楊育文,張琳,雷健,黃群龍
(1.武漢市測繪研究院,湖北 武漢 430022; 2.武漢市聯發建設監理有限責任公司,湖北 武漢 430020;3.湖北省地球物理勘察技術研究院,湖北 武漢 430056)
武漢都市發展區地層特征與層序
楊育文1*,張琳2,雷健3,黃群龍1
(1.武漢市測繪研究院,湖北 武漢 430022; 2.武漢市聯發建設監理有限責任公司,湖北 武漢 430020;3.湖北省地球物理勘察技術研究院,湖北 武漢 430056)
介紹了武漢都市發展區范圍內地殼從海相沉積過渡到陸相沉積、歷時近八億年地球演化過程中形成的28組組級地層單元,分析了其巖土組合特性。這些地層與4界(代)、11系(紀)、17統(世)地質年代相關。文中分析可供城市區域地質調查、工程地質、城市地質信息化建設等參考。
區域地質;地質調查;地層
地層,指地球演化史上一定地質年代內、性質相近、分布在一定范圍內的巖層或堆積物,具有時間概念,是區域地質調查基本內容之一。國際地層年代(地質年代)單位有界(代)、系(紀)、統(世)等,地方性的地層單位包括群、組、段、層。區域地層標準是開展地質工作的基礎。據生物年代學和同位素年代學,建立了遼寧義縣—北票地區遼寧義縣階標準地層[1,2],上海地區對晚新生代松散地層進行了劃分[3],濟南按時代、成因、巖性劃分了層級地層單位[4]。長江、漢江穿過武漢三鎮,形成了特殊的地形地貌,地質環境條件復雜,多個地質問題影響著城市規劃、建設、管理等,一直引起廣泛的關注。丁寶田認為,武漢青山地區沉積層不是河流沉積而是風沉積的[5],謝廣林等探討了武漢新構造運動早期、晚期與斷裂的關系[6],區域地質問題越來越引起重視[7]。城市地質調查中,地層特性、層序等確定一直是一個頗具爭議性的問題。在大量勘察數據和區域地質調查的基礎上,本文探討了武漢都市發展區范圍內地層層序問題,分析了地層巖土組合特性等。
武漢市都市發展區地處長江中下游湖北省東部,以武漢主城區為中心,以外環高速公路附近的鄉、鎮行政邊界為界線,總面積 3 469.02 km2,占武漢市全域面積的40.84%,包括1個主城區、2個開發區和6個新城區。武漢自北向南有近似平行的三列低山丘陵帶,海拔高度為 50 m~200 m。按照地貌形態和地質成因,可劃分為沖湖積平原區(Ⅰ)、沖積堆積平原區(Ⅱ)、剝蝕堆積區(Ⅲ)、剝蝕丘陵區(Ⅳ)4個地貌區,如圖1所示[8]。

圖1地貌分區略圖[8]
以襄——廣斷裂為界,武漢都市發展區可分為兩個區域大地單元。該斷裂以北的鳳凰山一帶屬秦嶺——大別地層單元,地層簡單,出露南華系、古近系——白堊系、第四系地層;斷層以南隸屬于揚子地層區下揚子地層的大冶地層小區,地表出露志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系海相沉積蓋層及侏羅系、白堊系、古近系、新近系、第四系地層[8~11]。武漢都市發展區缺失奧陶系、寒武系地層。以地層地質年代和基本層序為主,綜合考慮成因、接觸關系、分布范圍等,武漢都市發展區地層可劃分成28組組級地層單位(見表1)。它們經歷從遠古界到新生界、從南華系到第四系地質年代,經過近8億年、從海相沉積過渡到陸相沉積的地球演化。
從總體上看,武漢都市發展區范圍內變質巖、巖漿巖分布少,絕大部分為沉積巖。變質巖僅在新洲鳳凰山一帶偶有零星出露,屬南華系武當巖群。巖漿侵入巖零星分布于東湖高新區東南部牛山湖一帶,火山巖包括武當山群和古新統~上白堊統公安寨組中的玄武巖。所有巖層中,古新統~上白堊統公安寨組碎屑巖分布最廣,面積約為 1 624.04 km2,占總面積的46.82%。第四系堆積物地層分布最廣,出露面積約為 2 414.78 km2(不含水域),占總面積的69.6%。下面以地層從“老”到“新”、按“系”、“群”、“組”地質單位為序,介紹各地層特征等。
該地層在武漢都市發展區東北角新洲區鳳凰山一帶偶有零星出露,基巖面積約 5.667 km2,是最古老巖層,形成于距今約7.4億年[9]。該套變質巖原為“紅安巖群”變質巖系之一部分,現劃歸為南華紀武當巖群,特征見表1。巖性在空間上變化比較大,以北的木蘭山地區巖性為白云綠簾鈉長變粒巖、綠簾鈉長變粒巖夾白云微斜鈉長淺粒巖、白云石英片巖、綠簾石團塊。原巖為一套中——酸性火山巖夾泥砂質巖石,其形成環境可能為島弧或大陸火山弧,也有學者認為武當巖群形成于南華紀伸展背景下的陸內裂谷環境[9]。須特別說明,表1中“厚度”欄是由1個~2個測剖面計算出來的,不代表分布范圍地層厚度,僅供參考。
該地層分布廣泛,基巖面積達 901.60 km2,占總面積的26%,是除古新統——上白堊統地層之外分布最廣的地層。地表僅有早志留系墳頭組分布,未見底,缺失上志留系地層。
墳頭組由潘江(1956)創建的“墳頭層”演變而來,創名地點在江蘇省江寧縣湯山墳頭村(引自《湖北省巖石地層》,1996。以下各地層單位類似資料引用與此相同)。該組在區內為一套黃綠色頁巖、粉砂質頁巖夾薄層狀粉砂巖、少量薄層細砂巖,磨山、紙坊等地其頂部發育一套磚紅色中厚層狀細砂巖夾粉砂質頁巖。巖石中水平層理、小型波狀層理及楔狀層理發育。基本層序由頁巖或粉砂質——粉砂巖、細砂巖組成,由下而上砂質含量逐漸增多,砂巖所占比例增大,具沉積結構序列,沉積環境由淺海陸棚向三角洲演變,其特征如表1所示。
下泥盆系時期古地理地貌推測為一向南西撒開的海灣。泥盆系地層與志留系地層相伴,零星出露,多沿褶皺翼部呈帶狀分布于中西部地區,濱岸相碎屑巖沉積,自下而上劃分為云臺觀組、黃家磴組,與下伏志留系墳頭組平行不整合接觸[9]。
(1)云臺觀組
云臺觀組由俞建章、舒文博(1929)創建的“云臺觀石英巖”演變而來,創名地點在湖北鐘祥市東橋鎮以南的云臺觀,其分布與特征見表1。由石英礫巖或含礫石英砂巖層、淺灰色中~厚層狀中~細粒石英砂巖層組成。下部含礫石英砂巖總體表現為由東向西、由北向南厚度變薄、礫徑變小趨勢;底部河流相礫石層向南東東黃石一帶厚度明顯增厚,向西變薄至消失;中、上部由東向西粉砂質、泥質成分增多。
(2)黃家磴組
由楊敬之、穆恩之(1951)創建的“黃家磴層”演變而來,創名地點在湖北長陽縣馬鞍山東側的黃家磴。下部由薄~中層狀石英砂巖與粉砂質頁巖、偶夾泥質石英粉砂巖疊置而成,中上部由(粉砂質)頁巖和石英細砂巖組成,以頁巖、中—薄層石英砂巖的出現為分界標志,其分布和特征見表1。
晚泥盆系晚期,受江南運動影響,地殼抬升成陸,海水退卻,泥盆系地層沉積暴露,遭剝蝕,總體表現為由東向西沉積厚度變厚。泥盆系地層除受后期構造運動抬升、剝蝕外,還與當時古地理環境有關。
石炭系地層與泥盆系地層相伴出露,地表分布面積小,總計不足 2 km2。由下向上依次劃分為高驪山組、和州組、大埔組、黃龍組四組地層[9]。
(1)高驪山組
高驪山組系朱森(1931)創建的“高驪山砂巖”演變而來。創名地點在江蘇省句容縣高驪山南坡?,F指平行不整合于金陵組之上、整合于和州組之下的一套灰白、黃綠色細碎屑巖。
在花山-帶由(粉砂質)黏土巖——碳質頁巖(煤線)——石英砂巖組成,沉積序列以(粉砂質)黏土巖為主,多見有碳質頁巖、石英砂巖夾層,粉砂質黏土巖中含植物化石,屬濱岸沼澤環境沉積。在鍋頂山一帶由黏土巖(頁巖)、石英細砂巖或粉砂巖夾石英砂巖組成的沉積序列。巖石組合在橫向上不十分穩定,花山一帶厚 24.1 m,漢陽鍋頂山厚約 46.28 m,總體顯示由北東向南西變厚,其分布和特征見表1。
(2)和州組
和州組系朱森(1931)創建的“和州灰巖”演變而來。創名地點在安徽省和縣香泉鎮西北赤兒山南坡。該組地層整合于高驪山組之上、平行不整合于大埔組之下的一套碎屑巖,以沉積巖為主。
下部由薄~中厚層狀(含礫)石英砂巖、薄層狀粉砂巖、頁巖組成,上部基本層序與下部相似,由砂巖、粉砂巖、頁巖組成,潮坪沉積環境,其間有潮道砂和潮間、潮上微相。受早石炭系晚期淮南運動影響,地殼抬升成陸,形成早石炭系地層頂部與晚石炭系地層之間的平行不整合面,其分布和特征見表1。
(3)大埔組
大埔組系張文佑(1941)創建的“大埔白云巖層”演變而來。創名地點在廣西柳城縣城(舊稱大埔鎮)。大埔組指平行不整合于和州組之上、整合于黃龍組之下的一套灰白色白云巖。
該組地層由淺灰色塊狀角礫狀白云巖、紋層狀白云巖、灰色生物屑白云巖組成,其分布和特征見表1。下部由白云巖角礫巖~泥晶白云巖組成,向上由(生物屑)微晶白云巖夾白云巖角礫巖、泥晶白云巖組成,沉積環境由局限臺地向開闊臺地演化。以碎屑巖的消失,白云巖、白云巖角礫巖的出現為分界標志,與下伏地層和州組(C1h)巖性突變,接觸面呈微波狀面,應為平行不整合接觸關系。該組露頭有限,常不見底,厚度變化不詳,從區域上看巖石組合特征較穩定。
(4)黃龍組
由李四光、朱森(1930)創建的“黃龍石灰巖”演變而來。創名地點在江蘇省南京龍潭鎮黃龍山。指整合于大埔組之上、船山組之下或平行不整合于梁山組之下的一套碳酸鹽巖地層。
黃龍組由青灰色厚層狀含白云質生物屑灰巖、淺灰色厚層狀含白云質微晶灰泥巖疊置而成,其分布和特征見表1。層序下部、頂部灰巖中常含白云質,生物屑灰巖中生物屑種類繁多,局部見較完整的化石,為開闊臺地相沉積。該組在區內露頭極少,常不見底,厚度變化不詳。
二疊系地層巖性多樣,以碳酸鹽巖和硅質巖為主,也有砂巖、頁巖、碳質頁巖等。由下向上劃分為船山組、梁山組、棲霞組、茅口組、孤峰組、龍潭組、大隆組,共七組。
(1)船山組
由丁文江(1919)創建的“船山石灰巖”演變而來。創名地點在江蘇省句容縣贛船山西端,指整合于黃龍組之上,平行不整合于梁山組之下的一套碳酸鹽巖地層,區內露頭較少。
該組基本層序由球?;規r組成,具均質型基本層序特征,與下伏黃龍組之間有短暫的暴露,底部有極薄的泥巖層,紋層發育,為海侵時的潮間環境沉積,向上沉積了藻團粒、藻球?;規r,為淺水臺地相的淺灘沉積環境沉積。該組巖性穩定,厚度總體為由南向北變薄趨勢,在西北黃金堂一帶缺失,其分布和特征見表1。
(2)梁山組
梁山組系趙亞曾、黃汲清(1931)創名的“梁山層”演變而來,創名地點在陜西省南鄭縣農豐鄉梁山中梁寺。指平行不整合于船山組之上與棲霞組之間一套含煤碎屑巖。
以白云巖(生物屑)灰巖的消失或深灰色碳質頁巖、碳質灰巖的出現為分界標志,與下伏地層黃龍組或船山組之間為一舒緩波狀面,接觸面發育,為平行不整合接觸關系,其分布和特征見表1。該組在區內露頭有限,呈零星分布。西南一帶有增厚趨勢,反映出西低東高的古地理環境。
(3)棲霞組
棲霞組由Richthofen(1912)創名的“棲霞灰巖”演變而來,創名地點在南京市東郊棲霞山。指位于梁山組與茅口組之間一套臭灰巖。
棲霞組下部由深灰色中~厚層狀瘤狀生物屑灰巖、碳質灰巖、碳質頁巖組成,生物屑含量由下而上減少,反映出震蕩變深的特點。中上部由深灰色中層狀含生物灰巖與硅質巖組成韻律層對。上部由深灰、灰色燧石結核灰巖、厚層狀生物碎屑灰巖組成,生物屑含量高達85%,發育塊狀層理,巖石單層由下而上變厚,形成向上變淺的進積型基本層序組合??傮w為開闊臺地相環境,其間發育臺盆邊緣及淺灘微相沉積,其分布和特征見表1。該組在區內露頭少,巖性基本穩定,變化不明顯。本組因主要由灰巖組成,且厚度較大,常發育巖溶。
(4)茅口組
前人通常將該組與棲霞組合并,這里將該組劃分出來。該組分布在南部江夏區園井山、豹子洞南、鴿子山南部以及靈山一帶,特征見表1。
(5)孤峰組
該組由葉良輔、李捷(1924)創建的“孤峰鎮石灰巖”演變而來,創名地點在安徽省涇縣孤峰鎮胡家村,指棲霞組與龍潭組之間的一套硅質巖。
該組下部由深灰色薄層硅質巖、碳硅質頁巖組成,組合特征具退積型結構,反映出快速變深的特點。上部由深灰、灰色中厚層狀硅質巖夾少量頁巖組成,為塊狀層理,向上單層厚度增大,呈現進積型結構??傮w表現為滯留盆地相~淺海陸棚相沉積。巖性穩定,變化不明顯,東南的大冶一帶常相變為碳酸鹽巖,表現為臺~盆相間的古地理環境,其特征見表1。孤峰組區內分布較廣。
(6)龍潭組
龍潭組系丁文江(1919)創名的“龍潭煤系”演變而來,創名地點在南京市東郊龍潭鎮,指位于茅口組與下窯組或吳家坪組之間的一套含煤碎屑巖系。這里指位于孤峰組與大隆組之間的一套含煤碎屑巖系,其分布和特征見表1。地表見于江夏區騾子山,露頭極少,由濱岸沼澤向三角洲前緣沉積環境沉積。
(7)大隆組
大隆組由張文佑、陳家天(1938)所創的“大垅層”演變而來,創名地點在廣西壯族自治區合山市大隆村,指介于下窯組與大冶組之間的一套硅質巖、泥巖、砂巖等巖性組合的地層。在江夏區騾子山一帶見有露頭,其分布和特征見表1。巖性變化不明顯,厚度總體表現為北東較南西厚,在大冶南部華家山一帶相變成灰巖。
該地層由下向上劃分為大冶組、嘉陵江組、蒲圻組和王龍灘組四組[9]。其中,大冶組、嘉陵江組、蒲圻組露頭極少或無露頭,僅見于鉆孔中,王龍灘組在東湖高新區東南角一帶有零星出露。
(1)大冶組
大冶組由謝家榮(1924)所創“大冶石灰巖”演變而來,創名地點在湖北省大冶縣城北著名的鐵山鐵礦附近,指位于大隆組或吳家坪組與嘉陵江組之間一套灰巖地層,露頭僅見于江夏區蔣家山、鄭店東側以及東湖高新區光谷二路西側,從陸棚相——開闊臺地——臺地淺灘相沉積演化,與下伏二疊紀大隆組整合接觸,以黃綠色泥質頁巖的出現作為分界標志,其分布和特征見表1。大冶組為巖溶較發育地層。
(2)嘉陵江組
嘉陵江組由趙亞曾、黃汲清(1931)將原稱“昭化灰巖”(趙亞曾,1924),更名為“嘉陵江石灰巖”,創名地點在廣元縣城北 15 km的嘉陵江沿岸,現指位于大冶組與巴東組之間一套以白云巖為主地層。地表未見露頭,為臺地相-開闊臺地相-局限臺地相沉積特征,形成一完整沉積旋回,與下伏大冶組整合接觸,以薄層白云巖的出現作為分界標志,其分布和特征見表1,是巖溶較發育地層。
(3)蒲圻組
蒲圻組由李捷(1928)命名的“蒲圻紫紅色砂巖層”演變而來。創名地點在湖北蒲圻城南門外陸水河邊,具交錯層理及波痕構造,產瓣鰓類及植物化石碎片,為內陸湖相沉積,與下伏地層接觸關系不明,分布和特征見表1。
(4)王龍灘組
王龍灘組由湖北省區測隊(1973)創名,地點在湖北南漳縣與遠安縣交界的王龍灘,指整合于九里崗組與桐竹園組之間的一套碎屑巖地層。
下部雜砂巖可能為三角洲水下部分未經波浪分選的砂壩或湖口灣環境的沉積,上部為三角洲水上部分的河道邊灘或心灘堆積的砂體。以紫紅色粉砂質黏土巖的消失或灰黃色厚層不等粒石英雜砂巖的出現為分界標志。與下伏蒲圻組間接觸面呈微波狀,見黏土層風化殼,應為平行不整合接觸關系。以此面為界,在距今2億年前,武漢都市發展區范圍內地層結束了海相沉積的歷史,進入陸相演化階段。
按巖性特征、區域對比定為公安寨組,由江漢石油勘探處(1962)創建,創名地點在湖北京山縣羅店鎮公安寨。公安寨組巖石多見于鉆孔內,武漢白沙洲大橋、天興洲大橋等均坐落在該組巖層之上,是武漢都市發展區內分布最廣巖層,特征見表1。
公安寨組是一套以棕色、紫紅色為主的雜色碎屑巖系,由礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖組成,在黃陂、青山一帶偶見玄武巖,角度不整合在前白堊紀不同時代地層之上。根據巖性組合分析,為一套紫紅色內陸湖盆相碎屑沉積。據露頭、鉆孔資料及區域地質調查資料分析,白堊系——古近系古地理表現為剝蝕相區和內陸盆地相區并存的格局。
廣華寺組屬于新近系地層,由五普五七廠地質處(1965)創名于湖北潛江縣廣華寺,上部的礫石層自1984年起陸續在陽邏以北的青松山、半邊山等地發現大量被子植物硅化木[12]。中下部以黏土巖為主,與下伏公安寨組呈角度不整合或微角度不整合接觸,其分布和特征見表1[9]。
新近系未,零星湖盆相繼關閉,進入第四紀沉積演化階段。上更新統時期,古地理格局仍受主要控盆斷裂影響。進入中更新統,強烈構造活動、差異升降改變了先存的古地理格局。下更新統早期,河道受斷裂控制,主要以侵蝕下切為主,洪水期在地勢平坦的地帶形成寬廣的洪泛沉積。上更新統中期(大理冰期),地殼上升、海平面下降。早期沉積物抬升為階地,河道進一步下切。進入全新統,氣候變暖,海面上升,地殼下降,長期風化夷平,區內地勢差異變小,形成丘陵崗地地貌格局。整個過程地球經歷了近300萬年的演化。
第四系堆積物在武漢都市發展區分布極廣,大多松散,除巖石裸露的陡峻山坡外,幾乎70%面積被第四系沉積物覆蓋(不計水域面積)??紤]堆積體成因、組合特征、分布等,由下到上劃分為陽邏組、東西湖組、王家店組、辛安渡組、下蜀組、青山組和走馬嶺組,共七組。其中,中更新統王家店組分布最廣。
(1)陽邏組
陳華慧、齊國凡等(1987)創名于武漢市新洲區陽邏鎮。陽邏組以典型的山間河流沉積二元結構、山丘地貌為識別標志,階地底面高程一般 45 m左右,向北逐漸升高,與下伏基巖呈侵蝕不整合接觸,其分布和特征見表1。
(2)東西湖組
東西湖組原定義為一套灰綠色黏土巖夾砂礫巖(武漢市第四紀地質及地貌研究報告,1988)。主要為灰色松散礫石層、砂質黏土層、黏土質砂層,以黃褐色、深褐色松散堆積物出現為結束標志。土層組合與分布見表1.
(3)王家店組
武漢水文隊(1988)創名于武漢市武昌王家店,原始定義為下部為殘坡積成因的含角礫紅土,中、上部為洪沖積成因的紅土。主要為由殘坡積和洪沖積形成的紅土碎石層、含礫紅土層、網紋狀、斑塊狀紅土、含鐵錳結核紅土,以特有的棕紅色調及網紋狀構造為識別標志,其特征見表1。
王家店組分布廣泛,在不同地段具不同的垂向組合序列,大致可分為以下三種類型:①殘坡積組合序列;②殘坡積~沖洪積組合序列;③沖洪積組合序列。較高丘坡,主要為風化殘坡積,其外圍為洪積泥石流雜體,上部紅土(高程一般在 30 m以下)主要為盆地洪泛堆積,向南東變厚,構成內陸湖盆地沉積組合。
(4)辛安渡組
以武漢水文隊(1988)創名于武漢市東西湖區辛安渡,定義為灰綠色黏土巖之上的一套松散的河流沉積物組合。這里修訂為一套河流相的褐色礫石-黏土層二元結構沉積[9]。沉積組合為灰褐色礫石層、灰黃色細砂層夾深褐(淺咖啡)色粉質黏土層,為河流相沉積,具典型二元結構。以河流相沉積序列和特有的深褐(咖啡)色黏土層為劃分識別標志,與上、下巖組均呈明顯侵蝕接觸。
(5)下蜀組
李四光和朱森1932年命名為下蜀土,李毓堯等1935年稱為下蜀系,創名于江蘇省句容市下蜀鎮。土層組合與分布見表1。
該組以棕紅色黏土結束為開始,以含鐵錳結核黃土與青灰色砂土為標志與走馬嶺組區分。按沉積組合特征,可進一步劃分為三種沉積組合體:①河流沖洪積;②堤外洪泛沉積;③湖沖積。
(6)青山組
由方鴻琪(1961)所創的“青山層”演變而來,創名于武昌青山翠屏山,武漢水文地質工程地質大隊(1988)用作青山組(1∶20萬武漢市幅區域重力編圖及說明書,1986)。巖石組合見表1。
該組以棕紅色黏土結束為開始,以灰黃色粉砂土為標志與走馬嶺組區分。對青山一帶呈高階地一套砂土層的成因,一直有“水成”和“風成”兩種不同的觀點。
(7)走馬嶺組
由武漢水文隊(1988)創名于武漢市東西湖區走馬嶺。土層組合和分布見表1。該組以淺灰色調的松散堆積物為識別標志,與下伏下蜀組呈侵蝕接觸。按成因進一步劃分為4種類型:①洪泛沉積;②沖積;③湖積;④殘坡積。
武漢都市發展區地層單元表1

續表1

在區域地質調查的基礎上,將武漢都市發展區范圍內地層劃分為28組組級單元。文中介紹了南華系至第四系巖層及堆積物特性,跨越近8億年地殼演化史,厘清了地層組級層序關系,可為城市地質調查、工程地質、城市地質信息化建設等提供統一標準,服務于城市規劃、建設等。本文介紹的地層分析方法,可為其他城市類似工作的開展提供參考和借鑒。隨著科技進步、地質調查手段的提高和地質數據的增加,地層單元劃分、層序關系、組合特性、分布等方面的研究將不斷完善。
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FormationFeatureandSequenceinWuhanUrbanDevelopmentZone
Yang Yuwen1,Zhang Lin2,Lei Jian3,Huang Qunlong1
(1.Wuhan Geomatics Institue,Wuhan 430022,China;2.Wuhan Lianfa Construction Supervision Company,Wuhan 430020,China;3.Hubei Geophysics and Exploration Institute,Wuhan 430050,China)
The features of 28formation units are introduced in Wuhan urban development zone. The earth-crust development last nearly eight hundred million yearsfrom its oceanic sediment to continental sedimentin the earth evolution,related with geological time scale of 4 Erathems (Eras),11 Systems (Periods) and 17 Series (Epoches). The results from this paper are useful for regional geology,engineering geology and geological data informatization.
regional geology;geological survey;formation
1672-8262(2017)06-166-07
P642
A
2017—08—20
楊育文(1963—),男,博士,正高職高級工程師,主要從事巖土工程設計研究工作。