梅芹芹 龔緒龍 史雅棟 茍富剛

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院, 自然資源部地裂縫地質(zhì)災害重點實驗室，南京 210018，中國)

0 引 言

鹽漬土指易溶鹽含量大于0.3%，并具有溶陷、鹽脹、腐蝕等工程特性的土體(中華人民共和國行業(yè)標準編寫組，2009)。據(jù)統(tǒng)計，江蘇沿海分布的鹽漬土面積達4500ikm2，約占全省國土面積的5%(朱錦旗等，2018)。隨著2009年《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》上升為國家戰(zhàn)略，區(qū)內(nèi)港口及其后備工業(yè)園區(qū)、高等級公路等建設迅速推進，鹽漬土因其特殊的工程性質(zhì)經(jīng)常會使得混凝土構(gòu)(建)筑物壽命縮短，嚴重影響工程質(zhì)量，導致環(huán)境工程地質(zhì)問題惡化(張寧霞等，2011)，因此鹽漬土是江蘇沿海地區(qū)開發(fā)建設過程中需關注的地質(zhì)環(huán)境問題之一。

鹽漬土因成因、組成和特征不同，對工程基礎的破壞機制各異，在地下水埋藏淺的地區(qū)，腐蝕為主，以硫酸鹽型鹽漬土為主的地區(qū)，鹽脹為主(溫利強，2010)。自20世紀70年代起，因鹽漬土地區(qū)開發(fā)建設的需要，國內(nèi)學者對鹽漬土的微觀結(jié)構(gòu)、工程特性、工程危害及地基處理措施等開展了廣泛的研究，取得了系統(tǒng)的認識。劉軍勇等(2016)研究了察爾汗鹽湖地區(qū)鹽漬土微觀結(jié)構(gòu)及其力學特性，并將研究結(jié)果與新疆板塊狀鹽漬土的相關研究成果進行了比對分析。任秀玲等(2016a、2016b)通過分區(qū)取樣研究了西北硫酸鹽型鹽漬土鹽分空間動態(tài)變化特征及鹽脹特性。王清等(2017)、鮑碩超等(2018)對吉林西部不同地區(qū)的碳酸鹽型鹽漬土開展了大量的室內(nèi)外試驗，查明了典型地區(qū)鹽漬土物質(zhì)特性演化規(guī)律、凍脹特性等。柴壽喜等(2008)、王沛等(2011)、魏麗等(2018)分析了渤海灣西岸濱海鹽漬土的鹽漬化特性，并探討了固土劑對濱海鹽漬土的固化作用。江蘇沿海成陸時間短，以農(nóng)業(yè)用地為主，對鹽漬土的研究主要集中在對土壤水-鹽動態(tài)變化規(guī)律以及其與生態(tài)環(huán)境關系的研究(姚榮江等，2007；楊勁松，2008；趙秀芳等，2010)，僅針對某一具體工程建設的需要，對鹽漬土的工程特性開展了零星的研究。綜合前人的研究成果看，鹽漬土的研究主要側(cè)重于對鹽漬土所表征的物理力學特征以及其對應的地基處理措施，從沉積環(huán)境追溯鹽漬土所表征出的鹽漬化程度差異的根本原因，分析其主導影響因素方面的研究較少。

作者依托省部合作項目“江蘇沿海地區(qū)綜合地區(qū)調(diào)查”，采集沿海地區(qū)5im以淺土樣開展易溶鹽試驗，系統(tǒng)查明了鹽漬土空間分布特征，探討了鹽漬化程度，分析了其影響因素，可有效支撐濱海鹽漬土地區(qū)的工程建設，并對其他同類地區(qū)鹽漬土的研究具有借鑒意義。

1 江蘇沿海鹽漬土分布

1.1 取樣點布設

江蘇沿海地處海陸交互地帶，黃河、淮河、長江和海洋相互作用形成了現(xiàn)有的地貌格局。復雜的沉積環(huán)境使得鹽漬土在空間分布、賦存狀態(tài)上存在較大的差異。本次易溶鹽樣品采集以“面上控制、重點突破”為原則，全區(qū)面上采樣以考慮不同地貌單元分區(qū)為原則，由海積、沖海積形成的區(qū)域為主，同時兼顧了未來開發(fā)的多個臨海港區(qū)，在重要節(jié)點加密布設，取樣點見圖1。垂向上采集深度3～5im不等，主要為地下水波動范圍內(nèi)的土層，取樣間隔為0.5im。采集時間原則上集中在同一個水文周期內(nèi)。

圖1 易溶鹽采樣及鹽漬土分布圖

1.2 易溶鹽測試結(jié)果分析

如表1所示，連云港濱海平原區(qū)平均含鹽量為1.65%，但其極差較大，最大值高達7.15%；大豐濱海平原區(qū)平均含鹽量為0.39%，總體分布于0.06%～1.22%之間；南通長江三角洲平原區(qū)平均含鹽量為0.64%，最大值為1.9%。按照平均含鹽量可以將其分為弱鹽漬土、中鹽漬土和強鹽漬土，不存在超鹽漬土，全區(qū)鹽漬土以中、弱鹽漬土為主，強鹽漬土分布范圍較小?？傮w來說，不同地貌單元區(qū)易溶鹽含量差異較大。

表1 鹽漬土含鹽量與pH統(tǒng)計表

1.3 鹽漬土分布特征

如圖1所示，平面上江蘇沿海鹽漬土平行于海岸線方向呈條帶狀分布。向海岸線方向延伸，土由非鹽漬土逐漸向弱鹽漬土-中鹽漬土-強鹽漬土變化。鹽漬化程度大體呈現(xiàn)北強南弱的趨勢。強、中鹽漬土主要集中分布在連云港南部臨海的狹長地帶。

從垂向上看，連云港地區(qū)分帶不明顯；大豐和南通地區(qū)鹽漬土具有明顯的分帶性，表層為土蒸發(fā)積鹽帶，中間為鹽含量變動帶，下部為土飽水鹽動態(tài)平衡帶。

2 鹽漬土鹽分空間動態(tài)分布特征分析

2.1 鹽漬土pH值空間變化特征

土的pH值是評價鹽漬土對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性的重要指標之一。如表1所示，全區(qū)鹽漬土的pH值均大于7.15，堿性特征明顯。全區(qū)的異質(zhì)性相對較弱，變異系數(shù)均小于0.1，為弱變異性。剖面上土壤pH值隨深度的變化也較簡單，自地面向下，pH值單調(diào)遞增。

2.2 鹽漬土含鹽量空間變化特征

全區(qū)含鹽量空間變化大，總含鹽量變異系數(shù)普遍較高，為0.5～0.7之間，均屬中等變異性，不同地貌單元之間差異不大。主要考慮受地表微地貌、局部高礦化度潛水團塊的影響(趙秀芳等，2010)，尤其近年來沿海的大規(guī)模圍墾，使得人類活動對土中易溶鹽含量影響較大。

圖2分別選取連云港濱海平原區(qū)、大豐濱海平原區(qū)和南通長江三角洲地區(qū)3條典型剖面進行含鹽量分析。結(jié)果可見：(1)自內(nèi)陸向海岸線方向延伸，土中含鹽量越來越高，自上而下均呈現(xiàn)同樣的趨勢；(2)垂向上看，連云港地區(qū)均以強、中鹽漬土為主，大豐和南通地區(qū)以弱鹽漬土為主，僅在局部地區(qū)地表為中鹽漬土。全區(qū)表層積鹽，均在表層形成高鹽聚集帶。連云港地區(qū)分層不明顯，易溶鹽隨深度變化差異較大，總體呈向下含鹽量逐漸降低的趨勢。大豐和南通地區(qū)出現(xiàn)明顯的分帶現(xiàn)象。大致可分為三帶，表層易溶鹽含量普遍較高，土體含水率低；隨深度變大，易溶鹽含量變低，但離散性大，該段主要為地下水波動范圍內(nèi)的土層，土層厚度與地下潛水位埋深關系密切，大豐地區(qū)處于0.5～2im之間，而南通地區(qū)處于0.5～2.5im之間；再向下，易溶鹽含量較上部增大，與潛水礦化度有關。

圖2 不同地貌單元典型剖面含鹽量圖

2.3 鹽漬土全鹽量與主要組分的變化關系

圖3 不同地貌單元離子質(zhì)量分數(shù)

3 影響因素分析

鹽漬土因為分布范圍淺，處于地球關鍵帶，影響因素十分復雜，內(nèi)、外部因素共同作用決定其鹽漬化程度，巖土母質(zhì)是鹽漬土形成的根本條件，而受氣候、地形地貌、地下水及人類活動等因素的影響，垂向上鹽分在地表與地下之間循環(huán)，平面上從鹽漬土地區(qū)被帶到非鹽漬土地區(qū)并積聚，導致土的鹽漬化并不斷擴展(溫利強，2010)。研究分析了鹽漬化程度與沉積環(huán)境、氣候、地下水礦化度及人類活動關系密切，并分析了其主導因素。

3.1 海岸線變遷對鹽漬化程度的影響

江蘇沿海海岸線全新世以來相當長一段時間內(nèi)大致穩(wěn)定在今贛榆、板浦、阜寧至鹽城一線，鹽漬土也分布于此線以東，局部地區(qū)零星分布主要考慮局部高礦物度海水聚集所致。1128年黃河大規(guī)模奪淮，帶來的大量泥沙形成了廢黃河三角洲和廣闊的海積平原，南部受江海交互沉積影響形成了紅橋期、黃橋期等多期河口沙壩，自西向東退覆迭置(馮小銘等，1990)，形成了長江三角洲平原。海相沉積物分布范圍廣，鹽漬土的分布范圍與海岸線的分布呈現(xiàn)出較好的一致性。當沉積成陸后，受充沛降雨的影響，土體逐漸向脫鹽方向發(fā)展。離海越近，成陸年代短，土中含鹽量受海水控制，含鹽量高，反之，離海越遠，成陸年代久，脫鹽時間長，土中含鹽量低。

3.2 海水鹽度對鹽漬化程度的影響

調(diào)查表明江蘇沿海鹽漬土的鹽分空間分布與海水的鹽度呈現(xiàn)較大的一致性。何小燕等(2010)通過對江蘇近岸海域春、夏、秋、冬四季的海域水文氣象要素調(diào)查資料分析發(fā)現(xiàn)，江蘇海域表層鹽度受降雨、蒸發(fā)、蘇北沿岸流、長江沖淡水和黃海暖流等的共同影響，在長江口和射陽河口常年為低鹽區(qū)。海水中的鹽分通過與近岸地下水交互，經(jīng)蒸發(fā)及土的毛細水作用在地表積聚，多數(shù)研究表明江蘇沿海不同程度受海水入侵的影響，但在地下水洗鹽過程中逐步減緩(喬吉果等，2010)，這也很好地解釋了鹽漬土北強南弱的分布狀況。其次是通過海風將含鹽水霧帶至土中，鹽分經(jīng)蒸發(fā)滯留，由于風力遷徙作用的強度，這在一定的程度上會使得鹽漬化程度呈現(xiàn)自西向東逐漸增強的特點，但對該地區(qū)的影響微乎其微。

3.3 巖性對鹽漬化程度的影響

水流動力作用的影響使得地表土體巖性呈現(xiàn)較大的差異，總體以細粒土為主，其中南通長江三角洲平原區(qū)和大豐濱海平原區(qū)以粉土為主，南通局部呈粉土與粉質(zhì)黏土的“千層餅”狀結(jié)構(gòu)，滲透系數(shù)為10-5～10-6cm·s-1；連云港濱海平原區(qū)以黏土和粉質(zhì)黏土為主，有機質(zhì)含量高，滲透系數(shù)為10-6～10-7cm·s-1。粉土的滲透性較好，土吸附鹽和水的能力較弱，所以在水(降雨)的作用下，脫鹽速度較快。黏性土均值程度高，結(jié)構(gòu)緊密，孔隙度小，對鹽和水吸附力強，不易脫鹽。各類土的聚鹽能力依次為：粉細砂<粉土<粉質(zhì)黏土<黏土(柴壽喜等，2008；王清等，2017)。江蘇沿海鹽漬化程度平面上差異與巖性分區(qū)呈現(xiàn)出較高的匹配性，說明巖性對鹽漬土程度的差異起主導因素。垂向上，如圖4所示，連云港地區(qū)自上而下以粉質(zhì)黏土為主，大豐和南通地區(qū)以粉土為主，呈現(xiàn)明顯的分層性，這也造成了鹽漬土的垂向分帶性。

圖4 不同地貌單元典型孔土層結(jié)構(gòu)

3.4 氣候條件對鹽漬化程度的影響

江蘇沿海地處暖溫帶南部，四季分明，干濕冷暖天氣多變。降水充沛，年平均降雨量1042imm，年平均日照2136ih(張蛟等，2018)。雨季地下水接受降雨補給，鹽分下行，以淋濾作用為主，土壤脫鹽；受降雨影響，地下水位普遍變高，當旱季來臨，以蒸發(fā)為主，地表鹽分積聚，脫鹽-積鹽交替發(fā)生。

3.5 地下水對鹽漬化程度的影響

由于地下水波動的影響使得垂向上鹽漬化程度出現(xiàn)較大的分帶性。表層土水分蒸發(fā)，鹽分結(jié)晶留在土中，使得地表鹽分聚集；中間地下水波動的范圍內(nèi)的土層，易溶鹽含量波動大，蒸發(fā)時，毛細管水向上輸送溶鹽，降雨淋洗時，鹽分又被轉(zhuǎn)移到下部；下部最低潛水位以下的土層，易溶鹽的含量與地下水礦化度密切相關。在平面上，鹽漬土程度與地下水的礦化度有高度的一致性。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，江蘇沿海平原區(qū)連云港地區(qū)的山前平原地帶TDS普遍低于1000img·L-1，向東向南至大豐TDS在1000～1500img·L-1之間；東部濱海一帶TDS含量大于1500img·L-1，最高可達8820img·L-1；向南至南通地區(qū)TDS變小，最小可達600img·L-1，零星臨海地帶最大值達2000img·L-1。地下水中的鹽分遷移通過毛細管水的滲流來實現(xiàn)，地下水礦化度高，毛細水上升過程中所攜帶的鹽分就多，土的鹽漬化的程度就高，反之則低。地下水礦化度對鹽漬化程度影響較大。

3.6 人類活動對鹽漬化的影響

長期以來，江蘇沿海地區(qū)以農(nóng)業(yè)、鹽田等為主，有8大鹽場，自北向南依次為青口、臺北、臺南、徐圩、灌西、灌東、新灘、射陽，受鹽場的影響局部形成高礦化度地下水，造成地表含鹽量非常高。

4 結(jié) 論

(1)江蘇沿海濱海鹽漬土平面上分布呈現(xiàn)自西向東，自北向南逐漸增強的趨勢，臨近海岸線方向，鹽漬化程度越來越高。全區(qū)鹽漬土以中、弱鹽漬土為主，強鹽漬土主要分布于連云港地區(qū)以黏性土為主的地區(qū)。

(2)鹽漬土垂向上出現(xiàn)明顯的分帶性，連云港濱海平原區(qū)分帶不明顯，南通和大豐地區(qū)分帶明顯，地表受蒸發(fā)影響強烈，鹽分聚集，易溶鹽含量普遍較高；中間受地下水波動影響，易溶鹽變化較大；下部易溶鹽含量較為穩(wěn)定，與潛水的礦化度息息相關。

(3)平面上鹽漬土鹽漬化程度的差異，巖性、地下水礦化度為主導因素；垂向上鹽漬土鹽漬化程度的差異，地下水位、巖土體結(jié)構(gòu)為主導因素。

(4)隨著沿海大開發(fā)的快速推進，為防止次生鹽漬化問題。一方面，該地區(qū)為全省地面沉降重點防控區(qū)，地面沉降造成的高程損失可能會誘發(fā)海水入侵，加重表層土鹽漬化，要加以關注；另一方面，工程建設中關注高礦化度地下水的毛細作用，設置隔離層進行截斷。