深部找礦鉆探技術及其應用分析

程 棟

（山東省第五地質礦產勘查院，山東 泰安 271000）

礦產資源是社會發展重要資源，近年來，深部礦產開發已經成為礦產企業發展的重要方向，同時這也極大的推動了我國深孔（特深孔）鉆探的發展。在深部找礦中，靈活采用先進的鉆探設備與技術，獲取精確的地質數據，切實提高礦產資源開發效率、質量，這也是本文研究的重點所在。

1 深部找礦技術概述

我國有著非常豐富的礦產資源，但是就當前的礦產資源開發情況而言，僅有1/3 的礦產資源被探明，地質找礦潛力方面潛力巨大。根據相關調查顯示，我國礦山開采深度主要在300m ～500m，只有個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。綜合來看，我國深部礦產勘查，主要是指的是開發深度在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，且相關勘探技術明顯受到探測深度、精確度、抗干擾能力等因素影響，以致于無法準確把握隱伏資源信息。本文主要以深部鉆探技術為研究對象，其是深部找礦的重要驗證方法，其應用效果直接關系到深部找礦精確性，加強相關分析具有重要意義。

2 深部找礦鉆探技術的運用分析

在深部找礦中，鉆探技術的運用必不可少，其是地下信息推斷、解釋的位移驗證方法，可圈定礦體、計算儲量以及評估品位。隨著現代礦山找礦深度的增加，對鉆探設備、工藝方法均提出了更高的要求，現主要就深部找礦鉆探技術的運用展開詳細分析。

2.1 深部找礦鉆探設備、器具

對于深部找礦鉆探工作的開展而言，鉆探設備的研發與應用發揮著十分關鍵的作用，其在一定程度上直接決定了鉆探效率、成本、取心質量以及環保性等等。從相關找礦實踐情況分析可知，深部找礦鉆探的成本相對較高，對設備性能、安全可靠性的要求十分高，實現復雜地層深孔鉆進、連續取心。

結合我國當前深部找礦鉆探設備的研發情況來看，以全液壓頂驅型巖心鉆機、自動化巖心鉆機等為主，如：鉆進深度可達到2000m 的全液壓頂驅型鉆機研發成功，將為我國更深處的礦產資源開發提供可靠的設備支撐。

2.2 深部找礦鉆探技術方法

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

（1）按設計施工法：按設計施工法就是對地層熟悉，施工經驗豐富的礦區，地質預測與實際往往相差不大，設計鉆孔結構時可根據經驗有針對性地選擇結構。這種情況下，就可以根據設計的鉆孔結構進行施工，套管設計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上，保證設計的鉆孔結構符合鉆孔質量的需要。往往可以最大限度簡化鉆孔結構、充分發揮設備鉆進能力和提高生產效率。

（2）探索施工法：探索施工法是指在不能預測下部地層復雜情況的條件下，先采用鉆進效率高的鉆進方法進行探索（取心），再根據地層復雜程度進行擴孔，調整鉆孔結構。

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

如：中國巖金勘查第一深鉆——山東萊州西嶺金礦區ZK96 - 5孔，鉆探施工項目設計孔深4000m，是在該區域施工的第一個特深孔，下部地層資料不足，以此使用探索法進行設計和施工。

該鉆孔結構設計時主要考慮以下幾點：①區內地層以超基性巖體為主，相對較完整。②設備能力和鉆探成本限制了大口徑施工。③該孔是在該區域施工的第一個特深孔，沒有具體的地層資料。鉆進中不可預見的因素較多，地質情況可能與地質預測資料有較大出入。鉆孔結構的設計應首先充分考慮到地層因素。④為了預防鉆孔深部地層情況復雜，為降低終孔口徑的施工難度，H口徑應盡力提高鉆進深度，不宜小于2000m 孔深。

本工程鉆孔結構如圖1 所示。

圖1 ZK96-5 孔鉆孔結構示意圖

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

對新施工礦區，地質條件不熟悉，巖石鉆進特性、構造分布等判斷不清，只能根據地質設計給出的預測作為鉆孔結構的設計依據。為了保證下部施工有充分的換徑余地，在對施工效率和成本影響較小（如繩索取心）的前提下，以較大口徑鉆進時應盡量往深處鉆進，甚至至終孔。只有在大口徑遇到復雜的孔內狀況難以處理或是鉆具及設備能力不允許時，再下入套管換用下一級口徑。

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

同徑套管技術，下入套管后再對套管進行擴張，使套管內徑滿足同一口徑的鉆頭鉆進。這一技術是深孔鉆進中最理想的施工方法，可以最大限度的簡化鉆孔結構，但還有待于進一步研究。

2.3 深部找礦鉆探注意事項

深部地質鉆探作業中，除考慮地質條件及鉆孔深度、終孔直徑外，還要充分考慮鉆進方法、護孔措施、設備情況，合理選擇開孔口徑、換徑次數與深度、套管程序等，具體注意事項如下：

（1）深孔鉆探中，孔內測井、試驗的機會較多，因此要充分考慮測試儀器的外徑與測試要求選擇鉆孔結構，如果有長期觀測儀器，還要考慮儀器在孔內的安裝。

（2）深孔鉆探不可預見的問題較多，有時還需要變更鉆孔深度，按終孔直徑設計的鉆孔結構，一旦出現意外就難以彌補。為了給鉆孔下部的施工留有充分的余地，可以增加一級套管結構，即增大一級終孔口徑，即使按大一級的口徑順利終孔，也不會造成很大浪費。

（3）深孔鉆進遇地層類型多、地層復雜、施工難度大、施工周期長、投資較大等特點，要針對地層條件制定相應的技術方法和措施，例如對不適合繩索取心鉆進層位，要采取什么鉆進方法和措施，對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 提高我國深部找礦鉆探技術水平的建議

3.1 加大對鉆探技術、裝備現代化的支持力度

結合上文分析可知，深部找礦鉆探技術的發展離不開先進的、高性能的鉆探設備的支持，目前，不少新區、老礦山深部、隱伏區探礦難度大，開采深度一旦超過500m，地質構造復雜、探測儀器分辨率不夠，以致于相關勘探工作無法順利進行。

結 合 相 關 報 道 與 研 究 可 知，500m ～1000m、1000m ～2000m、2000m 深度以下，見礦范例眾多，因此我國的礦產資源具有巨大的開發潛力，關鍵是在于如何精確勘探、高效開發利用。為實現高效、精確的深部鉆探，必須要加強系列深孔、超深孔地質巖心鉆機的研發與推廣工作，進一步關注大深度軟硬交互、復雜破碎地層的鉆探工藝研究，切實保障深部地質找礦工作的安全、可靠實施。

我國在深部鉆探技術、裝備研發方面，應重視自主創新工作，靈活運用成礦學、找礦學、多種勘查技術方法組合最新成果，重視相關科研立項工作，并予以足夠經費支持。

3.2 充分利用地學信息方法，全面提升礦產勘查水平

基于深部找礦作業的不斷發展，鉆孔作業條件復雜、效率要求高，相應的巖心編錄工作量十分大。近些年，隨著高光譜遙感技術的發展，使用地物光譜儀對巖心進行高光譜分辨率測量，實現基于數碼的高光譜巖心編錄。

編錄后的巖心高光譜數據可進行定量遙感解譯，實現高效、數字化的地質編錄，為礦物識別/填圖、成礦機理、成礦規律研究提供現代化手段。基于此，地學高校、科研院所應加快研發適應鉆探施工現場的具有自主知識產權的地學信息管理系統、高光譜巖心編錄系統，全面提升我國深部找礦工作水平。

4 結語

綜上所述，近年來，隨著礦產資源開發和使用的不斷加劇，淺層的礦產資源量不斷減少，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程當中，必須加強對鉆探設備、工藝方法的研究，合理利用地質理論和先進的物化探技術方法、遙感技術手段等，切實提升深部礦產資源的開發和利用效果。