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徽成盆地红层形成过程及其强度特性

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甘肃科技Gansu Science and Technology第35卷第4期2019年2月Vol.35 No.4Feb. 2019徽成盆地红层形成过程及其强度特性李燕萍（甘肃省水利水电勘测设计研究院检测中心，甘肃兰州730000）摘要：红层是外观以红色为主色调的特殊碎屑岩沉积地层，天然状态下岩体较坚硬完整.但遇水后易发生膨胀、期解和软化等性质劣化。

本文通过分析红层形成条件，阐述了徽成盆地红层受区域构造、内外地质营力、气候等条件共同影响的 形成过程。

研究区红层强度特性测试研究结果表明：徽成盆地新近系红层因形成时代较晚，抗剪和抗压强度均较低，且随含水量增大强度显著降低.无侧限圧力条件下大部分呈片状剥落型破坏，仅有个别强度相对较高的试样呈剪切破坏性"关键词：徽成盆地；红层；强度中图分类号:P642.221概述“红层”是中、新生代干旱古气候环境条件下形成的外观以红色为主色调的沉积岩层.以陆相沉积 为主，岩性多为（泥质）砂岩、（砂质）泥岩、页岩，岩性组合以互层为特征21。

红层是一种性质特殊的软 弱岩体，在天然状态下较为完整、坚硬，力学性能良好，但遇水后短时间内迅速膨胀、崩解和软化，导致其力学性质快速、大幅度降低，这一特点对于T 程 建设造成了较大的影响铁红层的研究首先是地层学和古生物学的问题， 其研究成果为工程地质研究打下了坚实的理论基础，如红层的分布规律、地层岩性特征，地貌特征 等。

我国红层的工程性质研究主要是在建国以后开 展的，建国后在四川、云南、西北、华南、华中等地区红层中修建了大量的中小型水电丁程，葛洲坝水利 枢纽工程是我国红层上最大的水电工程建设项目。

我国西南地区铁路丁.程建设自50年代开始，修建 的成昆铁路、成渝铁路、宝成铁路等国家干线铁路不同程度的穿过红层分布地区。

90年代以后，高速公路在我国快速发展，红层的工程地质特性进一步 得到研究。

在大量水电、铁路和公路工程建设中，对红层的基本性质和工程处治措施方面开展了大量的研究工作，积累了一定的经验和资料W2徽成盆地红层地质成因2.1 红层形成条件红层是外观以红色为主色调的碎屑岩沉积地层，其形成受以下几方面因素的影响：2.1.1古地貌条件红层为陆相碎屑岩和黏土岩沉积，需要有接受 沉积的古沉积盆地和沉积物源，沉积盆地多为内陆 盆地，也有少量的海滨及海相沉积.物源则指周围山地提供丰富的岩石风化物。

2.1.2古气候条件红层形成于干燥炎热的古气候环境条件下，只有 在一定的温热条件下，原始的基岩才能产生强烈风化作用,提供丰富的沉积物源，同时使岩石发生强烈氧化作用,形成原始的红色外观，在古盆地或湖盆中沉积并 固结成岩，形成今日所见之红层。

2.1.3 构造运动构造运动对红层的形成有重要影响，可以改变 大地轮廓，如晚三叠世的印支运动使我国北方许多 地方隆起成陆，南方大部分地区是海洋，因此在侏罗纪北方发育了红层而南方几乎没有红层分布。

构造 运动通过对地貌的改变，可能引起气候及沉积环境 等的改变，共同影响红层的发育。

2.2徽成盆地地质构造徽成盆地是发育在古生界和三叠系褶皱基底之上的陆内山间盆地，呈北东东-南西西向展布，东窄西宽，西起西和县成寨，东至两当县左家坪，北界西和县 石峡、王家磨，南抵成县索池坝、徽县何家沟、两当县西坡，东西长约210km,南北宽约40km,如图1所示。

徽成盆地地处西秦岭造山带内，是东、西秦岭分界，受侏罗纪-白垩纪伸展断陷和强烈挤压隆升控 制形成东西向走滑拉分盆地。

盆地构造沉降和沉积 充填过程主要受控于盆地北缘徽凤断裂，盆地南部120甘肃科技第35卷抬升与盆地边界断层的活动密切相关。

红层沉积受盆地及其边缘构造的控制明显，岩层倾向盆地中心，倾角一般为3°~15°,局部见有平缓的小挠曲。

研究表明，秦岭造山带自晚三叠世碰撞造山以来，秦岭及周边地区处于区域性伸展背景，在早-中侏罗世秦岭造山带内部垮塌，发生造山之后的伸展垮塌，并在内部沿早期断裂带附近形成一系列断陷盆地。

通过对徽成盆地边界断裂古应力场恢复，依据盆地北侧断层性质、盆地内部侏罗纪沉积相的空间分布、物源变化分析等，认为侏罗纪徽成盆地是受北侧向南南东陡倾的正断层的控制形成的山间断陷盆地，靠近盆地北侧断层为横向冲积扇相沉积，中部横向辫状河沉积，远端为滨浅湖相含煤沉积，其沉积充填模式类似于图2所示。

Egg|WWS|左訂列伙河平原|乂I湖泊庆若I士I花岗闪*岩I酉I正断层图2中侏罗世盆地充填模式2.3徽成盆地红层形成过程早白垩世，徽成盆地北缘徽县-成县断裂带与东秦岭微板块南缘的阳平关一宁陕断裂组成了一个巨大的左行走滑断裂系。

通过对两条断裂带内断层面上线理和断面数据统计以及古应力恢复计算，表明两条断裂带的左行走滑断裂形成的主应力均显示为北东-南西向挤压。

在此挤压应力场下，两条北东东-南西西向左行走滑断裂内部必然形成一系列北东-南西向的张裂空间。

同时，由于秦岭造山带内部发育的大规模的左行走滑运动，使得在东、西秦岭交界部位发生陆内逃逸构造，东秦岭微板块向东有限逃逸，碧口地体侧向向西南逃逸，在块体逃逸后缘产生了伸展空间，在左行剪切断裂带内沿徽成断裂南缘形成了早白垩世西宽东窄的沉积盆地。

徽成盆地形成后即接受搬运沉积。

据砾石成分、磨圆度、粒径和盆地古水流方向的资料，徽成盆地沉积物主要来自于盆地北侧和南侧，少量来自于盆地西侧，首先剥蚀顶部三叠纪的花岗岩，然后开始剥蚀下部的前侏罗系富含灰岩的地层。

边缘断层的活动直接控制了盆地内部冲积扇和三角洲体系的发育，并在盆地中心形成深水湖泊的细粒沉积物。

在干燥炎热气候环境条件下，盆地中形成了山麓相及湖相为主的红色碎屑岩，逐步形成了大量红层岩体，随着盆地不断抬升，盆地结束沉积，最终形成紫红色（暗红色）为主的泥质砂岩、（粉）砂岩、砂质泥岩、砂砾岩夹泥岩及互层状典型红层，成岩程度较差，泥质含量高，多为极软岩。

由于徽成盆地新近系红层是在水流动荡和平稳交替出现的条件下形成的，故沉积稍具粗细韵律，相变剧烈，多见泥岩和砂岩互层或泥岩呈夹层分布。

红层软岩上部一般覆盖第四系黄土，二者呈不整合接触，局部地区黄土与下伏红层软岩间沉积有砾卵石、碎石层，甘肃省地质局区域地质调查队研究成果表明，依据沉积特征、含矿性及古生物化石，徽成盆地红层与陇中盆地新近系红层有很多共性，其下部为固原群紫红、灰色砾岩及砖红色泥岩，为下新近系地层，不整合于白垩系地层之上，上部为固原群砂岩、砂质泥岩，为上新近系地层，与下部固原群地层呈整合接触。

红层是漫长地质时期的产物，其形成与演化是区域构造、内外地质营力、气候等条件共同影响的结果。

综合分析，徽成盆地新近系红层的形成演化是由区域构造控制，受沉积环境和气候条件影响的陆相沉积岩层：中生代构造运动形成东西向走滑拉分盆地，盆地演化与沉积充填过程严重受制于构造活动，一方面岩石风化作用强烈，提供了丰富的沉积物源，另一方面岩石氧化作用强烈.能够形成红层的红色外观，最终在多因素控制下形成了典型红色碎屑岩层。

3徽成盆地红层强度特性岩体是赋存于一定地质环境中的地质体，由结第4期李燕萍：徽成盆地红层形成过程及其强度特性121构面和被其所切割的岩块组成，其强度特性是由结构面和岩块性质共同决定的。

作为岩体工程的承载体，岩石是构成红层软岩的基本单元，其自身属性及其在力的作用下发生的变形破坏行为是影响工程安全和造价的决定性因素。

3.1抗剪强度作为一种具有特殊地质力学性质的岩体，红层具有强度低、抗风化能力差、遇水软化和失水崩解的特点，开挖坡体自稳能力很差，路堑边坡不断出现滑坡、溜坍、风化剥落等病害。

因此，通过试验测试研究红层抗剪强度具有重要的现实意义，能够指导红层地区工程设计与施工。

选取徽成盆地新近系泥岩、粉砂质泥岩进行室内抗剪强度测试，试验方法按照现行GBX50266-2013《工程岩体试验方法标准》相关规定执行。

试验选用四联直剪仪，采用快剪方法，分别施加100、200、300、400kPa垂直压力，剪切速率为0.8mm/min。

图3和图4分别为某一红层泥岩剪应力-剪应变曲线与抗剪强度拟合曲线。

可以看出，新近系泥岩应力-应变曲线呈应变硬化型，试样为塑性破坏，黏聚力41.6kPa,内摩擦角17.5°,抗剪强度较低，这与泥岩含水量大，胶结软弱等密切相关。

1-«—lOOKPal7-200KPa—300KPa|--^--400KPa|(ed>o-R宦空剪位移(mm)3徽成盆地泥岩剪应力-位移曲线r=tanl"5°ct+4617?2=0.998100200300400垂直压力(KPa)4徽成盆地泥岩抗剪强度拟合曲线表1列出了徽成盆地新近系红层软岩不同试样的抗剪强度。

可以看出，取样点新近系红层抗剪强度整体较低，含水量较高的泥岩黏聚力46.1~ 67.6kPa,内摩擦角12.5°~17.5°；含水量低且密度大的胶结稍好的泥岩抗剪强度相对较高，黏聚力可达276.8kPa,内摩擦角31.5°；含水量较低的粉砂质泥岩黏聚力62.0kPa,内摩擦角23.2。

分析可知，新近系红层软岩的抗剪强度与其岩性、含水量、胶结特征等有关，含水量大的泥岩胶结湿化，岩体整体较软弱，呈塑性破坏，抗剪强度低，相同含水率下泥质含量越高则岩体抗剪强度越低。

表1徽成盆地红层抗剪强度岩性含水率/%干密度/(g/cm3)抗剪强度C/kPa申/(。

)泥岩20.2 1.7346.117.5泥岩19.7 1.7667.612.5泥岩10.3 2.01276.831.5粉砂质泥岩11.4 1.9462.023.2 3.2抗压强度岩石的单轴抗压强度是指岩石试件在无侧限条件下受轴向荷载作用压缩破坏时单轴面积所承受的轴向作用力，是衡量岩石抵抗破坏能力的重要指标，常用于岩石的强度分级和岩石特性的描述。

岩石单轴抗压强度受岩性、矿物组成、颗粒大小、胶结特征、孔隙率、结构缺陷等因素的影响，同时也受试样几何形状、高径比、尺寸大小、加荷速率等外部试验条件的影响。

根据红层单轴抗压强度测试中各试样的破坏形态及应力应变曲线，朱俊杰等口将滇中红层单轴压缩破坏形式大致分为三类：①片状剥落型，这种破坏形式岩石的强度一般都不高，在初期应力较小的阶段就开始出现零星的片状脱落，到破坏时试样中部出现大量的片状碎石，并且有明显的体积膨胀;②剪切破坏型，加载过程中因斜截面抗剪强度达到峰值而出现一个甚至多个剪切面;③压致拉裂型,这种破坏形式的试样通常具有较高的抗压强度，岩体较为完整，微裂隙少，粉砂质成分含量较高。

如图5所示为徽成盆地新近系红层软岩天然单轴抗压强度测试结果。

可以看出，由于沉积时代较晚且胶结程度较差，徽成盆地红层天然单轴抗压强度相对较低，基本都小于6MPa,仅有个别胶结好的岩石强度可达9~15MPa。

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古近系红层岩土工程特性分析

古近系红层岩土工程特性分析

1引言红层在我国主要是指中生代以来的在热带或亚热带干旱环境下沉积的湖相、河流相、河湖交替相或是山麓洪积相等陆相红色砂岩、砾岩和页岩等所组成的红色碎屑岩地层，在我国分布比较广泛。

合肥地区由于地处特殊的大地构造部位，盆地内广泛，沉积了侏罗系、白垩系、古近系的以棕红、褐红、紫红色等色调为主的巨厚红色碎屑岩地层(红层)，岩性主要有细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩、泥质砂岩、泥岩夹砾岩等，一般上覆5~50m的第四系松散岩类。

合肥地区红层岩石的力学强度一般较低，按岩石坚硬程度划分一般属软岩~极软岩，其中以古近系碎屑岩类工程性质最差。

改革开放以来，合肥市经济迅速发展，高层建筑不断涌现，这些建筑一般均以红层基岩作为桩端持力层，部分深基坑也位于红层中，因此，准确了解合肥地区红层的工程性质对于合肥地区的工程建设具有重要的意义。

但由于红层岩石具有抗风化能力差、遇水易软化泥化、易崩解等不良性质，在实际勘察工程中难以获得理想的岩芯采取率，也难以取得较准确的物理力学强度指标参数，尤其是全风化带和强风化带，不仅分层界线难以准确划分，也造成一些重要的岩土参数依然处于半定性半定量的阶段，在勘察报告中岩土参数多半只能提供经验值。

本文根据工作经验，结合合肥市某场地岩土工程勘察中在古近系极软岩中的专项测试(测试采用的仍是常规的勘探取样测试及原位测试方法)，对该场地的古近系极软岩全、强风化带的划分及工程性质进行简要探讨，希望能对合肥地区古近系红层工程性质分析评价提供参考。

2岩性特征该场地分布的古近系红色碎屑岩类主要为砂质泥岩、泥质砂岩，间夹泥岩、粉砂质泥岩互层，泥质中细粒结构，薄层~中厚层状构造，碎屑矿物以石英为主，含少量长石、岩屑、云母片，黏土矿物以绿泥石、伊利石、蒙脱石为主，化学成分以SiO2含量为最高(一般达50%以上)，其次为Al2O3，另有少量Fe2O3、CaO、MgO、MnO、TiO2[1]，泥质及钙质胶结为主，呈棕红色间夹褐红、紫红、棕褐色，上覆18.80~25.30m的第四系松散岩类，中风化的饱和抗压强度标准值为1MPa，为极软岩。

徽成盆地东河群孢粉化石的发现及其意义_吉利明

徽成盆地东河群孢粉化石的发现及其意义_吉利明

徽成盆地东河群孢粉化石的发现及其意义_吉利明原稿收到日期:1995-05-24;修改稿收到日期:1995-11-03,1996-06-19,1996-11-17。

徽成盆地东河群孢粉化石的发现及其意义吉利明雷怀彦房玄(中国科学院兰州地质研究所,甘肃兰州,730000)对甘肃南部徽成盆地东河群进行了孢粉研究,在上部的化垭组首次发现了一些孢粉化石。

孢粉组合以Cicatr icos ispor ites -Hsuisp orites -Classopollis 为代表,蕨类植物孢子占明显优势,以海金砂科、水龙骨科和卷柏科为主;裸子植物花粉以掌鳞杉科最常见,还有松科及麻黄科花粉。

经孢粉组合特征和属种地史分布对比分析,认为化垭组的地质时代属早白垩世,可能为早白垩世中期,东河群的上界也为这一时期。

关键词徽成盆地,甘肃,东河群,化垭组,早白垩世,孢粉组合南秦岭凤县东河一带的砾岩夹砂页岩层最早称“东河砾岩”(赵亚曾、黄汲清,1931),时代定为白垩纪;之后在两当县境内该层位发现脊椎动物牙齿Omeisaurus j unghsiensis ,被定为晚侏罗世(杨钟健、卞美年,1943);1944年,叶连俊、关士聪将成县化垭出露的煤系地层命名为“鸡山煤系”,与下部的“东河砾岩”合称为“东河系”,时代归早白垩世。

解放后东河系被更名为东河群,分为三个亚群(陕西省地质局区域地质测量队,1958)。

西北地质科学研究所经大量工作后,依据岩性、岩相及化石将东河群划分为3个组,自下而上分别称为田家坝组、周家湾组和化垭组,时代确定为早白垩世(齐骅等,1972,1974)。

东河群因含有大量的化石而受到普遍重视,但化石研究者对不同门类化石所反映的时代在认识上很不一致(甘肃省地质局,1976;顾知微,1981;李祖望,1981;曹正尧等,1982),主要有三种观点:一种认为东河群属晚侏罗世;第二种认为是晚侏罗世至早白垩世;另一种划归早白垩世。

红层盆地

红层盆地

红层盆地中国中生代到新生代初期主要在热带或亚热带干旱环境下沉积的陆相红色砂岩、砾岩和页岩所组成的红色地层。

主要堆积于中生代燕山期造山运动所形成的断陷盆地中，故其分布区常被称为“红层盆地”（或红盆地）红层盆地的分布地区广布于中国各地，尤以东南半壁为多。

中国红层分布最广的是四川盆地，面积达26万多平方公里。

在北东和北西两组主要构造线控制下，周围为高原山地，盆地内为红层丘陵，在侏罗纪已开始形成。

武陵山与武夷山之间的江南地区有许多长条形为主的中型红层盆地，堆积的红层大部分为白垩系或上白垩统一下第三系。

此外，还有众多的小型红层盆地散布在秦岭、大巴山以南直至粤东北、赣东南和闽西南地区。

堆积的红层，部分为下白垩统或上白垩统，部分为早第三系。

总之，中国红层盆地由西往东面积逐渐减少，年代亦渐新。

从晚侏罗世，特别是从白垩纪到早第三纪是红层堆积的主要时期，它们的堆积空间都是在不同时期燕山构造变动造成的，大型盆地以拗陷为主，中、小型盆地以断陷为主，地质构造方向严格控制了红层分布的格局。

红层沉积厚度各地差别很大。

厚者达数千米，一般也在1000米以上，而且岩相也有较大差异，这反映了古地理环境的复杂性。

红层丘陵形态盆地式的红层地貌，由盆地外围到盆地中央，通常可分4个带：①外围山地带，多为其他岩石所构成的山地，环绕盆地的四周或位于盆地两侧。

山地与红层丘陵之间往往有断层分隔。

在断层隐而不现的地方，山地夷平面与红层夷平面互相连接，形成和缓的斜面。

②边缘红层高丘陵带，一般岩层倾角较大，成为单斜地形。

红层丘陵受来自山地河流的切割，相对高度虽大，但分离程度较差。

③红层低丘陵带，是红层地貌的主体部分，岩性多属砂岩和页岩，由于岩层倾角不大，岩性又软弱，丘陵起状和缓，相对高度较小，谷地较开阔，在夹有厚层砂岩的地方，形成方山式丘陵。

④丹霞地貌和阶地、平原带，位于盆地中心区，向心河系在这里集中，嵌入河谷两侧常有砂砾岩、砾岩出露，形成丹霞地貌。

河谷较宽，阶地、平原亦较宽广。

红层特点简介

红层特点简介

红层特点简介红层概念红层为红色的陆相碎屑沉积物，形成于古盆地和湖泊环境，主要形成于相对炎热、干燥的地质时期。

红层岩石组成多为砂岩和砾岩，并夹粉砂岩、页岩、泥岩、灰岩、石膏及岩盐等，红层的沉积结构和构造具有一定的规律性。

红层是地壳演化到一定历史阶段的产物，它不只是中新生代的产物，在古生代也有红层发育与分布。

中国的红层主要分布在西南、华南、华中及西北的广大地区。

由于各地区地层受岩性、构造运动、气候条件和时间因素的不同，使的红层上发育了多种地貌，如方山、丘陵、高原、丹霞地貌等。

红层地貌与丹霞地貌应严格区分开来。

红层地界定曾昭璇等(1980)认为“红层是从中生代，特别是从侏罗纪到早第三纪的陆相红色岩系”，是丹霞地貌发育的物质基础。

彭华（1994）对红层提出了一个界定依据，（1）颜色是偏红色调；（2）是陆相沉积环境，2000年提出放宽到局部的海陆过渡相；（3）是碎屑沉积。

因此认为，红层是一种红色的陆相碎屑岩系。

关于它的沉积时代，没有必要在定义中加以限制，因为在中生代以前和晚第三纪也有红层堆积；在上述三个依据中，操作上可以允许有一定的鉴别空间：由于沉积环境的差异和后期地质作用的改造，红层的颜色可能变化于棕黄、褐黄、紫红、褐红、灰紫等偏红色调；红层是一种岩性复杂的陆相沉积，这与相对均质、致密的海相沉积有着很大的差别，但应该允许有过渡相和交互相夹层；说红层是碎屑岩系主要用以区别陆相化学沉积和生物沉积。

红层的特征2.1 红层的沉积环境红层的岩性、结构、沉积相和古生物化石(包括植物孢粉)等各种地层研究成果显示，红层是一种典型的陆相沉积。

红层中所含的可溶性盐较多，丹霞山、崀山砂岩样中Al2O3、CaO、Fe2O3、K2O、Na2O的含量均超过砂岩的克拉克值，(彭华，1992；吴起俊，1994；肖自心等，1998)；许多盆地相红层中都夹有膏盐层，粤北南雄群红色泥岩、皖南休宁盆地红层、川南、甘肃等地的红层中都夹有多层的含石膏层(彭华，1992；黄可光，1998；罗成德，1998)。