典型内陆干旱盆地土壤盐渍化特征及成因分析

第一篇：典型内陆干旱盆地土壤盐渍化特征及成因分析

西北典型内流干旱盆地土壤盐渍化特征及成因分析

—以黑河流域为例

白福1，范高功2

(1.甘肃省地矿局第二地质矿产勘查院, 甘肃 兰州 730020;2.长安大学环境科学与工程学院, 陕西 西安 710054）

［搞要］ 黑河流域地处西北干旱区，属于典型的内流盆地，气候干燥，蒸发量是降水量的35—77倍，恶劣的自然条件和人为的不合理灌溉导致了严重的土壤盐渍化问题。据调查资料，张掖盆地土壤盐渍化面积为1225km2，且程度较轻，土壤含盐量0.2—0.92%；酒泉盆地土壤盐渍化面积为2595km2，绿洲区盐渍化程度较轻，荒漠区盐渍化程度十分严重，土壤含盐量为1.58—42.61%；额济纳盆地土壤盐渍化面积为2547km2，盐化程度很重，土壤含盐量最高达33%。在垂向上不论是荒漠区还是绿洲区，含盐量在0.00—0.30cm内最大，30cm以下含盐量急剧减少，属典型的蒸发表层积盐型盐渍化土壤。土壤盐渍化已严重制约着该地区农业生产的发展和土地资源的进一步开发利用。因此，必须建立合理的灌溉制度，进一步完善灌排体系，以便有效防治和减轻盐渍化的发生。［关键词］ 土壤盐渍化;成因分析;灌排体系;内流干旱盆地

［中图分类号］

［文献标识码］

［文章编号］

［作者简介］ 白福(1959—)，男，甘肃永登县人，高级工程师，主要从事水文地质工程地质勘察和科研工作。E-mail: Lzbaifu@163.com

TEL: ***

［基金项目］ 国土资源部2000年科技专项计划项目(200010303-02)基金资助

1.引言

土壤盐渍化是指在特定气候、地质及土壤质地等自然因素以及人为引水灌溉不当引起的土地质量退化的过程。土壤盐渍化作为主要的土地退化形式之一，已成为一个全球性的生态环境问题。根据联合国粮农组织统计，全世界60%的灌溉土地已不同程度地发生盐渍化,它是制约农业发展的主要障碍，也是影响绿洲生态稳定的重要因素1。黑河流域位于祁连山和河西走廊的中段，南起祁连县境内的祁连山南北分水岭，北至额济纳旗境内的居延海，东西宽390km，南北长510km，总面积12.8万km2。地理坐标：东径96°04′—102°04′，北纬37°45′—42°40′。区内南北地形相差悬殊，致使气候条件差异较大且具有明显的分带性，南部的祁连山区气候寒冷而湿润，降雨量充沛，走廊平原和额济纳平原具有典型的大陆性干旱气候，降水稀少，降水量在中游走廊平原区为90—160mm，下游荒漠区为40—66mm；蒸发强烈，蒸发量在中游走廊平原区为1900—2300mm，下游荒漠区为2005—5767mm；蒸发量是降水量的35—77倍。恶劣的自然条件为区内盐渍化的形成奠定了基础。尤其是自20世纪50年代以来，随着人口的增加,耕地面积的不断扩大和水资源严重短缺,盐渍化问题日益突出,对绿洲农业的发展已构成严重威胁。因此，黑河流域的土壤盐渍化问题在广大的西北干旱区具有典型性和代表性，深入研究该地区土壤盐渍化的分布与特征，尽早掌握盐渍化的演变规律，对于合理利用土地资源，使土壤资源利用高效化并与生态环境相协调意义重大，也是直接关系到该地区可持续发展的关键问题之一。

2.盐渍化分布与特征

盐渍化在黑河流域中下游平原皆有分布，中游平原主要分布在张掖碱滩、临泽小屯、高台宣化—罗城、肃南明化北部和酒泉北部。张掖盆地土壤盐渍化面积较小为1225km2，且程度较轻，土壤含盐量0.2—0.92%，盐化类型主要为氯化物型，属于轻度盐渍化土壤。酒泉盆地土壤盐渍化面积较大为2595km2，绿洲区盐渍化程度较轻，荒漠区盐渍化程度十分严重，土壤含盐量为1.58—42.61%，盐分化学类型为硫酸盐型、硫酸盐—氯化物型。下游平原区主要分布在金塔北部、额济纳旗古日乃和东、西居延海等地。金塔盆地灌区内，由于人类活动的影响表现为绿洲东部以轻盐渍化为主，含盐量0.35—0.94%,盐分化学类型为硫酸盐型为主；绿洲西部以重盐渍化为主，含盐量1.30—2.12%，盐分化学类型为硫酸盐型；荒漠区南部盐渍化为轻盐土，含盐量1.58—3.50%,盐分化学类型以硫酸盐—氯化物为主；荒漠区北部盐渍化为中盐土，含盐量为4.52—7.35%,盐分化学类型为硫酸盐型。额济纳盆地土壤盐渍化面积较大为2547km2，且盐化程度很重，由于区域地下水位下降使部分沼泽退变为盐碱地，在湖盆洼地表现尤为明显，在强烈的蒸发浓缩作用下，致使地表聚集大量盐分，形成盐碱地、盐壳乃至结晶盐壳。在古日乃地区，以重盐渍化为主，全盐量达0.27—10.41%,最高达33%，盐渍化总面积约1650km2；在西居延海，湖底干涸后形成了厚约0.5m左右的硫酸盐、氯盐为主的结晶盐壳，面积约253km2，而表层土（地表以下0.10m以内）土壤平均含盐量也高达48%—56%，地表以下0.5m以内的土壤平均含盐量达29—31%，本湖盆的盐渍化是额济纳旗平原最严重的地区；在东居延海，湖滨表土层含盐量为0.75%—2.92%，并呈现自湖滨至湖心渐增的趋势，为轻度盐渍化土壤，在湖底尚末形成盐壳；在河流沿岸细土带的盐渍化程度较湖盆洼地轻，其轻盐渍化土和重盐渍土分布面积为543km2，远离河岸含盐量则有降低的趋势2-4。

全流域盐渍化程度变化总的趋势是：在水平方向自中游向下游盐渍化程度和分布范围逐步增大，在垂向上不论是荒漠区还是绿洲区，含盐量在0.00—0.30cm内最大，30cm以下含盐量急剧减少，属典型的蒸发表层积盐型盐渍化土壤（图1）。

3．盐渍化成因分析

3.1 气候因素

黑河流域平原区气候干燥,蒸发量为降水量的35—77倍，最高气温达40℃。在夏季酷热的环境中，地下水浅藏地段，地下水中的盐分随地下水中的蒸发而源源不断地向地表迁移聚集，形成地表盐壳；在寒冷的冬季，最低气温达-30℃，在低温条件下，水溶液中的盐分随温度降低而溶解度降低，饱和结晶析出，同时温度降低，在地层中形成地温梯度，相应的形成盐分浓度梯度，促使盐分运移，使更多的盐分结晶析出；在初春解冻季节，上部冻结层先于下部冻结层解冻，由于下部冻结层的存在，使春融水不能下渗，阻止了盐分的向下运移，并在蒸发的条件下盐分积于地表，最终导致盐渍化。

气候因素对盐渍化的形成的影响还表现在地质时期地层含盐量上。河西走廊自中新世以来，已变成陆相沉积，在干旱气候条件下，沉积了富含方解石、石膏、芒硝等矿物的高盐分地层，这些矿物经过生物、物理、化学风化作用盐化成土母质，并释放出钙、镁、钾、钠等基离子，盐基离子随水分搬运到沼泽、盆地、湖泊等低洼地带，随着水分的蒸发，盐基离子浓缩形成了盐土，成为盐渍化形成的物质基础。3.2 土壤质地及结构因素

土壤质地结构对盐渍化的影响主要表现在对水分运移的影响,具体由毛细作用的上升速度和高度,降水和灌溉水的入渗来决定。砂性土毛细作用的上升速度快但高度小；粘性土毛细作用的上升速度慢但高度大；砂性土的降水和灌溉入渗系数大；粘性土入渗透系数小；在相同条件下，砂性土积盐速度快但脱盐速度也快；粘性土积盐速度慢脱盐速度也慢，在土壤盐渍化形成和发展中，长期周而复始，积于粘性土中的盐量大于砂性土中的盐量，最终使粘性土易发生盐渍化。另外，包气带下部粘土层的存在，可阻止盐分向下运移。黑河流域平原区地层成因主要为冲积和洪积层，其间分布有较厚的粘土层，成为盐分积累的场所。3.3 水文地质因素

对于黑河流域而言,气候和土壤质地结构仅是盐渍化形成的基本条件,具有相对稳定性,对盐渍化形成与发展的作用相对是缓慢的,而水文地质因素是盐渍化形成和发展的决定性条件,它的作用是突变的,具体表现在地下水位升降和矿化度高低控制了土壤盐渍化的分布。黑河流域中下游细土平原区北部，一般地下水位埋深较浅、矿化度较高，是形成盐渍化的先决条件。在地下水位埋深相同条件下，地下水矿化度高的地区盐渍化程度较重；在地下水位埋深不同条件下,水位埋深越浅,地下水矿化度越高,盐渍化程度越重

3.4 水资源的不合理利用因素

水资源的不合理利用对盐渍化的影响主要表现在对地下水的不合理开采和灌溉制度的不合理5。黑河流域中下游平原区北部地下水位埋深浅，径流滞缓，水质为上咸下淡型分异体系，在地表水贫乏的条件下，地下水成为发展工农业生产的主要水源。目前农业灌溉主要开采浅层高矿化水灌溉，从而使浅层水进入以开采—入渗—蒸发—开采为主的循环状态，盐份不断累积，地下水矿化度逐渐升高，土壤含盐量增大。同时，现行的大水漫灌、块灌等灌溉体制，即造成了水资源的极大浪费，又导致了地下水位上升，特别是在土壤母质含盐量较高的地区，促使深层渗漏加剧和蒸发量增大，从而为次生盐渍化的产生提供了条件，使耕地不同程度地产生了次生盐渍化6。3.5 地貌因素

黑河流域内各盆地微地貌对盐渍化的形成与发展有着不容忽视的作用。南盆地北部和北盆地大部分地区，星罗棋布地分布着大量的小面积洼地，这些洼地因地下水位埋深较周围浅，蒸发强烈，地下水中的盐分因蒸发而大量积于表面。同时，分布于绿洲内的低洼荒地，在灌溉期间，由于灌溉水入渗引起局部地下水位上升，低洼区成为相对的排水区，盐分亦随之迁移于该处而积累，形成盐渍化土壤，甚至盐土。相对而言，耕地附近的洼地是耕地的排盐区，但其有限的积盐空间又可引起周围耕地盐渍化加重。3.6土地弃耕

耕作土地因缺水灌溉或其他原因被迫弃耕后因无灌溉淋滤作用和耕作措施,在强烈的蒸发作用下盐分迅速聚集地表,土壤即刻成为盐渍土。另外，在农业生产活动中，兴修水利工程在很大程度上影响着土壤盐渍化的形成和发展，如平原水库的兴建，使库区周围地下水位上升，从而产生次生盐渍化或使盐渍化程度加重。

4.盐渍化的危害

盐渍化的危害主要表现在土壤中含有大量的可溶盐，过量的氯离子可使作物体内的叶绿素含量降低，影响光合作用，减少淀粉的形成，尤其是纳离子含量增加，抑制了作物对水分的吸收；使土壤结构发生变化，透气透水性能变差，保水保肥能力降低；抑制了土壤内微生物的繁殖，使土壤内植物必须的矿物质养分缺乏；盐渍化土壤Ph值较高，对植物根系有腐烂作用。凡此种种，盐渍化影响作物生长，甚至导致作物枯死，严重制约着农业生产的发展和土地资源的进一步开发利用，并最终导致土地劣化，功能丧失，破坏生态平衡，环境质量下降。据研究资料,土壤盐渍化对小麦产量的影响,由轻盐渍化—中盐渍化—重盐渍化发展，盐渍化程度每增加一级，则小麦亩产降低30%，其对经济作物的影响则更大7。

在干旱荒漠区，确切地说，土壤盐渍化是土地沙漠化的一个阶段，盐渍化过程通常与荒漠化过程相伴生，同步发展，甚至相互促进相互转化，其最终的发展结果是沙漠化。因为土壤发生盐渍化后，导致地表植物死亡，失去植被保护的土地在风蚀作用下最终沦为沙漠8。

5.盐渍化防治对策

通过对黑河流域土壤盐渍化形成因素分析表明，该地区土壤盐渍化的形成是由自然因素和人类活动综合作用的结果，其自然因素的影响是缓变的，无法改变的，而人为因素的影响是突变的，也是可以防治的。因此，主要应采取以下措施： 5.1 加强规划和科学研究

黑河流域地处干旱地区，生态环境十分脆弱，水不仅是流域经济发展的主要条件，而且又是主宰环境质量的主导因素，俗话说“有水是绿洲，无水是沙漠，多水是盐渍化”。因此，对有限的水资源要合理配置并优化利用9，应加强盐渍化的研究工作，并制定出有效的防治对策和措施，在保证农业生产的基础上，尽可能地减少盐渍化的形成和发生。5.2 灌排结合 过去，农业灌溉习惯上用大水漫灌的方式，致使灌溉尾水大量渗入地下，造成地下水位上升，在强烈的蒸发作用下盐分上聚形成盐渍化10。今后要在灌区内因地制宜采取井排、渠排、生物排水等相应措施，或井灌、渠灌相结合，人为调节地下水的补、排条件，有效控制地下水位，使其处在最佳状态，防止盐渍化的发生。干旱区蒸发量大，降水稀少，土壤的自然淋溶作用微弱，如果地下水位埋深在1—3m，很容易形成土壤的盐渍化，若地下水埋深大于10m，尽管气候干旱，土壤也不会发生盐渍化，所以，降低地下水位是改良土壤盐渍化的首要措施。尤其是在黑河沿岸一带（地下水位埋深小于3m地段），要增加开采井，以开采井作为新排泄点，可加速水的径流和循环，有利于水中盐分随水排出地表，同时可增加灌溉水量，袭夺无效蒸发量，改良盐碱地。据计算，黑河中游北部灌区地下水位埋深小于3m的面积2391km2，蒸发量3.32×108m3/a 2。5.3 强化行政管理

干旱区特定的自然条件下,形成土壤盐渍化的因素很多,但不合理的人为活动是造成盐渍化的主要原因之一11。因此，为保证人类生产活动的科学化和规范化，减少土壤盐渍化的发生，必须从长期可持续发展的战略高度出发，采取技术措施和管理措施双管齐下的防治对策，实现生态功能的良性循环，达到“人口—资源—环境—社会”四位一体的有机统一。

［参 考 文 献］ 土壤盐渍化与地下水动态特征关系研究J.水土保持通报, 1999,19(6);11-15.2 黎志恒,白福,杨俊仓.西北典型内流盆地水资源系统分析与宏观调控方案研究报告R, 兰州,甘肃地质灾害防治工程勘查设计院,2003.12.3 周兴智,白生福,康文泰等.甘蒙西部黑河中下游两水转化及水资源综合开发利用R, 张掖,甘肃省地矿局第二水文地质工程地质队,1990,3.程国栋,王根绪.黑河流域水资源合理利用与社会经济和生态环境协调发展研究报告R, 兰州,中国科学院冰川冻土研究所,1999.3.罗先香,杨建强.中国西北干旱区水资源可持续利用对策研究J, 地域研究与开发,2003,22（1）;73-75.6 尉元明,朱丽霞,乔艳君.河西走廊农灌区耕作土壤次生盐渍化成因与防治对策J, 干旱气象,2004,22（1）;22-25 7 吴玮江,王武衡,冯学才等.干旱区农业灌溉引起的地质灾害及防治对策J，中国地质灾害与防治学报，1999,10（4）;61-66.8 唐灿,孟晖.河西走廊地区土地荒漠化问题分析J, 中国地质灾害与防治学报,1999,10（4）;47-55.9 魏余广,白福,张太岭.黑河流域水资源及现阶段合理开发利用J,冰川冻土,2006,28(4);485-489.8 刘金荣、谢晓蓉、金自学等.河西走廊干旱荒漠区盐碱化土地修复与调控研究J, 中国地质灾害与防治学报,2005,16（3）;79-81.10 易秀,李侠.西北地区土壤资源特征及其开发利用与保护J, 地球科学与环境学报,2004,26（4）;86-89.11 刘金荣、谢晓蓉、金自学等.河西走廊干旱荒漠区盐碱化土地修复与调控研究J, 中国地质灾害与防治学报,2005,16（3）;79-81.Features and genesis analysis of soil salinization of typical inland river arid basins in Northwest of China —Just make Heihe River Area as a example

Bai Fu Fan Gao-gong(1 The Second Prospecting Institute of Geology and Mineral Resources of the Gansu Bureau of Geology and Mineral Resources;Lanzhou:730010 China: 2 Water Resources and Environmental Engineering Department;Chang'an University;Xi'an;Shaanxi;710054;China:)

Abstract Heihe River Area located in the arid basins in the Northwest of China, which climate is desiccation.The rate of water evaporation there is about 35 to 77 times larger than the rate of water precipitation.So there is the typical inland river arid basin.Abominable natural conditions and people’s unreasonable irrigation make the problem of soil salinization more terrible.According to the survey materials, the area of soil that be salinized is 1225km2 in Zhangye basin, the Salt Content in the Soil is 02.-0.92%, the degree is relatively light..In Jiuquan Basin the numbers are 2595km2 and 1.58—42.61%.But it differently from Zhangye Bsain that the salinization degree is light in the oasis district and heavy in the desert district.While in Ejinaqi Basin the area of soil that be salinized is 2547km2.The salt content in the soil is up to 33%, the degree is very heavy.No matter the desert district or the oasis district, salt content between 0.00—0.30cm is large amount.But below the 30cm the salt content reduce sharply.So it belongs to typical Steam and issue one layer of salt accumulating type salinization soil.It is seriously restricted by the soil salinization that the development of agricultural production and the further utilization of the land resource Therefore, in order to effectively prevent and lighten the emergence of the salinization, we must set up rational irrigation system, and make the irrigation and drain system more reasonable.KEY WORDS: soil salinization: genesis analysis: irrigation and drain system: inland river arid basins

第二篇：常见典型矿床特征及成因背景

VMS矿床特征及成因

①定义：指存在于海相火山岩系中，通过海底热液喷流作用形成的，主要由块状黄铁矿和贱金属的硫化物组成的矿床。

②地质背景：分布范围很广，不同的 VMS型矿床有着不同的有利构造位置。

③成矿时间：时控性也比较明显，其成矿主要时代为太古宙、元古宙、古生代、中新生代。④容矿岩石：不同类型的海相火山岩中均可以产出 VMS型矿床，如富钠镁铁质和长英质岩石的双峰式火山岩组合或称细碧角斑岩系列产出含铜、铅、锌的和含铜的矿床；正常钙碱性系列火山岩系列中产铅、锌、铜的矿床;镁铁质火山岩的蛇绿岩中产的铜矿床。⑤形态与产状：似层状、透镜状。

⑥围岩蚀变：VMS型矿床围岩蚀变发育，尤其是下盘绿泥-绿帘石化、绢云母化、黄铁矿化较显著。

⑦主要矿物：矿物组合较简单，黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黝铜矿、黄铜矿和少量的毒砂，偶尔可见金、银。

⑧矿床规模：一般规模较小，品味较低。⑨矿物组构：块状、密集条带状 ⑩成矿温度：温度较低，50-140℃。SEDEX矿床特征及成因

①定义：通过海底热液喷流作用形成的，主要呈整合的层状赋存于正常的沉积岩系中的，已发育条带状和纹层状的富硫化物矿石为特征的一类矿床。

②地质背景：多产于大西洋被动大陆边缘或克拉通内部裂陷盆地边缘。

③成矿时间：具有较强的时控性，成矿年代集中在元古代及古生代早期、中期。④容矿岩石：含矿岩系多为海相的、远洋或半远洋深水静水环境还原条件下沉积的黑色页岩、细碎屑岩、碳酸盐岩。

⑤形态与产状：常具有“上层下脉”的结构特点，具体形状取决于距热液通道口的远近和海底地形，以层状、似层状为主。

⑥围岩蚀变：围岩具有不同程度的蚀变，不对称蚀变。主要为硅化、硅铁碳酸盐化。

⑦主要矿物：矿物组合较简单，主要为金属硫化物。黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿和少量黄铜矿。

⑧矿物组构：不同位置具有不同的组构特征。主要为条带状构造。⑨矿床规模：一般规模巨大,品味较高。⑩成矿温度：140-280℃。MVT铅锌矿床特征及成因

①定义：指产于碳酸盐中的，受地层层位控制并具有显著的后生特征的，以铅锌为主要矿物的一类矿床，因密西西比河流域汇水盆地发育该类型矿床而得名 ②地质背景：一般形成于稳定的克拉通边缘或浅水碳酸盐岩台地中，构造环境常是大型盆地的边缘或盆地间的隆起带的边部。控矿构造主要为张性断裂带及破碎带 ③成矿时间：古生代晚期、中生代晚期

④容矿岩石：矿床的形成于演讲活动无明显的成因关系，主要受一定的层位控制，产于生物礁岩溶溶洞、岩溶角砾岩、不整合面及断裂带中，含矿主要为碳酸盐岩，少量为硅质岩、泥岩粉砂岩

⑤形态与产状：矿体取决于溶洞、中间破碎带等空间形态，主要形态为层状、桶状、透镜状不规则状等。

⑥围岩蚀变：典型的后生矿床，围岩蚀变较弱，白云石化、硅化

⑦主要矿物：矿物是硫化物在溶洞、晶洞、角砾碎屑间充填而成，物质成分简单，主要为闪锌矿方铅矿，铁硫化物一般不含铜，非金属矿为白云石、方解石、石英。

⑧矿床规模：单个矿床规模较小，品味较低，但矿床往往呈群呈带出现，规模巨大 ⑨矿物组构：矿床组构简单，主要是粒状结构，交代结构，块状构造、角砾状、侵染状 ⑩成矿温度：一般较低，主要为卤水，50-250℃。一般90-150℃ 卡林型金矿床特征及成因

①定义：主要产于沉积岩中的微细浸染型金矿床，又简称“微细浸染型金矿”。②地质背景：多产于古大陆边缘地壳减薄拉张的区域构造背景下，成矿与岩浆活动无直接成因关系，成矿受构造控制明显，尤其是高角度正断层与有利岩性层位交切部位。③成矿时间：晚元古代—早古生代

④容矿岩石：含矿主岩为各种不纯的碳酸盐岩，细碎屑岩和硅质岩

⑤形态与产状：矿床呈带状出现，构成巨大的成矿区。矿体多呈似层状、透镜状、脉状，形状主要受构造控制。

⑥围岩蚀变：常发育不同程度的围岩蚀变，主要是去碳酸盐化，硅化和泥化。

⑦主要矿物：常见矿石矿物包括黄铁矿、毒砂、辉锑矿、雄黄、雌黄及辰砂等并以缺少其他贱金属硫化物为特点。脉石矿物以石英、方解石为主。⑧矿床规模：一般规模巨大，但品味较低而分散

⑨矿物组构：矿石为一套中低温热液矿物为特征，金以次显微-超显微形式出现，构造为侵染状、细脉状、网状。⑩成矿温度：180~245℃

宣龙式铁矿床 ①定义：产于我国华北陆块前寒武系结晶基底长期风化剥蚀面之上震旦系浅海层序中的胶体化学沉积铁矿。

②地质背景：矿床产于一定地质时代的沉积岩系和火山沉积岩系内，层位稳定。成矿物质主要来源于地质构造比较稳定的经长期风化的准平原地区，故矿体赋存于沉积间断面之上的海侵岩系中。

③成矿时间：前寒武纪 ④容矿岩石：

⑤形态与产状：矿体常呈层状、似层状或透镜体状，产状与围岩一致。常沿海湾边缘或湖盆边缘展布，从岸边向海方向依次出现铝土矿→铁矿→锰矿。⑥围岩蚀变：无

⑦主要矿物：矿石成分主要为金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐和硅酸盐等，且常具明显的矿物分带。

⑧矿床规模：矿床规模大，分布普遍，具很大的经济价值。⑨矿物组构：鲕状、肾状 ⑩成矿温度：无

岩浆矿床的一般特征 ①定义：各类岩浆通过结晶作用与分异作用，使分散在岩浆中的成矿物质得以聚集而形成的矿床，称为岩浆矿床。

②地质背景：成矿作用与成岩作用基本上是同时进行的，是典型的同生矿床。③成矿时间： ④容矿岩石：

⑤形态与产状：矿体主要产在岩浆岩母体岩内，只有少数矿体产在母岩临近的围岩中。浸染状矿体与母岩一般呈渐变过渡关系；贯入式矿体则具清楚、明显的界线。⑥围岩蚀变：围岩蚀变一般不发育 ⑦主要矿物： ⑧矿床规模：不定

⑨矿物组构：矿石的矿物组成与母岩的矿物组成基本相同，仅矿石中有用矿物相对富集。⑩成矿温度：多数岩浆矿床的成矿温度较高，形成的深度大。早晚期岩浆矿床的区别（特点）：

1、早期：

矿体形态产状：矿瘤、矿巢、凸镜状或似层状，位于岩体的底部或边部。与围岩界线：不明显，呈渐变过渡。

矿石成分：与母岩基本一致，比重大，少挥发份。

矿石组构：自形晶-半自形晶结构、包含结构，浸染状构造为主。主要矿种：部分铬铁矿矿床，金刚石矿床。规模和工业价值较小。

2、晚期

矿体形态产状：似层状，位于岩体的底部；贯入式矿体为脉状、透镜状。与围岩界线：不明显, 呈渐变过渡;贯入式矿体界线清楚。

矿石成分：与母岩基本一致，含挥发份矿物（铬云母、铬符山石、铬绿泥石等）。矿石组构：海绵陨铁结构结构，块状、稠密浸染状构造。

主要矿种：铬铁矿、PGE矿床，V-Ti磁铁矿矿床，工业价值巨大。伟晶岩分带特征：

1、边缘带：主要由细粒长石和石英组成，厚度不大，仅为几厘米。形态常不规则，分布不连续。

2、外侧带：矿物颗粒较粗，主要由文象花岗岩和粗粒长石、石英、云母组成，有时可见绿柱石，外侧带厚度比边缘带大，有时稳定，有些情况下也不对称和不连续。

3、中间带：矿物颗粒更加粗大，主要由巨晶结构的长石、石英、云母组成，呈块状构造。绿柱石、锂辉石等稀有元素矿物增多，是稀有金属发育地段，厚度比前两个带大，对称性和连续性也更好些。

4、内核：矿物颗粒特别粗大，主要由石英块状集合体石英——长石、石英——锂辉石块状集合体组成。

列举岩浆岩的成矿专属性特征（5类）。

1）与镁质超基性岩（如橄榄岩）有关产出铬铁矿、铜镍矿等；2）与基性岩（如辉长岩、斜长岩）有关产出钒钛磁铁矿等；3）与金佰利岩有关产出金刚石矿等；4）与碱性岩（如碳酸岩）有关产出稀土矿、磁铁矿等；5）与花岗岩有关产出稀有金属（Nb、Ta等）、稀土矿等。矽卡岩矿床成因及特点

①定义：产于中酸性侵入体和碳酸盐岩类的接触带上或其附近，通过含矿气水热液交代作用形成的，与矽卡岩在成因和空间上有关的一类矿床。②地质背景：分布于中酸性侵入体与碳酸盐类岩石的接触带上或其附近。多数产于外接触带的矽卡岩化围岩中，少数产于内侧接触带的蚀变侵入体内，一般距接触面100−200m范围内，个别可远离接触带达1km以上。③成矿时间：

④容矿岩石：矽卡岩 ⑤形态与产状：矿体的形态和产状复杂，明显受接触带构造的控制，多呈不规则状、似层状、凸镜状、脉状、巢状等。规模大小不一，由直径仅数米的小矿体，至长数公里、延伸达千米以上巨大矿体，但一般为中小规模。

⑥围岩蚀变：蚀变明显，矿床常具分带性，由侵入体内向外依次出现：蚀变岩体→内矽卡岩→外矽卡岩→蚀变灰岩→灰岩。⑦主要矿物：物质成分极为复杂，主要由金属氧化物、硫化物和一组特殊的矽卡岩矿物组成。（金属氧化物：主要有磁铁矿、赤铁矿、锡石、白钨矿，次有黑镁铁锰矿、红锌矿、黑锰矿等。金属硫化物：黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、磁黄铁矿、辉钼矿、辉铋矿等。）⑧矿床规模：一般中小型

⑨矿物组构：多为粗粒结构，矿石构造：（块状、浸染状、条带状、晶洞状、团块状等）。⑩成矿温度：高温热液500-800℃ 斑岩型矿床的特点

①定义：空间分布和成因上与一些钙碱性的斑岩类小侵入体有关，规模巨大，低品位，矿石具细脉浸染状构造，其矿体可以呈筒状、柱状产在斑岩体内部，也可以产在围岩中。

②地质背景：产于汇聚板块的边界，包括大洋板片俯冲产生的岛弧和陆缘弧环境，以及陆−陆碰撞造山环境。空间上集中分布于滨太平洋带，次为特提斯−喜马拉雅带和中亚−蒙古带。③成矿时间：时间上集中分布于新生代，其次是中生代。

④容矿岩石：受侵入体和接触面的形态产状、裂隙构造等因素控制。

⑤形态与产状：含矿斑岩体的围岩岩性多样，造成矿化类型的多样性。矿床在近地表常发生各种复杂的氧化和次生富集作用。

⑥围岩蚀变：围岩蚀变及分带十分发育，范围可达数百米至数千米，并具明显的、规律的水平和垂直分带，由岩体中心向外：钾化带→石英− 绢云母化带→泥化带→青磐岩化带 ⑦主要矿物：斑岩铜矿。钼、钨少量贵重金属。

⑧矿床规模：矿床常成群、成带分布，规模巨大。矿床埋藏深度浅，矿石品位较低但矿化分布均匀。⑨矿物组构：矿石构造以细脉浸染状为主，由矿化中心向外依次为：浸染状 →细脉浸染状 →细脉状、脉状。

⑩成矿温度：形成于高温环境，

第三篇：永安实习区喀斯特地貌特征及成因分析

永安实习区喀斯特地貌特征及成因分析

（学院资环学院 地理科学郑宝云 学号080904045）

（指导老师：李建成（教授），陈大涌（高级实验师））

摘要：在对永安实习区喀斯特地貌专题调查的基础上，进一步分析地貌的成因，认为地质条件，地貌条件，气候条件是喀斯特地貌成因的基本因素。通过这次的野外实习，我们了解永安石林风景区以及十八洞喀斯特地貌的基本特征和成因。这两次均为永安著名的风景区，如果当地政府对这两个地方进行合理的开发旅游资源，对永安当地的经济发展有一定的推动作用。

关键词：喀斯特地貌，地貌成因，地貌特征，永安实习区

正文

引言：通过9月17日地貌野外实习，我们在永安石林风景区观测和描述喀斯特地貌主要地貌类型的基本特征，说明地貌的成因以及作典型的地质素描图。以及在十八洞进行观测和描述地下喀斯特地貌。这两个实习区让我们对永安喀斯特地貌有了进一步的了解。⒈ 实习区自然地理概况

永安市位于福建省中西部，地处武夷山脉和戴云山脉之间的中断，东经116°56′―117°46′，北纬25°33′―26°13′；地理坐标X：27―45，Y：67－93公里，属福建省三明市管辖。

永安市是福建省中西部的交通和文化中心之一，是鹰夏铁路的必经要冲，全区铁路、公路四通八达，除鹰夏铁路外，还有永安至福加、永安至福建水泥厂铁路、以及永安至泉州、永安至清流永安至闽西诸县的公路、其它次一级公路贯穿全区，故交通十分方便。

永安地区是我国华南区典型的低谷丘陵区，全市山脉连绵起伏，一般在800米至1100米以上。由于新构造运动的影响，该区河谷水系十分发育，主干河流为沙溪，上游称九龙溪，支流称文川溪，其它大小河流沟谷遍布全市，水力资源十分丰富。

永安地区属华南地区比较典型的中亚热带海洋性季风气候，年平均气温19℃以上，最高气温达41℃，最低气温为—7.6℃.全年以7月份气温最高。全市雨量充沛，年平均降水量为1600－1700毫米。一般三月至六月为全年的雨季。

永安地区的自然资源十分丰富。除了有十分丰富的水力资源外，尚有丰富多样的矿产资源，以煤、重晶石和石灰石为主，主要分布于加福、丰海、李坊和坑边一带，其中李坊重晶石矿为我国华南地区罕见的特大型矿床；坑边石灰石矿是上市公司福建水泥股份有限公司（福建水泥）的主要矿产地，该地区是福建省主要的矿产地之一。此外，由于全市90％以上的地表均被植被所覆盖，因此，森林资源也十分丰富，是上市公司永安林业股份有限公司（永林股份）的主要原料产地。

永安也是福建省的一个重要的工农业生产基地，主要工业有福建水泥厂、福建维尼纶长和永安火电厂、永安机电厂、永安造纸厂以及加幅煤矿、丰海煤矿等。此外，近年来大小乡镇企业，如竹木器加工、小五金等蓬勃兴起。农业生产也占有比较重要的地位，主要经济作物有水稻、小麦、甘蔗、烟叶、竹笋等。

此外，永安地区的交通旅游业也占有相当的地位，闻名省内外的主要旅游景点秀丽的桃源洞很石林风景区，尚有众多的地下喀斯特地貌，如十八洞、石洞寒泉、黑风洞、小淘的甘露洞等。

此次实习区位于永安西北13公里的大湖镇，附近有新石林、翠云洞、寿春洞、十八洞、石洞寒泉六个景片。其中我们将对石林和十八洞进行野外实习。这里耸立着奇形怪状的石柱196座，最高的36米。怪石拟人状物，千姿百态，有巡山怪面人、霸王别姬、麒麟童子；有灵猴捧桃、双龙出洞、五鱼戏水、古钟悬挂，以及惊人石、朝天笏、望天星等，维妙维肖，1

栩栩如生。石林中有一巨大峭壁，长约200米，高50米，壁面经千万年风雕雨蚀，宛若敦煌壁画，耐人寻味。经有关专家考察认定，鳞隐石林规模仅次于著名的云南石林，堪称全国第二，有“福建小桂林”称誉。鳞隐石林地下有溶洞，称“冰室”，方圆数丈，可容百人，盛夏入内，暑气全消。室内钟乳千姿百态，饶有情趣。.⒉实习区地貌特征

⒉⒈地表喀斯特地貌

⒉⒈⒈溶沟和石芽

地表水对可溶性岩石发的表面裂隙进行溶蚀和冲蚀作用，是可溶性岩石表面形成一些石制沟槽，称为溶沟，相邻溶沟之间的凸起的石瘠，称为石芽。溶沟和石芽的高差从几米到几十米或更大。当石芽和溶沟连成一片，构成广阔的性面时，就称为石芽地。

裸露在地面的石芽因形态不同分成山脊式、石林式及车轨式。山脊式式芽高度不大，一般高1－2m，但分布普遍，形态非常尖锐，呈尖刀状或小山峰状；式芽式比较高大，高度可达10m以上，形态呈笋状、柱状、剑状、菌状等等；车轨式和棋盘式式芽成平行或方格状排列。

⒉⒈⒉溶斗与落水洞

地表水沿着稠密而垂直的裂隙向下渗透，在渗透过程中对周围岩石进行溶蚀，有时伴随有冲刷、塌陷，使地面形成漏斗状洼地，称为溶斗，其深度由几米到几十米，直径由几十米到几百米，漏斗成群分布的地方，地面呈蜂窝状，贵州的梅花山即以地面不满漏斗状如梅花而得名，漏斗大多分布在高原，斜坡或分水高地下。溶斗是现代喀斯特作用的产物，起着汇集地表水的作用。

落水洞是喀斯特地貌地区从地表通到地下溶洞，也叫消水洞，一般口径不大，但深度却很大，可达几十米或几百以上。落水洞是地表水沿着裂隙进行溶蚀和冲刷作用使其不断扩大而形成的，也可由地下水道和溶洞顶部崩塌而形成的，按其形态可分为两种：裂隙状落水洞，形态狭长，作一定倾斜和曲折向地下延伸，这种落水洞分布最广；井状落水洞，开状似井，它的深度和宽度都很大。在落水洞发育的地区，地表往往缺水，但落水洞有时却成为寻找地下水的标志，因为有的落水洞与地下河道相通，可以在地下河道适当地段或出口处筑坝修建水库，引水灌溉或用来发电。

⒉⒈⒊盲谷和干谷

盲谷和干谷是河流作用下的谷地。干谷是喀斯特地区往昔的河谷，但现在已经无水或仅在洪水期有水活动，成为遗留谷地。河流干涸的直接原因是喀斯特潜水面降低到河谷以下，因此使河水潜入地下，成为伏流。引起潜水面下降的原因可能是地壳上升和喀斯特作用向地下发展以及地下河袭夺地表河流上游，使它的下游变成干谷；曲流河段因地下河的裁弯取直也同样会产生干谷地貌。

盲谷是一种死胡同式的河谷，前方常被陡崖所挡，河水从崖下落水洞潜入地下，变成地下河。盲谷前端的落水洞还会往上游迁移。

⒉⒈⒋峰从、峰林和孤峰

峰从是一种连座峰林，顶部的山峰分散，基部相连成一体。峰从一般位于山地中心部分。峰林是成群分布的石灰岩山峰，山峰基部分离或微微相连。峰林一般在山地边缘。孤峰，是指散落在溶蚀谷地或溶蚀平原上的低矮山峰。锥状孤峰的顶部小，基部大的山峰，峰脚坡积物较多；塔状孤峰如圆柱形，山坡陡直；单斜状孤峰的山坡两侧不对称，一坡陡峭而另一坡和缓。

⒉⒉地下喀斯特地貌

从岩石裂隙和落水洞向地下深处渗透的水，在向下渗透的同时也对周围岩石起溶蚀作用，扩大其空间，形成大小不一的溶洞。多个溶洞连通组合成一个整体时，可称为洞穴系统。

这些溶洞起初是彼此鼓励互不相联的，因而没有统一的地下水面和固定的流向。随着溶蚀作用、冲刷作用和塌陷等不断加强，溶洞不断扩大以致相互沟通，这时，地下水归并成一个统一的地下水面，并流向附近河谷，这就是地下河，地下河继续扩展，顶部岩石逐渐变薄，直至崩塌形成落水洞或转变为地面河流，连接相邻落水洞的列岛部分则形成天然桥，天然桥演化，最终崩塌，便成为峡谷，于是地下河转变成地面河流。

地下水不断雕刻可溶性岩石，同时又在不停地塑造喀斯特地貌的奇特形态，从溶洞形成的时刻起，地下水不断起着溶蚀、冲刷、崩塌等破坏作用，而且在溶洞内又不但地进行堆积、充填等建设作用，常见的洞穴堆积有钟乳石、石笋和石柱。当含有碳酸氢钙的水从溶洞顶的裂隙渗出时，水中的二氧化碳散逸到空气中，易溶的碳酸氢钙转变为碳酸钙附在洞顶上，形成从洞顶向下悬垂的石钟乳；当水滴落到洞底，形成从洞顶向上突起的石笋，石钟乳和石笋不断生长，相互连接起来，形成石柱。此外，溶洞里还有地下河流冲积物和崩塌角砾积物，当溶洞以溶蚀作用为主时，溶洞扩大发展而 以堆积作用为主，则逐渐充填而消亡。⒊实习区地貌成因分析

⒊⒈地质条件

石林发育于石炭－二叠纪的石灰岩里，实习地区位于永（安）－梅（县）上古生代台陷带北部，夏茂胡坊复式背斜与三明复式向斜的交界处。根据区域不整合面、沉积构造、构造迹象和岩浆活动的特点，可划分为加里东旋回、印支旋回、燕山旋回和喜马拉雅旋回等四个构造层。

⒊⒈⒈加里东旋回构造层的构造特征：

本构造层由寒武系——奥陶志留地层组成，主要分布于实习区的西北部，其上界以角度不整合与其上构造层接触，反映早古生代，特别是志留末期的加里东运动对该区地壳发展的作用。

本次构造层以广泛的浅海相碎屑沉积为主，沉积厚度大，构造以褶皱为主，次之为断裂，岩浆活动不发育，仅见于少量花岗岩、伟晶岩脉侵入。

⒊⒈⒉印之旋回构造层的构造特征：

本构造层由上古生界的南靖群，石炭系，二叠系和中生界的溪口组组成，广泛分布实习地区，其上界以角度不整合与上复地层接触反映晚古生代的海西运动和中生代初的印支运动对该区地壳发展的作用。

在整晚古生代中，海西运动对华南区，包括实习地区地壳的影响不是很强烈，因此，这个阶段的地壳运动以频繁而幅度小为特征。在中生代初，印支运动对华南区地壳产生空前的影响，使海相含钙、硅质砂页岩产生强烈褶皱上升，形成陆相环境，局部地区并接受陆相含煤的梨山组沉积。

本构造层构造以褶皱为主，断裂也颇为发育，主体构造为沙县三明复式向斜的次级构造 ——坑边向斜，向斜轴向NNE向斜两翼由南靖群地层所组成，核部保存有船山组至文笔山组地层，由于断裂的影响，向斜不具对称特点，岩层倾角一般在20—50°，西北翼局部出现倒转现象。

⒊⒈⒊燕山旋回构造层的构造特征：

本构造层由中生界的文宾山组——赤石群地层组成，根据沉积建造区域不整合和构造特征，可分为上、中、下亚构造层。实习地层仅出露长林组、南园组和坂头组、沙县组、赤石群，因此从构造层讲实习区地层仅涉及到中、上亚构造层，广泛分布于实习地区，长林组、坂头组与沙县组、赤石群与第四系之间呈不整合接触，这三个区域不整合分别反映燕山运动第二、三、五幕对该区地壳发展所起的决定性作用，换句话说，燕山运动基本奠定了我省广大地区的大地构造的基础骨架。

本构造层以断裂为主，褶皱简单，多形成平缓的单个向斜，伴随着大规模的岩浆侵入活

动和火山喷发活动——反映构造层岩性以陆相火山沉积为主。

⒊⒈⒋喜马拉雅旋回构造层的构造特征：

自晚白垩后，本区进入了相对稳定时期，地壳只表现为继续隆升，造成第三纪沉积缺失，故本构造由第四系地层组成，到了更新世末，由于喜马拉雅运动二幕影响，致使本区地壳继续隆升，造成全新统与下伏地层呈假整合接触。

本构造层，构造变动以继承性断裂复活运动和断块差异隆升活动为主，褶皱不发育，地层倾角一般陡比较平缓，岩浆活动不甚发育。

由此可见实习区的褶皱，断层较发育。喀斯特地貌作用是否能进行主要取决岩石的可溶性和水的溶蚀力，但喀斯特作用的深入程度则受岩石的透水性和流动性的影响。喀斯特地貌是水对可溶性岩石的化学溶解作用为主而产生的地貌，也称为岩溶地貌。岩石的可溶性取决于岩石的成分和岩石的成分是指岩石的矿物成分和化学成分。岩石的结构是指组成岩石的矿物颗粒大小、形状、排列和岩石的胶结物质等。岩石的透水性影响着水向地下的渗流，而且关系到地下喀斯特作用的进行。岩石的透水性取决于岩石的孔隙度和裂隙度。

⒊⒉地貌条件

石林发育于石炭－二叠纪的石灰岩里，上石炭统：船山组。该地层广泛分布于黑风口、田螺岩、狮子岩、大小力岩及大湖一带，为一套浅海相碳酸盐岩建造，岩性为深灰色－灰黑色厚－巨厚层状微晶灰岩，上部含少量燧石结核和白云质灰岩，产假希瓦格蜓、麦蜓及犬齿珊瑚等化石，厚度约200米。本组石灰岩厚度大，质地纯，除普遍开采烧制石灰外，还可作为水泥、化工及维尼纶的原料及炼钢铁之溶剂等，同时也是永安地区喀斯特地貌发育的地带。

水是喀斯特作用不可缺少的条件，水的溶解能力决定于水中的侵蚀性二氧化碳的含量，水中二氧化碳的来源主要是空气中的二氧化碳，它在大气压力增加时直接进入水中。此外，土壤腐烂的动植物在化学作用下产生的二氧化碳，以及植物根呼吸时放出的二氧化碳，也是水中二氧化碳的来源，溶解在水中的二氧化碳与水化合生成碳酸氢钙（重碳酸钙），碳酸氢钙的溶解度较碳酸钙大20倍，易溶于水而被流失。

在正常情况下，水中的二氧化碳含量随温度升高而减少。但是，化学反应的速度随温度的升高而加速，通常温度升高10℃，其化学反映速度约提高一倍，因此，溶解速度还是随温度升高而增高的。水不仅对可溶性岩石发生溶蚀作用，而且还发生机械冲蚀作用，从而促进喀斯特地貌的发育。

可溶性岩石是喀斯特地貌的内在因素，根据岩石成分不同，可溶性岩石分为三类：碳酸盐类（包括石灰岩、白云岩、它们的过渡岩）石膏和硬石膏，卤类岩类（如盐岩等）。这三类可溶性岩石中，由于可溶性矿物不同，其溶解度大小也不一样。在自然界中，纯水是很少见的，常含有各种酸类和气味，当水中含有二氧化碳时，可溶性岩石的溶解度就会大大提高，虽然碳酸盐类的溶解能力不如卤类岩类或石膏、硬石膏等，但是喀斯特地貌发育最好的碳酸盐类中的石灰岩，这是因为其他两类可溶性岩石所形成的地貌不易保存的缘故。

可溶性岩石还以起内部结晶颗粒大小，岩层厚薄、裂隙发育程度、岩层倾角等方面影响喀斯特地貌的发育，一般来说，结晶颗粒越容易越易溶解，岩层较薄或有不透水夹层时，喀斯特作用受限制；岩石裂隙越发育或岩层倾角越大时，则可增加岩石透水性，导致顶部喀斯特作用的发生。

⒊⒊气候条件

气候通常以其气温和降水，配合水的作用影响喀斯特地貌的发育，在一定的气候带内都有它相适应的喀斯特地貌类型。该实习区处于热带及亚热带季风型气候。

热带喀斯特地貌的发育是在高温多雨的环境下进行的。虽然热带水中二氧化碳的含量和溶解度较小。但高温下化学反映速度快，所以碳酸钙的溶解量还是增大。多雨的环境获得较多酸类。另一方面多雨会使喀斯特水的循环速度加快，使地下水的二氧化碳含量不断补充，容实力得到加强。因此，热带地区的溶蚀量比其他地带大得多。

热带喀斯特作用以强度大，作用快为特点，地貌发育也远比其他气候带好，不论地表和地下喀斯特地貌都十分发育，具体表现为：⑴峰林发育得最好，尤其是以锥状和塔状峰林为典型，这是热带喀斯特地貌最突出的标志，为其他气候所没有。⑵地面漏陷地貌、溶蚀洼地及溶蚀谷地等广泛发育；石芽和溶沟也十分显著，石芽高大而多呈山脊式和石林式。因此，地面显得非常崎岖。⑶地下喀斯特地貌发达，形成广大的洞穴，具有“逢山必有洞”的地貌特征。

⒋小结

鳞隐石林总面积1．85平方公里，独特的喀斯特地貌造就了地上石林、地下迷宫的奇异景观。石林发育于石炭———二迭纪的石灰岩里，高的达36米，低者2—3米，形态各异，有孤立的柱状、塔状、锥状，也有共一基座的丛状、笔架状，有平顶的、尖顶的，有的是光滑的柱状而顶部却是密集的锯齿状溶沟和石芽，有的灰岩裸露，有的罩着一层藤本植物盘缠的披纱，美丽而壮观。

千姿百态的石芽、石锥、石柱、石笋，拟人状物，鬼斧神工，尤其是美猿寿桃、霸王别姬、千年之吻、想你一万年、黑熊护笋、可爱的考拉等，惟妙惟肖，妙趣横生，令你不忍离去。鳞隐石林地下还蕴藏着许多溶洞，其中十八洞主洞长217米，溶洞分上、中、下三层，洞中有洞，状若迷宫。洞中钟乳悬挂，五彩缤纷，内有一泓清泉，清澈见底，这在石林景观中是罕见的。

距鳞隐石林1．5公里的洪云山石林，这里的石林并不十分高大，但地表怪石林立，有“天然动物园”之称，您还可以展开想象的翅膀，去发现新的石林景观，给一个传神的命名！更令人惊讶的是溶洞中的钟乳石等化学溶积物仍在发育之中，色彩缤纷，光彩夺目，十分迷人。奇异的永安鳞隐石林是一处不可多得的自然遗产，具有很高的观赏价值和研究价值。

若当地政府能够对其合理的开发利用，永安的旅游业将有长足的发展，而其他产业也将在旅游业的带动下得到发展，也将对永安的经济建设有一定的促进作用。

第四篇：高速公路路面破坏和路基病害的特征及成因分析

高速公路路面破坏和路基病害的特征及成因分析

摘要：我国的公路事业进入了以建设高速公路、一级公路等高等级公路为主的新时代。早期修建的一些高速公路，在没有达到设计年限的情况下，也开始进行大修。不仅对社会、交通造成了较大的影响，也在经济上造成了很大的损失。因此，高速公路路基路面的早期损坏问题引起了广泛的关注。作者在文中深入分析了高速公路路面破坏和路基病害的特征及成因。关键词：高速公路；路面破坏；路基病害我国高速公路路基、路面的早期损坏有多种形式，也是由多种不同原因引起的，其中对路面使用性能和使用寿命影响最大的是结构性破坏、水破坏和严重辙槽。

一、高速公路路面破坏的特征及成因引起高速公路半刚性基层沥青混凝土路面的早期破坏有多种原因，表现为多种形式。1.1变形类填土路堤上的路面竣工后以及开放交通后，路基会产生不均匀沉降，导致其上路面顶面产生波浪式的不平整。在未填筑路堤之前，地基处于平衡状态。填筑路堤后，地基受到动静荷载的共同作用产生固结形变，直到达到新的平衡状态为止。地基产生固结形变的大小，既与填土高度有关，又与地基内部各层土的压缩系数有关。填土路堤地基存在横向承载能力显著不均匀的特性，两侧地基的承载力小，中部承载力大，路堤产生不均

匀沉降，路堤两侧边部产生外倾式沉降，将路面和路基掰开，在路面上产生宽度较大的纵向裂缝，其特点是上宽下窄。软土基层沉降是由于软土地基引起路面产生很大的不均匀沉降，使路面纵断面产生大的变形。主要原因是施工期太短，在软基还没有固结沉降达到基稳定时就铺设沥青路面；另一重要原因是复合地基处理深度和臵换率小。1.2松散类由路面结构性破坏产生的网裂。所谓路面结构性破坏，是指路面结构的承载能力不能抵抗现有行车荷载的反复作用，而产生的路面结构性整体破坏。其外观特征为轮迹带上产生裂缝，进一步发展成纵向网裂形变带。由水破坏产生松散变形类病害尤其广泛，主要表现为几种不同情况：第一种是由于雨水较快的透入空隙率较大的沥青混凝土表面层后，由于其下层比较密实，在进入表面层的水还未来得及往下层渗透前，表面层就开始产生水破坏。表现为沥青路面的表面层产生圆形坑洞。第二种情况是由于透入表面层的水较快渗入中面层，滞留在中面层的水因难于或来不及透过中面层进入底面层之前，中面层沥青混凝土强度变弱，沥青剥落，甚至松散，导致表面层首先在行车道底轮迹带上产生网裂形变，有的甚至产生明显辙槽。第三种是由于透入表面层的水透过中面层进入底面层，如果在底面层表面有粘结防水层，或有质量好的下封层，同时进入的水量不大，则滞留在底面层的水会使底面层沥青混凝土强度减弱，进而沥青剥落，甚至沥青混凝土

松散，导致沥青混凝土路面表面产生网裂形变。在基层顶面没有粘结防水层，或虽做了下封层但质量不好的情况下，进入底面层的水将直接滞留在基层顶面。行车荷载生的水压力，使滞留水首先冲刷基层表面的水泥细料或二灰细料，接着向下冲刷并形成白浆，在行车荷载的泵吸作用下，白浆被唧到面层表面层，浆被唧出的过程中，沿途的沥青混凝土碎石上的沥青剥落，轻者表面产生网裂变形，重者很快产生坑洞，碎石被甩出洞外，洞中积水。沥青混凝土面层的表面层、中面层和底面层都不能让水侵入和滞留，只要水能侵入任一层并滞留在该层就会产生水破坏。水破坏的重要内因是所用沥青混凝土的空隙率较大。所用沥青混凝土，特别是表面层沥青混凝土的实际空隙率较大，雨水较易进入表面层，并导致水破坏。水破坏的另一重要内因是片面强调平整度，忽视了压实度。水破坏的第三个重要内因是沥青混凝土的不均匀性大。由于矿料质量、施工技术要求和工程管理等多方面原因，我国高速公路面层所用沥青混凝土的离析现象和不均匀性较大，在面层表面随机分布这数量不一的薄弱点位。在降雨过程中，雨水在一些薄弱点位被快速行驶车辆轮胎下产生的较大动水压力压入表面层。水破坏的第四个内因是沥青混凝土面层的裂缝。由于沥青混凝土是一种热胀冷缩的材料，它的温缩系数是半刚性基层材料的4倍左右。新沥青混凝土面层刚产生的裂缝，往往仅深入表面层的上部。过一个冬季或一

定时间后，裂缝又会深入到下层底部，甚至引发基层在相同的位臵开裂。造成基层上部冲刷甚至松散的原因，是表面水的反复进入和冲刷的结果，不是基层本身“衰老”的结果。1.3车辙车辙、拥包等流动变形损坏当高速公路车辆渠道化以后，车辙问题逐渐成为主要病害。由于我国普遍采用半刚性基层沥青路面的结构，基层本身的变形不是主要的，多数都是沥青混和料产生的流动性车辙。其主要成因是路面在高温情况下劲度模量大幅度降低，抗剪切变形能力不足以抵抗超载和重载车作用下的剪应力，尤其是在长大纵坡上坡路段，由于重载车车况差、爬坡车速降低，更为严重。严重车辙的内因是由于沥青混凝土的矿料级配不合适。我国已通车的多数高速公路都使用规范中的连续式密集配。沥青混凝土的高温抗形变能力较差，不能承受重载交通的反复作用，容易产生严重辙槽。有的为避免产生水破坏，有意在沥青混凝土中多用细集料和沥青。未经认真试验研究，就大量使用美国的SUP.自由水进入并长期滞留在中面层内，使中面层沥青混凝土强度显著减弱、沥青剥落直到松散，表面开始产生较严重辙槽、辙槽两侧鼓起。1.4裂缝类沥青路面开裂是国际上最普遍的损坏现象之一，只不过是裂缝发生的早晚、多少及裂缝的类型有所不同。我国沥青路面的裂缝有横向裂缝、纵向裂缝、网裂、沉降裂缝等。横向裂缝是由于在寒冷季节气温骤降和反复的温度变化后，因疲劳而产生的温缩裂缝；半刚性

基层的干缩和冷缩开裂造成的沥青路面的反射性裂缝；或者两者综合作用产生的裂缝。温缩裂缝至今国际上并没有有效的根治措施，不属于早期破坏。第二种是自上而下的表面裂缝。近年来国际上对沥青路面自上而下的表面裂缝研究甚多，发现当沥青层较厚时，由于路表面沥青容易老化，沥青混和料的自愈能力逐渐丧失，极限拉伸应变不断减小，在车载荷载直接作用下，在轮迹部位产生大的拉应力或剪应力，导致路面产生开裂。但我国沥青路面的表面裂缝有相当部分与由于沥青层的层间污染没有很好粘结成为整体，首先使表面层或上、中层压碎有关。第三种是自下而上的疲劳裂缝。由于我国路面的沥青层较薄，高速公路沥青路面的纵向裂缝和网裂比较普遍，其原因是路面承载能力不足，导致路面的结构性损坏。基层结构松散，尤其在有雨水的不利季节，承载能力不足于承受超载车和繁重交通的作用，造成路面大面积损坏。基层松散的原因少数是施工时没有成型，大部分是由于半刚性基层在施工过程中水泥剂量过高，强度过高，收缩严重开裂，使整层的半刚性基层分裂为大块，在使用过程中又逐渐破碎为小块，最后成为碎块。

二、高速公路路基病害的特征及成因2.1基层高速公路的半刚性基层厚度多在20cm左右，采用水泥稳定碎石（或砾石）或石灰粉煤灰稳定碎石（或砾石）半刚性底基层厚20－40cm，采用的材料有石灰土、水泥土、二灰土、二灰砂、二灰和水泥石灰土等。半刚性材料

层的总厚度通常不超过60cm，最薄为40cm.半刚性材料路面的承载能力取决于半刚性材料层的质量和厚度因素，如果基层或底基层质量不好或不均匀性大，不能形成一个完整的整体，容易导致沥青路面产生局部破损。在路面设计和施工都符合要求的情况下，半刚性路面的结构性破坏常发生在行车道的轮迹带上。在轮迹带上先产生纵向细小裂缝，尔后产生通过轮迹带的横向裂缝，最后发展成网裂和形变。2.2岩土地基填土路堤路基产生纵向不均匀沉降，使路面顶面产生波滚式的不平整。其产沉降的原因：一是原土地基产生固结变形，在填筑路堤之后，地基收到加载作用，产生压缩变形。二是路堤本身产生固结变形，是与填土高度、土的性质和压实度密切相关。路基压实度不够产生的纵向裂缝由于地基和填土在槽向不可避免的不均匀性，特别是在有表面水渗入地基的情况下，沥青路面和水泥混凝土路面或早或迟都会产生一些细而短的纵向裂缝。桥头跳车是由路基路面沉降引起的，是路基路面纵向变形最严重的一种形式。它是由于桥头填土较厚，路基路面容易产生大的沉降，而桥头的沉降量很小，从而产生错台高差。这种现象在软基路段、湿陷性黄土地区尤为严重。2.3特种土层的路基淤泥质黏土、红粘土等软土地基往往因固结沉降稳定时间长，或是因修路微型水文地质条件发生了改变，从而引起路面沉陷。湿陷性黄土路基：在地下水的作用下老的空穴增大，并发生新的空穴。2.4不良地质现

象对路基稳定的影响地基位于（或存在）不良地质体，如滑坡、空穴，由于高速公路的修建改变了微地貌环境，水地质条件、工程地质条件均发生了变化，在持续动荷载作用下，原有的不利地质条件被进一步激发、扩大，从而引起路面沉陷、裂缝，甚至大范围的路基塌滑。高速公路位于古滑坡体上，路基的一部分位于滑动面上，在动载荷作用下，引发路基边坡大范围失稳和路基深部的空穴，在路基填土的压力和车辆动荷载作用下发生沉陷，引起路面沉陷。综上所述，将路面破损和路基病害成因类型对应分析，能够发现它们相互作用、相互影响。路基病害会引起路面破损，而路面破损又加快了路基病害的产生和发展，表现为路基压实度减小、含水量增大、裂缝松散体的产生。路面破损往往是路基病害的表现形式。这就为“三维一体化”检测理论方法提供了客观事实依据。参考文献：[1]何仙伟。公路路基路面设计安全检查问题探讨[J].中国高新技术企业，2008，（08）[2]汽车存放与公路安全系统[J].发明与革新，2002，（03）[3]云天。高速公路安全行驶[J].汽车维修，1997，（03）

第五篇：京石高速公路桥梁典型病害及成因分析

京石高速公路桥梁典型病害及成因分析

作者: 李君

随着国民经济的快速发展，京石高速公路交通量日益增大，各种超重车辆增多，桥梁的实际荷载远远大于设计荷载，在重车荷载的反复作用下，桥梁出现了一定程度的受力和疲劳破坏，其病害的类型主要为：单板受力、桥梁裂缝、桥面板塌陷、空心板底板孔洞等。

一、单板受力

单板受力是由于桥面铺装破坏，板间铰缝被剪断，梁板间横向连接失效所致，当重车通过单板受力梁板时，使其与两侧梁板上下错动，形成“台阶现象”。

单板受力病害的主要成因为：设计铰缝的形式不够合理，铰缝混凝土的浇注质量难以保障，其抗剪效率不高；设计没有虑及铰缝混凝土自身的收缩作用，没有足够重视新旧混凝土间粘结力的弱化作用；铰缝钢筋布置太少，顶板连接钢板抗力不足，使得桥梁横向抗剪能力弱；水泥混凝土桥面铺装层偏薄（京石高速公路混凝土桥面铺装设计厚度为5～8cm），横向传递荷载能力较差；运营中，重车荷载反复作用于行车道部位，致使梁板间铰缝受力过大，引起铰缝病害的出现；雨水和除雪盐对混凝土的腐蚀，尤其是混凝土的冻融，使得铰缝更易破坏。

另外，对于中小跨径桥梁梁高小，致使铰缝受剪面积小，受剪应力大，剪切效应更为显著，因此单板受力病害发生在中小跨径桥梁的几率最高。

二、裂缝

1.桥台裂缝

桥台竖向裂缝，一般出现在扩大基础的重力式桥台上，在设计阶段由于地质勘察精度不够，试验资料不准确，没有充分掌握地质，就设计、施工，在运营过程中，由于结构荷载差异较大，引起台身不均匀沉降产生的；桥台横向裂缝，一般为荷载裂缝，它主要是由台背主动土压力过大、荷载以及温度作用效应产生的。另外钢筋锈蚀膨胀、混凝土收缩也是产生桥台裂缝的主要原因。

2.盖梁裂缝

盖梁(墩顶及悬臂处)产生的裂缝(缝宽约0.04mm～0.2mm)，是结构正应力即盖梁顶面负弯矩区受力钢筋不足引起的。盖梁其它类型裂缝主要是由于钢筋锈蚀膨胀以及混凝土收缩产生的裂缝。

3.横隔梁裂缝

就京石高速公路而言，此类裂缝主要存在于连续预应力T梁桥中，病害最主要的原因是：设计方面，由于横隔梁间距过大，自身刚度偏小，致使桥梁横向联系较弱，横隔梁在拉剪应力下开裂；施工方面，横隔梁一般采取湿接缝施工，后浇混凝土未考虑收缩补偿，造成新旧混凝土收缩速率差而产生混凝土收缩裂缝；养管方面，由于超载重车反复作用，使桥梁的横隔梁承受远大于设计的荷载，导致横隔梁混凝土竖向开裂。另外雨水及融雪盐水沿横隔板接缝下渗，致使连接钢板锈蚀，将混凝土保护层胀开。

4.空心板裂缝

空心板横向裂缝一般包括荷载裂缝、温差产生的混凝土干缩裂缝、空心板板底钢筋锈胀裂缝等几种形式。其成因主要为：设计荷载等级小于目前超载车辆的荷载等级，较大荷载作用下板底混凝土开裂形成横向裂缝；施工时由于水泥用量过大、温差过大或养生不及时等出现的干缩裂缝；模板底座不牢，沉降不均匀出现的横向开裂；空心板吊装或堆码，受力支点不当出现的开裂；施工时板底厚度偏小，容易造成板底横向开裂。

空心板板底纵向裂缝位置，一般在空心板空心最薄处，部分裂缝伴有渗水，表明裂缝已

贯通板底。其成因主要为：设计中空心板结构纵向设置较强受力钢筋，而横向设置箍筋较弱（京石路一般为φ8钢筋），板底混凝土在横向应力的作用下开裂；部分13～16m空心板采用薄壁板，底板过薄（部分底板仅厚8cm），在薄壁板畸变影响下产生纵向裂缝；施工时芯膜发生偏移，底板的厚度控制不佳，混凝土收缩开裂下产生纵向裂缝；在运营过程中，桥面排水不良，空心板空腔进水，钢筋锈蚀、混凝土胀裂均可能产生纵向裂缝。

空心板竖向裂缝，一般为混凝土收缩、碳化裂缝，以及钢筋锈蚀混凝土胀裂，产生裂缝。

三、空心板顶板塌陷

主要表现为空心板顶板厚度较薄，配筋薄弱，在荷载作用下桥面混凝土破碎塌陷。病害原因有三方面：一是空心板顶板设计配筋较弱，顶板混凝土与桥面混凝土铺装层较薄（5～8cm），桥面铺装仅一层φ8钢筋网，造成桥梁局部承压能力较差；二是施工的时候芯膜发生偏移，顶板的混凝土厚度降低，及桥面标高控制误差较大，导致桥面铺装较薄；三是超载重车反复碾压及桥面排水不畅，空心板进水，都加速了桥梁的破坏周期。

四、空心板板底孔洞

空心板板底孔洞病害经常伴有不规则纵、横裂缝病害，京石路出现的13座板底孔洞病害中，有12座伴有空心板底板纵横不规则裂缝。病害主要原因为：施工时芯膜发生偏移，底板的混凝土厚度降低；梁板预制混凝土原材料质量较差、振捣不密实、养生不良等原因造成混凝土质量较差；空心板空心进水，并沿底板裂缝进入混凝土内部，侵蚀钢筋，导致钢筋锈蚀，混凝土脱落，形成孔洞；较小部分板底孔洞由于超高车辆撞击产生。

桥梁出现病害的原因是多种因素的结合，这些因素包括内因（设计标准、材料、施工质量）与外因（重车荷载、自然因素）。在交通量不断增大，重载车辆增多，通行能力趋于饱和的情况下，导致各种桥梁病害不断出现、发展。因此要找到具有针对性的解决问题的对策，还需要更深入的理论研究和实践积累。