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        談花崗巖地區(qū)的孤石成因

        2015-05-05 07:30:07
        山西建筑 2015年25期
        關(guān)鍵詞:孤石球狀風(fēng)化

        田 文 彪

        (深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東 深圳 518000)

        談花崗巖地區(qū)的孤石成因

        田 文 彪

        (深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東 深圳 518000)

        通過(guò)宏觀地質(zhì)分析、巖石的物理力學(xué)試驗(yàn)等,深入分析了花崗巖球狀風(fēng)化的成因,指出區(qū)域構(gòu)造對(duì)孤石的發(fā)育起著宏觀控制作用,花崗巖孤石的礦物成分、巖體結(jié)構(gòu)特征是差異風(fēng)化的物質(zhì)基礎(chǔ),氣候和地下水條件是孤石區(qū)域分布的重要外部環(huán)境條件。

        花崗巖球狀風(fēng)化體,區(qū)域構(gòu)造,巖性特征,氣候,地下水

        1 概述

        花崗巖是大陸地殼的主要組成部分,是一種巖漿在地表以下凝結(jié)形成的火成巖,主要成分是長(zhǎng)石、云母和石英。我國(guó)境內(nèi)花崗巖分布廣泛,主要分布在我國(guó)南部、東南部地區(qū),尤其集中分布于廣東、福建等沿海地區(qū)[1]。在前期的調(diào)查研究工作中,研究者們采用野外調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)、地球化學(xué)和地球物理探測(cè)等方法,對(duì)影響花崗巖巖石風(fēng)化的要素研究做了大量工作,為地面工程的建設(shè)提供了一些基礎(chǔ)的專(zhuān)業(yè)支持[2-12]。目前對(duì)于花崗巖風(fēng)化的影響因素比較一致的看法有:氣候、巖石成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造裂縫。其中花崗巖區(qū)巖石的裂隙發(fā)育程度是影響巖石風(fēng)化程度的重要因素之一,而裂隙發(fā)育程度與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景密切相關(guān)[13]。

        2 地質(zhì)構(gòu)造的控制作用

        2.1 地質(zhì)構(gòu)造的影響

        花崗巖球狀風(fēng)化是物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化聯(lián)合作用的結(jié)果,但在深圳這樣的濕熱地區(qū)以化學(xué)風(fēng)化起主要作用,而區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造為球狀風(fēng)化作用提供了空間。在花崗巖球狀風(fēng)化發(fā)育區(qū),巖體中相互交錯(cuò)的三組節(jié)理面即可將巖體切割成塊。節(jié)理交匯處的棱角,在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的化學(xué)風(fēng)化作用后,原本呈方形的棱角處巖塊逐漸被風(fēng)化磨蝕,變化為球狀巖塊,這種現(xiàn)象即為球狀風(fēng)化。伴隨著風(fēng)化作用的持續(xù)進(jìn)行,形成的風(fēng)化球狀體體積逐漸變小,并被周?chē)煌L(fēng)化程度的土體包圍。總之,花崗巖巖體中相互交錯(cuò)發(fā)育的三組節(jié)理是球狀風(fēng)化體形成的重要原因之一,而花崗巖區(qū)的區(qū)域地質(zhì)背景是花崗巖巖體中節(jié)理發(fā)育、形成的重要決定因素。根據(jù)收集到的工程實(shí)例表明,花崗巖球狀風(fēng)化體的形成確與花崗巖區(qū)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景密切相關(guān)。

        根據(jù)收集到的福建省花崗巖球狀風(fēng)化發(fā)育分區(qū)與主要構(gòu)造的關(guān)系分布圖可見(jiàn)(見(jiàn)圖1),福建省花崗巖球狀風(fēng)化的發(fā)育主要集中在福建泉州、漳州、廈門(mén)、福州、寧德等近海地區(qū),基本上呈沿海岸線平行分布的狀態(tài)。根據(jù)福建省區(qū)域地質(zhì)資料可知,該地區(qū)分布南北向斷裂2組,分別為長(zhǎng)樂(lè)—南澳斷裂組、福安—南靖斷裂組,以及東西向斷裂1組,上杭—云霄斷裂組。受區(qū)域內(nèi)分布的南北向、東西向斷裂組影響,花崗巖分布區(qū)范圍內(nèi)巖體發(fā)育的節(jié)理多呈近水平向、南北向、東西向。該3組相互交錯(cuò)的節(jié)理,為福建沿海地帶的球狀風(fēng)化體的發(fā)育提供了重要的區(qū)域地質(zhì)背景。

        2.2 孤石的巖性特征

        2.2.1 孤石的結(jié)構(gòu)

        花崗巖球狀風(fēng)化體往往由外面的風(fēng)化殼和內(nèi)核兩部分構(gòu)成,如圖2所示。風(fēng)化殼一般很薄,約5 mm~10 mm厚,黃褐色,主要是黑云母顆粒蛻色結(jié)成的,局部因鐵質(zhì)浸染成紅色,中風(fēng)化狀態(tài)。內(nèi)核部分為粒狀堆砌結(jié)構(gòu),微裂隙不發(fā)育,粒間聯(lián)系緊密,受力不易變形;其造巖礦物的蝕變主要體現(xiàn)在晶體邊緣,而表面則僅在局部有蝕變產(chǎn)物,如伊利石、綠泥石等附著。

        2.2.2 X射線衍射分析試驗(yàn)

        為了研究孤石演化過(guò)程中礦物成分的變化,選擇深圳某工地揭示的三層孤石的鉆探巖芯為研究對(duì)象,分別取花崗巖從全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化至微風(fēng)化(孤石)過(guò)程中的典型試樣做X射線衍射分析試驗(yàn),分析花崗巖在風(fēng)化過(guò)程中的礦物成分變化規(guī)律。

        本次選取的鉆孔孔深31.7 m,包括了花崗巖從全風(fēng)化到微風(fēng)化全過(guò)程,并揭露了三層花崗巖微風(fēng)化孤石。為了反映花崗巖在整個(gè)風(fēng)化系列中礦物成分的變化,比較孤石與上下風(fēng)化巖層的關(guān)系,本次共取了16組試樣,其中全風(fēng)化層4組,強(qiáng)風(fēng)化層2組,中風(fēng)化層1組,微風(fēng)化層(孤石)9組。

        為了對(duì)各風(fēng)化地層的礦物含量有一個(gè)總體印象,并對(duì)不同風(fēng)化階段礦物變化趨勢(shì)作一研判,現(xiàn)對(duì)本次試驗(yàn)成果按不同風(fēng)化狀態(tài)進(jìn)行了分類(lèi)統(tǒng)計(jì),如表1所示。

        由表1的試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)可知:試驗(yàn)點(diǎn)處的粗粒花崗巖主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英和閃石,隨著風(fēng)化程度的增加,長(zhǎng)石逐漸轉(zhuǎn)化成埃洛石、伊利石、綠泥石和高嶺土等粘土礦物。由于長(zhǎng)石、石英和閃石三者抗風(fēng)化能力強(qiáng)弱不一,具體表現(xiàn)為抗風(fēng)化能力石英>長(zhǎng)石>閃石,因此在試驗(yàn)結(jié)果中,石英的含量表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)。

        2.2.3 孤石的巖體力學(xué)特征

        表1 X射線衍射分析礦物相對(duì)百分比含量統(tǒng)計(jì)表

        根據(jù)對(duì)上述采集的中風(fēng)化花崗巖孤石樣本進(jìn)行的微觀研究,發(fā)現(xiàn)其有如下特征:

        中風(fēng)化孤石的礦物成分以斜長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石、閃石、石英等為主,礦物顆粒較大,粒徑較均勻,礦物表面清晰,少量礦物表面局部模糊,礦物晶形為自形~半自形,硬度較大、抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的礦物成分含量較高,因此巖樣的力學(xué)性能也會(huì)較高;中風(fēng)化孤石中礦物晶形自形程度高,礦物粒徑較大且均勻性較高,使巖石在外力作用時(shí)各部位受力比較均勻,不易因局部受力過(guò)大而先破壞,因此巖石的整體力學(xué)性能也較高;中風(fēng)化孤石中風(fēng)化產(chǎn)物較少,將使巖石中的受力薄弱點(diǎn)相對(duì)較少,因此巖石的力學(xué)性能也會(huì)相對(duì)較高;另外,中風(fēng)化孤石中微裂隙不發(fā)育,且充填物成分以硅質(zhì)為主,在受力時(shí)相對(duì)不易被破壞,巖石的力學(xué)性能也相對(duì)較高。

        野外觀察微風(fēng)化花崗巖孤石鉆探巖樣,發(fā)現(xiàn)孤石巖芯較長(zhǎng),顏色多為灰白色或肉紅色,裂隙不發(fā)育,部分裂隙中可見(jiàn)少量硅質(zhì)充填物,礦物成分以石英、正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石等礦物為主,粘土性礦物很少。

        3 氣候、地下水條件

        花崗巖中主要礦物石英、長(zhǎng)石結(jié)晶度高,并具良好的鑲嵌結(jié)構(gòu),質(zhì)地堅(jiān)硬,抗風(fēng)化能力強(qiáng)。但巖石中各種礦物的膨脹系數(shù)判別較大,如石英和長(zhǎng)石可相差近1倍,在熱脹冷縮過(guò)程中,花崗巖表層很易破碎,有利于鱗片狀剝落,從而導(dǎo)致被切割的巖塊逐漸脫離母巖,形成孤石。同時(shí),由于花崗巖巖體中可能經(jīng)常含有少量的角閃石、黑云母等礦物,該類(lèi)型礦物在濕熱環(huán)境中,在水的作用下極易被溶蝕變化成高嶺石、絹云母等。受溶蝕影響的花崗巖巖體裂隙發(fā)育程度及透水性均很大程度地增加,從而導(dǎo)致巖體內(nèi)其他礦物的風(fēng)化。

        因此,在深圳這樣的氣候高溫濕潤(rùn)地區(qū),在長(zhǎng)期的水巖化學(xué)作用和生物化學(xué)作用下,花崗巖的球狀風(fēng)化作用是非常明顯的。

        4 結(jié)語(yǔ)

        1)盡管目前尚不能對(duì)花崗巖球狀風(fēng)化的成因進(jìn)行定量的評(píng)價(jià),但對(duì)于其主要影響因素的研究還是非常重要,有助于孤石發(fā)育地區(qū)工程規(guī)劃的指導(dǎo)。2)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)孤石的發(fā)育起著宏觀控制作用。3)花崗巖孤石的微觀試驗(yàn)研究有助于從礦物成分或其變化角度定量分析風(fēng)化的過(guò)程及對(duì)差異風(fēng)化的影響。4)氣候和地下水條件是孤石區(qū)域分布的重要環(huán)境條件。

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        Discussion on the boulders causes in granite area

        Tian Wenbiao

        (ShenzhenMunicipalDesignInstituteLimitedCompany,Shenzhen518000,China)

        Through the macroscopic geological analysis on the physical mechanics test of rock etc., in-depth analyzed the formation causes of spherical weathering granite body, pointed out that the regional structure had macro-control role to boulder development, the mineral composition of granite boulders, rock structure character was the material basis of differential weathering, the climate and groundwater conditions was important external environment conditions to boulder regional distribution.

        spherical weathering granite body, regional structure, petrography character, climate, groundwater

        2015-06-20

        田文彪(1984- ),男,工程師

        1009-6825(2015)25-0076-02

        P581

        A

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