塔輸輪南—鄯善輸油（氣）管道工程地質(zhì)災害發(fā)育特征及危險性評估

梁世川，喬華，賀強，呂東，黃詩宇

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，新疆 烏魯木齊 830000）

長輸油氣管道是典型線性工程，其特點決定了輸油氣管線將受到沿線不同地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件的影響。輸油氣管道安全管理實施過程中，由地質(zhì)災害引起的管道安全隱患的識別與控制不容忽視[1]。

隨著輸油氣管道的大量建設和投產(chǎn)運營，為確保國家能源安全，地質(zhì)災害對管道的危害引起人類廣泛關注。朱思同對管道建設中地質(zhì)災害及工程對策進行試論[2]；趙忠剛等結(jié)合工程案例較全面地對長輸管道地質(zhì)災害類型、防控措施及預測方法進行定性分類論述[1]；馬文清以克拉瑪依—烏魯木齊線及克拉瑪依—烏魯木齊復線成品油管道工程為例[3]，對工程地質(zhì)災害危險性進行了評估。研究表明，地質(zhì)災害對管道安全的影響是多方面的，為確保管道安全運行，系統(tǒng)全面地研究管道沿線地質(zhì)災害的發(fā)育類型、分布特征、發(fā)展演化過程和階段及作用因素、變形破壞行為等，進行地質(zhì)災害危險性評估，提出具針對性的地質(zhì)災害防治及管道防護措施，對輸油氣管道安全保護起突出意義，并為管道安全管理提供科學的決策[1-2]。

塔輸輪南—鄯善輸油（氣）管道工程包括輪南—庫爾勒輸油老線（LKL）、輪南—庫爾勒輸油復線（LKF）、輪南—庫爾勒輸氣管線（LKQ）、庫爾勒—鄯善輸油管線（KS）4 條線路，擔負著塔里木油田原油和天然氣的外運任務。管道總長920 km，年輸油能力500×104t，輸氣能力2×108m3[4]。管道工程整體呈SW向分布，沿途穿越或鄰近地貌單元包括：構(gòu)造-侵蝕低中山地貌、丘陵地貌、侵蝕-堆積河漫灘及河谷階地地貌、堆積沖積-沖洪積平原地貌、沙漠地貌。其地形地貌、地質(zhì)條件較復雜，局部人類工程活動較強烈。本文以塔輸輪南—鄯善輸油（氣）管道工程為研究對象，以地質(zhì)災害調(diào)研資料為基礎，分析管道工程沿線地質(zhì)災害形成地質(zhì)環(huán)境背景及地質(zhì)災害發(fā)育分布特征。在現(xiàn)狀評估與預測評估基礎上，進行地質(zhì)災害危險性綜合評估，提出防治措施與建議，為管道安全運行管理提供科學決策依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境背景

1.1 地形地貌

塔輸輪南—鄯善輸油（氣）管道工程沿途穿越或鄰近地貌單元包括：構(gòu)造-侵蝕低中山地貌、丘陵地貌、侵蝕-堆積河漫灘及河谷階地地貌、堆積沖積-沖洪積平原地貌。沿線海撥高程最高1 560.2 m，最低-99.3 m，落差約1 660 m[4]。構(gòu)造-侵蝕低中山分布于庫爾勒市北部庫魯克塔格山（LKQ158—LKQ175、KS000—KS014 段北部）、庫爾勒市東部阿克塔格山（KS014—KS025、LKQ175—LKQ183）、焉耆盆地東部喀拉克孜勒塔格山榆樹溝段（KS184—KS197）；丘陵分布于庫米什-底坎爾覺羅塔格山區(qū)（KS235—KS375）及吐魯番盆地火焰山東段（KS412—KS438 段北部）；侵蝕-堆積河漫灘及河谷階地分布于庫爾勒—鄯善輸油管線穿越孔雀河（KS025—KS029）和開都河河谷（KS059—KS063）段；堆積沖積-沖洪積平原分布于輪南—庫爾勒西段（輪南—庫爾勒輸油老線、復線全線、輪南—庫爾勒輸氣管線LKQ000—LKQ175、LKQ183—庫爾勒石化廠，及庫爾勒—鄯善輸油管線KS000—KS014）、焉耆盆地西南—盆地北部山前地帶（KS029—KS059、KS063—KS184）、庫米什洼地段（KS197—KS235）、吐魯番盆地覺羅塔格山北部山前—鄯善段（KS375—鄯善末站）；沙漠分布在鄯善縣南部庫姆塔格沙漠（KS401—KS439段東側(cè)）。

1.2 地層巖性

1.2.1 地層

塔輸輪南—鄯善輸油（氣）管道工程沿途分布包括元古界愛爾基斯群、古生界泥盆系、石炭系、二疊系、中生界侏羅系、新生界古近系、新近系、第四系。

愛爾基斯群分布于庫爾勒—鄯善輸油管線鐵門關一帶（KS017—KS025），主要由片麻巖組成，夾白云質(zhì)大理巖和白云巖；中泥盆統(tǒng)分布于庫爾勒—鄯善輸油管線穿越喀拉克孜勒塔格山榆樹溝段（KS189—KS197）和翻越覺羅塔格山區(qū)段（KS241—KS265），巖性為結(jié)晶片巖、硅質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r；下石炭統(tǒng)分布于庫爾勒—鄯善輸油管線穿越吐魯番盆地南側(cè)覺羅塔格山段（K315—KS364 段），巖性為黃褐色砂巖與粉砂巖，夾黃褐色硅質(zhì)灰?guī)r及礫巖；中石炭統(tǒng)分布于庫爾勒—鄯善輸油管線穿越吐魯番盆地南側(cè)覺羅塔格山段（KS278—KS294 和KS335—KS378 段），巖性為黃褐色砂巖與粉砂巖組成，夾黃褐色硅質(zhì)灰?guī)r及礫巖；二疊系分布于庫爾勒—鄯善輸油管線穿越覺羅塔格山起始段（KS242—KS265和KS298—KS320）,主要為淺海-濱海相沉積，由灰綠色礫巖和砂巖組成，夾灰色灰?guī)r；侏羅系分布于庫爾勒—鄯善輸油管線穿越火焰山南坡一帶（KS416—KS433 段北側(cè)），巖性為雜色砂巖、泥巖、粉砂巖、礫巖；古近系上統(tǒng)—新近系下統(tǒng)分布于庫爾勒—鄯善輸油管線穿越塔什店以北（KS029—KS039 段西側(cè)）及輪南—庫爾勒輸氣管線經(jīng)過的庫爾勒東部一帶（LKQ173—LKQ185 段），巖性為黃白色粘土質(zhì)粉砂巖，偶夾細礫巖；第四系上更新統(tǒng)洪積層分布于輪南—庫爾勒西段庫魯克塔格山麓一系列洪積扇組成的山前傾斜平原，沿輪南—庫爾勒輸油老線、復線及氣線全線廣泛分布，巖性為單一巨厚的砂卵礫石層；上更新統(tǒng)沖洪積層分布于庫爾勒—鄯善輸油管線經(jīng)過的火焰山南麓一帶（KS408—KS433 段），巖性為棕黃、黃褐、灰色砂礫石；上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)洪積層分布于庫爾勒市北部山前地帶（LKQ160—LKQ174 段南側(cè)）及焉耆盆地內(nèi)和靜以北山前地帶（KS093—KS184 段）及庫米什鎮(zhèn)覺羅塔格山麓地帶（KS197—KS234 段），為灰色礫石和黃褐色亞沙土；湖積層分布于庫爾勒—鄯善輸油管線經(jīng)過的焉耆盆地博湖西北部（KS025—KS093），巖性為灰黃青、灰色厚層亞砂土、亞粘土；全新統(tǒng)沖洪積層分布于庫爾勒—鄯善輸油管線經(jīng)過的吐魯番盆地南部邊緣沖洪積扇的前緣至盆地中部（KS378—KS407）及鄯善縣城北部山前（KS439—KS473），巖性為黃褐、棕黃及淺黃色亞砂土、亞粘土。

1.2.2 侵入巖

侵入巖包括加里東期侵入巖、華力西期侵入巖。加里東期侵入巖分布于庫爾勒—鄯善輸油管線途徑的庫米什鎮(zhèn)東北部覺羅塔格山低山區(qū)（KS256—KS278 段和KS265 北西部），巖性為灰綠色變質(zhì)閃長巖體；華力西期侵入巖分布于庫爾勒—鄯善輸油管線途徑的庫爾勒市北部庫魯克塔格山（KS000—KS012段北部）、焉耆盆地東部喀拉克孜勒塔格山榆樹溝段（KS184—KS189）及庫米什鎮(zhèn)北東部覺羅塔格山低山區(qū)（KS235—KS241、KS266—KS271、KS220北部），巖性為淡紅色二云母花崗巖及灰白、淡紅色眼球片麻狀黑云母花崗巖或粗粒斑狀花崗巖。

1.2.3 地質(zhì)構(gòu)造

線路橫跨哈薩克斯坦-準噶爾板塊、塔里木板塊兩個一級構(gòu)造單元，準噶爾-吐魯番-哈密古陸、準噶爾南緣陸緣構(gòu)造帶、伊賽克-伊犁古陸、塔里木北緣陸緣構(gòu)造帶、塔里木古陸5 個二級構(gòu)造單元，吐魯番-哈密地塊、覺羅塔格裂陷槽、博羅霍洛早古生代島弧、木扎爾特-紅柳河板塊縫合構(gòu)造帶、哈爾克-薩哈爾明早古生代邊緣海盆、庫魯克塔格地塊、塔里木地塊7 個三級構(gòu)造單元?；顒訁^(qū)斷裂較發(fā)育，以NWW向最發(fā)育，NS向斷裂次之。自西向東，管線沿途經(jīng)過的活動斷裂主要有興地活動斷裂、霍拉山前活動斷裂、包爾圖-黑尖山活動斷裂及吐魯番盆地中央活動斷裂。

2 地質(zhì)災害發(fā)育分布特征

2.1 地質(zhì)災害類型特征

塔輸輪南—鄯善輸油（氣）管道工程沿線地質(zhì)災害類型包括崩塌、泥石流災害（圖1），滑坡、巖溶塌陷、采空塌陷、地面沉降、地裂縫地質(zhì)災害不發(fā)育。沿線地質(zhì)災害點共計14 處，其中：崩塌8 處（B01-B08），占57.14%；泥石流6處（N01—N06），占42.86%。崩塌規(guī)模為小型，屬巖質(zhì)崩塌，巖性包括凝灰質(zhì)砂巖、白云巖、花崗巖、片麻巖、白云質(zhì)大理巖、粘土質(zhì)粉砂巖、泥巖，崩塌危巖體方量150～500 m3；泥石流規(guī)模為小型，屬溝谷型泥石流。地質(zhì)災害主要威脅坡腳輸油氣管線、道路等建構(gòu)筑物及過往人員、車輛。

圖1 主要崩塌、泥石流地質(zhì)災害Fig.1 The main geological disasters of collapse and debris flow

2.2 地質(zhì)災害分布特征

輪南—鄯善輸油（氣）管道工程跨越多個地貌單元，地質(zhì)條件較復雜，管道沿線人煙稀少，局部地段農(nóng)業(yè)活動和工程活動較頻繁，發(fā)育14 處崩塌、泥石流地質(zhì)災害（崩塌8 處、泥石流6 處）。庫爾勒-塔什店阿拉塔格構(gòu)造-侵蝕低中山區(qū)（KS022—KS024）。因人類工程活動影響較強烈，形成高陡邊坡，基巖出露，風化破碎，分布7處（B01—B07）崩塌（危巖體）災害；塔什店北東3 km處（KS030+500），古近系遭風化剝蝕后殘留山體，分布1處（B08）崩塌（危巖體）災害（表1）。泥石流災害主要分布于庫爾勒北郊-塔什店阿拉塔格山區(qū)、焉耆盆地東部喀拉克孜勒塔格山榆樹溝段、庫米什—底坎爾覺羅塔格山北坡溝谷、庫爾勒北郊—塔什店阿拉塔格山區(qū)（KS013+550—KS024+400）分布4 處（N01—N04）泥石流溝谷，焉耆盆地東部喀拉克孜勒塔格山榆樹溝段（KS188—KS197）分布1處（N05）泥石流溝谷，庫米什—底坎爾覺羅塔格山北坡溝谷（KS365—KS369）分布1 處（N06）泥石流溝谷（表2）。

表1 輪南—鄯善輸油（氣）管道工程崩塌災害發(fā)育分布特征表Table 1 The Development and Distribution Characteristics of Collapse in Lunnan to Shanshan Oil(Gas)Pipeline Project

表2 輪南—鄯善輸油（氣）管道工程泥石流災害發(fā)育分布特征表Table 2 The Development and Distribution Characteristics of Debris flow in Lunnan to Shanshan Oil(Gas)Pipeline Project

3 地質(zhì)災害危險性評估

3.1 評估范圍

輸油（氣）管線沿線地質(zhì)災害主要包括崩塌、泥石流災害，地質(zhì)災害影響范圍均在管線兩側(cè)1.0 km范圍內(nèi)。據(jù)沿線地質(zhì)災害類型及分布特征，結(jié)合工程地形地貌特點，確定以輪南-鄯善輸油（氣）管道工程兩側(cè)1 000 m 的區(qū)域為地質(zhì)災害危險性評估區(qū)域，面積1 588.45 m2。

3.2 地質(zhì)災害危險性評估

3.2.1 現(xiàn)狀評估、預測評估

輪南—鄯善輸油（氣）管道工程沿線發(fā)育8處崩塌、6 處泥石流地質(zhì)災害，規(guī)模均為小型。崩塌中等發(fā)育，泥石流弱發(fā)育，崩塌、泥石流主要對坡腳輸油（氣）管道、國道、行駛車輛及巡線人員安全構(gòu)成威脅。據(jù)地質(zhì)災害危害程度分級表及地質(zhì)災害危險性分級表，現(xiàn)狀評估地質(zhì)災害危害程度小，危險性小。據(jù)建設工程遭受地質(zhì)災害危險性預測評估分級表，預測評估庫爾勒—塔什店阿拉塔格構(gòu)造-侵蝕低中山區(qū)（KS022—KS024）B01—B07崩塌及影響范圍，工程建設引發(fā)或加劇及建設工程自身遭崩塌災害的可能性中等，危害程度中等，危險性中等；塔什店北東3 km處（KS030+500）B08崩塌及影響范圍。工程建設引發(fā)或加劇及建設工程自身遭受崩塌災害的可能性小，危害程度小，危險性??；庫爾勒北郊-塔什店阿拉塔格山區(qū)、焉耆盆地東部喀拉克孜勒塔格山榆樹溝段、庫米什-底坎爾覺羅塔格山北坡溝谷、庫爾勒北郊-塔什店阿拉塔格山區(qū)（KS013+550—KS024+400）、焉耆盆地東部喀拉克孜勒塔格山榆樹溝段（KS188—KS197）、庫米什-底坎爾覺羅塔格山北坡溝谷（KS365—KS369）N01—N06 泥石流溝谷及影響范圍。工程建設引發(fā)或加劇及建設工程自身遭泥石流災害的可能性中等，危害程度中等，危險性中等；其他區(qū)域工程建設引發(fā)或加劇及建設工程自身遭受崩塌災害的可能性小，危害程度小，危險性小。

3.2.2 綜合分區(qū)評估

評估原則及量化指標 地質(zhì)災害危險性評估原則包括：充分考慮評估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件差異和地質(zhì)災害發(fā)育程度、災害規(guī)模與危害性，潛在地質(zhì)災害隱患點的分布和對擬建工程的危害程度與危險性大小進行綜合評估的原則；據(jù)“區(qū)內(nèi)相似，區(qū)際相異”進行對比和分區(qū)評估的原則；采用定性、半定量分析方法進行工程建設區(qū)地質(zhì)災害危險性等級分區(qū)的原則；不同地質(zhì)災害并存時采取就高不就低劃分危險性等級的原則。

輸油（氣）管道工程每個分區(qū)的危險性級別的確定及量化評分采用綜合指數(shù)法。綜合指數(shù)法選取影響評估級別的主要因子為量化基本因子，即地質(zhì)環(huán)境條件復雜程度、地質(zhì)災害易發(fā)程度、地質(zhì)災害點密度、人類工程活動重要性、地質(zhì)災害對工程危害、防治地質(zhì)災害的難易程度、現(xiàn)狀評估結(jié)果、預測評估結(jié)果8個基本因子[5]，影響因子權(quán)重之和為1。據(jù)現(xiàn)場專項調(diào)查及相關分析，對上述8 個影響因子的權(quán)重據(jù)災害效應大小相互比較，進行合理分配，確定地質(zhì)環(huán)境條件復雜程度、地質(zhì)災害易發(fā)程度、人類工程活動、地質(zhì)災害對工程危害影響因子取值為0.10，地質(zhì)災害點密度、防治地質(zhì)災害的難易程度、現(xiàn)狀評估結(jié)果、預測評估結(jié)果影響因子取值為0.15。對每個影響因子按影響程度分為嚴重（A）、中等（B）、一般（C）、輕微（D）4個層級并分別賦值（表3）。

綜合分區(qū)評估據(jù)綜合評估原則及量化指標，進行各項指標量化賦值。據(jù)表3計算出每一個評估劃分單元的綜合量化得分（表4）。經(jīng)分析和反復調(diào)整，結(jié)合《地質(zhì)災害危險性評估規(guī)范》（GB/T 40112-2021）中地質(zhì)災害危險性分區(qū)標準[6]，確定危險性綜合分區(qū)判定標準（表5）。據(jù)量化評估結(jié)果及綜合評估判定標準進行評估區(qū)各區(qū)（段）危險性級別綜合判定，研究區(qū)劃分為危險性中等區(qū)和小區(qū)。其中：地質(zhì)災害危險性中等區(qū)面積49.87 m2，占評價區(qū)面積的3.14%，包括3 個亞區(qū)，分別位于庫爾勒北郊—塔什店阿拉塔格構(gòu)造侵蝕低中山區(qū)（KS012+520—KS025+570、LKQ173+210—LKQ179+440 段）、焉耆盆地東部喀拉克孜勒塔格山榆樹溝段（KS188+500-KS196+800 段）、庫米什—底坎爾覺羅塔格山北坡（KS364+080—KS369+320段）；地質(zhì)災害危險性小區(qū)為除中等區(qū)以外的區(qū)域，面積1 538.58 km2，占評價區(qū)面積的96.86%，包括5個亞區(qū)（表6，圖2）。

圖2 塔輸輪南—鄯善輸油（氣）管道工程地質(zhì)災害危險性綜合分區(qū)評估圖Fig.2 The Comprehensive zoning map of geological hazard risk on Lunnan to Shanshan Oil(Gas)Pipeline Projec

表3 綜合分區(qū)評估指標Table 3 The comprehensive zoning assessment Index table

表4 危險性綜合分區(qū)量化評估Table 4 The Quantitative Evaluation Form of comprehensive hazard zoning

表5 危險性綜合評估判定標準Table 5 The judgment criteria for comprehensive risk assessment

表6 輪南—鄯善輸油（氣）管道工程地質(zhì)災害危險性綜合評估分區(qū)Table 6 Comprehensive Assessment Zoning Table of Geological Hazard on Lunnan to Shanshan Oil(Gas)Pipeline Projec

4 防治措施建議

地質(zhì)災害防治應遵循綜合防治、整體最優(yōu)原則；技術(shù)可行、經(jīng)濟合理原則；結(jié)合相關規(guī)劃、環(huán)境影響最小原則；便于后期維護原則[7]。

塔輸輪南—鄯善輸油（氣）管道工程研究區(qū)沿線地質(zhì)災害類型包括崩塌、泥石流災害。管道崩塌工程防治可從崩塌體治理、管道防護兩方面入手，崩塌體治理主要采取清除危巖、主被動防護網(wǎng)、裂縫灌漿、錨桿錨固、擋石墻等必要工程措施加以治理；管道防護可在崩塌潛在影響范圍沿管道布設預應力混凝土蓋板涵或蓋板，以此增大落石的沖擊面積或?qū)_擊力傳至地基層，減小落石沖擊對管道的作用力[2]。工程實施過程中根據(jù)現(xiàn)場崩塌災害發(fā)育分布特征及危害程度，可采用一種或多種措施綜合應用進行治理（圖3-a，b）[2]。同時，日常巡線過程應注意管道沿線崩塌危巖體發(fā)育情況，發(fā)現(xiàn)有危巖體及時清除，確保輸油（氣）管道工程安全。泥石流災害主要采取攔擋、排導、防護工程，在管道經(jīng)過泥石流溝段修筑石籠或混凝土護面等溝底護底工程進行管道保護，在管道上游溝谷修建攔砂壩，同時在管道下游相應距離內(nèi)（以淤積泥砂厚度達到管道應有埋深為宜）設置攔砂壩、導流槽等工程措施[2]，防治沖溝洪水或泥石流的下切，對泥石流影響范圍的管道工程進行加固保護，從而達到保護管道的作用（圖3-c）[2]。

圖3 管道崩塌、泥石流災害防治工程示意圖Fig.3 The sketch map of prevention and control engineering for pipeline collapse and debris flow

5 結(jié)語

（1）塔輸輪南-鄯善輸油（氣）管道工程沿線穿越多種類型地貌單元，分布新生—元古界，地質(zhì)構(gòu)造復雜，穿越多處斷裂。復雜的地形地貌、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造格局決定了沿線地質(zhì)災害發(fā)育。

（2）研究區(qū)管道沿線發(fā)育地質(zhì)災害類型包括崩塌、泥石流地質(zhì)災害。發(fā)育8 處崩塌、6 處泥石流地質(zhì)災害，災害主要分布于庫爾勒-塔什店阿拉塔格構(gòu)造-侵蝕低中山區(qū)、焉耆盆地東部喀拉克孜勒塔格山、庫米什-底坎爾覺羅塔格山構(gòu)造-侵蝕低山丘陵區(qū)，災害規(guī)模均為小型，崩塌中等發(fā)育，泥石流弱發(fā)育。

（3）采用定性、半定量分析方法，對研究區(qū)進行地質(zhì)災害危險性綜合評價。評價區(qū)劃分為地質(zhì)災害危險性中等區(qū)和危險性小區(qū)。危險性中等區(qū)面積49.87 m2，占評價區(qū)面積的3.14%，危險性小區(qū)面積1538.58 m2，占評價區(qū)面積的96.86%。

（4）針對塔輸輪南-鄯善輸油（氣）管道工程沿線地質(zhì)災害分布特征，基于地質(zhì)災害防治原則，提出工程崩塌、泥石流地質(zhì)災害防治措施建議，為塔輸輪南-鄯善輸油（氣）管道工程地質(zhì)災害的防治提供依據(jù)。