厚坝地区隧道油砂岩弃渣对环境危害分析

【摘 要】结合厚坝地区油砂岩的相关研究资料，通过现场调查以及试验分析得出：厚坝地区油砂岩弃渣中的污染源为原油、天然气和地下水。油砂岩弃渣会对环境造成三个方面的危害：首先是对大气的危害，包括光化学烟雾的形成和直接毒害作用；其次是对水体的污染，会造成水体植物、水体动物生长和繁殖的停止或减缓；第三是对土壤的危害，将导致土壤结构破坏和植物根系腐烂。

【关键词】厚坝；隧道；油砂岩弃渣；环境危害

0 引言

近年来，随着经济的快速发展，环境危害的问题日益严峻。国家提出在“十三五”期间，建立环境质量改善和污染物总量控制的双重体系，实施大气、水体、土壤污染防治计划，实现三大生态系统全要素指标管理。要实施有理有据的防治计划，污染源对环境危害的分析就显得尤为重要。

随着国家高速铁路网建设步伐的加快，高铁隧道建设呈现出地质条件复杂、技术要求高、施工困难以及环境危害大等特点[1-2]。龙门山北段地区，尤其是江油厚坝，油砂岩作为一种不良地质频繁出现在隧道建设中。油砂岩地区进行隧道开挖，会产生大量的油砂岩弃渣，对环境造成巨大危害。厚坝油砂岩作为四川盆地非常规油气资源的一种，前人做过大量研究[3-4]，但都是从能源的角度出发，几乎没有从工程的角度进行分析。论文根据野外露头和室内试验资料，结合厚坝地区环境情况，进行油砂岩弃渣对环境危害的分析，对油砂岩隧道施工过程中的环境危害防治提供理论支持。

1 厚坝油砂岩成藏及分布概述

1.1 成藏条件

厚坝位于龙门山北段山前带西南端，该地区隧道开挖过程中遇到的油砂岩存在于侏罗系沙溪庙组。龙门山北段含有多套烃源岩，前人从有机地球化学和油气地质等方面进行了研究，认为下寒武统烃源岩为厚坝油砂岩的形成提供了充足的油源[4]。

根据野外露头分析，厚坝侏罗系沙溪庙组的油砂储集层是典型的河湖相沉积地层。据研究资料[5]，厚坝侏罗系沙溪庙组油砂岩具有良好的储层物性条件以及较高的含油率。岩性以岩屑砂岩、岩屑长石砂岩和岩屑石英砂岩为主[6]；孔隙度分布范围为3.68%～14.96%，渗透率变化范围为（0.073～562.08）×10-3？滋m2；从地表至地下，含油率逐渐增大，最大可以达到16.5%，平均含油率约为10%。

厚坝油砂岩主要形成于新生代[7]。龙门山山前带晚三叠世形成的逆冲断裂在新生代重新活动，大量裂隙在砂岩中形成，构成连接深部油源和浅部砂岩储层的通道，厚坝油砂岩中的原油是深部油源经过这些通道运移进入的。

1.2 分布范围

厚坝油砂岩储层位于龙门山山前带单斜构造内，该单斜构造向南东倾斜。纵向上，油砂岩储层分布在侏罗系上沙溪庙亚M底部和下沙溪庙亚组顶部，厚度稳定，为15m～50m。横向上，油砂岩储层呈北东向分布；从黄金口以西到厚坝一带，长约20km的地带均有油砂于地表。

2 隧道油砂岩弃渣污染源分析

2.1 原油

厚坝油砂岩储层物性条件良好，油砂岩弃渣孔隙和裂隙中含有大量的原油。根据野外露头以及取样试验结果可知：厚坝油砂岩中原油呈褐黑色或黑色、粘度大、胶质高、不易流动，其族组分包含饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质，隧道施工过程中开挖的油砂岩处于地表以下一定深度，受水洗和氧化的影响较小，其非烃和沥青质含量普遍较高。

2.2 天然气

埋藏在地层中的油砂岩，处于一定的压力条件下，其孔隙和裂隙内的原油中普遍含有溶解的天然气，隧道开挖之后，油砂岩周围的压力释放，原油中的溶解气就会释放出来；同时，岩层中还存在游离的天然气，隧道开挖之后也会通过孔缝渗流出来。据厚坝地区勘探钻孔中获取的天然气试验结果可知：气体中包含烃类气体和非烃气体两类；烃类气体以甲烷为主，其平均含量达到84.94%；非烃气体主要包含硫化氢和二氧化碳，含有少量氮气和其它气体。

2.3 地下水

地下水主要指与原油长期共存于岩层中的孔隙水和裂隙水。通常情况下，含油气地区的地下水中都含有悬浮固体，分散油和胶体等物质。通过对厚坝地区油砂岩内地下水取样试验结果可知：该地区油砂岩中地下水偏酸性，为极软水。水样阳离子以Na+和K+为主，两者含量超过88%；其次为NH4+，含量在7.9%左右；另含有少量的Ca2+、 Mg2+和Fe2+。水样阴离子中含量最大的为CO32-，占到所有阴离子含量的66%左右；其次是HCO3-，含量达到23.5%；另含有一定量的Cl2-、NO3-、SO42-以及少量的F-、NO2-和HPO42-。

3 隧道油砂岩弃渣对环境危害

3.1 大气危害

隧道开挖之后，油砂岩中处于游离状态的气体迅速进入大气中；同时，随着原油从油砂岩中不断渗流出来，原油中的溶解气也释放进入到大气环境中。天然气中的烃类气体（特别是非甲烷气体），其最大危害是造成二次污染，非甲烷烃与含油气地区大气环境中的另一种污染物NOx具有联合环境效应，光化学烟雾就是以这两种污染物为必要条件通过复杂的化学作用而形成的。

厚坝地区天然气中的非烃气体含量较少，但是由于其中含有硫化氢气体，形成的危害却很大。硫化氢是具有臭鸡蛋味的无色气体，吸入少量即可造成伤害甚至死亡。硫化氢气体浓度较低的时候很难察觉，浓度高时因很快引起嗅觉疲劳也不能察觉，因此施工过程中在无仪器设备检测的情况下很难准确判断硫化氢的存在。

3.2 水体污染

隧道施工过程中会产生大量的油砂岩弃渣，这些油砂岩弃渣的孔隙和裂隙中存在原油以及伴生的地下水。油砂岩弃渣堆放在自然环境中，其中的原油和地下水会对周围的水体产生污染。自然条件下，油砂岩弃渣中的原油和地下水会通过孔隙和裂隙不断流出，在雨水的作用下向周围流动，进入附近的水体，污染物进入水体之后会影响水体植物和水体动物。污染物会阻碍水体植物的光合作用以及正常的生理生化功能，一方面会减少水体植物产氧量，影响需氧水生动物的生存；另一方面还会停止或减缓水体植物的生长和繁殖，大大减少水体动物的食物供给量，严重影响水体动物的生长和繁殖，最终导致水体生态平衡的失调。另外，水体动物通过呼吸、取食、食物链传输等方式将污染物富集于体内，影响整个食物链。

3.3 土壤危害

原油进入土壤以后，会破坏土壤的结构，降低土壤的通透性，导致土壤的透水量和渗水量大大降低。随着油砂岩弃渣中的原油不断进入土壤，大量的高相对质量的有机化合物集聚在土壤中，由于@些化合物的水溶性很小，不容易随土壤中水体流动发生转移，会黏着在植物的根系上形成一种黏膜，严重影响根系的呼吸和吸收，导致根系的腐烂，不利于植物的生长和繁殖。原油的降解十分缓慢，其污染过的土壤较长时间内难以进行耕种或者形成植被，不利于土地的可持续利用。

4 结论及建议

4.1 结论

通过对厚坝地区油砂岩的调查和试验分析，得出该地区油砂岩弃渣中的污染源包括原油、天然气和地下水。油砂岩弃渣会对环境造成以下几个方面的危害：

1）非甲烷烃类气体通过联合环境效应形成光化学烟雾，非烃气体中的硫化氢会对动物和人体造成毒害作用；

2）污染水体，导致水体植物和水体动物生长和繁殖的停止或减缓，可使有害物质在水体动物内发生富集；

3）破坏土壤结构，严重影响植被根系，不利于植物的生长和繁殖。

4.2 建议

结合厚坝地区油砂岩的特征以及地区环境特点，提出以下几点建议：

1）施工过程中做好防护措施，避免油砂岩中的天然气对施工人员造成伤害；

2）运输过程中要防止油砂岩弃渣中的原油以及地下水在沿途散落；

3）避免油砂岩弃渣未经任何处理直接堆放在自然环境中；

4）油砂岩弃渣的堆放位置选择要合理，尽量不要选择雨水汇集的低洼处。

【参考文献】

[1]王梦恕.中国铁路、隧道与地下空间发展概况[J].隧道建设，2010，30（4）：351-364.

[2]洪开荣.我国隧道及地下工程近两年的发展与展望[J].隧道建设，2017，37（2）：123-134.

[3]单玄龙，罗洪浩，孙晓猛，等.四川盆地厚坝侏罗系大型油砂矿藏的成藏主控因素[J].吉林大学学报（地球科学版），2010，40（4）：897-904.

[4]罗茂，耿安松，廖泽文，等.四川盆地江油厚坝油砂有机地球化学特征与成因研究[J].地球化学，2011，40（3）：280-288.

[5]杨雪飞，王兴志，张哨楠，等.川西北厚坝地区油砂岩储层特征及成岩作用分析[J].岩性油气藏，2013，25（5）：59-64.

[6]李壮，单玄龙，罗洪浩，等.四川盆地厚坝侏罗系油砂矿藏储层岩石学特征[J]. 高校地质学报，2013，19（增）：575.

[7]杨长清，刘树根，曹波，等.龙门山造山带与川西前陆盆地耦合关系及其对油气成藏的控制[J].成都理工大学学报（自然科学版），2008，35（4）：471-476.