我国红层分布特征及主要工程地质问题

  红层主要是指侏罗纪到新近纪的陆相红色岩系。随着红层地区工程建设发展, 红层工程地质特征及其对工程建设影响越来越受到关注。由于各地红层分布规律、岩性特征等工程勘察问题的资料有限, 同时鲁西南、西北、中南、西南等地区红层工程建设表明, 深入分析我国各地红层分布的工程地质特征, 对解决红层地区工程勘察、填料选择等问题具有重要意义。

 

  1  各地区红层分布工程地质评价

 

  自震旦纪以来, 红层在不同地质年代断续沉积形成。我国广泛出露的红层主要为侏罗系、白垩系及古近系, 其中以侏罗系、白垩系红层分布最广。除台湾省外, 其它省市均有红层分布(图1 、表1), 总面积约826 389km2 , 约占全国陆地总面积的8.61 %, 但分布不均。其中南方红层约占全国红层总面积的60 %, 以西南、中南地区红层分布较广。北方约占40 %, 以甘肃以及蒙宁晋陕交界红层分布相对较多。

 

  红层分布受构造影响明显, 南方以西南大型菱形盆地和中南地区长条形为主的中型盆地为代表, 如四川盆地、衡阳盆地、南雄盆地等。北方如西北地区的陕甘宁盆地西部南部、鄂尔多斯盆地西南部、东北平原中部、华北平原中部等地也有红层分布, 但多为分散式盆地分布, 面积相对较小。其中东北地区红层分布最少,西南地区分布最多。红层工程建设也主要集中在西南、中南、西北地区, 如交通部西部红层工程成套设计技术研究、中南地区湘耒高速公路红砂岩路基修筑技术研究、西南地区遂渝铁路、达成铁路扩能改造工程等都是近期红层工程建设中的典型代表。

 

  2  不同地层时代红层分布特征

 

  红层的地层时代从寒武纪到新近纪, 但三叠纪以前地层中红层多为零星分布, 以中新生代特别是从侏罗纪到新近纪的陆相红色岩层最为发育。

 

  随着沉积环境的变化, 各个红层盆地的沉积厚度相差悬殊, 如湘赣及鄂西一带, 红层累计厚度2 000 ～4 000m , 滇中地区红层最大厚度可达8 000m, 福建红层的最大厚度可达4 000m。

 

  3  典型沉积红层工程地质评价

 

  绝大多数红层沉积于各类大小不同的断陷盆地或凹陷盆地中, 具有分布点多、面积变化大、各个盆地互不连接、分割性强等特点。我国南方的红层盆地可以分为以菱形为主的大型盆地、以长条型为主的中型盆地和菱形、长条型均有的小型盆地等三大类, 它们的分布都与地质构造方向, 特别是与断裂带方向有密切关系。大型盆地以坳陷为主, 长条形中型和小型盆地以断陷为主[ 10] 。而北方红层多为上覆堆积层覆盖, 地形地貌特征不明显。

 

  根据岩石碎屑物质的颗粒组成, 每套红层的岩性通常为交互沉积、软硬相间的砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩, 有时夹有淡水灰岩或膏盐层。其主要沉积类型如表3 所示。

 

  4  地质构造对红层工程性能影响

 

  红层多形成于侏罗纪、白垩纪、古近纪和新近纪,在此时期两个主要的大的地质构造运动是燕山构造运动和喜马拉雅运动。不同时期的构造运动严格控制了红层分布的格局[ 10] , 红层盆地的分布多数沿着构造线分布, 形成盆地式的丘陵地貌。如长江从汉口经九江到南京的宽广谷地, 是沿淮阳构造弧发育的断陷带, 在断陷带的两侧边缘, 都有红层星散出露, 它们的排列方向随着淮阳弧的转折而转折[ 10] 。

 

  从山地边缘向盆地中心, 岩性由粗粒向细粒转变,即从砾岩逐渐向砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩转变[ 7] (表4)。由于沉积条件逐渐发生变化, 盆地中部的红层产状平缓, 受构造影响轻微, 岩体较完整, 盆地边缘岩体受构造影响剧烈, 产状变化大, 岩体破碎, 完整性差。

 

  在工程扰动下, 容易发生滑坡、崩塌等严重的地质灾害和工程问题。如四川盆地的边缘受龙门山断裂带等的影响, 构造作用强烈, 岩体破碎, 在成昆铁路、宝成铁路、成渝铁路的建设中, 滑坡、崩塌地质灾害工程数量众多。

 

  5  红层产状的工程地质评价

 

  根据各个红层区域的构造特征、地形地貌特征、气候特征和工程实践, 红层岩层产状具有埋藏性和出露型, 出露型又可以分为水平岩层、倾斜岩层、陡倾岩层三种类型(表5)。埋藏型红层区的工程地质问题具有一定的隐蔽性, 而出露型红层的工程地质问题相对明显。

 

  6  结论

 

  (1)红层在我国各地都有分布, 南方红层以裸露型为主, 北方呈分散式分布, 以埋藏型为主。红层是工程建设中不可避免的一类岩土体。

 

  (2)红层的分布受控于分布区的区域断裂带, 岩体结构破碎, 完整性差, 水文网络发育, 应注意渗流、蠕变等问题的潜在影响。

 

  (3)砂岩、泥岩、页岩、蒸发岩、杂色岩等多种软硬岩层互层结构, 在工程活动等因素的影响下, 沿着其中的软弱结构面易发生滑坡、差异风化、长期变形等问题。

 

  (4)红层形成时代较新, 岩土体的胶结性差, 钙质、泥质胶结物含量相对较高, 工程地质性能相对较差, 岩石多属于软岩类别;水稳定性差, 易风化、崩解;蒸发岩及红层岩土体中的可溶成份在水的作用下, 容易发生岩溶、腐蚀、渗流等化学稳定性问题。

 

  (5)建议在工程建设中将红层作为特殊岩土对待。

 

  路堤工程中应重视红层填料路用性研究、地下工程中应重视埋藏型红层变形、软化等问题研究。