（地质工程专业论文）安徽淮北平原钙质结核土的分布及成因研究.pdf

安徽淮北平原钙质结核土的分布及成因研究 摘要 本文对安徽淮北平原的钙质结核土的分布规律、成因、时代、钙质结核的 类型、工程性质和地基承载力进行了详细的研究。通过野外地质调查、试验和 勘探，并参阅大量工程地质勘察报告和专业文献资料，笔者绘制了安徽淮北平 原钙质结核形成示意图、钙质结核土平面分布图及典型地层剖面图。钙质结核 是在富含h c 0 3 - - c a ”的地下水作用下土壤淋溶淀积而成，钙质结核土主要集中分 布在河问平地、洼地及黄泛平地上。探讨了钙质结核土的时代、成因和钙质结 核类型，一般分为雏形钙质结核、完形钙质结核和钙质硬磐层。分析了安徽淮 北平原钙质结核土沿东西走向及南北走向的埋藏和分布规律，剖面从上到下， 钙质结核由小变大。钙质结核的埋藏标高与地面的标高变化基本一致，地面标 高高处，钙质结核埋藏也高；地面标高低处，钙质结核埋藏也低。运用载荷试 验和静力触探试验方法对钙质结核土的地基承载力性质进行对比分析。采用线 性回归法对试验结果进行统计分析，并将拟和曲线与理论曲线进行对比，建立 了研究区钙质结核土的地基承载力基本值表，用来检测淮北平原钙质结核土的 地基承载力。最后，对研究区钙质结核对土体带来的不利影响进行分析，钙质 结核的存在使得土体呈现不均匀性和各向异性，因而土体的强度也很不均匀。 关键词：钙质结核土成因分布规律地基承载力淮北平原 s t u d yo nd i s t r i b u t i n ga n df o r m a t i o no ft h ec a l c a r e o u s c o n c r e t i o n ss o i li nh u a i b e ip l a i n ，a n h u ip r o v i n c e a b s t r a c t t h i sa r t i c l eg i v e sap a r t i c u l a rr e s e a r c ho nt h ed i s t r i b u t i o nr e g u l a r i t y , f o r m a t i o n ， a g e ，t y p e ，e n g i n e e r i n gp r o p e r t ya n df o u n d a t i o nb e a r i n gc a p a c i t yo ft h ec a l c a r e o u s c o n c r e t i o n ss o i li nh u a i b e ip l a i n ，a n h u ip r o v i n c e b yf i e l dg e o l o g ys t u d y , t e s ta n d e x p l o r a t i o n ，t h ea u t h o rh a dd r a w nf o r m a t i o nm a po ft h ec a l c a r e o u sc o n c r e t i o n ，t h e p l a n ed i s t r i b u t i n gm a pa n dt h et y p i c a ls t r a t u ms e c t i o nm a po ft h ec a l c a r e o u s c o n c r e t i o n ss o i li nt h i sa r e aa f t e r c o n s u l t i n gm a s so fe n g i n e e r i n gg e o l o g i c a l e x p l o r a t i o nr e p o r ta n ds p e c i a ld a t a t h ec a l c a r e o u sc o n c r e t i o n sa r el e a c h i n ga n d d e p o s i t i n gu n d e rt h eg r o u n d w a t e rw h i c hh a sr i c hh c 0 3 - c a + + ，t h ec a l c a r e o u s c o n c r e t i o n ss o i lm a i n l yd i s t r i b u t ei nt h er i v e rp l a i n s ，t h em a r s hl a n da n dy e l l o w r i v e rp l a i n s t h ep a p e rd i s c u s s e da g e ，f o r m a t i o na n d t y p eo ft h ec a l c a r e o u s c o n c r e t i o n ss o i l ，w h i c hg e n e r a l l yd i v i d e de m b r y o n i c ，g e s t a l ta n dh a r d p a nl a y e r t h i sa n a l y z e de m b e d d e da n dd i s t r i b u t i o nr e g u l a r i t yo ft h ec a l c a r e o u sc o n c r e t i o n s s o i li nt h ee a s t w e s td i r e c t i o na n dt h es o u t h n o r t hd i r e c t i o ni n t h i sa r e a t h e c a l c a r e o u sc o n c r e t i o n sw e r ef r o ms m a l lt ob i gw h i l es e c t i o nw a sf r o mu p s i d et o u n d e r s i d e t h ee m b e d d e de l e v a t i o na n dg r o u n de l e v a t i o nw e r ec h a n g e db a s i c a l l y c o n s i s t e n t ，g r o u n de l e v a t i o nh e i g h tw h i l ee m b e d d e de l e v a t i o nh e i g h t ，g r o u n d e l e v a t i o nl o ww h i l ee m b e d d e de l e v a t i o nl o w t h ea u t h o r ，b a s e do nt h em e t h o do f t h el o a dt e s ta n ds t a t i cc o n ep e n e t r a t i o nt e s t ，a n a l y s e dt h ef o u n d a t i o nb e a r i n g c a p a c i t yp r o p e r t yo ft h ec a l c a r e o u sc o n c r e t i o n s t h e r ew a ss t a t i s t i c a la n a l y s i so f t e s tr e s u l t sb yt h em e t h o do fl i n e a r r e g r e s s i o n ，a n dt h er e g r e s s i o nc u r v ew a s c o m p a r e dw i t ht h et h e o r e t i c a lc u r v e t h et a b l ea b o u tt h ef o u n d a t i o nb e a r i n g c a p a c i t yo ft h ec a l c a r e o u sc o n c r e t i o ns o i lw a sf i n i s h e d ，w h i c hc o u l db ea p p l i e dt o i n s p e c t i o no ft h ef o u n d a t i o nb e a r i n gc a p a c i t yo ft h ec a l c a r e o u sc o n c r e t i o ns o i li n t h i sa r e a b e s i d e s ，t h ea u t h o rm a d ea na n a l y s i sw h i c hc a l c a r e o u sc o n c r e t i o nd i d h a r mt os o i l ，t h ee x i s t e n c eo fc a l c a r e o u sc o n c r e t i o nc a u s e ds o i lh e t e r o g e n e i t ya n d a n i s o t r o p ya n dt h u st h es t r e n g t ho fs o i lw a sa l s ov e r yu n e v e n k e y w o r d s ：t h ec a l c a r e o u sc o n c r e t i o n s f o u n d a t i o nb e a r i n gc a p a c i t y , s o i l ，f o r m a t i o n ，d i s t r i b u t i o nr e g u l a r i t y , h u a i b e ip l a i n 插图清单 图2 1 安徽淮北平原地貌图6 图2 2 安徽淮北平原地理位置及水系分布图8 图2 3 安徽淮北平原区域构造概况1 0 图3 1 黄河下游河道历史变迁图15 图3 2 碳酸盐聚积模型图17 图3 3 钙质结核形成模型图17 图3 4 濉溪钙质结核类型分布图1 8 图4 1 钙质结核土区域分布平面图2 0 图4 2 界首市界阜蚌高速公路二期某中桥地质剖面图2 2 图4 3 太和县界阜蚌高速公路二期某大桥地质剖面图2 3 图4 4 利辛某厂区地质剖面图2 3 图4 5 蒙城地区蒙蚌高速公路某大桥地质剖面图2 4 图4 6 怀远李寨东桥西地质剖面图2 4 图4 7 阜南县阜新高速公路某特大桥地质剖面图2 5 图4 8 阜阳地区某中桥地质剖面图2 5 图4 9 固镇西圩村某公路边地质剖面图2 6 图4 1 0 灵璧地区泗宿高速公路某段路基地质剖面图2 6 图4 1 1 濉溪县合徐高速公路某段地质剖面图2 7 图4 1 2 宿州市合徐高速公路某段地质剖面图2 7 图4 13 阜南灵璧一线钙质结核埋藏示意图2 8 图4 1 4 界首一怀远一线钙质结核埋藏标高和地面标高2 8 图4 1 5 濉溪一陌远一线钙质结核埋藏标高和地面标高2 8 图5 1 钙质结核内部构造图3 2 图5 2 利辛某厂区静探图3 3 图5 3 载荷试验p s 曲线3 5 图5 4 第一组载荷试验p s 曲线3 7 图5 5 第二组载荷试验p s 曲线3 7 图5 6 第三组载荷试验p s 曲线3 8 图5 7 第四组载荷试验p s 曲线3 8 图5 8 第五组载荷试验p s 曲线3 9 图5 9 第六组载荷试验p s 曲线4 0 图5 10 第七组载荷试验p j 曲线4 0 图5 1l 第八组载荷试验p s 曲线4 1 图5 12 第九组载荷试验p s 曲线4 2 图5 13 第十组载荷试验p s 曲线4 2 图5 1 4 载荷试验测得兀与经验公式计算厶对比4 3 2 表格清单 3 1 钙质结核的发育程度、化学成分与年龄之间的关系1 2 3 2 钙质结核及其周围土壤化学成分比较12 3 3 淮北平原剖面钙质结核的放射性碳年龄13 3 4 淮北平原钙质结核年龄表13 4 1 钙质结核在土壤剖面中的分布2 2 5 1 钙质结核及其周围土壤的化学成分31 5 2 静力触探比贯入阻力p ，与地基容许承载力 明的经验关系3 6 5 3 第一组载荷试验成果汇总表3 6 5 4 第二组载荷试验成果汇总表3 7 5 5 第三组载荷试验成果汇总表3 8 5 6 第四组载荷试验成果汇总表3 8 5 7 第五组载荷试验成果汇总表3 9 5 8 第六组载荷试验成果汇总表3 9 5 9 第七组载荷试验成果汇总表4 0 5 1 0 第八组载荷试验成果汇总表4 1 5 1 1 第九组载荷试验成果汇总表4 l 5 1 2 第十组载荷试验成果汇总表4 2 5 1 3 载荷试验测得承载力基本值厶与比贯入阻力p 。对比4 3 5 1 4 经验公式计算地基承载力4 4 6 1 淮北平原钙质结核土地基承载力基本值厶与比贯入阻力p ，关系表4 6 3 表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得盒目巴王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字蒈丑竭签字隰如7 年弓月。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部l - j 或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金目垦王些盔 生l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 莎风琢 签字日期：2 0 0 7 年3 月3 d 日 电话： 邮编： 之 加 五 月 漕 名 吖 猁 加 利 。 文 期 论 日 位 字 学 签 致谢 首先感谢我的导师王国强教授l 没有他的悉心指导，本论文不可能顺利完 成。王老师渊博的学术知识、严谨求实的治学态度、宽厚的为人和积极乐观的 人生信念将使我终生受益! 他不仅教给我们专业方面的知识，而且教给我们许 多做人、处事的道理，使我受益匪浅。同时也要感谢王老师多年来对于我的成 长所倾注的关怀与帮助。值此论文完成之际，向老师致以我最衷心的感谢和最 诚挚的敬意! 在研究生学习和论文完成期间，得到了资源与环境工程学院各位老师，尤 其是岩土工程教研室各位老师在学习和生活中给与的诸多关怀和帮助。在此一 并向他们表示衷心的感谢! 感谢各位同学，在我学习和论文写作期间他们给我很多的帮助! 感谢我的家人，为了支持我的学业，他们付出了很多。他们的牵挂和鼓励， 催我奋进! 最后向所有关心、支持和帮助我的老师、同学和朋友表示衷心的感谢! 作者：曹亚娟 2 0 0 9 年3 月 第一章绪论 1 1 概述 土是岩石风化的产物或再经各种地质作用搬运、沉积而成的，土粒之间的 孔隙由水和气体所填充，因此，土是一种由固态、液态和气态物质组成的三相 体系。钙质结核又称石灰结核或砂姜，它是分散的碳酸盐在硅酸、二氧化物、 三氧化物、铁和锰等吸附性物质的表面与土胶结而成的，是一种土体新生体。淮 北平原上广泛分布着钙质结核，数量多，粒径大( 最大的可达3 0 c m ) ，钙质结 核的存在使得土体工程性质不同于粘性土又有别于碎石土，是一种特殊的土类， 即为钙质结核土。作为一种特殊的土类，具有特殊的工程性质，因而有必要对 钙质结核土进行专门系统的研究。 我国地域辽阔，由于自然地理环境的不同，分布着多种多样的土类。即便 同一种土类，在不同的地理历史环境中也会表现出某些特殊的工程性质。本文 在广泛收集区域内地质和工程地质资料基础上，通过野外地质调查、勘察、原 位测试和室内试验，对淮北平原钙质结核土的成因、时代及分布规律进行系统 的研究；对钙质结核土的地基承载力、环境工程地质作用、主要工程地质问题 进行了讨论和评价；对钙质结核土中钙质结核的结构特征及其对土体工程性质 的影响进行了探讨，并提出了改善钙质结核土工程性质的措施。研究结果对于 了解该区钙质结核土的成因和土质学特征有所帮助，对钙质结核土水平分布及 垂直分布规律有系统的认识。 1 2 钙质结核土的分类及分布情况 淮北平原地表土体类型较复杂，在晚更新世的剥蚀面上，由于近代黄河南 泛和沿淮河的泛滥淤积，地表覆盖有几米至几十米厚的新近黄河泛滥沉积物。 在广大的河间阶地低平原区普遍发育河湖相钙质结核土。在淮北平原中部，晚 更新世以来随着干旱、水流和风蚀等侵蚀作用加强，地表土层中的细小颗粒和 可溶性矿物质的流失，钙质结核土在河间地块直接出露于地表，使土壤条件的 耕作条件更趋恶化。沿河洼地和近河低地、坳沟等地段地表广泛分布的新近黄 ( 淮) 泛沉积层，主要为饱和松散粉土和淤泥质土，是工程建设中常常遇到的软 弱地( 路) 基。并易产生砂土液化、流砂等灾害。 淮北平原以黄泛平原和河间低平原地貌为主体，在广阔的低平原中，还有 局部零星的剥蚀残丘和沿河缓坡岗地穿插其间。由于河流泛滥切割，微地形起 伏明显。钙质结核土主要分布在淮北平原中部河间低平原地区，面积约为1 4 0 万h m 2 ，占淮北平原总面积的5 2 5 ，占全国含钙质结核土面积的4 1 5 ，含钙质 结核是该土体的一个重要特征心1 。土中钙质结核可分为软钙质、硬钙质和钙质 硬盘等3 种形态。钙质结核在土壤剖面中通常聚集成层，少者一层，多者数层间 隔，甚或数层连续分布。因钙质结核的形态、发育程度和化学成分的不同，在 剖面中相应地出现雏形钙质结核层和完形钙质结核层，甚或钙质硬磐层哺儿制。 钙质结核的形成与地质时期海平面的升降、古气候的变化、地下水的作用以及 土壤的淋溶淀积等因素有关，碳酸钙的来源主要是富含h c o 。一一c a “的浅层地下 水，而钙质结核的大小和形态与地下水保持在这一层位的时间长短以及蒸发率 有关。钙质结核土的工程性质既不同于粘性土又有别于碎石土，具有显著的非 均匀性特点和独特的工程地质性质，应属于特殊土范畴；不同成因、时代的钙 质结核土的工程性质也是差异很大。 该区人口众多，地处中原，连接东西，贯穿南北，是我国重要的能源基地， 农畜、药材产地和交通运输走廊。随着重大工程建设和城市化进程的加快，区 域地质环境和地质灾害问题日趋突出和尖锐，加剧了生态环境的破坏和失衡， 在人类的工程和经济活动作用下产生严重的环境地质问题。世界人口都市化和 城市建设向高层和地下发展己成为一个趋向，当前国际、国内重大工程建设中 出现的灾害性事故与地质有关的比例越来越大，这都是和工程地质研究深度不 够，设计、施工中对工程地质资料认识不足，与地质条件针对性不强有关。各 类建筑工程都是以岩土体作为地基、围岩、或建筑材料，地质环境就是各类工 程的建设环境。在地质体自稳能力不足时，就可能出现建筑安全问题，危害人 类的安全和健康，严重影响和制约社会经济的发展。加强区域土体工程地质研 究，特别是大型工程与地质环境的互馈作用研究，对于丰富我国工程地质学理 论具有重要意义，在水文地质、工程地质、环境地质、农业生态地质和国土资 源可持续利用方面都有广泛的应用前景。 1 3 研究现状及存在的问题 淮北平原钙质结核土的研究引起了国内外地质、地理、水利、农学界的广 泛重视，作了大量的多学科的研究。从研究现状来看，已有成果主要集中在钙 质结核土的成因理论和砂姜土改良利用技术研究上。1 9 6 2 年张可迁根据岩性和 沉积物结构对该区第四系进行了地层划分；1 9 8 0 年到1 9 9 6 年，林水龙、安徽省 区调队、于振江、黄多成等先后根据沉积地层特点、哺乳动物化石、孢粉化石 等研究了本区第四系地层，建立了地层单位；1 9 9 0 年金权等根据古地磁对该区 地层时代进行了综合研究。上述研究工作为本区第四系地层的建立奠定了基础。 1 9 7 6 年到1 9 9 6 年，张俊民、安徽省水电设计院、中国科学院南京土壤所、安徽 省3 2 3 地质队、安徽师范大学地理系、王中天、赵清友、李令英、安徽省土壤普 查办公室分别从水文地质、农业地理、土壤学等角度研究了砂姜的形成、分布 和成因类型；1 9 8 0 年到1 9 9 5 年，陈静生、王长荣、顾也萍从新构造运动特点、 第四纪以来的地质环境演变研究了该区砂姜土的发育和分布规律，刘良梧利用 孢粉、古生物化石和放射性碳断代等手段研究了不同钙质结核土的年龄、化学 2 成分和环境变化，钙质结核土形成于距今6 0 0 0 - 4 0 0 0 0 多年前；1 9 8 4 年到1 9 9 5 年，阎占元、张生、杜国华等对砂姜土地利用、土壤化学、生物和物理利用过 程进行了探讨；1 9 9 9 年张民、马丽从土中钙质结核的形态、化学成分等方面研 究了钙质结核的微形态及矿物学特征；1 9 9 3 年戚学祥、张连昌进行了粘土建造 中的化学研究；1 9 9 5 年姜文英、吕厚远研究了黄土中钙质结核碳同位素及意义： 1 9 9 4 年王少英，1 9 9 5 年靳长兴讨论了黄泛平原水土流失和坡面侵蚀问题；1 9 8 8 年马新明、高尔明、杨青华等对淮北砂姜土的综合治理进行了探讨；1 9 9 5 年吴 家华、刘宝山、黄云中对利用粉煤灰改良砂姜土进行了探索。1 9 9 4 年到2 0 0 1 年， 王国强、吴道祥、赵华宏、刘洋等分别在毫州市、宿州市、淮北市以及合肥一 徐州高速公路北段、界首一阜阳一蚌埠高速公路等大型工程的路桥地基上完成了 1 0 5 组地基载荷试验( 含浸水或水下条件) ，3 6 组螺旋板载荷试验，以及静探、 动探、室内土工试验等和载荷试验的对比试验。为了了解钙质结核的空间分布 特点，配合工程和试验开挖了多个探坑和土层剖面，初步掌握了钙质结核土的 区域分布规律。1 9 9 7 年蛩j 2 0 0 1 年，石磊等在连一霍线等( 安徽段) 完成了多组地 基载荷试验，2 0 0 4 年到2 0 0 5 年，王国强、舒安鹏、关峰、周盛全在六安一阜阳高 速公路、毫州一阜阳完成了多组地基载荷试验。这些原位试验取得了钙质结核土 较为完整的、有代表性的和不同条件下的测试成果和区域分布资料。2 0 0 0 年到 2 0 0 2 年，王国强、吴道祥、赵华宏提出了钙质结核土具有显著的结构性和非均 匀性特征，及软钙质结核土具有浸水结构软化的特点和钙质结核土承载力确定 原则。 钙质结核土具有特殊的物质和结构组成，具有显著的非均匀性特点，其工 程性质不同于粘性土又有别于碎石土，具有特殊的工程性质，属于特殊土的范 畴。国内外对黄土、膨胀土、红土、冻土等特殊土的研究成果丰富，并编入国 家规范和各种教科书、科技文献中。而钙质结核土缺少对其相应的工程地质学 的基础研究和应用研究。钙质结核土由于钙质结核的存在使得钻孔取样、原位 试验困难，室内试验值离散或偏高，难于运用。实际工作中也没有相关的规范 可遵循。钙质结核土的工程性质、强度和变形特性也由于其分布情况、结核尺 寸大小、形态特征、成因时代、结构和含水条件的变化而有很大的差异。载荷 试验也因试验条件、土体结构和构造差异等因素，试验值相差很大，需要综合 钙质结核土的上述特点，并结合工程结构物的要求，才能提供准确、可靠的设 计值。因而，尽管国内外学者从钙质结核土的分布、土壤学特性、矿物化学组 成、成因及土地利用等方面进行了研究但对钙质结核土作为一种特殊土的物理 力学性质、水理性质、显著的结构非均匀性特点，特别是在外部荷载、在含水 量及其环境条件变化时所表现出的力学性质，在土的工程特性及其在人类工程 行为作用下的工程性质、强度和变形破坏机理、工程效应研究等方面仍然存在 很多问题，主要有以下3 点： 3 ( 1 ) 钙质结核土的基本物理力学性质。之前对钙质结核土的研究主要集中在 成因及砂姜土的改良技术上，而对特殊的钙质结核土的物理力学性质方面的研 究很少。钙质结核土的物理力学性质除受土层的影响外，很大程度上取决于钙 质结核的形状、大小和分布情况。而钙质结核的形状、大小和分布很不均匀， 同时，不同的钙质结核对土层的物理力学性质的影响不同，这就决定了钙质结 核土的物理力学性质研究有很大困难。 ( 2 ) 钙质结核土的基本工程性质。由于钙质结核的存在使得钻孔取样、原位 试验困难，室内试验值离散或偏高，难于运用。钙质结核土有很大的不均匀性 和各向异性，地基或路基易产生不均匀沉降。目前钙质结核土的承载力的确定 还没有一个合适的经验公式，而只能通过静探、载荷试验及标贯试验成果综合 确定。 ( 3 ) 钙质结核土的分布与成因的关系。之前的研究集中在成因上，对淮北平 原的钙质结核土的空间分布及与成因的关系没有系统和全面的认识。本文对淮 北平原钙质结核土的空间分布做了一个比较全面的分析，对指导工程实践具有 重要的理论意义和现实价值。 研究钙质结核土的成因、时代、区域分布及垂直分布规律，深入细致地开 展钙质结核土工程地质学方面的基础研究和试验方法的探讨，将初步奠定我国 钙质结核土的工程地质研究基础。随着重大工程建设和城市化进程的加快，区 域地质环境和地质灾害问题日趋突出和尖锐，加剧了生态环境的破坏和失衡， 在人类的工程活动作用下产生严重的工程地质问题。因此加强区域土体工程地 质研究，对于丰富区域土体的工程地质资料，加深对淮北平原钙质结核土的地 域分布特点和特殊工程性质的认识有重要意义。在水文地质、工程地质、环境 地质和国土资源可持续利用方面都有广泛的应用前景。 1 。4 本文主要的研究内容与工作 本文拟以现有的土力学理论为基础，通过实验、实测等手段，并紧密结合 实践经验，对安徽省淮北地区钙质结核土的成因、工程性质等方面进行系统地 研究，对钙质结核土的地基承载力、工程环境特性进行了评价，并提出了一些 钙质结核土中钙质结核对土体工程性质所带来的不利影响，且提出了提高此地 区土体工程性质的措施。研究内容如下： ( 1 ) 淮北平原钙质结核土的时代、成因及类型； ( 2 ) 淮北平原钙质结核土的区域分布与垂直分布规律； ( 3 ) 淮北平原钙质结核土的成因与区域分布和垂直分布的关系； ( 4 ) 淮北平原钙质结核土的结构特征； ( 5 ) 淮北平原钙质结核土的力学性质及工程地质作用研究。 由于受论文时间的关系，本文拟重点解决以下问题： 4 ( 1 ) 淮北平原钙质结核土的区域分布与垂直分布； ( 2 ) 淮北平原钙质结核土的成因与区域分布和垂直分布的关系； ( 3 ) 初步探讨淮北平原钙质结核土的结构性和土的强度变化规律。 通过课题研究，探讨淮北平原钙质结核土的成因时代、土中钙质结核类型、 钙质结核土的区域分布与垂直分布规律，对淮北平原钙质结核土进行初步分类， 探讨其成因类型与区域分布和垂直分布的关系。 5 第二章研究区的地质概况 2 1 地形地貌特征 安徽淮北平原地处黄淮海平原的南端，安徽省北部，地处东经1 1 4 。5 5 1 1 8 。1 07 和北纬3 2 。2 5 3 4 。3 57 之间。东接江苏，南临淮河，与本省的江 淮丘陵地相接，西与河南毗邻，北与山东接壤，为一海拔5 0 m 以下的广阔平原( 海 拔高度在1 5 , - - 一4 6 m 之间) ，地势平坦，由西北向东南微微倾斜，地面坡降l 7 5 0 0 i 1 0 0 0 0 。平原由丰厚的第四纪堆积物组成，呈现典型的堆积性地貌景观陌1 。全 新世以来黄河频繁决口、改道，大量的泥沙堆积于豫、鲁、皖黄泛平原区，厚 度可达2 0 m 左右，由北向南渐薄，叠加在晚更新世的剥蚀平原之上，加大了淮北 平原的倾斜度，形成今日所见的黄泛特殊地貌景观m 阳钔。 o ，嗲，缝丘麓? 一山鳍蝈敞穗i 一浏地，一甥l 鬻警蟾，6 一挥冈磕缝霉一教鳄遐嵩戆 ，一琵数霸嚣 翘。一获口恐蠡平地i i 一舸袅糠，l l 虢地翰一客藤绕1 3 一上嚣鞭斑。审嚣赫挽 。 图2 1 安徽淮北平原地貌图( 据金权) 本区河流多为西北一东南向，由于诸河切割，构成本区平原河谷地貌的自然 景观。地貌类型可分为剥蚀堆积地貌、堆积地貌和构造剥蚀地貌三种n 0 l 。 剥蚀堆积地貌分布于中南部河间地区，地势平坦，地面坡降1 1 0 0 0 0 ，地 面高程1 5 3 5 m ，为第四纪全新统中段堆积地层。 堆积地貌主要分布在本区北部，为近代黄河泛滥堆积而成，属第四纪全新 统上段冲积地层，地面高程2 5 , - - - , 5 0 m ，坡降1 7 5 0 0 。 构造剥蚀地貌主要分布在本区东北部地区，总面积约1 0 6 0 k m 2 ，不足本区 总面积的3 。残丘、低山呈不连续分布，岩层由寒武、奥陶与震旦亚界灰岩组 6 成，山体排列方向与岩层走向一致，大体为北北东向，海拔高度5 0 - - - - 3 9 0 m 。 2 2 气候气象 安徽省淮北平原地处中纬度地带和我国东部季风气候区，在中国气候区划 中，属暖温带半湿润季风气候，主要气候特征是：季风明显，四季分明，气候 温和，雨量适中，光照充足。但由于淮北平原地处暖温带南部，淮河以南属北 亚热带湿润季风气候，特定的地理位置使淮北平原气候具有明显的过渡性与不 稳定性。 所谓过渡性是指暖温带的气候特征自北向南趋于减弱，而北亚热带气候特 征趋于明显。如自北向南大于1 0 积温逐渐增加，降水逐渐增多，无霜期变长 等；气候的不稳定性主要指气候的年际变化大，特别是降水的年际变化大。淮 北平原降水的一般特征：一是降水量地区分布不均匀，多年平均降水量在7 5 0 - 9 5 0 m m 之间，由南向北递减；二是年降水量的分配极不均匀，春季降水量只占全 年降水量的2 0 2 5 ，而6 月至9 月的降水量却占全年降水量的6 0 7 0 ， 且多暴雨，其中7 月份降水量占全年的2 0 3 0 ；三是降水的年际变化大，由 于夏季风的迟早和强弱不同，致使淮北平原历年降水量的变幅较大隋1 。这种降 水量时空分配悬殊的情况正是研究区易遭旱涝灾害的主要原因之一。气候的过 渡性与不稳定性，使淮北平原气候既有南方气候的优势，也兼有南北方气候的 劣势。如：水热资源优于北方，光资源优于南方；在劣势方面主要表现为南北 方的气象灾害兼而有之，气象灾害较为频繁，如南方常见的小麦灌浆期连阴雨、 麦收期连阴雨、渍涝、洪涝和北方常见的低温、霜冻、干热风等。 2 3 水文概况 境内河流均属淮河流域，各河流自西北向东南流入淮河及洪泽湖。主要自 然河道有洪河、谷河、润河、颖河、西淝河、涡河、北淝河、懈河、浍河、沱 河、濉河等。本区西部河流( 北淝河以西) 属淮河水系；东部河流( 懈河以东) 属洪泽湖水系。新中国成立后先后开挖了不少以排涝为主、结合分洪和综合利 用的人工河道，大型的有新汴河、茨淮新河及近期兴建的淮洪新河。受地势影 响，淮河北岸支流较长，南岸支流较短，为不对称的羽状水系。淮河年平均流 量为8 2 5m 3 s ，最大流量为2 2 8 0 m 3 s ，最小1 1 m 3 s ( 蚌埠站) 。支流水位、流 量变化与干流一致。由于河床坡度缓，降雨集中，而易发洪水( 图2 2 ) 们。 本区广泛发育松散岩类孔隙水，根据地下水的埋藏条件、水力特征及与大 气降水和地表水的关系自上而下划分为浅层孔隙水和深层孔隙水n 。浅层孔隙 水赋存于5 0 m 以上的全新世、上更新世地层中，与大气降水、地表水关系密切。 一般为潜水，局部微承压。水位埋深1 3 m ，富水程度不等，位于古河道可达 3 0 - 5 0 m 3 h ，一般1 0 3 0 m 3 h 。水化学类型h c o 。- - n a ( m g ) 、h c 0 3 - - c a n a ( c a m g ) 7 等，溶解性总固体0 5 1 5 9 l 左右n 剀。 图2 2 安徽淮北平原地理位置及水系分布图( 据乔丛林) 深层孔隙水赋存于5 0 m 以下的松散层中，与大气降水的联系随深度的增加逐 渐减弱，甚至基本封闭；与地表水不存在直接的水力联系。承压水，单井涌水 量大，一般在5 0 0 m 3 d 以上。区域地下水水位一般为2 - - - , 4 m ，于城镇集中供水区， 动水位可达8 0 m 。水化学类型为h c 0 3 - - c a n a ( c a m g ) 、h c 0 3 - - n a 、h c o 。一c 1 一n a 、 s o ；2 一h c 0 3 - - n a 型等，溶解性总固体0 7 2 o g l 。降水量的年际变化大，丰、 枯水年降水量比差达3 - - - 4 倍。丰水年可达1 2 0 0 - - - 1 8 0 0 m m ，枯水年4 0 0 , - - , 6 0 0 m m 。 实测最大年降水量为临泉1 9 5 4 年1 8 8 0 8 m m ，最小年降水蒙城站1 9 3 6 年3 6 0 5 m m 。 年降水量变差系数g 值在0 2 0 - 0 3 0 ，西部大于东部，西部为0 2 4 - - 0 3 0 ，东 部为0 2 0 - - 0 2 8 。分布有两个高值区，一是临泉、阜南及颖河以西地区，g 值为0 2 8 - - 0 3 0 之间；二是宿州及灵壁、泗县两县北部地区，反值为0 2 6 0 2 8 。 由于降水量的年际变化大和年内分配不均，淮北地区发生的早涝灾害几率较多。 据4 0 多年资料统计，水灾重现期为7 - 9 年，旱灾重现期为2 3 年，可见旱多于 涝n 引。 根据1 9 5 1 1 9 9 8 年间的实测资料，研究区多年平均蒸发量在8 0 0 - - ，12 0 0 m m ， 由南向北逐增，南部一般在8 0 0 , - - 一9 0 0 m m ，中部大都在9 0 0 - 一1 0 0 0 m m ，最大多年平 均蒸发量为临涣集1 0 8 6 6 m m 。蒸发量的年内分配受气候的月际变化支配，1 月蒸 发量最小，一般在2 0 4 0 m m ；蒸发量最大值多出现在6 月，一般在15 0 2 4 0 m m 之间。多年平均陆地蒸发为6 0 5 m m ，约占多年平均降水的6 7 。降水量大部分耗 于蒸发。 8 淮北平原多年平均径流量7 7 7 2 亿m 3 ，径流深约合2 0 8 m m ，多年平均年径流 系数为o 2 4 。径流特性受降水与地形地貌条件制约。本区河流为雨源型，即河 川i 径流来源于降水，因而，径流的时空分布与降水的时空分布大体相一致，但 年内分配更为集中，汛期( 6 - - , 9 月) 径流可占年径流量的7 0 - - 8 0 ，最大值出现 在7 、8 月份。在中小水年份，全年水量几乎都集中在汛期，甚至产生于讯期的 几场乃至一两场暴雨。径流的年际变化也远大于降水，各站最大年径流量与最 小年径流量可相差2 0 1 0 0 倍。年径流g 值多在0 7 1 1 2 _ 间，是全省年径流变 差系数反的高值区。其分布为上游大于下游，流域集水面积小反较大，集水面 积大较小。有的地区因受1 9 6 3 年、1 9 7 2 年特大洪水的影响，g 值较大，达到 1 2 1 4 。 2 4 地质概况 安徽在大地构架上分属于三个不同的构造单元，中部属大别山一张八岭隆起 区，在元古代先后隆起成陆，长期经受剥蚀；北部属中朝准地台的一部分，地 壳相对较为稳定；南部属扬子准地台的中段，地壳相对比较活跃。自中生代印 支运动以来，特别是新构造运动期本区在上升、下降的背景下，地理景观发生 了显著分异，自北而南依次发育为淮河中游平原、江淮低山丘陵、长江沿岸平 原和皖南低山丘陵。根据各区新构造运动的特征大体可以分为：大面积下降运 动、大面积上升运动和沿断裂两侧断块的差异活动三种主要类型啦! 。 淮北平原是新构造期境内最大的沉降区，沉降幅度一般在6 0 1 2 0 m ，最大 幅度可达2 0 0 m 。在第四纪期间淮北平原基本以连续沉降为主，但至晚更新世沿 淮河断裂带以北的沉降区发生了掀斜运动，使淮北平原由东南向西北倾斜的地 势演变成为现状，由西北向东南倾斜与苏北平原连成一片，彻底改变了淮北平 原的古环境n4 l 。至全新世地壳仍有轻度抬升，据1 9 5 3 1 9 8 0 年的水准测量资料 显示，现代每年仍以l m m 的速率在上升。造成淮河各支流下切，形成由上更新统 q 。组成的河间阶地，发育成为目前广大的河间低平原。于平原西北部的界首、 毫县和东北部宿( 县) 一泗( 县) 以北地区，见晚更新世剥蚀面上覆盖了几米至十几 米厚的近代黄泛淤积物，构成黄泛平原特殊的地貌景观n 朝。 本区地层属华北地层大区晋冀鲁豫地层区徐淮地层分区。晚元古代至古生 代地层主要为碳酸盐岩，中生代地层主要为红色碎屑岩。新生代古近、新近纪 地层主要为河床相半固结砂及河流湖泊相粘性土，厚度一般可达数百米。第四 纪地层主要为冲积、冲洪积的砂及粘性土，厚度数十米至百余米，广泛覆盖全 区n 引。构造体系主要为东西向断裂带、北北东向新华夏构造带及徐宿弧形构造 带。新生代以前基底构造较复杂，以涡阳一蒙城一风台一线为界，以西是断陷盆 地，以东为褶皱隆起，形成西部松散堆积物厚达数百米，东部数十米的格局凹1 。 淮北平原的地质构造属中期准地台区的淮北盆地一穹窿分区，东为山东台 9 背斜，西为河淮台向斜。区内结晶基底为前震旦纪变质岩系，基岩局部出露， 第四系分布广泛，厚度大，东及东北部小于1 0 0 m ，西部大于4 0 0 m ，具多层结构， 岩性为粘性土、粉土、砂及砂砾石。 在研究区外的南部和东北部山区有基岩出露，它们为：上太古界五河群一 深变质岩系，以黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩、黑云角闪变粒岩为主。分布于 本区南部、西南部，大部分为第四系覆盖。下元古界凤阳群一主要是石英岩、 白云石大理岩、大理岩及千枚岩，分布于本区南部。上元古界白垩系、震旦 系一石英砂岩、砾岩、泥灰岩、白云岩及结晶灰岩，分布在本区东部及东北部宿 县、灵璧县一带。古生界一寒武系奥陶系灰岩，石炭一二叠系含煤岩系及石千 峰红色碎屑岩。缺失上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭系。出露于本区东北 部。中生界一主要为侏罗纪、白垩纪中性火山岩、火山碎屑岩等隐伏于平原地 区新生地层之下，仅有零星出露。新生界一第三系陆相碎屑岩仅在本区东北部 灵璧县等地有零星出露。 淮北平原区域地质构造复杂，主要隶属于东西向构造带、新华夏构造带及 徐宿弧形 ( d 丰沛断覆宿北断裂( 光j i _ 固镇断裂太 卜五河断裂刘府断裂i n - 固始断裂 丰县一口致集断裂固镇一长丰断裂i ( j t - 武店断裂邦庐断袭1 永城复背斜2 大吴集复向斜 3 童亭裙皱系4 蚌埠复背斜i 徐宿弧形推覆构造 图2 3 安徽淮北平原区域构造概况( 据朱光) ( 1 ) 较大的东西向断裂带的主干断裂 丰沛断裂；宿北断裂；光武一固镇断裂；太和一五河断裂；刘府断裂。 ( 2 ) 新华夏构造带 新华夏构造带，在本区反映为“第二隆起带 和“第二沉降带 。隆起带 位于本区东部，元古界一古生界地层出露，松散沉积厚度较小；沉降带位于隆起 带西侧，为第四系、第三系所掩盖。构造线呈北北东向展布，构造轴面常向南 东倾斜。新华夏构造带影响范围涉及全区，新华夏系的主干断裂有：夏邑一固始 断裂；丰县一口孜集断裂；固镇一长丰断裂；灵璧一武店断裂；郯庐断裂。 ( 3 ) 徐宿弧形构造带 该体系分布在东西向构造带与北东向华夏断裂交接形成的断坳之内，始发 时间相当于燕山晚期，展布范围近3 万k m 2 。 第三章淮北平原钙质结核土的时代、成因及类型 3 1 淮北平原钙质结核土的时代 钙质结核的全量化学组成和碳酸盐含量变化幅度较大，最大值可为最小值 的两倍，甚至更多些。钙质结核的这种差异性是它的碳酸盐、吸附性物质( 硅 酸、二氧化物、三氧化物、钛和锰等) 和侵入体( 石英、长石等碎屑物质) 三 大组成部分不尽相同的表现。有的钙质结核肉眼即可分辨出石英、长石等颗粒 的存在；有的钙质结核从表面到内部均可见有铁锰结核或斑点，在薄片观察中 显示为锰质花斑和铁质浓聚体斑点、斑纹等：还有的钙质结核含有5 左右的碳 酸镁，从而反映出钙质结核的碳酸盐矿物组成除以方解石为主外，尚有白云石 的存在。另外，钙质结核包括雏形、完形和硬磐三个不同发育程度的类型，显 然加大了差异性。在具有雏形、完形和