談花崗巖地區的孤石成因

田 文 彪

(深圳市市政設計研究院有限公司，廣東 深圳 518000)

談花崗巖地區的孤石成因

田 文 彪

(深圳市市政設計研究院有限公司，廣東 深圳 518000)

通過宏觀地質分析、巖石的物理力學試驗等，深入分析了花崗巖球狀風化的成因，指出區域構造對孤石的發育起著宏觀控制作用，花崗巖孤石的礦物成分、巖體結構特征是差異風化的物質基礎，氣候和地下水條件是孤石區域分布的重要外部環境條件。

花崗巖球狀風化體，區域構造，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形成的火成巖，主要成分是長石、云母和石英。我國境內花崗巖分布廣泛，主要分布在我國南部、東南部地區，尤其集中分布于廣東、福建等沿海地區[1]。在前期的調查研究工作中，研究者們采用野外調查、室內試驗、地球化學和地球物理探測等方法，對影響花崗巖巖石風化的要素研究做了大量工作，為地面工程的建設提供了一些基礎的專業支持[2-12]。目前對于花崗巖風化的影響因素比較一致的看法有：氣候、巖石成分、結構和構造裂縫。其中花崗巖區巖石的裂隙發育程度是影響巖石風化程度的重要因素之一，而裂隙發育程度與區域地質構造背景密切相關[13]。

2 地質構造的控制作用

2.1 地質構造的影響

花崗巖球狀風化是物理風化和化學風化聯合作用的結果，但在深圳這樣的濕熱地區以化學風化起主要作用，而區域地質構造為球狀風化作用提供了空間。在花崗巖球狀風化發育區，巖體中相互交錯的三組節理面即可將巖體切割成塊。節理交匯處的棱角，在經過長時間的化學風化作用后，原本呈方形的棱角處巖塊逐漸被風化磨蝕，變化為球狀巖塊，這種現象即為球狀風化。伴隨著風化作用的持續進行，形成的風化球狀體體積逐漸變小，并被周圍不同風化程度的土體包圍。總之，花崗巖巖體中相互交錯發育的三組節理是球狀風化體形成的重要原因之一，而花崗巖區的區域地質背景是花崗巖巖體中節理發育、形成的重要決定因素。根據收集到的工程實例表明，花崗巖球狀風化體的形成確與花崗巖區的區域地質構造背景密切相關。

根據收集到的福建省花崗巖球狀風化發育分區與主要構造的關系分布圖可見(見圖1)，福建省花崗巖球狀風化的發育主要集中在福建泉州、漳州、廈門、福州、寧德等近海地區，基本上呈沿海岸線平行分布的狀態。根據福建省區域地質資料可知，該地區分布南北向斷裂2組，分別為長樂—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。受區域內分布的南北向、東西向斷裂組影響，花崗巖分布區范圍內巖體發育的節理多呈近水平向、南北向、東西向。該3組相互交錯的節理，為福建沿海地帶的球狀風化體的發育提供了重要的區域地質背景。

2.2 孤石的巖性特征

2.2.1 孤石的結構

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

2.2.2 X射線衍射分析試驗

為了研究孤石演化過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象，分別取花崗巖從全風化、強風化、中風化至微風化(孤石)過程中的典型試樣做X射線衍射分析試驗，分析花崗巖在風化過程中的礦物成分變化規律。

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

為了對各風化地層的礦物含量有一個總體印象，并對不同風化階段礦物變化趨勢作一研判，現對本次試驗成果按不同風化狀態進行了分類統計，如表1所示。

由表1的試驗成果統計可知：試驗點處的粗粒花崗巖主要礦物成分為長石、石英和閃石，隨著風化程度的增加，長石逐漸轉化成埃洛石、伊利石、綠泥石和高嶺土等粘土礦物。由于長石、石英和閃石三者抗風化能力強弱不一，具體表現為抗風化能力石英>長石>閃石，因此在試驗結果中，石英的含量表現出逐漸增加的趨勢。

2.2.3 孤石的巖體力學特征

表1 X射線衍射分析礦物相對百分比含量統計表

根據對上述采集的中風化花崗巖孤石樣本進行的微觀研究，發現其有如下特征：

中風化孤石的礦物成分以斜長石、正長石、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、抗風化能力較強的礦物成分含量較高，因此巖樣的力學性能也會較高；中風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各部位受力比較均勻，不易因局部受力過大而先破壞，因此巖石的整體力學性能也較高；中風化孤石中風化產物較少，將使巖石中的受力薄弱點相對較少，因此巖石的力學性能也會相對較高；另外，中風化孤石中微裂隙不發育，且充填物成分以硅質為主，在受力時相對不易被破壞，巖石的力學性能也相對較高。

野外觀察微風化花崗巖孤石鉆探巖樣，發現孤石巖芯較長，顏色多為灰白色或肉紅色，裂隙不發育，部分裂隙中可見少量硅質充填物，礦物成分以石英、正長石、斜長石等礦物為主，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、長石結晶度高，并具良好的鑲嵌結構，質地堅硬，抗風化能力強。但巖石中各種礦物的膨脹系數判別較大，如石英和長石可相差近1倍，在熱脹冷縮過程中，花崗巖表層很易破碎，有利于鱗片狀剝落，從而導致被切割的巖塊逐漸脫離母巖，形成孤石。同時，由于花崗巖巖體中可能經常含有少量的角閃石、黑云母等礦物，該類型礦物在濕熱環境中，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育程度及透水性均很大程度地增加，從而導致巖體內其他礦物的風化。

因此，在深圳這樣的氣候高溫濕潤地區，在長期的水巖化學作用和生物化學作用下，花崗巖的球狀風化作用是非常明顯的。

4 結語

1)盡管目前尚不能對花崗巖球狀風化的成因進行定量的評價，但對于其主要影響因素的研究還是非常重要，有助于孤石發育地區工程規劃的指導。2)地質構造對孤石的發育起著宏觀控制作用。3)花崗巖孤石的微觀試驗研究有助于從礦物成分或其變化角度定量分析風化的過程及對差異風化的影響。4)氣候和地下水條件是孤石區域分布的重要環境條件。

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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