浅层天然气对新龙泉山隧道的影响分析

刘文伍

(中煤科工集团重庆研究院水文物探研究所，重庆 400039)

0 引言

新龙泉山隧道位于成都东—简阳南区间，属于新建成都至重庆铁路客运专线工程CYSG-1标段，其隧道进口位于成都市龙泉驿区，出口位于简阳市。贯穿川西油气区与川中油气区，所经地层为侏罗系上、中统底层以及更深部的三叠系须家河组。在隧道施工过程中有可能发生瓦斯事故。因此，开展新龙泉山隧道浅层天然气对隧道的影响研究具有十分重要的意义。

1 区域地质及油气背景

1.1 区域地质构造背景

四川盆地是我国的一个大型的含油气的复合型盆地［1-3］，其形成演化与盆地四周的地质构造密不可分，且盆地内部也可划分为多个构造单元(见图1)。新龙泉山隧道所贯穿的龙泉山断裂带即为四川盆地构造单元划分中的川西北构造区与川中构造区的分界线。

1.2 油气分布背景

气源岩是油气藏形成的物质基础，四川盆地之所以能成为我国最大的含气盆地，与盆地的形成演化有着密不可分的关系［4-6］。经过多年的研究与实践证实，四川盆地已成为我国目前产气量最大的油气盆地。

研究表明，现今的四川盆地是在扬子海盆的基础上，经印支运动转化为中新生代的内陆坳陷盆地，再经喜山运动褶皱变形而成的构造盆地。在四川盆地的形成演化过程中，形成了巨厚的沉积层，有利于有机质的富集、保存以及向油气的转化，为油气盆地的形成奠定了丰富的物质基础。

四川盆地在形成的过程中还具有多回旋的特性，沉积上的多回旋性为多个含油气层提供了良好的条件，形成了多套生储盖层相结合的沉积构造。构造上的多回旋性使得盆地地层中断裂、褶皱发育，形成了多组系、多方向和多种形式的局部构造圈闭。根据四川盆地区域构造特征等特性，可将四川盆地划分为4个油气聚集区，即川东气区、川南气区、川西气区以及川中气区，其中川南气区又包括川南气区与川西南气区。

2 隧址区构造及天然气赋存特征

2.1 龙泉山断裂带地质构造特征

龙泉山断裂带是川西构造区与川中构造区的分界线，是盆地内发育的一条重要的活动断裂［7，8］。它北起中江县，南到乐山市新桥镇附近，呈NNE-SSW向展布。龙泉山断裂带的主体构造为龙泉山箱状大背斜，其轴部宽缓，两翼陡然下降，延伸不远又复平缓。在龙泉山断裂带的基础上发育有一系列北东向的褶皱、逆断层等次级构造。

新龙泉山隧道贯穿龙泉山断裂带，隧址区主要发育有褶皱卧龙寺向斜与三大湾背斜，主要发育有断层龙泉驿逆断层与尖尖山逆断层。

卧龙寺向斜:向斜轴部产状平缓，两翼较陡，受构造影响，两侧地层发育多个小型褶曲，岩体较为破碎，产状紊乱。向斜轴线与隧道线位于DK23+369处相交，交角为85°。

三大湾背斜:背斜轴部宽阔平缓，两翼陡然下降，延伸不远复又变平缓，背斜由南西向北东渐次倾伏，两翼发育有次级褶皱。背斜轴线与隧道线位于DK25+469处相交，交角为88°。

龙泉驿断层:为一区域性逆断层，位于龙泉山箱状大背斜西翼。断层走向近南北向，倾向向东。断层发育处于隧道进口端，与隧道线位于DK22+524处相交，交角为87°。

尖尖山断层:为一区域性逆断层，位于龙泉山箱状大背斜东翼。断层产状为N32°E/60°NW，断层带内岩层产状紊乱，近乎直立。受该断层影响，在断层附近小褶曲、揉皱及其发育，延长扭曲、破碎。断层发育处于隧道出口，与隧道线位在DK29+805处相交，交角为 85°。

2.2 隧址区天然气赋存特征

四川盆地是我国最大的含气盆地。由于沉积演化过程中的多回旋特性，四川盆地发育了多套气源岩，其中主要包括上震旦纪灯影组、下寒武统、志留纪、下二叠统、下三叠统嘉陵江组、中三叠统雷口坡组、上三叠统须家河组、侏罗系自流井群大安寨油层。四川盆地除以上几个主要油气层外，上震旦统陡山沱组、中上寒武统、奥陶系、上二叠统、下三叠统飞仙关组、侏罗系自流井东岳庙段、凉高山段等地层也具有一定的产油气条件。朱光有，张水昌等［9］在四川盆地天然气特征及气源一文中分析了四川盆地沉积演化背景，讨论了有效气源岩的发育特征以及分布规律，确定了各油气聚集区各含气地层的主要气源岩，认为川西气区主要产气层为侏罗系、三叠系须家河组、下二叠统和嘉陵江组，其气源分别为三叠系须家河组煤系烃源岩与二叠系地层。罗啸泉等［10，11］研究分析了川西洛带气田遂宁组天然气气藏储层特征与成藏模式;王元君等［12］分析了洛带气田上侏罗统遂宁组天然气富集主控因素;廖义沙等［13］分析了洛带气田中侏罗统沙溪庙组高产气井主控因素;马立元等［14］对须家河组天然气资源潜力进行了分析研究。

新龙泉山隧道测区上覆第四系全新统坡残积粉质粘土，上更新统风积层松软土、成都粘土;下伏基岩侏罗系上统蓬莱镇组与遂宁组，中统上沙溪庙组。侏罗系上、中统地层以及三叠系须家河组在川西范围内均属于产气地层，在隧址区内储存着具有一定开采价值的天然气。天然气是地质成因的，是地质作用的产物，其生成、赋存、富集均受综合地质作用的控制。由于龙泉山断裂带形成过程中构造应力的作用和应力场的复杂性，使得区内天然气相对富集。

新龙泉山隧道区内下伏地层为产气地层，由于后期地质构造的影响，使得区内天然气分布不均，并且在隧址区内发育了龙泉驿断层、尖尖山断层、三大湾背斜以及卧龙寺向斜等次级构造，岩体节理裂隙发育，进一步控制着区内天然气赋存条件。

3 天然气对隧道施工的影响程度综合评价

新龙泉山隧道位于成都东—简阳南区间，属于新建成都—重庆铁路客运专线工程CYSG-1标段，其隧道进口位于成都市龙泉驿区，出口位于简阳市。新龙泉山隧道全长7 328 m，为双线单洞铁路隧道，进口里程DK22+485，出口里程DK29+813，最大埋深约380 m。

新龙泉山隧道依次经过龙泉驿断层、卧龙寺向斜、三大湾背斜及尖尖山断层。龙泉驿断层、尖尖山断层以及卧龙寺向斜的构造特征不利于天然气的聚集与保存，隧道在此构造区域内的天然气表现为低浓度。由三大湾背斜的构造特征可知，此区域内天然气易于向背斜核部聚集，应表现为高浓度。

为了评价浅层天然气对隧道的影响，对新龙泉山隧道进行了钻探勘查，并对钻孔中天然气浓度进行了检测，检测数据如表1所示。

从检测数据可以得知，5个钻孔内均有天然气，并且浓度高低不等。其中位于三大湾背斜轴部的DZ-龙泉山隧道-02号钻孔天然气检测浓度最高，最大浓度为86 540 ppm，孔深为189 m左右。

通过以上定性与定量分析可知，浅层天然气对新龙泉山隧道影响较大，在隧道施工过程中，围岩层中天然气易于通过节理裂隙向隧道空间中逸出，造成隧道内天然气浓度高，严重威胁隧道施工安全。特别是在三大湾背斜段，勘查检测天然气浓度高，尤其要注意加强天然气监测工作，防止天然气事故发生。

4 结论及建议

1)成渝客专新龙泉山隧道穿越气源岩层，受构造影响严重。尤其是在三大湾背斜段，浅层天然气对隧道施工影响严重。

2)隧道施工过程中，应加强天然气检测。对隧道施工过程中出现的天然气涌出点加强观测，注意涌出瓦斯的浓度及体积，防止造成局部天然气积聚，从而引发瓦斯事故。

3)加强隧道通风，保持隧道内施工环境符合施工要求。施工通风是隧道施工期间防治瓦斯的主要手段，是高瓦斯隧道安全施工的关键。合理的通风系统、理想的通风效果是实现隧道快速施工、保障施工安全和施工人员身心健康的主要保证。

表1 钻孔天然气浓度检测

4)注意隧道施工用火，严格执行隧道施工洞内用火审批制度。尤其是在高瓦斯浓度涌出点附近，应坚决避免火源的出现，以免引起天然气燃烧或爆炸。

［1］郭正吾，等康龄，韩永辉，等.四川盆地形成与演化［M］.北京:地质出版社，1996:89-102.

［2］四川省地质矿产局.四川省区域地质志［M］.北京:地质出版社，1991.

［3］四川油气石油地质编写组.中国石油地质志(卷十)四川油气区［M］.北京:石油工业出版社，1989.

［4］罗啸泉，陈 兰.川西坳陷形成演化及其与油气的关系［J］.油气地质与采收率，2004，11(1):30-31.

［5］毛 琼.四川盆地动力学演化与油气前景探讨［J］.天然气工业，2006，26(11):7-10.

［6］何 鲤.川西龙门山推覆构造特征及有利油气勘探区块预测［J］.石油实验地质，2007，29(3):45-47.

［7］徐水森.龙泉山断裂带地震活动浅析［J］.四川地震，2006(2):60-61.

［8］王伟涛.四川龙泉山断裂带变形特征及其活动性初步研究［J］.地震地质，2008，30(4):100-101.

［9］朱光有，张水昌.四川盆地天然气特征及气源［J］.地学前缘，2006，13(2):201-203.

［10］罗啸泉，张 箭.川西坳陷洛带地区遂宁组气藏成藏模式［J］.天然气工业，2007，27(3):6-13.

［11］罗啸泉，卜 淘.川西洛带气田遂宁组气藏储层特征［J］.中国西部油气地质，2006(26):6-13.

［12］王元君，徐国盛.川西洛带气田上侏罗统遂宁组天然气富集主控因素分析［J］.物探化探计算技术，2007，29(3):10-12.

［13］廖义沙，徐国盛.洛带气田中侏罗统沙溪庙组高产气井主控因素分析［J］.物探化探计算技术，2008，3(1):90-93.

［14］马立元，周总瑛.川西坳陷中段上三叠统须家河组天然气资源潜力分析［J］.天然气地球科学，2009，20(5):85-87.