深圳地区燕山期花岗岩风化带划分及鉴别

张运标，陈枝东，张领帅

（1、深圳市深勘工程咨询有限公司深圳518028；2、深圳宏业基岩土科技股份有限公司深圳518057）

0 前言

深圳地区除平原及堆积阶地分布区覆盖较厚的第四系松散堆积层以外，全区主要有五大类岩石。第一类是燕山期花岗岩，主要分布于东南部的大鹏新区、坪山区和盐田区，西部的福田、宝安、南山、龙华区等周围地区，以及龙岗区东北部；第二类为石炭系和侏罗系的砂页岩，集中分布于深圳中、北部地区；第三类为侏罗系火成岩，主要分布于梧桐山、七娘山周边地区；第四类是泥盆系以前的浅变质岩及加里东期片麻状花岗岩，集中分布于西北部与深圳南部海岸山脉一带；第五类为泥盆系石英砂岩、长石石英砂岩、板岩，主要分布于深圳市东北部。

上述五大类岩石中，燕山期花岗岩分布最广，约占全区面积50%以上［1］。深圳地区属亚热带气候，高温多雨，为花岗岩的风化提供了有利条件。深圳地区花岗岩受风化强烈，剥蚀严重，地貌上多为残丘或低丘陵，压缩变形小，地基承载力高，是城市发展的最佳地基区域。目前已建成或正在兴建的城区如福田、南山、宝安及龙华和龙岗区坂田均位于花岗岩分布区［2］。

燕山期花岗岩由于风化作用，不同深度的风化方式和风化程度均有所不同［3］。花岗岩不像沉积岩具有层状分布特点，风化作用对岩体本身不存在差别，但风化程度与岩性密切相关。也不像碳酸盐岩由于化学淋溶作用，局部出现红粘土覆盖层，不存在全、强、中风化带。花岗岩形成的垂直分布带的风化剖面大部分是在原地逐渐风化形成的，风化程度随岩体埋深增加而逐渐减弱，相邻风化带为逐渐过渡，界限并不明显。在勘探取芯时，残积土、全风化和强风化花岗岩在钻机扭力的作用下，岩芯易扰动破碎，用取芯管取得的岩芯往往呈砂土状或砾砂状、碎块状，难以取得完整的柱状芯样，其界面难以界定。同时对于构造发育区域内，特别是张扭性断裂带两侧，风化程度较强的花岗岩，即使采取钻孔取芯方式，通常也未必能准确判断岩体究竟为何种风化带。对于工程建设项目的桩基施工风化带持力层勘验时，通过钻孔泥浆上返或钻机钻斗捞取的岩渣判别风化带程度则难度更大。

由于燕山期花岗岩风化带为逐渐过渡，分界不明显，地勘单位工程技术人员按照感官法对桩底持力层勘验时，风化带的鉴别难以准确把握，因此尽量向偏于工程安全的方向划分。比如按照感官法划分地层，将全风化判定为残积土，将砾状强风化判定为土状强风化，甚至判定为冲洪积或坡洪积含粘性土砾砂，或将土状强风化判定为全风化，中风化判定为强风化［4］，这样造成桩基工程的大量浪费。对于构造发育带场地内的碎裂岩芯，为保守起见，有时一律判定为强风化，造成的浪费更大。

1 划分依据

岩体风化带的划分研究经历了由定性到定量，单因素到多因素，从一般方法到应用概率、模糊数学等方法的发展过程。划分岩体风化程度不仅包括岩体风化特征的宏观方面（如颜色、岩体完整性、样品坚硬程度等），还包括微观方面反映风化程度的物理、化学等指标［5］。如宋立峰等人［6］根据修正标贯击数将深圳地区花岗岩划分残积土、全风化和强风化。何珊儒等人［7］根据岩体野外表观特征，钻孔芯样特征、纵波波速比等，对花岗岩风化带进行了划分和较为详细的描述。尚彦军等人［8］根据花岗岩化学风化指标和微观特征方面指标，进行了不同风化程度花岗岩的划分。

虽然岩体风化程度划分指标较多，但是大多数指标取决于个人感官上的观察判断能力，并不是遵从严格的地质定义。如某些规范中，把岩体按照节理、裂隙分割成块的大小，作为岩体风化程度划分的标准之一，从地质风化本质方面来看并不适宜，特别是当岩体遭受以化学风化作用为主时。花岗岩化学风化模式的过程是水化→溶解→水解，水化阶段首先引起岩石矿物中成分和结构开始变化，如黑色矿物及普通角闪石等。节理裂隙的发育程度与岩体形成时的条件、构造运动以及后期的环境均有关系，其虽然可以促进岩体的风化速度，但不能直接反映出岩体的风化程度。风化程度越高的岩体，节理裂隙一定发育，但是节理裂隙发育强烈的岩体，未必风化程度就高。如矿物中等风化的岩体虽然节理裂隙发育，对岩体力学性质和工程建设方面影响较大，但是由于风化程度较轻，按照矿物风化程度强弱，仍可以定义为中风化带。

从地质演化的本质方面来看，岩石是具有一定结构构造的多种矿物的集合体，花岗岩不同的风化带主要根据岩石结构的崩解（即物理风化）和不同矿物的风化程度的强弱进行划分。

从岩石的崩解程度来看，花岗岩残积土、全风化岩的原岩结构几乎全部被破坏，矿物除石英外基本风化为单纯粘性土；全风化岩原岩结构基本被破坏，矿物除石英外演变为红土层，无可视节理；残积土和全风化岩的各种矿物颗粒粘结在一起。强风化岩原岩结构大部分被破坏，演变为砂土、砾状或块状岩土层，节理隐约可见；中风化岩原岩结构基本未被破坏（见图1）。

从矿物成分的风化强弱方面来看，深圳地区燕山期花岗岩主要由细粒、中粒、粗粒花岗岩、黑云母花岗岩、斑状黑云母花岗岩、二长花岗岩组成，局部为石英闪长岩、闪长斑岩。主要矿物成分为长石（正长石、斜长石、钾长石）、石英、云母（白云母、黑云母）及少量黑色矿物组成。花岗岩中的正长石、斜长石容易风化为高岭土，云母及部分黑色矿物容易风化为含氧化铁的粘性土，通常外观呈红褐色，石英颗粒几乎永远不会风化，处于各风化带中的石英矿物均保持原颗粒形态，被风化或在构造带内受构造挤压后会碎裂为石英砂粒。钾长石一般呈肉红色较难风化，与岩体风化程度关系非常密切，残积土中的钾长石风化为粘性土；全风化带中的钾长石风化为粉土状，用手捏有砂感；土状强风化中的钾长石风化为中、细砂状，手捏砂感明显，可以捏碎；砾状强风化中的钾长石基本未风化呈砾状，用手捏不碎，硬度相当于石英；块状强风化带中的钾长石未风化，与正、斜长石、石英、云母仍粘结在一起，呈块状、饼状，岩块可拆断，但钾长石不分离。

图1 岩石结构崩解程度示意图Fig.1 Schematic Diagram of Rock Structure Collapse

因此花岗岩原岩结构的崩解程度和钾长石的风化强弱状态是野外、钻孔、冲孔、旋挖桩判定花岗岩残积土、全风化及土状、砾状、块状强风化的重要依据，尤其是钾长石的风化状态。对于过渡界面位置，如果再结合标准贯入试验校正击数进行分带，风化分带的准确性可以大大增加［9］。

2 燕山期花岗岩风化带划分

随着深圳大规模的工程建设活动，尤其是较为集中的福田、南山、宝安和龙华片区，大部分建设场地位于燕山期花岗岩分布区。为了更准确地指导工程建设活动，确定地基承载力和沉降问题［10］，深圳市标准《地基基础勘察设计规范：SGJ 01-2010》除按照国家标准，将岩体风化程度分为未风化、微风化、中风化、强风化、全风化和残积土六大类以外，还将受张扭性断裂影响的厚层强风化花岗岩，进一步细分为土状强风化、砾状强风化和块状强风化三个亚带，将花岗岩残积土按照≥2 mm 的颗粒含量，分为砾质粘性土、砂质粘性土和粘性土三个亚带。各类风化带划分及野外特征如下：

⑴ 残积土：土的组织结构已全部破坏，颜色一般较深、较杂，氧化铁浸染严重，矿物除石英外已全部风化为粘性土，但基本保留原岩结构，但母岩结构不清晰，矿物用手捏无砂感，呈可塑～硬塑土状。由中粒、粗粒花岗岩风化的残积土属于砾质粘性土，由细粒花岗岩风化的残积土属于砂质粘性土，由二长花岗岩、闪长斑岩或岩脉风化的残积土属于粘性士（或高岭土）［11］。残积土冲击钻进容易，用铁锹易挖掘，校正标贯击数≤30击。

残积土与下部全风化岩的主要区别为残积土具有花斑状结构，呈可塑～硬塑状，地表用铁锹可以挖掘。全风化岩不具有花斑状结构，呈坚硬土状，地表用铁锹较难挖掘。

⑵ 全风化花岗岩：组织结构基本已破坏，但尚可辨认，颜色开始变浅。除石英外，全部矿物已风化成粘性土，钾长石矿物用手捏有砂感，岩体呈坚硬土状，浸水变软，强度降低。冲击钻进容易，校正标贯击数30～50 击，地表全风化岩用铁锹挖掘较困难。属于极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

全风化带与下部强风化带的区别主要在于全风化岩钾长石已风化成粉末状，手捏有砂感，岩体呈坚硬土状，岩块浸泡在水中3～5 min可以崩解，而强风化岩块则不易崩解或难崩解，钾长石用手捏砂感明显。

⑶ 强风化花岗岩：结构大部分破坏，矿物除石英和钾长石外，已风化成粘性土，钾长石用手捏砂感明显。裂隙极发育，大部分矿物被氧化铁（或锰质）浸染，一般矿物已分离，岩体一般呈坚硬土状、砂砾状、块状，浸水变软，强度降低。处于张性、张扭性断裂构造影响强烈部位的强风化层厚度较大，可达8～20 m。冲击钻进较困难，回转合金钻进容易，校正标贯击数大于50 击，属于极软岩～软岩，岩体基本质量等级为Ⅵ～Ⅴ级。对于较厚的强风化层，根据岩体风化大多数颗粒粒径大小，分为土状强风化、砾状强风化、块状强风化三个亚带。

① 土状强风化：结构大部分已破坏，矿物除石英、钾长石外已全部风化成粘性土，钾长石保留原晶形，用手捏即碎，砂感明显，风化裂隙极发育，大部分矿物被氧化铁（或锰质）浸染。岩体呈坚硬土状，硬塑～坚硬状态，岩块浸泡在水中3～5 min逐渐崩解为砂土状。冲击钻进较容易，校正标贯击数50～60 击，地表土状强风化，铁锹挖掘较困难，属于极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

② 砾状强风化：结构已部分破坏，矿物已全部分离，正长石、斜长石及云母风化为粘性土，岩样中可见较多仍保留原晶型的肉红色钾长石，用手捏不碎，风化裂隙极发育，裂隙面被氧化铁（锰质）浸染。岩芯呈砂砾状，岩块浸泡在水中3～5 min逐渐崩解为砂砾状。

钻、挖、冲孔桩水下施工速度快，桩芯渣土呈散体砾砂状。冲击钻进较困难，回转合金钻进容易，但钻进时有刻岩的响声。校正标贯击数60～75 击，干燥时挖掘困难，需风镐掘进。属于极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

③ 块状强风化：保留原岩结构，各种矿物未分离，岩芯呈饼状、碎块状、块状，岩块易拆断，但不能捏碎，可掰开。冲击钻进极困难，回转合金钻进较容易，钻进时有较明显的刻岩声响，校正标贯击数大于75 击，干燥时用镐掘进较困难。属于软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ～Ⅴ级。

⑷ 中风化花岗岩：结构基本未破坏，裂隙发育，裂隙面有氧化铁质浸染，部分矿物变色，呈块状，短柱状，岩块手折不断，锤击难碎。回转合金钻可钻进，但较困难，金刚石钻钻进较易，用镐极难挖掘、需用钢钎或爆破挖掘，岩体较破碎，为较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

中风化带与强风化带的区别在于强风化岩块易碎，且用手易折断，中风化岩块用手折不断，且锤击较难破碎。

⑸ 微风化花岗岩：结构无变化、保留原岩颜色，可见少量风化裂隙，部分裂隙面被氧化铁浸染，岩芯呈短柱状，长柱状，岩块锤击难碎，需金刚石钻进，岩体较完整，为较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅲ级。

中风化及以下风化程度较弱岩体中，岩石颜色改变是矿物风化一个非常重要的指标，颜色的变化程度能反映风化营力的入侵，矿物成分的改变情况等等。中风化带与微风化带的区分以单轴抗压强度为主，以裂隙发育程度、破碎程度、颜色变化为辅，中风化岩体已明显变色，微风化岩体则断面新鲜，风化过渡段则呈现一些杂色。

⑹ 未风化花岗岩：岩质新鲜、坚硬，难见风化痕迹，仅局部可见微裂隙，岩芯为长柱状，需金刚石钻进，岩体完整，为坚硬岩，岩体基本质量等级为Ⅰ～Ⅱ级。

3 相似风化岩的判别

深圳地区燕山期花岗岩风化带受到地下水侵蚀、地质构造影响，岩体风化剖面并不具备明显的界限，尤其是地下水影响较大的风化带或构造带发育区域的岩体，岩体风化程度的判别难度非常大。限于篇幅，本文仅列举深圳地区燕山期花岗岩场地具有代表性的风化带判别。

3.1 砾状强风化与冲洪积、坡洪积含粘性土砾砂层

对于砾状强风化（见图2）与冲洪积、坡洪积含粘性土砾砂层（见图3）直接接触的地基中，钻、挖、冲孔桩采取的岩样均为散体状，因此在桩基工程的持力层勘验过程中，从感官上判别出现过不少错误案例。

20多年前的深圳市福田区某工程，设计采用钻孔灌注桩基础，以强风化花岗岩作持力层。完工后委托检测单位对10根工程桩进行钻孔抽芯检测，技术人员根据现场芯样将桩底持力层判定为冲洪积砾砂层，引发争议。请笔者到现场判别，笔者看到取上的桩底芯样中有很多肉红色的钾长石，且石英成分单一。当场告诉建设单位判断有误，桩底已进入强风化带的中部，桩底属于砾状强风化花岗岩而非冲洪积砾砂，获得勘察、设计、监理单位的认可，且符合勘察成果。

图2 砾砂状强风化花岗岩Fig.2 Gravelly Strongly Weathered Granite Core

图3 坡洪积原状含粘性土砾砂Fig.3 Slope Diluvial Undisturbed Gravelly Sand with Cohesive Soil

深圳市坂田梅坂大道东侧某建筑物，采用钻孔灌注桩基础，以强风化花岗岩作持力层，成孔过程中施工单位取出的岩芯类似砾砂，勘察、施工人员怀疑为冲积砾砂层，无法终桩。请笔者现场鉴别，笔者发现岩样含有较多肉红色棱角状钾长石颗粒，手捏不碎。笔者明确告知桩底已到强风化花岗岩的中部，已完全满足设计要求。

一般冲积砾砂层的矿物几乎全部为石英或石英岩颗粒，少部分为其它矿物，部分矿物有磨圆度。而砾状强风化花岗岩的矿物除石英外，有较多肉红色钾长石和少量黑色矿物，矿物多具棱角状，无磨圆现象或略具磨圆现象，钾长石手捏不碎，正长石、斜长石已风化成粘性土。因此从矿物成分和磨圆度来说，两者的区别较为明显。

3.2 块状强风化与破碎中风化

燕山期中风化花岗岩厚度一般为1～5 m，如中风化带厚度超过5 m，则要注意是否与断裂有关，避免将受断裂影响的破碎岩体判定为强风化带。在构造带发育带或破碎带钻孔采取芯样较为困难，芯样破碎呈碎块状，甚至夹薄层土状糜棱岩，往往会将中、微风化带或其上部的碎块状岩芯误认为强风化或中风化岩，这种情况在实际工程中误判的现象屡见不鲜。

深圳市前海自贸区某工地设计要求工程桩进入中风化花岗岩2 m，施工单位采用XR400D 大功率旋挖钻机钻进入岩，发现旋挖钻机机身抖动严重，桩孔底部钻头刻岩响声较大，根据施工经验认为已经进入中风化岩，但是地勘单位根据桩位超前钻芯样判断桩底仍处于强风化带，无法终孔。业主请笔者到现场鉴别，笔者根据所取的碎裂岩块强度判定为受构造影响的较破碎中风化带，其强度相当于中风化岩（见图4）。

图4 被误判为强风化的受构造影响的中风化岩Fig.4 Structurally-affected Moderately Weathered Rocks That Were Misidentified as Srongly Weathered

一般来说，相较于中风化岩，强风化岩块颜色更深、裂隙更发肓，岩石更易破碎为碎块状。但划分中风化岩层时不能只看颜色是否变浅和芯样是否破碎，还要看岩石的强度。强风化岩块断面粗糙，易碎且用手易折断；中风化岩块手折不断，且锤击难碎，断面完整。如其颜色再浅，氧化铁浸染再严重、再破碎，只要岩块手折不断，就不能划为强风化，应划为中风化岩。

3.3 破碎微风化与中风化

燕山期微风化花岗岩钻孔揭露厚度一般为3～5 m，在构造发育地段揭露断裂带的钻孔，钻穿断裂带后钻入微风化岩厚度大于5 m。部分钻孔在微风化带中遇不同厚度的破碎、极破碎岩夹层，勘察技术人员常将破碎、极破碎夹层划为强风化或块状强风化，将夹层上部数米厚的微风化岩归入强风化或中风化带。钻（冲）、旋挖孔桩取样一般采用泥浆循环返渣或钻斗捞渣取样，在微风化带的中、上部采取的岩样为碎块状、块状，岩样颜色变浅、裂隙发育且有氧化铁浸染，勘察技术人员判为强风化或块状强风化岩。造成冲（钻）、旋挖桩施工极为困难，为满足设计桩端入微风化岩要求，要钻穿数米厚微风化岩和若干米厚破碎岩石后才能到达微风化岩，一根桩的入岩时间要数天，甚至十多天，造成极大的浪费和影响工期。笔者认为鉴别岩芯或岩样时，主要看岩石强度，如岩石强度相当于微风化岩则不能划分为中风化，应划分为微风化岩。同样对分布于微风化花岗岩中的破碎～极破碎的夹层，不能划为强风化或中风化，应划分为受断裂或次级断裂影响的破碎微风化岩，如破碎带上部的微风化岩厚度超过3 m，夹层强度相当于砾状强风化或块状强风化岩的强度，则可将桩端置于上部微风化带顶部，没有必要钻穿数米厚微风化岩及破碎带后，将桩端置于完整的微风化岩中。

图5为深圳市后海片区某工地被地勘工程技术人员误判为中风化岩的受构造影响微风化岩样。

图5 被误判为中风化的受构造影响的微风化岩Fig.5 Structure-affected Micro-weathered Rock Misjudged as Moderately Weathered

4 结论

⑴ 深圳地区燕山期花岗岩分布最广，约占全区面积的50%以上。风化作用所形成的垂直风化剖面大部分随深度增加而逐渐减弱，风化程度逐渐过渡，风化带间分界并不明显。

⑵ 虽然岩体风化带划分指标较多，但是从最本质的地质演化方面，花岗岩风化带主要根据岩石结构的崩解（即物理风化）和各种矿物的风化程度的强弱进行划分。

⑶ 花岗岩按照风化程度划分为6个风化带，深圳地区根据芯样颗粒粒径大小，将残积土进一步细分为3个亚带，根据芯样颗粒粒径大小、岩石强度将厚层强风化带进一步分别细分为3 个亚带。无论如何划分，花岗岩原岩结构的崩解程度和钾长石的风化强弱状态、修正标贯击数是野外判定花岗岩残积土、全风化及土状、砾状、块状强风化的重要依据，尤其是钾长石的风化状态。

⑷ 对于砾状强风化花岗岩与其上覆冲洪积、坡洪积含粘性土砾砂层的区别为前者芯样中有较多肉红色钾长石和原生的石英颗粒，颗粒具棱角，无磨圆现象，而后者成分为透明的石英和石英岩，略具磨圆现象。

⑸ 对于地质构造发育地区的中风化或微风化岩芯，不能只看颜色是否变浅和芯样是否破碎，主要看岩石的强度，其颜色再浅，氧化铁浸染再严重，岩石强度属于哪个风化带就应判定为哪个风化层。

⑹ 需要指出的是花岗岩风化带除了强风化与中风化接触带较明显外，其余各带都是呈渐变的连续地质体，一般风化剖面上并无台阶式的突变和风化跳跃。人为制定的一些标准对花岗岩风化剖面进行划分，实际上是为了工程建设设计和施工的方便。在野外岩性判定时，除了本质上岩石结构崩解和矿物风化方面进行定性判别以外，在风化带过渡区域采用多种勘察和原位测试方法（如修正标贯击数）综合考虑，可以大大提高地质岩性判断的精度，更好地为工程建设指导和服务。