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【摘 要】花岗岩是陆地上广泛分布的岩石类型，因其在结构、构造、矿物组成及数量、岩体节理发育等多个环节的不一致，所以普遍存在差异风化现象，由此增加了勘察设计和施工的难度，本文对这方面内容进行了分析。
【关键词】花岗岩；风化特征；勘察
花岗岩是大陆上部地壳的主要组成部分，是地下岩浆在地表下凝结而成的火成岩。在地质构造运动和化学风化等综合作用下，地表岩石都会产生风化现象。由于矿物组成、结构、构造和节理发育等方面的差别，花岗岩及与之共生的岩石在抗风化能力上无法保持一致，这样就会出现了差异风化现象[1]。差异风化造就了千姿百态的地貌特征，但对工程来说，风化的不均匀性增加了勘察设计和施工的难度，因为球状风化体（也称为孤石）与微风化基岩界面很容易混淆。如果桩基持力层落在球状风化体上，就可能发生斜桩或很大的沉降，从而威胁上部结构的安全[2]。因此，弄清楚花岗岩的风化特征并选择适宜的勘察方法是非常重要的事情。
1 山区花岗岩的风化特征
1.1 风化影响因素
花岗岩的风化进程受气候、地形和自身特征的影响和制约。气候的影响主要表现在温度、湿度和地下水位等方面，高温、高湿和较浅的地下水位有利于花岗岩的水化、分解及风化产物的迁移。平缓的地形有利于风化产物的保存，故一般风化层较厚。花岗岩自身特征是影响风化进程的内因，往往也是主因，它的结构、构造、矿物成分及数量差别是引起差异风化的重要因素。矿物的成矿环境与地表环境之间的差异性越大，风化的“势能”也越高，也就越易风化。花岗岩含有的易风化矿物越多，岩体就越易风化。通常含钾长石多，钙长石少，风化越剧烈。同时岩体节理的发育程度也影响风化进程，节理密集的地方往往也成为风化程度最高的地方。
1.2垂直分带性
花岗岩风化作用包括化学风化作用、物理风化作用和生物风化作用，其中化学风化作用和生物风化作用起主要作用。风化时花岗岩界面必须暴露在水、氧、二氧化碳和生物等风化介质面前，因为从地表到地下深处暴露面逐渐减小，风化介质浓度也随之减弱，所以呈现垂直分带性，从上至下可见根植土、坡积土、全风化、强风化、中风化、微风化等风化程度由强到弱的过程。当然，由于原地风化是渐次形成的，层与层之间并无清晰的界限。
1.3差异风化现象
花岗岩差异风化有两个鲜明的特征，一个是产生球状风化体；另一个是垂直风化深度不均衡，存在软弱地层下切现象。球状风化体形成的原因是这样的，由于花岗岩存在三组正交的原生节理，岩体被分割为众多长方体或近似正方体的岩块，正如前面所述，风化作用会集中在节理相交部分，随着风化的深入，尖顶消失，棱角变圆，长方体岩块逐渐变为椭球体，近似正方体的岩块成为球形。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因花岗岩矿物的抗风化能力存在差别，那些含较多抗风化能力强矿物的岩块，风化速度很慢，就会被抗风化能力弱的风化碎屑包围起来。地表的风化碎屑受到水流、风力的搬运，球状风化体就会露出来。软弱地层下切的情况与球状风化体类似，也是因为花岗岩抗风化能力差异引起的，当下切深度和宽度较大时，其效果类似断层碎裂带，对工程施工产生不利影响。
2 山区花岗岩的勘察方法
2.1 地表调绘和遥感技术应用
在勘察之前，收集相关区域的地质地貌资料，并通过对1：20万地质图的研读，获取勘察区域花岗岩的分布范围、形成期、喷出环境、类型、构造等方面的资料，再结合当地气象资料，掌握花岗岩风化的环境、历史背景。然后进行现场调查和测绘，以掌握花岗岩差异风化的发育程度、分布规律、工程特征等资料。如果勘察区域面积较大及现场环境复杂，为了更好地从宏观上把握测区花岗岩分布情况，可通过应用日益广泛的无人机遥感技术，对遥感影像处理后获得1：1000高精度三维立体影像图，能够清晰展现测区第四系、植被区、花岗岩出露点及花岗岩与沉积岩的分界线，提高地面调查的效率。
2.2 钻探技术应用
目前，钻探仍是最有效的地质勘察手段，任何物探技术都难以完全取代它，但是钻探花岗岩风化层的误差可能比较大，这是因为钻探所产生的扭矩作用对岩石的原始状态产生了直接影响，钻探显示的风化层厚度通常远大于野外调查的厚度，而且钻探对球状风化体的横向位置无法完全确定，所以有些勘察方案先通过物探方法确定球状风化体位置，再采用钻探方法进行验证。如以钻探作为主要勘察手段，需要精心设计方案，并安排有经验的技术人员进行现场跟踪。初步确定花岗岩顶界埋深、标高和界面线后，编绘花岗岩顶界埋深地质剖面图。为保障收芯率，宜采用双管取芯工艺。同时提高泥浆粘度和泵的排量，使岩屑充分返出井口。并按规范要求进行原位测试及取样做室内分析试验。当钻探发现异常，立即根据现场情况做出调整。例如突然发生井漏现象，应先减压钻入不小于20cm，再取芯样观察。如果钻芯显示地下裂隙发育，可能遇到强风化层，也可能钻到球状风化体，应继续钻进5m以上进行判断。再如突然遇到很大阻力，应马上停钻、提钻具和循环泥浆，观察井口返屑。若岩屑有杂色，并含少量弧形岩屑，几乎可以断定遇上了球状风化体。
2.3 物探技术应用
物探技术可以在宏观上揭示花岗岩的风化界面，并可指导钻探位置和深度，但对球状风化体发育特征的揭示不如钻探那样确切，尽管后者对风化层厚度的显示可能存在较大误差。实际应用时应将地表调绘、钻探和物探三种技术综合起来应用。物探技术中，电法、电磁法和地震波法是探测花岗岩差异风化的三种主要手段。其中跨孔高密度电阻率法结合3维反演技术在球状风化体定位方面有很好的应用前景，不仅可显示纵向的分布，还能揭示横向位置[3]。高密度电阻率法原理是不同物质之间导电性（电阻率）存在差异，球状风化体周围的花岗岩风化碎屑导电性较差（电阻率较低），而微风化的球状风化体导电性相对强一些（电阻率较高）。在试验场地钻取一定数量的孔，跨过球状风化体的两个孔内沿孔深均匀放置若干对电极，接通电源并采集电信号，经过反演得到电阻率分布的剖面图，由此确定球状风化体深度和横向位置。高频大地电磁法（HMT）是另一种探测花岗岩差异风化的物探技术，采用10Hz～100kHz的频率，可以探测地下1000m以内范围，而且有较强的抗干扰能力。测量装置是EH-4电磁仪。由于大地的非均匀性，其波阻抗为空间坐标的函数，通过张量阻抗来分析地下岩体的电阻率变化情况。由于花岗岩差异风化产生电阻率的不均匀分布，HMT反演得到电阻率等值线剖面图和标高水平面电阻率等值线图，经过综合分析和解释就能够直观反映花岗岩差异风化的分布情况。但需要指出的是，目前没有一种物探技术能够独立承担花岗岩差异风化的探测，只有综合各种物探技术并结合钻探手段，才能可靠地完成勘察任务。
3 结语
通过对花岗岩风化特征的分析，不难看出搞清岩体差异风化分布的重要性。传统钻探方法工作量较大，而且存在一定误差，但仍然不可或缺。随着各种物探技术的发展和应用，显著地提高了勘察效率，各种勘察技术的相互配合和印证，为工程建设提供更优质的服务。
参考文献：
[1]邓志钢，薛军平，潘继敏，等.HMT法探测花岗岩差异风化的应用研究[J].地球物理学进展，2013，28（4）：2186-2192.
[2]李景山.桂北山区花岗岩差异风化特征及勘察方法研究[J].铁道工程学报，2014（10）：32-36.
[3]曹权，项伟，贾海梁，等.跨孔超高密度电阻率法在球状风化花岗岩体探测中的应用[J].工程地质学报，2013，21（5）：730-735.
论文作者:王伟
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第8期
论文发表时间:2016/9/5
标签：花岗岩论文; 球状论文; 电阻率论文; 物探论文; 差异论文; 节理论文; 特征论文; 《低碳地产》2016年第8期论文;