淺談花崗巖地區(qū)孤石的勘察方法

吳世滿，律文田

（廣東省建科建筑設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510010）

1 概述

廣東地區(qū)侵入巖、火山巖和變質(zhì)巖均有分布，其中侵入巖廣泛發(fā)育，以粵中和粵東沿海地區(qū)最為集中，據(jù)統(tǒng)計，分布面積約60000km2，占全省陸地面積的三分之一，侵入巖的巖類較多，其中花崗巖類占絕大多數(shù)，其次為閃長巖，其余巖類數(shù)量極少[1]?；◢弾r為粒狀結(jié)晶質(zhì)巖石，花崗巖地區(qū)分布的孤石是一種比較常見的風化現(xiàn)象，孤石又稱花崗巖風化球，主要分布于殘積土層、全風化和強風化巖層中，直徑0.5～8.0m 不等。現(xiàn)在普遍認為，孤石是花崗巖在物理風化與化學風化共同作用下形成，主要與巖石節(jié)理、氣候、地形條件、水文條件等有關(guān)。由于孤石的存在，以及分布的不確定性，其性質(zhì)與周邊土體力學特性有著很大的差異，對花崗巖地區(qū)的工程建設(shè)造成了很大的影響。這使得在勘察階段摸清孤石的分布情況顯得尤為重要，本文主要對現(xiàn)在的勘察方法進行探討，從而為設(shè)計和施工提供可靠的依據(jù)，減少不必要的風險。

2 花崗巖地區(qū)孤石常用勘察方法

2.1 鉆探方法

鉆探是目前最常用的勘察方法，通過鉆探取芯，可以直觀地了解巖層分布，通過現(xiàn)場取樣和原位測試手段，可以得到巖土層的物理力學指標，評價各巖土層的性質(zhì)。在花崗巖地區(qū)進行鉆探時，應注重場地附近地質(zhì)資料的搜集工作、現(xiàn)場踏勘和工程地質(zhì)調(diào)繪工作，重點查看場地范圍及周邊的巖體出露情況，以及地表的風化球體分布情況，做到心中有數(shù)。

野外鉆探時，應針對性的采用合適的鉆探方法和鉆進工藝來提高巖芯采取率，以便準確判斷孤石分布情況，同時應注意鉆探時漏水情況、查看巖芯有無裂隙，留意周邊鉆孔揭露巖層情況，進行綜合判斷?，F(xiàn)階段，比較常用的判別方法有：①巖層頂板標高判別，充分利用相鄰鉆孔資料，對于巖面埋深明顯異常于周邊鉆孔的情況，要重點摸查，必要時加密鉆孔，查明是孤石還是基巖；②基巖風化類比法，依據(jù)花崗巖的風化規(guī)律（自上而下為殘積土層—全風化層—強風化層—中風化層—微風化層）進行判別，鉆孔中有揭露孤石的位置，易造成某一層缺失，我們可以利用這一規(guī)律進行初步判斷，進而采取重點摸查的方法進行確認；③巖芯裂隙發(fā)育判別，在有孤石發(fā)育的地區(qū)，應該采用合適的手段提高巖芯采取率，正常取上來的巖芯，即便是完整的巖芯中，也存在少量裂隙發(fā)育，而花崗巖孤石沒有裂隙發(fā)育，通過觀察巖芯的裂隙情況，可以進行初步判斷。為了查明孤石的直徑、分布范圍，現(xiàn)階段主要采用加密布置鉆孔的方式來進行探查，但在工期和成本方面投入加大，造成了不必要的浪費，而且有的項目工期壓縮的很緊，對準確地探查都造成了一定的影響。

2.2 物探方法

物探方法是地球物理勘探的簡稱，它是通過研究和觀測各種地球物理場的變化來探測地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)條件。它是以勘查對象的物理性質(zhì)和數(shù)學理論為基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)地球物理性質(zhì)差異，解釋和推測工程地質(zhì)勘察過程中問題為主要任務的前沿地質(zhì)學科。目前，常用的物探手段有跨孔高密度電法、孔中雷達法、跨孔法電磁波CT法、探地雷達法等[2-6]。

跨孔高密度電法是以介質(zhì)電性差異為應用基礎(chǔ)，通過花崗巖孤石與周圍土體存在明顯的電性差異來進行判別。汪傳斌[2]在實際應用中發(fā)現(xiàn)，在孔間距10～15m 勘探效果良好，但在孔距20m 時偏差較大，間距30m時反演效果較差。

孔中雷達法是利用目標體與周圍介質(zhì)的導電性、介電性的差異，通過超高頻短脈沖電磁波在電性界面上反射來進行探測，采用鉆孔直接進入地下深部，可有效避免地面干擾，并具有分辨率高的優(yōu)勢[4]。

跨孔法電磁波CT法，是利用無線電波在2個鉆孔分別發(fā)射和接收進行探測，孤石吸收系數(shù)小，周圍土體吸收系數(shù)大，根據(jù)不同位置接收的場強的大小，來確定地下不同介質(zhì)的分布。對殘積層和全風化層中的孤石，因其與周邊介質(zhì)有著明顯的差異，可以探測出較為清晰的物理邊界，但是對于強風化巖中存在的孤石，空間位置的確定精度較低，同時也會受到周圍環(huán)境的影響。

探地雷達法，利用一個發(fā)射高頻寬頻帶電電磁波，另一個天線接收來自地下介質(zhì)界面的反射波。電磁波在介質(zhì)中傳播，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性質(zhì)及幾何形態(tài)而變化，工作頻率高，在地質(zhì)介質(zhì)中以位移電流為主，速度基本上由介質(zhì)的介電性質(zhì)決定，根據(jù)探地雷達反射波組波形與強度特征，通過同相軸等的追蹤，推斷孤石的空間位置。但在實際探測時，由于巖土的不均勻性，獲得的圖像實際要比理論復雜得多，同時會受到周圍環(huán)境的影響，需要豐富的經(jīng)驗積累，以提高判別的準確性。

由于組成地殼的不同巖層介質(zhì)往往在密度、彈性、導電性、磁性、放射性以及導熱性等方面存在差異，這些差異將引起相應的地球物理場的局部變化。通過量測這些物理場的分布和變化特征，結(jié)合已知地質(zhì)資料進行分析研究，就可以達到推斷地質(zhì)性狀的目的。該方法兼有勘探與試驗兩種功能，和鉆探相比，具有設(shè)備輕便、成本低、效率高、工作空間廣等優(yōu)點。但由于不能取樣，不能直接觀察，故多與鉆探配合使用。

2.3 綜合方法

花崗巖場地孤石的分布比較復雜，目前單一手段很難準確摸查清楚其大小、位置等情況，即便可以摸查也會對工期和成本造成很大的浪費。此部分工作宜采用多種手段結(jié)合的方式，比如工程地質(zhì)調(diào)繪、機械鉆探和物探手段相結(jié)合；先行搜集擬建場地的區(qū)域地質(zhì)資料，或者周邊的地質(zhì)資料，做到心中有數(shù)，然后進行鉆探，并在鉆孔揭露孤石的位置輔以物探手段，通過鉆探和物探結(jié)果對比，找到合適的物探方法，同時鉆探揭示的情況也可以輔助物探成果的解讀，既可以提高物探判斷的準確性，也可以減少現(xiàn)場鉆探工作量，節(jié)約成本和工期。

3 結(jié)語

目前孤石的探測手段和方法很多，但不同地區(qū)的巖土性質(zhì)有差異，不同的周邊環(huán)境都對探測精度產(chǎn)生影響。由于孤石分布的隨機性和區(qū)域性特點，在花崗巖地區(qū)進行勘察時，既要按照既有規(guī)范執(zhí)行，又要根據(jù)項目實際情況，通過合理選用多種勘察手段相結(jié)合的方式，以摸清花崗巖地區(qū)孤石的空間分布，以達到指導設(shè)計和施工的目的。

孤石作為花崗巖地區(qū)的不良地質(zhì)作用，對其地質(zhì)成因、埋藏深度、大小、垂直和水平分布特征、探測方法等研究，對工程建設(shè)具有重要的意義。