紅層主要是指侏羅紀(jì)到新近紀(jì)的陸相紅色巖系。隨著紅層地區(qū)工程建設(shè)發(fā)展, 紅層工程地質(zhì)特征及其對工程建設(shè)影響越來越受到關(guān)注。由于各地紅層分布規(guī)律、巖性特征等工程勘察問題的資料有限, 同時魯西南、西北、中南、西南等地區(qū)紅層工程建設(shè)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(qū)工程勘察、填料選擇等問題具有重要意義。

 

  1  各地區(qū)紅層分布工程地質(zhì)評價

 

  自震旦紀(jì)以來, 紅層在不同地質(zhì)年代斷續(xù)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(qū)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(gòu)造影響明顯, 南方以西南大型菱形盆地和中南地區(qū)長條形為主的中型盆地為代表, 如四川盆地、衡陽盆地、南雄盆地等。北方如西北地區(qū)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(qū)紅層分布最少,西南地區(qū)分布最多。紅層工程建設(shè)也主要集中在西南、中南、西北地區(qū), 如交通部西部紅層工程成套設(shè)計技術(shù)研究、中南地區(qū)湘耒高速公路紅砂巖路基修筑技術(shù)研究、西南地區(qū)遂渝鐵路、達(dá)成鐵路擴能改造工程等都是近期紅層工程建設(shè)中的典型代表。

 

  2  不同地層時代紅層分布特征

 

  紅層的地層時代從寒武紀(jì)到新近紀(jì), 但三疊紀(jì)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(jì)到新近紀(jì)的陸相紅色巖層最為發(fā)育。

 

  隨著沉積環(huán)境的變化, 各個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(qū)紅層最大厚度可達(dá)8 000m, 福建紅層的最大厚度可達(dá)4 000m。

 

  3  典型沉積紅層工程地質(zhì)評價

 

  絕大多數(shù)紅層沉積于各類大小不同的斷陷盆地或凹陷盆地中, 具有分布點多、面積變化大、各個盆地互不連接、分割性強等特點。我國南方的紅層盆地可以分為以菱形為主的大型盆地、以長條型為主的中型盆地和菱形、長條型均有的小型盆地等三大類, 它們的分布都與地質(zhì)構(gòu)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(jù)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、頁巖, 有時夾有淡水灰?guī)r或膏鹽層。其主要沉積類型如表3 所示。

 

  4  地質(zhì)構(gòu)造對紅層工程性能影響

 

  紅層多形成于侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)、古近紀(jì)和新近紀(jì),在此時期兩個主要的大的地質(zhì)構(gòu)造運動是燕山構(gòu)造運動和喜馬拉雅運動。不同時期的構(gòu)造運動嚴(yán)格控制了紅層分布的格局[ 10] , 紅層盆地的分布多數(shù)沿著構(gòu)造線分布, 形成盆地式的丘陵地貌。如長江從漢口經(jīng)九江到南京的寬廣谷地, 是沿淮陽構(gòu)造弧發(fā)育的斷陷帶, 在斷陷帶的兩側(cè)邊緣, 都有紅層星散出露, 它們的排列方向隨著淮陽弧的轉(zhuǎn)折而轉(zhuǎn)折[ 10] 。

 

  從山地邊緣向盆地中心, 巖性由粗粒向細(xì)粒轉(zhuǎn)變,即從礫巖逐漸向砂巖、粉砂巖、泥巖、頁巖轉(zhuǎn)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(gòu)造影響輕微, 巖體較完整, 盆地邊緣巖體受構(gòu)造影響劇烈, 產(chǎn)狀變化大, 巖體破碎, 完整性差。

 

  在工程擾動下, 容易發(fā)生滑坡、崩塌等嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害和工程問題。如四川盆地的邊緣受龍門山斷裂帶等的影響, 構(gòu)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(shè)中, 滑坡、崩塌地質(zhì)災(zāi)害工程數(shù)量眾多。

 

  5  紅層產(chǎn)狀的工程地質(zhì)評價

 

  根據(jù)各個紅層區(qū)域的構(gòu)造特征、地形地貌特征、氣候特征和工程實踐, 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、陡傾巖層三種類型(表5)。埋藏型紅層區(qū)的工程地質(zhì)問題具有一定的隱蔽性, 而出露型紅層的工程地質(zhì)問題相對明顯。

 

  6  結(jié)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(shè)中不可避免的一類巖土體。

 

  (2)紅層的分布受控于分布區(qū)的區(qū)域斷裂帶, 巖體結(jié)構(gòu)破碎, 完整性差, 水文網(wǎng)絡(luò)發(fā)育, 應(yīng)注意滲流、蠕變等問題的潛在影響。

 

  (3)砂巖、泥巖、頁巖、蒸發(fā)巖、雜色巖等多種軟硬巖層互層結(jié)構(gòu), 在工程活動等因素的影響下, 沿著其中的軟弱結(jié)構(gòu)面易發(fā)生滑坡、差異風(fēng)化、長期變形等問題。

 

  (4)紅層形成時代較新, 巖土體的膠結(jié)性差, 鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)物含量相對較高, 工程地質(zhì)性能相對較差, 巖石多屬于軟巖類別;水穩(wěn)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(wěn)定性問題。

 

  (5)建議在工程建設(shè)中將紅層作為特殊巖土對待。

 

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