深部找矿钻探技术及其应用分析

程 栋

（山东省第五地质矿产勘查院，山东 泰安 271000）

矿产资源是社会发展重要资源，近年来，深部矿产开发已经成为矿产企业发展的重要方向，同时这也极大的推动了我国深孔（特深孔）钻探的发展。在深部找矿中，灵活采用先进的钻探设备与技术，获取精确的地质数据，切实提高矿产资源开发效率、质量，这也是本文研究的重点所在。

1 深部找矿技术概述

我国有着非常丰富的矿产资源，但是就当前的矿产资源开发情况而言，仅有1/3 的矿产资源被探明，地质找矿潜力方面潜力巨大。根据相关调查显示，我国矿山开采深度主要在300m ～500m，只有个别的矿山在千米左右，如：安徽铜陵冬瓜山铜矿、吉林磐石市石嘴子铜矿、辽宁二道沟金矿等。综合来看，我国深部矿产勘查，主要是指的是开发深度在600m ～2500m 左右的矿床。

与浅部找矿相比，矿山深部找矿的难度显著增大，且相关勘探技术明显受到探测深度、精确度、抗干扰能力等因素影响，以致于无法准确把握隐伏资源信息。本文主要以深部钻探技术为研究对象，其是深部找矿的重要验证方法，其应用效果直接关系到深部找矿精确性，加强相关分析具有重要意义。

2 深部找矿钻探技术的运用分析

在深部找矿中，钻探技术的运用必不可少，其是地下信息推断、解释的位移验证方法，可圈定矿体、计算储量以及评估品位。随着现代矿山找矿深度的增加，对钻探设备、工艺方法均提出了更高的要求，现主要就深部找矿钻探技术的运用展开详细分析。

2.1 深部找矿钻探设备、器具

对于深部找矿钻探工作的开展而言，钻探设备的研发与应用发挥着十分关键的作用，其在一定程度上直接决定了钻探效率、成本、取心质量以及环保性等等。从相关找矿实践情况分析可知，深部找矿钻探的成本相对较高，对设备性能、安全可靠性的要求十分高，实现复杂地层深孔钻进、连续取心。

结合我国当前深部找矿钻探设备的研发情况来看，以全液压顶驱型岩心钻机、自动化岩心钻机等为主，如：钻进深度可达到2000m 的全液压顶驱型钻机研发成功，将为我国更深处的矿产资源开发提供可靠的设备支撑。

2.2 深部找矿钻探技术方法

根据我国各矿山深部钻探作业情况分析可知，其面临着钻孔深度大、孔径大、岩石坚硬、钻孔轨迹控制难度大、压力大等诸多难题，这也给钻探技术的运用提出了更高的要求，下面就以下三种深部找矿钻探技术方法展开详细分析。

（1）按设计施工法：按设计施工法就是对地层熟悉，施工经验丰富的矿区，地质预测与实际往往相差不大，设计钻孔结构时可根据经验有针对性地选择结构。这种情况下，就可以根据设计的钻孔结构进行施工，套管设计在什么位置就下到什么位置，这是最常用的施工方法。

此法要在充分收集附近钻孔资料的基础上，保证设计的钻孔结构符合钻孔质量的需要。往往可以最大限度简化钻孔结构、充分发挥设备钻进能力和提高生产效率。

（2）探索施工法：探索施工法是指在不能预测下部地层复杂情况的条件下，先采用钻进效率高的钻进方法进行探索（取心），再根据地层复杂程度进行扩孔，调整钻孔结构。

深部钻探往往对下部地层认识不清，而大口径取心（特别是提钻取心）钻进效率如果与下一级口径的钻进效率差别较大，则可以提前终止大口径钻进，改用下一级口径钻进，如果下一级口径施工中遇到复杂情况，根据情况钻穿复杂地层后提出上一级口径套管进行扩孔至复杂孔段底板，再重新下入套管。当然如果没有复杂地层存在，就可以继续施工，直至到换下一级口径，提高了生产效率。

如：中国岩金勘查第一深钻——山东莱州西岭金矿区ZK96 - 5孔，钻探施工项目设计孔深4000m，是在该区域施工的第一个特深孔，下部地层资料不足，以此使用探索法进行设计和施工。

该钻孔结构设计时主要考虑以下几点：①区内地层以超基性岩体为主，相对较完整。②设备能力和钻探成本限制了大口径施工。③该孔是在该区域施工的第一个特深孔，没有具体的地层资料。钻进中不可预见的因素较多，地质情况可能与地质预测资料有较大出入。钻孔结构的设计应首先充分考虑到地层因素。④为了预防钻孔深部地层情况复杂，为降低终孔口径的施工难度，H口径应尽力提高钻进深度，不宜小于2000m 孔深。

本工程钻孔结构如图1 所示。

图1 ZK96-5 孔钻孔结构示意图

（3）充分施工法：充分施工法是指在设备能力达到的情况下，利用大口径尽可能向下钻进的方法。

对新施工矿区，地质条件不熟悉，岩石钻进特性、构造分布等判断不清，只能根据地质设计给出的预测作为钻孔结构的设计依据。为了保证下部施工有充分的换径余地，在对施工效率和成本影响较小（如绳索取心）的前提下，以较大口径钻进时应尽量往深处钻进，甚至至终孔。只有在大口径遇到复杂的孔内状况难以处理或是钻具及设备能力不允许时，再下入套管换用下一级口径。

（4）其他方法（同径套管、飞管等）：飞管指某一孔径遇到复杂地层必须套管隔离，且该孔段长度较短，而其它孔段完整的情况下，只下入满足隔离复杂地层孔段的套管，而不是传统的自上而下的全孔套管，以节省套管费用。

同径套管技术，下入套管后再对套管进行扩张，使套管内径满足同一口径的钻头钻进。这一技术是深孔钻进中最理想的施工方法，可以最大限度的简化钻孔结构，但还有待于进一步研究。

2.3 深部找矿钻探注意事项

深部地质钻探作业中，除考虑地质条件及钻孔深度、终孔直径外，还要充分考虑钻进方法、护孔措施、设备情况，合理选择开孔口径、换径次数与深度、套管程序等，具体注意事项如下：

（1）深孔钻探中，孔内测井、试验的机会较多，因此要充分考虑测试仪器的外径与测试要求选择钻孔结构，如果有长期观测仪器，还要考虑仪器在孔内的安装。

（2）深孔钻探不可预见的问题较多，有时还需要变更钻孔深度，按终孔直径设计的钻孔结构，一旦出现意外就难以弥补。为了给钻孔下部的施工留有充分的余地，可以增加一级套管结构，即增大一级终孔口径，即使按大一级的口径顺利终孔，也不会造成很大浪费。

（3）深孔钻进遇地层类型多、地层复杂、施工难度大、施工周期长、投资较大等特点，要针对地层条件制定相应的技术方法和措施，例如对不适合绳索取心钻进层位，要采取什么钻进方法和措施，对漏失地层是采用惰性材料堵漏、水泥封孔还是套管隔离等。

3 提高我国深部找矿钻探技术水平的建议

3.1 加大对钻探技术、装备现代化的支持力度

结合上文分析可知，深部找矿钻探技术的发展离不开先进的、高性能的钻探设备的支持，目前，不少新区、老矿山深部、隐伏区探矿难度大，开采深度一旦超过500m，地质构造复杂、探测仪器分辨率不够，以致于相关勘探工作无法顺利进行。

结 合 相 关 报 道 与 研 究 可 知，500m ～1000m、1000m ～2000m、2000m 深度以下，见矿范例众多，因此我国的矿产资源具有巨大的开发潜力，关键是在于如何精确勘探、高效开发利用。为实现高效、精确的深部钻探，必须要加强系列深孔、超深孔地质岩心钻机的研发与推广工作，进一步关注大深度软硬交互、复杂破碎地层的钻探工艺研究，切实保障深部地质找矿工作的安全、可靠实施。

我国在深部钻探技术、装备研发方面，应重视自主创新工作，灵活运用成矿学、找矿学、多种勘查技术方法组合最新成果，重视相关科研立项工作，并予以足够经费支持。

3.2 充分利用地学信息方法，全面提升矿产勘查水平

基于深部找矿作业的不断发展，钻孔作业条件复杂、效率要求高，相应的岩心编录工作量十分大。近些年，随着高光谱遥感技术的发展，使用地物光谱仪对岩心进行高光谱分辨率测量，实现基于数码的高光谱岩心编录。

编录后的岩心高光谱数据可进行定量遥感解译，实现高效、数字化的地质编录，为矿物识别/填图、成矿机理、成矿规律研究提供现代化手段。基于此，地学高校、科研院所应加快研发适应钻探施工现场的具有自主知识产权的地学信息管理系统、高光谱岩心编录系统，全面提升我国深部找矿工作水平。

4 结语

综上所述，近年来，随着矿产资源开发和使用的不断加剧，浅层的矿产资源量不断减少，深部找矿工作成为重要的找矿方向。在开展深部找矿工作过程当中，必须加强对钻探设备、工艺方法的研究，合理利用地质理论和先进的物化探技术方法、遥感技术手段等，切实提升深部矿产资源的开发和利用效果。