浅论仁差盆地某矿床气体特征及对矿床开采的影响

刘小永

摘要：仁差盆地某矿床CO。等氣体的赋存部位与含水层、含矿层高度一致，而且相对隔水层中的含量更多，由于窒息性气体及有毒气体比重较大，严重威胁矿山开采工作人员的人身安全。本文从CO：等气体的成分、分布特征及控制因素、气体来源及矿坑涌气量等方面进行研究，并提出了在矿床开采过程中具体防治措施。

关键词：火山岩;涌气量;仁差盆地

1.引言

仁差盆地位于广东省东北部梅州市平远县，为白垩系火山岩盆地，区内成矿地质条件优越，矿产资源丰富，大中型矿产有稀土、铀、金、银等。

矿床C02气体的赋存部位与含水层、含矿层高度一致，由于窒息性气体及有毒气体比重较大，易在低洼处汇集，当含量达到一定程度，会对人体及牲畜产生严重的危害。窒息性C02的存在，严重威胁矿山开采工作人员的人身安全，对矿坑气体的防治应引起足够的重视。因此，采矿时应采取有效措施加以防护。

本文从盆地内某矿床中含矿层存在的气体类型及分布特征人手，对后期矿床开采过程中存在的问题进行研究，并提出了相应的建议及措施以供探讨。

2.地质概况

仁差地区的火山作用始于晚侏罗世，在晚侏罗世晚期到达高峰，由于后期构造运动的影响.该地区现在为一火山断陷盆地。火山活动从弱到强，由爆炸一喷溢一喷发一浸出。岩层下部为含角砾凝灰岩、流纹岩，中部为火山碎屑岩、熔结凝灰岩，上部为火山碎屑岩。形成了喷发频繁、时间长、强度大、间歇多、厚度较大的酸性火山岩系[1]。

盆地基底由寒武、泥盆一石炭系浅变质岩和燕山中期（γ2）花岗岩组成，分布在盆地的边缘及其两侧。盖层主要由晚白垩系火山岩组成，其次为古近系沉积岩，地层产状平缓，为开阔的向斜盆地。仁差盆地内断层主要受新华夏系区域应力影响，区内断裂构造发育，有矿区东部NNE向的鹿子坑断裂、北部EW向的神背断裂和成等间距在盆地出现的NNW向辉绿岩脉，其中NNE向断层和NWW或EW断层交汇部位形成的拉张区，是仁差盆地最主要的导矿构造，而NNE成为最主要的控矿构造[2]。

3.气体成分

据该地区不同时期、不同位置、相同方法（排水取气法）所采集的86个样品分析结果，气体主要由C02、N2、02、C0、CnHm（不饱和碳氢化合物）组成，个别全分析样还有H2、He、Ar等组分。全部样品统计结果：C02含量占80.037%、N2占13.55%、02占4.O9%、CnHm占0.266%，其余气体占2.057%[5]。

4.气体特征及其控制因素

（1）气体平面分布特征及其控制因素

差干地区共发现气泉（泉群）40处，广泛分布在鹧鸪隆断裂带及各河流中。气体以小气泡的形式连续或间歇性的呈线状、带状或面状出现（照片1、照片2、照片3、照片4）。当被钻孔揭露后，常以间歇性喷气、喷水形式逸出。有的钻孔抽水时产生自喷。

根据气泉涌气量大小，结合钻孔逸气、喷水、喷气资料，将气体分布划分成强烈、中等和弱逸气区三种。

强逸气区分布于鹧鸪隆断裂、笙竹坝ZKI号孔范围，神背断裂及土窝里地段，其特征是：气泉中的气泡连续出现，涌气量大于1L/s，最大达8.19L/s（59号气泉）。钻孔抽水时涌气量一般1.227L/s-1.327L/s，最大10.972l/s。气水比一般0.71-5.20.最大7.18。

中等逸气区分布于罗车一带、下举河和土窝里东部河床中。其特征为：气泉涌水量O.O1L/s-1L/s，气泡逸出的连续性较好，个别钻孔有明显的逸气现象。弱逸气区的特征是：气泉涌气量小于O.O1L/s，气体呈小气泡不连续逸出，并难以测得涌气量和气水比资料。

根据气泉出露、钻孔喷气喷水和逸气情况，综合圈定了三块气体分布范围（气藏区）。其中，神背矿段及其相邻范围的面积4.03km2，鹧鸪隆地区1.3lkm2，松溪桥0.54km2，合计5.88km2。从气泉出露和气藏区分布特征，可以确定来自深部的C02，严格受鹧鸪隆断裂、鹿子坑断裂、中基性岩脉、神背断裂和其他拉张裂隙所控制。构造既是良好的储气空间，又是气体运移的通道。

仁差盆地富含的C02气主要是以气水混合物的形式赋存在不整合面、喷发间断面、层间破碎带和构造裂隙、孔隙中，多沿构造裂隙、孔隙在低洼处以气泉形式逸出地表。埋藏在深部的C02气一旦被钻孔揭穿可以不同的形式喷到地表，如ZK-1可以高达27.67m的气水混合物可以长期自喷;ZK-262、ZK-118等呈有规律的间歇性自喷。据钻孔抽水试验和定深取样测定，气体成分中75%-90%为C02气体，气比水多，绿色火山碎屑岩中的气水比最高可达8.5，气流量和气水比随埋深增加而增大。压缩性大、渗透性强的C02气可沿破碎带和构造裂隙在各岩层中运移，虽然在空间分布上各有差异，但是互通一体，均来自于深部[4]。

（2）气体垂直分布特征及其动态变化规律

本矿床含大量气体，气体以气水混合物的形式广泛分布于各岩层中，在垂直剖面上，其气流量、气水比和C02随深度递增，而02则递减，CO、不饱和碳氢化合物（CnHm）.随深度变化不大，N2则在第Ⅱ含水层中最高。

从定深取样结果发现，白垩系（ K23b）绿色火山碎屑岩中气体含量最多（见图1），其原因是：绿色火山碎屑岩的粘土矿物多，孔隙度大，加上来自深部具有一定压力的C02气体穿透能力强，无孔不入。

5.气体来源

仁差盆地富含的C02气体主要是以气水混合物的形式赋存在不整合面、喷发间断面、层间破碎带和构造裂隙中，多以气泉形式逸出地表。根据仁差盆地C02气体同位素813C值测定结果显示，幔源岩浆去气作用和火山喷溢形成的残留气体是C02气体的主要来源[3]。

6.矿坑涌气量预测

根据该地区气水混合物的实际，采用气水比和矿坑涌水量预测结果，进行预测涌气量。其预测的结果，可作为矿山开采设计的依据。

（1）方法及计算公式：

第一种方法：利用抽水孔分层抽水的气水比数据计算。

Q气=ζ抽·Q水 第二种方法：利用钻孔定深取样测定的气水比数据计算。

Q气=ζ定·O水 第三种方法：利用抽水孔分层的气水比和钻孔定深取样测定的气水比数据的混合平均值计算。

Q气=ζ混·O水

式中：Q气：矿坑涌气量（ m3/d）;ζ抽：钻孔分层抽水的气水比;ζ定：钻孔定深取样测定的气水比;ζ混：抽水的气水比和定深的气水比混合平均值;Q气：大井法（稳定流）预测的矿坑涌水量（ m3/d）。

（2）预测结果

根据上述方法预测的矿坑涌气量预测结果见表1。

7.结论

（1）该区为火山岩地区，区域深大断裂发育，气体分布区主要受深大断裂的影响。

（2）气体成分以窒息性C02气体为主（占80%以上），N2第二、O2第三，还含有少量瓦斯（烷类气体）及有害气体CO。

（3）C02气体主要来自幔源，02和N2来自大气。

（4）矿床中的气体在对矿床开采工作人员身体易造成严重的威胁，需采取合适有效的方案进行防范。

8.对策措施

差干地区岩层中的C02气体存在于整个岩层中，对该地区人类和动植物具有一定的危害，为此，提出如下对策措施建议。

（I）C02气体主要来自幔源，02和N2来自大气，随着深度增大，C02含量逐步增加，02和N2减少。开采矿产资源需针对防范气体危害进行专门设计（图2）。

（2）建议当地建立地表气体出露点的监测工作，对气体浓度、成分等进行定点监测，根据监测变化实际情况，及时采取有效的应对措施，避免人员造成危害。

（3）编制完整的应急预案。

参考文献：

[1]刘延勇，卢映新，梁业武，彭卓倫，等.粤东北仁差盆地火山岩基本特征[J]桂林工学院学报，2007，27（02）：159-164.

[2]娄峰，于玉帅，郑义，蓝恒春，朱晓琼，等.粤东北仁差盆地构造演化与铀成矿构造机制探讨[J].中山大学学报（自然科学版），2017，56（04）：145-153.

[3]薛丽双.广东省仁差盆地二氧化碳来源和成因探讨[J].地球，2015，3（02）：110、85.

[4]邹观石.广东省平远县仁差盆地CO2气与铀多金属成矿关系探讨[J].西部资源，2017（03）：46-48.

[5]广东省核工业地质局二九二大队.广东省平远县差干矿区神背矿段钼多金属矿阶段性勘查报告[R].2015.

[6]广东省核工业地质局二九二大队.差干279铀矿床水、气条件及对开发影响的研究报告[R].2015.

[7]杨更生.察尔汗盐湖中的气体对矿床及沉积岩特征若干影响初探[J]化工地质，1988（01）52-54.