成都天府新區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某地鐵隧道鉆孔淺層天然氣濃度的現場檢測，結合鉆孔所處的地質構造及地層巖性特征來預測該隧道的淺層天然氣的分布情況。研究發現淺層天然氣的溢出與地層巖性、地質構造有較好的相關性，經檢測天然氣最大濃度約為9700ppm，室內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，施工時應加強通風及氣體檢測工作，保證施工安全。

關鍵詞：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經濟建設的發展，越來越多的地鐵工程從成都主城區延伸到了天府新區，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，隧道內紅層地層自身不具備生成天然氣的可能，但在古地質構造作用下深層天然氣沿著節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構造、地層巖性特征出發，結合現場淺層天然氣的檢測結果，研究了地鐵隧道施工過程中淺層天然氣危害性大小，對隧道的設計與施工具有重要的指導意義。

1 工程概況

該地鐵隧道位于成都市天府新區，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人工雜填土層、沖洪積粉質黏土層，下伏基巖主要為白堊系下統天馬山組中風化泥巖、砂巖。該地鐵隧道的工程地質縱斷面圖見圖1。

2 地鐵隧道淺層天然氣預測

2.1 隧道與地質構造的關系

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

場地內發育有蘇碼頭斷層，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天馬山組泥巖、砂巖，于YDK0+400～0+470一帶與隧道洞身相交，根據現場斷層鉆孔揭示，巖芯破碎，從構造角度分析，蘇碼頭斷層產生的節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系

隧道洞身地層為白堊系下統天馬山組，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蓬萊鎮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層。

2.3 淺層天然氣對隧道的綜合影響

從地質構造角度分析，本地鐵隧道位于蘇碼頭構造和蘇碼頭氣田的北側，場地內發育有蘇碼頭斷層，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

檢測主要采用現場鉆孔孔口直接測試和取樣室內試驗相結合的方法共同進行。

3.1 檢測方法及要求[7]

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

（2）取樣室內試驗。通過現場采取氣樣，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 測氣結果分析

（1）ZK02孔孔口高程500.57m，孔深49.7m，現場共檢測測點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，泥巖結構致密，孔隙不發育，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。試驗發現，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，沒有發現其他有毒有害氣體。2組氣樣中可燃氣體CH4的含量分別為0.118%、0.89%。對比室內試驗結果和現場測試可知，鉆孔取樣室內試驗結果的CH4含量略低于現場測試濃度。

（5）三個鉆孔鉆遇的地層均為白堊系下統天馬山組，砂巖和泥巖互層。在封孔24h之后鉆孔內天然氣聚集，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深且巖層較ZK02破碎，節理裂隙更發育。所以，斷層和節理裂隙發育段是淺層天然氣富集地段，隧道穿越這些地區時應特別注意。

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造和蘇碼頭氣田的北側，隧道穿越的地層主要為白堊系下統天馬山組泥巖、砂巖，砂巖和泥巖互層，不是生油氣層，現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 結論與建議

該地鐵隧道的淺層天然氣分布受構造控制，主要賦存在巖層孔隙和節理裂隙中，隧道埋深較淺，天然氣CH4最大濃度為9700ppm，室內檢測含少量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測預報和監測工作，加強隧道通風工作。

參考文獻：

[1]郝俊鎖.蘭渝鐵路梅嶺關隧道地質特征與有害氣體防治的探討[J].隧道建設，2011，31（05）：550-554.

[2]蘇培東，陽旭東，王茂清等.蘭渝鐵路廣元—南充段淺層天然氣對隧道影響研究[J].路基工程，2009（02）：48-49.

[3]何鯉.川西及鄰區蓬萊鎮組沉積層序特征及有利儲集相帶預測[J].四川地質學報，1999，11（01）：50-57.

[4]裴文斗.成都地區淺層天然氣勘探前景[J].四川地質學報，1996，4（16）：315-321.

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[7]蘇培東，李作兵，范曉麗，王國剛.成_簡一級公路龍泉山隧道淺層天然氣檢測研究[J].現代隧道技術，2009，46（04）：52-57