东区段地质灾害类型和分布
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发布时间：2022-05-26 02:55
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时间：2024-12-07 12:35
东区段地形上处于第三阶梯的黄淮海平原和长江三角洲，间夹皖苏丘陵，海拔标高一般在100m以下，最低处仅为2m。属暖温带半湿润季风气候和*带湿润海洋性季风气候，降水量由西往东递增，季节分配不均。生态环境良好。本区段由西往东依次为黄河、淮河和长江三大流域，后二流域水系较发育。区域大地构造位置处于洋壳和陆壳板块作用带边界的内侧，地壳稳定性总体较好。人口稠密，经济发达，对地质环境干扰破坏较强烈。人类活动主要是抽汲地下水和开采固体矿产资源。
本区段地质灾害与人类工程—经济活动密切相关，主要有地面沉降、地裂缝和采空塌陷，此外还有膨胀土胀缩灾害。它们都属缓发性地面变形灾害类型。以下分别论述。
一、地面沉降
本区段大部分地段地势低平，是由河流冲积相或河湖相、河海相交互成层组成的第四系松散堆积物，厚度大，贮藏有丰富的多层孔隙承压水。由于地区经济发展而大量开采孔隙承压水，导致超采而承压水头区域性降低，使含水层及其上下隔水层中的孔隙水压力下降，而由土粒骨架承担的有效应力将相应增加。这一应力转换过程导致了土层固结压密，宏观上就产生不同程度的地面沉降现象。
地面沉降的产生必须具备两个基本条件，即地质、水文地质条件和应力转换条件。就前一个条件来说，应是疏松多层含水体系，其中承压水层水量丰富，适于长期开采；开采层上下的隔水层为厚度较大的欠固结或正常固结粘性土层。后一个条件指的是承压水头大幅度趋势性降低，即要大量开采承压水。
下面分别论述管线经过的苏—锡—常地区和阜阳地区地面沉降的情况。
（一）苏-锡-常地区地面沉降
地面沉降在长江三角洲的苏州—无锡—常州地区最为突出和严重。该地区于20世纪70年代初发现地面沉降现象。自70年代至80年代中期地下水开采主要集中在三个城市的中心城区。后随着乡镇企业的迅速发展，地下水开采日益强烈，至90年代中期，地面沉降范围逐渐向外扩展，累积地面沉降量超过200mm的面积达2000km2，苏、锡、常三中心城市最大累积沉降量分别达1200mm、1100mm和940mm。地面沉降发展很快。1996年以来虽然江苏省*加强了该地区地下水资源管理，控制主采层第Ⅱ承压含水层的开采量，承压水头下降速率得到缓减，但由于含水层上下隔水层（粘性土）中孔隙水压力消散的滞后效应，地面沉降仍然持续发展。至2000年末，累计地面沉降量超过200mm的面积达5000km2以上，超过600mm的面积达1200km2以上，地面沉降区已连成一片，并形成了洛社、石塘湾、黄棣等地面沉降洼地。
苏-锡-常地区地面沉降与地下水开采量大小或地下水位下降呈现正相关关系。区内第四系松散堆积物厚度一般100～250m，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个承压含水层（组），属长江古河道漫滩相砂砾层，隔水层为湖相欠固结粘性土。由于第Ⅱ承压含水层埋深浅（顶板埋深60～120m，由西往东逐渐变深），涌水量大（单井涌水量一般1000～3000m3/d，最大可达5000m3/d以上），所以是当地主要开采目标层。超采的结果，承压水头持续下降和降落漏斗不断扩大。1995年总开采量4.54亿m3，其中三中心城市合计为0.9亿m3，而县级市规划区及乡镇总开采量为3.64亿m3（占三中心城市开采量的4.04倍）。1993～1995年区域承压水头下降速率1～3m/a。三中心城市降落漏斗中心的水头埋深分别为67.5m（苏州）、87.0m（无锡）、84.0m（常州）。之后虽限采，但地下水总开采量仍高达3.2亿m3，至今水头埋深超过40m的面积达6500km2以上，等值线形状与累计地面沉降量等值线基本一致。
地面沉降的危害：地面沉降最直接的危害是降低了地面高程的安全程度。苏—锡—常地区为地势低平的平原水网区，地面海拔标高大多3～4m，易涝易渍。地面沉降就意味着洪涝灾害的加剧，会增加建设成本，影响地区的可持续发展。该地区因经济高度发达繁荣，吸引着许多外商和合资企业投资，但地面高程的损失无疑会影响到投资环境。地面沉降导致土层产生不可逆转的压缩，会使土层的渗透性降低，使供水井涌水量大幅度下降。不均匀地面沉降形成的地裂缝造成了地面建筑物破坏和失效；包括房屋开裂、倾斜甚至倒塌，道路、桥梁破裂，桥梁净空减小，港口、码头效用降低甚至失效；也会导致地下管线弯曲甚至断裂。
拟建的输气管线正好在地面沉降最严重的地段内通过，对管道无疑有较大的危险性。根据采用太沙基一维固结理论预测，在管线通过地段20年后总累积沉降量是：常州北1840mm，无锡北2800mm，苏州北2140mm。
（二）阜阳地区地面沉降
安徽段阜阳地区的地面沉降是从20世纪80年代开始的。随着地方经济的发展，尤其是京九铁路通车后，该区中心城镇需水量大增，中深层承压含水层为主要开采目标层，井深多在150～200m。承压水头随着超采量逐年增大而下降，使该地区1.62×104km2的自流区至80年代末基本消失。90年代深供水井愈来愈多。1995年中深层和深层孔隙承压水开采量约1.27×108m3，1999年为1.71×108m3。承压水头平均下降15～20m，在阜阳、界首、太和几个大集中开采区下降值更大。例如，阜阳城区降落漏斗中心水头埋深已达80m，下降速率1.44～1.88m/a，目前水头埋深超过5m的漏斗面积已达1600km2。水头值持续下降，必然导致地面沉降的产生。1980～1990年，沉降范围和沉降速率分别为26km2/a和78.9mm/a。沉降中心累积沉降量873mm。1990～1999年沉降有所减缓。1999年初中心最大累积沉降量已达1347mm。地面沉降与地下水开采量及水头降低值呈正相关关系。其他几个县城地面沉降量较小，但其发展较快。
阜阳地区的地面沉降已导致了多种危害，主要表现是：水利设施防洪标准降低甚至遭受破坏，破坏市政和供水设施，城市测量控制网失效。
拟建的输气管线通过地段在阜阳市地面沉降区以北约30km处，沿线除利辛县城外皆为农村，目前地下水开采量不大，尚未发现地面沉降现象。经类比法预测，利辛县城附近20年后累积沉降量将超过1000mm，对管线危险性较大。
二、地裂缝
本区段评估区及其附近的地裂缝分布于江苏、河南二省境内。地裂缝成因较复杂，有自然因素和人为因素两类。自然因素包括膨胀土干旱收缩、覆盖层底部基岩面陡峭、地震等；人为因素包括抽汲地下水、地下采矿等。往往是在自然因素背景基础上人为因素叠加综合作用所致。
江苏段地裂缝分布于苏—锡—常地区，是地面沉降不均匀的一种表现形式，即在特定地质条件下局部地段差异沉降所致。由于地表开裂，对房屋建筑和道路危害较大。该地区自1989年在武进市横林镇首先发现地裂缝以来，至今已发现15处，较集中分布在横林以东、无锡梅村以西的地段内，具有明显的地域性分布规律。地裂缝具有一定方向性，长度80～1000m不等，缝宽2～5cm，影响宽度20～180m不等，表现为垂直差异沉降为主且滞后于地面沉降。经采用浅层地震法探测和研究认为：地裂缝形成的主要原因是第四系松散沉积物下伏的基岩隆起或陡崖，造成土层结构和承压含水砂层厚度突变，当地下水主要开采层水头降低时地面沉降不均匀，在地表就会产生地裂缝。经预测输气管线在武进市横山桥（HD068）、无锡市石塘湾镇秦巷北（HE014—HE016）和查桥镇附近（HE034）三段易产生地裂缝，应予关注。
河南段地裂缝分布于两个地段：第一个地段是在荥阳北部（K53—K81）黄河右岸，古黄河冲积平原的上更新统晚期冲积成因黄土状土中，发现多条地裂缝，长度最短的30m，最长的2000m，呈北东、北东东方向；第二个地段是太康、淮阳一带（K230—K310），黄河及淮河（上游）冲积平原的全新统冲积粉土中，也有多条地裂缝，长度一般小于1000m，方向性不强。地裂缝成因较复杂，除与长期抽汲地下水地面不均匀沉降有关外，还与久旱突降暴雨、黄土湿陷性及掩埋的冲沟、古井、古墓等有关。地裂缝已造成地面塌陷、房屋开裂倒塌等灾害。有些地裂缝距输气管线较近，有的可能横穿管线。在上述地段的线路应采取必要的预防对策。
三、采空塌陷
本区段蕴藏有煤、石膏、岩盐、铜、铁等固体矿产资源，目前正在开采中。
管线通过地段附近煤田有两处：河南郑州西南的三李煤田和安徽淮南煤田。三李煤田主要分布在K85—K105段的南部，其中K93+400—K98+000为压煤区。煤田内已建成多个矿区，距管线最短距离约1.5km，目前对管线无影响。淮南煤田是我国著名的大煤田，淮河以北的潘谢矿区目前的采空塌陷面积23km2，塌陷最大深度5.5m。塌陷区与输气管线最小距离约9km（K160—K170）。预测到2020年该矿区北部塌陷边界距管线最小距离约4km（K150—K160），所以对管线危险性小。
安徽定远石膏矿位于输气管线K245—K259地段内，矿区在管线以东，与之最小距离1.5km。矿床顶板为古近系古新统软弱泥岩，采深小于170～180m时，可引起地面塌陷。现塌陷面积800m2，最大塌深0.5～0.65m。管线穿越石膏矿体，长度6.5km。目前塌陷区虽离管线较远，但远景规划开采区对管线的安全存在潜在的危险。定远县的东兴盐矿位于管线K224—K238的南西侧，与管线最小距离约3.5km。目前采空塌陷面积约0.2km2，但对管线无影响，但仍存在潜在危险性。
江苏段宁镇地区有几处小型铜、铁、煤矿，与管线距离皆在2.5km以上。目前大多处于停采一半停采状态。虽有不同程度的采空塌陷现象，但对管线安全不会构成威胁。
四、膨胀土胀缩灾害
在淮北平原、皖苏交界的丘陵和侵蚀波状堆积平原区地面普遍分布上更新统粘性土，在江苏称“下蜀组”，在安徽则称“苑塘组”和“戚咀组”，成因有冲积、洪积和残坡积。其结构致密，柱状节理发育，沿节理面有铁锰质胶膜。粘土矿物成分以伊利石、蒙脱石居多，土层厚3～15m。该土体具有遇水膨胀、失水收缩的特性，往往造成其上的轻型建筑物变形、开裂和边坡失稳。
经取样测试，其自由膨胀率值列于表4-3中。可见其属弱膨胀土，对管线工程安全造成的危险性小。
表4-3 上更新统粘性土自由膨胀率统计表
输气管线通过膨胀土区的累计长度是：安徽段243km，江苏段约40km。
五、其他地质灾害
（一）黄土湿陷和潜蚀灾害
分布于河南段K81—K117的嵩箕山前倾斜岗地，由上更新统冲洪积成因（
）的黄土状粉土构成，经测试湿陷系数0.026～0.067，计算湿陷量5～20cm，属轻微非自重湿陷性黄土，其下部的中更新统黄土状粉质粘土局部亦具弱湿陷性。湿陷性黄土的危害应引起输气工程部门重视。
（二）崩塌
崩塌在东区段局部地段比较发育，主要类型为河岸崩塌和丘陵区斜坡崩塌。
河岸崩塌分布于黄河和长江岸畔。在河南段输气管线第三次穿越黄河后在其右岸（南岸），即是由上更新统黄土状土组成的陡岸，河水侧方侵蚀强烈，引起崩岸。它对管线安全的影响应予重视。在江苏段，长江江岸坍塌集中于龙潭变道段，桩号HB015的三江口江岸易受到影响。
安徽段崩塌在输气管线沿线可分为土体、岩体和人工堆积层三类。土体崩塌分布于K307—K334段，地层为Q3弱膨胀土，是由于人工切坡坡度过陡造成的。岩体崩塌分布于K280—K302段，由元古界变质岩组成斜坡，因修公路和房屋切坡造成的，一般坡度在700以上，坡高4m以上时极易发生崩塌，其规模较土体崩塌要大些。人工堆积层崩塌分布于张家大山—吴家山一带（K185—K200），是露天开采古生界碳酸盐岩堆积的大量弃渣，渣堆坡度陡（40°～50°），结构疏松，很容易崩塌。各类崩塌规模虽小，但对管线施工来说应予以必要的重视。
（三）地震液化
在安徽段内输气管线通过地震烈度Ⅶ度区有两段。一段位于淮北平原的四庙—孙集一带，为西淝河现代河床两侧分布的全新统冲积物，其中浅部粉砂、细砂厚6.4～14.8m，潜水位埋深2.2～2.5m，线路穿越长度21km（K59—K70）。经标贯测试判别属轻微液化。另一段位于江淮波状平原前王一带，为池河现代河床两侧分布的全新统冲积物，潜水位埋深0.8～2.4m。线路穿越长度7km（K266—K273）。其浅部的粉土经判别为非液化土。
此外，河南段的太行山前至郑州地段为Ⅶ度地震烈度区。该段的黄河左岸滩地较宽，地震液化亦应予以关注。
