楊漢水， 蘇興濤， 盧 猛

(1.黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，黑龍江 哈爾濱150036； 2.中國地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉，湖北 武漢 430074； 3.北京探礦工程研究所，北京100083)

輕便淺層取樣機具在大興安嶺森林植被覆蓋區(qū)化探樣品采集中的應(yīng)用研究

楊漢水1,2， 蘇興濤3， 盧 猛3

(1.黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，黑龍江 哈爾濱150036； 2.中國地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉，湖北 武漢 430074； 3.北京探礦工程研究所，北京100083)

地球化學(xué)樣品采集方法對覆蓋區(qū)化探工作意義重大。受廣泛存在的覆蓋層影響，大興安嶺地區(qū)開展常規(guī)化探工作難以達到理想效果。為此開展了在大興安嶺地區(qū)利用輕便淺層取樣機具進行地球化學(xué)樣品采集的研究工作，得出了利用淺層取樣機具采集化探樣品可以廣泛應(yīng)用于物化探異常查證，礦化體追蹤，數(shù)字填圖等地質(zhì)工作的結(jié)論。同時，該方法對生態(tài)文明建設(shè)起到積極且重要的作用。

輕便淺層取樣機具；TGQ系列鉆機；化探樣品采集；大興安嶺；森林植被覆蓋區(qū)

0 引言

大興安嶺森林沼澤植被淺覆蓋區(qū)處于高緯度地區(qū),天氣嚴(yán)寒,無霜期短。此外受到防火期控制的限制,可以開展野外地質(zhì)工作的只有6月15日-9月15日短短的3個月時間[2]。受到覆蓋層的影響，地質(zhì)勘查工作的進度更為緩慢[3]。面積大、厚度深的腐殖質(zhì)覆蓋層使得長期以來只能依靠地表撿到的轉(zhuǎn)石以及槽探揭露來完成地質(zhì)勘查和樣品采集工作[4]。在厚度達幾米甚至幾十米的淺覆蓋區(qū)采用傳統(tǒng)的化探取樣只能停留在地表，通過簡單的機械工具(如洛陽鏟)完成對目的層取樣的難度增大[5]。近年來“生態(tài)文明建設(shè)”越來越受到關(guān)注,生態(tài)文明就是堅持節(jié)約優(yōu)先、保護優(yōu)先、自然恢復(fù)為主的方針,著力推進綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展,形成節(jié)約資源和保護環(huán)境的空間格局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式,從源頭上扭轉(zhuǎn)生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢。在這種大背景下,地質(zhì)工作中的相當(dāng)重要的槽(井)探施工則與生態(tài)文明相悖，這種方法也將被逐漸取代[6]。

為了解決地質(zhì)工作過程中的需求,又要保護森林植被資源,輕便的淺層取樣設(shè)備能夠很好地解決這些問題[7]，如何利用輕便淺層取樣機具來揭露地表進行地球化學(xué)樣品的采集是本次研究的主要內(nèi)容。

1 研究區(qū)的選擇

1.1 研究區(qū)的選擇依據(jù)

為了研究輕便淺淺層取樣鉆機在沼澤植被覆蓋區(qū)的工作能力,研究區(qū)的選擇應(yīng)遵循以下幾條原則。

首先,研究區(qū)應(yīng)位于大興安嶺,典型的植被覆蓋區(qū),自然地理情況具有明顯的代表性,有利于對輕便淺層取樣機具工作能力及效率進行試驗。

其次,研究區(qū)應(yīng)具備優(yōu)越的成礦地質(zhì)條件,并且以往的工作程度較低。

第三,研究區(qū)內(nèi)應(yīng)具備有益重礦物異常、分散流異常、原生暈等顯著的物化探異常,各類異常與火成巖套合較好,尚有找礦前景,但前人并未在此基礎(chǔ)上有新的發(fā)現(xiàn),區(qū)內(nèi)也未做過系統(tǒng)的大比例尺的礦產(chǎn)調(diào)查工作。

本文將利用輕便淺層取樣機具所采集的樣品進行化學(xué)分析,根據(jù)分析結(jié)果與以往物探化探異常進行對比，由此可以檢驗輕便淺層取樣機具采集化探樣品方法的有效性。

1.2 研究區(qū)概況

根據(jù)以上3個原則,最終選擇在多寶山地區(qū)開展研究工作。研究區(qū)位于大興安嶺與小興安嶺交匯部位(見圖1),華力西、燕山期鐵、鎢、銀、金、鉬、銅成礦帶上,在該成礦帶上已找到多寶山銅礦床等多處熱液型、淺成低溫?zé)嵋菏⒚}型的金、銀、銅、鉛、鋅、鎢、鉬礦床。區(qū)內(nèi)有金、銅等礦(化)點多處[8]。研究區(qū)屬低山丘陵淺切割區(qū),覆蓋厚度一般在1～5 m，區(qū)內(nèi)的河谷開闊且平坦,水量不大,河床的兩側(cè)多分布沼澤，植被以次生的樺樹、楊樹及柞樹林為主,西南部大多已開墾為耕地[9]。研究區(qū)屬于典型的淺覆蓋地質(zhì)調(diào)查區(qū)。

研究區(qū)氣候?qū)俸疁貛Т箨懶詺夂?氣溫變化較大,冬季十分漫長、干燥、寒冷，夏季短暫、潮濕、溫?zé)醄10]。年平均氣溫較低，為0～2 ℃，年降水量531.1～586 mm，年蒸發(fā)量869～1050 mm。全年無霜期105天,一般10月上旬開始降雪,出現(xiàn)冰凍,次年5月中旬解凍，結(jié)冰期7個月左右,野外地質(zhì)調(diào)查工作一般在每年的6—9月開展。

2 研究區(qū)的采樣工作要求

研究區(qū)位于大興安嶺地區(qū)，具有一定厚度的植被覆蓋層，還需要穿透數(shù)米至數(shù)十米厚度的土壤及破碎層巖石以取得基巖樣品，因此，對設(shè)備的采樣深度有一定要求，需要采樣深度>15 m的取樣鉆機；大興安嶺地區(qū)多為原始森林，交通不便、環(huán)境惡劣，無法使用車輛運輸，因此，要求鉆探取樣設(shè)備比較輕便以適應(yīng)復(fù)雜地形便于運輸。故選擇TGQ系列鉆機開展研究工作。

圖1 工作區(qū)位置示意圖

3 輕便淺層取樣機具采集化探樣品的工作方法

多寶山地區(qū)屬于植被覆蓋區(qū)，且是黑龍江省的重要成礦區(qū)，物探化探異常顯著。在研究區(qū)布設(shè)了178個采樣點，根據(jù)實際覆蓋層厚度選擇TGQ-15型或TGQ-50型鉆機(見圖2、圖3)，采用全孔取心的鉆進工藝，并做詳細的班報記錄(其中包括不同地層的鉆進效率，采取率以及鉆具鉆頭的使用情況等)。最后對采取樣品進行化學(xué)測試分析與物化探異常比對，從而驗證輕便淺層取樣機具化探采樣的有效性。

圖2 TGQ-15型輕便鉆機圖3 TGQ-50型輕便鉆機

具體工作程序分為以下6個步驟。

第一,資料收集工作。收集工作區(qū)域內(nèi)的背景資料,包括工作區(qū)的地質(zhì)背景資料,化探異常,以及物探異常情況，自然地理、人文等資料。

第二，資料分析整理。綜合分析收集的資料，根據(jù)這些資料判斷工作區(qū)內(nèi)重要的異常位置、區(qū)域以及形態(tài)。

第三,布設(shè)鉆孔。根據(jù)異常情況布設(shè)鉆孔用以揭露異常,通常布設(shè)的剖面穿透整個異常,根據(jù)實際情況，包括異常的寬度、深度以及異常數(shù)值變化率等，鉆孔的間距設(shè)置為2～40 m。利用GPS、RTK等設(shè)備確定預(yù)設(shè)的鉆孔孔位，在布設(shè)鉆孔時利用水平尺等設(shè)備將鉆機調(diào)整至水平，并利用重物對鉆機進行固定，以防止鉆機工作時產(chǎn)生振動造成鉆機不穩(wěn)和位移，用以保證樣品采集位置的準(zhǔn)確性。

第四,制定鉆進取樣工藝并選定鉆機鉆具。根據(jù)工作區(qū)的自然地理情況、綜合異常的深度等情況,以及工作區(qū)的重點礦種等因素,制定鉆進工藝,選擇適合的輕便淺層取樣機具型號及相應(yīng)的鉆進工藝。根據(jù)化探樣品采集要求,樣品采集深度應(yīng)至少進入基巖層30 cm，對于覆蓋層及破碎層厚度≯15 m的區(qū)域,可以選擇TGQ-15型輕便淺層取樣鉆機；對于覆蓋層及破碎層厚度>15 m的區(qū)域,可以選擇TGQ-50型輕便淺層取樣鉆機，配合3WZ-45型泥漿泵開展工作。另外根據(jù)不同地質(zhì)工作的需要，可以使用全孔取心的技術(shù)工藝。鉆機及泥漿泵的具體參數(shù)見表1、表2。

表1 輕便淺層取樣鉆機基本參數(shù)

表2 3WZ-45型泥漿泵參數(shù)

第五,優(yōu)選鉆進工藝參數(shù)，提高效率。根據(jù)工作區(qū)的地質(zhì)情況、自然地理情況優(yōu)選適合該區(qū)巖性的鉆頭、鉆具以及泥漿材料，以適應(yīng)該區(qū)的工作,提高效率,降低人工成本及物資的消耗浪費。在研究過程中對鉆進過程進行了班報表記錄，詳細記錄了多種鉆頭的工作進尺及工作時間，通過統(tǒng)計計算,由北京探礦工程研究所研制的SYC-J3-348型灰色自銳金剛石鉆頭,不論在鉆頭平均壽命還是進尺效率上都具有明顯的優(yōu)勢，詳見表3。

表3 鉆頭使用情況對比

第六,結(jié)合現(xiàn)場分析測試技術(shù)，快速追索揭露異常。野外施工過程中,在樣品采集時結(jié)合野外化學(xué)快速分析及X熒光掃描技術(shù),在野外現(xiàn)場對采集的樣品進行化學(xué)測試分析,以最快的時間獲悉異常情況,對異常信息顯著的區(qū)域進行追索,揭露異常。

利用實驗室檢測結(jié)果與X熒光掃描的結(jié)果進行比對，用以相互驗證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，進而論證X熒光掃描技術(shù)與輕便淺層取樣機具采樣技術(shù)結(jié)合在地質(zhì)找礦工作中應(yīng)用的可行性與可靠性。

以某鉆孔為例， 實驗室檢測結(jié)果與X熒光掃描結(jié)果對比情況見圖4，結(jié)果表明，X熒光掃描所得測試結(jié)果與實驗室分析測試結(jié)果比較吻合，分析結(jié)果較為穩(wěn)定可靠，可以為淺層取樣鉆探工作的快速決策和快速部署提供依據(jù)。

4 輕便淺層取樣機具的特點

通過研究工作的開展,2013—2014年期間在多寶山地區(qū)共計完成輕便淺層取樣機具化探采樣試驗鉆孔178個，根據(jù)以往化探采樣工作的要求，需要在每個采樣孔位采集3個樣品，包括土壤層樣品，破碎層樣品和基巖層樣品(基巖層巖心樣品>300 mm)。其中利用TGQ-15型輕便鉆機開展15 m以淺的鉆孔158個，利用TGQ-50型輕便鉆機開展的50m左右深的鉆孔20個?？傔M尺2010m。通過這些研究工作的進行,總結(jié)了輕便淺層取樣機具相比于傳統(tǒng)大型機械進行槽探工作的特點及優(yōu)勢。

圖4 鉆孔實驗室檢測與X熒光掃描結(jié)果對比圖

(1)輕便淺層取樣機具機動靈活。輕便淺層取樣機具整體質(zhì)量較輕,鉆機鉆架、動力設(shè)備及循環(huán)系統(tǒng)的總質(zhì)量在100～300 kg[11]。實際研究過程中，在森林中2人即可抬行鉆機主體，所以鉆孔的布設(shè)、移動十分便捷，工作效率高。因此，在森林植被覆蓋區(qū)尤其是大小興安嶺這類植被茂密、地形復(fù)雜的地區(qū)非常便于開展工作,而挖掘機等大型設(shè)備的運輸在不破壞植被的前提下則很難實現(xiàn)。

(2)輕便淺層取樣機具具有森林植被破壞少、自然環(huán)境成本低的優(yōu)勢。大型設(shè)備強行進入預(yù)設(shè)工作區(qū),會對沿途的森林植被造成毀滅性的破壞,喬木灌木等很難恢復(fù)再生,開展槽探過程中依然會對植被產(chǎn)生嚴(yán)重破壞,揭露地表會造成數(shù)米寬,幾十米甚至數(shù)百米長的難以恢復(fù)的破壞。而淺層取樣設(shè)備運輸方便，不會造成沿途的破壞,開展工作過程中亦不會破壞周圍的植被,對自然植被的破壞甚微。

(3)根據(jù)鉆機型號不同，取樣深度可以達到十余米甚至數(shù)十米，獲取地下信息能力更強,這樣的工作深度是傳統(tǒng)的槽探工作無法達到的[12]。利用TGQ-50型鉆機試驗過程中甚至有一個鉆孔取樣深度達到了62.7 m,巖心采取率依然能夠達到93%以上。

5 結(jié)論

通過在大興安嶺多寶山地區(qū)開展的輕便淺層取樣機具與工藝方法研究工作,對研究區(qū)內(nèi)的物探異常進行了剖面查證,結(jié)合野外快速分析及X熒光掃描技術(shù)等物化探地質(zhì)技術(shù)手段對淺層取樣機具采集的樣品進行了驗證分析。得出了TGQ系列輕便淺層取樣機具不僅能夠快速、便捷、準(zhǔn)確、有效地在物化探異常區(qū)域進行包括土壤覆蓋層,殘破基層以及50 m以淺的基巖層化學(xué)測試樣品的采集問題，還能夠解決森林植被覆蓋區(qū)內(nèi)不宜利用大型設(shè)備進行槽探等工作的問題，在獲取化學(xué)測試樣品開展地質(zhì)工作的同時,將對自然植被的破壞程度降低到極其微小。未來可廣泛應(yīng)用于物化探異常查證，礦化體追蹤，數(shù)字填圖等地質(zhì)工作。對生態(tài)文明建設(shè)起到積極作用。

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ApplicationStudyonPortableShallowSamplingMachineinGeochemicalSampleCollectionWorkinForestVegetationCoverageAreainDaxing’anling/

YANGHan-shui1,2,SUXing-tao3,LUMeng3

(1.Heilongjiang Institute of Geological Survey, Harbin Heilongjiang 150036, China; 2.China University of Geosciences〈Wuhan〉, Wuhan Hubei 430074, China; 3.Beijing Institute of Exploration Engineering, Beijing 100083, China)

Geochemical sampling methods are important for geochemical exploration in the forest vegetation coverage area. Due to the widespread influence of the vegetative cover, it is difficult to achieve the ideal effect in Daxing’anling area. This paper introduces the research work of geochemical samples collection using portable shallow sampling tools in the Daxing’anling area, it is concluded that shallow drilling for geochemical samples collection can be widely used in geophysical and geochemical anomaly verification, mineralized body tracking, digital mapping and other geological work. At the same time, this method plays positive and important role in the ecological civilization development.

portable shallow sampling machine; TGQ series rig; geochemical sample collection; Daxing’anling; forest vegetation coverage area

P634

：A

：1672-7428(2017)08-0081-04

2016-08-02；

：2017-04-23

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目“礦產(chǎn)勘查關(guān)鍵地質(zhì)問題攻關(guān)與找礦方法技術(shù)示范”(編號：12120114092801)、“西南紅層地區(qū)緩傾順層巖質(zhì)滑坡調(diào)查與防治”(編號：12120113090900)。

楊漢水，男，漢族，1985年生，碩士，從事遙感地質(zhì)、淺鉆技術(shù)應(yīng)用研究工作,黑龍江省哈爾濱市香坊區(qū)新鄉(xiāng)里街9號,442547800@qq.com。