山區(qū)花崗巖風(fēng)化特征與勘察方法

1、山區(qū)花崗巖風(fēng)化特征與勘察方法【摘要】花崗巖是陸地上廣泛分布的巖石類型，因其在結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物組成及數(shù)量、巖體 節(jié)理發(fā)育等多個(gè)環(huán)節(jié)的不一致，所以普遍存在差異風(fēng)化現(xiàn)象，由此增加了勘察設(shè)計(jì)和施工的 難度，本文對(duì)這方面內(nèi)容進(jìn)行了分析?！娟P(guān)鍵詞】花崗巖；風(fēng)化特征；勘察 花崗巖是大陸上部地殼的主要組成部分，是地下巖漿在地表下凝結(jié)而成的火成巖。在地質(zhì)構(gòu) 造運(yùn)動(dòng)和化學(xué)風(fēng)化等綜合作用下，地表巖石都會(huì)產(chǎn)生風(fēng)化現(xiàn)象。由于礦物組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造 和節(jié)理發(fā)育等方面的差別，花崗巖及與之共生的巖石在抗風(fēng)化能力上無(wú)法保持一致，這樣就 會(huì)出現(xiàn)了差異風(fēng)化現(xiàn)象1。差異風(fēng)化造就了千姿百態(tài)的地貌特征，但對(duì)工程來(lái)說(shuō)，風(fēng)化的不 均勻性增加了

2、勘察設(shè)計(jì)和施工的難度，因?yàn)榍驙铒L(fēng)化體（也稱為孤石）與微風(fēng)化基巖界面很 容易混淆。如果樁基持力層落在球狀風(fēng)化體上，就可能發(fā)生斜樁或很大的沉降，從而威脅上 部結(jié)構(gòu)的安全2。因此，弄清楚花崗巖的風(fēng)化特征并選擇適宜的勘察方法是非常重要的事情。1山區(qū)花崗巖的風(fēng)化特征1.1風(fēng)化影響因素花崗巖的風(fēng)化進(jìn)程受氣候、地形和自身特征的影響和制約。氣候的影響主要表現(xiàn)在溫度、濕 度和地下水位等方面，高溫、高濕和較淺的地下水位有利于花崗巖的水化、分解及風(fēng)化產(chǎn)物 的遷移。平緩的地形有利于風(fēng)化產(chǎn)物的保存，故一般風(fēng)化層較厚?；◢弾r自身特征是影響風(fēng) 化進(jìn)程的內(nèi)因，往往也是主因，它的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分及數(shù)量差別是引起差異風(fēng)化的重

3、 要因素。礦物的成礦環(huán)境與地表環(huán)境之間的差異性越大，風(fēng)化的勢(shì)能”也越高，也就越易風(fēng) 化?；◢弾r含有的易風(fēng)化礦物越多，巖體就越易風(fēng)化。通常含鉀長(zhǎng)石多，鈣長(zhǎng)石少，風(fēng)化越 劇烈。同時(shí)巖體節(jié)理的發(fā)育程度也影響風(fēng)化進(jìn)程，節(jié)理密集的地方往往也成為風(fēng)化程度最高 的地方。1.2垂直分帶性花崗巖風(fēng)化作用包括化學(xué)風(fēng)化作用、物理風(fēng)化作用和生物風(fēng)化作用，其中化學(xué)風(fēng)化作用和生 物風(fēng)化作用起主要作用。風(fēng)化時(shí)花崗巖界面必須暴露在水、氧、二氧化碳和生物等風(fēng)化介質(zhì) 面前，因?yàn)閺牡乇淼降叵律钐幈┞睹嬷饾u減小，風(fēng)化介質(zhì)濃度也隨之減弱，所以呈現(xiàn)垂直分 帶性，從上至下可見(jiàn)根植土、坡積土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化等風(fēng)化程度由強(qiáng)到

4、弱的過(guò)程。當(dāng)然，由于原地風(fēng)化是漸次形成的，層與層之間并無(wú)清晰的界限。1.3差異風(fēng)化現(xiàn)象花崗巖差異風(fēng)化有兩個(gè)鮮明的特征，一個(gè)是產(chǎn)生球狀風(fēng)化體；另一個(gè)是垂直風(fēng)化深度不均衡， 存在軟弱地層下切現(xiàn)象。球狀風(fēng)化體形成的原因是這樣的，由于花崗巖存在三組正交的原生 節(jié)理，巖體被分割為眾多長(zhǎng)方體或近似正方體的巖塊，正如前面所述，風(fēng)化作用會(huì)集中在節(jié) 理相交部分，隨著風(fēng)化的深入，尖頂消失，棱角變圓，長(zhǎng)方體巖塊逐漸變?yōu)闄E球體，近似正 方體的巖塊成為球形。因花崗巖礦物的抗風(fēng)化能力存在差別，那些含較多抗風(fēng)化能力強(qiáng)礦物 的巖塊，風(fēng)化速度很慢，就會(huì)被抗風(fēng)化能力弱的風(fēng)化碎屑包圍起來(lái)。地表的風(fēng)化碎屑受到水 流、風(fēng)力的搬運(yùn)，球狀

5、風(fēng)化體就會(huì)露出來(lái)。軟弱地層下切的情況與球狀風(fēng)化體類似，也是因 為花崗巖抗風(fēng)化能力差異引起的，當(dāng)下切深度和寬度較大時(shí)，其效果類似斷層碎裂帶，對(duì)工 程施工產(chǎn)生不利影響。2山區(qū)花崗巖的勘察方法2.1地表調(diào)繪和遙感技術(shù)應(yīng)用在勘察之前，收集相關(guān)區(qū)域的地質(zhì)地貌資料，并通過(guò)對(duì)1： 20萬(wàn)地質(zhì)圖的研讀，獲取勘察區(qū) 域花崗巖的分布范圍、形成期、噴出環(huán)境、類型、構(gòu)造等方面的資料，再結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀筚Y料， 掌握花崗巖風(fēng)化的環(huán)境、歷史背景。然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和測(cè)繪，以掌握花崗巖差異風(fēng)化的發(fā) 育程度、分布規(guī)律、工程特征等資料。如果勘察區(qū)域面積較大及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，為了更好地 從宏觀上把握測(cè)區(qū)花崗巖分布情況，可通過(guò)應(yīng)用日益廣泛的

6、無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，對(duì)遙感影像處 理后獲得1： 1000高精度三維立體影像圖，能夠清晰展現(xiàn)測(cè)區(qū)第四系、植被區(qū)、花崗巖出露 點(diǎn)及花崗巖與沉積巖的分界線，提高地面調(diào)查的效率。2.2鉆探技術(shù)應(yīng)用目前，鉆探仍是最有效的地質(zhì)勘察手段，任何物探技術(shù)都難以完全取代它，但是鉆探花崗巖 風(fēng)化層的誤差可能比較大，這是因?yàn)殂@探所產(chǎn)生的扭矩作用對(duì)巖石的原始狀態(tài)產(chǎn)生了直接影 響，鉆探顯示的風(fēng)化層厚度通常遠(yuǎn)大于野外調(diào)查的厚度，而且鉆探對(duì)球狀風(fēng)化體的橫向位置 無(wú)法完全確定，所以有些勘察方案先通過(guò)物探方法確定球狀風(fēng)化體位置，再采用鉆探方法進(jìn) 行驗(yàn)證。如以鉆探作為主要勘察手段，需要精心設(shè)計(jì)方案，并安排有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn) 場(chǎng)跟蹤

7、。初步確定花崗巖頂界埋深、標(biāo)高和界面線后，編繪花崗巖頂界埋深地質(zhì)剖面圖。為 保障收芯率，宜采用雙管取芯工藝。同時(shí)提高泥漿粘度和泵的排量，使巖屑充分返出井口。 并按規(guī)范要求進(jìn)行原位測(cè)試及取樣做室內(nèi)分析試驗(yàn)。當(dāng)鉆探發(fā)現(xiàn)異常，立即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況做 出調(diào)整。例如突然發(fā)生井漏現(xiàn)象，應(yīng)先減壓鉆入不小于20cm，再取芯樣觀察。如果鉆芯顯示 地下裂隙發(fā)育，可能遇到強(qiáng)風(fēng)化層，也可能鉆到球狀風(fēng)化體，應(yīng)繼續(xù)鉆進(jìn)5m以上進(jìn)行判斷。 再如突然遇到很大阻力，應(yīng)馬上停鉆、提鉆具和循環(huán)泥漿，觀察井口返屑。若巖屑有雜色， 并含少量弧形巖屑，幾乎可以斷定遇上了球狀風(fēng)化體。2.3物探技術(shù)應(yīng)用物探技術(shù)可以在宏觀上揭示花崗巖的風(fēng)化界面，

8、并可指導(dǎo)鉆探位置和深度，但對(duì)球狀風(fēng)化體 發(fā)育特征的揭示不如鉆探那樣確切，盡管后者對(duì)風(fēng)化層厚度的顯示可能存在較大誤差。實(shí)際 應(yīng)用時(shí)應(yīng)將地表調(diào)繪、鉆探和物探三種技術(shù)綜合起來(lái)應(yīng)用。物探技術(shù)中，電法、電磁法和地 震波法是探測(cè)花崗巖差異風(fēng)化的三種主要手段。其中跨孔高密度電阻率法結(jié)合3維反演技術(shù) 在球狀風(fēng)化體定位方面有很好的應(yīng)用前景，不僅可顯示縱向的分布，還能揭示橫向位置3。 高密度電阻率法原理是不同物質(zhì)之間導(dǎo)電性（電阻率）存在差異，球狀風(fēng)化體周圍的花崗巖 風(fēng)化碎屑導(dǎo)電性較差（電阻率較低），而微風(fēng)化的球狀風(fēng)化體導(dǎo)電性相對(duì)強(qiáng)一些（電阻率較 高）。在試驗(yàn)場(chǎng)地鉆取一定數(shù)量的孔，跨過(guò)球狀風(fēng)化體的兩個(gè)孔內(nèi)沿孔深均勻

9、放置若干對(duì)電 極，接通電源并采集電信號(hào)，經(jīng)過(guò)反演得到電阻率分布的剖面圖，由此確定球狀風(fēng)化體深度 和橫向位置。高頻大地電磁法（HMT）是另一種探測(cè)花崗巖差異風(fēng)化的物探技術(shù)，采用 10Hz100kHz的頻率，可以探測(cè)地下1000m以內(nèi)范圍，而且有較強(qiáng)的抗干擾能力。測(cè)量裝 置是EH-4電磁儀。由于大地的非均勻性，其波阻抗為空間坐標(biāo)的函數(shù)，通過(guò)張量阻抗來(lái)分析 地下巖體的電阻率變化情況。由于花崗巖差異風(fēng)化產(chǎn)生電阻率的不均勻分布，HMT反演得到 電阻率等值線剖面圖和標(biāo)高水平面電阻率等值線圖，經(jīng)過(guò)綜合分析和解釋就能夠直觀反映花 崗巖差異風(fēng)化的分布情況。但需要指出的是，目前沒(méi)有一種物探技術(shù)能夠獨(dú)立承擔(dān)花崗巖差 異風(fēng)化的探測(cè)，只有綜合各種物探技術(shù)并結(jié)合鉆探手段，才能可靠地完成勘察任務(wù)。3結(jié)語(yǔ)通過(guò)對(duì)花崗巖風(fēng)化特征的分析，不難看出搞清巖體差異風(fēng)化分布的重要性。傳統(tǒng)鉆探方法工 作量較大，而且存在一定誤差，但仍然不可或缺。隨著各種物探技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，顯著地 提高了勘察效率，各種勘察技術(shù)的相互配合和印證，為工程建設(shè)提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。參考文獻(xiàn)：1鄧志鋼，薛軍平，潘繼敏，等.HMT法探測(cè)花崗巖差異風(fēng)化的應(yīng)用