宋正剛

（1.貴州省地礦局地球物理地球化學(xué)勘查院，貴州 貴陽 550018；2.貴州省地礦局一〇九地質(zhì)大隊，貴州 貴陽 550018）

巖心定向技術(shù)指采用機械式巖心定向儀確定孔內(nèi)巖心空間產(chǎn)狀的工藝方法。巖心定向機械法有多種，本文主要介紹探礦鉆探采用的巖心定向矛定向技術(shù)，利用重力原理對鉆孔內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行巖心定向，測算出定向巖心地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的原始傾向及傾角，應(yīng)用地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的傾向及傾角在剖面圖中直接繪制。

1 巖心定向使用的機械和工具

1.1 鉆機設(shè)備要求

金剛石鉆進(jìn)繩索取心鉆機，提引器易于拆卸和聯(lián)接巖心定向矛，具有三套管巖心管取心最佳，有較好的巖心保護(hù)作用，并且?guī)r心采取率較高。

1.2 巖心定向工具

巖心定向工具采用巖心定向矛，長度2.5～3 m，直徑是鉆桿直徑的3/5 左右，是實心的金屬圓柱體，頂端是便于拆卸和安裝的聯(lián)接頭，底端是逐漸收小且易于安裝記號筆(或其他刻畫物)的槽孔[1]。加工巖心定向矛，一般的金屬加工店均可加工，材料及加工費在人民幣1000 元左右，如圖1，其他類型的巖心定向器最低在5000 元以上，此款巖心定向矛較經(jīng)濟。

圖1 巖心定向矛示意圖

2 巖心定向矛的原理、適用性

巖心定向矛有一定的重量，是利用巖心定向矛的自然重力，將巖心定向矛沿鉆桿內(nèi)壁緩慢放入孔底刻畫底部的巖石，在鉆桿內(nèi)巖心最低處形成刻畫標(biāo)記。

巖心定向矛適用于以下條件：（1）施工鉆孔必須是斜孔，鉆孔傾角-50°～ -80°；（2）使用巖心定向矛進(jìn)行定向時，不能拔出孔內(nèi)鉆桿使用裸孔定向，只能在鉆桿內(nèi)壁進(jìn)行巖心定向；（3）使用巖心定向矛定向前，必須觀察上一回次底部巖心完整性，最好有一定的層面或其他地質(zhì)結(jié)構(gòu)面。

3 測量基本參數(shù)使用的文具

3.1 制作線性量角器

根據(jù)不同巖心直徑，測算和制作不同巖心大小的線性量角器，注意線性量角器的起始長度與相應(yīng)巖心直徑的圓周長度必須一致。鉆孔直徑為91 mm和75 mm 的塑料線性量角器示意圖如圖2。塑料線性量角器制作簡單，成本極低，一條塑料線性量角器1 元左右，其他類型的配套采集儀最少也要幾十元，采用塑料線性量角器較經(jīng)濟。

圖2 鉆孔直徑Ф91 mm 和Ф75 mm 的線性量角器示意圖

3.2 測量巖心定向的基本參數(shù)

實測巖心定向的參數(shù)很多，下面介紹最重要的幾個基本參數(shù)。

（1）巖心定向參考線。把定向成功的巖心放入固定的V 型槽鋼內(nèi)，然后整理并能連接自然對接好的所有巖心，根據(jù)每回次頂部巖心已刻畫的標(biāo)記，從標(biāo)記點距離巖心邊部最小距離處畫一條平行于巖心軸線的線（一般用紅色線表示），這條線就稱為巖心定向參考線。在每塊巖心的定位參考線上標(biāo)出箭頭（→）方向，箭頭方向代表孔深方向。

（2）巖心軸夾角（α）。即是層理或其他地質(zhì)結(jié)構(gòu)面最大傾角線（橢圓面長軸）與巖心軸線之間的銳角，用量角器直接測量巖心軸夾角。

（3）巖心定向角（β）。是定向成功的巖心，用左手拿住巖心，巖心的孔深方向朝下，右手用線性量角器，以巖心定向參考線作為起點，沿順時針方向圍繞巖心與層理或其他構(gòu)造面最低點之間的夾角。簡易的測量方法是把畫好巖心定向參考線的巖心拿在左手中（箭頭往下），右手使用線性量角器從定位參考線按順時針方向繞至層理或其他地質(zhì)結(jié)構(gòu)面最低處的夾角，這個角度值就是β 值。巖心定向角不一定是銳角，有可能是鈍角，如圖3。

圖3 線性量角器測量巖心定向角示意圖

4 巖心定向作用實例

以貞豐安堡金礦ZKS01 鉆孔部分?jǐn)?shù)據(jù)為例，實測并收集巖心定向的幾個基本參數(shù)，對巖心定向角（β）進(jìn)行原位恢復(fù)，確定巖心定向點的產(chǎn)狀（傾向和傾角），并實際應(yīng)用到剖面圖中畫出視傾角。ZKS01 鉆孔位置，位于A—A′剖面上，剖面方位角是196°，鉆孔地表孔口標(biāo)高711 m，傾角-59°，孔口巖層產(chǎn)狀120 ∠15°。

4.1 巖心定向矛使用過程

ZKS01 鉆孔，孔深132m。（1）鉆機鉆進(jìn)孔深至10m 時起鉆，觀察巖心最底部的扭斷面完整；（2）準(zhǔn)備好巖心定向矛，從鉆桿內(nèi)壁放入巖心定向矛進(jìn)行巖心巖向（刻畫標(biāo)記孔內(nèi)巖心），時間3 分鐘（隨定向測量深度增加，用時逐漸增加）；（3）鉆機繼續(xù)往下鉆進(jìn)孔深13 m 時起鉆（根據(jù)鉆進(jìn)的具體情況確定回次長度），取出巖心放入巖心箱；（4）檢查此回次最頂部的巖心定向成功；（5）定向成功的巖心全部放入準(zhǔn)備好的V 型槽鋼內(nèi)，一一將巖心進(jìn)行錯位對接，畫出巖心定向參考線；（6）測量出10 m 處的巖心軸夾角（α）為74°，巖心定向角（β）為344°。按照上述方法實測20 m、31 m、54 m、70 m、95 m、101 m、103 m、110 m、115 m和125 m 處的巖心定向角（β）和巖心軸夾角（α），見表1。

從使用過程來看，采用巖心定矛進(jìn)行巖心定向，一個回次就能完全定向，容易操作，用時較短。

4.2 巖心定向?qū)崪y的定位參數(shù)及恢復(fù)原始位置參數(shù)

ZKS01 鉆孔巖心定向?qū)崪y的定向參數(shù)有：巖心定向角（β）和巖心軸夾角（α）。

把ZKS01 鉆孔巖心定向角（β）和巖心軸夾角（α）的原始位置恢復(fù)，即是把巖心定向角（β）和巖心軸夾角（α）恢復(fù)到巖心所處的原始位置，換算該鉆孔定位巖心原始的傾向和傾角，見表1。

表1 ZKS01 鉆孔巖心定向角及軸夾角復(fù)位后的傾向和傾角對應(yīng)表

4.3 繪制地質(zhì)剖面圖

如果地質(zhì)剖面圖中的鉆孔沒有進(jìn)行巖心定向，地層和構(gòu)造線只能根據(jù)地表的巖層產(chǎn)狀（傾向）來推測其深部的傾向，深部的地層和構(gòu)造線沒有傾向也只能在剖面圖上畫出真傾角，并且存在多解（上傾或下傾）的問題。

ZKS01 鉆孔進(jìn)行了巖心定向，在A—A′剖面圖中的層理面和斷層面可以根據(jù)恢復(fù)的傾向和傾角，把地層和構(gòu)造線等的傾向和視傾角精準(zhǔn)地在地質(zhì)剖面圖中客觀地繪制出來，如圖4。

圖4 ZKS01 鉆孔巖心定向A—A′地質(zhì)解譯剖面圖

5 鉆探巖心定向的應(yīng)用、進(jìn)程和經(jīng)濟性

從目前情況來看，定向巖心主要有以下幾種用途：確定地下巖礦層產(chǎn)狀，判斷地下結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，了解沉積物移動方向等。巖心定向機械法，其中有代表性的巖心定向器有歐洲的Craelius 巖心定向裝置、美國的Odgers 定向工具、蘇聯(lián)的K-5 巖心定向器[2]。近幾年又發(fā)展了YDX-1 型巖心定向器[3]、化學(xué)膨脹管、推力錐巖心定向器[4]和澳大利亞的巖心定向矛工具[5-6]等。

通過對以上巖心定向器（或工具）對比，巖心定向矛易于加工、成本低、易于操作、用時短、一個回次可定向，巖心定向矛可反復(fù)使用，具有經(jīng)濟性和可操作性，缺點是應(yīng)用于垂直鉆孔進(jìn)行巖心定向效果不好。

6 結(jié)論

對于探礦鉆孔的斜孔，利用巖心定向矛和簡單的工具可以方便、快速地測量定向巖心的定向角（β）和巖心軸夾角（α），然后測算地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的傾向和傾角，應(yīng)用鉆孔內(nèi)定向巖心地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的傾向和傾角準(zhǔn)確地在地質(zhì)剖面圖中客觀地繪制出來，解決了沒有定向鉆孔的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面在剖面圖中存在多解的問題。

使用巖心定向矛進(jìn)行巖心定向，工具易于加工、成本低、易操作、節(jié)約時間、一個回次即可以定向，巖心定向矛可反復(fù)使用，具有經(jīng)濟性和可操作性。小型礦山的鉆探施工（斜孔）建議推廣使用，對于建立礦山地質(zhì)模型具有一定的現(xiàn)實意義。