程 棟

（山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000）

礦產(chǎn)資源是社會(huì)發(fā)展重要資源，近年來(lái)，深部礦產(chǎn)開發(fā)已經(jīng)成為礦產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的重要方向，同時(shí)這也極大的推動(dòng)了我國(guó)深孔（特深孔）鉆探的發(fā)展。在深部找礦中，靈活采用先進(jìn)的鉆探設(shè)備與技術(shù)，獲取精確的地質(zhì)數(shù)據(jù)，切實(shí)提高礦產(chǎn)資源開發(fā)效率、質(zhì)量，這也是本文研究的重點(diǎn)所在。

1 深部找礦技術(shù)概述

我國(guó)有著非常豐富的礦產(chǎn)資源，但是就當(dāng)前的礦產(chǎn)資源開發(fā)情況而言，僅有1/3 的礦產(chǎn)資源被探明，地質(zhì)找礦潛力方面潛力巨大。根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，我國(guó)礦山開采深度主要在300m ～500m，只有個(gè)別的礦山在千米左右，如：安徽銅陵冬瓜山銅礦、吉林磐石市石嘴子銅礦、遼寧二道溝金礦等。綜合來(lái)看，我國(guó)深部礦產(chǎn)勘查，主要是指的是開發(fā)深度在600m ～2500m 左右的礦床。

與淺部找礦相比，礦山深部找礦的難度顯著增大，且相關(guān)勘探技術(shù)明顯受到探測(cè)深度、精確度、抗干擾能力等因素影響，以致于無(wú)法準(zhǔn)確把握隱伏資源信息。本文主要以深部鉆探技術(shù)為研究對(duì)象，其是深部找礦的重要驗(yàn)證方法，其應(yīng)用效果直接關(guān)系到深部找礦精確性，加強(qiáng)相關(guān)分析具有重要意義。

2 深部找礦鉆探技術(shù)的運(yùn)用分析

在深部找礦中，鉆探技術(shù)的運(yùn)用必不可少，其是地下信息推斷、解釋的位移驗(yàn)證方法，可圈定礦體、計(jì)算儲(chǔ)量以及評(píng)估品位。隨著現(xiàn)代礦山找礦深度的增加，對(duì)鉆探設(shè)備、工藝方法均提出了更高的要求，現(xiàn)主要就深部找礦鉆探技術(shù)的運(yùn)用展開詳細(xì)分析。

2.1 深部找礦鉆探設(shè)備、器具

對(duì)于深部找礦鉆探工作的開展而言，鉆探設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用，其在一定程度上直接決定了鉆探效率、成本、取心質(zhì)量以及環(huán)保性等等。從相關(guān)找礦實(shí)踐情況分析可知，深部找礦鉆探的成本相對(duì)較高，對(duì)設(shè)備性能、安全可靠性的要求十分高，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地層深孔鉆進(jìn)、連續(xù)取心。

結(jié)合我國(guó)當(dāng)前深部找礦鉆探設(shè)備的研發(fā)情況來(lái)看，以全液壓頂驅(qū)型巖心鉆機(jī)、自動(dòng)化巖心鉆機(jī)等為主，如：鉆進(jìn)深度可達(dá)到2000m 的全液壓頂驅(qū)型鉆機(jī)研發(fā)成功，將為我國(guó)更深處的礦產(chǎn)資源開發(fā)提供可靠的設(shè)備支撐。

2.2 深部找礦鉆探技術(shù)方法

根據(jù)我國(guó)各礦山深部鉆探作業(yè)情況分析可知，其面臨著鉆孔深度大、孔徑大、巖石堅(jiān)硬、鉆孔軌跡控制難度大、壓力大等諸多難題，這也給鉆探技術(shù)的運(yùn)用提出了更高的要求，下面就以下三種深部找礦鉆探技術(shù)方法展開詳細(xì)分析。

（1）按設(shè)計(jì)施工法：按設(shè)計(jì)施工法就是對(duì)地層熟悉，施工經(jīng)驗(yàn)豐富的礦區(qū)，地質(zhì)預(yù)測(cè)與實(shí)際往往相差不大，設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)時(shí)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)有針對(duì)性地選擇結(jié)構(gòu)。這種情況下，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)的鉆孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，套管設(shè)計(jì)在什么位置就下到什么位置，這是最常用的施工方法。

此法要在充分收集附近鉆孔資料的基礎(chǔ)上，保證設(shè)計(jì)的鉆孔結(jié)構(gòu)符合鉆孔質(zhì)量的需要。往往可以最大限度簡(jiǎn)化鉆孔結(jié)構(gòu)、充分發(fā)揮設(shè)備鉆進(jìn)能力和提高生產(chǎn)效率。

（2）探索施工法：探索施工法是指在不能預(yù)測(cè)下部地層復(fù)雜情況的條件下，先采用鉆進(jìn)效率高的鉆進(jìn)方法進(jìn)行探索（取心），再根據(jù)地層復(fù)雜程度進(jìn)行擴(kuò)孔，調(diào)整鉆孔結(jié)構(gòu)。

深部鉆探往往對(duì)下部地層認(rèn)識(shí)不清，而大口徑取心（特別是提鉆取心）鉆進(jìn)效率如果與下一級(jí)口徑的鉆進(jìn)效率差別較大，則可以提前終止大口徑鉆進(jìn)，改用下一級(jí)口徑鉆進(jìn)，如果下一級(jí)口徑施工中遇到復(fù)雜情況，根據(jù)情況鉆穿復(fù)雜地層后提出上一級(jí)口徑套管進(jìn)行擴(kuò)孔至復(fù)雜孔段底板，再重新下入套管。當(dāng)然如果沒有復(fù)雜地層存在，就可以繼續(xù)施工，直至到換下一級(jí)口徑，提高了生產(chǎn)效率。

如：中國(guó)巖金勘查第一深鉆——山東萊州西嶺金礦區(qū)ZK96 - 5孔，鉆探施工項(xiàng)目設(shè)計(jì)孔深4000m，是在該區(qū)域施工的第一個(gè)特深孔，下部地層資料不足，以此使用探索法進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

該鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：①區(qū)內(nèi)地層以超基性巖體為主，相對(duì)較完整。②設(shè)備能力和鉆探成本限制了大口徑施工。③該孔是在該區(qū)域施工的第一個(gè)特深孔，沒有具體的地層資料。鉆進(jìn)中不可預(yù)見的因素較多，地質(zhì)情況可能與地質(zhì)預(yù)測(cè)資料有較大出入。鉆孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)首先充分考慮到地層因素。④為了預(yù)防鉆孔深部地層情況復(fù)雜，為降低終孔口徑的施工難度，H口徑應(yīng)盡力提高鉆進(jìn)深度，不宜小于2000m 孔深。

本工程鉆孔結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 ZK96-5 孔鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

（3）充分施工法：充分施工法是指在設(shè)備能力達(dá)到的情況下，利用大口徑盡可能向下鉆進(jìn)的方法。

對(duì)新施工礦區(qū)，地質(zhì)條件不熟悉，巖石鉆進(jìn)特性、構(gòu)造分布等判斷不清，只能根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)給出的預(yù)測(cè)作為鉆孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)。為了保證下部施工有充分的換徑余地，在對(duì)施工效率和成本影響較?。ㄈ缋K索取心）的前提下，以較大口徑鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)盡量往深處鉆進(jìn)，甚至至終孔。只有在大口徑遇到復(fù)雜的孔內(nèi)狀況難以處理或是鉆具及設(shè)備能力不允許時(shí)，再下入套管換用下一級(jí)口徑。

（4）其他方法（同徑套管、飛管等）：飛管指某一孔徑遇到復(fù)雜地層必須套管隔離，且該孔段長(zhǎng)度較短，而其它孔段完整的情況下，只下入滿足隔離復(fù)雜地層孔段的套管，而不是傳統(tǒng)的自上而下的全孔套管，以節(jié)省套管費(fèi)用。

同徑套管技術(shù)，下入套管后再對(duì)套管進(jìn)行擴(kuò)張，使套管內(nèi)徑滿足同一口徑的鉆頭鉆進(jìn)。這一技術(shù)是深孔鉆進(jìn)中最理想的施工方法，可以最大限度的簡(jiǎn)化鉆孔結(jié)構(gòu)，但還有待于進(jìn)一步研究。

2.3 深部找礦鉆探注意事項(xiàng)

深部地質(zhì)鉆探作業(yè)中，除考慮地質(zhì)條件及鉆孔深度、終孔直徑外，還要充分考慮鉆進(jìn)方法、護(hù)孔措施、設(shè)備情況，合理選擇開孔口徑、換徑次數(shù)與深度、套管程序等，具體注意事項(xiàng)如下：

（1）深孔鉆探中，孔內(nèi)測(cè)井、試驗(yàn)的機(jī)會(huì)較多，因此要充分考慮測(cè)試儀器的外徑與測(cè)試要求選擇鉆孔結(jié)構(gòu)，如果有長(zhǎng)期觀測(cè)儀器，還要考慮儀器在孔內(nèi)的安裝。

（2）深孔鉆探不可預(yù)見的問(wèn)題較多，有時(shí)還需要變更鉆孔深度，按終孔直徑設(shè)計(jì)的鉆孔結(jié)構(gòu)，一旦出現(xiàn)意外就難以彌補(bǔ)。為了給鉆孔下部的施工留有充分的余地，可以增加一級(jí)套管結(jié)構(gòu)，即增大一級(jí)終孔口徑，即使按大一級(jí)的口徑順利終孔，也不會(huì)造成很大浪費(fèi)。

（3）深孔鉆進(jìn)遇地層類型多、地層復(fù)雜、施工難度大、施工周期長(zhǎng)、投資較大等特點(diǎn)，要針對(duì)地層條件制定相應(yīng)的技術(shù)方法和措施，例如對(duì)不適合繩索取心鉆進(jìn)層位，要采取什么鉆進(jìn)方法和措施，對(duì)漏失地層是采用惰性材料堵漏、水泥封孔還是套管隔離等。

3 提高我國(guó)深部找礦鉆探技術(shù)水平的建議

3.1 加大對(duì)鉆探技術(shù)、裝備現(xiàn)代化的支持力度

結(jié)合上文分析可知，深部找礦鉆探技術(shù)的發(fā)展離不開先進(jìn)的、高性能的鉆探設(shè)備的支持，目前，不少新區(qū)、老礦山深部、隱伏區(qū)探礦難度大，開采深度一旦超過(guò)500m，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、探測(cè)儀器分辨率不夠，以致于相關(guān)勘探工作無(wú)法順利進(jìn)行。

結(jié) 合 相 關(guān) 報(bào) 道 與 研 究 可 知，500m ～1000m、1000m ～2000m、2000m 深度以下，見礦范例眾多，因此我國(guó)的礦產(chǎn)資源具有巨大的開發(fā)潛力，關(guān)鍵是在于如何精確勘探、高效開發(fā)利用。為實(shí)現(xiàn)高效、精確的深部鉆探，必須要加強(qiáng)系列深孔、超深孔地質(zhì)巖心鉆機(jī)的研發(fā)與推廣工作，進(jìn)一步關(guān)注大深度軟硬交互、復(fù)雜破碎地層的鉆探工藝研究，切實(shí)保障深部地質(zhì)找礦工作的安全、可靠實(shí)施。

我國(guó)在深部鉆探技術(shù)、裝備研發(fā)方面，應(yīng)重視自主創(chuàng)新工作，靈活運(yùn)用成礦學(xué)、找礦學(xué)、多種勘查技術(shù)方法組合最新成果，重視相關(guān)科研立項(xiàng)工作，并予以足夠經(jīng)費(fèi)支持。

3.2 充分利用地學(xué)信息方法，全面提升礦產(chǎn)勘查水平

基于深部找礦作業(yè)的不斷發(fā)展，鉆孔作業(yè)條件復(fù)雜、效率要求高，相應(yīng)的巖心編錄工作量十分大。近些年，隨著高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展，使用地物光譜儀對(duì)巖心進(jìn)行高光譜分辨率測(cè)量，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)碼的高光譜巖心編錄。

編錄后的巖心高光譜數(shù)據(jù)可進(jìn)行定量遙感解譯，實(shí)現(xiàn)高效、數(shù)字化的地質(zhì)編錄，為礦物識(shí)別/填圖、成礦機(jī)理、成礦規(guī)律研究提供現(xiàn)代化手段。基于此，地學(xué)高校、科研院所應(yīng)加快研發(fā)適應(yīng)鉆探施工現(xiàn)場(chǎng)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地學(xué)信息管理系統(tǒng)、高光譜巖心編錄系統(tǒng)，全面提升我國(guó)深部找礦工作水平。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，近年來(lái)，隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)和使用的不斷加劇，淺層的礦產(chǎn)資源量不斷減少，深部找礦工作成為重要的找礦方向。在開展深部找礦工作過(guò)程當(dāng)中，必須加強(qiáng)對(duì)鉆探設(shè)備、工藝方法的研究，合理利用地質(zhì)理論和先進(jìn)的物化探技術(shù)方法、遙感技術(shù)手段等，切實(shí)提升深部礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用效果。