一、自然地理概况
(一)地形地貌
评估区地形复杂多样。西段为晋西黄土高原和吕梁山地,中段为临汾盆地,东段为太岳、太行山地,地形起伏变化较大,海拔在430~1500m,相对高差1070m。总的地势是中部低,东、西两侧高。永和关—化乐(EA001—EC144),长度113.803km,为晋西黄土高原。地形破碎,沟壑纵横,海拔600~1500m,相对高差900m,由东向西倾斜,黄河岸边一带最低,海拔在600m左右。双锁山最高,海拔1503m,是芝河和桑壁河的地表分水岭。化乐—土门(EC144—ED073),长度233.55km,海拔700~1500m,相对高差800m,属吕梁山南部余脉。土门—大阳(ED073—ED121),长度22.551km,为临汾盆地区,地势平坦,海拔430~700m,相对高差270m,汾河现代河床为最低点,海拔430m。大阳—东要(ED121—EF037),长度25.7144km,为侵蚀黄土台地,海拔700~1100m,相对高差400m,地形自西向东逐渐升高。东要—斑鸠岭(EF037—EJ102),长度138.0611km,为太岳、太行山地,海拔700~1400m,相对高差700m。
根据地貌形态和成因划分为中山、低山、台地与丘陵、山间河谷和山间盆地5类地貌类型和16个亚区。详见表10-1。
(二)气候气象
评估区属暖温带半干旱大陆性季风气候。多年平均气温7.9~12.6℃,极端最低气温-18.6~-25.6℃,极端最高气温37.8~42.0℃。多年平均降水量548.8~622.8mm,年最大降水量893.4~1010.1mm。降水分布不均,山区大于盆地,东南部大于西北部,降水主要集中在每年的6~9月,约占全年降水量的70%。年蒸发量893.4~2034.2mm。春冬季以西北风为主,夏秋季以东南风居多,平均风速1.4~2.8m/s。最大冻结深度永和、蒲县103~107cm;临汾、浮山、沁水61~67cm;阳城、泽州41~43cm。
(三)河川水文
评估区主要河流有芝河、昕水河、汾河、沁河,均属黄河水系。黄河是陕西、山西两省的天然分界线,自评估区西端流过。与管线相交的主要河流基本情况见表10-2。
二、地质环境条件
(一)地层岩性
评估区出露地层有古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系和中生界三叠系以及新生界新近系、第四系,自西向东地层时代由新到老。
永和关—化乐(EA001—EC144),主要分布为第四系上、中、下更新统和新近系松散层,永和一带出露三叠系铜川组和延长组。隰县—蒲县出露三叠系刘家沟组和和尚沟组,二马营组零星出露。化乐—土门(EC144—EC073),分布奥陶系、石炭系、二叠系的下马家沟组—上石盒子组。土门—大阳(ED073—ED121),全部被第四系上更新统和全新统松散土覆盖。大阳—东要(ED121—EF037),分布第四系中、上更新统及新近系松散层,局部有三叠系中、上统铜川组、延长组及侵入岩出露。东要—斑鸠岭(EF037—EJ102),出露寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系,其中浮山—沁水间以三叠系为主,沁水—阳城以二叠系出露广泛,阳城—泽州(斑鸠岭)以奥陶系居多。评估区综合地层见表10-3。
表10-1 地貌分区说明表
续表
表10-2 河流基本情况一览表
表10-3 评估区地层综合柱状表
(二)岩土工程地质特征
根据岩土体的岩性、结构、物理力学性质等的差异,山西段沿线出露的岩土体可划分为7个工程地质岩组,即:
1.坚硬夹软弱中厚—厚层状岩类(
分布于泽州县晋庙铺、李寨和吕梁山一带。由寒武系上统和奥陶系中下统碳酸盐岩组成。灰岩干抗压强度115~140MPa,软化系数0.78;泥灰岩软化系数0.33~0.44。溶洞、溶沟、落水洞等岩溶现象发育,溶蚀作用较强烈。
2.较坚硬厚层状岩类(T1l)
广泛分布于浮山县东部—沁水县。由三叠系刘家沟组较坚硬厚层状砂岩构成。
3.软弱夹坚硬薄—中厚层状岩类(C3t、C3s、P1x、P2s、P2sh、T2er、T2t、T3y)
广泛分布于浮山东部—泽州李寨、犁川,零星分布于吕梁山一带。由石炭系上统太原组和山西组、二叠系下统下石盒子组与上统上石盒子组和石千峰组、三叠系中统二马营组与上统铜川组和延长组组成。岩性主要为砂岩、灰岩、泥页岩及煤层。岩石干抗压强度10~100MPa,软化系数0.3~0.7。
4.软弱薄层状岩类(C2b、T1h)
零星分布于阳城县润城和泽州县李寨、犁川等地及沁水县大尖山山顶。由石炭系本溪组铝土质页岩、三叠系下统和尚沟组泥页岩组成。岩石干抗压强度10~40MPa,软化系数0.3~0.60铝土页岩和泥页岩呈碎片状,易风化。
5.粘性土类(N2+Q1)
零星分布于管线西段永和—蒲县黄土沟谷,由新近系和第四系下更新统构成。岩性为棕红色粘土、粉质粘土,含数层钙质结核。土质较均匀,中密,呈可塑—硬塑状态,无湿陷性和胀缩性。承载力200~300kPa。
6.黄土类(Q2+3)
广泛分布于永和县—蒲县和浮山县。由第四系中、上更新统构成,岩性为粉土。离石黄土(Q2)成因为洪积,黄褐色,上部稍湿,中密,具湿陷性,中下部湿陷性逐渐减弱,直至消失。马兰黄土(Q3)成因为风坡积,浅黄—黄褐色,稍湿,稍密—中密,具湿陷性,多属自重湿陷性黄土。北留—周村一带马兰黄土成因为坡洪积,浅黄色,稍湿,稍密,具湿陷性,属非自重湿陷性黄土。
7.砂卵砾石类(Q4)
条带状分布于芝河、昕水河、沁水河、芦苇河、沁河等山间河谷,由第四系全新统组成,岩性主要为砂卵砾石,颗粒大小不均。
(三)地质构造与地震
山西处于一级构造单元华北准地台的中部。总体可划分为鄂尔多斯断块(台坳)和吕梁—太行断块(山西断隆)。管线经过的构造单元见表10-4,各单元构造形迹见图10-1。评估区共有断裂19条,与管线相交的有12条,其中有4条具活动性。
(1)离石断裂:是鄂尔多斯断块与吕梁—太行断块的分界构造,总长约270km。发生于蒲县一带的3次5级地震均位于该断裂。
(2)罗云山山前活动断裂:洪洞—临汾凹陷北段西界断裂。走向呈北北东向,延伸长度20km。自新生代起,断裂的西盘呈反向发展为正断层,东盘下降,不但石炭系、二叠系被错断,第四系下更新统也被错断。据钻孔揭示,上更新统底界埋深近40m,按晚更新世10万年计算,断层平均活动速率为0.4mm/a。
表10-4 评估区构造单元区划表
(3)浮山活动断裂:是临汾—运城新裂陷东侧断裂,与管线相交于EF038的298°方向600m处,走向北北东,延伸长度约70km。在北王—北韩和赵家坡都可见断陷错断中更新统、上更新统下部。在王子堡村东,中更新统被错断达50m,表明断裂活动至第四纪中更新世、晚更新世早期仍有活动。1209年沿断裂带发生过
(4)晋获活动断裂:又称太行大断裂,是沁水块坳与太行山块隆的分界断裂,断裂南端距管线(EJ012)1300m,总体走向北北东,山西境内延伸长度约320km。在该断裂经过的和顺、高平、晋城等发生过多起地震,属继承性活动断裂。
管线经过汾渭地震带(也称山西地震带)。据记载,山西地震带绝大多数中、强地震集中在临汾断陷盆地中;而两侧山区地震相对较少,是地震活动较弱的地区。
从公元446年到2000年,盆地内记录到M≥4级的地震14次,其中
西气东输管道工程地质灾害危险性研究
根据最新地震区划,山西段50年超越概率10%水平的地震烈度:午城以西Ⅵ度,午城—云中山东麓Ⅶ度,云中山东麓—大阳(临汾盆地)Ⅷ度,大阳—沁水Ⅶ度,沁水以东Ⅵ度。地震动加速度峰值:午城以西50gal,午城—云中山东麓100~150gal,云中山东麓—浮山200gal,浮山—沁水100~150gal,沁水以东50gal。地震危险性分析,临汾为8级潜在震源区,浮山为7级潜在震源区。
(四)水文地质条件
评估区地下水可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水、碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙水和碳酸盐岩类裂隙岩溶水4类(图10-2)。各类水对管线施工和运营影响不大。
1.松散岩类孔隙水
(1)丘陵区
黄河以东及临汾盆地两侧黄土丘陵区,大面积出露黄土类土,地下水含水层为粉土、粉质粘土,局部为砂砾石或钙质结核,由于受水的侵蚀切割作用,沟谷发育,不利于地下水的储存。在梁峁地区一般是透水而不含水,仅在冲沟沟头,当下伏新近系红土隔水时,局部赋存少量上层滞水或潜水,动态变化大,没有统一的地下水位,富水性较差,仅能作为人畜饮用水源。在现代较大山间河谷中,由于受地表水的补给,富水性相对较好,如昕水河蒲县河段和芦苇河芹池—润城。水位埋深2~10m。管线在河谷地段有时要遇到地下水。水质类型以HCO3—Ca型为主,矿化度20~45mg/L。
(2)盆地平原区
① 浅层潜水
图10-1 西气东输管道工程山西段地质构造图
燕山期断块:1.二级构造单元界线;2.三级构造单元界线;3.四级构造单元界线;喜马拉雅期新裂陷:4.新裂陷边界线;5.新裂陷内次级单元界线;6.背斜、向斜;7.推测背向斜;8.基底断裂;9.盖层断裂;10.一般断裂;11.正断层;12.性质不明断断层(实测、推测);13.管道线路
在临汾盆地中部,含水层为上更新统和全新统砂、砂砾石层,厚10~30m,是良好的含水层,地下水量丰富,且有由中心向两侧递减的规律。地下水由边山向汾河方向径流,排向河流。水质类型为HCO3·SO4—Na·Mg型水,矿化度100~300mg/L;高阶地和山前地带水质良好,为HCO3·SO4—Ca·Mg型水,矿化度50~100mg/L。该区地下水位埋深5~12m,水位年变幅0.2~1.5m,水位以下在细砂分布地段有液化现象,对管道施工有影响。
② 中深层水
中深层水含水岩组为中下更新统冲洪积、湖积砂层、粉质粘土,含水层厚度30~50m,具承压性,富水性中等,水质类型为SO4·Cl—Na、HCO3·SO4—Na、HCO3—Na·Mg型水,矿化度50~300mg/L。地下水位埋深在30~160m,对管线无影响。
2.碎屑岩类裂隙水
含水介质主要为二叠系和三叠系砂页岩,广泛分布于永和—蒲县、沁水—阳城地段,由于含水层出露位置较高,地形切割严重,降水入渗后多在沟谷低凹处以下降泉的形式排泄于地表。泉流量一般小于1L/s,富水性属水量贫乏,水化学类型多属重碳酸型和重碳酸硫酸型,矿化度130~550mg/L,动态呈季节性变化。
3.碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙水
含水岩组为石炭系山西组和太原组。零星出露于阳城县润城—北留和蒲县黑龙关、泽州李寨、犁川、晋庙铺和阳城润城等地,含水介质主要为砂页岩间所夹5~7层灰岩,同时灰岩下部的煤层和页岩起相对隔水作用,较富水,单井涌水量多在360~960m3/d,但由于采煤影响,破坏了含水层结构,致使地下水呈逐渐疏干状态,水化学类型一般为重碳酸硫酸型,矿化度210~1290mg/L。
4.碳酸盐岩类裂隙岩溶水
主要出露于泽州县,在临汾盆地西边山一带也有零星分布。含水岩组主要为上、下马家沟组。含水介质主要为灰岩。富水性极不均匀,评估区内出露的岩溶大泉有龙子祠泉、延河泉、三姑泉等,泉水出露标高分别为478m、464m、302m,流量分别为623L/s、4500L/s、3370L/s,水化学类型分别为HCO3—Ca型、HCO3·SO4—Ca型,HCO3·SO4—Ca·Mg型,矿化度分别为500mg/L、370mg/L、430mg/L。
(五)矿产资源
评估区蕴藏的固体矿产集中分布于沁水块坳,即EF—EJ段,其次是吕梁块隆,即EC段东部和ED段西部,主要有煤、铁、石灰岩、粘土矿、铝土矿、重晶石、白云岩等十余个矿种。其中分布面积和蕴藏量最大的为沁水煤田和河东煤田,目前探明的储量仅晋城就达271.77亿吨,占山西无烟煤的54.65%,占全国无烟煤的25.6%。含煤地层主要为石炭系太原组和山西组。太原组含煤5~8层,其中15#煤厚1.23~7.7m,稳定可采,属主采煤层,9#、10#在EF段局部可采;山西组含煤4层,其中3#煤厚3.42~6.91m,稳定可采,属主采煤层。评估区现有煤矿159座,年产量一般在10万吨以下,较大的有临汾蛇凹沟,蒲县黑龙关、阳城卧庄煤矿,年产量分别达21万吨、30万吨、21.9万吨。主采9#、10#煤中EC段11座,ED段38座,EF段2座;主采3#煤EH段52座;主采15#煤EJ段55座。管线经过的煤矿有19座。
铁矿分布于EF、EH、EJ段,含矿层位主要是中石炭系本溪组底部,一般厚0.5~2m。多为小型矿床或矿点,评估区内铁矿共有53座,集中分布于EH段。其他矿种储量小,呈零星点分布,开发利用程度低。
此外,在EG—EH段的沁水煤田还蕴藏有丰富的煤层气资源。含气面积约400km2,煤炭平均埋深在600~700m,3#、9#、15#煤总厚约15~20m,目前探明地质储量1000多亿m3,属特大型非常规天然气田。
图10-2 西气东输管道工程山西段水文地质图
松散岩类孔隙水:1.水量丰富;2.水量中等;3.水量贫乏;碳酸盐类裂隙岩溶水:4.水量中等;5.水量贫乏;碎屑岩类裂隙水:6.水量中等;7.水量贫乏;8.变质岩类裂隙水;9.岩浆岩类裂隙水;10.有供水意义的下伏岩溶水含水岩层(中等富水);11.
三、人类工程活动对地质环境的影响
评估区地质灾害主要是因采煤、铁引起的地裂缝、地面塌陷和由此而诱发的滑坡和崩塌,人类工程活动破坏或恶化了自然地质环境,这是不可恢复和很难恢复的。有些非人为引起的灾种经改造后逐渐消失,如临汾盆地(ED段)以往盐碱化严重,多年来人类在生产活动中对其整治、改良,目前盐碱化已消失。
四、地质环境条件复杂性等级的分段划分
地质环境条件简单的管线长度88.504km,占总长的27.36%;中等的管线长度122.26km,占全长的37.80%;复杂的管线长度112.72km,占全长的34.84%。地质环境条件复杂程度分段划分见表10-6和图10-3。