疊系砂巖、灰?guī)r地層，埋藏最淺在3 300 m。儲(chǔ)集空間為粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔。四川盆地儲(chǔ)集層無論是砂巖、碳酸鹽巖物性(孔隙度、滲透率)都很差，必須有裂縫搭配才能形成工業(yè)性油氣藏。

2.1 河灣場(chǎng)氣田

位于廣元市利州區(qū)西南盤龍鄉(xiāng)，屬川西北坳陷區(qū)東北部、緊臨龍門山推覆體前緣斷褶帶。地表為白堊系、侏羅系地層，地腹為二疊系、志留系、奧陶系地層。該地腹構(gòu)造是龍門山前緣褶皺帶向川西北坳陷區(qū)過渡的箱狀或似箱狀背斜構(gòu)造，呈北東東走向，構(gòu)造主軸線與龍門山斷裂平行，東南翼接觸射箭河向斜，西北翼連接走馬嶺向斜。背斜軸部約北65°東，兩翼平緩，西北翼8°～10°，東南翼約17°，傾沒角西南端8°，東北端9°。背斜主軸長(zhǎng)度大于15 km，寬度大于2 km，閉合面積約80 km2。

井區(qū)共鉆探14口井，氣藏埋藏深度大于 3 000 m，地質(zhì)儲(chǔ)量為2.43×108m3。儲(chǔ)氣層為長(zhǎng)興組和飛仙關(guān)組地層，投產(chǎn)氣井6口，按探明地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算采出程度分別為89.42%和57.56%。油氣田分布，如表1所示[5]。

表1 油氣田分布表

2.2 射箭河氣田

位于廣元市元壩區(qū)大朝鄉(xiāng)，北距河灣場(chǎng)油氣田約10 km，區(qū)域構(gòu)造屬川西北坳陷區(qū)東北端，地面出露上侏羅統(tǒng)砂巖、泥巖不等厚地層，構(gòu)造變形微弱，巖層產(chǎn)狀平緩，微向南東傾斜，地面未發(fā)現(xiàn)明顯構(gòu)造。根據(jù)射1井錄井資料可知，三疊系下統(tǒng)嘉陵江組、二疊系下統(tǒng)茅口組地層為射箭河氣田主要儲(chǔ)層，最淺儲(chǔ)層埋深 3 900 m左右。

2.3 九龍山氣田

位于蒼溪縣東北部九龍鄉(xiāng)，區(qū)域構(gòu)造屬川西北坳陷帶北部的米蒼山臺(tái)緣凸起梓潼-通江凹陷中壩、九龍山北東向構(gòu)造群。該構(gòu)造群北為吳家壩構(gòu)造，南至東興場(chǎng)，東起白果林、高坡子，西至左家坡、龍王場(chǎng)[4]。

九龍山氣田上覆侏羅系(K)地層，發(fā)育一短軸背斜。潛伏三疊系上統(tǒng)須家河組二段為儲(chǔ)氣層，厚280～310 m。儲(chǔ)層埋深約 3 200 m，為淺灰色中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖、石英砂巖、巖屑長(zhǎng)石石英砂巖，含氣面積為18.6 km2。九龍山氣田完成鉆井13口，投產(chǎn)9口，累計(jì)產(chǎn)氣1.57×108m3。

2.4 蒼溪?dú)馓?/h3>

位于蒼溪縣東北3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，地表出露白堊系砂、泥巖地層，巖層單斜、產(chǎn)狀平緩，未見區(qū)域構(gòu)造痕跡。該區(qū)北側(cè)為九龍山背斜，東有彭店背斜及唐山背斜，為低幅度穹隆構(gòu)造。根據(jù)綜合處理的區(qū)域地震資料，表明“蒼溪含氣構(gòu)造”是一個(gè)具有勘探潛力的含油氣圈閉，預(yù)測(cè)天然氣遠(yuǎn)景儲(chǔ)量達(dá) 8 753×108m3[4-5]。目前氣田已布井36口，完井19口，正鉆井9口，鉆前井5口，測(cè)試井3口。根據(jù)鉆探資料，氣藏埋深在 6 240～6 950 m，測(cè)試產(chǎn)量超百萬立方米天然氣。重新評(píng)估天然氣儲(chǔ)量達(dá) 5 000×109m3。

3 淺層天然氣發(fā)育規(guī)律

根據(jù)天然氣規(guī)范，埋深小于 1 500 m的天然氣稱為淺層氣[6]。對(duì)于鐵路工程，淺層氣指施工可能揭示并對(duì)工程建設(shè)、運(yùn)營存在威脅的有害氣體。

3.1 測(cè)試方法

測(cè)試采用地質(zhì)調(diào)繪、鉆孔、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、室內(nèi)檢測(cè)、巖石試驗(yàn)等手段進(jìn)行。

地質(zhì)調(diào)繪主要確定區(qū)域內(nèi)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖性組合特點(diǎn)。鉆探編錄過程中，重點(diǎn)研究巖芯巖性組合、構(gòu)造特征、裂隙發(fā)育程度等特征，特別對(duì)鉆進(jìn)過程中循環(huán)液漏失、產(chǎn)生氣泡等現(xiàn)象重點(diǎn)分析。野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試選用高靈敏度瓦斯檢測(cè)儀測(cè)定深孔瓦斯?jié)舛?，其最低檢測(cè)瓦斯?jié)舛葹? ppm。采用封閉鉆孔以聚集氣體、泵抽吸入鉆孔內(nèi)聚集氣體進(jìn)行檢測(cè)，能檢測(cè)到存在的微量瓦斯?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定鉆孔內(nèi)有無瓦斯溢出、瓦斯溢出濃度。對(duì)鉆進(jìn)中循環(huán)液氣泡產(chǎn)生段、測(cè)試有瓦斯顯示段、隧道洞身高程附近段取巖樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，重點(diǎn)測(cè)試巖石的巖性、孔隙率、滲透率以及熒光性。

3.2 測(cè)試結(jié)果

對(duì)中線方案、西線方案主要隧道進(jìn)行鉆孔、開展瓦斯現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。鉆孔34個(gè)，最大鉆孔深度430 m；有瓦斯顯示鉆孔19個(gè)，最大氣體濃度 9 740 ppm，天然氣顯示最淺深度28 m。鉆孔瓦斯顯示段落巖性為砂巖、泥質(zhì)砂巖，少量為裂隙發(fā)育的泥巖。

區(qū)域內(nèi)油氣田為背斜及裂縫性油氣田，對(duì)隧道工程影響明顯。軒盤嶺隧道靠近河灣場(chǎng)氣田，實(shí)測(cè)天然氣最大濃度值為 7 500 ppm，而南側(cè)的將軍嶺隧道及羅家咀隧道則無天然氣顯示；九龍山氣田對(duì)肖家梁隧道影響最大，其最大濃度為 8 730 ppm，而向北側(cè)的四方山隧道最大濃度減小為 6 500 ppm，再向北玄真觀隧道濃度僅有 3 820 ppm，中線方案主要隧道鉆孔氣測(cè)顯示、鉆孔天然氣最高濃度曲線如圖4、圖5所示?？梢钥闯鲇蜌馓飳?duì)淺表地層天然氣有直接影響，隨著距油氣田距離增加天然氣濃度也逐漸減少。

圖4 中線方案主要隧道鉆孔氣測(cè)顯示示意圖

圖5 中線方案主要隧道鉆孔天然氣最高濃度曲線圖

3.3 發(fā)育規(guī)律

根據(jù)上述研究，淺層天然氣發(fā)育具有以下規(guī)律：淺層天然氣發(fā)育程度主要取決于所處區(qū)域與含油氣構(gòu)造的位置關(guān)系。在油氣田、儲(chǔ)氣構(gòu)造、地表穹隆構(gòu)造(背斜)、斷裂分布區(qū)及鄰近區(qū)域淺層天然氣相對(duì)發(fā)育，距離越近，越發(fā)育。在油氣區(qū)及其浸染區(qū)，淺層天然氣發(fā)育具有不均勻性，主要以氣囊形式賦存于上蓋地層(侏羅系、白堊系地層)裂隙中，向斜、鼻狀構(gòu)造范圍隧道深孔易檢測(cè)出瓦斯。其發(fā)育與巖性組合有關(guān)，密實(shí)度較好的巖性上蓋孔隙比大的巖性，發(fā)育程度較高；如上覆厚層泥巖、下伏厚層砂巖，砂巖中易儲(chǔ)存天然氣；巖性組合以泥巖為主地層，巖石密實(shí)，裂隙發(fā)育程度低，檢測(cè)出瓦斯概率低。

4 方案比選

通過研究，區(qū)域內(nèi)淺層天然氣發(fā)育程度與油氣田及含油氣構(gòu)造相對(duì)位置有關(guān)，距離越遠(yuǎn)，影響越??；還與隧道工程洞身巖性組合、構(gòu)造情況相關(guān)。

線路應(yīng)避開油氣田區(qū)。線路應(yīng)繞避儲(chǔ)氣構(gòu)造、以及與油氣有關(guān)的地表穹隆構(gòu)造(背斜)、斷裂構(gòu)造。對(duì)于不能繞避的地表穹隆構(gòu)造(背斜)、斷裂構(gòu)造，線路宜以大角度穿越。線路以隧道穿越時(shí)，應(yīng)考慮穿越地層的巖性組合特征，走行于巖石密實(shí)、裂隙不發(fā)育的巖體中。

本段線路區(qū)域內(nèi)分布有河灣場(chǎng)、射箭河和九龍山氣田，蒼溪含氣構(gòu)造；沿嘉陵江線路方案距離河灣場(chǎng)氣田、射箭河氣田最近，隧道工程受影響明顯。東線方案穿越九龍山氣田，受其影響最大。對(duì)已探明的油氣田，中線方案受影響程度最低。對(duì)蒼溪含氣構(gòu)造，東線方案正穿該含氣構(gòu)造，受影響最大；沿嘉陵江和中線方案從其邊緣通過，受影響程度相當(dāng)。地腹?jié)摲鼧?gòu)造，范家溝、劉家坎潛伏構(gòu)造對(duì)各方案影響相當(dāng)；西線方案正穿金花潛伏構(gòu)造，受影響最大；梓潼觀、吳家壩、牟家山潛伏構(gòu)造對(duì)東線方案有一定影響；總體上中線方案受潛伏構(gòu)造影響最小。地表穹隆構(gòu)造，潼梓關(guān)鼻狀構(gòu)造，各方案受其影響相當(dāng)；沿嘉陵江和中線方案正穿麻家灣鼻狀構(gòu)造，受影響最大，東線方案受影響最小，如圖6所示。巖性組合上，東線方案以侏羅系砂巖、泥巖互層為主，較易于油氣存儲(chǔ)；中線和西線方案以白堊系泥巖為主，巖層較致密，不易于油氣儲(chǔ)存。

圖6 油氣構(gòu)造及隧道天然氣檢測(cè)深孔位置分布圖

5 結(jié)論

(1)紅層地區(qū)淺層天然氣發(fā)育程度與油氣田及含油氣構(gòu)造位置、巖性組合、構(gòu)造類型相關(guān)。線路應(yīng)避開油氣田區(qū)，繞避儲(chǔ)氣構(gòu)造、以及與油氣有關(guān)的地表穹隆構(gòu)造(背斜)、斷裂構(gòu)造。不能繞避的地表穹隆構(gòu)造(背斜)、斷裂構(gòu)造，宜以大角度穿越。以隧道工程穿越時(shí)，應(yīng)考慮穿越地層的巖性組合特征，走行于密實(shí)、裂隙不發(fā)育巖體中。

(2)東線方案位于深層油氣田、含氣構(gòu)造核心區(qū)，淺層天然氣極發(fā)育。方案穿越部分潛伏構(gòu)造、地表向斜構(gòu)造，巖性組合較易于油氣儲(chǔ)存，隧道施工瓦斯風(fēng)險(xiǎn)極大。

(3)西線方案緊鄰深層油氣田、含油氣構(gòu)造區(qū)，淺層天然氣發(fā)育。方案穿越部分潛伏構(gòu)造、地表鼻狀構(gòu)造，巖性組合較不利于油氣儲(chǔ)存，隧道施工瓦斯風(fēng)險(xiǎn)大。

(4)中線方案距離深層油氣田有一定距離，緊鄰含氣構(gòu)造區(qū)，屬浸染區(qū)，淺層天然氣較發(fā)育。方案靠近潛伏構(gòu)造、穿越地表鼻狀構(gòu)造，巖性組合較不利于油氣儲(chǔ)存，隧道施工瓦斯風(fēng)險(xiǎn)較大。

綜合比較，中線方案淺層天然氣風(fēng)險(xiǎn)最小，推薦中線方案。