梁瀟文，張福龍

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000)

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金屬礦地震勘探鉆孔技術(shù)及應(yīng)用研究論述

梁瀟文，張福龍

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000)

近年來金屬礦地震勘探技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在地勢復(fù)雜的丘陵及山地區(qū)域，在金屬礦地震勘探的過程中最大的難題就是成孔問題。系統(tǒng)地概述了金屬礦常用的鉆孔方法，通過對某金屬礦地震勘探項目的研究，總結(jié)出了一套經(jīng)濟(jì)、便捷、高效的激發(fā)成孔方法，對后期金屬礦地震勘探技術(shù)的發(fā)展具有借鑒意義。

金屬礦勘探；地震方法；鉆孔技術(shù)

隨著地質(zhì)勘探技術(shù)的發(fā)展，我國地質(zhì)勘探深度不再局限在淺層，而趨向于研究深層的隱伏礦，深層金屬礦最常用的勘探方法是地震勘探技術(shù)的應(yīng)用。近年來，常用的地震勘探方法如反射波法、折射波法、地震層析成像法等在尋找深層隱伏礦方面發(fā)揮了巨大的作用[1]。金屬礦地震勘探技術(shù)具有分辨率高、探測結(jié)果精準(zhǔn)可靠的特點，可以彌補(bǔ)電磁法、重力勘探法等在尋找深層隱伏礦方面的不足。

1 工區(qū)概況

工區(qū)位于甘肅省白銀廠礦田，北祁連加里東褶皺系東延部分。礦田中的5個礦床，按礦石組合可分為兩大類型：a塊狀黃鐵礦和含銅黃鐵礦型礦床，即折腰山(大型)、火焰山(中型)；b以銅、鉛、鋅為主的多金屬黃鐵礦床，即小鐵山(大型)、銅廠溝、四個圈(小型)等礦床。

1.1 礦體形態(tài)

礦體形態(tài)多為透鏡狀、扁豆?fàn)睢⑺茖訝?、脈狀等，有的分支復(fù)合。礦體產(chǎn)狀與圍巖基本一致。總走向295(°)～320(°)，傾向南西，傾角50(°)～70(°)。礦田共有600多條礦體。其中，折腰山礦區(qū)共有231條礦體，塊狀礦石礦體長400 m，厚50～80 m，延深150～200 m，浸染狀礦體數(shù)十米至1 300 m，斜深大于600 m；火焰山礦區(qū)共有221條礦體，塊狀礦石礦體長450 m，厚17～70 m，斜深200 m；小鐵山礦區(qū)共有12條礦體，長100～1 000 m，厚0.8～5.9 m，斜深50～530 m。

1.2 地震地質(zhì)條件

出露地層以下古生界海底火山噴發(fā)沉積和海相碎屑巖為主。礦床賦存在中寒武統(tǒng)富鈉質(zhì)海底火山噴發(fā)細(xì)碧角斑巖中，其中夾有千枚巖、硅質(zhì)巖、大理巖及各類火山角礫巖和集塊巖。礦田為一復(fù)式背斜構(gòu)造。各礦區(qū)均位于以石英角斑巖、石英角斑凝灰?guī)r為核心的短軸背斜構(gòu)造內(nèi)。礦體與中粒石英角斑凝灰?guī)r關(guān)系密切，與地層大致呈整合產(chǎn)出，明顯受層位控制。

2 常見鉆孔方法分析

1) 洛陽鏟法。因為作為挖掘探洞、采集探土之用，故而鏟身是半圓筒形，類似于瓦筒狀。其外形另一半可以逐段接長，其為一半圓柱型鐵鏟，在黃土地、泥沙地、沙質(zhì)灘涂地、垃圾灰田土混合層等使用，一人即可完成，利用鐵鏟入土后的擠壓張力將土帶出地面，成孔深度一般在1～20 m之間，成孔效率低。

2) 人工手搖水鉆法。在平原黃土區(qū)，且水源比較豐富的情況下可采用此方法。其鉆頭為齒狀，采用的動力系統(tǒng)主要依靠人力鉆進(jìn)，一般3人可完成。鉆孔深度3～30 m左右，成孔效率較高，一般 10～15 m的深度，15 min 即可完成。目前該方法在地震勘探鉆孔方法中應(yīng)用最廣泛。

3) 挖坑法。在地表條件比較復(fù)雜的情況下，一般鉆孔機(jī)械無法使用時多采用此方法，由2～3人配合完成，成孔深一般為1～2 m，需埋孔激發(fā)。該方法雖然成本低但成孔效率太低，最終爆破成孔時也不安全，因此激發(fā)效果較差。

4) 沖擊鉆法 。當(dāng)遇到地層中含有卵石層等特殊地質(zhì)時，一般會采用機(jī)械夯鉆的方法，即利用鉆頭的沖擊力將遇到的堅硬巖石擊碎或者擠壓到孔壁以外，等鉆到設(shè)計深度后將炸藥沿套管放到井底，同時采用悶井法，反方向敲擊套管將其取出。此法由3～4人配合完成，此成孔方法成本較高，成孔深度2～5 m，成孔質(zhì)量好。

5) 風(fēng)鉆法。當(dāng)遇到復(fù)雜山區(qū)，基巖出露的區(qū)域，該方法應(yīng)用較為普遍。風(fēng)鉆主要由風(fēng)管、空壓機(jī)、風(fēng)鉆組成，通過沖擊摩擦將巖石破碎成粉末，同時借助風(fēng)力將粉末吹走。通常由2～4人配合完成，其主要由空壓機(jī)、風(fēng)鉆、風(fēng)管等組成，主要使用在巖石出露區(qū)[2]。借助沖擊旋轉(zhuǎn)摩擦把巖石振碎成粉末，同時用風(fēng)把粉末吹走，每鉆進(jìn) 1 m，需要重新?lián)Q取鉆桿，風(fēng)鉆成孔較淺，成孔速度慢，且不能在夾有土層的地層和含水的土層中成孔。

6) 特種鉆機(jī)法。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件為河灘礫石或者山地礫石夾層時多采用該方法，特種鉆機(jī)鉆頭為金剛石，由車載柴油機(jī)驅(qū)動，鉆深可達(dá)到20～60 m左右，一般由4人配合完成，該方法可應(yīng)用于礫石夾層地質(zhì)和鉆探要求較深的情況下[3]。

7) 三輪車鉆法(奔馬鉆)。適用于潛水位較深，有較厚的黃土層或紅粘土以及含有薄姜石地層的平原區(qū)、丘陵區(qū)，成孔深度可達(dá)50 m。

8) 小型鑿巖機(jī)(摩托鉆)。用于地形復(fù)雜，其他鉆機(jī)到達(dá)不了的基巖出露區(qū)，成孔深度2 m左右，成孔效率低。

9) 汽車鉆法。適用于黃土覆蓋區(qū)域，成孔深度30～50 m，油田勘探中應(yīng)用較為廣泛，成本高但成孔質(zhì)量好，激發(fā)孔位可打到潛水層以下，但該方法不適用于地形復(fù)雜的山區(qū)。

3 鉆孔方法的選取

通過在白銀金屬礦地震勘探項目的實施，我們對現(xiàn)有的機(jī)具進(jìn)行研究和改進(jìn)，并對各種鉆孔機(jī)具進(jìn)行了組合使用。

本次根據(jù)工地的現(xiàn)場情況，有沖積粘紅土區(qū)、薄黃土覆蓋區(qū)、基巖出露區(qū)，考慮到成本和鉆孔效率,我們選用了洛陽鏟、風(fēng)鉆、人工手搖水鉆3種鉆具相結(jié)合的辦法。其中分別在沖積粘紅土區(qū)使用人工手搖水鉆，能快速鉆進(jìn)到合適的激發(fā)層位，該成孔方法成本較低、效率高;在薄黃土覆蓋區(qū)施工時，需要洛陽鏟和風(fēng)鉆配合施工，淺層的3 m深度大部分為黃土層，采用洛陽鏟施工 ，后面2～3 m深度一般為巖石，選擇風(fēng)鉆施工；在基巖出露區(qū)，首先選用了風(fēng)鉆鉆進(jìn)，需鉆進(jìn)到4 m深度，效率相對較低。當(dāng)遇到地質(zhì)條件復(fù)雜的土層，如淺層含鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)的黃土層，一般的洛陽鏟無法鉆進(jìn)時，經(jīng)過多次研究，最終決定選擇合金洛陽鏟鏟頭，合金鏟頭硬度大幅度提高，它可以有效擊碎含鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)的黃土層，最終有效的完成鉆孔問題。

4 結(jié) 論

通過金屬礦地震勘探鉆孔技術(shù)的實踐和研究，不斷的總結(jié)和更新成孔方法，總結(jié)其規(guī)律，通過現(xiàn)場實踐摸索出一套經(jīng)濟(jì)適用的金屬礦地震勘探的鉆孔方法，有效地提高了鉆孔質(zhì)量，最終使地震勘探采集工作質(zhì)量得到了顯著的提高。

1) 由于金屬礦地震勘探地質(zhì)條件的復(fù)雜性，我們不能通過單一的方法來確定鉆孔方法，而是要綜合現(xiàn)場地質(zhì)條件來選擇鉆孔的方法，對不同的地質(zhì)采取各種鉆孔方法有效的結(jié)合，才能做到經(jīng)濟(jì)快捷。

2) 在巖石層地質(zhì)條件比較復(fù)雜的情況下，我們要做到靈機(jī)應(yīng)變，通過置換成合金洛陽鏟鉆頭進(jìn)行施工，成功解決了含鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)黃土層地質(zhì)的鉆孔難題，形成了一套適合復(fù)雜山區(qū)的鉆孔方案。

[1] 徐明才, 高景華, 柴銘濤, 等. 金屬礦地震勘查方法技術(shù)[J]. 有色金屬礦產(chǎn)與勘查, 1997, 6(4): 232-237.

[2] 柴銘濤. 金屬礦地震數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)研究[D]. 北京: 中國地質(zhì)大學(xué), 2010.

[3] 馬東洲, 陳高. 地震勘探中的鉆井成井方法[J]. 工程地球物理學(xué)報, 2009, 6(4): 485-489.

A Research of Seismic Exploration and Drilling Technology

LIANG Xiaowen, ZHANG Fulong

(ShaanxiRailwayInstitute,Weinan,Shanxi714000,China)

In recent years, the technology of seismic exploration for metallic deposits has been widely used in hills and mountainous with the complex terrain. In the process of seismic exploration for metallic deposits, the biggest problem is drilling. This paper systematically describes the drilling method commonly used in metallic deposits, as finds out an economic, convenient and efficient method.Through the research on the project of seismic exploration for metallic deposits, we have got the reference values for the later development of the technology of seismic exploration for metallic deposits.

Exploration of metallic deposits; Seismic method; Drilling technology

2016-10-08

梁瀟文(1986-)，女，甘肅定西人，助教，研究方向：地基與基礎(chǔ)；手機(jī)：15706092100；E-mail：510393233@qq.com.

P618 .2;P631 .4

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.042