甘肃陇东地区白垩系地层工程地质特性研究

　　摘要：通过对陇东地区白垩系地层分布规律及特征研究得知，陇东地区位于祁吕贺“山”字形构造体系贺兰褶皱带东侧伊陕盾地中，白垩系地层为河湖相陆源碎屑沉积，厚达2 000 m.由白垩系下统志丹群环河华池组、罗汉洞组和泾川组三个岩组组成，岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、中细砂岩，局部夹薄层泥岩、泥灰岩等。取107组试样进行室内岩石物理力学试验，根据试验结果和岩石结构分析，白垩系地层均属软质岩，岩性软弱，强度低，局部成岩程度差，产状平缓，干湿效应明显，塑性变形强烈，物理力学性质易受环境因素影响。白垩系地层岩体抗压和抗剪强度较低，抗变形能力差，抗滑稳定性差，地基承载能力低，抗冲刷性能弱，局部渗透稳定性差。通过研究初步确定了陇东地区白垩系地层分布规律及特征、岩石物理力学参数、岩体工程地质特性，提出了不良工程地质特性处理措施。

　　关键词：物理力学性质;工程地质特性;工程措施;白垩系;陇东地区

　　《安徽地质》：本刊1991年创刊，已有12年历史，原为安徽省地矿局主管和主办，自2003年始改版，现由安徽省地质矿产勘查局主管，安徽省地质学会主办。

　　甘肃陇东地区位于鄂尔多斯盆地西南部，煤炭、石油资源丰富，是我国五大综合能源基地之一——鄂尔多斯盆地能源基地的重要组成部分。随着近几年国家西部大开发、一带一路建设、能源战略基地建设及绿色生态保护建设，陇东黄土高原地区持续开发与治理对策显得更为举足轻重。制约甘肃中东部地区经济发展的主要因素是缺水，目前许多大型跨流域调水工程已批准开工建设和正在规划，如引洮供水工程和白龙江引水工程两项长距离调水工程已列入国家“十三五”172项重大水利工程。陇东地区沟壑纵横、黄土覆盖深厚，白垩系地层构成黄土塬基底，为工程建筑物地基重要持力层和地下水主要含水层，其工程特性是影响设计方案、施工方法、工程投资和建设进度的关键因素。因此，笔者通过试验充分研究白垩系地层各岩性物理力学性质，分析其工程地质特性对工程建设的影响，采取合理科学的工程措施对其不利特性加以改造，以保证所建工程正常安全运营。

　　1 地质分布规律及特征

　　1.1 构造背景

　　陇东地区位于祁吕贺“山”字形构造体系贺兰褶皱带东侧伊陕盾地中[1-2]，在侏罗纪(J)末期伊陕盾地基本定型，新华夏系第三沉积带进一步发展，使这一稳定地块开始下降，堆积了厚达2 000 m的白垩系早期(K1)陆相碎屑岩建造，此后受燕山晚期运动的影响，伊陕盾地开始上升隆起缺失白垩纪晚期至新近纪初期(K2 -N1)沉积。新近纪晚期，陇东地区在白垩系早期地层广遭剥蚀的基础上形成互不相通的孤零盆地，这些盆地堆积了厚20-30 m的新近系上新统(N2)临夏组湖相红色黏土建造，这一沉积对古地形填平补齐，新近纪末期喜山运动使整个地区开始缓慢上升，第四纪又开始下降，堆积厚达300 m不同成因的黄土，至第四纪晚更新世(Q3)陇东黄土高原形成[3-4]。

　　1.2 地貌特征

　　陇东地区白垩系地层主要分布于六盘山以东，子午岭以西，环江与苦水河分水岭以南，达溪河以北，最大埋深约400 m。该地层分布范围广，但出露面积少，主要零星出露于山麓坡脚或深切沟谷的沟底，多为直立陡坎。深埋于陇东黄土高原下部的白垩系地层顶面基本平缓，受六盘山隆起影响，地层顶面自西北向东南部缓倾。

　　1.3 地层特征

　　陇东地区白垩系地层分布广泛，属陆源碎屑岩建造，在地质历史时期仅堆积白垩系下统志丹群(Kzh)地层[5-7].岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、中细砂岩，局部夹薄层泥岩、泥灰岩、细砾岩等，地层(华北地层大区晋冀鲁豫地层亚区)从下向上划分为环河华池组Kj、罗汉洞组K1、泾川组K1三个岩组。

　　环河华池组(K1)：分布范围最广，主要分布于陇东地区东北部及中部，包括环县、华池、庆城、西峰、合水、正宁、宁县等。岩性主要为灰紫、紫红色粉砂质泥岩与泥质粉砂岩、粉砂岩互层，夹紫紅、棕红、灰黄色细砂岩。地层由东北向西南由细变粗、由薄变厚，具平行层理，层厚400-600 m。

　　罗汉洞组(K1)：分布面积较小，主要分布于陇东地区中南部，包括泾川县东南部、镇原县东北部、灵台县大部。岩性为紫红、棕红、灰白色泥质粉砂岩和粉砂质泥岩互层，局部夹杂色细砾岩。地层北薄南厚、北细南粗，具交错层理，层厚215 - 395 m。

　　泾川组(K1)：分布面积较小，主要分布于陇东地区西南部，包括泾川县和灵台县西部、崇信县大部、镇原县西部。岩性分为上下两层，下层为浅蓝灰色泥灰岩一砂质泥岩一粉细砂岩组成的韵律层，上层为紫红色泥岩、砂质泥岩夹泥质砂岩、砂岩。向西南部泥灰岩明显减少，且不稳定，其粒度变粗，夹有含砾粗砂岩、细砾岩，具薄层平行层理，层厚135 -154 m。

　　1.4 沉积特征

　　环河华池组cKh)地层具有清晰平整的平行层理，不同色调的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、细砂岩及其过渡岩呈互层状产出，泥质岩中常见1 mm左右深浅相间的平行纹理，岩石以氧化条件下的紫色调为主，气候炎热干燥，属河漫滩相为主的河湖相沉积。

　　罗汉洞组(K1)地层岩性以紫红一棕色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，层理表现不好，岩层中发育洪流式交错层理，是环河华池组(Kh)沉积的淡水湖泊消失后，在干燥气候条件下河流洪积、冲积和凹地雨水汇集的暂时性淡水湖泊内动荡环境中沉积，属河流相沉积。

　　泾川组(K1)地层岩性以灰绿色一灰色泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩为主，向上部出现杂色、棕红色，具薄层平行层理，层面平整清晰，出现多层灰白色泥灰岩夹层，多钙质胶结，为较为稳定的湖泊环境，属淡水湖相、河湖相沉积。

　　1.5 接触特征

　　甘肃陇东地区白垩系地层属志丹群(K1)，与上覆第四系(Q)黄土或零星分布的新近系(N)红层呈平行不整合接触，与下伏侏罗系中统(J：)地层呈平行不整合接触。