浅谈花岗岩地区孤石的勘察方法

2022-12-07吴世满律文田

西部探矿工程 2022年6期

吴世满，律文田

（广东省建科建筑设计院有限公司，广东广州 510010）

1 概述

广东地区侵入岩、火山岩和变质岩均有分布，其中侵入岩广泛发育，以粤中和粤东沿海地区最为集中，据统计，分布面积约60000km2，占全省陆地面积的三分之一，侵入岩的岩类较多，其中花岗岩类占绝大多数，其次为闪长岩，其余岩类数量极少[1]。花岗岩为粒状结晶质岩石，花岗岩地区分布的孤石是一种比较常见的风化现象，孤石又称花岗岩风化球，主要分布于残积土层、全风化和强风化岩层中，直径0.5～8.0m 不等。现在普遍认为，孤石是花岗岩在物理风化与化学风化共同作用下形成，主要与岩石节理、气候、地形条件、水文条件等有关。由于孤石的存在，以及分布的不确定性，其性质与周边土体力学特性有着很大的差异，对花岗岩地区的工程建设造成了很大的影响。这使得在勘察阶段摸清孤石的分布情况显得尤为重要，本文主要对现在的勘察方法进行探讨，从而为设计和施工提供可靠的依据，减少不必要的风险。

2 花岗岩地区孤石常用勘察方法

2.1 钻探方法

钻探是目前最常用的勘察方法，通过钻探取芯，可以直观地了解岩层分布，通过现场取样和原位测试手段，可以得到岩土层的物理力学指标，评价各岩土层的性质。在花岗岩地区进行钻探时，应注重场地附近地质资料的搜集工作、现场踏勘和工程地质调绘工作，重点查看场地范围及周边的岩体出露情况，以及地表的风化球体分布情况，做到心中有数。

野外钻探时，应针对性的采用合适的钻探方法和钻进工艺来提高岩芯采取率，以便准确判断孤石分布情况，同时应注意钻探时漏水情况、查看岩芯有无裂隙，留意周边钻孔揭露岩层情况，进行综合判断。现阶段，比较常用的判别方法有：①岩层顶板标高判别，充分利用相邻钻孔资料，对于岩面埋深明显异常于周边钻孔的情况，要重点摸查，必要时加密钻孔，查明是孤石还是基岩；②基岩风化类比法，依据花岗岩的风化规律（自上而下为残积土层—全风化层—强风化层—中风化层—微风化层）进行判别，钻孔中有揭露孤石的位置，易造成某一层缺失，我们可以利用这一规律进行初步判断，进而采取重点摸查的方法进行确认；③岩芯裂隙发育判别，在有孤石发育的地区，应该采用合适的手段提高岩芯采取率，正常取上来的岩芯，即便是完整的岩芯中，也存在少量裂隙发育，而花岗岩孤石没有裂隙发育，通过观察岩芯的裂隙情况，可以进行初步判断。为了查明孤石的直径、分布范围，现阶段主要采用加密布置钻孔的方式来进行探查，但在工期和成本方面投入加大，造成了不必要的浪费，而且有的项目工期压缩的很紧，对准确地探查都造成了一定的影响。

2.2 物探方法

物探方法是地球物理勘探的简称，它是通过研究和观测各种地球物理场的变化来探测地层岩性、地质构造等地质条件。它是以勘查对象的物理性质和数学理论为基础，发现地球物理性质差异，解释和推测工程地质勘察过程中问题为主要任务的前沿地质学科。目前，常用的物探手段有跨孔高密度电法、孔中雷达法、跨孔法电磁波CT法、探地雷达法等[2-6]。

跨孔高密度电法是以介质电性差异为应用基础，通过花岗岩孤石与周围土体存在明显的电性差异来进行判别。汪传斌[2]在实际应用中发现，在孔间距10～15m 勘探效果良好，但在孔距20m 时偏差较大，间距30m时反演效果较差。

孔中雷达法是利用目标体与周围介质的导电性、介电性的差异，通过超高频短脉冲电磁波在电性界面上反射来进行探测，采用钻孔直接进入地下深部，可有效避免地面干扰，并具有分辨率高的优势[4]。

跨孔法电磁波CT法，是利用无线电波在2个钻孔分别发射和接收进行探测，孤石吸收系数小，周围土体吸收系数大，根据不同位置接收的场强的大小，来确定地下不同介质的分布。对残积层和全风化层中的孤石，因其与周边介质有着明显的差异，可以探测出较为清晰的物理边界，但是对于强风化岩中存在的孤石，空间位置的确定精度较低，同时也会受到周围环境的影响。

探地雷达法，利用一个发射高频宽频带电电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化，工作频率高，在地质介质中以位移电流为主，速度基本上由介质的介电性质决定，根据探地雷达反射波组波形与强度特征，通过同相轴等的追踪，推断孤石的空间位置。但在实际探测时，由于岩土的不均匀性，获得的图像实际要比理论复杂得多，同时会受到周围环境的影响，需要丰富的经验积累，以提高判别的准确性。

由于组成地壳的不同岩层介质往往在密度、弹性、导电性、磁性、放射性以及导热性等方面存在差异，这些差异将引起相应的地球物理场的局部变化。通过量测这些物理场的分布和变化特征，结合已知地质资料进行分析研究，就可以达到推断地质性状的目的。该方法兼有勘探与试验两种功能，和钻探相比，具有设备轻便、成本低、效率高、工作空间广等优点。但由于不能取样，不能直接观察，故多与钻探配合使用。

2.3 综合方法

花岗岩场地孤石的分布比较复杂，目前单一手段很难准确摸查清楚其大小、位置等情况，即便可以摸查也会对工期和成本造成很大的浪费。此部分工作宜采用多种手段结合的方式，比如工程地质调绘、机械钻探和物探手段相结合；先行搜集拟建场地的区域地质资料，或者周边的地质资料，做到心中有数，然后进行钻探，并在钻孔揭露孤石的位置辅以物探手段，通过钻探和物探结果对比，找到合适的物探方法，同时钻探揭示的情况也可以辅助物探成果的解读，既可以提高物探判断的准确性，也可以减少现场钻探工作量，节约成本和工期。