紅層的巖石學(xué)特征在工程上的應(yīng)用

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1、紅層概述紅層為紅色的陸相碎屑沉積物，形成于古盆地和湖泊環(huán)境，主要形成于炎熱、干燥的地質(zhì)時(shí)期。紅層巖石組成多為砂巖和礫巖，并夾粉砂巖、頁(yè)巖、泥巖、灰?guī)r、石膏及巖鹽等，紅層的沉積結(jié)構(gòu)和構(gòu)造具有一定的規(guī)律性。紅層是地殼演化到一定歷史階段的產(chǎn)物，它不只是中新生代的產(chǎn)物，在古生代也有紅層發(fā)育與分布。中國(guó)的紅層主要分布在西南、華南、華中及西北的廣大地區(qū)。山于各地區(qū)紅層的巖性、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候條件和時(shí)間因素不同，紅層中發(fā)育了多種地貌，如方山、丘陵、高原、丹霞地貌等。紅層地貌與丹霞地貌應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)來(lái)。紅層的界定曾昭璇等認(rèn)為“紅層是從中生代，特別是從侏羅紀(jì)到早第三紀(jì)的陸相紅色巖

2、系”，是丹霞地貌發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。至于它形成于什么時(shí)代，沒(méi)有必要在定義中加以限制，因?yàn)樵谥猩郧昂屯淼谌o(jì)也有紅層堆積;由于沉積環(huán)境的差異和后期地質(zhì)作用的改造，紅層的顏色可能變化于棕黃、褐黃、紫紅、褐紅、灰紫等偏紅色調(diào);紅層是一種巖性復(fù)雜的陸相沉積，這與相對(duì)均質(zhì)、致密的海相沉積有著很大的差別，但應(yīng)該允許有過(guò)渡相和交互相夾層;說(shuō)紅層是碎屑巖系主要用以區(qū)別陸相化學(xué)沉積和生物沉積。作者對(duì)紅層提出了一個(gè)界定依據(jù):①顏色是偏紅色調(diào);②是陸相沉積環(huán)境;③是碎屑沉積。因此認(rèn)為，紅層是一種紅色的陸相碎屑巖系。紅層這個(gè)名稱在中國(guó)最早由李四光提出，紅層主要指侏羅系、白奎系及少量

3、三疊系及早第三系形成的，己經(jīng)成巖的，主色調(diào)為紅色的泥巖、粉砂巖、砂巖等巖性的一套陸相及淺水湖相沉積物，但紅層并非只是中生代及以后的產(chǎn)物，在北美一俄羅斯古陸以及我國(guó)的山西及塔里木盆地等部在古生代就有陸相“老紅層”沉積。紅層的物質(zhì)組成根據(jù)目前國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究，紅層碎屑的顆粒組成差異很大，有洪積泥礫、短促河床礫石層、河床相砂礫、較長(zhǎng)途搬運(yùn)的具有砂波結(jié)構(gòu)的河床砂、河流三角洲前緣相的砂質(zhì)層和以泥質(zhì)為主的湖盆相粉砂質(zhì)或淤泥質(zhì)沉積等。四川盆地西北部的古山前拗陷中的紅層巨礫可達(dá)數(shù)十厘米，而許多紅層盆地中部多由泥質(zhì)巖構(gòu)成。碎屑的礫石組成一般與其外圍山地的物源一致，巖屑、礫屑是其

4、外圍物源地巖石碎屑的混合。其砂質(zhì)主要是石英，含部分長(zhǎng)石;膠結(jié)物以泥、砂為主，化學(xué)膠結(jié)物主要為硅質(zhì)、鈣質(zhì)和鐵質(zhì)。湖南岌山的碳酸鈣含量隨外圍接觸地層的不同而有很大差別，在接觸碳酸鹽巖源地的地方，碳酸鈣含量可達(dá)25%以上。紅層的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造紅層一般發(fā)育在內(nèi)陸盆地和湖泊環(huán)境，所以其沉積特征在粒度上呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，紅層盆地邊緣往往堆積巨厚的洪積相混雜泥礫，往中心漸變?yōu)楹椤_積礫巖、砂礫巖，砂巖與河、湖積細(xì)砂、粉沙巖或泥質(zhì)巖。這是因?yàn)樾纬杉t層的物質(zhì)來(lái)源于古盆地或古湖盆周?chē)母叩兀赃吘壍貛ё钕冉邮艹练e，粒度較大，而粒度較小的物質(zhì)可以被搬運(yùn)到盆中。但在垂直剖面上，盆地外

5、圍的洪積扇前緣粗碎屑堆積區(qū)，巖石粒級(jí)的變化很大，常常表現(xiàn)為互層狀。即礫巖、砂礫巖交互成層，夾砂巖;或砂礫巖、砂巖為主夾礫巖或夾薄層粉砂巖、泥質(zhì)巖。而接近湖盆中心的細(xì)碎屑堆積區(qū)，巖性的垂直變化一般較小。相對(duì)說(shuō)來(lái)，河流淡水沉積、泥砂膠結(jié)或硅質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的礫巖和砂礫巖比較堅(jiān)硬;而盆地中心沉積的粉砂巖、泥質(zhì)巖所含的可溶性物質(zhì)較多，透水性較差、含水較多，因而比較軟弱。大部分的粗碎屑紅層以厚層或巨厚層甚至塊狀構(gòu)造為主;接近盆地中心的湖積相或河漫灘相細(xì)碎屑紅層一般以薄層構(gòu)造為主;而介于兩者之間的河床相和三角洲相堆積則較為復(fù)雜，比較穩(wěn)定的較大河流在河床側(cè)向擺動(dòng)過(guò)程中，可能會(huì)

6、形成厚層或巨厚層砂質(zhì)堆積，同時(shí)在邊灘發(fā)育或河底砂波移動(dòng)過(guò)程中，在沉積層內(nèi)的細(xì)層或紋層形成斜層理;另一種情況可能是在人湖三角洲推進(jìn)過(guò)程中，在同一砂巖層內(nèi)，發(fā)育斜層理或交錯(cuò)層理。丹霞山錦石巖段和白寨頂段有8一20m巨厚層不等粒石英砂巖和長(zhǎng)石石英砂巖，均具有大型板狀交錯(cuò)層理。其中錦石巖段厚層砂巖的交錯(cuò)層產(chǎn)狀。四川盆地南部白平統(tǒng)窩頭山組的巨型斜層理十分發(fā)育。層系厚3一5m，有時(shí)可達(dá)數(shù)十米。細(xì)層層理傾角一般大于300，個(gè)別40以上，呈多向傾斜。紅層形成的古地理環(huán)境紅層的巖性、結(jié)構(gòu)、沉積相和古生物化石(包括植物袍粉)等各種地層研究成果顯示，紅層是一種典型的陸相沉積。紅層

7、中所含的可溶性鹽較多，丹霞山砂巖樣中AL2O3、CaO、Fe2O3，K2O，Na2O的含量均超過(guò)砂巖的克拉克值。許多盆地相紅層中都夾有膏鹽層，粵北南雄群紅色泥巖、皖南休寧盆地紅層及川南、甘肅等地的紅層中都夾有多層的含石膏層。故而認(rèn)為大部分紅層堆積在封閉的、相對(duì)干燥的內(nèi)流盆地環(huán)境中。而在盆地堆積的后期，隨著盆地抬升、湖水外瀉而淡化，紅層中沒(méi)有鹽沉積，但仍處于相對(duì)封閉的內(nèi)陸環(huán)境，在淡化的盆地中沉積的紅層往往比鹽化的湖盆中沉積的紅層要堅(jiān)硬一些。由于紅層中大多含有碳酸鹽巖碎屑或鈣質(zhì)膠結(jié)物，甚至含有蒸發(fā)鹽夾層，目前大部分學(xué)者認(rèn)為紅層形成在炎熱千燥的環(huán)境下。但是紅層的紅

8、色主要是高價(jià)鐵(Fe'十)相對(duì)富集而成的，這個(gè)富集過(guò)