浅钻找矿技术在祁漫塔格成矿带的应用研究

谭春亮，宋殿兰，苗国文，林广利，田　滔

（1.北京探矿工程研究所，北京100083；2.青海省第五地质矿产勘查院，青海西宁810028）

浅钻找矿技术在祁漫塔格成矿带的应用研究

谭春亮*1，宋殿兰1，苗国文2，林广利1，田滔2

（1.北京探矿工程研究所，北京100083；2.青海省第五地质矿产勘查院，青海西宁810028）

浅层钻探技术作为一种有效的矿产勘查技术手段，匹配不同的浅钻设备与取样工艺，可服务于矿产勘查的预查、普查、详查、勘探等不同阶段，实现追索、验证和圈定矿体。通过对祁漫塔格成矿带浅钻找矿的应用研究，初步解决了我国西部高原荒漠覆盖区浅层钻探取样的难题，形成了高海拔浅层钻探技术方法系列，可适用于多种特殊景观地层，为地质调查和矿产资源勘查提供技术支撑。

浅层钻探技术；浅钻设备；取样工艺；化探取样；以钻代槽

1　概述

浅覆盖区矿产勘查技术方法一直以来都是国内外关注与研究的热点，在以金为主的多金属勘探过程中，通常采用槽探工程对物探、化探以及遥感等方法圈定的异常进行地表揭露、验证；若发现蚀变地质体、矿（化）体，则按照一定的勘探网度垂直矿（化）体走向，进行地表控制，为后续的深部钻探控制及矿产资源储量估算提供准确信息和数据。但是，随着矿产勘查向寻找深部矿、隐伏矿的转向，槽（井）探的应用范围日趋狭小，加之槽（井）探自身的局限性（深度浅、破坏大），已经无法满足新的发展需求；同时，浅层取样钻探技术快速的发展，日臻完善的浅层钻探设备与工艺有望彻底改变槽探、井探和人工挖掘等破坏生态的传统地质取样方法。充分发挥浅钻的高效、环保优势，逐步替代槽（井）探是覆盖区找矿的发展方向。

2　浅覆盖的结构组成与类型分布

（1）中国浅覆盖区类型与分布。中国浅覆盖区（shallow overburden area）约占覆盖区（第四系）面积的1/3，（100～150）×104km2，其深度一般在2～100m之间，包含在不同的地质景观区中【1】。主要特点：①山缘、盆岭过渡带等大面积浅覆盖区覆盖物较为单一，以冲洪积、风积为主；②局部浅覆盖分布区表现为：高地顶部基岩裸露与半裸露，山腰覆盖厚度增大至1～2m，山脚至谷地覆盖厚度大于3m，部分地段大于10m；③在丘陵区，基岩出露与浅覆盖区相间或交错分布。典型浅覆盖类型分布包括：以砂砾石为主体的西北部干旱戈壁荒漠区，以风成沙为主的北部干旱半干旱草原区，以淤泥砂质粘土为主的广泛分布的江河湖海泛滥冲洪积平原，西部高寒冻土山麓塌积区和风积黄土覆盖区以及南方风化壳残积红土覆盖区等，多是断裂带发育、地质构造复杂，成矿、控矿地质条件有利地区。

（2）祁漫塔格成矿带浅覆盖区主要特点。青海祁漫塔格地处青藏高原东北部的柴达木盆地西南缘、东昆仑复合造山带的西段，是中国新的十大矿产资源勘查开发接替基地之一［2］，也是青海省重要的铁、铜多金属矿产基地之一，设有中国首批找矿突破战略行动整装勘查区。覆盖区主要特点：①覆盖层厚（大于30m），传统的化探取样方法只能停留在地表，通过简单的机械工具（如洛阳铲）完成对基岩地质特征了解的难度增大；②西部景观条件复杂，高寒冻土，增加了地区工作难度，槽（井）探、常规的地质钻探设备的适应性、有效性变弱；③地处三江源头（生态环保），地表挖掘，野蛮勘探等传统作业方式越来越不适应新的发展模式。浅层钻探技术旨在解决难进入地区、浅覆盖复杂地层勘查取样的难题，改变传统地质取样方法现状。

3　祁漫塔格成矿带浅钻技术研究

（1）浅钻设备研究。祁漫塔格成矿带地处西部高原区，主要景观可大致划分为2大类型：荒漠戈壁景观区与高寒高山景观区：

①荒漠戈壁区：覆盖层厚度多在30m以上，按照1∶25万化探采样密度要求（1～2孔/4km2）区域工作广，任务量大，交通状况较好，适合机动设备开展工作；

②高寒高山景观区：多为基岩半裸露地区，覆盖厚度多小于3m，交通状况差，适合轻便钻机开展工作。

通过在祁漫塔格成矿带不同景观条件下不同覆盖层开展的浅钻取样技术试验，形成了适用于地区特点的浅层钻探设备及工艺系列。见表1。

表1　浅层钻探设备及工艺系列

机动式以机械化、自动化与通行能力为主要控制指标；轻便式则主要考虑便携、轻质等因素。见图1、图2。

图1　机动浅层钻机

图2　轻便浅层钻机

结合高原区工作特殊性，在设备动力、材料、结构形式等方面进行改进。

①设备动力是保证高海拔地区正常工作的首要条件。资料显示，海拔高度每升高1000m，温度下降5℃，内燃机功率和扭矩相对于平原地区性能指标下降8%～12%［3］。一方面为动力机安装进气增压并带中冷的高原功率型增压器，增效；另一方面采用轻质合金钻杆钻具，降低功率消耗；

②通行能力是保障机动浅钻高效的重要因素。采用六驱底盘装载，钻机取力于底盘动力，完成全液压控制，自动加减钻杆、给进提升等操作；

③便捷性是轻便钻机的核心优势。选用轻质合金材料，控制最大部件小于30kg，分体部件之间由快速接头、销钉连接，20min内可完成现场拆装。

（2）浅钻工艺研究。西部多为地表无水、地下浅部漏水的地层，若采用泥浆循环钻进，仅供水的费用将占总施工费用的1/3；相比之下，空气作为无处不在的特殊介质，为人类在缺水地区实施钻探活动提供了物质保障，因此，推广以空气作为循环介质的取样取芯并举的组合钻探方法将是加快西部勘探周期、降低成本最有效手段［5］。

①正循环取样（取芯）钻进技术：普通钻杆+潜孔锤（合金钻头）；

②空气反循环连续取样（取芯）钻探技术：双壁钻杆+贯通式潜孔锤（合金钻头）；

③跟管钻进技术：偏心潜孔锤+双层钻杆；

④空气泡沫钻进技术：解决漏失地层，用水困难地区的钻进难题。

其它一些有效的措施：

①为提升高原钻探能力，减少劳动强度，研制了直径范围Ø25mm～Ø89mm的系列轻质合金钻杆；

②为提高钻进效率，研发并推广了小口径（S46）绳索取芯钻具；

③遇到冻土层时，加大绳索取芯钻头与扩孔器的外径，来加大钻杆与孔壁的环状间隙，保证冲洗液良好的流动性能，达到一定的防冻效果，同时降低缩径卡钻事故发生的几率。

（3）浅层找矿勘查技术应用研究。

①浅钻化探可实现浅覆盖区地质地球化学立体填图。在浅覆盖区通过浅钻地球化学测量，实现自地表至基岩的连续或分层取样，可在填图区域内建立垂直分层地质柱状剖面，揭露具完整、代表性的覆盖沉积结构层的垂向沉积序列。实现对原生地质环境和外来覆盖物沉积环境不同分层界面的地质地球化学测量。对基岩样品岩性的识别可以实现被掩埋地质体的追索、复原、对不同覆盖结构层的地球化学测量，掌握不同沉积单元的地球化学分布规律。

②以浅层钻探部分替代槽探。通过在已知探槽应用浅钻进行化探取样的试验研究，达到了准确定位刻槽取样部位、主成矿元素最高含量与刻槽样高值点相对应的目的。从资源勘探角度看，最终确定矿体大小、规模及储量的方式通过钻探来完成，那么应用以钻代槽勘查技术方法进行先期先验式的勘探以确定深部是否存在矿体，在理论上是可行的，实际应用效果也是很突出的。

4　浅钻技术方法应用效果

北京探矿工程研究所与青海省属地勘单位紧密结合，积极推动浅层钻探技术应用于青海祁漫塔格成矿带浅覆盖区的找矿工作，通过应用示范，总结出了一套有效的钻进工艺方法，为该区的找矿突破提供了技术支撑，也为该区今后科学部署矿产勘查工作起到积极的指导作用。在此，以浅钻孔QSQZ1与槽探QSTC1的对比为例说明浅钻应用效果。探槽QSTC1与浅钻QSQZ1对比见图3。浅钻QSQZ1与槽探QSTC1样品分析见表2。

图3　探槽QSTC1与浅钻QSQZ1对比图（比例尺1：100）

表2　浅钻QSQZ1与槽探QSTC1样品分析结果

通过浅钻样品分析结果看，地表发现的矿化体及矿化线索在深部有明显的异常显示且对应性较好，异常元素组合一致，说明在其深部可能存在更大规模的矿化体。

5　浅钻找矿仍需解决的问题

浅钻找矿作为一个新的研究课题，在祁漫塔格成矿带推广应用之中仍需不断完善，与物探、化探等技术方法融合统一，完善提高：

（1）需要进一步加强对采样部位识别、采样方法、采样介质和采样密度等方法技术的研究，形成一套适合祁漫塔格浅覆盖区的浅钻勘查方法技术系列［10］；

（2）作为一种新型的勘查技术手段，缺乏有效的工作模式与生产单位紧密结合，更好的发挥作用，以提供技术支撑；

（3）缺乏相关的技术规范，对于岩屑（块状）样品是否能够满足化探，地质等工作的需求，缺乏行业标准；

（4）西部高海拔覆盖区地质条件复杂，地层破碎，易坍塌，且存在冻土等特殊地层，需要进一步完善浅钻工艺，研制新型取样器具。

6　结论

浅钻找矿作为一种新型矿产勘查技术手段，匹配设备与工艺，可服务于矿产勘查的预查、普查、详查、勘探等不同阶段，实现控制基岩岩性和地质界线，追索和圈定矿体，查明矿体形态，以及进行化学分析采样，揭露表土层厚度等。

（1）基于生态保护的前提下，浅钻技术的快速发展，适应了矿产勘查新的发展要求，可以有效的节约占地，减少破坏，更加环保与安全；

（2）通过在祁漫塔格地区已知探槽应用浅钻进行化探取样的试验研究，证明浅钻作为一种勘探技术手段可以进行前期先验性的勘探以确定深部是否存在矿体，充分发挥浅钻的高效、环保、低成本的优势找矿；

（3）浅层钻探技术可以解决西部地区大小河谷周边覆盖区物化探异常和区域成矿有利地段的勘探，这些地区找矿潜力大，利用浅钻可快速实现异常查证，定位查明矿化体；

（4）初步形成了适用于预查、普查的空气钻进取样技术，适用于详查、勘探的取芯技术，适用于三维地质填图的原位取样技术等浅覆盖钻探技术系列；

（5）浅层钻探技术还需要提高取样质量、降低成本，依据地质目的创新取样器具，进行匹配、组合。

［1］赵洪波，何远信，宋殿兰，等.以钻代槽勘查技术方法与应用研究［J］.地质科技情报，2014，33（5）：204-207.

［2］李文渊.祁漫塔格找矿远景区地质组成及勘查潜力［J］.西北地质，2010，43（4）：1-8.

［3］姜泽浩，张付军，董长龙，等.涡轮增压柴油机高原性能试验研究［J］.车用发动机，2014（6）：59-63.

［4］王达.西部特殊景观区钻探取样技术展示［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2005（1）：1-5.

［5］徐小兵.提高高海拔地区钻探效率的几点体会［J］.地质与勘探，2006，42（3）：103-106.

［6］何书跃，舒树兰，刘永乐，等.青海祁漫塔格地区有效找矿方法总结［J］.矿床地质，2013，32（1）：187-194.

［7］冉宗培.露采矿山矿石品位的预测问题［J］.地质科技情报，1985，4（1）：88-93.

［8］谭春亮，宋殿兰，贾军.全液压车载钻机在缺水地区化探取样中的应用研究［J］.探矿工程（岩土钻掘），2009，36（9）：7-10.

［9］张永勤.空气组合钻探技术在干旱缺水地区地质钻探中的应用研究［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2005（增刊）：242-245.

［10］喻劲松.浅钻地球化学勘查技术方法及应用研究［J］.地质学报，2013，87（6）：236-237.

Application Research of Shallow Drilling Technology in Qimantage Metallogenic Belt

TAN Chun-liang1，SONG Dian-lan1，MIAO Guo-wen2，LIN Guang-li1，TIAN Tao2
（1.Beijing Institute of Exploration Engineering，Beijing 100083，China；2.NO.5 Geological and Mineral Survey Institute of Qinghai Province Xining Qinghai 810028，China）

As an effective mineral exploration technique，shallow drilling technology，when matched with different shallow drilling processes，can service in different stages of mineral exploration，such as reconnaissance，general survey，general exploration and exploration，and can realize exploration，verification and delineation of ore body.Through the application research of the shallow drilling technology in Qimantage metallogenic belt，the paper preliminarily solves the problems of sampling drilling technology in special landscape areas of western China，and forms the high altitude shallow drilling technology series，which can be suitable for special landscape areas.The paper also provides technical support for geological survey and mineral exploration.

shallow drilling technology；shallow drilling equipments；sampling technology；geochemical exploration sampling；drilling instead of trenching

P634

A

1004-5716（2016）09-0027-04

2015-11-02

2015-11-20

中国地质调查局项目“青海祁漫塔格成矿带金属矿地质矿产调查”（12120113031900）。

谭春亮（1979-），男（汉族），山东德州人，高级工程师，现从事浅层钻探设备、钻探技术的研究与应用工作。