淺層天然氣對新龍泉山隧道的影響分析

劉文伍

(中煤科工集團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—簡陽南區間，屬于新建成都至重慶鐵路客運專線工程CYSG-1標段，其隧道進口位于成都市龍泉驛區，出口位于簡陽市。貫穿川西油氣區與川中油氣區，所經地層為侏羅系上、中統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 區域地質及油氣背景

1.1 區域地質構造背景

四川盆地是我國的一個大型的含油氣的復合型盆地［1-3］，其形成演化與盆地四周的地質構造密不可分，且盆地內部也可劃分為多個構造單元(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造單元劃分中的川西北構造區與川中構造區的分界線。

1.2 油氣分布背景

氣源巖是油氣藏形成的物質基礎，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系［4-6］。經過多年的研究與實踐證實，四川盆地已成為我國目前產氣量最大的油氣盆地。

研究表明，現今的四川盆地是在揚子海盆的基礎上，經印支運動轉化為中新生代的內陸坳陷盆地，再經喜山運動褶皺變形而成的構造盆地。在四川盆地的形成演化過程中，形成了巨厚的沉積層，有利于有機質的富集、保存以及向油氣的轉化，為油氣盆地的形成奠定了豐富的物質基礎。

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合的沉積構造。構造上的多回旋性使得盆地地層中斷裂、褶皺發育，形成了多組系、多方向和多種形式的局部構造圈閉。根據四川盆地區域構造特征等特性，可將四川盆地劃分為4個油氣聚集區，即川東氣區、川南氣區、川西氣區以及川中氣區，其中川南氣區又包括川南氣區與川西南氣區。

2 隧址區構造及天然氣賦存特征

2.1 龍泉山斷裂帶地質構造特征

龍泉山斷裂帶是川西構造區與川中構造區的分界線，是盆地內發育的一條重要的活動斷裂［7，8］。它北起中江縣，南到樂山市新橋鎮附近，呈NNE-SSW向展布。龍泉山斷裂帶的主體構造為龍泉山箱狀大背斜，其軸部寬緩，兩翼陡然下降，延伸不遠又復平緩。在龍泉山斷裂帶的基礎上發育有一系列北東向的褶皺、逆斷層等次級構造。

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

臥龍寺向斜:向斜軸部產狀平緩，兩翼較陡，受構造影響，兩側地層發育多個小型褶曲，巖體較為破碎，產狀紊亂。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，延伸不遠復又變平緩，背斜由南西向北東漸次傾伏，兩翼發育有次級褶皺。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。斷層發育處于隧道進口端，與隧道線位于DK22+524處相交，交角為87°。

尖尖山斷層:為一區域性逆斷層，位于龍泉山箱狀大背斜東翼。斷層產狀為N32°E/60°NW，斷層帶內巖層產狀紊亂，近乎直立。受該斷層影響，在斷層附近小褶曲、揉皺及其發育，延長扭曲、破碎。斷層發育處于隧道出口，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，四川盆地發育了多套氣源巖，其中主要包括上震旦紀燈影組、下寒武統、志留紀、下二疊統、下三疊統嘉陵江組、中三疊統雷口坡組、上三疊統須家河組、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，上震旦統陡山沱組、中上寒武統、奧陶系、上二疊統、下三疊統飛仙關組、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育特征以及分布規律，確定了各油氣聚集區各含氣地層的主要氣源巖，認為川西氣區主要產氣層為侏羅系、三疊系須家河組、下二疊統和嘉陵江組，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沙溪廟組高產氣井主控因素;馬立元等［14］對須家河組天然氣資源潛力進行了分析研究。

新龍泉山隧道測區上覆第四系全新統坡殘積粉質粘土，上更新統風積層松軟土、成都粘土;下伏基巖侏羅系上統蓬萊鎮組與遂寧組，中統上沙溪廟組。侏羅系上、中統地層以及三疊系須家河組在川西范圍內均屬于產氣地層，在隧址區內儲存著具有一定開采價值的天然氣。天然氣是地質成因的，是地質作用的產物，其生成、賦存、富集均受綜合地質作用的控制。由于龍泉山斷裂帶形成過程中構造應力的作用和應力場的復雜性，使得區內天然氣相對富集。

新龍泉山隧道區內下伏地層為產氣地層，由于后期地質構造的影響，使得區內天然氣分布不均，并且在隧址區內發育了龍泉驛斷層、尖尖山斷層、三大灣背斜以及臥龍寺向斜等次級構造，巖體節理裂隙發育，進一步控制著區內天然氣賦存條件。

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—簡陽南區間，屬于新建成都—重慶鐵路客運專線工程CYSG-1標段，其隧道進口位于成都市龍泉驛區，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造特征不利于天然氣的聚集與保存，隧道在此構造區域內的天然氣表現為低濃度。由三大灣背斜的構造特征可知，此區域內天然氣易于向背斜核部聚集，應表現為高濃度。

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

從檢測數據可以得知，5個鉆孔內均有天然氣，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理裂隙向隧道空間中逸出，造成隧道內天然氣濃度高，嚴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，尤其要注意加強天然氣監測工作，防止天然氣事故發生。

4 結論及建議

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

2)隧道施工過程中，應加強天然氣檢測。對隧道施工過程中出現的天然氣涌出點加強觀測，注意涌出瓦斯的濃度及體積，防止造成局部天然氣積聚，從而引發瓦斯事故。

3)加強隧道通風，保持隧道內施工環境符合施工要求。施工通風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鍵。合理的通風系統、理想的通風效果是實現隧道快速施工、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，嚴格執行隧道施工洞內用火審批制度。尤其是在高瓦斯濃度涌出點附近，應堅決避免火源的出現，以免引起天然氣燃燒或爆炸。

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