对地质岩心钻探在资源勘探上的应用分析

关 舒

（安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽 蚌埠 233000）

地质岩心钻探技术可借助钻进机直达地下一定深度获取矿样和岩心，对资源勘探具重要影响。实践中发现地质岩心钻探技术可丰富我国资源，改善资源匮乏现状，推动能源研发事业进步。故本文从地质岩心钻探技术、在地质勘探中的应用两方面对地质岩心钻探情况做如下分析。

1 地质岩心钻探技术

18 世纪中叶人类依靠驱动的岩心钻机与天然金刚石钻头开始了人类资源勘探。直至19 世纪末蒸汽动力开始用于进钻机当中。20 世纪初，液压技术及调速变速箱将推动钻探技术发展。后经百年历程钻探技术先后经历了机械传统、液压、全液压及智能化几个阶段，钻探界亦应实现了螺杆钻、孔底电钻、潜孔锤等钻头的应用，拓宽了地质岩心钻探技术领域。目前，地质岩心钻探技术可分两类。首先，反循环连续取岩心。我国对反循环取岩心研究甚少，相关案例并不多见。随矿产资源钻探日益完善，该技术亦逐步发展成熟。反循环钻探含空气和水力两种。空气反循环可借助双臂钻杆外观输送空气直达孔底，后经空气循环产生冲击力使空气对孔底岩石进行撞击。钻孔在空气输送到地面时可带出细小岩石。该取心法可降低工作强度，节省勘察成本，提升工作质量[1]。而水力反循环时将水货泥浆输送为孔底后借助钻头获取岩心。钻头返回地面后完成采样，送至勘测中心检测。钻头取出的岩石具完整性，省时省力，且以水为介质可节省成本。但该方法耗时相对较长，浪费水资源。其次，绳索取心。绳索取心钻探技术至今已有大半个世纪之久，为我国地质勘探事业做出巨大贡献。该技术可借助打捞工具和岩心管完成取样，可提升钻进效率。如出现堵塞等问题可借助打捞工具解决，避免钻杆与岩心之间摩擦，延长工具使用寿命，保证相应效率。再次，液动潜孔锤技术。液动潜孔锤技术可通过冲洗液驱动液动潜孔棒将能力传送给钻头，实现破岩及取样。随钻头不断深入，设备可形成节奏型冲击负荷完成钻探。此技术常规回转钻探的改进成果，在回转力和冲击力作用下可实现高硬岩钻进，减少打孔成本。且该技术亦可实现对坚硬岩石的钻孔，克服岩石脆性大的特点，适用于复杂地形。该技术亦可用于金属矿山、化工、石油、水电建材等领域。最后，组合钻探技术。该技术是指两项技术或三项技术的结合，可充分发挥多方技术的优点，选择合理施工技术，降低劳动强度和成本。

2 钻探技术在地质勘探中的应用

2.1 地质勘探中钻探技术的重要性、特点、注意事项

地质勘探工作误差不仅可增加安全事故，亦可影响工程质量。故现代工程建设中需加强对地质勘探的认识，积极引入现代地质慨叹技术，提高工作质量，为后续工程奠定基础。工程地质钻探技术含四大特点：第一，布置钻孔。可依照工程具体类型、施工特点、自然条件选择钻孔。如民用建筑需按照轮廓线进行布孔，二水坝则需顺着坝轴线布孔。第二，除大型水利及隧道外其他工程钻孔深度不大，多在9m ～11m 之间。第三，钻孔为查明本地区的地质结构、地质、水文、地层岩属性，后进行取样。第四，工程地质钻探需对钻孔结构、钻进方法、钻进过程进行观测编录。技术施工时应注意以下事项：第一，钻孔时需结合工程施工量、钻孔深度科学分析。如：规模较小的建筑工程算空深度约在10m 左右。第二，钻孔前需就岩层物质结构进行充分了解后采用钻探技术取样。第三，施工时为防止岩芯磨损应依相关规定操作，不可随意施工[2]。第四，施工前需对相关工作人员进行技术培训，落实法律法规、操作规章等培训教育，减少工程进展中人为因素的失误。

2.2 地质勘探中的具体应用分析

①钻探技术发展史。钻探技术的发展丰富了我国的矿产资源。自我国成立以来已发现170 种矿产资源，现已被利用150 余种。采用地质岩心钻探技术开发矿产资源具高效性。新成果成立初我国钻探以引进外国设备，聘请国外专家指导为主。随后我国愈发重视科技研究，政府大力投资钻探工艺，钻探技术得到迅猛发展。自20 世纪初以后，我国钻探技术的应用占国土资源钻探共计1 亿万平方米。下一个五年计划落实后我国钻探工作量继续增加。②钻探技术在环境考察中的运用。钻探技术逐渐被用于公益项目及环境考察之中。例如：开发松辽盆地时可借助钻探技术取岩心样本，检测当地环境，保证勘测效果。钻探采用护心、取心等程序获取岩心岩石样本进行推算，便利地质灾害的预测。后鹤庆等地纷纷效仿该采样技术，成功率高达95%以上。

③钻探技术发展。地质灾害可利用先进技术与仪器勘察，为地质灾害的检测、预警提供条件。随钻探技术发展，我国采集技术亦随之进步，被广泛用于地质勘测中。如：三峡修建地质勘测应用了滑坡光纤推理检测及钻孔倾斜仪，可有效检测滑坡深部移位。而含水测量仪可保证人们生命财产安全，促城市化建设。④新型非金属锚索的应用。地质岩心钻探取岩成功后存在运输困难、质量大、腐蚀性强等缺点。故我国地质勘探技术研制成功了新型非金属锚索。新型非金属锚索的应用有效解决了上述难题，可提升钻探设备的钻井速度，利于滑坡带取样，使工程更加放心与安全，提高了施工效率。⑤找矿。钻探技术可助力找矿。20 世纪初我国国土资源部任命九家矿山找矿。其中，大冶铁矿、辽宁阜新矿业、云南鹤庆锰矿均成功找到矿藏。钻探技术可通过反循环连续取岩心实现岩心采样，探索样本成分并进行预判。该技术帮助大冶铁矿寻找到一处危机矿山。后经大冶铁矿挖掘，共开发矿22 个，10 个见矿，深度13000m，铁矿760 万t。附近相邻1500m 左右又发现矿山。辽宁阜新矿业危机矿山共有钻孔9 个，4 个可采到煤炭。

2.3 未来发展

①国内地质钻探技术发展趋势。第一，设备发展。我国钻探钻头、钻机的开发均已取得一定进展，但大型钻探设备的开发亦有提高。我国钻探设备的升级使我国不同地质结构的钻探效率得到提升，但实践中仍存在钻头堵塞、钻探失败等问题。故未来，我国国内地质钻探设备需向高功率、短耗时、多样化方向发展。第二，技术发展。随我国矿产资源需求量增加，地质钻探亦存在明显改变。自然环境恶劣、地质环境差的岩土、海洋等地方则需要广泛运用钻探技术。唯有明确我国地质钻探技术未来发展方向方可推动我国地质事业发展。未来，我国钻探技术将朝向精细化作业、防堵塞方向改进。②钻探技术发展目标。第一，近期目标。加强对地下2500m 钻探技术设备的研发，提升设备的性能，降低设备耗电量。加强改进陷阱钻探技术设备，将新时代相应科研成功用于具体勘探中。中期目标。强化地质专业学生创新能力、学习能力，使地质钻探设备与钻探技术发挥到最佳水平。第三，远期目标。加快实现钻探技术的现代化，为未来机器操作节省人工奠定基础。亦需落实相关设备的现代化革新，提升勘测及取样的精准度，减少传统作业模式的弊端。

3 结论

综上所述，地质岩心钻探可从地下提取样品勘探资源。地质岩心钻探技术含反循环及连环取心钻探技术两种，现多用于矿产资源开发之中。未来地质钻探技术的革新将推动资源勘探朝着更加深入的方向发展，故应立足长远关注我国地质勘探技术发展。