强风化花岗岩识别
摘要：强风化花岗岩层往往是电⼒⼯程的⽬标层，本⽂在对花岗岩的风化过程、风化影响因素、风化地层分带特性进⾏分析的基础上，归纳了强风化花岗岩的识别⽅法。
关键词：花岗岩强风化识别⽅法
1 引⾔
在花岗岩地区修建电⼒⼯程，强风化层往往是⽬标层位。在上部⼟层⽆法满⾜天然地基条件的情况下，强风化层具有⾼承载⼒和低压缩性，对于电⼚的重要建筑物和特⾼压输电线路⽽⾔，使其成为较好的桩端持⼒层。本⽂⾸先对花岗岩的风化特定进⾏了研究，在此基础上归纳总结了花岗岩强风化层识别⽅法
2花岗岩风化的特点
2.1 花岗岩风化过程
岩⽯风化⾸先经过崩解阶段(即物理风化)，使矿物颗粒的⽐表⾯积逐步增⼤，加强了与⽔、氧、⼆氧化
碳和⽣物的接触，经历溶解、⽔化、⽔解、碳酸化、氧化作⽤及⽣物风化等作⽤，由于不同深度风化条件的差异，使花岗岩不同深度的风化⽅式与程度有所不同，形成具有不同组分与结构特性的风化层，构成具有垂直分带性(即多层结构)的风化剖⾯，但这种风化剖⾯是在原地风化逐渐形成的，是⼀个有次序、连续的地质建造，在风化剖⾯上⼀般没有阶坎式的突变和跳跃式的风化，每层均具各⾃特性，层间是逐渐过渡的，故层间界⾯⼀般很难准确确定[1]。 2.2 花岗岩风化的影响因素：
（1）矿物成分与结构
受地质构造条件、岩浆成分和围岩物质成分的控制和影响，不同时期的不同地区的花岗岩类在岩⽯矿物、成分、结构构造等⽅⾯存在着差异。总体⽽⾔，酸性矿物⽐碱性矿物抗风化能⼒强，细粒结构⽐粗粒结构抗风化能⼒强。对于花岗岩⽽⾔，⽯英稳定性最⾼，长⽯类风化稳定性由⾼到低的顺序是：钾长⽯、多钠的酸性斜长⽯、中性斜长⽯、多钙的基性斜长⽯，次之为⿊云母、⾓闪⽯等。在花岗岩类岩⽯中最先发⽣⽔化作⽤的是⿊⾊矿物及普通⾓闪⽯。偏中性的花岗闪长岩、⼆长花岗岩的⿊⾊矿物⼤⼤超过酸性花岗岩，因此在同等条件下花岗闪长岩等偏中性岩的风化程度和风化⼟厚度⼤于酸性花岗岩，由于其
⽯英含量较少，因此相对粘⼟质矿物含量较⾼，其风化完全程度也⾼于酸性花岗岩。
（2）地形地貌
花岗岩类风化⼟除受岩性约束外，还受到⾃然条件的影响，特别受到地貌位置的影响。
下⾯以⼴东地区为例，⼴东各河系侵蚀河⾕的基⾯⾼程⼤致为45m~50m，同时结合⼴东较低的⼏级侵蚀⾯的⾼程，从平⾯分布上可以⼤致地把⼴东花岗岩类风化⼟厚度特征与地貌形态分为3个类区：
（a）⾼程在100m以内的残丘、低⼭和⾼程在40m内的河⾕阶地的风化⼟为正常风化⼟区，其特点是风化均匀，不含或含很少的球状风化体，风化⼟表层常有⼀层带坡积性质的红褐⾊粘性⼟，有时还夹有⼀层含铁锰质结核的呈⽹纹状结构的风化⼟。
（b）⾼程在100m以上和相对⾼差在100m以内的低、中⼭的含⼤量花岗岩球状风化体的风化⼟区，其特点是多分布在⼭坡，在其表⾯或⼟层中夹有⼤量直径⼏⼗厘⽶甚⾄达⼗⼏⽶的球状风化体，其厚度变化⼤，⼟层风化不均匀
（c）⾼程在100m以上的峡⾕河床及两岸陡坡段，相对⾼差⼤于200m以上的陡峻中、⾼⼭的风化⼟区，该类区基本属于侵蚀区，其风化⼟层很薄，河床及陡岸均为岩⽯露头，⼭⾕和陡坡有岩⽯露头及堆积⼤量球状体[2]。
（3）岩体结构构造
节理裂隙分布稀疏的花岗岩抗侵蚀能⼒强，风化过程很难深⼊；⽽节理裂隙密集的花岗岩抗侵蚀能⼒⼤减，地表⽔地下⽔沿节理裂隙活动，特别是沿垂直节理裂隙，⽔和具风化性的化学物质可以长驱直⼊，形成很厚的红⾊风化壳，这是我国东南部花岗岩地貌的⼀⼤特点。风化槽和风化囊的形成也与花岗岩的结构构造有关[3]。
（4）环境⽓候rvd
环境⽓候是岩⽯风化的主要外在影响因素，总体来说北⽅以机械（物理）风化为主，南⽅以化学风化为主，这也造成两者风化产物、风化深度等多个⽅⾯的不同。⽐如红⾊风化壳是南⽅花岗岩特有的风化产物。
2.3地层分带
拉曼光谱分析我国东南地区花岗岩风化作⽤⼀般是随深度增加⽽减弱，⼒学性质应随之增强，颜⾊由浅变深，原岩结构、构造由⽆法辨别过渡到清晰可辨。其典型的剖⾯如下图，其具体描述如下：残积⼟，不具原岩结构，⽯英颗粒分布均匀，呈⽹纹结构，含氧化铁结核，⼀般呈红⾊；全风化花岗岩，尚见原岩结构，长⽯均已风化成⾼岭⼟，⽯英颗粒基本保持原岩的形态；强风化花岗岩，斜长⽯、云母已风化成⾼岭⼟或粘⼟，正长⽯⽤⼿可捏成砂状，
呈半岩半⼟状，残留少量母岩岩块，⽤⼿易折碎；弱风化花岗岩斜长⽯风化较深，正长⽯、云母风化轻微，岩⽯普遍改变颜⾊，岩块⽤⼿不易折断，锤击声哑。需要特别指出的是花岗岩存在差异风化现象，其主要表现为全风化岩层中存在球状风化以及微风化界⾯起伏，这是花岗岩风化的⼀个特点，在实际勘察⼯程中。⼀旦遇到风化等级突变的岩块，可根据相邻钻孔的风化层厚度、顶⾯标⾼进⾏⽐较分析，综合作出判断[4]。
图1 花岗岩的风化剖⾯图
3 识别的⼿段
根据花岗岩风化的特点，对强风化花岗岩的识别⽅法归纳如下：
3.1 野外露头
在充分掌握区域地质资料的基础上，通过野外踏勘查清⼯程所在地的花岗岩类型，如果野外有较为完整的露头，那么对鉴别⼯程地下的花岗岩风化程度有很⼤的帮助。
钻机钻进过程是识别风化程度的第⼀⼿资料，不同风化程度的花岗岩在钻进过程中有不同的表现，归纳如下：残积⼟，⽆循环泥浆易钻进；全风化花岗岩，⽆循环泥浆可钻进0.5m以上；强风化花岗岩，钻进过程中钻杆轻微跳动，⽆循环泥浆仅可钻进0.1m~0.5m；弱风化花岗岩钻进过程中钻杆剧烈跳动，合⾦钻头钻进较易，⽆循环泥浆不能钻进。微风化花岗岩，合⾦钻头较难钻进，⼀般采⽤⾦刚⽯钻头钻进。在⾹港地区，开展了花岗岩地
溶血栓疗法
区的钻孔过程参数的解译⽅法与地层特性之间响应关系⽅⾯的研究，发现钻进过程中⽤于破碎岩⽯的
能量主要来⾃钻进系统的动能，钻进系统⽤于破碎岩⽯的能量分配与地层强度特性有关。在风化程度较低或新鲜岩层中钻进时，破碎岩⽯98%以上的能量来⾃系统的动能，⽽轴压⼒推动钻头位移所给出的能量不到2%；在⼟层或全风化岩层中，轴压⼒所做的功达到22%以上，且明显随风化程度的增⾼⽽增⼤，说明钻进系统动能与轴⼒功可⽤以表征地层的可钻性[5]。但⽬前该种⽅法还不⾜够成熟，在进⾏⼤量实验和结合地区经验的基础上，该种⽅法可以为强风化识别消除⼈为主观误差提供⼀种新的⽅法。
3.2 岩芯识别
通过岩芯外观识别强风化花岗岩，主要通过岩块内矿物的风化程度，除⽯英外，斜长⽯、云母已风化成⾼岭⼟或粘⼟，正长⽯⽤⼿可捏成砂状。岩芯总体呈半岩半⼟状，残留少量母岩岩块。但是由于岩体的破碎性，岩芯极易发⽣破坏，且浸⽔后加剧破坏程度，多数情况下难以观察到碎块状岩芯。
3.3 标准贯⼊试验
规范中规定可采⽤未经修正的标准贯⼊试验击数超过50击来确定强风化，这种⽅法在⼯程实践中应⽤较多，⽽且通过贯⼊器内岩样和击数对应，可以更进⼀步建⽴对应关系，帮助进⾏判断。也有⼈通过动⼒触探试验和标准贯⼊试验的对应关系尝试采⽤动⼒触探试验判断强风化，同时由于资料有限，动⼒触探锤击数与标贯试验锤击数的关系⽅程及承载⼒的确定尚须进⼀步深⼊研究[6]。
3.4 物理勘探
应⽤于岩⽯风化划分的常见的物理勘探⽅法有：波速测试、⾼密度电阻率法，现分别阐述如下。 （a）波速测试
在相关规范上规定了波速⽐K V划分风化岩⽯风化程度，⽽波速⽐K V为风化岩⽯与新鲜岩⽯压缩波波速之⽐，并且已有⼯程采⽤该⽅法取得了成果[7]，但该⽅法对对岩样要求⾼，就花岗岩强风化⽽⾔，强风化完整岩样难以取得。亦有⼯程在钻孔内进⾏波速测试，直接量测岩体波速、波速⽐。在⽂献[8]中对三个⼯程的波速测试结果进⾏分析并认为：声波在岩体中的传播，除受岩体风化程度影响外，结构⾯的发育程度及其性状更起控制作⽤，以波速指标划分岩体风化程度时，应分别统计各⼯程岩体中的⼩值平均波速值、⼤值平均波速值、波速变化幅度，⼩值代表结构⾯波速，⼤值代表结构体波速，波速变化幅度反应该岩体均⼀性。⽂献[9]采⽤波速、波速⽐进⾏岩体风化程度划分得到较好结果，认
为对于全风化－微风化岩⽯，岩体的波速主要由风化程度决定，按岩体纵波与横波的波速⽐划分的风化带与钻孔揭露的风化带基本⼀致，因此利⽤岩体纵波与横波的波速⽐划分风化度是可⾏的。作者认为采⽤波速进⾏花岗岩风化程度划分⼀⽅⾯需要与钻孔划分风化的数据进⾏对⽐分析，进⽽采⽤合理的波速数值；另⼀⽅⾯需要搜集当地已有勘测经验，如福建省就给出花岗岩风化层的波速划分标准[10]。
（b）⾼密度电阻率法
⾼密度电阻率法近年来也被⽤到岩⽯风化程度的划分，相⽐其他⽅法⾼密度电法具有节约、速度快、结果直观的有点，但是该⽅法具有影响因素多、解译复杂的特点。⽂献[11]中采⽤⾼密度电法，结合钻探成果对存在风化岩的区域进⾏了划分，分出了风化程度基本相同、基岩完整性较好和风化变化程度较⼤的三个部分，对后续的勘探点布置起到了指导作⽤；我院吴志伟在核电选址阶段，将⾼密度电法和联合剖⾯法结合起来，在划分岩⽯风化界⾯进⾏有益的尝试，为核电⼚选址勘察提供直观的地层分布特征[12]。
3.4 化学识别
www.13qk尚彦军等⼈通过对⾹港地区花岗岩样品微观特征的观察研究和矿物成分、微孔隙率以及综合显微岩⽯指标(Ip)进⾏了描述和定量分析，发现其中⼀些指标有⼀定相关性。这些化学指标和微观特征相关的统计值在⼀定程度上可定量表征花岗岩的风化程度，即：随风化作⽤进⾏，碱、碱⼟⾦属组分逐渐淋失，脱硅、富铝铁化作⽤逐渐加强；相应地，先是钠长⽯风化成⾼岭⽯，其次为云母和钾长⽯的风化。粘⼟矿物所占体积百分⽐随风化程度增⾼⽽变⼤，⾄残积⼟(Ⅳ级)时已达50%左右;Ip指标值下降，微孔隙率增⾼。⽂章综合出各个风化级别的指标变化范围及平均值供花岗岩分布区花岗岩风化野外调查和研究⼯作参考[13]。
4 结论
花岗岩风化过程受多种因素影响，花岗岩风化作⽤随深度增加⽽减弱，在确⽴了花岗岩典型风化剖⾯的基础上，将多种识别⼿段归纳总结，⽂章对花岗岩地区强风化层识别具有指导作⽤。
参考⽂献：
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