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摘 要：通过对成都天府新区某地铁隧道钻孔浅层天然气浓度的现场检测，结合钻孔所处的地质构造及地层岩性特征来预测该隧道的浅层天然气的分布情况。研究发现浅层天然气的溢出与地层岩性、地质构造有较好的相关性，经检测天然气最大浓度约为9700ppm，室内气样检测气体中含有少量CO，综合判定该隧道为低瓦斯隧道，施工时应加强通风及气体检测工作，保证施工安全。

关键词：地铁隧道；浅层天然气；气体检测

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

0 引言

为了带动和加快成都天府新区经济建设的发展，越来越多的地铁工程从成都主城区延伸到了天府新区，地铁穿越的地层也由砂卵石地层变成了红层软岩地层。由于地铁隧道埋深相对较浅，隧道内红层地层自身不具备生成天然气的可能，但在古地质构造作用下深层天然气沿着节理裂隙或者断裂向上迁移浸染隧道穿越地层，并在地层中形成次生天然气储层[1]。这些隧道在施工时，都有可能遇到浅层天然气而引发燃烧与爆炸，危及施工安全[2]，那么对地铁隧道开展浅层天然气检测工作变得尤为重要。为此，本文从地铁隧道的地质构造、地层岩性特征出发，结合现场浅层天然气的检测结果，研究了地铁隧道施工过程中浅层天然气危害性大小，对隧道的设计与施工具有重要的指导意义。

1 工程概况

该地铁隧道位于成都市天府新区，起讫里程为YDK0+000.0～

YDK1+070.0m，全长1070m，底板埋深约15.2～38.5m，地面高程496.35～507.73m，相對高差约11.38m。隧道表层的覆盖层主要为第四系全新统人工杂填土层、冲洪积粉质黏土层，下伏基岩主要为白垩系下统天马山组中风化泥岩、砂岩。该地铁隧道的工程地质纵断面图见图1。

2 地铁隧道浅层天然气预测

2.1 隧道与地质构造的关系

本地铁隧道位于苏码头气田北侧，苏码头气田位于川西构造南部，属于苏码头构造，苏码头地面构造表现为一狭长的不对称背斜，核部出露蓬莱镇组，两翼出露白垩系，少许部位被第四系覆盖[3]。根据已有资料，苏码头构造为有利的浅层气勘探构造[4]，具有良好的工业开采价值[5]。

场地内发育有苏码头断层，断层走向N40°E，倾向南东，倾角19°，水平断距65～540m，垂直断距30～210m。该断层为区域压扭性逆断层，为非活动性断层。上、下盘地层均为白垩系下统天马山组泥岩、砂岩，于YDK0+400～0+470一带与隧道洞身相交，根据现场断层钻孔揭示，岩芯破碎，从构造角度分析，苏码头断层产生的节理裂隙为深层天然气的迁移提供了良好的通道，断层为含油气构造，其浅层天然气会对本地铁隧道有一定影响。

2.2 隧道与地层岩性的关系

隧道洞身地层为白垩系下统天马山组，岩性主要以泥岩和砂岩为主，砂岩和泥岩互层。岩石储存空间类型以孔隙为主。根据已有油气资料显示，这套地层不是生油层[4]。但隧道下伏的侏罗系上统蓬莱镇组地层具备良好的成藏条件，具有充足的气源[6]，是苏码头气田主力产层。

2.3 浅层天然气对隧道的综合影响

从地质构造角度分析，本地铁隧道位于苏码头构造和苏码头气田的北侧，场地内发育有苏码头断层，为天然气的提供了良好的迁移通道；隧道穿越的地层不是生油层，但下伏地层为油气层，气源充足，所以，天然气对地铁隧道有一定的影响。

3 钻孔浅层天然气检测

检测主要采用现场钻孔孔口直接测试和取样室内试验相结合的方法共同进行。

3.1 检测方法及要求[7]

（1）现场直接测试方法。采用天然气检测仪现场测定。该仪器报警点范围为5～100ppm，采用泵吸式吸入钻孔孔内气体进行检测，通过该仪器可现场确定隧道钻孔内有无天然气逸出及逸出的含量。

（2）取样室内试验。通过现场采取气样，送试验室进行气相色谱试验，分析其成分和浓度判定有无有毒有害气体等。

（3）单孔检测要求。本次勘察在本隧道共布置3个天然气检测孔，为了能较为准确的判定隧道受天然气的影响程度，抽选两个孔（ZK03、ZK04）按每20m检测一次，封孔24h之后再检测一次[7] ，另外一个孔（ZK02）在隧道底板位置检测一次，底板下10m、18.9m处各检测一次，封孔24h之后再检测一次。

3.2 测气结果分析

（1）ZK02孔孔口高程500.57m，孔深49.7m，现场共检测测点4个，在穿越苏码头断层后的隧道底板和底板下3倍洞径处钻孔过程中均无天然气显示，仅在封孔24小时后有天然气显示，最大浓度为1200ppm（0.12%）。

（2）ZK03孔孔口高程496.35m，孔深61.0m，现场共检测测点4个，孔深41m以上测气2次，均无天然气显示，孔深61m后测气1次，有天然气显示，最大浓度为2700ppm，终孔后封孔24小时再次测试，天然气浓度增至9700ppm，天然气浓度较高。钻孔在深度24.2～31.8m钻遇苏码头断层，岩芯破碎，裂隙发育，有利于深部天然气沿断裂向上运移，浸染上覆地层，对隧道施工可能造成危害。

（3）ZK04孔孔口高程507.73m，孔深65.8m，现场共检测测点4个，孔深44.9m以上测气2次，均无天然气显示，孔深65.8m后测气1次，有天然气显示，最大浓度为100ppm，终孔后封孔24小时再次测试，天然气浓度保持不变，天然气浓度较低。从钻孔岩芯可知，61.6m以上地层岩性主要为泥岩，泥岩结构致密，孔隙不发育，是深部天然气盖层，所以天然气测试过程中，44.9m以上无天然气显示，钻孔底部钻遇4.2m的砂岩，砂岩是天然气储层，所以有天然气显示，天然气浓度约100ppm。

（4）室内采用气相色谱法对ZK02、ZK03孔2组气样进行了成分和含量分析试验。试验发现，2组气样均以氧气和氮气为主，含少量二氧化碳和CH4，另外两个钻孔内还检测到少量的CO，其浓度分别为70～340ppm，此外还含有微量其他含碳气体，没有发现其他有毒有害气体。2组气样中可燃气体CH4的含量分别为0.118%、0.89%。对比室内试验结果和现场测试可知，钻孔取样室内试验结果的CH4含量略低于现场测试浓度。

（5）三个钻孔钻遇的地层均为白垩系下统天马山组，砂岩和泥岩互层。在封孔24h之后钻孔内天然气聚集，浓度略高于完孔时浓度，但低于爆炸下限。对比三个钻孔可知，三个钻孔地层岩性均是以泥岩为主，但天然气浓度却相差甚远，究其原因，主要是由于ZK02、ZK03钻孔钻遇了苏码头断层，而断层有利于天然气向上运移。ZK03孔天然气浓度高于ZK02孔天然气浓度，是因为ZK03钻孔深度比ZK02深且岩层较ZK02破碎，节理裂隙更发育。所以，断层和节理裂隙发育段是浅层天然气富集地段，隧道穿越这些地区时应特别注意。

3.3 隧道受浅层天然气影响综合分析评价

本地铁隧道位于苏码头构造和苏码头气田的北侧，隧道穿越的地层主要为白垩系下统天马山组泥岩、砂岩，砂岩和泥岩互层，不是生油气层，现场三个钻孔检测均有天然气显示，但最大浓度仅为9700ppm，未达到天然气爆炸极限，加之，隧道埋深较浅，综合判定该地铁隧道为低瓦斯隧道。

4 结论与建议

该地铁隧道的浅层天然气分布受构造控制，主要赋存在岩层孔隙和节理裂隙中，隧道埋深较浅，天然气CH4最大浓度为9700ppm，室内检测含少量CO，其浓度为70～340ppm， 综合判定该隧道为低瓦斯隧道。建议在隧道施工过程中加强浅层天然气的预测预报和监测工作，加强隧道通风工作。

参考文献：

[1]郝俊锁.兰渝铁路梅岭关隧道地质特征与有害气体防治的探讨[J].隧道建设，2011，31（05）：550-554.

[2]苏培東，阳旭东，王茂清等.兰渝铁路广元—南充段浅层天然气对隧道影响研究[J].路基工程，2009（02）：48-49.

[3]何鲤.川西及邻区蓬莱镇组沉积层序特征及有利储集相带预测[J].四川地质学报，1999，11（01）：50-57.

[4]裴文斗.成都地区浅层天然气勘探前景[J].四川地质学报，1996，4（16）：315-321.

[5]兰萍，杨春，何骁，汪融，石建平.苏码头构造地面场站及工艺流程优化研究及效益分析[J].新疆石油天然气，2008（04）：169-173.

[6]王威，徐国盛，倪更生，廖义沙.川西苏码头构造侏罗系次生气藏成藏条件研究[J].石油实验地质，2009，31（01）：74-78

[7]苏培东，李作兵，范晓丽，王国刚.成_简一级公路龙泉山隧道浅层天然气检测研究[J].现代隧道技术，2009，46（04）：52-57