對地質巖心鉆探在資源勘探上的應用分析

關 舒

（安徽省地勘局第一水文工程地質勘查院，安徽 蚌埠 233000）

地質巖心鉆探技術可借助鉆進機直達地下一定深度獲取礦樣和巖心，對資源勘探具重要影響。實踐中發(fā)現(xiàn)地質巖心鉆探技術可豐富我國資源，改善資源匱乏現(xiàn)狀，推動能源研發(fā)事業(yè)進步。故本文從地質巖心鉆探技術、在地質勘探中的應用兩方面對地質巖心鉆探情況做如下分析。

1 地質巖心鉆探技術

18 世紀中葉人類依靠驅動的巖心鉆機與天然金剛石鉆頭開始了人類資源勘探。直至19 世紀末蒸汽動力開始用于進鉆機當中。20 世紀初，液壓技術及調速變速箱將推動鉆探技術發(fā)展。后經(jīng)百年歷程鉆探技術先后經(jīng)歷了機械傳統(tǒng)、液壓、全液壓及智能化幾個階段，鉆探界亦應實現(xiàn)了螺桿鉆、孔底電鉆、潛孔錘等鉆頭的應用，拓寬了地質巖心鉆探技術領域。目前，地質巖心鉆探技術可分兩類。首先，反循環(huán)連續(xù)取巖心。我國對反循環(huán)取巖心研究甚少，相關案例并不多見。隨礦產資源鉆探日益完善，該技術亦逐步發(fā)展成熟。反循環(huán)鉆探含空氣和水力兩種?？諝夥囱h(huán)可借助雙臂鉆桿外觀輸送空氣直達孔底，后經(jīng)空氣循環(huán)產生沖擊力使空氣對孔底巖石進行撞擊。鉆孔在空氣輸送到地面時可帶出細小巖石。該取心法可降低工作強度，節(jié)省勘察成本，提升工作質量[1]。而水力反循環(huán)時將水貨泥漿輸送為孔底后借助鉆頭獲取巖心。鉆頭返回地面后完成采樣，送至勘測中心檢測。鉆頭取出的巖石具完整性，省時省力，且以水為介質可節(jié)省成本。但該方法耗時相對較長，浪費水資源。其次，繩索取心。繩索取心鉆探技術至今已有大半個世紀之久，為我國地質勘探事業(yè)做出巨大貢獻。該技術可借助打撈工具和巖心管完成取樣，可提升鉆進效率。如出現(xiàn)堵塞等問題可借助打撈工具解決，避免鉆桿與巖心之間摩擦，延長工具使用壽命，保證相應效率。再次，液動潛孔錘技術。液動潛孔錘技術可通過沖洗液驅動液動潛孔棒將能力傳送給鉆頭，實現(xiàn)破巖及取樣。隨鉆頭不斷深入，設備可形成節(jié)奏型沖擊負荷完成鉆探。此技術常規(guī)回轉鉆探的改進成果，在回轉力和沖擊力作用下可實現(xiàn)高硬巖鉆進，減少打孔成本。且該技術亦可實現(xiàn)對堅硬巖石的鉆孔，克服巖石脆性大的特點，適用于復雜地形。該技術亦可用于金屬礦山、化工、石油、水電建材等領域。最后，組合鉆探技術。該技術是指兩項技術或三項技術的結合，可充分發(fā)揮多方技術的優(yōu)點，選擇合理施工技術，降低勞動強度和成本。

2 鉆探技術在地質勘探中的應用

2.1 地質勘探中鉆探技術的重要性、特點、注意事項

地質勘探工作誤差不僅可增加安全事故，亦可影響工程質量。故現(xiàn)代工程建設中需加強對地質勘探的認識，積極引入現(xiàn)代地質慨嘆技術，提高工作質量，為后續(xù)工程奠定基礎。工程地質鉆探技術含四大特點：第一，布置鉆孔。可依照工程具體類型、施工特點、自然條件選擇鉆孔。如民用建筑需按照輪廓線進行布孔，二水壩則需順著壩軸線布孔。第二，除大型水利及隧道外其他工程鉆孔深度不大，多在9m ～11m 之間。第三，鉆孔為查明本地區(qū)的地質結構、地質、水文、地層巖屬性，后進行取樣。第四，工程地質鉆探需對鉆孔結構、鉆進方法、鉆進過程進行觀測編錄。技術施工時應注意以下事項：第一，鉆孔時需結合工程施工量、鉆孔深度科學分析。如：規(guī)模較小的建筑工程算空深度約在10m 左右。第二，鉆孔前需就巖層物質結構進行充分了解后采用鉆探技術取樣。第三，施工時為防止巖芯磨損應依相關規(guī)定操作，不可隨意施工[2]。第四，施工前需對相關工作人員進行技術培訓，落實法律法規(guī)、操作規(guī)章等培訓教育，減少工程進展中人為因素的失誤。

2.2 地質勘探中的具體應用分析

①鉆探技術發(fā)展史。鉆探技術的發(fā)展豐富了我國的礦產資源。自我國成立以來已發(fā)現(xiàn)170 種礦產資源，現(xiàn)已被利用150 余種。采用地質巖心鉆探技術開發(fā)礦產資源具高效性。新成果成立初我國鉆探以引進外國設備，聘請國外專家指導為主。隨后我國愈發(fā)重視科技研究，政府大力投資鉆探工藝，鉆探技術得到迅猛發(fā)展。自20 世紀初以后，我國鉆探技術的應用占國土資源鉆探共計1 億萬平方米。下一個五年計劃落實后我國鉆探工作量繼續(xù)增加。②鉆探技術在環(huán)境考察中的運用。鉆探技術逐漸被用于公益項目及環(huán)境考察之中。例如：開發(fā)松遼盆地時可借助鉆探技術取巖心樣本，檢測當?shù)丨h(huán)境，保證勘測效果。鉆探采用護心、取心等程序獲取巖心巖石樣本進行推算，便利地質災害的預測。后鶴慶等地紛紛效仿該采樣技術，成功率高達95%以上。

③鉆探技術發(fā)展。地質災害可利用先進技術與儀器勘察，為地質災害的檢測、預警提供條件。隨鉆探技術發(fā)展，我國采集技術亦隨之進步，被廣泛用于地質勘測中。如：三峽修建地質勘測應用了滑坡光纖推理檢測及鉆孔傾斜儀，可有效檢測滑坡深部移位。而含水測量儀可保證人們生命財產安全，促城市化建設。④新型非金屬錨索的應用。地質巖心鉆探取巖成功后存在運輸困難、質量大、腐蝕性強等缺點。故我國地質勘探技術研制成功了新型非金屬錨索。新型非金屬錨索的應用有效解決了上述難題，可提升鉆探設備的鉆井速度，利于滑坡帶取樣，使工程更加放心與安全，提高了施工效率。⑤找礦。鉆探技術可助力找礦。20 世紀初我國國土資源部任命九家礦山找礦。其中，大冶鐵礦、遼寧阜新礦業(yè)、云南鶴慶錳礦均成功找到礦藏。鉆探技術可通過反循環(huán)連續(xù)取巖心實現(xiàn)巖心采樣，探索樣本成分并進行預判。該技術幫助大冶鐵礦尋找到一處危機礦山。后經(jīng)大冶鐵礦挖掘，共開發(fā)礦22 個，10 個見礦，深度13000m，鐵礦760 萬t。附近相鄰1500m 左右又發(fā)現(xiàn)礦山。遼寧阜新礦業(yè)危機礦山共有鉆孔9 個，4 個可采到煤炭。

2.3 未來發(fā)展

①國內地質鉆探技術發(fā)展趨勢。第一，設備發(fā)展。我國鉆探鉆頭、鉆機的開發(fā)均已取得一定進展，但大型鉆探設備的開發(fā)亦有提高。我國鉆探設備的升級使我國不同地質結構的鉆探效率得到提升，但實踐中仍存在鉆頭堵塞、鉆探失敗等問題。故未來，我國國內地質鉆探設備需向高功率、短耗時、多樣化方向發(fā)展。第二，技術發(fā)展。隨我國礦產資源需求量增加，地質鉆探亦存在明顯改變。自然環(huán)境惡劣、地質環(huán)境差的巖土、海洋等地方則需要廣泛運用鉆探技術。唯有明確我國地質鉆探技術未來發(fā)展方向方可推動我國地質事業(yè)發(fā)展。未來，我國鉆探技術將朝向精細化作業(yè)、防堵塞方向改進。②鉆探技術發(fā)展目標。第一，近期目標。加強對地下2500m 鉆探技術設備的研發(fā)，提升設備的性能，降低設備耗電量。加強改進陷阱鉆探技術設備，將新時代相應科研成功用于具體勘探中。中期目標。強化地質專業(yè)學生創(chuàng)新能力、學習能力，使地質鉆探設備與鉆探技術發(fā)揮到最佳水平。第三，遠期目標。加快實現(xiàn)鉆探技術的現(xiàn)代化，為未來機器操作節(jié)省人工奠定基礎。亦需落實相關設備的現(xiàn)代化革新，提升勘測及取樣的精準度，減少傳統(tǒng)作業(yè)模式的弊端。

3 結論

綜上所述，地質巖心鉆探可從地下提取樣品勘探資源。地質巖心鉆探技術含反循環(huán)及連環(huán)取心鉆探技術兩種，現(xiàn)多用于礦產資源開發(fā)之中。未來地質鉆探技術的革新將推動資源勘探朝著更加深入的方向發(fā)展，故應立足長遠關注我國地質勘探技術發(fā)展。