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[原创]泥灰岩溶蚀初探 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2011-01-09
泥灰岩溶蚀初探
由于在工作中不时会遇到泥灰岩地层,尤其是近年在某地区工作中遇到了大型岩溶发育的泥灰岩地层。然而在不少人和我的概念中一直都认为泥灰岩是一种岩溶不发育的岩石,因此泥灰岩的溶蚀与岩溶发育程度就成为了我必须面对的课题。为此,近期我查阅了大量岩石学、岩溶学和水文地质学资料,并对泥灰岩的溶蚀问题进行了初步探讨。
在我查阅资料时着重查找有关泥灰岩溶蚀的论述,结果竟没能找到。在近年才见到一些有关泥灰岩溶蚀研究的论文,我特别重点多次拜读,希望从中找到答案。但遗憾的是,这些研究者都是从事岩土工程或水文地质专业的工作者,对岩石学、岩溶学所知不多,在研究所技术方法上也有所不足,例如没有采用阴极发光测试;理论上的探讨尚嫌肤浅,甚至出现一些概念性错误,研究成果的实用意义不大。
但笔者注意到,在这些研究成果中都无一例外地引入了沉积相和成岩作用概念,这表明在岩土工程中,沉积相和成岩作用研究正在引起越来越多的岩土工作者的重视和运用,对此我要再次特别强调和提请大家予以足够的重视。
在已有的历史研究资料中,几乎看不到有关泥灰岩溶蚀研究的成果,说明这是一个空白,一个新的研究课题,因此,目前要把这个问题说深说透显然为时尚早,在此我也只能就下面一些有关问题提出一些初步认识。
一、泥灰岩溶蚀的研究程度为何如此之低?
1、泥灰岩属于过渡性岩石;
2、泥灰岩的结构构造比较特殊,在矿产地质中意义不大;
3、泥灰岩数量相对较少,泥灰岩的溶蚀现象也比较少见;
4、正因为研究资料匮乏,需要从头做起,工作量很大,但现实意义却不突出,故而无人问津。
二、为何泥灰岩岩溶不易发育?
影响溶蚀的岩性因素是:化学成分、矿物成分、孔隙度、岩石结构构造。
1、石灰岩和白云岩中的方解石、白云石含量都在90%以上,泥质含量则小于10%。但泥灰岩中的方解石含量仅为5075%,粘土矿物含量2550%。衡量岩石溶蚀发育的一个指标是比溶蚀度,比溶蚀度受岩石化学成分控制。石灰岩的比溶蚀度为0.96,白云岩的比溶蚀度为0.89,而泥灰岩的比溶蚀度多小于0.5
2、岩石中的酸不溶物含量,尤其是SiO2的含量对比溶蚀度的影响明显。岩石中酸不溶物的含量为:石灰岩2.6%;白云岩2.75%;而长江三峡泥灰岩中的SiO2的含量达15.7630.77%,酸不溶物高达达30.147.11%
3、粘土矿物不但形成酸不溶物,而且对岩石的孔隙性产生重大影响。一方面是由于粘土矿物颗粒很小(小于0.004mm),原生孔隙难以发育。另方面粘土矿物在成岩作用中的矿物转化也是在粘土矿物之间进行,不会向碳酸盐矿物转化。粘土矿物在成岩作用中有一个很重要的习性,那就是阻止矿物结晶及溶蚀。即粘土岩石的次生孔隙也难以发育。
4、粘土矿物由于质量很小,容易随流体移动,堵塞孔隙。
5、碳酸盐岩石的结构如下:
5.1粒屑:内碎屑、生物碎屑、鲕粒、团粒、团块等组成。
5.2泥晶基质:即粒度极小的碳酸盐灰泥。
5.3亮晶胶结物:充填于原生孔隙中的干净、明亮、较大的方解石晶体,形成于水动力条件较强的环境因此亮晶胶结物的含量是沉积水动力条件的标志。
5.4原生孔隙:晶间孔、晶间缝、粒间孔、粒内孔、生物孔。
次生孔隙:溶蚀孔缝。特点是不受组构控制;大小不等;相互连通;边缘较圆滑;边缘有不溶物残余。
我们从以下的图片可以看出,长江三峡泥灰岩的基质是灰泥,粘土矿物形成胶结物,几乎看不到亮晶方解石。也就是岩石的原始结构基本是由粒径小于0.004mm的矿物颗粒组成。这就说明,岩石形成于水动力条件很弱的沉积环境—泻湖相沉积。图片中的粗大椭圆形颗粒是生物的粪便。
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lijh_789 土币 +1 2011-01-14
barnacle 土币 +1 06年在奉节,针对一个泥灰岩的岸坡,费尽周折,深有感触,现在看到这样的好文章,拜读啊 2011-01-09
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只看该作者 1楼 发表于: 2011-01-09
三、长江三峡泥灰岩岩溶发育因素初探
今年有一批论文,研究河南、长江三峡沿岸泥灰岩的岩溶,主要是从灾变的角度或水文地质的角度去看问题,认为那里的泥灰岩岩溶发育是形成灾变或富水的原因。但笔者注意到,在长江三峡泥灰岩的资料中,溶蚀发育是以小型形态表现,没有看到大型溶蚀形态的溶洞、溶隙。在河南论文的剖面图中,同样没有看到大型的溶蚀洞隙,所以从宏观的角度和地方规范规定的岩溶发育程度判定条件看,还达不到岩溶中—强发育的条件。
长江三峡泥灰岩岩溶发育似乎于以下原因有关:
1、从岩性因素看,这里的泥灰岩不具有岩溶条件。从上面的图片中可以看出,这里的溶蚀都发生于亮晶方解石中,这些亮晶方解石在岩石中呈斑块状、脉状和条带状分布。这些亮晶方解石,不是原生产物,而是退后生成岩作用产物。因为:
1.1从上述可以看出,这里的泥灰岩原生结构不具备亮晶方解石生成条件。上面图片中的褐色、褐红色致密结构部分就是泥灰岩的原生结构;
1.2次生亮晶方解石的特征是:不很明亮,常见残余结构;边缘界限不清,可破坏原生结构。在上面的图片中我们可以看到这些特征。这里的亮晶方解石也不具有原生构造特征。
这里泥灰岩的溶蚀作用正是发生于这些次生亮晶方解石中。
2、裂隙发育。有关论文强调了这里泥灰岩的微裂隙发育,为水溶液的渗入创造了条件。论文没有提到岩体中大型节理裂隙的发育状况,据估计这里岩体中的大型节理裂隙并不很发育,因为这里泥灰岩的岩溶发育深度仅为58
这些微裂隙产生于退后生成岩期的构造和风化作用。泥质岩石颗粒细小,强度低,在构造和风化作用中容易产生裂隙,尤其是微裂隙。
3、研究论文忽略了一个十分重要的因素,那就是水动力条件。强的水动力条件在泥灰岩岩溶发育中起着十分重要的作用,不可或缺。
3.1使具有溶蚀能力的水溶液不断更新,保持溶蚀能力;
3.2强的水动力,把溶余的粘土矿物带走,使其不能阻止可溶矿物的溶蚀,让可溶矿物经常与具有溶蚀能力的水溶液接触,溶蚀作用得以继续进行。在这同时又引起了机械破坏作用,间接加速溶蚀作用对岩石的破坏。
四、笔者所遇到的泥灰岩岩溶发育状况及溶蚀作用原因
我将勘察报告中的有关内容节录于下:
4.2.2.2中风化泥灰岩:深灰、兰灰色,泥晶结构,薄-中层,泥质含量极不均匀,具脉状层理,局部发育。局部多豆状钙质结核。节理裂隙发育。含乳白色方解石脉,局部呈网状分布。
由于场地三叠系中统关岭组泥灰岩沉积相为局限台地相,处于潮上带和潮下带之间,沉积时期地壳震荡,海平面小幅升降较频繁,造成岩层中钙泥质含量的相应变化和脉状层理的产生,形成沉积韵律,岩性有一定变化。除泥灰岩中的钙泥质含量有变化外,在纵向上的岩性也出现一定的变化。大约泥灰岩厚度每隔1.5~2米,夹有一层厚约10~30厘米的灰黄色钙质泥岩,呈薄层—页片状,具崩解性,见有锰树。另一方面泥灰岩中还夹有石灰岩薄层,泥灰岩在垂向上大约每隔10~15米夹有一层厚度10~40厘米的灰-浅灰色石灰岩薄层。
即场地基岩是由泥灰岩间夹钙质泥岩、石灰岩薄层组成,呈韵律分布。岩心碎块状—长柱状,以短柱状为主,岩体较破碎,饱和抗压强度标准值为21.4Mpa,属较软岩,岩体基本质量等级为Ⅳ级。
4.3地表、地下水:
场地处于丘陵上部斜坡地带,地势较高,场区地表无水体,也无井泉等地下水露头。地表水供给源只有大气降水,排泄条件良好。
场地地下水有两类:土体中的上层滞水和岩层中的基岩裂隙水。场地土体中孔裂隙较发育,其中含有上层滞水,无统一水面,水量小且分布不均。其补给源为大气降水,蒸发及下渗排泄。
基岩裂隙水赋存、运移于基岩的孔裂隙中,水量和分布直接决定于岩体中节理裂隙的发育与连通程度。其补给源为大气降水,蒸发及下渗排泄。由于场地岩层中节理裂隙发育,规模大,延伸远,倾角大,且常呈开口状,场地又处于丘陵上部,故基岩裂隙水下渗排泄条件很好,垂直渗透和水动力条件强烈,在场地基岩露头中基本见不到裂隙水的出水点。
4.4岩溶
场地泥灰岩属可溶碳酸盐岩,岩体中节理裂隙发育且长大,常呈开口状,为岩溶发育提供了良好条件。但泥灰岩因含有泥质成分较多,岩性条件较差,不利于岩溶的形成。因此场地中除在泥灰岩夹含的石灰岩中见有溶孔、溶缝外,泥灰岩中基本见不到小溶孔、溶缝等微观岩溶形态。场地的岩溶发育是以宏观岩溶形态—溶蚀裂隙为主,溶洞次之。
场地岩溶的发育基本是沿节理裂隙展开和扩展。在节理面上常可见到溶痕或横条带状溶蚀。由于场地岩溶基本是沿节理裂隙发育,所以是以溶蚀裂隙为主,但在两组节理的交叉处则易形成溶洞,特别是前述①、②两组节理的交叉处,易形成倒漏斗状溶洞(见照片)。
据推测,在场地地区近代地史期中,地下水动力条件十分强劲,伴随地壳的震荡上升,不但在难溶的泥灰岩中形成了强烈发育的岩溶系统,而且形成了多层古暗河系统,由于岩溶的继承性发展,在本地区构成了以垂直发育为主同时伴有水平发育的庞大而又复杂的岩溶系统。
基岩顶面的溶蚀沟槽发育,基岩面整体溶蚀呈沟槽状起伏,相对高差可达8米以上,由于溶蚀受节理裂隙控制,故基岩顶面除整体溶蚀呈大的波状沟槽起伏外,在这些波状起伏的基岩顶面沿节理裂隙形成的小溶沟、溶隙也十分发育。
勘查中钻遇的溶洞多由可塑粘土或可塑粘土混碎石全充填,但也有部分为无充填物的空洞。
在场地268个勘探钻孔中,共有87个钻孔钻遇溶洞,钻孔遇洞率为32.4%,基岩面起伏高差大于5米,属于岩溶发育场地。
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barnacle 土币 +1 优秀文章 2011-01-09
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笔者所见到的泥灰岩岩溶 } V"A;5j`  
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这张照片是泥灰岩地层中古暗河顶板塌陷后的状况。据调查推测,此暗河的长度可能超过1公里。 yvnvIy  
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另外有一个原因,我觉得,泥灰岩自身粘土矿物含量高,蒙脱石等矿物具微膨胀性,胶结物受风化后岩体自身抗拉能力差,易产生卸荷裂隙,特别在边坡临空面后缘易形成大的卸荷裂隙,易受侵蚀
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qyxmcad 土币 +1 积极探索精神值得提倡! 2011-01-19
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好文章啊,图文并茂,深刻
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谢谢楼主!
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有图有说明,理解深刻啊~! P@U2Q%\  
感谢楼主
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