楊凌雪

（寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)工程院，寧夏 銀川 750001）

進(jìn)一步查明本地區(qū)巖鹽成礦規(guī)律，推進(jìn)巖鹽礦勘查開(kāi)發(fā)進(jìn)程，使本區(qū)資源盡早轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)概況，進(jìn)行本次詳細(xì)勘查工作。

通過(guò)此次詳查工作，主要查明：①詳細(xì)查明勘探區(qū)地層層序、時(shí)代、構(gòu)造和成鹽地質(zhì)特征；②詳細(xì)的查明勘探區(qū)的礦層相關(guān)的具體情況，包括其深度、層數(shù)、規(guī)模、形態(tài)與形狀、位置等等；③詳細(xì)查明勘探區(qū)所產(chǎn)的礦化石的內(nèi)部特征以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，包括其化學(xué)成分、有害以及有益的組分等等；④詳細(xì)查明勘探區(qū)礦區(qū)地質(zhì)情況，包括含水層以及隔水層的分布、產(chǎn)狀、巖性以及埋藏條件等等。同時(shí)，查明含水層富水性、水層水質(zhì)情況、滲透系數(shù)、孔隙度以及隔水層的可靠度、連續(xù)性和穩(wěn)定性；⑤詳細(xì)查明勘探區(qū)的礦體頂?shù)装濉A層穩(wěn)定性、物理學(xué)性質(zhì)、礦物成分、固結(jié)程度、礦物成分等等，按照相關(guān)的結(jié)果，進(jìn)行地質(zhì)巖組的有效劃分，由此評(píng)估地面塌陷、開(kāi)裂現(xiàn)象的預(yù)防措施（包括工程措施和生物措施等等）；⑥詳細(xì)查明勘探區(qū)的地下水、巖石以及礦石的情況，了解其可能盡的放射性、有害性元素，同時(shí)，檢測(cè)其有害成分的額含量以及隨著地表、低下溫度的具體的變化情況；⑦詳細(xì)查明勘探區(qū)的礦床情況，對(duì)礦山建設(shè)的可信性進(jìn)行研究，并設(shè)計(jì)礦山的布局、規(guī)劃，預(yù)估出所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益等。

1 礦區(qū)基本情況

固原市原州區(qū)中河鄉(xiāng)硝口—上店子村一帶，因其地質(zhì)形態(tài)復(fù)雜，礦產(chǎn)類資源豐富，故而備受關(guān)注。固原硝口巖鹽礦區(qū)便位于這一區(qū)域內(nèi)。礦區(qū)范圍較大，面積達(dá)到30.55 平方千米，是該市較為知名的礦區(qū)。其具體情況如下。

（1）地層。根據(jù)礦區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)，其出露地層的部分為白堊系下統(tǒng)六盤(pán)山群乃家河與馬東山組，古近系清水營(yíng)組；第四系上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。

（2）構(gòu)造。從礦區(qū)的位置看，其整個(gè)礦區(qū)，均位于六盤(pán)山背部，葉家河—硝口大斷層?xùn)|北，在礦區(qū)核心區(qū)域，為中新生代斷陷盆地。根據(jù)相關(guān)部門(mén)的地震以及鉆探資料進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)的含鹽層，主要為北西以及北東走向，構(gòu)造為單邪構(gòu)造。在礦區(qū)的外圍，存在大量的北西方向的斷裂結(jié)構(gòu)以及一些褶曲。

（3）含礦層位。乃家河組的上段區(qū)域，為鹽巖系，其厚度在227.37m 到985.81m 之間，整體的平均厚度為524.50m。這些鹽層當(dāng)中，多部分的為工業(yè)鹽層，所以，從厚度看，變化較大。根據(jù)地域分布，其從西南向東北方向的厚度逐漸增加，與此同時(shí)，相應(yīng)的鹽城埋藏深度也逐漸加深。地層主要是按照旋廻發(fā)育，單一的鹽層透鏡狀產(chǎn)出，該區(qū)域的鹽層礦，其具有較大的傾斜角，一般在30°到40°之間，此外在一些受到地質(zhì)構(gòu)造影響較為嚴(yán)重的區(qū)域，傾斜角的角度則更大。

（4）工程地質(zhì)特征。在乃家河的上段，覆蓋著大部分的礦體，這些礦體的頂板分布厚度相對(duì)較大，且十分的穩(wěn)定。但是不適合使用對(duì)接井或者是單井水溶進(jìn)行鹽群的開(kāi)采，如果采用這兩種方式，就會(huì)到影響頂板的穩(wěn)定性。此外，礦體頂板以上，覆蓋著大量的古近系泥巖以及一些第四系松散層，厚度較大。這些覆蓋物，均屬于軟巖石，在開(kāi)采的過(guò)程中，需要格外注意。其工程地質(zhì)條件與其他區(qū)域的鹽礦相比較差。當(dāng)進(jìn)行水采的時(shí)候，由于作用力的原因，可能導(dǎo)致頂板、礦層以及夾層，出現(xiàn)部分或者大部分的溶解以及軟化等的現(xiàn)象，進(jìn)而引起頂板巖層失去平衡，造成垮塌。

2 鉆探施工技術(shù)

（1）鉆井鉆探。本次針對(duì)這一鹽礦的開(kāi)采鉆探取芯，主要使用的是繩索取芯的方法。這一方法當(dāng)中，最為常用的工具是金剛石鉆頭。當(dāng)然，在一些較軟的地層當(dāng)中，也會(huì)使用硬度相對(duì)較低的PDC 和硬質(zhì)合金鉆頭。具體的鉆頭型號(hào)以及相關(guān)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要根據(jù)實(shí)際的鉆探條件進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)調(diào)查，在固原硝口一寺口子礦區(qū)，區(qū)域內(nèi)的地層，一般以泥巖為主，礦層主要以石膏礦層和夾巖巖礦層為核心。按照相關(guān)的系數(shù)計(jì)算，其可鉆性級(jí)別一般在4 級(jí)左右，部分區(qū)域?yàn)? 級(jí)。在礦區(qū)的一些孔段，主要是一些軟硬互層，這些孔段中的孔，其孔壁的穩(wěn)定性并不強(qiáng)，由此使得該處的巖層，十分容易發(fā)生破碎的現(xiàn)象，所以，鉆頭的選擇，需要結(jié)合地層制定方案。同時(shí)，為了最大限度的減少下鉆的次數(shù)以及鉆孔的裸露時(shí)間，避免因?yàn)橥獠恳蛩厮鶎?dǎo)致的抽吸破壞，維持孔壁穩(wěn)定，所以選擇的鉆頭，應(yīng)當(dāng)具有長(zhǎng)壽、高時(shí)效性的特點(diǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題，在進(jìn)行鉆探的時(shí)候，本文主要選擇多臺(tái)階或者是高臺(tái)階的PDC、金剛石等鉆頭進(jìn)行取芯。PDC 鉆頭的硬度較為適中，可以對(duì)一些鉆性級(jí)別在6 以下的地層進(jìn)行鉆探，十分適用于抗壓強(qiáng)度低、膠結(jié)性差、含有薄夾層或者是具有較差研磨性的地層使用。這類鉆頭上，有硬質(zhì)合金層，可以用于抗擊外部沖擊，同時(shí)，含有的金剛石部分，十分耐磨，開(kāi)采效率也較高。

本次繩索取芯鉆的選擇，其具體的技術(shù)參數(shù)為：①3 層套管、3 層口徑，其中，φ150mm、φ130mm、φ110mm口徑分別對(duì)應(yīng)φ146mm、φ127mm 和φ108mm 套管。②采用的繩索主要為S89。③鉆孔結(jié)構(gòu)環(huán)選擇使用一些空隙較小的，其主要目的是為了最大限度的保護(hù)開(kāi)采時(shí)所使用的繩索鉆桿，同時(shí)，確保在高速運(yùn)行情況下的鉆桿柱的穩(wěn)定。

為了改善鉆桿柱和孔壁之間存在的間隙，本文在鉆探的時(shí)候，對(duì)鉆頭的外徑進(jìn)行了改良。通過(guò)將S89 調(diào)增為S89+(≥3mm)，最大限度的保證了空隙的最小化，同時(shí)，也有效的降低了鉆井液循環(huán)過(guò)程中所遇到的阻力，減少了因?yàn)殂@井液?jiǎn)栴}所導(dǎo)致的孔壁沖刷。此外，當(dāng)進(jìn)行鉆徑改良后，基于現(xiàn)有繩索取芯鉆，為了解決上部孔段不完整的問(wèn)題，本文進(jìn)行了技術(shù)套隔離，如使用φ127mm 管套執(zhí)行S89+(≥3mm)鉆進(jìn)。

經(jīng)過(guò)確認(rèn)，認(rèn)定外管以及鉆桿內(nèi)已經(jīng)沒(méi)有巖心的時(shí)候，通過(guò)孔口，投入內(nèi)管總成，然后使其進(jìn)入到鉆桿，上機(jī)上鉆桿，開(kāi)泵進(jìn)行壓送，在壓送的過(guò)程中，主義觀察泵壓的具體情況，如果出現(xiàn)十分顯著的升高或者是超出范圍的降低，則說(shuō)明內(nèi)管總成已經(jīng)達(dá)到了其所要到達(dá)的制定位置。如果在鉆探當(dāng)中，出現(xiàn)了地層漏失或者是地下水位較深以及孔內(nèi)沖洗液匱乏的情況，不能夠直接將內(nèi)管總成投入其中，應(yīng)當(dāng)使用打撈器，將所需要的內(nèi)管總成，有序的放入到孔內(nèi)，或者是使用機(jī)上鉆桿，對(duì)準(zhǔn)孔口，加入適當(dāng)?shù)姆弦蟮臎_洗液后，迅速的將內(nèi)管總成投入其中。

（2）鉆井液配置。清水營(yíng)組存在大量的黏土礦物，當(dāng)期被鉆穿后，會(huì)出現(xiàn)溶脹、縮徑、分散、剝落甚至是坍塌等現(xiàn)象。而且，當(dāng)環(huán)空上返速度過(guò)快的時(shí)候，容易形成紊流，這一紊流，對(duì)于孔壁往往造成十分嚴(yán)重的沖刷，因此，為了維持孔壁穩(wěn)定，防止坍塌以及縮徑等相關(guān)的現(xiàn)象，必須對(duì)鉆井液進(jìn)行有效配置。經(jīng)過(guò)綜合衡量，本文主要使用較為優(yōu)質(zhì)的無(wú)固相鉆井液，這一鉆井液具體配方為：1m3 水+1kg～2kg PHP+2kg～3kg 固體潤(rùn)滑劑。

在進(jìn)行鉆探的過(guò)程中，需要充分的考慮地層縮徑以及遇水膨脹等相關(guān)的問(wèn)題，所以，本文選擇使用GPC、GLA 和CMC 等高分子，對(duì)這類問(wèn)題進(jìn)行處理，以最大限度的提升地層的水敏性，同時(shí)控制失水量。

當(dāng)鉆探進(jìn)入到巖鹽礦層的時(shí)候，因?yàn)闊o(wú)固相鉆井液具有較強(qiáng)的腐蝕性，容易侵蝕巖心或者是地層內(nèi)部的巖鹽，所以，為了題還是能巖心采取率，同時(shí)保證采取過(guò)程中的孔壁穩(wěn)定，本文在下部巖礦層的鉆探當(dāng)中，使用了MBM 和鹽水鉆井液進(jìn)程處理。其中，鹽水鉆井液的基礎(chǔ)性配方為：35%NaCl+4%MBM+:1m3 水。此外，為有限的保證鉆井液能夠和繩索取芯鉆相配合，本文基于基礎(chǔ)配方，進(jìn)行了改進(jìn)，添加了一些GPC、GLA、GTQ 等相關(guān)的處理劑，以求能夠改善鉆井液的流變性能，保持鉆井的穩(wěn)定，同時(shí)降低失水量。與其他鉆井液相比，鹽水鉆井液具有抗鹽侵、耐高溫、高礦化度等特點(diǎn)，同時(shí)，可以抑制鹽的水溶性、泥頁(yè)巖水敏感度等，維護(hù)孔壁穩(wěn)定。但是，這一鉆井液的成本相對(duì)較高，且腐蝕設(shè)備，所以，需要適當(dāng)?shù)氖褂谩?/p>

（3）采芯。當(dāng)金剛石進(jìn)入到內(nèi)部采取巖芯的時(shí)候，要避免通過(guò)投放卡料的方式進(jìn)行取芯，而是要采用卡簧進(jìn)行取芯。取芯開(kāi)始，停鉆回轉(zhuǎn)，緩慢提鉆，使其距離孔底部5cm～7cm 之間，卡簧與巖心抱緊，緩慢轉(zhuǎn)圈扭斷巖心，后起鉆。避免隨意的上下活動(dòng)鉆孔工具，同時(shí)避免猛地提鉆。此外，為防止在倒桿的時(shí)候由于沖洗液壓力所導(dǎo)致的鉆具上浮現(xiàn)象，要降低泵壓。節(jié)理發(fā)育或者是一些傾角較小的區(qū)域，使用半合管以及鍍鉻內(nèi)管取芯。同時(shí)，在內(nèi)管涂抹潤(rùn)滑油，保護(hù)巖芯。

圖1 使用卡簧進(jìn)行取芯圖

（4）封孔。在取芯完成后，需要根據(jù)實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)地質(zhì)部門(mén)綜合考察后，按照?qǐng)D紙以及技術(shù)封孔要求進(jìn)行封孔工作，并編寫(xiě)封孔設(shè)計(jì)。隨后將設(shè)計(jì)教給機(jī)臺(tái)，機(jī)臺(tái)在根據(jù)實(shí)際的要求，進(jìn)行封孔。封孔完成，在其封孔位置處，使用水泥進(jìn)行標(biāo)記，將封孔記錄以及設(shè)計(jì)移交設(shè)計(jì)部門(mén)和施工部門(mén)，存檔處理。同時(shí)，進(jìn)行透孔取樣，檢驗(yàn)質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

本次鉆探共完成五個(gè)鉆孔進(jìn)尺6000m，在施工工作開(kāi)展前，認(rèn)真分析了巖鹽礦深部地質(zhì)勘探的困難，預(yù)測(cè)能力不足、探測(cè)理論和技術(shù)的局限性以及干擾是有很多因素的，故針對(duì)本區(qū)域鹽巖礦地層特點(diǎn)，采取金剛石鉆頭繩索取芯技術(shù)，并在不同地層中結(jié)合使用聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)繩索取心鉆頭、使用MBM 飽和鹽水鉆井液等方法，對(duì)鉆井過(guò)程中可能遇到的系列問(wèn)題，比如坍塌、縮徑等進(jìn)行處理，以避免產(chǎn)生事故，提高取芯效率，這一做法，顯著增加了經(jīng)濟(jì)效益。