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中段地質災害類型及分布

從地形上看,中段位於第二臺階東部的鄂爾多斯高原、黃土高原和山西境內,夾臨汾盆地,海拔400 ~ 1600 m,地形差異大,大部分地段溝壑縱橫,地形地貌條件復雜。屬於溫帶大陸性半幹旱季風氣候,自西向東降水增多,季節分布不均。生態環境相對脆弱。這壹段全是黃河流域,西部水系很少,東部有幾條壹級支流。區域構造位置遠離板塊作用帶邊界,除臨汾盆地和東西邊緣外,地殼穩定。西部人口稀少,東部人口密度較大,對地質環境有很強的幹擾和破壞作用。人類活動主要是開采固體礦產(主要是煤、鐵、鋁土礦、粘土等。),以及西部的過度放牧和過度打柴(挖)。水土流失很嚴重。

該段地質災害類型最多,主要有滑坡、崩塌、泥石流和洪水侵蝕、風蝕和沙埋、采空塌陷、黃土崩塌和潛蝕;局部地區還有地震液化、鹽漬土、瓦斯爆炸、煤層自燃等災害。下面分別討論。

壹.滑坡和崩塌

由於該段自然地理和地質環境條件的特殊性,滑坡和崩塌是最主要的地質災害,主要分布在黃土高原和山西山區。黃土高原,山脊起伏,溝壑發育,溝壑又深又陡。黃土深厚,垂直節理發育,濕陷性強。山西山區的呂梁山、太嶽山、太行山與汾河、沁河相間排列,河谷發育,地形起伏大。基巖裸露,多為薄層黃土覆蓋。因此,在強降雨和河流侵蝕等觸發因素的作用下,容易發生滑坡和崩塌,兩者往往相伴而生,是這兩種地質災害的易發區和危險區。

評估區發現滑坡116;山西段崩塌45處,陜西段6處52處,總長約46km,寧夏段8處,極為常見。

(1)滑坡

黃土高原絕大多數滑坡為土質滑坡,陜西83處,山西14處。滑坡的成因模式有兩種:壹種是沿黃土與下伏中生代基巖面或新近紀紅土的接觸面滑動,壹般分布在河流的沖刷岸或梁峁溝壑區(圖4-2(a)、(b)),規模大,滑動面深;另壹方面,在黃土高原和梁峁邊緣,由於坡度較陡,黃土沿坡垂直節理發育,雨水下滲時會導致潛流,引發滑坡(圖4-2(c))。這種滑坡壹般規模較小,屬於淺層滑坡。陜西段沿下伏基巖面滑動的滑坡較多,且多為大中型滑坡。對管道影響較大的滑坡有棗樹坪滑坡(DD 143-DD 144)、王家園滑坡群(DD 279-DD 281)、梁家渠滑坡(DD 288-DD 289)和韓石水庫滑坡(de 003-de 005)。

圖4-2滑坡形成模式

山西山區共有滑坡19處,其中基巖滑坡8處,土質滑坡11處。基巖滑坡發生在石炭系和二疊系灰巖與砂質泥巖(頁巖)的互層中,包括順層滑坡和剪切滑坡。密集分布在陽城縣城北、城東20公裏路段(EH 035-EH 114)。滑坡的原因與降雨、河流沖刷和人工切路等有關。穩定性差的有4處,其中1距離管道僅20m(20m(eg 026)附近),影響較大。土質滑坡的原因與黃土高原相似。對輸氣管道影響較大的滑坡有三處,分別是好漁村西滑坡(EH086附近)、杜老坳滑坡(EF022)和老壇窯滑坡(EF054)。

(2)崩潰

黃土高原的崩塌主要是黃土的崩塌,而山西山區則是基巖的崩塌。鄂爾多斯高原(寧夏)也有幾處塌岸。

黃土高原的崩塌壹般分布在各河流分水嶺的跨梁線上,地貌以黃土梁為主。由於來自溝源的侵蝕和溝底的強烈侵蝕,高陡邊坡隨處可見。黃土垂直節理發育,高陡邊坡路肩前緣土體似懸臂梁板,底部在彎矩作用下突然斷裂坍塌(圖4-3(a))。還有壹種情況是基巖出露在壹個又深又窄的山谷裏。在河流側向侵蝕和風化侵蝕的作用下,下部的泥巖形成凹陷,上部的堅硬砂巖懸浮,產生張裂縫,危巖體最終崩塌(圖4-3(b))。清澗河谷中三疊統胡家村組(T2h)和大理河谷下白堊統洛河組(K1l)是常見的崩塌機制。此外,河流中上遊岸坡多由黃土或階地堆積物組成,在曲流強烈的河段普遍存在岸坡沖刷和塌岸現象。崩塌規模壹般較小,但數量較多,對公路、管道工程危害較大。

圖4-3坍塌地層示意圖

山西山區發現的34處崩塌均分布在基巖區,地層巖性為:上奧陶統尚家溝組(O2s)厚6層灰巖,中石炭統本溪組(C2b)厚2層灰巖,上石炭統太原組(C3t)和山西組(C3s)厚4層砂巖和灰巖,下二疊統下石盒子組(P1x)厚5層砂巖和泥巖。集中在陽城縣北部和東部。崩塌壹般分布在坡度大於40°,高度大於10m的陡坡上。巖體陡傾構造節理發育,坡緣形成張性裂隙,並逐漸擴展,在暴雨、爆破等觸發因素作用下發生坍塌。塌陷規模也小,壹般幾十到幾百立方米。最大的是晉城市下河村崩塌體(EJ001附近),為2.25×104m3。影響燃氣管道的地方有20處,有的直接被管道穿越,有的距離管道只有幾米到十幾米,且目前處於不穩定狀態,危巖聳立,應引起註意。

二。泥石流和洪水侵蝕

泥石流和洪水侵蝕是本段輸氣管道沿線另壹種較發育的地質災害。

據調查,寧夏共有泥石流溝20條,主要分布在陜西省鹽池縣下河沿至古城子和東紅井子至定邊縣紅柳溝鄉兩個地段。前段主要為稀疏泥石流類型。泥石流溝均發源於南部基巖山區,溝長,流域面積大。離開山區後進入並深入山前沖洪積傾斜平原,在傾斜平原口形成小型堆積扇,大部分物質沖入黃河。泥石流的固體物質主要來自傾斜的平原,主要是礫石和泥沙。該地區是寧夏段沿線的嚴重泥石流區。古城子至紅井子有5條稀疏的泥石流溝。輸氣管道壹般布置在堆積區,並垂直於溝道。後段為泥流型,上紅柳溝南側為白堊系砂巖組成的基巖丘陵,侵蝕嚴重。山前堆積的淤泥厚50m,樹枝狀沖溝極為發育,侵蝕深度達15 ~ 45m。由於寧夏段管道人煙稀少,目前尚無泥石流造成人員生命財產損失的報告。

陜西省泥石流分布在靖邊縣馬路壕東南黃土高原。是當地常見的地質災害。常發生在每年7-9月的雨季,常由強降雨引發。它是突然的,迅速的,災難性的。顯然,這對擬建的輸氣管道是有害的。由於黃土高原溝壑縱橫,溝壑又深又陡,溝蝕異常強烈。松散的土壤結構、崩塌和滑坡的發育都為泥石流提供了動能優勢和豐富的固體物質來源。受強降雨刺激,對泥石流的形成非常有利。根據泥石流所含固體物質的顆粒級配特征,常以泥流的形式出現,分為稀性、粘性和可塑性,前兩種概率較大。暴雨時山谷中常出現含沙量大於600 ~ 900 kg/m3的山洪,從密布的沖溝和支溝流向主溝和河流,形成強大的泥石流,潰壩、淤塞水庫、分割壩地,危害嚴重。

山西泥石流也很發育,評價區內有15泥石流溝。按物源組成可分為泥流、水巖流和泥石渣流。泥石流主要分布在黃土高原西部,其特征與陜西段相似。水巖流主要分布在沁水縣和浮山縣交界處。當地是林場,水土流失較弱。其來源主要是河谷兩側的基巖崩塌堆積。泥石流溝的流域面積較小。泥巖渣流集中在沁水、陽城兩縣礦區,固體物質為堆積在山谷中的煤矸石、鐵礦渣,壹般排水面積較小。據調查,泥石流已經造成了壹些災害。7條輸氣管道與泥石流溝相交,應引起註意。

第三,風蝕和沙埋

寧夏和陜西西部的管道段正好處於毛烏素沙漠和黃土高原的過渡帶,生態環境脆弱,植被稀少。此外,幾十年來,由於濫采甘草、過度放牧和不當開發礦業,土地荒漠化非常嚴重並加劇。所以風蝕沙埋也是壹種需要註意的地質災害。

該段沙丘主要為固定和半固定的草沙丘。寧夏段的沙丘主要分布在中寧縣雙井子至鹽池縣大水坑之間的丘間窪地,呈星狀散布在管道兩側。部分管道直接穿過,壹般土丘高度在1.5m以下由於風蝕,很多沙丘呈半丘狀。山丘用沙子鋪成,沙丘的密度在30%左右。

陜西的沙丘從定邊縣紅柳溝鎮壹直分布到靖邊縣李家良,在長城以北地區幾乎連續不斷地分布。定邊縣的何權、張坊灣、洋盆等地有多處流動沙丘,高度3 ~ 10m,沙丘以東南向為主,平均移動速度4 ~ 6m/a..在靖邊縣附近,黃土被沙丘掩埋,甚至在田埂和坡地上還有又細又低的月牙形沙丘,高3 ~ 5 m,風蝕嚴重。輸氣管道基本敷設在沙丘以南3 ~ 8公裏的平坦沙地上,受風蝕和沙埋影響較小。只有靖邊北側壹條20公裏長的管道鋪設在沙丘上,必須采取必要的防護措施,避免風蝕。

四、采空區塌陷

固體礦產資源地下開采形成的采空區,在壹定的地質構造條件下,采空區上覆巖層在自重和圍巖應力的作用下,會導致頂板冒落和頂底板閉合,引起上覆巖層變形破壞,進而引起地面開裂下沈。壹般煤礦的地面下沈是漸進式的,而壹些圍巖堅硬的金屬礦往往是突發性的。煤礦等層狀礦產采空區地面塌陷的機理是地下開采壹般采用柱狀采空區的空間結構(圖4-4)。如果某些柱子的實際強度低於設計承載力,或者在長期承載過程中由於風化、地震等影響導致承載力降低,這些柱子會首先被破壞,它們所承受的荷載會轉移到相鄰的柱子上,也會導致它們相繼被破壞。漸進破壞將導致整個支柱系統的破壞。礦柱破壞的形式是采空區頂板冒落。頂板冒落引起上覆巖層變形破壞,自下而上可分為冒落區(ⅰ)、破碎區(ⅱ)和彎曲區(ⅲ)(圖4-5)。由於采空區面積、開采厚度、煤層埋深不同,上述三帶不壹定同時存在。當開采厚度較大,煤層埋深較小時,冒落帶可直達地表,形成塌陷坑。煤層開采到地表沈陷需要壹定的時間,受多種因素影響。地表沈陷凹陷的面積壹般大於采空區。

該段固體礦產資源豐富,主要是煤礦,還有鐵礦、鋁土礦和粘土礦。

煤礦主要分布在山西省,分布廣,儲量大。含煤地層主要是上石炭統太原組和山西組。太原組含煤5 ~ 8層,山西組含煤4層;部分煤層厚7 ~ 8m,穩定。現在大量開采,全部采用地下開采方式。據調查,評價區內共有大小煤礦159座,其中有25座礦井的瓦斯管道直接從采空區上方通過或靠近管道,總長37km。特別是沁水煤田礦山密集,開采歷史悠久,開采方式落後。正在開采和閉坑的礦井遍布地下采空區,其分布多無記載。河東煤田,臨汾以西,也是堯都區和蒲縣煤礦密集分布,遍布地下采空區,在輸氣管道兩側相互連通。陜西省的煤礦集中在管道通過段的子長和永平地區。含煤地層為上三疊統瓦窯堡組,含煤地層7 ~ 15,單層最大厚度約3m,層位穩定。采礦有著悠久的歷史。目前,子長礦區有45個小煤礦,永平礦區有5個小煤礦。開采方式原始落後,無序開采現象嚴重。大部分采空區都沒有記錄。直接通過采空區頂部或附近的輸氣管道總長約5km。下河巖煤礦位於寧夏西部的中衛縣,含煤地層為上石炭統太原組和Topo組,目前有4 ~ 8個可采煤層。煤層分布在輸氣管道的南部,對管道無影響。

圖4-4采空區礦柱系統示意圖

圖4-5采空區冒落引起的上覆巖層變形和錯動分區

鐵礦石也主要分布在山西。礦體賦存於石炭系底部,屬風化殘積巢狀礦體。儲量小且不穩定,但開采歷史悠久。目前大部分是村莊和個人開采。根據調查,評估區內共有53個鐵礦。因為坑的深度,很容易造成地面塌陷;但由於規模較小,對輸氣管道影響不大。

此外,豫西北太行山區還有鋁土礦和粘土礦。輸氣管道經過的路段已發現60多個礦井,均為私挖小礦,開采深度較淺,地面塌陷嚴重。雖然目前已經停止開采,但給管道的建設和運行帶來了潛在的危險。

從以上分析可以看出,煤礦采空塌陷會對燃氣管道造成嚴重危害。根據地面調查,最嚴重的采空區在山西省浮山縣和陽城縣,浮山縣後角煤礦和陽城縣白山煤礦有三個塌陷坑,總塌陷面積36×104m2,最大埋深6m,已造成3024畝農田和2580間房屋被毀,迫使壹所學校搬遷,造成嚴重的經濟損失。煤氣管道正好穿過塌陷坑。采空區塌陷也導致地裂縫。在蒲縣-臨汾段、浮山後角煤礦、陽城和澤州發現了采礦地裂縫。已造成1995間房屋開裂,1300畝耕地荒蕪,約200戶居民搬遷。

該段煤礦區還存在瓦斯爆炸和自燃災害。1995陜西省子長縣道源煤礦發生瓦斯爆炸事故,造成12人死亡;紅石峁溝口老煤窯和南家嘴煤礦也發生過瓦斯爆炸事故。都靠近煤氣管道。寧夏下河巖煤礦歷史上有煤層自燃的記載,十幾年前就有自燃跡象。山西沁水煤田南端,陽城、澤州段為高瓦斯煤礦,發生過多次瓦斯爆炸事故,澤州段利川地區也有煤層自燃。

采空區塌陷會導致嚴重後果,甚至致命危害,應引起高度重視。由於許多地區老煤礦較多,目前鄉鎮企業和私營企業開辦的小煤礦無序開采,難以查清采空區的空間分布範圍。雖然在重點地區進行了淺層地震勘探,初步查明了壹些采空區,但仍不能滿足工程設計的要求。未來應分布在陜西段子長煤礦焦家溝-王家灣段(DD 184-DD 277)、山西段蒲縣-臨汾煤礦(EC 119-ED 073)、福山後角煤礦區(EF 043-EF 056)、澤州煤礦。

五、黃土崩塌和潛在的侵蝕災害

黃土的濕陷性和潛流經常同時發生,通常是突發性的,對建築物和人民生命財產造成危害。它是黃土狀土分布區的壹種特殊地質災害。

(壹)黃土的濕陷性

該段位於黃土高原東部邊緣及山西山區,地面廣泛分布以更新統(Q3)風成黃土為主的黃土狀土,其中Q3、Q4黃土為濕陷性黃土,大部分屬於自重濕陷類型。據統計,輸氣管道穿越黃土連續分布段,陜西境內長185km,山西境內長71km(從陜西靖邊馬路壕至山西臨汾盆地西部)。分布厚度大,主要在梁茂溝地形,濕陷性最強。臨汾盆地以東,浮山段較強,向東逐漸減弱。沿線黃土的濕陷性因其形成時代、成因、結構和地形位置而異。總的來說,Q3風成黃土的濕陷性最強,屬於中-強濕陷性;Q4坡積-沖積黃土狀土,弱濕陷,屬中等濕陷性;而Q2黃土具有輕微的濕陷性-無濕陷性。表4-1列出了陜西和山西段的黃土濕陷性指標。

表4-1黃土濕陷指數

關於黃土濕陷性的形成機理有多種解釋,其中加筋的粘聚力降低或消失的假說更有說服力。黃土濕陷是壹個復雜的物理化學過程,是黃土固有的特殊成分和結構與外界誘發條件共同作用的結果。濕陷性黃土含有壹定量的碳酸鹽膠結物和大孔結構特征是濕陷的內因,而浸水和加壓是外因。黃土浸水壓縮時,水膜的楔入和水的溶解降低甚至消失了鹽晶膠結產生的加筋凝聚力,使土顆粒分散。多孔、受壓和密實的土壤下沈,結構被破壞。

黃土崩塌造成的災害是多方面的,包括大規模的地表不均勻沈降、地裂縫以及滑坡和崩塌。因此,它可能對氣體管道有害。

(2)黃土潛流

黃土潛蝕的分布區域與濕陷性黃土基本相同,多見於Q3、Q4黃土,形成天坑、落水洞、盲溝、漏鬥、豎井、天然橋梁等“黃土巖溶”現象。地下侵蝕的發展受地形、地層和降雨的控制。由於降雨的積累和滲透,在河谷階地、堤壩、土地等平緩地形上可形成直徑幾米至十幾米、深約1m的碟形天坑。根據陜西段的調查資料,輸氣管道沿線的地下侵蝕與地形和黃土地層的關系見表4-2。

表4-2隱蔽侵蝕匯與地形和黃土地層關系統計表

由於潛蝕的形成與黃土的濕陷性密切相關,其作用過程是隱蔽的,所以往往存在隱蔽溝。壹旦突然坍塌,會給燃氣管道的安全帶來嚴重後果。

六、其他地質災害

地震液化

分布於寧夏黃河沖積平原和山西臨汾盆地。這兩段都是地震烈度ⅷ-ⅸ度的強震區,歷史上發生過多次7 ~ 8級地震,是輸氣管道經過的地震危險區。

寧夏段地震液化分布在中衛縣黃河沖積平原壹級階地,巖性為Q4粉土、粉砂、細砂,埋深1.5 ~ 5.3m,地下水位埋深0.8 ~ 3.0m..根據現場標準貫入試驗,CA123-CA136、CA164-CA170液化等級為輕微,CA144-CA164液化等級為中等。

山西臨汾盆地地震液化分布在汾河河漫灘和壹級階地,巖性為Q4中細砂和粉砂。夾粉土、粉質粘土,地下水位埋深0.7 ~ 2.6m..根據現場標準貫入試驗,管道ED 089-ED 103在ⅶ度地震力條件下液化等級為中到重度。歷史上曾有該地區地震時噴砂、突水等砂土液化現象的描述。顯然,輸氣管道的安全將受到嚴重影響。

(二)鹽漬土腐蝕和鹽脹災害

分布在寧夏和陜西部分。發現寧夏有三個鹽漬土區。其中中衛縣黃河沖積平原,碳酸鹽(堿性)鹽漬土和硫酸鹽鹽漬土交替分布,管道長度約42km,危險性較小。中寧縣古城子溪的沼澤地是硫酸鹽漬土,長約0.75km,危險性中等。鹽池縣兩處鹽堿地窪地為硫酸鹽漬土,長約3.5km,比較危險。陜西段鹽漬土主要分布在定邊縣安邊鎮曲院子-四十裏鋪(DA056—DA076)和靖邊縣小灘澤,累計管道長度約21km。鹽漬土的可溶性鹽含量壹般為0.34% ~ 1.73%,為硫酸鹽。據判斷,曲院子-四十裏鋪主要為中度鹽漬土。

(3)地面沈降

輸氣管道臨汾段(ED 089-ED 103)穿越地面沈降區,沈降中心位於臨汾西部汾河河谷。累計最大沈降量為240 mm,該地區地面沈降是由超采中深層地下水引起的。自20世紀70年代中期以來,地下水開采強度逐漸增加。由於過度開采,地下水位持續急劇下降。至1986,已形成面積50km2以上的橢圓形下降漏鬥,中心水位較1978下降30m,年降幅近4m。1986後,水位仍以平均3 m/a的速度下降,目前降落漏鬥中心最大降落深度已達80 m,在目前地面沈降條件下,不會對燃氣管道造成危害。

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