紅層主要是指侏羅紀到新近紀的陸相紅色巖系。隨著紅層地區工程建設發展, 紅層工程地質特征及其對工程建設影響越來越受到關注。由于各地紅層分布規律、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特征, 對解決紅層地區工程勘察、填料選擇等問題具有重要意義。

 

  1  各地區紅層分布工程地質評價

 

  自震旦紀以來, 紅層在不同地質年代斷續沉積形成。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研究、中南地區湘耒高速公路紅砂巖路基修筑技術研究、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  不同地層時代紅層分布特征

 

  紅層的地層時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育。

 

  隨著沉積環境的變化, 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評價

 

  絕大多數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構造方向, 特別是與斷裂帶方向有密切關系。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。

 

  根據巖石碎屑物質的顆粒組成, 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, 有時夾有淡水灰巖或膏鹽層。其主要沉積類型如表3 所示。

 

  4  地質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,在此時期兩個主要的大的地質構造運動是燕山構造運動和喜馬拉雅運動。不同時期的構造運動嚴格控制了紅層分布的格局[ 10] , 紅層盆地的分布多數沿著構造線分布, 形成盆地式的丘陵地貌。如長江從漢口經九江到南京的寬廣谷地, 是沿淮陽構造弧發育的斷陷帶, 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淮陽弧的轉折而轉折[ 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、頁巖轉變[ 7] (表4)。由于沉積條件逐漸發生變化, 盆地中部的紅層產狀平緩, 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, 產狀變化大, 巖體破碎, 完整性差。

 

  在工程擾動下, 容易發生滑坡、崩塌等嚴重的地質災害和工程問題。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、崩塌地質災害工程數量眾多。

 

  5  紅層產狀的工程地質評價

 

  根據各個紅層區域的構造特征、地形地貌特征、氣候特征和工程實踐, 紅層巖層產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)。埋藏型紅層區的工程地質問題具有一定的隱蔽性, 而出露型紅層的工程地質問題相對明顯。

 

  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, 水文網絡發育, 應注意滲流、蠕變等問題的潛在影響。

 

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

 

  (4)紅層形成時代較新, 巖土體的膠結性差, 鈣質、泥質膠結物含量相對較高, 工程地質性能相對較差, 巖石多屬于軟巖類別;水穩定性差, 易風化、崩解;蒸發巖及紅層巖土體中的可溶成份在水的作用下, 容易發生巖溶、腐蝕、滲流等化學穩定性問題。

 

  (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、軟化等問題研究。