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(guān)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(qū)內(nèi)成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，礦產(chǎn)資源豐富，大中型礦產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)引起足夠的重視。因此，采礦時應(yīng)采取有效措施加以防護。

本文從盆地內(nèi)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(yīng)的建議及措施以供探討。

2.地質(zhì)概況

仁差地區(qū)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(gòu)造運動的影響.該地區(qū)現(xiàn)在為一火山斷陷盆地?；鹕交顒訌娜醯綇?，由爆炸一噴溢一噴發(fā)一浸出。巖層下部為含角礫凝灰?guī)r、流紋巖，中部為火山碎屑巖、熔結(jié)凝灰?guī)r，上部為火山碎屑巖。形成了噴發(fā)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(zhì)巖和燕山中期（γ2）花崗巖組成，分布在盆地的邊緣及其兩側(cè)。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(chǎn)狀平緩，為開闊的向斜盆地。仁差盆地內(nèi)斷層主要受新華夏系區(qū)域應(yīng)力影響，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，有礦區(qū)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(xiàn)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(qū)，是仁差盆地最主要的導礦構(gòu)造，而NNE成為最主要的控礦構(gòu)造[2]。

3.氣體成分

據(jù)該地區(qū)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(jié)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(tǒng)計結(jié)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(qū)共發(fā)現(xiàn)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(xù)或間歇性的呈線狀、帶狀或面狀出現(xiàn)（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(chǎn)生自噴。

根據(jù)氣泉涌氣量大小，結(jié)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(qū)三種。

強逸氣區(qū)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(xù)出現(xiàn)，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(qū)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(xù)性較好，個別鉆孔有明顯的逸氣現(xiàn)象。弱逸氣區(qū)的特征是：氣泉涌氣量小于O.O1L/s，氣體呈小氣泡不連續(xù)逸出，并難以測得涌氣量和氣水比資料。

根據(jù)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(qū)）。其中，神背礦段及其相鄰范圍的面積4.03km2，鷓鴣隆地區(qū)1.3lkm2，松溪橋0.54km2，合計5.88km2。從氣泉出露和氣藏區(qū)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(gòu)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(fā)間斷面、層間破碎帶和構(gòu)造裂隙、孔隙中，多沿構(gòu)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(guī)律的間歇性自噴。據(jù)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(gòu)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(tài)變化規(guī)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(fā)間斷面、層間破碎帶和構(gòu)造裂隙中，多以氣泉形式逸出地表。根據(jù)仁差盆地C02氣體同位素813C值測定結(jié)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(jù)該地區(qū)氣水混合物的實際，采用氣水比和礦坑涌水量預測結(jié)果，進行預測涌氣量。其預測的結(jié)果，可作為礦山開采設(shè)計的依據(jù)。

（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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wěn)定流）預測的礦坑涌水量（ m3/d）。

（2）預測結(jié)果

根據(jù)上述方法預測的礦坑涌氣量預測結(jié)果見表1。

7.結(jié)論

（1）該區(qū)為火山巖地區(qū)，區(qū)域深大斷裂發(fā)育，氣體分布區(qū)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(qū)巖層中的C02氣體存在于整個巖層中，對該地區(qū)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(chǎn)資源需針對防范氣體危害進行專門設(shè)計（圖2）。

（2）建議當?shù)亟⒌乇須怏w出露點的監(jiān)測工作，對氣體濃度、成分等進行定點監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測變化實際情況，及時采取有效的應(yīng)對措施，避免人員造成危害。

（3）編制完整的應(yīng)急預案。

參考文獻：

[1]劉延勇，盧映新，梁業(yè)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(gòu)造演化與鈾成礦構(gòu)造機制探討[J].中山大學學報（自然科學版），2017，56（04）：145-153.

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[5]廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊.廣東省平遠縣差干礦區(qū)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(yè)地質(zhì)局二九二大隊.差干279鈾礦床水、氣條件及對開發(fā)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(zhì)，1988（01）52-54.