试析深部地质钻探找矿技术

2021-07-21赵剑

中国金属通报 2021年14期

赵剑

（四川省冶金地质勘查局六0 一大队，四川攀枝花 617027）

工业生产、社会发展、经济增长等方面对矿产资源的需求量非常大，就我国矿产资源发展现状而言，浅层和地表矿产资源越来越少，深部地质钻探找矿将成为发展的重点。但相比于浅层找矿和地表找矿，深部地质钻探找矿的难度更大，范围更广，需要综合考虑的因素也就越多。既要需要开展现有矿山深部和外围找矿，也需要在利于成矿带上对已经发现的矿床进行深部勘查，因此，深部地质结构复杂，影响因素比较多，选择科学合适的方法，有助于提升深部地质钻探找矿的精度和速度。

1 深部地质钻探找矿发展现状

我国国土面积辽阔，矿产资源丰富，种类齐全，但就目前勘查利用现状而言，已经探明的矿产资源在三分之一左右，深部地质钻探找矿潜力还非常大。我国地质钻探找矿的平均深度在300m～500m 之间，而国外一些发达国家找矿的深度已经达到800m 以上。我国深部地质钻探找矿技术发展起步比较晚，很多技术还不够成熟，深部地质条件决定了钻探找矿的难度越大，对技术要求就越高，存在的问题也就越多，钻探是地质找矿的核心环节，任何矿产资源，不但需要先进地质理论和物化探技术、遥感技术的支持，也需要采用岩芯钻探技术来获知矿产资源埋藏的深度、品位等[1]。

但就目前我国深部地质钻探找矿发展现状而言，依然存在很多问题亟待解决，主要体现在以下几个方面：①深部地质钻探找矿装备滞后，更新速度缓慢，自动化、智能化水平较低；②钻探队伍缺乏完善的组织体系，人才匮乏，创新力度不足；钻探工法难以有效克服复杂地层条件，除外，在新技术、新设备的使用上存在一定的障碍。

2 深部地质钻探找矿技术的应用要点

2.1 金刚石绳索取芯技术

金刚石绳索取芯技术是目前深部地质钻探找矿中比较常见的技术，早在上世纪70 年代中期，就被引入我国开始推广应用，但应用的深度和广度不足，并没有发挥出此项技术应有的价值和作用，这是因为国产金刚石绳索取芯钻具的制造工艺有限，生产加工质量不达标，经常发生断裂、脱扣等问题。无法满足1000m 以上深部地质钻探找矿的要求。但随着科学技术的飞速发展，这些问题被逐步解决，金刚石是天然存在的最坚硬的物质，在地质钻探中采用此项技术，能够达到其他技术无法达到的深度。主要是利用特殊材质制作的绳索来控制金刚石钻头，以保障钻头能够达到设计深度。金刚石绳索取芯技术实现了金刚石和特殊绳索取芯的相互结合，可大幅度提升地质钻探的深度和工作效果。但也存在一定的不足，如现有的绳索材料硬度不足，容易发现断裂问题；虽然金刚石强度大，但控制灵活不足，这些问题的存在，使得我国金刚石绳索取芯技术一直难以取得重大突破。金刚石钻头示意图如何图1 所示。

图1 金刚石钻头示意图

2.2 X 荧光技术

和金刚石绳索取芯技术相比，X 荧光技术具有更高的灵活性，可大幅度提升深部地质钻探找矿的准确性，为后期数据分析和找矿结果的判断提供基础的信息保障，提升深部地质钻探找矿的效率和精度。X 荧光技术在分析矿物元素号成分和品位上拥有其他技术无法比拟的优势。比如：在激光照射的状态下线，地下矿物质所放射的荧光波长比较长，利用X 荧光特点射线就能对矿产资源的能量值进行分析。不同的射线，反映的能量值不足，通过能量值就能确定出矿产资源的位置、种类、分布情况、储量等，并划分出矿产资源埋藏的界限以及厚度[2]。为制定更加科学合理的找矿方案和开采方案提供真实的数据支持。

2.3 甚低频电磁勘查技术

甚低频电磁勘查技术也是深部地质钻探找矿中常用的技术之一，主要机理是利用电磁仪器发射出的电磁波来进行找矿，电磁波发射出去之后，如果在均匀的介质中会匀速传播，但如果遇到不同的介质，会发生反射，通过分析反射波，就能掌握矿产资源分布情况，实现深部地质钻探找矿。此项技术最明显的优点是成本小，而且适应性比较强，在很多地质条件都能良好的应用，这也是目前深部地质钻探找矿中频繁应用甚低频电磁勘查技术的主要原因。甚低频电磁勘查技术应用原理图如图2 所示。

图2 甚低频电磁勘查技术应用原理图

2.4 反循环连续取样钻探技术

此项技术在深部地质钻探找矿中应用时，以压缩空气作为循环钻探的载体，双臂钻杆碰撞大范围内的岩石碎屑，再收集这些岩石碎屑，作为试验样品，岩石碎屑试验分析的结果，可以作为深部地质钻探找矿的数据，从而确定矿产资源的种类、富集情况、范围等。在收集岩石碎屑样品式，需要按照岩石碎屑掉落的顺序依次收集，以保障试验分析的准确性[3]。在深部地质钻探找矿中，应用反循环连续取样钻探技术，能够更加快速、准确得到矿产资源的厚度、范围、深入等，而且比立轴式取柱桩岩心钻探方法的速度更快，成本更低。但在具体应用中对双臂钻杆材质有严格要求，应用推广的难度也就比较大。

3 提升深部地质钻探找矿水平的方法

在科学技术飞速发展的大环境下，很多先进的技术、设备、仪器等被广泛应用到深部地质钻探找矿中来，大大提升了找矿的效率和精度。但毕竟我国深部地质钻探找矿技术发展的起步比较晚，和国外发达国家相比，还存在不小的差距。目前我国还有超过三分之二的矿产资源深埋地下，需要采取更加先进的深部地质钻探找矿技术和方法，才能提升找矿精度，为我国工业和社会经济的发展提供必要的资源支持。具体而言，可从以下几个方面同时入手。

一是需要全面坑道钻探设备的能力。在目前深部地质钻探找矿中，经常会既有数百米深的地下坑道，来提升找矿的效率，降低地质因素对找矿精度的干扰。可提升深部地质钻探找矿的深度，节约钻探费用和时间。现代化深部地质钻探找矿中，需要坑道钻探设备尽快实现机电液一体化，形成千米以上的产品系列，以满足未来深部地质钻探找矿的需求。

二是加大先进钻芯钻探设备的推广力度。但设备研究开放完成后，需要合理的应用到深部地质钻探找矿中，才能取得良好的效果。这就需要对先进的设备进行推广，以全面提升产业的整体性，逐步形成一套完善、系统的产业化生产体系，为后期技术和产品的升级、改造、创新等提供良好的条件。

三是重视行业技术发展动向，积极向其他国家学习和请教，在新技术、新设备研发上，要尽量打破传统学科界的限制，实现学科交叉合作。积极融合新材料、新机型、计算机系统等方面的新知识，弥补传统深部地质钻探找矿技术存在的不足和局限性。要充分利用好计算机辅助设计系统和三维立体仿真软件，来降低研发成本，提升新技术、新设备研发的适用性和先进性[4]。

四是需要加大新型基础钻具的研制力度，完善新工艺、新技术。钻具是深部地质钻探找矿的基础设备，因此，钻具的质量和性能，直接关系到深部地质钻探找矿的效率。研制出高手们耐磨金刚石钻头、高强度绳索取芯钻杆、高性能双壁钻杆等，有助于提升金刚石绳索取芯技术、反循环连续取样技术的应用效果。除此之外，空气泡沫钻井技术在成本、效率等方面有限制优势，也要进行适当的推进。

五是需要较大高素质深部地质钻探找矿技术人才的培养力度，深部地质钻探找矿具有很强的综合性和技术性，而且影响因素比较多[5]。除技术、设备、仪器、自动化水平等方面需要不断提升之外。深部地质钻探找矿工作人员的综合素质和专业技术水平也需要不断提升，定期开展培训教育，将新技术、新设备的操作技巧和方法，以及全新的找矿理念、制度等都传授给每位找矿人员，以提升他们的综合素质，满足新时期深部地质钻探找矿的需求。