云南省煤炭地质勘查院 云南昆明 650208
摘要：瓦斯灾害是隧道工程建设中重大灾害之一，研究区域地层出露较全，具有代表性，隧道区主要释放瓦斯地层为志留系下统龙马溪组（S1l）、二叠系下统梁山组（P1l）、二叠系下统栖霞组（P1q），二叠系下统茅口组（P1m），二叠系上统龙潭组（P2l）、二叠系上统长兴组（P2c）。
关键词：瓦斯隧道；煤层；页岩；灰岩
1.引言
近年，随着我国基建工程的异军突起，特别是高速公路和高铁的快速发展，瓦斯隧道作为各标段的重点工程，正确的分析瓦斯地层特征，科学的评价隧道瓦斯等级对隧道开挖具有重要意义。现以云南扎西胜利隧道为例分析滇东北地区的瓦斯地层特征。
2.隧道瓦斯地层特征
扎西胜利隧道为高瓦斯隧道，根据隧道施工实时监测数据，隧道区主要释放瓦斯地层为志留系下统龙马溪组（S1l）、二叠系下统梁山组（P1l）、二叠系下统栖霞组（P1q），二叠系下统茅口组（P1m），二叠系上统龙潭组（P2l）、二叠系上统长兴组（P2c）。根据隧道瓦斯气体来源将瓦斯地层分为三类，瓦斯由这些地层的煤层或有机质页岩产生，详述如下：
2.1页岩气含气层
该类瓦斯地层主要为龙马溪组（S1l），根据地面调绘、掌子面岩层以及超前钻孔岩芯分析，该段释放瓦斯的岩层主要为黑色页岩和炭质页岩，该瓦斯由有机质的页岩产生。志留系下统龙马溪组一般厚175m，分为两段。
2.1.1龙马溪组二段（S1l2）
位于龙马溪组中上部，区域厚一般110m，主要为灰色、灰黑色泥灰岩，夹薄层粉砂岩，含少量笔石化石。
2.1.2龙马溪组一段（S1l1）
位于龙马溪组底部，区域厚一般41.45-80.85m，根据超前钻孔岩屑，隧道区内该段长50-65m。主要为黑色页岩和炭质页岩，在隧道掌子面见较多笔石化石，是最有利于产生页岩气的区段，为昭通页岩气国家级示范区紫金坝区块的重点产气地层。
龙马溪组瓦斯气体为页岩气，主要由有机质黑色页岩和炭质页岩释放，由于围岩较致密，封闭性较好，且黑色页岩及炭质页岩较厚，容易形成局部富积，造成局部瓦斯含量高。滇黔北龙马溪组有机碳含量（TOC）大于2%的优质页岩厚度>30米；脆性矿物含量高，成熟度(RO)为2.8%～3.0%，为过成熟；孔隙度平均约4%；渗透率平均约为0.007×10-15m2；含气量为1.35～3.48m3/t。中石油浙江油田在威信已经形成页岩气建产区1个，有利区1个，由此可见隧道区龙马溪组页岩气比较丰富。根据2019年6月化验结果，隧道区页岩的固定碳含量（FC,d）较高，一般＞2%。
掌子面施工的5个超前钻孔（水平孔深80m）进行了采样化验。根据工作面瓦斯浓度测试数据计算的隧道瓦斯绝对涌出量估算值为1.52-3.22m3//min，最大相对瓦斯涌出量2.45m3//t，计算的理论瓦斯压力0.31Mpa。按相关规范属于低-高瓦斯地段。
2.2常规天然气含气层
该类瓦斯地层包括下二叠统茅口组（P1m）、栖霞组（P1q），其中：
栖霞组：以深灰色灰岩、泥质灰岩为主，显缓波及透镜状层理。中部夹浅灰色白云质灰岩、白云岩、燧石结核灰岩。灰岩颜色变化明显，一般上、下部色深，中部色浅。厚143～208m，平均180m。
茅口组：主要为一套浅海相碳酸盐沉积，一般厚度约300m。岩性主要由浅灰色、灰褐色厚层状灰岩及白云质灰岩组成。
下部岩性主要为深灰色、灰褐色厚层状、块状灰岩及白云质灰岩组成；中部主要为浅灰色、灰色巨厚层状、块状灰岩、生物碎屑灰岩及结晶灰岩；上部主要为深灰色中厚层状灰岩，间夹薄层状燧石及薄层状泥质灰岩条带。
栖霞组、茅口组瓦斯气体为常规天然气，产气层以灰岩、泥质灰岩为主，岩性致密，平均孔隙度较低，一般在1%以下，很少达到2-3%，，渗透率平均为0.08x10-3um2。因此，孔隙度极差，单靠孔隙确实很难形成油气藏。其储集油气主要靠白云岩化作用、古岩溶作用、裂缝作用。因隧道区溶洞发育，导致天然气富集，大多以溶洞形式存在，没有规律性。对瓦斯具体位置无法准确判断。对该组段实行不定时瓦斯动态检测，计算出来的绝对瓦斯涌出量Q绝为0.48-2.32m³/min。相对变换较大。按相关规范属于微-低瓦斯地段。
2.3煤层气含气层
该类瓦斯地层包括二叠系下统梁山组（P1l）、二叠系上统龙潭组（P2l）、长兴组（P2C）其中：
梁山组：主要为一套河流－滨海相的碎屑泥质沉积，以灰色泥岩、钙质石英砂岩为主，夹铝土岩、铝土质页岩及煤层、碳质泥岩组成，含1—3煤层。厚约30－50m。与下伏地层呈假整合接触。
龙潭组：为区内的主要含煤地层，上自主要可采煤层C5顶板，下至玄武岩组或茅口组顶界，全层厚105～147m，一般厚约130m，岩性以灰色、浅灰色薄至中厚层状的泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩夹煤层为主，局部间夹细粒砂岩、炭质泥岩；显小型交错层理与水平层理；一般含煤为2～10层，其顶部C5为全区主要可采煤层。该组地层富含植物碎片化石及菱铁质结核；底部层位为浅灰、灰白色含～富含黄铁矿、高岭石化凝灰质铝土岩，细腻光滑，为含硫铁矿层位，厚2.87～11.15m。
下部地层岩性主要由灰色厚层状的粉砂岩及灰色薄至中厚层状的泥岩、粉砂质泥岩组成；中部地层岩性主要为灰色薄层状的泥岩、泥质粉砂岩及中厚层状的粉砂岩为主；上部地层岩性主要由棕灰色、浅灰色薄层状的泥岩及中厚煤层、薄煤层组成。
长兴组：为区内次要含煤地层，上界自C1煤层顶板下界至C5煤层顶板，全层厚32～59m，一般厚45m。岩性主要为深灰色薄至中厚层状泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质灰岩、煤或炭质泥岩为主。共含煤1～4层，该组无一层可采煤层，局部见个别可采点。本组地层最大的特点是在中部普遍夹有灰－深灰色泥质灰岩2～4层，单层厚0.5～7.8m，呈贝壳状断口。
区内各煤层瓦斯含量高，依据玉京山井田勘探报告，C5a煤层瓦斯含量0.53—11.70ml/g，C9煤层瓦斯含量0.96—17.68毫升/克，平均7.48毫升/克；根据钻孔C5a煤层顶底板采样成果，瓦斯含量1.08—3.73毫升/克，且顶板大于底板；煤层瓦斯压力较高，在收集的威信地区19个钻孔瓦斯样中有5个钻孔的瓦斯压力大于0.74MPa，其中玉京山井田勘探资料3501孔等温吸附试验结果瓦斯平均压力为1.72MPa，扎西隧道瓦斯孔WSZK1中的瓦斯压力为1.28Mpa；掌子面根据施工方施工的4个超前钻孔进行了现场瓦斯气含量解析、瓦斯压力测试以及煤层采样化验。绝对瓦斯涌出量2.24-4.49(m3/／min)。
综上，扎西胜利隧道所经过煤层，瓦斯含量高，瓦斯压力大，按相关规范属于低-高瓦斯地段，C5煤层更有瓦斯突出的危险。
3结语
综上所述，云南扎西胜利隧道一带地层瓦斯含量丰富，瓦斯特征变化多样，低-高瓦斯地段主要集中在志留系下统龙马溪组（S1l）、二叠系下统梁山组（P1l）、二叠系上统龙潭组（P2l）、二叠系上统长兴组（P2c）。其中页岩气、及煤层气对隧道施工危害较大。二叠系上统长兴组（P2c）、龙潭组（P2l）甚至有瓦斯突出风险。隧道施工中应着中防范。
参考文献
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[3]云南省地质局区域地质调查队《威信幅1：20万区域地质调查报告》1977年