我國紅層分布特征及主要工程地質(zhì)問(wèn)題

  紅層主要是指侏羅紀到新近紀的陸相紅色巖系。隨著(zhù)紅層地區工程建設發(fā)展, 紅層工程地質(zhì)特征及其對工程建設影響越來(lái)越受到關(guān)注。由于各地紅層分布規律、巖性特征等工程勘察問(wèn)題的資料有限, 同時(shí)魯西南、西北、中南、西南等地區紅層工程建設表明, 深入分析我國各地紅層分布的工程地質(zhì)特征, 對解決紅層地區工程勘察、填料選擇等問(wèn)題具有重要意義。

 

  1  各地區紅層分布工程地質(zhì)評價(jià)

 

  自震旦紀以來(lái), 紅層在不同地質(zhì)年代斷續沉積形成。我國廣泛出露的紅層主要為侏羅系、白堊系及古近系, 其中以侏羅系、白堊系紅層分布最廣。除臺灣省外, 其它省市均有紅層分布(圖1 、表1), 總面積約826 389km2 , 約占全國陸地總面積的8.61 %, 但分布不均。其中南方紅層約占全國紅層總面積的60 %, 以西南、中南地區紅層分布較廣。北方約占40 %, 以甘肅以及蒙寧晉陜交界紅層分布相對較多。

 

  紅層分布受構造影響明顯, 南方以西南大型菱形盆地和中南地區長(cháng)條形為主的中型盆地為代表, 如四川盆地、衡陽(yáng)盆地、南雄盆地等。北方如西北地區的陜甘寧盆地西部南部、鄂爾多斯盆地西南部、東北平原中部、華北平原中部等地也有紅層分布, 但多為分散式盆地分布, 面積相對較小。其中東北地區紅層分布最少,西南地區分布最多。紅層工程建設也主要集中在西南、中南、西北地區, 如交通部西部紅層工程成套設計技術(shù)研究、中南地區湘耒高速公路紅砂巖路基修筑技術(shù)研究、西南地區遂渝鐵路、達成鐵路擴能改造工程等都是近期紅層工程建設中的典型代表。

 

  2  不同地層時(shí)代紅層分布特征

 

  紅層的地層時(shí)代從寒武紀到新近紀, 但三疊紀以前地層中紅層多為零星分布, 以中新生代特別是從侏羅紀到新近紀的陸相紅色巖層最為發(fā)育。

 

  隨著(zhù)沉積環(huán)境的變化, 各個(gè)紅層盆地的沉積厚度相差懸殊, 如湘贛及鄂西一帶, 紅層累計厚度2 000 ～4 000m , 滇中地區紅層最大厚度可達8 000m, 福建紅層的最大厚度可達4 000m。

 

  3  典型沉積紅層工程地質(zhì)評價(jià)

 

  絕大多數紅層沉積于各類(lèi)大小不同的斷陷盆地或凹陷盆地中, 具有分布點(diǎn)多、面積變化大、各個(gè)盆地互不連接、分割性強等特點(diǎn)。我國南方的紅層盆地可以分為以菱形為主的大型盆地、以長(cháng)條型為主的中型盆地和菱形、長(cháng)條型均有的小型盆地等三大類(lèi), 它們的分布都與地質(zhì)構造方向, 特別是與斷裂帶方向有密切關(guān)系。大型盆地以坳陷為主, 長(cháng)條形中型和小型盆地以斷陷為主[ 10] 。而北方紅層多為上覆堆積層覆蓋, 地形地貌特征不明顯。

 

  根據巖石碎屑物質(zhì)的顆粒組成, 每套紅層的巖性通常為交互沉積、軟硬相間的礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、頁(yè)巖, 有時(shí)夾有淡水灰巖或膏鹽層。其主要沉積類(lèi)型如表3 所示。

 

  4  地質(zhì)構造對紅層工程性能影響

 

  紅層多形成于侏羅紀、白堊紀、古近紀和新近紀,在此時(shí)期兩個(gè)主要的大的地質(zhì)構造運動(dòng)是燕山構造運動(dòng)和喜馬拉雅運動(dòng)。不同時(shí)期的構造運動(dòng)嚴格控制了紅層分布的格局[ 10] , 紅層盆地的分布多數沿著(zhù)構造線(xiàn)分布, 形成盆地式的丘陵地貌。如長(cháng)江從漢口經(jīng)九江到南京的寬廣谷地, 是沿淮陽(yáng)構造弧發(fā)育的斷陷帶, 在斷陷帶的兩側邊緣, 都有紅層星散出露, 它們的排列方向隨著(zhù)淮陽(yáng)弧的轉折而轉折[ 10] 。

 

  從山地邊緣向盆地中心, 巖性由粗粒向細粒轉變,即從礫巖逐漸向砂巖、粉砂巖、泥巖、頁(yè)巖轉變[ 7] (表4)。由于沉積條件逐漸發(fā)生變化, 盆地中部的紅層產(chǎn)狀平緩, 受構造影響輕微, 巖體較完整, 盆地邊緣巖體受構造影響劇烈, 產(chǎn)狀變化大, 巖體破碎, 完整性差。

 

  在工程擾動(dòng)下, 容易發(fā)生滑坡、崩塌等嚴重的地質(zhì)災害和工程問(wèn)題。如四川盆地的邊緣受龍門(mén)山斷裂帶等的影響, 構造作用強烈, 巖體破碎, 在成昆鐵路、寶成鐵路、成渝鐵路的建設中, 滑坡、崩塌地質(zhì)災害工程數量眾多。

 

  5  紅層產(chǎn)狀的工程地質(zhì)評價(jià)

 

  根據各個(gè)紅層區域的構造特征、地形地貌特征、氣候特征和工程實(shí)踐, 紅層巖層產(chǎn)狀具有埋藏性和出露型, 出露型又可以分為水平巖層、傾斜巖層、陡傾巖層三種類(lèi)型(表5)。埋藏型紅層區的工程地質(zhì)問(wèn)題具有一定的隱蔽性, 而出露型紅層的工程地質(zhì)問(wèn)題相對明顯。

 

  6  結論

 

  (1)紅層在我國各地都有分布, 南方紅層以裸露型為主, 北方呈分散式分布, 以埋藏型為主。紅層是工程建設中不可避免的一類(lèi)巖土體。

 

  (2)紅層的分布受控于分布區的區域斷裂帶, 巖體結構破碎, 完整性差, 水文網(wǎng)絡(luò )發(fā)育, 應注意滲流、蠕變等問(wèn)題的潛在影響。

 

  (3)砂巖、泥巖、頁(yè)巖、蒸發(fā)巖、雜色巖等多種軟硬巖層互層結構, 在工程活動(dòng)等因素的影響下, 沿著(zhù)其中的軟弱結構面易發(fā)生滑坡、差異風(fēng)化、長(cháng)期變形等問(wèn)題。

 

  (4)紅層形成時(shí)代較新, 巖土體的膠結性差, 鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結物含量相對較高, 工程地質(zhì)性能相對較差, 巖石多屬于軟巖類(lèi)別;水穩定性差, 易風(fēng)化、崩解;蒸發(fā)巖及紅層巖土體中的可溶成份在水的作用下, 容易發(fā)生巖溶、腐蝕、滲流等化學(xué)穩定性問(wèn)題。

 

  (5)建議在工程建設中將紅層作為特殊巖土對待。

 

  路堤工程中應重視紅層填料路用性研究、地下工程中應重視埋藏型紅層變形、軟化等問(wèn)題研究。