本文摘要：摘要:依據(jù)擬建成簡快速路項(xiàng)目龍泉山隧道勘測成果及搜集相關(guān)紅層區(qū)瓦斯隧道資料，通過對氣源成因模型、瓦斯測試成果對比分析以及施工監(jiān)測成果的分析，表明紅層瓦斯主要來源于深部的烴源巖，經(jīng)過漫長的地質(zhì)時(shí)期，通過構(gòu)造、裂隙運(yùn)移至淺層孔隙、裂隙較發(fā)育的砂
摘要:依據(jù)擬建成簡快速路項(xiàng)目龍泉山隧道勘測成果及搜集相關(guān)紅層區(qū)瓦斯隧道資料，通過對氣源成因模型、瓦斯測試成果對比分析以及施工監(jiān)測成果的分析，表明紅層瓦斯主要來源于深部的烴源巖，經(jīng)過漫長的地質(zhì)時(shí)期，通過構(gòu)造、裂隙運(yùn)移至淺層孔隙、裂隙較發(fā)育的砂巖層中儲(chǔ)集，形成一個(gè)個(gè)瓦斯氣囊，當(dāng)隧道穿越瓦斯氣囊時(shí)就形成了瓦斯隧道。
關(guān)鍵詞:紅層,瓦斯隧道,氣源,瓦斯氣囊,災(zāi)害特征,龍泉山
隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，綜合國力提高，高速公路、高速鐵路的建設(shè)也得到了長足的發(fā)展，從東部、中部的平原、微丘區(qū)，向西部的中低山、高山、高原區(qū)迅速發(fā)展。隧道工程的比例、規(guī)模、復(fù)雜程度也越來越大，而瓦斯隧道則成為了項(xiàng)目的關(guān)鍵和控制性工程，給設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營都帶來了一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。瓦斯是各種有毒有害氣體的總稱，其主要成分是甲烷(CH4)[1-2]。
含有瓦斯的地層為瓦斯地層，瓦斯地層主要有兩類，一是煤系瓦斯地層，二是非煤系瓦斯地層(主要為油頁巖及含天然氣、石油地層)[2]。本文結(jié)合已有項(xiàng)目紅層區(qū)構(gòu)造地層特征、瓦斯氣源運(yùn)移存儲(chǔ)特征、試驗(yàn)測試成果、后續(xù)施工監(jiān)測成果等多方面分析，總結(jié)非煤系地層四川紅層區(qū)瓦斯隧道災(zāi)害特征，為后期類似工況提供一種思路。
1龍泉山紅層區(qū)氣源特征
紅層是一種外觀以紅色為主色調(diào)的陸相碎屑巖沉積地層[3]，龍泉山紅層主要是侏羅系、白堊系地層，巖性以紅色、紫紅色、磚紅色砂巖、粉砂巖、泥巖、礫巖為主，四川紅層主要分布在四川盆地、盆地邊緣以及攀枝花、西昌地區(qū)，總面積約16.5萬km2。
四川盆地是我國最大的含油氣盆地，截至2008年底，國土資源部礦產(chǎn)儲(chǔ)量委員會(huì)公布四川盆地已發(fā)現(xiàn)125個(gè)天然氣田，累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量17225.02億m3[4]。而侏羅系、白堊系紅層不是烴源巖，又不具有生烴能力。自1950年代以來，國內(nèi)對四川盆地的天然氣資源進(jìn)行了大規(guī)模的勘探和研究工作，研究表明四川盆地的主要?dú)庠磳游挥谏畈康恼鸬┫怠⑹肯�、二疊系、三疊系四套9個(gè)主要產(chǎn)氣層[5]。
早期的地層由于未發(fā)生構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，瓦斯在紅層蓋層之下呈彌漫狀分布，后期隨著構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，儲(chǔ)集層中的瓦斯通過斷層或者裂隙自下而上的運(yùn)移至孔隙率相對較大的砂巖層或者裂隙發(fā)育帶中，由于壓力的變化瓦斯在該類地層中自由運(yùn)移。隨著漫長的氣藏環(huán)境的化學(xué)變化和多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的變化，局部斷層和裂縫封閉性質(zhì)發(fā)生變化，原有的運(yùn)移通道上部形成了新的蓋層，從而形成了新的儲(chǔ)集體，這些儲(chǔ)集體就是瓦斯氣囊。
2紅層區(qū)瓦斯氣化學(xué)成分及物理特征
瓦斯隧道的主要危害就是爆炸，為了更好的防止瓦斯爆炸，就要很好的了解瓦斯爆炸的主要物質(zhì)成分及爆炸的界限。針對龍泉山紅層區(qū)瓦斯氣體成分，擬建龍泉山隧道進(jìn)行了室外和室內(nèi)取樣實(shí)驗(yàn)分析。通過對周邊氣田及隧道工程氣體成分分析可以知道，工區(qū)內(nèi)瓦斯氣體成分變化較大，深層氣田以甲烷和其他可燃?xì)怏w為主，淺表層瓦斯氣成分變化較大，以甲烷、氮?dú)�、氧氣為主，CO2含量非常少，H2S、CO幾乎沒有。隧道施工過程中瓦斯爆炸的條件是:一定濃度的瓦斯、一定濃度的氧氣以及高溫火源同時(shí)存在。
3紅層區(qū)隧道瓦斯涌出量估算方法及判別標(biāo)準(zhǔn)
對于瓦斯隧道涌出量現(xiàn)行鐵路、公路規(guī)范均給出了瓦斯涌出量的計(jì)算公式，但公式均為煤系地層瓦斯隧道涌出量的計(jì)算公式。對于非煤系地層的瓦斯，由于其賦存無規(guī)律與煤系地層有較大的差異，因此不宜按現(xiàn)行鐵路、公路規(guī)范中的計(jì)算公式計(jì)算瓦斯涌出量。
目前非煤系地層瓦斯涌出量主要有3種計(jì)算方法，一是依靠通風(fēng)時(shí)的瓦斯?jié)舛却笾鹿浪阃咚褂砍隽縖6];二是通過隧道工作面超前鉆孔模擬隧道開挖情況計(jì)算瓦斯涌出量[7];三是蘇培東教授依據(jù)石油部門油氣儲(chǔ)量的計(jì)算公式結(jié)合已有工程實(shí)例建立天然氣溢出量計(jì)算模型[8]。前兩種計(jì)算方法多用于隧道施工開挖后的工況進(jìn)行瓦斯涌出量的計(jì)算，在勘察設(shè)計(jì)階段無法運(yùn)用，因此本文僅列第三種算法，且該種方法在紅層區(qū)多個(gè)項(xiàng)目中已運(yùn)用并且在施工階段得到了相應(yīng)的驗(yàn)證[9]。
現(xiàn)行規(guī)范給出的瓦斯隧道分類和判別標(biāo)準(zhǔn)均為煤系地層的瓦斯隧道，結(jié)合龍泉山紅層地區(qū)實(shí)際地質(zhì)特征，部分已建和擬建工程初步形成了該區(qū)淺層天然氣高瓦斯隧道的判別標(biāo)準(zhǔn):①隧道控制性測試鉆孔天然氣最大濃度大于1.5%，且隧道主要測試鉆孔有天然氣顯示;②即使隧道控制性測試鉆孔天然氣最大濃度小于1.5%，但隧道所處構(gòu)造部位為天然氣聚集區(qū)或運(yùn)移、逸出的有利指向區(qū);③隧道直接穿越油氣生烴層或儲(chǔ)集層;④在龍泉山背斜段的隧道長度大于1000m。
基于以上公式和判別標(biāo)準(zhǔn)，對新建成簡快速路龍泉山隧道(長5005m)施工圖勘察階段3個(gè)隧道深孔均進(jìn)行了天然氣測試工作，3個(gè)鉆孔均顯示有可燃?xì)怏w存在，但是差別較大，含氣性最明顯的ZK3號(hào)孔，這也說明了紅層天然氣差異變化大，不確定性的特征。ZK3號(hào)孔終孔后24h、48h、72h、96h開展氣體濃度測試，測試可燃?xì)怏w濃度為300ppm、300ppm、150000ppm和25000ppm;一氧化碳濃度為0ppm、0ppm、1000ppm、55ppm。估算隧道瓦斯可能含氣量141141m3，計(jì)算的天然氣涌出量應(yīng)為2.69m3/min。擬建龍泉山隧道高瓦斯段落三段3569m，占比71.38%，其余為低瓦斯段落。
4結(jié)論
龍泉山紅層區(qū)地質(zhì)條件較復(fù)雜，龍泉山箱狀背斜是一個(gè)大的儲(chǔ)氣構(gòu)造。通過新建成簡快速路龍泉山隧道現(xiàn)場勘察，并結(jié)合周邊成渝高速、成渝客專、地鐵18號(hào)線等已有工程資料分析，很明確龍泉山地區(qū)紅層瓦斯隧道氣源特征為，深部生烴巖類形成天然氣體，經(jīng)過構(gòu)造、裂隙通道運(yùn)移至上部砂巖儲(chǔ)集層中，由于泥巖的封蓋和周邊構(gòu)造環(huán)境的變化從而形成一個(gè)個(gè)氣囊。瓦斯的主要化學(xué)成分以甲烷為主，瓦斯成分各段變化較大，瓦斯的分布、各向異性變化較大很難預(yù)測確定。紅層高瓦斯判別標(biāo)準(zhǔn)除了規(guī)范規(guī)定的瓦斯氣體濃度指標(biāo)外，還應(yīng)考慮構(gòu)造部位為天然氣聚集區(qū)或運(yùn)移、逸出的有利指向區(qū)，生烴層、儲(chǔ)集層等有利瓦斯氣富集段落為高瓦斯區(qū)。
參考文獻(xiàn):
[1]白繼承，羅自品，張祉道，等.鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2012:2-4.
[2]母進(jìn)偉，許湘華，郭軍，等.貴州省高速公路瓦斯隧道設(shè)計(jì)技術(shù)指南[Z].北京:人民交通出版社，2014:2-4.
[3]黃紹檳，程強(qiáng)，胡厚田.四川紅層分布及工程環(huán)境特征研究[J].公路，2005(5):81-85.
[4]馬永生，蔡勛育，趙培榮，等.四川盆地大中型氣田分布特征與勘探方向[J].石油學(xué)報(bào)，2010，31(3):347-354.
相關(guān)論文投稿刊物：《石油學(xué)報(bào)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1980年，是中國石油學(xué)會(huì)主辦，國內(nèi)外公開發(fā)行的石油及天然氣科學(xué)技術(shù)方面的綜合性學(xué)術(shù)期刊。
轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jzlw/21355.html
