沿江丘陵平原工程地质分区研究<br/>——以安庆地区为例

沿江丘陵平原工程地质分区研究
——以安庆地区为例

2021-10-30郭炳跃戴俊成周海涛郭东峰苏晶文

地质学刊 2021年3期

郭炳跃，王毅，戴俊成，周海涛，郭东峰，张斌，苏晶文

(1.江苏省地质勘查技术院，江苏南京 210049；2.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京 210016)

0 引言

工程地质分区根据工程地质条件相似原则对研究区进行区域划分，客观反映了各区工程地质条件和岩土体工程地质特征(方鸿琪等，2002；孙毅力，2015)。工程地质分区是对一个地区工程地质条件的高度总结，是工程地质编图的工作基础，也是工程地质调查工作服务城市建设规划或重大工程选址的重要支撑。

沿江丘陵平原地貌是长江中下游地区广泛分布的一种地貌类型，区内城市在地貌形态、地质背景等方面存在很多相似性。近年来，在该类地区开展了大量的1∶5万水工环区域地质调查和城市地质调查工作(严学新等，2006；江苏省地质勘查技术院，2018；李长安等，2019)。以安庆地区为例，开展具有沿江丘陵平原地貌、地质特征的工程地质分区研究，旨在为同类区域水工环地质调查、城市地质调查研究提供借鉴。

1 研究区概况

1.1 地形地貌

研究区地处安徽西南部，包括安庆市、东至县等地区(图1)，面积约880 km2，主要有冲湖积平原、波状-浅丘状平原、丘陵及山地等几种地貌类型(图2、图3)(程言新等，1996)。① 冲湖积平原地貌沿长江两侧呈狭条状分布，宽10～15 km，包括冲积平原、破岗湖湖积平原和升金湖湖积平原，海拔8～15 m，地势平坦，湖沼、洼荡星罗棋布。② 波状-浅丘状平原分布于丘陵山地与冲湖积平原貌交会地带，海拔20～50 m，高差10～30 m，主要由岗地及岗地间冲沟组成。③ 丘陵地貌海拔50～400 m，高差30～200 m，地表多为林地覆盖。④ 山地地貌海拔400～700 m，主要分布在安庆西北侧大龙山及研究区东侧南唐田镇一带，高差>200 m，植被发育。

图1 研究区地理位置Fig.1 Geographical location of the study area

图2 研究区典型地貌照片Fig.2 Photographs of typical geomorphology of the study area(a)alluvial plain;(b)undulate-shallow mound plain; (c)hilly area;(d)mountainous area

图3 研究区地貌分区1-城镇；2-乡村；3-道路；4-地貌分布界线；5-水系；6-冲湖积平原；7-波状-浅丘平原；8-丘陵；9-山地Fig. 3 Geomorphic zoning of the study area

1.2 地质背景

研究区位于扬子地层区，前第四系发育较齐全，自下而上发育了志留系高家边组、坟头组、茅山组滨海相砂页岩沉积；泥盆系五通组河流-三角洲相碎屑岩沉积；石炭系黄龙组、船山组，二叠系栖霞组海相碳酸盐岩沉积；二叠系孤峰组、龙潭组、大隆组海陆过渡相砂页岩沉积；三叠系殷坑组、和龙山组、南陵湖组、周冲村组海相碳酸盐岩沉积；三叠系黄马青组、范家塘组，白垩系赤山组，古近系望虎墩组，新近系安庆组陆相碎屑岩沉积。

区内第四系主要分布于冲湖积平原与波状-浅丘状平原地区，自下而上分别形成了2套地层系统(于振江等，2008；郭炳跃等，2020)，厚0～70 m。① 冲湖积平原以河流相沉积为主，自下而上分别为下—中更新统青弋江组、中—上更新统大桥镇组和全新统芜湖组，岩性为含砾粗砂、中砂、粉细砂、黏土等，形成多个由粗到细沉积韵律旋回。② 波状-浅丘状平原第四系含残坡积、风积等多种成因，自下而上分别为下—中更新统戚家叽组、中—上更新统下蜀组和全新统近现代堆积物，岩性以含砾黏土、网纹红土、棕黄色粉质黏土为主，岩性结构紧密。

1.3 水文地质条件

根据赋存条件和含水介质，区内地下水可分为碳酸盐岩岩溶裂隙水、碎屑岩裂隙水、红层碎屑岩孔隙-裂隙水、松散岩类孔隙水等几种类型。山地、丘陵地区主要为碳酸盐岩岩溶裂隙水和碎屑岩裂隙水；波状-浅丘状平原区主要为下蜀组棕黄色粉质黏土和戚家矶组棕红色网纹红土、泥砾，富水性贫乏，地下水类型主要为红层碎屑岩承压水和安庆组松散岩类孔隙水，其裂隙多为泥质充填，富水性皆较贫乏，局部中等；冲湖积平原区地下水类型主要为松散岩类孔隙水，水位埋深3～5 m，主要含水层组为第四系中下部的砂砾石层，富水性中等—丰富。

1.4 岩土体特征

区内岩体分布于山地及丘陵地区，主要包括碳酸盐岩岩组、碎屑岩岩组、红层碎屑岩(白垩系及古近系)岩组3种类型。根据岩性、岩体结构、强度等组合特征可进一步划分为5种岩性综合体：坚硬—较坚硬薄—中厚层状砂岩-砾岩岩性综合体，较坚硬—较软薄层—中厚层状红色粉砂岩-泥岩岩性综合体，较坚硬—较软中薄层状泥页岩夹砂岩岩性综合体，较软—软弱薄层状页岩岩性综合体，坚硬—较坚硬厚层状灰岩-白云岩岩性综合体。

区内土体包括黏性土、砂土、粉土等几种类型，在冲湖积平原与波状-浅丘状平原分布各有特征。冲湖积平原区工程地质层根据成因、时代、土体性质、状态等指标，可分为1、2a、3a和5这4个工程地质层以及2a-1、2a-2等16个工程工程地质亚层(表1)。波状-浅丘状平原地貌区工程地质层包括3b、4b层2个工程地质层和3b-1、3b-2等4个工程地质亚层(表2)(江苏省地质勘查技术院，2018)。

表1 冲湖积平原区工程地质层划分Table 1 Division of engineering geological strata in alluvial plain area

表2 波状-浅丘状平原地貌区工程地质层划分Table 2 Division of engineering geological strata in undulate-shallow mound plain

1.5 特殊土与地质灾害

区内特殊土主要为膨胀土、软土及液化砂土：① 膨胀土为下蜀组粉质黏土(3b-1层)，呈弱膨胀性；② 软土为全新统芜湖组灰-灰黑色淤泥质粉质黏土(2a-2层)，厚0～10 m，顶板埋深3～7 m，主要分布于沿江安庆长丰、大渡口一带；③ 液化砂土分布较少，零星见于大渡口西南，液化等级轻微。

区内主要地质灾害为滑坡、崩塌，零星分布于山地、丘陵及波状-浅丘状平原地区。

2 工程地质分区方案

2.1 工程地质分区原则

工程地质分区一般包括特性分区、适宜性分区、稳定性(危险性)分区3个方面(方鸿琪等，2002)，划分原则主要有地形地貌、岩土体特征、不良地质现象等(李长安等，2019)，目前国内尚未形成统一的划分方法体系(刘长礼等，2019)，常因工作尺度、目标的不同而不同。

工程地质分区原则主要为解决具体的工程地质问题(邓念东等，2017；韩廷文等，2018)。在城市空间尺度，工程地质分区原则不尽相同(严学新等，2006；张永军等，2014；张少赓等，2018；段蕊等，2019)。孙健等(2006)在南京浦口工程地质分区中，一级分区以地貌类型，二级分区以岩土体结构、地基土类别为划分原则；在地貌变化较小的条件下，梅芹芹等(2018)根据工程建设适宜性对江苏沿海平原进行了工程地质分区；刘长礼等(2019)指出，在1∶5万工程地质编图工作中应优先选择差异较大的工程地质要素进行分区，当所有特征要素差异不显著时可以进行综合适宜性分区。

工程地质分区原则应服务于工程地质调查工作目标。在区域性水工环地质调查和城市地质调查中，查明工程地质条件和特性是工程地质调查工作的主题，因此工程地质特性分区应是该类工作首先考虑的分区类型。在沿江丘陵地貌区，地貌类型对工程地质条件常具有明显的宏观控制作用(李长安等，2019)，因此地貌类型可作为工程地质一级分区的标准。在相同的地貌类型中，岩土体类型和结构对工程地质条件影响较大，可作为工程地质二级分区的标准。在平原区，当岩土体类型和结构相似时，可依据重要工程地质层(持力层、特殊土层)的分布情况进行二级分区划分。

2.2 工程地质分区方案

研究区位于沿江丘陵平原地貌区，不同地貌类型的岩土体岩性、成因、结构等有明显差异。以地貌类型及成因作为工程地质一级分区的划分原则，将区内分为长江冲积平原、升金湖湖积平原、破岗湖湖积平原、岗地和山地丘陵5个工程地质区。二级分区划分原则考虑岩土体类型、结构和重要工程地质层的分布，将该区分为2a-2层软土埋藏多层结构亚区、3a-1层硬黏土分布多层结构亚区等14个工程地质亚区(表3、图4)。

表3 研究区工程地质分区Table 3 Engineering geology zoning of the study area

图4 研究区工程地质分区图1-2a-2层软土埋藏多层结构亚区；2-2a-2层软土缺失多层结构亚区；3-冲湖积物分布区；4-黄湓河冲湖积平原区；5-3a-1层硬黏土分布多层结构亚区；6-破岗湖冲湖积物分布亚区；7-3b-1层粉质黏土出露亚区；8-3b-1层粉质黏土埋藏亚区；9-4b-1层粉质黏土出露亚区；10-5层砂砾层分布区；11-岩溶弱发育中厚—薄层碳酸盐岩亚区；12-易崩塌坚硬—较坚硬厚—中厚层碎屑岩亚区；13-易崩塌坚硬—较坚硬块状侵入岩亚区；14-易坍塌较坚硬—软弱厚层红色碎屑岩亚区；15-工程地质区界线；16-工程地质亚区界线Fig. 4 Engineering geology zoning map of the study area

2.3 分区方案可行性

在跨多个地貌单元的剖面对比图中，破岗湖湖积平原、波状-浅丘状平原、长江冲积平原的地层形成时代、岩土体结构与特征有着明显的不同(图5)，其工程地质性质、对工程建设活动的影响亦不同，因此以地貌单位作为工程地质一级分区原则。在相同的地貌条件下，以长江冲积平原为例(图6)，区内有着近似的岩土体结构，浅埋的2a-2层淤泥质粉质黏土对区内工程建设有较大影响，因此以2a-2层分布作为长江冲积平原工程地质二级分区的划分依据。

图5 研究区A-A′工程地质剖面1-填土；2-粉质黏土；3-粉质黏土灰粉细砂；4-粉土与粉砂互层；5-粉细砂；6-中粗砂；7-砂卵石；8-泥砾；9-页岩；10-砂岩；11-灰岩；12-流塑状黏土；13-软塑状黏土；14-可塑状黏土；15-硬塑状黏土；16-松散状砂性土；17-稍密状砂性土；18-中密状砂性土；19-密实状砂性土；20-芜湖组；21-戚家矶组；22-大桥镇组；23-赤山组；24-南陵湖组；25-标贯击数；26-工程地质层号Fig. 5 A-A′engineering geological profile in the study area

图6 研究区B-B′工程地质剖面1-填土；2-粉质黏土；3-粉质黏土夹粉细砂；4-粉土与粉砂互层；5-粉细砂；6-中粗砂；7-砂卵石；8-砂岩；9-灰岩；10-流塑状黏土；11-软塑状黏土；12-可塑状黏土；13-硬塑状黏土；14-松散状砂性土；15-稍密状砂性土；16-中密状砂性土；17-密实状砂性土；18-芜湖组；19-大桥镇组；20-赤山组；21-南陵湖组；22-标贯击数；23-工程地质层号Fig. 6 B-B′ engineering geological profile in the study area

3 工程地质分区特征

3.1 长江冲积平原工程地质区(I1)

分布于长江沿岸，浅表岩性为粉质黏土、粉土及粉砂，向下渐变为粉细砂、含砾中粗砂，为长江冲积成因。存在的主要工程地质问题为淤泥质软土导致的不均匀沉降，根据有无2a-2层软土分布，将该区进一步划分为下列2个亚区。

3.1.1 2a-2层软土埋藏多层结构亚区(I1-1) 主要分布于长江沿岸大渡口、江心洲、铁板洲一带，呈条带状展布，第四系厚40～70 m，主要工程地质层包括2a-1、2a-2、2a-3、2a-4、2a-5、3a-2和3a-5。其中2a-2为软土层，在区内普遍分布，为主要不良土层。

3.1.2 2a-2层软土缺失多层结构亚区(I1-2) 主要分布于安庆东、大渡口南，呈条带状或面状展布，第四系厚40～70 m，主要工程地质层组包括2a-1、2a-3、2a-4、2a-5、3a-2和3a-5。其中，2a-4为区内主要持力层，主要工程地质问题为浅埋的2a-3局部存在液化的可能。

3.2 升金湖冲湖积平原工程地质区(I2)

位于升金湖沿岸及其次级支流区域，浅表地层为升金湖湖积物或次级支流冲积物。根据岩土体结构可分为下列2个工程地质亚区。

3.2.1 升金湖冲湖积物分布区(I2-1) 主要分布于升金湖南岸及唐田镇一带，临湖一侧地势平坦，浅表为升金湖冲湖积物，下伏为基岩或局部埋藏下蜀组，第四系厚度<15 m。浅表冲湖积物以软土为主，工程地质性质较差。

3.2.2 黄湓河冲湖积平原区(I2-2) 主要分布于黄湓河及其两侧的升金湖、高桥湖一带，第四系厚度一般<30 m，主要工程地质层为2a-1、2a-3、3a-1、3a-3，其中3a-3中粗砂层为密实砂层，为该区主要持力层。

3.3 破岗湖湖积平原工程地质区(I3)

位于破岗湖沿岸，地势平坦，浅表为晚更新世硬黏土层或全新世湖积物。根据岩土体结构，可分为下列2个工程地质亚区。

3.3.1 3a-1′层硬黏土分布多层结构亚区(I3-1) 主要分布于破岗湖、石塘湖一带，地势平坦，呈面状展布。第四系厚30～50 m，主要工程地质层组包括3a-1′、3a-1、3a-2、3a-3和3a-5。其中，3a-1′为晚更新世硬黏土层，出露地表，工程地质性质良好，可作为良好的天然地基持力层。3a-2粉细砂层、3a-3中粗砂层、3a-5砂砾石层呈中密—密实状，工程地质性质良好，为区内主要的持力层。

3.3.2 破岗湖冲湖积物分布区(I3-2) 主要分布于安庆东北三义村及杨桥镇一带，地势平坦。浅表为近现代湖积物，第四系厚0～20 m。主要工程地质层包括2a-1、2a-2、3a-1、3a-3、3a-5。其中3a-3、3a-5层为区内主要持力层。主要工程地质问题为零星分布的软土层。

3.4 岗地工程地质区(Ⅱ)

岗地工程地质区分布于长江冲湖积平原地貌与丘陵地貌之间，呈波状-浅丘状平原地貌特征，地形高差为10～30 m。主要岩土体类型包括下蜀组粉质黏土、戚家矶组网纹状红土、含砾粉质黏土、安庆组砂砾石等。根据岩土体，可划分为下列4个工程地质亚区。

3.4.1 3b-1层粉质黏土出露亚区(Ⅱ1) 主要分布于升金湖南北两侧及安庆市区东北十里堡乡一带，地势稍有起伏，地层结构为下蜀组3b-1层覆盖于基岩或戚家叽组之上。该层粉质黏土呈硬塑状，地基承载力高，是良好的持力层。

3.4.2 3b-1层粉质黏土埋藏亚区(Ⅱ2) 主要分布于安庆市北部山间沟谷，呈条带状展布，第四系地层厚度<20 m，浅表为近现代堆积物，岩性复杂，包括含碎石粉质黏土、粉质黏土等，为残坡积、冲洪积成因，下部为3b-1层埋藏，岩土体工程地质性质良好。

3.4.3 4b-1层粉质黏土出露亚区(Ⅱ3) 主要分布于安庆市区，零星分布于升金湖南岸，为戚家叽组出露区，主要工程地质层为4b-1、4b-2层，呈硬塑或密实状态，地层承载力高，工程地质性质良好。

3.4.4 第5层砂砾层分布区(Ⅱ4) 主要分布于安庆市西部，主要为第5层砂砾层，呈密实状态，承载力较高，是良好的地基持力层。该层岩土体处于半成岩状态，边坡开挖时应注意可能引起的滑坡等地质灾害。

3.5 山地丘陵工程地质区(Ⅲ)

主要分布于安庆市区西北部、升金湖南部山地丘陵区，根据岩土体类型可分为下列3个工程地质亚区。

3.5.1 岩溶弱发育中厚—薄层碳酸盐岩亚区(Ⅲ1) 主要分布于大龙山山前、唐田镇附近，岩体类型为石炭系、二叠系、三叠系碳酸盐岩岩性组，主要为灰岩、白云岩等，岩体呈中厚层状，坚硬—较坚硬，局部夹页岩软弱层。岩体抗压强度高。局部岩溶发育，有岩溶塌陷等不良工程地质现象。

3.5.2 易崩塌坚硬—较坚硬厚—中厚层碎屑岩亚区(Ⅲ2) 主要分布于大龙山东南侧、唐田镇以南，岩土体类型包括志留系、泥盆系、二叠系、三叠系坚硬—较坚硬的砂岩、砂砾岩岩性综合体及较坚硬—较软的粉砂岩、泥岩岩性综合体及较软—弱软薄层状页岩岩性综合体。泥页岩层节理裂隙发育，岩体破碎，为软弱夹层，在外动力作用下易引发滑坡崩塌等地质灾害。

3.5.3 易崩塌坚硬—较坚硬块状侵入岩亚区(Ⅲ3) 主要为大龙山岩浆岩侵入体分布区，岩性包括花岗岩、闪长岩类，岩体坚硬—较坚硬，结构面发育程度较差，以中风化—微风化程度为主，局部为强风化。岩石风化后强度降低，存在的主要地质问题为直立型陡坡的崩塌灾害。

3.5.4 易坍塌较坚硬—软弱厚层红层碎屑岩亚区(Ⅲ4) 主要分布于安庆市西部及长江东岸一带，岩土体类型为白垩系及古近系较坚硬—较软薄—中厚层状红色粉砂岩、泥岩岩性综合体。岩体易风化，风化后强度低，遇水易软化，工程建设中进行坡面开挖需注意岩体风化及软化造成的边坡失稳问题。