淺談花崗巖地區孤石的勘察方法

吳世滿，律文田

（廣東省建科建筑設計院有限公司，廣東 廣州 510010）

1 概述

廣東地區侵入巖、火山巖和變質巖均有分布，其中侵入巖廣泛發育，以粵中和粵東沿海地區最為集中，據統計，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，其次為閃長巖，其余巖類數量極少[1]。花崗巖為粒狀結晶質巖石，花崗巖地區分布的孤石是一種比較常見的風化現象，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，主要與巖石節理、氣候、地形條件、水文條件等有關。由于孤石的存在，以及分布的不確定性，其性質與周邊土體力學特性有著很大的差異，對花崗巖地區的工程建設造成了很大的影響。這使得在勘察階段摸清孤石的分布情況顯得尤為重要，本文主要對現在的勘察方法進行探討，從而為設計和施工提供可靠的依據，減少不必要的風險。

2 花崗巖地區孤石常用勘察方法

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。在花崗巖地區進行鉆探時，應注重場地附近地質資料的搜集工作、現場踏勘和工程地質調繪工作，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。

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。現階段，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，依據花崗巖的風化規律（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巖芯裂隙發育判別，在有孤石發育的地區，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，也存在少量裂隙發育，而花崗巖孤石沒有裂隙發育，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、地質構造等地質條件。它是以勘查對象的物理性質和數學理論為基礎，發現地球物理性質差異，解釋和推測工程地質勘察過程中問題為主要任務的前沿地質學科。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電性差異為應用基礎，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]在實際應用中發現，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個鉆孔分別發射和接收進行探測，孤石吸收系數小，周圍土體吸收系數大，根據不同位置接收的場強的大小，來確定地下不同介質的分布。對殘積層和全風化層中的孤石，因其與周邊介質有著明顯的差異，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境的影響。

探地雷達法，利用一個發射高頻寬頻帶電電磁波，另一個天線接收來自地下介質界面的反射波。電磁波在介質中傳播，其路徑、電磁場強度與波形將隨所通過介質的電性質及幾何形態而變化，工作頻率高，在地質介質中以位移電流為主，速度基本上由介質的介電性質決定，根據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，同時會受到周圍環境的影響，需要豐富的經驗積累，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，結合已知地質資料進行分析研究，就可以達到推斷地質性狀的目的。該方法兼有勘探與試驗兩種功能，和鉆探相比，具有設備輕便、成本低、效率高、工作空間廣等優點。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合的方式，比如工程地質調繪、機械鉆探和物探手段相結合；先行搜集擬建場地的區域地質資料，或者周邊的地質資料，做到心中有數，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，也可以減少現場鉆探工作量，節約成本和工期。

3 結語

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

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