巢湖和州组炉渣状灰岩成因及工程地质问题的研究

论文导读：灰岩砾块下部生物扰动程度减轻，潜穴构造明显，层理未曾全部破环，穴孔大小均匀，孔径垂直层面分布，孔深最大可达5厘米，没有切穿底层面，潜穴孔与宿主岩接触界线清楚，接触边有黄铁矿晶粒和黑色有机质组成的黑色边圈，潜穴孔内充填物为泥灰质及生物碎屑。生物及风化作用使得和州组炉渣状灰岩的完整性遭到了破坏，岩体的强度变低，同时使得岩体的工程性质发生了显著变化：首先，岩石的抗水性降低，亲水性增高，其次，由于岩体的破碎，空隙增加，因而透水性增强，使得岩体的力学强度降低，压缩性增大。和州组炉渣状灰岩的孔隙度较高，孔的连通性较好，这样地下水的运移的阻力小，流通性好，同时带来了许多工程地质问题，如地面的塌陷，基坑的突涌等。（1）在巢湖县城南部存在一层厚数米到十几米的白云岩，称为老虎洞白云岩，它与和州组炉渣状灰岩属于同期异相沉积，但由于没有生物扰动作用，其没形成炉渣状，因此，生物作用在巢湖和州组炉渣状灰岩的前期形成过程中起着重要的作用。
关键词：巢湖和州组炉渣状灰岩，生物扰动，风化作用，工程地质问题
 

1和州组地质背景

巢湖和州组位于巢湖县城北部，处于下扬子坳陷带西北部，除滁巢褶皱带中部，半汤复背斜的西翼。下扬子坳陷带是古生代——三叠纪的坳陷带，中生代以来经受印支、燕山多旋回构造，岩浆作用，形成复杂的褶皱、断裂构造特征。晚古生代石炭纪下统地层包括：金陵组，高骊山组，和州组。各组之间均为平行不整合接触。

2和州组地层

下部：厚22m,为灰，灰黑色中薄至厚层生物碎屑灰岩，微晶含白云质灰岩，泥质灰岩夹灰黄、紫色薄层泥岩，局部为泥质白云岩和微晶灰岩。厚层状灰岩与灰紫色薄层泥岩重复出现，形成旋回。化石较丰富，含蜓类，珊瑚，腕足等化石。

上部：厚6-14米，为灰、灰黄色白云质灰岩、灰质白云岩夹粉砂质页岩或含白云质灰岩，灰质白云岩中时含黑色隧石团块，含白云质很低，风化后呈炉渣状。含蜓，珊瑚，腕足类等化石。

3 和州组沉积环境

高骊山组沉积结束之后,由于发生了海退，便进入了沉积间断期,但是不久便发生新的海侵。和州组开始了沉积期，这次海侵时海平面升降频繁,形成一套典型潮坪相沉积，潮下—潮间—潮上的序列重复出现,有的序列不完整,仅有潮下及潮上组合,这种序列由下而上出现五次，形成了一个沉积旋回。论文参考网。（见表1 和州组地层沉积旋回图）。

表1和州组地层沉积旋回

每个序列下部为潮下带的深灰、灰色中厚层—厚层含生粒灰泥石灰岩、灰泥生粒石灰岩,产有丰富的浅海底栖生物和丰富的遗迹化石动藻类。石灰岩中所含珊瑚、蜓类、腕足均生活在温暖、清澈的浅海环境中，属广海型正常盐度的生物群，化石完整，水动力较弱，故其沉积时主要是开阔海台地环境。随后海平面下降,沉积了潮间带的岩层，为灰、深灰色中薄层藻纹层状含生粒灰泥石灰岩或白云岩化含生粒灰泥石灰岩,具帐篷状构造,半球形叠层石等。潮上带为泥云岩或页岩、泥云岩互层,水平层理,有龟裂砾片或硬石膏化粗晶灰岩,无化石,表明沉积物曾经暴露出表，气候干旱，这是典型的向上变浅的潮坪沉积。而最后一个旋回发育不全,仅有潮下沉积,潮上与潮间的沉积由于海平面下降暴露地表遭受剥蚀而缺失，顶部由于风化淋滤作用形成微喀斯特地貌,风化甚者呈炉渣状。这种风化淋滤具有清楚的分带特征,顶部甚者呈炉渣状,砾块间为残留灰泥充填,向下为密集的下垂溶孔,溶孔内充填残留灰泥和生屑，岩层尚可见层理,向下溶孔稀疏,层理清楚,再下溶孔消失,岩层恢复正常,这是一种典型暴露特征。综上所述,和州组为典型潮坪环境。

4炉渣状灰岩的特征

炉渣状灰岩主要分布于巢北和州组上部，呈灰色，灰绿色，岩层上下界面清楚，但内部层理被破坏，岩石由灰岩砾块和泥灰质两部分组成，由于风化剥蚀作用，泥质部分常流失，而灰岩砾块因抗风化力强常凸出于层面之上，形似炉渣状，角砾之间充填有绿色，红色富含钙质的粘土物质。角砾的粒度极为悬殊，大的直径达10～30厘米.小的仅为数厘米，形状极不规则，但多数外缘轮廓圆滑，角砾基本没有位移，但是不具定向排列，又无后期水动力改造的痕迹。故此角砾成因显然不是水流冲积造成的，而应为沉积物成岩后露出地表经风化剥蚀作用形成。灰岩砾块下部生物扰动程度减轻，潜穴构造明显，层理未曾全部破环，穴孔大小均匀，孔径垂直层面分布，孔深最大可达5厘米，没有切穿底层面，潜穴孔与宿主岩接触界线清楚，接触边有黄铁矿晶粒和黑色有机质组成的黑色边圈，潜穴孔内充填物为泥灰质及生物碎屑。显微镜下，下部潜穴少，向上增多，到顶部生物扰动程度达到最大，构成垂向上扰动程度增大的层序。生物扰动后，岩石结构受到破碎，具明显的钻孔现象，有潜穴构造，内部的充填物与宿主灰岩之间碳酸盐微相及化学成分都有明显区别，如宿主灰岩的CaO含量为55%左右,而充填物的CaO含量为40%左右;宿主灰岩的MgO含量为1%左右,而充填物的MgO含量为0.1%左右。宿主灰岩主要为含有孔虫类，蜓类，软体生物海百合等碎屑的微晶灰岩，而充填物主要为含海百合生物碎屑的细晶灰岩。对于化石及遗迹相的研究说明，填物和宿主岩是在不同的时间不同的环境下形成的，二者具有不同的微相特征及矿物成份。

5工程地质问题及处理方法

按照岩石风化深浅和特征，将岩石风化程度划分为：未风化，微风化，弱风化，强风化和全风化。和州组炉渣状灰岩遭到风化以后，其强度降低，岩石结构构造一般保存完好，仅部分遭到破坏，风化裂隙发育，裂隙风化严重。风化的角砾之间含有松散物质，部分岩石被裂隙划分为小块状。敲击声不够清脆，用镐难以挖掘，需要岩心钻钻进爆破开挖。因此该部分的风化程度可以划分为弱风化。其下部岩体结构基本不变，完整性好，风化裂隙少，颜色基本没变，敲击声清脆，需要爆破开挖，可以划分为微风化

生物及风化作用使得和州组炉渣状灰岩的完整性遭到了破坏，岩体的强度变低，同时使得岩体的工程性质发生了显著变化：首先，岩石的抗水性降低，亲水性增高，其次，由于岩体的破碎，空隙增加，因而透水性增强，使得岩体的力学强度降低，压缩性增大。同时在地下水的作用下，部分地区岩溶发育，生成一些小的溶洞。因此，对于重大的建筑物来说，炉渣状灰岩风化岩体必须经过处理，才能满足工程建设的需要。

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