成都天府新區(qū)某地鐵隧道淺層天然氣檢測研究

肖先俊+袁永紅+羅常鋒+馮君

摘 要：通過對成都天府新區(qū)某地鐵隧道鉆孔淺層天然氣濃度的現(xiàn)場檢測，結(jié)合鉆孔所處的地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性特征來預(yù)測該隧道的淺層天然氣的分布情況。研究發(fā)現(xiàn)淺層天然氣的溢出與地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造有較好的相關(guān)性，經(jīng)檢測天然氣最大濃度約為9700ppm，室內(nèi)氣樣檢測氣體中含有少量CO，綜合判定該隧道為低瓦斯隧道，施工時應(yīng)加強通風(fēng)及氣體檢測工作，保證施工安全。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；淺層天然氣；氣體檢測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.170

0 引言

為了帶動和加快成都天府新區(qū)經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，越來越多的地鐵工程從成都主城區(qū)延伸到了天府新區(qū)，地鐵穿越的地層也由砂卵石地層變成了紅層軟巖地層。由于地鐵隧道埋深相對較淺，隧道內(nèi)紅層地層自身不具備生成天然氣的可能，但在古地質(zhì)構(gòu)造作用下深層天然氣沿著節(jié)理裂隙或者斷裂向上遷移浸染隧道穿越地層，并在地層中形成次生天然氣儲層[1]。這些隧道在施工時，都有可能遇到淺層天然氣而引發(fā)燃燒與爆炸，危及施工安全[2]，那么對地鐵隧道開展淺層天然氣檢測工作變得尤為重要。為此，本文從地鐵隧道的地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性特征出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場淺層天然氣的檢測結(jié)果，研究了地鐵隧道施工過程中淺層天然氣危害性大小，對隧道的設(shè)計與施工具有重要的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

該地鐵隧道位于成都市天府新區(qū)，起訖里程為YDK0+000.0～

YDK1+070.0m，全長1070m，底板埋深約15.2～38.5m，地面高程496.35～507.73m，相對高差約11.38m。隧道表層的覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)人工雜填土層、沖洪積粉質(zhì)黏土層，下伏基巖主要為白堊系下統(tǒng)天馬山組中風(fēng)化泥巖、砂巖。該地鐵隧道的工程地質(zhì)縱斷面圖見圖1。

2 地鐵隧道淺層天然氣預(yù)測

2.1 隧道與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系

本地鐵隧道位于蘇碼頭氣田北側(cè)，蘇碼頭氣田位于川西構(gòu)造南部，屬于蘇碼頭構(gòu)造，蘇碼頭地面構(gòu)造表現(xiàn)為一狹長的不對稱背斜，核部出露蓬萊鎮(zhèn)組，兩翼出露白堊系，少許部位被第四系覆蓋[3]。根據(jù)已有資料，蘇碼頭構(gòu)造為有利的淺層氣勘探構(gòu)造[4]，具有良好的工業(yè)開采價值[5]。

場地內(nèi)發(fā)育有蘇碼頭斷層，斷層走向N40°E，傾向南東，傾角19°，水平斷距65～540m，垂直斷距30～210m。該斷層為區(qū)域壓扭性逆斷層，為非活動性斷層。上、下盤地層均為白堊系下統(tǒng)天馬山組泥巖、砂巖，于YDK0+400～0+470一帶與隧道洞身相交，根據(jù)現(xiàn)場斷層鉆孔揭示，巖芯破碎，從構(gòu)造角度分析，蘇碼頭斷層產(chǎn)生的節(jié)理裂隙為深層天然氣的遷移提供了良好的通道，斷層為含油氣構(gòu)造，其淺層天然氣會對本地鐵隧道有一定影響。

2.2 隧道與地層巖性的關(guān)系

隧道洞身地層為白堊系下統(tǒng)天馬山組，巖性主要以泥巖和砂巖為主，砂巖和泥巖互層。巖石儲存空間類型以孔隙為主。根據(jù)已有油氣資料顯示，這套地層不是生油層[4]。但隧道下伏的侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組地層具備良好的成藏條件，具有充足的氣源[6]，是蘇碼頭氣田主力產(chǎn)層。

2.3 淺層天然氣對隧道的綜合影響

從地質(zhì)構(gòu)造角度分析，本地鐵隧道位于蘇碼頭構(gòu)造和蘇碼頭氣田的北側(cè)，場地內(nèi)發(fā)育有蘇碼頭斷層，為天然氣的提供了良好的遷移通道；隧道穿越的地層不是生油層，但下伏地層為油氣層，氣源充足，所以，天然氣對地鐵隧道有一定的影響。

3 鉆孔淺層天然氣檢測

檢測主要采用現(xiàn)場鉆孔孔口直接測試和取樣室內(nèi)試驗相結(jié)合的方法共同進行。

3.1 檢測方法及要求[7]

（1）現(xiàn)場直接測試方法。采用天然氣檢測儀現(xiàn)場測定。該儀器報警點范圍為5～100ppm，采用泵吸式吸入鉆孔孔內(nèi)氣體進行檢測，通過該儀器可現(xiàn)場確定隧道鉆孔內(nèi)有無天然氣逸出及逸出的含量。

（2）取樣室內(nèi)試驗。通過現(xiàn)場采取氣樣，送試驗室進行氣相色譜試驗，分析其成分和濃度判定有無有毒有害氣體等。

（3）單孔檢測要求。本次勘察在本隧道共布置3個天然氣檢測孔，為了能較為準(zhǔn)確的判定隧道受天然氣的影響程度，抽選兩個孔（ZK03、ZK04）按每20m檢測一次，封孔24h之后再檢測一次[7] ，另外一個孔（ZK02）在隧道底板位置檢測一次，底板下10m、18.9m處各檢測一次，封孔24h之后再檢測一次。

3.2 測氣結(jié)果分析

（1）ZK02孔孔口高程500.57m，孔深49.7m，現(xiàn)場共檢測測點4個，在穿越蘇碼頭斷層后的隧道底板和底板下3倍洞徑處鉆孔過程中均無天然氣顯示，僅在封孔24小時后有天然氣顯示，最大濃度為1200ppm（0.12%）。

（2）ZK03孔孔口高程496.35m，孔深61.0m，現(xiàn)場共檢測測點4個，孔深41m以上測氣2次，均無天然氣顯示，孔深61m后測氣1次，有天然氣顯示，最大濃度為2700ppm，終孔后封孔24小時再次測試，天然氣濃度增至9700ppm，天然氣濃度較高。鉆孔在深度24.2～31.8m鉆遇蘇碼頭斷層，巖芯破碎，裂隙發(fā)育，有利于深部天然氣沿斷裂向上運移，浸染上覆地層，對隧道施工可能造成危害。

（3）ZK04孔孔口高程507.73m，孔深65.8m，現(xiàn)場共檢測測點4個，孔深44.9m以上測氣2次，均無天然氣顯示，孔深65.8m后測氣1次，有天然氣顯示，最大濃度為100ppm，終孔后封孔24小時再次測試，天然氣濃度保持不變，天然氣濃度較低。從鉆孔巖芯可知，61.6m以上地層巖性主要為泥巖，泥巖結(jié)構(gòu)致密，孔隙不發(fā)育，是深部天然氣蓋層，所以天然氣測試過程中，44.9m以上無天然氣顯示，鉆孔底部鉆遇4.2m的砂巖，砂巖是天然氣儲層，所以有天然氣顯示，天然氣濃度約100ppm。

（4）室內(nèi)采用氣相色譜法對ZK02、ZK03孔2組氣樣進行了成分和含量分析試驗。試驗發(fā)現(xiàn)，2組氣樣均以氧氣和氮氣為主，含少量二氧化碳和CH4，另外兩個鉆孔內(nèi)還檢測到少量的CO，其濃度分別為70～340ppm，此外還含有微量其他含碳氣體，沒有發(fā)現(xiàn)其他有毒有害氣體。2組氣樣中可燃氣體CH4的含量分別為0.118%、0.89%。對比室內(nèi)試驗結(jié)果和現(xiàn)場測試可知，鉆孔取樣室內(nèi)試驗結(jié)果的CH4含量略低于現(xiàn)場測試濃度。

（5）三個鉆孔鉆遇的地層均為白堊系下統(tǒng)天馬山組，砂巖和泥巖互層。在封孔24h之后鉆孔內(nèi)天然氣聚集，濃度略高于完孔時濃度，但低于爆炸下限。對比三個鉆孔可知，三個鉆孔地層巖性均是以泥巖為主，但天然氣濃度卻相差甚遠，究其原因，主要是由于ZK02、ZK03鉆孔鉆遇了蘇碼頭斷層，而斷層有利于天然氣向上運移。ZK03孔天然氣濃度高于ZK02孔天然氣濃度，是因為ZK03鉆孔深度比ZK02深且?guī)r層較ZK02破碎，節(jié)理裂隙更發(fā)育。所以，斷層和節(jié)理裂隙發(fā)育段是淺層天然氣富集地段，隧道穿越這些地區(qū)時應(yīng)特別注意。

3.3 隧道受淺層天然氣影響綜合分析評價

本地鐵隧道位于蘇碼頭構(gòu)造和蘇碼頭氣田的北側(cè)，隧道穿越的地層主要為白堊系下統(tǒng)天馬山組泥巖、砂巖，砂巖和泥巖互層，不是生油氣層，現(xiàn)場三個鉆孔檢測均有天然氣顯示，但最大濃度僅為9700ppm，未達到天然氣爆炸極限，加之，隧道埋深較淺，綜合判定該地鐵隧道為低瓦斯隧道。

4 結(jié)論與建議

該地鐵隧道的淺層天然氣分布受構(gòu)造控制，主要賦存在巖層孔隙和節(jié)理裂隙中，隧道埋深較淺，天然氣CH4最大濃度為9700ppm，室內(nèi)檢測含少量CO，其濃度為70～340ppm， 綜合判定該隧道為低瓦斯隧道。建議在隧道施工過程中加強淺層天然氣的預(yù)測預(yù)報和監(jiān)測工作，加強隧道通風(fēng)工作。

參考文獻：

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