淺論仁差盆地某礦床氣體特征及對礦床開采的影響

劉小永

摘要：仁差盆地某礦床CO。等氣體的賦存部位與含水層、含礦層高度一致，而且相對隔水層中的含量更多，由于窒息性氣體及有毒氣體比重較大，嚴重威脅礦山開采工作人員的人身安全。本文從CO：等氣體的成分、分布特征及控制因素、氣體來源及礦坑涌氣量等方面進行研究，并提出了在礦床開采過程中具體防治措施。

關鍵詞：火山巖;涌氣量;仁差盆地

1.引言

仁差盆地位于廣東省東北部梅州市平遠縣，為白堊系火山巖盆地，區內成礦地質條件優越，礦產資源豐富，大中型礦產有稀土、鈾、金、銀等。

礦床C02氣體的賦存部位與含水層、含礦層高度一致，由于窒息性氣體及有毒氣體比重較大，易在低洼處匯集，當含量達到一定程度，會對人體及牲畜產生嚴重的危害。窒息性C02的存在，嚴重威脅礦山開采工作人員的人身安全，對礦坑氣體的防治應引起足夠的重視。因此，采礦時應采取有效措施加以防護。

本文從盆地內某礦床中含礦層存在的氣體類型及分布特征人手，對后期礦床開采過程中存在的問題進行研究，并提出了相應的建議及措施以供探討。

2.地質概況

仁差地區的火山作用始于晚侏羅世，在晚侏羅世晚期到達高峰，由于后期構造運動的影響.該地區現在為一火山斷陷盆地。火山活動從弱到強，由爆炸一噴溢一噴發一浸出。巖層下部為含角礫凝灰巖、流紋巖，中部為火山碎屑巖、熔結凝灰巖，上部為火山碎屑巖。形成了噴發頻繁、時間長、強度大、間歇多、厚度較大的酸性火山巖系[1]。

盆地基底由寒武、泥盆一石炭系淺變質巖和燕山中期（γ2）花崗巖組成，分布在盆地的邊緣及其兩側。蓋層主要由晚白堊系火山巖組成，其次為古近系沉積巖，地層產狀平緩，為開闊的向斜盆地。仁差盆地內斷層主要受新華夏系區域應力影響，區內斷裂構造發育，有礦區東部NNE向的鹿子坑斷裂、北部EW向的神背斷裂和成等間距在盆地出現的NNW向輝綠巖脈，其中NNE向斷層和NWW或EW斷層交匯部位形成的拉張區，是仁差盆地最主要的導礦構造，而NNE成為最主要的控礦構造[2]。

3.氣體成分

據該地區不同時期、不同位置、相同方法（排水取氣法）所采集的86個樣品分析結果，氣體主要由C02、N2、02、C0、CnHm（不飽和碳氫化合物）組成，個別全分析樣還有H2、He、Ar等組分。全部樣品統計結果：C02含量占80.037%、N2占13.55%、02占4.O9%、CnHm占0.266%，其余氣體占2.057%[5]。

4.氣體特征及其控制因素

（1）氣體平面分布特征及其控制因素

差干地區共發現氣泉（泉群）40處，廣泛分布在鷓鴣隆斷裂帶及各河流中。氣體以小氣泡的形式連續或間歇性的呈線狀、帶狀或面狀出現（照片1、照片2、照片3、照片4）。當被鉆孔揭露后，常以間歇性噴氣、噴水形式逸出。有的鉆孔抽水時產生自噴。

根據氣泉涌氣量大小，結合鉆孔逸氣、噴水、噴氣資料，將氣體分布劃分成強烈、中等和弱逸氣區三種。

強逸氣區分布于鷓鴣隆斷裂、笙竹壩ZKI號孔范圍，神背斷裂及土窩里地段，其特征是：氣泉中的氣泡連續出現，涌氣量大于1L/s，最大達8.19L/s（59號氣泉）。鉆孔抽水時涌氣量一般1.227L/s-1.327L/s，最大10.972l/s。氣水比一般0.71-5.20.最大7.18。

中等逸氣區分布于羅車一帶、下舉河和土窩里東部河床中。其特征為：氣泉涌水量O.O1L/s-1L/s，氣泡逸出的連續性較好，個別鉆孔有明顯的逸氣現象。弱逸氣區的特征是：氣泉涌氣量小于O.O1L/s，氣體呈小氣泡不連續逸出，并難以測得涌氣量和氣水比資料。

根據氣泉出露、鉆孔噴氣噴水和逸氣情況，綜合圈定了三塊氣體分布范圍（氣藏區）。其中，神背礦段及其相鄰范圍的面積4.03km2，鷓鴣隆地區1.3lkm2，松溪橋0.54km2，合計5.88km2。從氣泉出露和氣藏區分布特征，可以確定來自深部的C02，嚴格受鷓鴣隆斷裂、鹿子坑斷裂、中基性巖脈、神背斷裂和其他拉張裂隙所控制。構造既是良好的儲氣空間，又是氣體運移的通道。

仁差盆地富含的C02氣主要是以氣水混合物的形式賦存在不整合面、噴發間斷面、層間破碎帶和構造裂隙、孔隙中，多沿構造裂隙、孔隙在低洼處以氣泉形式逸出地表。埋藏在深部的C02氣一旦被鉆孔揭穿可以不同的形式噴到地表，如ZK-1可以高達27.67m的氣水混合物可以長期自噴;ZK-262、ZK-118等呈有規律的間歇性自噴。據鉆孔抽水試驗和定深取樣測定，氣體成分中75%-90%為C02氣體，氣比水多，綠色火山碎屑巖中的氣水比最高可達8.5，氣流量和氣水比隨埋深增加而增大。壓縮性大、滲透性強的C02氣可沿破碎帶和構造裂隙在各巖層中運移，雖然在空間分布上各有差異，但是互通一體，均來自于深部[4]。

（2）氣體垂直分布特征及其動態變化規律

本礦床含大量氣體，氣體以氣水混合物的形式廣泛分布于各巖層中，在垂直剖面上，其氣流量、氣水比和C02隨深度遞增，而02則遞減，CO、不飽和碳氫化合物（CnHm）.隨深度變化不大，N2則在第Ⅱ含水層中最高。

從定深取樣結果發現，白堊系（ K23b）綠色火山碎屑巖中氣體含量最多（見圖1），其原因是：綠色火山碎屑巖的粘土礦物多，孔隙度大，加上來自深部具有一定壓力的C02氣體穿透能力強，無孔不入。

5.氣體來源

仁差盆地富含的C02氣體主要是以氣水混合物的形式賦存在不整合面、噴發間斷面、層間破碎帶和構造裂隙中，多以氣泉形式逸出地表。根據仁差盆地C02氣體同位素813C值測定結果顯示，幔源巖漿去氣作用和火山噴溢形成的殘留氣體是C02氣體的主要來源[3]。

6.礦坑涌氣量預測

根據該地區氣水混合物的實際，采用氣水比和礦坑涌水量預測結果，進行預測涌氣量。其預測的結果，可作為礦山開采設計的依據。

（1）方法及計算公式：

第一種方法：利用抽水孔分層抽水的氣水比數據計算。

Q氣=ζ抽·Q水 第二種方法：利用鉆孔定深取樣測定的氣水比數據計算。

Q氣=ζ定·O水 第三種方法：利用抽水孔分層的氣水比和鉆孔定深取樣測定的氣水比數據的混合平均值計算。

Q氣=ζ混·O水

式中：Q氣：礦坑涌氣量（ m3/d）;ζ抽：鉆孔分層抽水的氣水比;ζ定：鉆孔定深取樣測定的氣水比;ζ混：抽水的氣水比和定深的氣水比混合平均值;Q氣：大井法（穩定流）預測的礦坑涌水量（ m3/d）。

（2）預測結果

根據上述方法預測的礦坑涌氣量預測結果見表1。

7.結論

（1）該區為火山巖地區，區域深大斷裂發育，氣體分布區主要受深大斷裂的影響。

（2）氣體成分以窒息性C02氣體為主（占80%以上），N2第二、O2第三，還含有少量瓦斯（烷類氣體）及有害氣體CO。

（3）C02氣體主要來自幔源，02和N2來自大氣。

（4）礦床中的氣體在對礦床開采工作人員身體易造成嚴重的威脅，需采取合適有效的方案進行防范。

8.對策措施

差干地區巖層中的C02氣體存在于整個巖層中，對該地區人類和動植物具有一定的危害，為此，提出如下對策措施建議。

（I）C02氣體主要來自幔源，02和N2來自大氣，隨著深度增大，C02含量逐步增加，02和N2減少。開采礦產資源需針對防范氣體危害進行專門設計（圖2）。

（2）建議當地建立地表氣體出露點的監測工作，對氣體濃度、成分等進行定點監測，根據監測變化實際情況，及時采取有效的應對措施，避免人員造成危害。

（3）編制完整的應急預案。

參考文獻：

[1]劉延勇，盧映新，梁業武，彭卓倫，等.粵東北仁差盆地火山巖基本特征[J]桂林工學院學報，2007，27（02）：159-164.

[2]婁峰，于玉帥，鄭義，藍恒春，朱曉瓊，等.粵東北仁差盆地構造演化與鈾成礦構造機制探討[J].中山大學學報（自然科學版），2017，56（04）：145-153.

[3]薛麗雙.廣東省仁差盆地二氧化碳來源和成因探討[J].地球，2015，3（02）：110、85.

[4]鄒觀石.廣東省平遠縣仁差盆地CO2氣與鈾多金屬成礦關系探討[J].西部資源，2017（03）：46-48.

[5]廣東省核工業地質局二九二大隊.廣東省平遠縣差干礦區神背礦段鉬多金屬礦階段性勘查報告[R].2015.

[6]廣東省核工業地質局二九二大隊.差干279鈾礦床水、氣條件及對開發影響的研究報告[R].2015.

[7]楊更生.察爾汗鹽湖中的氣體對礦床及沉積巖特征若干影響初探[J]化工地質，1988（01）52-54.