塔输轮南—鄯善输油（气）管道工程地质灾害发育特征及危险性评估

梁世川，乔华，贺强，吕东，黄诗宇

（新疆维吾尔自治区地质环境监测院，新疆 乌鲁木齐 830000）

长输油气管道是典型线性工程，其特点决定了输油气管线将受到沿线不同地形地貌、地质构造、地层岩性、工程地质条件、水文地质条件的影响。输油气管道安全管理实施过程中，由地质灾害引起的管道安全隐患的识别与控制不容忽视[1]。

随着输油气管道的大量建设和投产运营，为确保国家能源安全，地质灾害对管道的危害引起人类广泛关注。朱思同对管道建设中地质灾害及工程对策进行试论[2]；赵忠刚等结合工程案例较全面地对长输管道地质灾害类型、防控措施及预测方法进行定性分类论述[1]；马文清以克拉玛依—乌鲁木齐线及克拉玛依—乌鲁木齐复线成品油管道工程为例[3]，对工程地质灾害危险性进行了评估。研究表明，地质灾害对管道安全的影响是多方面的，为确保管道安全运行，系统全面地研究管道沿线地质灾害的发育类型、分布特征、发展演化过程和阶段及作用因素、变形破坏行为等，进行地质灾害危险性评估，提出具针对性的地质灾害防治及管道防护措施，对输油气管道安全保护起突出意义，并为管道安全管理提供科学的决策[1-2]。

塔输轮南—鄯善输油（气）管道工程包括轮南—库尔勒输油老线（LKL）、轮南—库尔勒输油复线（LKF）、轮南—库尔勒输气管线（LKQ）、库尔勒—鄯善输油管线（KS）4 条线路，担负着塔里木油田原油和天然气的外运任务。管道总长920 km，年输油能力500×104t，输气能力2×108m3[4]。管道工程整体呈SW向分布，沿途穿越或邻近地貌单元包括：构造-侵蚀低中山地貌、丘陵地貌、侵蚀-堆积河漫滩及河谷阶地地貌、堆积冲积-冲洪积平原地貌、沙漠地貌。其地形地貌、地质条件较复杂，局部人类工程活动较强烈。本文以塔输轮南—鄯善输油（气）管道工程为研究对象，以地质灾害调研资料为基础，分析管道工程沿线地质灾害形成地质环境背景及地质灾害发育分布特征。在现状评估与预测评估基础上，进行地质灾害危险性综合评估，提出防治措施与建议，为管道安全运行管理提供科学决策依据。

1 区域地质环境背景

1.1 地形地貌

塔输轮南—鄯善输油（气）管道工程沿途穿越或邻近地貌单元包括：构造-侵蚀低中山地貌、丘陵地貌、侵蚀-堆积河漫滩及河谷阶地地貌、堆积冲积-冲洪积平原地貌。沿线海拨高程最高1 560.2 m，最低-99.3 m，落差约1 660 m[4]。构造-侵蚀低中山分布于库尔勒市北部库鲁克塔格山（LKQ158—LKQ175、KS000—KS014 段北部）、库尔勒市东部阿克塔格山（KS014—KS025、LKQ175—LKQ183）、焉耆盆地东部喀拉克孜勒塔格山榆树沟段（KS184—KS197）；丘陵分布于库米什-底坎尔觉罗塔格山区（KS235—KS375）及吐鲁番盆地火焰山东段（KS412—KS438 段北部）；侵蚀-堆积河漫滩及河谷阶地分布于库尔勒—鄯善输油管线穿越孔雀河（KS025—KS029）和开都河河谷（KS059—KS063）段；堆积冲积-冲洪积平原分布于轮南—库尔勒西段（轮南—库尔勒输油老线、复线全线、轮南—库尔勒输气管线LKQ000—LKQ175、LKQ183—库尔勒石化厂，及库尔勒—鄯善输油管线KS000—KS014）、焉耆盆地西南—盆地北部山前地带（KS029—KS059、KS063—KS184）、库米什洼地段（KS197—KS235）、吐鲁番盆地觉罗塔格山北部山前—鄯善段（KS375—鄯善末站）；沙漠分布在鄯善县南部库姆塔格沙漠（KS401—KS439段东侧）。

1.2 地层岩性

1.2.1 地层

塔输轮南—鄯善输油（气）管道工程沿途分布包括元古界爱尔基斯群、古生界泥盆系、石炭系、二叠系、中生界侏罗系、新生界古近系、新近系、第四系。

爱尔基斯群分布于库尔勒—鄯善输油管线铁门关一带（KS017—KS025），主要由片麻岩组成，夹白云质大理岩和白云岩；中泥盆统分布于库尔勒—鄯善输油管线穿越喀拉克孜勒塔格山榆树沟段（KS189—KS197）和翻越觉罗塔格山区段（KS241—KS265），岩性为结晶片岩、硅质粉砂岩、泥质灰岩；下石炭统分布于库尔勒—鄯善输油管线穿越吐鲁番盆地南侧觉罗塔格山段（K315—KS364 段），岩性为黄褐色砂岩与粉砂岩，夹黄褐色硅质灰岩及砾岩；中石炭统分布于库尔勒—鄯善输油管线穿越吐鲁番盆地南侧觉罗塔格山段（KS278—KS294 和KS335—KS378 段），岩性为黄褐色砂岩与粉砂岩组成，夹黄褐色硅质灰岩及砾岩；二叠系分布于库尔勒—鄯善输油管线穿越觉罗塔格山起始段（KS242—KS265和KS298—KS320）,主要为浅海-滨海相沉积，由灰绿色砾岩和砂岩组成，夹灰色灰岩；侏罗系分布于库尔勒—鄯善输油管线穿越火焰山南坡一带（KS416—KS433 段北侧），岩性为杂色砂岩、泥岩、粉砂岩、砾岩；古近系上统—新近系下统分布于库尔勒—鄯善输油管线穿越塔什店以北（KS029—KS039 段西侧）及轮南—库尔勒输气管线经过的库尔勒东部一带（LKQ173—LKQ185 段），岩性为黄白色粘土质粉砂岩，偶夹细砾岩；第四系上更新统洪积层分布于轮南—库尔勒西段库鲁克塔格山麓一系列洪积扇组成的山前倾斜平原，沿轮南—库尔勒输油老线、复线及气线全线广泛分布，岩性为单一巨厚的砂卵砾石层；上更新统冲洪积层分布于库尔勒—鄯善输油管线经过的火焰山南麓一带（KS408—KS433 段），岩性为棕黄、黄褐、灰色砂砾石；上更新统—全新统洪积层分布于库尔勒市北部山前地带（LKQ160—LKQ174 段南侧）及焉耆盆地内和静以北山前地带（KS093—KS184 段）及库米什镇觉罗塔格山麓地带（KS197—KS234 段），为灰色砾石和黄褐色亚沙土；湖积层分布于库尔勒—鄯善输油管线经过的焉耆盆地博湖西北部（KS025—KS093），岩性为灰黄青、灰色厚层亚砂土、亚粘土；全新统冲洪积层分布于库尔勒—鄯善输油管线经过的吐鲁番盆地南部边缘冲洪积扇的前缘至盆地中部（KS378—KS407）及鄯善县城北部山前（KS439—KS473），岩性为黄褐、棕黄及浅黄色亚砂土、亚粘土。

1.2.2 侵入岩

侵入岩包括加里东期侵入岩、华力西期侵入岩。加里东期侵入岩分布于库尔勒—鄯善输油管线途径的库米什镇东北部觉罗塔格山低山区（KS256—KS278 段和KS265 北西部），岩性为灰绿色变质闪长岩体；华力西期侵入岩分布于库尔勒—鄯善输油管线途径的库尔勒市北部库鲁克塔格山（KS000—KS012段北部）、焉耆盆地东部喀拉克孜勒塔格山榆树沟段（KS184—KS189）及库米什镇北东部觉罗塔格山低山区（KS235—KS241、KS266—KS271、KS220北部），岩性为淡红色二云母花岗岩及灰白、淡红色眼球片麻状黑云母花岗岩或粗粒斑状花岗岩。

1.2.3 地质构造

线路横跨哈萨克斯坦-准噶尔板块、塔里木板块两个一级构造单元，准噶尔-吐鲁番-哈密古陆、准噶尔南缘陆缘构造带、伊赛克-伊犁古陆、塔里木北缘陆缘构造带、塔里木古陆5 个二级构造单元，吐鲁番-哈密地块、觉罗塔格裂陷槽、博罗霍洛早古生代岛弧、木扎尔特-红柳河板块缝合构造带、哈尔克-萨哈尔明早古生代边缘海盆、库鲁克塔格地块、塔里木地块7 个三级构造单元。活动区断裂较发育，以NWW向最发育，NS向断裂次之。自西向东，管线沿途经过的活动断裂主要有兴地活动断裂、霍拉山前活动断裂、包尔图-黑尖山活动断裂及吐鲁番盆地中央活动断裂。

2 地质灾害发育分布特征

2.1 地质灾害类型特征

塔输轮南—鄯善输油（气）管道工程沿线地质灾害类型包括崩塌、泥石流灾害（图1），滑坡、岩溶塌陷、采空塌陷、地面沉降、地裂缝地质灾害不发育。沿线地质灾害点共计14 处，其中：崩塌8 处（B01-B08），占57.14%；泥石流6处（N01—N06），占42.86%。崩塌规模为小型，属岩质崩塌，岩性包括凝灰质砂岩、白云岩、花岗岩、片麻岩、白云质大理岩、粘土质粉砂岩、泥岩，崩塌危岩体方量150～500 m3；泥石流规模为小型，属沟谷型泥石流。地质灾害主要威胁坡脚输油气管线、道路等建构筑物及过往人员、车辆。

图1 主要崩塌、泥石流地质灾害Fig.1 The main geological disasters of collapse and debris flow

2.2 地质灾害分布特征

轮南—鄯善输油（气）管道工程跨越多个地貌单元，地质条件较复杂，管道沿线人烟稀少，局部地段农业活动和工程活动较频繁，发育14 处崩塌、泥石流地质灾害（崩塌8 处、泥石流6 处）。库尔勒-塔什店阿拉塔格构造-侵蚀低中山区（KS022—KS024）。因人类工程活动影响较强烈，形成高陡边坡，基岩出露，风化破碎，分布7处（B01—B07）崩塌（危岩体）灾害；塔什店北东3 km处（KS030+500），古近系遭风化剥蚀后残留山体，分布1处（B08）崩塌（危岩体）灾害（表1）。泥石流灾害主要分布于库尔勒北郊-塔什店阿拉塔格山区、焉耆盆地东部喀拉克孜勒塔格山榆树沟段、库米什—底坎尔觉罗塔格山北坡沟谷、库尔勒北郊—塔什店阿拉塔格山区（KS013+550—KS024+400）分布4 处（N01—N04）泥石流沟谷，焉耆盆地东部喀拉克孜勒塔格山榆树沟段（KS188—KS197）分布1处（N05）泥石流沟谷，库米什—底坎尔觉罗塔格山北坡沟谷（KS365—KS369）分布1 处（N06）泥石流沟谷（表2）。

表1 轮南—鄯善输油（气）管道工程崩塌灾害发育分布特征表Table 1 The Development and Distribution Characteristics of Collapse in Lunnan to Shanshan Oil(Gas)Pipeline Project

表2 轮南—鄯善输油（气）管道工程泥石流灾害发育分布特征表Table 2 The Development and Distribution Characteristics of Debris flow in Lunnan to Shanshan Oil(Gas)Pipeline Project

3 地质灾害危险性评估

3.1 评估范围

输油（气）管线沿线地质灾害主要包括崩塌、泥石流灾害，地质灾害影响范围均在管线两侧1.0 km范围内。据沿线地质灾害类型及分布特征，结合工程地形地貌特点，确定以轮南-鄯善输油（气）管道工程两侧1 000 m 的区域为地质灾害危险性评估区域，面积1 588.45 m2。

3.2 地质灾害危险性评估

3.2.1 现状评估、预测评估

轮南—鄯善输油（气）管道工程沿线发育8处崩塌、6 处泥石流地质灾害，规模均为小型。崩塌中等发育，泥石流弱发育，崩塌、泥石流主要对坡脚输油（气）管道、国道、行驶车辆及巡线人员安全构成威胁。据地质灾害危害程度分级表及地质灾害危险性分级表，现状评估地质灾害危害程度小，危险性小。据建设工程遭受地质灾害危险性预测评估分级表，预测评估库尔勒—塔什店阿拉塔格构造-侵蚀低中山区（KS022—KS024）B01—B07崩塌及影响范围，工程建设引发或加剧及建设工程自身遭崩塌灾害的可能性中等，危害程度中等，危险性中等；塔什店北东3 km处（KS030+500）B08崩塌及影响范围。工程建设引发或加剧及建设工程自身遭受崩塌灾害的可能性小，危害程度小，危险性小；库尔勒北郊-塔什店阿拉塔格山区、焉耆盆地东部喀拉克孜勒塔格山榆树沟段、库米什-底坎尔觉罗塔格山北坡沟谷、库尔勒北郊-塔什店阿拉塔格山区（KS013+550—KS024+400）、焉耆盆地东部喀拉克孜勒塔格山榆树沟段（KS188—KS197）、库米什-底坎尔觉罗塔格山北坡沟谷（KS365—KS369）N01—N06 泥石流沟谷及影响范围。工程建设引发或加剧及建设工程自身遭泥石流灾害的可能性中等，危害程度中等，危险性中等；其他区域工程建设引发或加剧及建设工程自身遭受崩塌灾害的可能性小，危害程度小，危险性小。

3.2.2 综合分区评估

评估原则及量化指标 地质灾害危险性评估原则包括：充分考虑评估区地质环境条件差异和地质灾害发育程度、灾害规模与危害性，潜在地质灾害隐患点的分布和对拟建工程的危害程度与危险性大小进行综合评估的原则；据“区内相似，区际相异”进行对比和分区评估的原则；采用定性、半定量分析方法进行工程建设区地质灾害危险性等级分区的原则；不同地质灾害并存时采取就高不就低划分危险性等级的原则。

输油（气）管道工程每个分区的危险性级别的确定及量化评分采用综合指数法。综合指数法选取影响评估级别的主要因子为量化基本因子，即地质环境条件复杂程度、地质灾害易发程度、地质灾害点密度、人类工程活动重要性、地质灾害对工程危害、防治地质灾害的难易程度、现状评估结果、预测评估结果8个基本因子[5]，影响因子权重之和为1。据现场专项调查及相关分析，对上述8 个影响因子的权重据灾害效应大小相互比较，进行合理分配，确定地质环境条件复杂程度、地质灾害易发程度、人类工程活动、地质灾害对工程危害影响因子取值为0.10，地质灾害点密度、防治地质灾害的难易程度、现状评估结果、预测评估结果影响因子取值为0.15。对每个影响因子按影响程度分为严重（A）、中等（B）、一般（C）、轻微（D）4个层级并分别赋值（表3）。

综合分区评估据综合评估原则及量化指标，进行各项指标量化赋值。据表3计算出每一个评估划分单元的综合量化得分（表4）。经分析和反复调整，结合《地质灾害危险性评估规范》（GB/T 40112-2021）中地质灾害危险性分区标准[6]，确定危险性综合分区判定标准（表5）。据量化评估结果及综合评估判定标准进行评估区各区（段）危险性级别综合判定，研究区划分为危险性中等区和小区。其中：地质灾害危险性中等区面积49.87 m2，占评价区面积的3.14%，包括3 个亚区，分别位于库尔勒北郊—塔什店阿拉塔格构造侵蚀低中山区（KS012+520—KS025+570、LKQ173+210—LKQ179+440 段）、焉耆盆地东部喀拉克孜勒塔格山榆树沟段（KS188+500-KS196+800 段）、库米什—底坎尔觉罗塔格山北坡（KS364+080—KS369+320段）；地质灾害危险性小区为除中等区以外的区域，面积1 538.58 km2，占评价区面积的96.86%，包括5个亚区（表6，图2）。

图2 塔输轮南—鄯善输油（气）管道工程地质灾害危险性综合分区评估图Fig.2 The Comprehensive zoning map of geological hazard risk on Lunnan to Shanshan Oil(Gas)Pipeline Projec

表3 综合分区评估指标Table 3 The comprehensive zoning assessment Index table

表4 危险性综合分区量化评估Table 4 The Quantitative Evaluation Form of comprehensive hazard zoning

表5 危险性综合评估判定标准Table 5 The judgment criteria for comprehensive risk assessment

表6 轮南—鄯善输油（气）管道工程地质灾害危险性综合评估分区Table 6 Comprehensive Assessment Zoning Table of Geological Hazard on Lunnan to Shanshan Oil(Gas)Pipeline Projec

4 防治措施建议

地质灾害防治应遵循综合防治、整体最优原则；技术可行、经济合理原则；结合相关规划、环境影响最小原则；便于后期维护原则[7]。

塔输轮南—鄯善输油（气）管道工程研究区沿线地质灾害类型包括崩塌、泥石流灾害。管道崩塌工程防治可从崩塌体治理、管道防护两方面入手，崩塌体治理主要采取清除危岩、主被动防护网、裂缝灌浆、锚杆锚固、挡石墙等必要工程措施加以治理；管道防护可在崩塌潜在影响范围沿管道布设预应力混凝土盖板涵或盖板，以此增大落石的冲击面积或将冲击力传至地基层，减小落石冲击对管道的作用力[2]。工程实施过程中根据现场崩塌灾害发育分布特征及危害程度，可采用一种或多种措施综合应用进行治理（图3-a，b）[2]。同时，日常巡线过程应注意管道沿线崩塌危岩体发育情况，发现有危岩体及时清除，确保输油（气）管道工程安全。泥石流灾害主要采取拦挡、排导、防护工程，在管道经过泥石流沟段修筑石笼或混凝土护面等沟底护底工程进行管道保护，在管道上游沟谷修建拦砂坝，同时在管道下游相应距离内（以淤积泥砂厚度达到管道应有埋深为宜）设置拦砂坝、导流槽等工程措施[2]，防治冲沟洪水或泥石流的下切，对泥石流影响范围的管道工程进行加固保护，从而达到保护管道的作用（图3-c）[2]。

图3 管道崩塌、泥石流灾害防治工程示意图Fig.3 The sketch map of prevention and control engineering for pipeline collapse and debris flow

5 结语

（1）塔输轮南-鄯善输油（气）管道工程沿线穿越多种类型地貌单元，分布新生—元古界，地质构造复杂，穿越多处断裂。复杂的地形地貌、地层岩性和地质构造格局决定了沿线地质灾害发育。

（2）研究区管道沿线发育地质灾害类型包括崩塌、泥石流地质灾害。发育8 处崩塌、6 处泥石流地质灾害，灾害主要分布于库尔勒-塔什店阿拉塔格构造-侵蚀低中山区、焉耆盆地东部喀拉克孜勒塔格山、库米什-底坎尔觉罗塔格山构造-侵蚀低山丘陵区，灾害规模均为小型，崩塌中等发育，泥石流弱发育。

（3）采用定性、半定量分析方法，对研究区进行地质灾害危险性综合评价。评价区划分为地质灾害危险性中等区和危险性小区。危险性中等区面积49.87 m2，占评价区面积的3.14%，危险性小区面积1538.58 m2，占评价区面积的96.86%。

（4）针对塔输轮南-鄯善输油（气）管道工程沿线地质灾害分布特征，基于地质灾害防治原则，提出工程崩塌、泥石流地质灾害防治措施建议，为塔输轮南-鄯善输油（气）管道工程地质灾害的防治提供依据。