淺鉆找礦技術在祁漫塔格成礦帶的應用研究

譚春亮，宋殿蘭，苗國文，林廣利，田　滔

（1.北京探礦工程研究所，北京100083；2.青海省第五地質礦產勘查院，青海西寧810028）

淺鉆找礦技術在祁漫塔格成礦帶的應用研究

譚春亮*1，宋殿蘭1，苗國文2，林廣利1，田滔2

（1.北京探礦工程研究所，北京100083；2.青海省第五地質礦產勘查院，青海西寧810028）

淺層鉆探技術作為一種有效的礦產勘查技術手段，匹配不同的淺鉆設備與取樣工藝，可服務于礦產勘查的預查、普查、詳查、勘探等不同階段，實現追索、驗證和圈定礦體。通過對祁漫塔格成礦帶淺鉆找礦的應用研究，初步解決了我國西部高原荒漠覆蓋區淺層鉆探取樣的難題，形成了高海拔淺層鉆探技術方法系列，可適用于多種特殊景觀地層，為地質調查和礦產資源勘查提供技術支撐。

淺層鉆探技術；淺鉆設備；取樣工藝；化探取樣；以鉆代槽

1　概述

淺覆蓋區礦產勘查技術方法一直以來都是國內外關注與研究的熱點，在以金為主的多金屬勘探過程中，通常采用槽探工程對物探、化探以及遙感等方法圈定的異常進行地表揭露、驗證；若發現蝕變地質體、礦（化）體，則按照一定的勘探網度垂直礦（化）體走向，進行地表控制，為后續的深部鉆探控制及礦產資源儲量估算提供準確信息和數據。但是，隨著礦產勘查向尋找深部礦、隱伏礦的轉向，槽（井）探的應用范圍日趨狹小，加之槽（井）探自身的局限性（深度淺、破壞大），已經無法滿足新的發展需求；同時，淺層取樣鉆探技術快速的發展，日臻完善的淺層鉆探設備與工藝有望徹底改變槽探、井探和人工挖掘等破壞生態的傳統地質取樣方法。充分發揮淺鉆的高效、環保優勢，逐步替代槽（井）探是覆蓋區找礦的發展方向。

2　淺覆蓋的結構組成與類型分布

（1）中國淺覆蓋區類型與分布。中國淺覆蓋區（shallow overburden area）約占覆蓋區（第四系）面積的1/3，（100～150）×104km2，其深度一般在2～100m之間，包含在不同的地質景觀區中【1】。主要特點：①山緣、盆嶺過渡帶等大面積淺覆蓋區覆蓋物較為單一，以沖洪積、風積為主；②局部淺覆蓋分布區表現為：高地頂部基巖裸露與半裸露，山腰覆蓋厚度增大至1～2m，山腳至谷地覆蓋厚度大于3m，部分地段大于10m；③在丘陵區，基巖出露與淺覆蓋區相間或交錯分布。典型淺覆蓋類型分布包括：以砂礫石為主體的西北部干旱戈壁荒漠區，以風成沙為主的北部干旱半干旱草原區，以淤泥砂質粘土為主的廣泛分布的江河湖海泛濫沖洪積平原，西部高寒凍土山麓塌積區和風積黃土覆蓋區以及南方風化殼殘積紅土覆蓋區等，多是斷裂帶發育、地質構造復雜，成礦、控礦地質條件有利地區。

（2）祁漫塔格成礦帶淺覆蓋區主要特點。青海祁漫塔格地處青藏高原東北部的柴達木盆地西南緣、東昆侖復合造山帶的西段，是中國新的十大礦產資源勘查開發接替基地之一［2］，也是青海省重要的鐵、銅多金屬礦產基地之一，設有中國首批找礦突破戰略行動整裝勘查區。覆蓋區主要特點：①覆蓋層厚（大于30m），傳統的化探取樣方法只能停留在地表，通過簡單的機械工具（如洛陽鏟）完成對基巖地質特征了解的難度增大；②西部景觀條件復雜，高寒凍土，增加了地區工作難度，槽（井）探、常規的地質鉆探設備的適應性、有效性變弱；③地處三江源頭（生態環保），地表挖掘，野蠻勘探等傳統作業方式越來越不適應新的發展模式。淺層鉆探技術旨在解決難進入地區、淺覆蓋復雜地層勘查取樣的難題，改變傳統地質取樣方法現狀。

3　祁漫塔格成礦帶淺鉆技術研究

（1）淺鉆設備研究。祁漫塔格成礦帶地處西部高原區，主要景觀可大致劃分為2大類型：荒漠戈壁景觀區與高寒高山景觀區：

①荒漠戈壁區：覆蓋層厚度多在30m以上，按照1∶25萬化探采樣密度要求（1～2孔/4km2）區域工作廣，任務量大，交通狀況較好，適合機動設備開展工作；

②高寒高山景觀區：多為基巖半裸露地區，覆蓋厚度多小于3m，交通狀況差，適合輕便鉆機開展工作。

通過在祁漫塔格成礦帶不同景觀條件下不同覆蓋層開展的淺鉆取樣技術試驗，形成了適用于地區特點的淺層鉆探設備及工藝系列。見表1。

表1　淺層鉆探設備及工藝系列

機動式以機械化、自動化與通行能力為主要控制指標；輕便式則主要考慮便攜、輕質等因素。見圖1、圖2。

圖1　機動淺層鉆機

圖2　輕便淺層鉆機

結合高原區工作特殊性，在設備動力、材料、結構形式等方面進行改進。

①設備動力是保證高海拔地區正常工作的首要條件。資料顯示，海拔高度每升高1000m，溫度下降5℃，內燃機功率和扭矩相對于平原地區性能指標下降8%～12%［3］。一方面為動力機安裝進氣增壓并帶中冷的高原功率型增壓器，增效；另一方面采用輕質合金鉆桿鉆具，降低功率消耗；

②通行能力是保障機動淺鉆高效的重要因素。采用六驅底盤裝載，鉆機取力于底盤動力，完成全液壓控制，自動加減鉆桿、給進提升等操作；

③便捷性是輕便鉆機的核心優勢。選用輕質合金材料，控制最大部件小于30kg，分體部件之間由快速接頭、銷釘連接，20min內可完成現場拆裝。

（2）淺鉆工藝研究。西部多為地表無水、地下淺部漏水的地層，若采用泥漿循環鉆進，僅供水的費用將占總施工費用的1/3；相比之下，空氣作為無處不在的特殊介質，為人類在缺水地區實施鉆探活動提供了物質保障，因此，推廣以空氣作為循環介質的取樣取芯并舉的組合鉆探方法將是加快西部勘探周期、降低成本最有效手段［5］。

①正循環取樣（取芯）鉆進技術：普通鉆桿+潛孔錘（合金鉆頭）；

②空氣反循環連續取樣（取芯）鉆探技術：雙壁鉆桿+貫通式潛孔錘（合金鉆頭）；

③跟管鉆進技術：偏心潛孔錘+雙層鉆桿；

④空氣泡沫鉆進技術：解決漏失地層，用水困難地區的鉆進難題。

其它一些有效的措施：

①為提升高原鉆探能力，減少勞動強度，研制了直徑范圍?25mm～?89mm的系列輕質合金鉆桿；

②為提高鉆進效率，研發并推廣了小口徑（S46）繩索取芯鉆具；

③遇到凍土層時，加大繩索取芯鉆頭與擴孔器的外徑，來加大鉆桿與孔壁的環狀間隙，保證沖洗液良好的流動性能，達到一定的防凍效果，同時降低縮徑卡鉆事故發生的幾率。

（3）淺層找礦勘查技術應用研究。

①淺鉆化探可實現淺覆蓋區地質地球化學立體填圖。在淺覆蓋區通過淺鉆地球化學測量，實現自地表至基巖的連續或分層取樣，可在填圖區域內建立垂直分層地質柱狀剖面，揭露具完整、代表性的覆蓋沉積結構層的垂向沉積序列。實現對原生地質環境和外來覆蓋物沉積環境不同分層界面的地質地球化學測量。對基巖樣品巖性的識別可以實現被掩埋地質體的追索、復原、對不同覆蓋結構層的地球化學測量，掌握不同沉積單元的地球化學分布規律。

②以淺層鉆探部分替代槽探。通過在已知探槽應用淺鉆進行化探取樣的試驗研究，達到了準確定位刻槽取樣部位、主成礦元素最高含量與刻槽樣高值點相對應的目的。從資源勘探角度看，最終確定礦體大小、規模及儲量的方式通過鉆探來完成，那么應用以鉆代槽勘查技術方法進行先期先驗式的勘探以確定深部是否存在礦體，在理論上是可行的，實際應用效果也是很突出的。

4　淺鉆技術方法應用效果

北京探礦工程研究所與青海省屬地勘單位緊密結合，積極推動淺層鉆探技術應用于青海祁漫塔格成礦帶淺覆蓋區的找礦工作，通過應用示范，總結出了一套有效的鉆進工藝方法，為該區的找礦突破提供了技術支撐，也為該區今后科學部署礦產勘查工作起到積極的指導作用。在此，以淺鉆孔QSQZ1與槽探QSTC1的對比為例說明淺鉆應用效果。探槽QSTC1與淺鉆QSQZ1對比見圖3。淺鉆QSQZ1與槽探QSTC1樣品分析見表2。

圖3　探槽QSTC1與淺鉆QSQZ1對比圖（比例尺1：100）

表2　淺鉆QSQZ1與槽探QSTC1樣品分析結果

通過淺鉆樣品分析結果看，地表發現的礦化體及礦化線索在深部有明顯的異常顯示且對應性較好，異常元素組合一致，說明在其深部可能存在更大規模的礦化體。

5　淺鉆找礦仍需解決的問題

淺鉆找礦作為一個新的研究課題，在祁漫塔格成礦帶推廣應用之中仍需不斷完善，與物探、化探等技術方法融合統一，完善提高：

（1）需要進一步加強對采樣部位識別、采樣方法、采樣介質和采樣密度等方法技術的研究，形成一套適合祁漫塔格淺覆蓋區的淺鉆勘查方法技術系列［10］；

（2）作為一種新型的勘查技術手段，缺乏有效的工作模式與生產單位緊密結合，更好的發揮作用，以提供技術支撐；

（3）缺乏相關的技術規范，對于巖屑（塊狀）樣品是否能夠滿足化探，地質等工作的需求，缺乏行業標準；

（4）西部高海拔覆蓋區地質條件復雜，地層破碎，易坍塌，且存在凍土等特殊地層，需要進一步完善淺鉆工藝，研制新型取樣器具。

6　結論

淺鉆找礦作為一種新型礦產勘查技術手段，匹配設備與工藝，可服務于礦產勘查的預查、普查、詳查、勘探等不同階段，實現控制基巖巖性和地質界線，追索和圈定礦體，查明礦體形態，以及進行化學分析采樣，揭露表土層厚度等。

（1）基于生態保護的前提下，淺鉆技術的快速發展，適應了礦產勘查新的發展要求，可以有效的節約占地，減少破壞，更加環保與安全；

（2）通過在祁漫塔格地區已知探槽應用淺鉆進行化探取樣的試驗研究，證明淺鉆作為一種勘探技術手段可以進行前期先驗性的勘探以確定深部是否存在礦體，充分發揮淺鉆的高效、環保、低成本的優勢找礦；

（3）淺層鉆探技術可以解決西部地區大小河谷周邊覆蓋區物化探異常和區域成礦有利地段的勘探，這些地區找礦潛力大，利用淺鉆可快速實現異常查證，定位查明礦化體；

（4）初步形成了適用于預查、普查的空氣鉆進取樣技術，適用于詳查、勘探的取芯技術，適用于三維地質填圖的原位取樣技術等淺覆蓋鉆探技術系列；

（5）淺層鉆探技術還需要提高取樣質量、降低成本，依據地質目的創新取樣器具，進行匹配、組合。

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Application Research of Shallow Drilling Technology in Qimantage Metallogenic Belt

TAN Chun-liang1，SONG Dian-lan1，MIAO Guo-wen2，LIN Guang-li1，TIAN Tao2
（1.Beijing Institute of Exploration Engineering，Beijing 100083，China；2.NO.5 Geological and Mineral Survey Institute of Qinghai Province Xining Qinghai 810028，China）

As an effective mineral exploration technique，shallow drilling technology，when matched with different shallow drilling processes，can service in different stages of mineral exploration，such as reconnaissance，general survey，general exploration and exploration，and can realize exploration，verification and delineation of ore body.Through the application research of the shallow drilling technology in Qimantage metallogenic belt，the paper preliminarily solves the problems of sampling drilling technology in special landscape areas of western China，and forms the high altitude shallow drilling technology series，which can be suitable for special landscape areas.The paper also provides technical support for geological survey and mineral exploration.

shallow drilling technology；shallow drilling equipments；sampling technology；geochemical exploration sampling；drilling instead of trenching

P634

A

1004-5716（2016）09-0027-04

2015-11-02

2015-11-20

中國地質調查局項目“青海祁漫塔格成礦帶金屬礦地質礦產調查”（12120113031900）。

譚春亮（1979-），男（漢族），山東德州人，高級工程師，現從事淺層鉆探設備、鉆探技術的研究與應用工作。