■ 趙國君

（中國國土資源經(jīng)濟研究院，北京 101149）

近年來，我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化加快推進，使得我國礦產(chǎn)資源供需矛盾日益突出，這對地質(zhì)找礦工作提出了更高的要求?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》明確提出：“實施地質(zhì)找礦戰(zhàn)略工程，加大勘查力度，實現(xiàn)地質(zhì)找礦重大突破，形成一批重要礦產(chǎn)資源的戰(zhàn)略接續(xù)區(qū)，建立起重要礦產(chǎn)資源儲備體系?！眹临Y源部也聯(lián)合國家發(fā)改委、科技部、財政部共同提出了《找礦突破戰(zhàn)略行動綱要（2011-2020年）》，力爭為我國經(jīng)濟平穩(wěn)快速發(fā)展提供有力資源保障和產(chǎn)業(yè)支撐。

地質(zhì)深部鉆探技術(shù)發(fā)展是取得地下實物資料、建立測試通道，驗證地下信息推斷與解釋、最終圈定礦體、計算儲量、評估品位唯一的工程技術(shù)手段，是地質(zhì)勘探及找礦的重要技術(shù)手段。系統(tǒng)梳理我國地質(zhì)深部鉆探技術(shù)發(fā)展歷程及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用情況，對落實找礦突破戰(zhàn)略行動具有現(xiàn)實意義。

1 地質(zhì)巖心鉆探設(shè)備的發(fā)展歷程

國內(nèi)地質(zhì)巖心鉆探設(shè)備的發(fā)展經(jīng)歷了以下五個階段：第一階段為1949年以前,國內(nèi)鉆探機械幾乎全部由國外引進;第二階段是20世紀50年代初,我國大量鉆機都是從蘇聯(lián)引進的在當(dāng)時來看并不先進的手把式鉆機;第三階段為50年代中期，我國開始學(xué)習(xí)國外先進鉆機制造技術(shù),并仿制出一批高質(zhì)量鉆機;第四階段為60年代, 隨著國內(nèi)機械制造業(yè)迅速發(fā)展,我國已經(jīng)開始自行設(shè)計鉆機,如XY（原地礦系統(tǒng)）、YL（原冶金工業(yè)部）、TK（原煤炭工業(yè)部）和HXY（原核工業(yè)部）等系列;第五階段為70年代，我國開始全面推廣金剛石鉆進技術(shù)，促進了我國地質(zhì)巖心鉆機的研制與制造業(yè)的發(fā)展，并于80年代開始基本滿足了國內(nèi)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查的需要，甚至有部分機型還向外出口。

回顧我國鉆機發(fā)展的軌跡我們可以看到從20世紀60年代初期開始我國就進行了液壓傳動鉆機的研制，但由于當(dāng)時生產(chǎn)條件較差，技術(shù)較為落后，國產(chǎn)的液壓元件質(zhì)量未能達到相關(guān)標準，致使我國自主研發(fā)的液壓傳動鉆機未形成產(chǎn)能。改革開放之后，我國相繼從美國、德國等發(fā)達國家引進了多條名牌液壓元件生產(chǎn)線，使國產(chǎn)液壓元件的質(zhì)量有了大幅度提高，這時我國已具備了研究液壓傳動鉆機的良好物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)準備。進入21世紀后，國內(nèi)研究機構(gòu)及生產(chǎn)廠家先后研發(fā)出了全液壓巖心鉆機。主要產(chǎn)品有：勘探所研發(fā)的YDX系列全液壓巖心鉆機、北京天和眾邦勘探技術(shù)有限公司生產(chǎn)的CSD系列全液壓巖心鉆機、山東地礦機械廠研制的XD—5系列全液壓巖心鉆機、張家口中地裝備探礦工程機械有限公司生產(chǎn)的HCDU系列巖心鉆機等。這些國產(chǎn)鉆機均具備了先進鉆機的全液壓化、給進行程長、無級調(diào)速和機械化程度高等優(yōu)點，順應(yīng)國際鉆探設(shè)備的發(fā)展趨勢。

2 常用地質(zhì)深部鉆探技術(shù)

目前我國的礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)利用情況并不樂觀，礦產(chǎn)資源探明程度還未到一半,我國地質(zhì)找礦勘查工作平均深度在400m左右，而相關(guān)業(yè)務(wù)發(fā)達國家的勘查深度平均已達到800m左右。由此可見，我國的地質(zhì)找礦工作還有相當(dāng)大的發(fā)掘潛力，這就要求我們應(yīng)大力發(fā)展深部鉆探技術(shù)。

2.1 高精度定向鉆探技術(shù)

利用地層自然彎曲規(guī)律或造斜工具，使井眼軸線沿設(shè)計軌跡延伸的鉆孔稱之為定向井。通過特殊井下工具、測量儀器和工藝技術(shù)來有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達地下預(yù)定目標，完成定向井鉆進的鉆探工藝技術(shù)稱之為定向鉆探技術(shù)。

定向井基本分類原則是：(1)按設(shè)計井眼軸線形狀可分為二維定向井和三維定向井；(2)按設(shè)計最大井斜角可分為低斜度定向井、中斜度定向井和大斜度定向井；(3)按一個井場或平臺的鉆井?dāng)?shù)可分為單一定向井、雙筒井和叢式井；(4)按鉆井的目的分為救援井、多目標井、繞障井和多底井。

隨著鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，我國目前研發(fā)的定向鉆探新技術(shù)有：(1)超短半徑水平井：井眼從垂直轉(zhuǎn)向水平的井眼曲率半徑為1m-4m的水平井；(2)地質(zhì)導(dǎo)向鉆進技術(shù)：是采用同一套鉆具組合，不起鉆就可完成軌跡的調(diào)整及鉆進任務(wù)。從而提高了鉆井速度、降低鉆井成本的鉆井技術(shù)；(3)電磁隨鉆測量新技術(shù)：在鉆井工程中，隨鉆測量系統(tǒng)一般是采用鉆井液脈沖來傳送測量數(shù)據(jù)的，這種隨鉆測量技術(shù)的優(yōu)點是在液體鉆井液中能夠穩(wěn)定、可靠地工作。缺點是對于氣體及各種充氣鉆井液所產(chǎn)生的鉆井液脈沖信號很弱甚至不能產(chǎn)生有效的脈沖信號，從而導(dǎo)致鉆井液壓力脈沖MWD（隨鉆測量參數(shù)）無法正常工作；(4)定向?qū)泳夹g(shù)：采用定向鉆井技術(shù)和水平鉆井技術(shù)，使地面相距數(shù)百米或數(shù)千米的兩井，在地下數(shù)百米或數(shù)千米的目的礦層直接采用鉆井方法，實現(xiàn)兩井連通。

高精度受控定向鉆探技術(shù)及巖心定向技術(shù)可以打出羽狀鉆孔，所謂羽狀鉆孔是由一個主孔鉆進出多個分支孔。羽狀鉆孔在普通鉆孔難以到達的陡斜礦體等勘探部位和坑道內(nèi)可以發(fā)揮較大的技術(shù)優(yōu)勢，從而產(chǎn)生很大的經(jīng)濟優(yōu)勢。

2.2 反循環(huán)取樣鉆進技術(shù)

壓縮空氣在泵體的推動下經(jīng)過側(cè)入式氣水龍頭進入雙壁鉆桿間的環(huán)狀間隙并向下流動，到達孔底后再通過管中心通道向上流動，同時將所鉆地層樣品及巖屑攜至地表并進入旋流器，樣品在旋流器中與空氣分離，再根據(jù)地質(zhì)工作要求進行不同比例的無分選縮分，最后將所采集樣品按要求編碼分裝后送交化驗室展開分析工作。

反循環(huán)取樣鉆探設(shè)備有：鉆機、反循環(huán)雙壁鉆桿、孔底鉆具、旋流器、分樣機和空壓機。反循環(huán)取樣鉆進技術(shù)具有鉆進效率高、適合穿越復(fù)雜地層、鉆孔質(zhì)量好和鉆進工藝簡單等工藝特點。鉆出樣品具有代表性強、減少對樣品進行后期處理的工作量、反映層位準確、品位代表性好以及地質(zhì)人員可及時掌握地層變化情況的地質(zhì)特點。

高精度受控定向鉆探技術(shù)以及反循環(huán)取樣鉆進技術(shù)作為鉆探工程中的高新技術(shù)以其獨特的技術(shù)特點目前在固體礦產(chǎn)勘查、開采及其相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。高精度受控定向鉆探技術(shù)最大的特點是控制見礦點的精度高, 從而提高了所獲得地質(zhì)資料的準確性和可靠性，適用于嚴重導(dǎo)斜地層。反循環(huán)取樣鉆進技術(shù)改變了傳統(tǒng)的取心和碎巖方式，它與普通取心鉆進相比，不但施工效率高( 施工效率提高3-10倍)，而且成本更為低廉( 成本僅為普通取心鉆進的1/5=1/3)。

3 地質(zhì)深部鉆探技術(shù)實際應(yīng)用

由中國地質(zhì)調(diào)查局主持，中國地質(zhì)科學(xué)院勘查技術(shù)研究所組織實施，中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源所和安徽省地質(zhì)調(diào)查院參與研究，安徽瑞科地礦科技有限公司負責(zé)協(xié)作施工的國家公益性行業(yè)科研專項“深部探測技術(shù)與實驗研究專項”子項目《重要異常的鉆探驗證及金屬垂向分布規(guī)律研究》——廬樅礦集區(qū)重要異常鉆探驗證孔（鉆孔編號zk01）在安徽省廬江縣劉屯進行了實地鉆進研究。所選地廬江縣屬于長江中下游成礦帶及典型礦集區(qū)，對于進行深部地質(zhì)探測研究有著得天獨厚的地質(zhì)優(yōu)勢。截止到目前，ZK-01鉆孔深度達到2012.35m，已經(jīng)完成了2000m的設(shè)計孔深要求，項目已停鉆并進行了小直徑鉆孔測井工作。該項目利用地科院勘探所新研制的YDX-5型全液壓巖心鉆機、深孔繩索取芯鉆桿及相關(guān)裝備及技術(shù)成果，在成礦學(xué)研究關(guān)鍵區(qū)域?qū)嵤?000m深孔巖心鉆探，獲取了大量深部地質(zhì)實物資料及相應(yīng)的井中綜合物探。此項目共開展了三個層次（40-50km，10km，2km）的立體探測和淺表2km以內(nèi)的參數(shù)鉆探實驗，為廬樅礦集區(qū)的成礦理論和探測技術(shù)研究提供了充分的實物資料和物性數(shù)據(jù)。

4 總結(jié)及建議

4.1 應(yīng)大力研發(fā)及推廣現(xiàn)代先進鉆進技術(shù)

定向鉆進技術(shù)是一種先進高效的鉆探方法，不論是固體地質(zhì)勘查方面還是非金屬地質(zhì)勘查方面其都是非常重要的鉆探手段。尤其在一個主孔底部側(cè)鉆出許多分支孔以達到多個地質(zhì)靶點的鉆孔中，定向鉆進技術(shù)作用發(fā)揮明顯，節(jié)省了很大的鉆探工作量。

我國在地質(zhì)鉆探工程中要積極運用定向鉆探技術(shù)，一方面要大力推廣應(yīng)用我國自主研發(fā)的且行之有效的定向鉆進技術(shù)，如舉辦相關(guān)學(xué)習(xí)班、在生產(chǎn)一線做示范等。另一方面要積極與國外同行交流，多了解學(xué)習(xí)國際上先進的定向鉆進技術(shù)方法，把先進的定向鉆探設(shè)備和定向鉆進技術(shù)引進來。

4.2 行業(yè)主管部門應(yīng)加強與相關(guān)地質(zhì)裝備企業(yè)之間的聯(lián)系與合作

中國鉆探裝備生產(chǎn)相關(guān)企業(yè)中，中國地質(zhì)裝備總公司是國內(nèi)最大的地質(zhì)裝備制造企業(yè)，其規(guī)模和制造能力在世界上也是處于領(lǐng)先地位的。但其隸屬于中國機械工業(yè)集團總公司，和行業(yè)行政主管部門無直接關(guān)系，所以相關(guān)行業(yè)行政主管部門應(yīng)加強與中國地質(zhì)裝備總公司聯(lián)系與合作，為地質(zhì)勘探提供更加先進和優(yōu)秀的鉆探技術(shù)裝備。

[1]常印佛,劉湘培,吳吉昌.長江中下游銅礦成礦帶[M].北京:地質(zhì)出版社,1991:124.

[2]劉森峰.深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2010(18):97-98.

[3]張偉.地質(zhì)鉆探技術(shù)發(fā)展有關(guān)問題的思考[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2007(1):1-3.

[4]劉彥,呂慶田,嚴加永,等.廬樅礦集區(qū)結(jié)構(gòu)特征重磁研究及其成礦指示[J].巖石學(xué)報,2012(10):3125-3138.

[5]左汝強.推進鉆探技術(shù)與裝備現(xiàn)代化 加快礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)[J].地質(zhì)裝備,2008(1):11-14.

[6]孟慶鴻.中心取樣鉆探技術(shù)及其應(yīng)用前景[J].西部探礦工程,1997(3):66-67.

[7]冉恒謙,張金昌,謝文衛(wèi),等.地質(zhì)鉆探技術(shù)與應(yīng)用研究[J].地質(zhì)學(xué)報,2011,85(11):1806－1821.

[8]王茂森,殷琨,蔣榮慶.全孔反循環(huán)中心取樣鉆進設(shè)備與試驗研究[J].煤田地質(zhì)與勘探,2000(5):61-62.