新时期胶东西岭金探矿评述及其勘查实践指示意义

贾 飞，张 淼，郑 玄，常俊山，冯 涛，胡跃亮

（山东黄金地质矿产勘查有限公司，山东 莱州 261400）

胶东地区是我国最大的金矿产区，西岭金矿床位于胶东西北莱州市的三山岛境内，是“十四五”期间探获的继三山岛北部海域金矿床之后的又一个世界级金矿床。在西岭金矿的探矿过程中，山东黄金地质矿产勘查有限公司（以下简称“公司”）紧随发展步伐，不断加强科学化管理；创新绿色勘查技术，加快新旧动能转换；加大深钻技术研发力度，实施了国内岩金第一深钻，后又在勘探阶段开展多重定向超深孔钻探，平均孔深超过2 000 m，成为超深孔的规模实施基地。西岭金矿探矿成果同样极为丰硕，累计探获金资源量592 t，详细查明了金资源量、矿体形态、规模、赋存分布等地质特征与各项金成矿机制[1-13]；建立了与之配套的大型地质实物资料馆藏中心，并对各超深孔岩矿芯进行逐一扫描，实现对实物资料的数字化存放、保护、展览、研究。通过对西岭金矿勘探阶段的探矿工作进行梳理，阐述探矿历程，总结创新与亮点，以期为今后胶东地区乃至全国深地探矿事业的发展提供示范借鉴。

1 创新勘查：粗放勘查向绿色勘查转变，加快新旧动能转换

1.1 科学化管理

为加快西岭探矿计划的实施，公司严格落实科学化管理，分工明确，由党委领导统筹规划，自上至下分设钻探施工组、地质技术组、测量技术组、水文工程组、安全检查组、环保督查组以及质量巡检组共七个部门（图1），对项目管理、进程与质量层层把关。各部门群策群力，分工明确，通力协作，极大加快了勘探进程。在勘探中后期阶段遭遇新冠肺炎疫情导致勘探工作迟滞或停工，为有效防疫，对施工现场进行封控、定期消毒，对上岗人员进行测温记录、出行报备，充分保障了各分组部门工作人员的生命健康。同时，在机台施工现场安装电子管控设备，实现领导人员与各部门监管人员的遥控指导，最大程度避免疫情对工程进展的贻误迟滞，降低损失，积累了探获大型矿床工作过程中应对灾难疫情等突发事件的管理经验。

1.2 优化设计，创新理念

设计与规划指引着探矿工程的实施，在探矿设计中综合考虑了各种环保因素；在勘查设计中以“一基多孔”（图2）为施工原则，部分施工场地实现二次循环利用，最大限度减少土地占用，以及对生态环境的扰动；在施工过程中遵循“边设计、边施工、边优化”的三边原则，对勘探设计方案进行动态调整，不断进行优化升级[14]。

图2 西岭金矿“一基多孔”绿色勘查模式鸟瞰图Fig.2 Aerial view of “one base porous”green exploration model in Xiling Gold Mine

在探矿过程中牢固树立绿色发展理念，统筹生态保护和地质工作发展，大力推进绿色勘查开发，主动避让生态红线，完善绿色勘查制度，研究和推广避免造成环境破坏的地质工作的新方法、新工艺和新手段，不断提高绿色勘查质量和水平，不断优化调整探矿布局与钻探设计。为保障绿色勘查有“法”可依，西岭探矿项目不断规范勘查制度，建立健全绿色探勘体制。由公司牵头起草编订的《黄金地质绿色勘查技术规范》（T/CGA 018—2021）已成为业界规范标准[14]，在绿色勘查行业起到了模范引领作用。

1.3 创新绿色勘查技术

在钻探施工过程中大力推广应用现代化科技，创新改造传统粗放式的勘查技术，通过技术攻关先后获得国家发明专利2 项、国家实用新型专利7 项，为绿色勘查提供技术保障。胡跃亮等[14]、孙之夫等[15]具体论述了公司的绿色勘查施工方式，通过更换大功率节能型减排钻机、创新钻井液循环系统、创新溅落废液收集及导流装置、创新防渗漏技术、生产垃圾无害化处理、废油收集二次利用等多项先进技术实现了钻探施工过程对生态的保护。

西岭探矿项目以生态发展为导向，通过完善制度、优化设计、创新措施等实现绿色勘查，取得了良好的生态保护效应，加快了由传统地质向生态地质、粗放勘查向绿色勘查以及新旧动能转变的步伐。

2 数字化超深孔定向钻探技术

随着地质找矿事业的发展，我国浅部找矿基本已趋于饱和，深部隐伏矿体成为今后勘查的重点。西岭金矿床正是隐伏在三山岛深部的矿体群，矿体已延伸至标高-2 600 m 以下，勘探中后期阶段的钻孔设计几乎全都为2 000 m 以上的超深定向孔，设计超2 000 m 的约有38 孔[16]，成为胶东金矿整装勘查中规模最大的超深孔钻探基地。

在钻探施工过程中，公司着重加强深部探测技术、深钻技术的自主创新和研发，推广利用钻进能力强、钻进平稳、经济环保的XY-8 型大功率钻机，坚持向深度化、环保型探矿方向发展。在钻探技术方面，孙建华等[17]对深孔小直径绳索取心钻进工艺进行了研究，对合理选用金刚石绳索取心钻头，提高绳索取心钻杆使用寿命，预防孔斜、钻孔事故处理，如卡钻、烧钻、跑钻、断钻、埋钻、井壁坍塌以及套管事故等多方面施工技术进行了阐述与建议；周雪风等[18]对传统冲洗液材料进行创新，引进新型海水抗盐冲洗液材料，研发出了适合西岭矿区的海水冲洗液配方，使冲洗液体系性能得到极大提高，有力保障了深孔孔壁的润滑性与稳定性；王林钢等[19]论述了在深孔钻进中应用同径造斜绕障技术，包括设计造斜偏心楔、造斜钻头以及研发偏心楔固定技术等成功绕过事故段，恢复钻进的深钻技术；潘垚[20]介绍了公司自主研发的深钻防控斜纠斜技术，为有效防斜，公司钻探施工部引进了随钻测斜仪，将钻孔测斜仪与绳索取心钻具焊接在一起，钻进中可将测斜数据通过蓝牙功能不间断地传送至绑定的手机中，实现“随钻随测”，对钻进过程的动态监管，是一种先进的数字化智能化的深钻防斜技术（图3）。

图3 随钻测斜仪组装、调试与应用Fig.3 Assembly,commissioning and application of inclinometer while drilling

西岭矿区是集成规模的超深孔钻探施工基地，超深孔在深部施工过程中一旦出现重大偏斜事故，则需要耗费巨额时间与成本来进行恢复，否则便作为报废孔处理，因此施工进程中必须加强防控斜等理论研究。测量人员对孔深测斜专项负责，地质人员利用软件将测斜数据转化成图，绘制钻进轨迹，实现钻进数字化、可视化研究[16]；建立动态施工档案，机长按时报备孔深进尺，地质人员及时告知机台钻进中的复杂地质段位，避免偏斜、孔内塌方、钻具脱落等重大事故发生，西岭超深孔的钻探实施离不开各部门技术人员间的通力协作。西岭超深钻探工程为解决深钻核心问题、钻进理论和关键技术等方面提供技术与资料借鉴，开辟了地勘工作由地表向地下2 000 m 及更深部的探矿境界，推进探矿事业向深度化、数字化、智能化、清洁化方向发展。

3 成果转化：智能化、数字化软件技术加持

西岭金矿为三山岛断裂带上的重大金矿，同三山岛北部海域金矿与三山岛金矿三者实为一体，相较之下西岭金矿埋藏最深、规模最大。现阶段已详细查明了矿床规模、矿体形态、埋深分布等地质概况，其中矿体资源量为重中之重，技术人员对资源量进行了精准化运算与多次核对，并利用三维软件等技术手段进行详细严谨的论证。成果转化是数字化地质软件协同应用的结果，凝聚了地质技术人员的心血结晶，是在反复修改和大量计算的基础上得出的最终也是最合理的结果。通过不断摸索改进形成了一套行之高效的运营机制，在探获大型-超大型矿床的成果转化方面具有一定的借鉴意义。

3.1 地质绘图：DGSS 与Section 地质软件协同应用

DGSS 软件与Section 软件是国内通用的地质软件，两者兼容且可互通转换，操作和功能方面也基本类同。但Section 软件在庞大的数据处理与诸多的矿体圈连方面操作略显复杂，功能性不如DGSS 软件，其更倾向于地质绘图，在图幅修饰方面操作简便，两者结合可实现优势互补，提高效率。因此，利用DGSS 软件资源量估算系统能精确绘出剖面图、矿体投影图、中段图等原始图幅，再联合Section 软件进行整饬修缮，得出最终较理想的地质成果图。

西岭矿区复杂的矿体圈连均通过DGSS 软件进行，在DGSS 数据库中导入钻探工程数据信息，主要包括钻孔坐标、孔深、所在剖面、地质分层、测斜数据、样品位置及化验结果等，并建立工业指标圈连方案，生成勘探线剖面图，准确反映出矿体位置、厚度、品位等信息，继而进行矿体圈定（图4）。

图4 DGSS 矿体圈连Fig.4 Ore body circles connect by DGSS

各钻孔圈连的矿体由DGSS 软件捕捉选取其三维中心以及外推边界进行投点，可实现矿体在水平向或垂直纵向上的精确落点投影，减免人为投点所带来的误差。之后在Section 软件中点间连线，合理圈定矿块体，按照其类型及顺序进行编号，选中矿块编号对其所属区域予以属性标注，由Section 软件可准确导出每个矿块编号与其面积数据。对导出的块段面积进行加和运算，再将得出的数据与Section 软件全部框选的矿体总面积进行比对，经验证西岭各号矿体面积差均在±0～5 m2范围内，与西岭动辄上万平方米的超大投影面积基数相比，说明矿体块段圈连无多余、无重复、无遗算，保障了成果计算的合理准确性。

3.2 成果运算：建立Excel 计算数据库，图表联动机制

西岭金矿勘探阶段矿床资源量的计算涉及庞大的数据处理，其中涉及钻孔多达180 个，圈定矿块近580 个，仅参与计算的矿体样品达5 700 多件，且尚需对其中50 多件特高品位样品进行处理，在计算过程中数据过于庞大繁琐。在反复计算、修改中创建了图表联动机制，建立Excel 计算数据库，利用VLOOKUP（精确查找）与SUMIF（条件求和）等大量Excel 公式编制宏计算程序。具体操作如下简述。

1）在矿体圈定过程中，对新增工程或不合理的圈矿可在DGSS 软件中进行添加和修改，并导出相应钻孔工程的矿体与样品分析数据。

2）在Excel 数据库中增加或修改对应矿体的工程、矿体编号与样品数据信息，由宏运算对品位、厚度进行加权计算，同时对特高品位进行统计处理，其所影响块段由处理后的计算数据自动替代，若有块段变动则需修改Excel 数据库中相应编号，并借助Section 图幅重新获取面积，运行公式及宏计算获得最终计算结果（图5）。

图5 成果计算大致流程图Fig.5 Approximate flowchart of results calculation

3）对Excel 计算得出的单工程矿体平均品位与厚度等再反用于地质剖面图、矿体投影图等图幅，进行矿体厚度品位标注或修改，称之为图表联动，极大方便了资源量计算与图幅修改。

西岭金矿量的成果数据需要技术人员精细计算，即使局部微小改动也会“牵一发而动全身”。建立图表同步一体化联动机制，实现了成果的快速修改与完善；Excel 数据化、公式化的应用，大大简化了重复繁杂的数据运算，解决了由单一数据变动而衍生的后续一系列相关联的数据改动，环环相扣，一改统改，避免了人为遗漏而造成的数据不相吻合等计算失误。

3.3 三维建模：助力地勘行业数字化发展

将西岭金矿抽象的二维地质信息进行系统整理，建立地质大数据库导入三维软件，在三维软件中建立矿块体模型并对资源量估值，实现了西岭重大探矿成果的数字化、可视化研究。公司大力推广Vulcan三维软件应用，其是一款先进的国际矿业软件。贾飞等[21]、张琪等[22]运用该软件实现了胶东地区部分金矿区三维建模与资源量估值。对西岭综合探矿成果进行的数字化三维建模（图6），分别利用距离幂次反比法和克里格法对矿体资源量进行估值验证，结果显示矿石量最大估值差仅为0.39%，金属量最大估值差为1.13%，充分说明此次探矿成果数据的准确性与合理性。

图6 矿体三维模型与金分布界面Fig.6 Map of 3D ore body model and gold distribution

基于Vulcan 软件对矿块体的精准资源量估值赋值，可快速评估上千种计算方案。利用该软件这一优势功能，尝试性地启用Vulcan 软件对西岭金矿进行工业指标方案的规划，通过设计的边界品位与最小可采厚度数值进行条件设置以对块矿体进行“卡位”约束，经过输出结果的对比分析，成功选取了5套较为合理的工业指标方案，交由中国恩菲工程技术有限公司进行系统论证，优中选优，最终确定了报告编制的工业指标推荐方案。

同时，可利用软件建立其他地质数据库，如测斜、水文、地温梯度、矿体放射性、岩爆与地应力等多样式的数据库，将数据加载并与矿体结合，可映射出矿体的综合性征，为矿山建设提供直视化的数据加持。利用三维软件还可进行矿山巷道开拓与采掘进程的动态模拟，加快探转采步伐，助推三山岛金矿向深部开采的数字化、智能化转型。

4 建立大型岩芯库，实现对岩矿芯等地质实物资料的数字化永久保存

4.1 岩芯库的建立与智能化数字化运营

岩矿芯是极其重要的实物地质资料，承载着地下数百至数千米深度处的重要地质信息，是研究和了解地下地质和矿产情况的重要媒介[23]。西岭金矿的矿床规模、勘查深度、金资源量等均居全国前列，加之其钻探工程揭露矿体深且厚大，岩芯不易钻取，因此西岭矿区地质实物资料岩矿芯的保存尤为必要。为此，公司专门筹建了目前国内黄金勘探行业规模最大、功能最全的现代化岩芯库——山东黄金集团实物地质资料中心（图7（a）），并引进数字化岩芯扫描技术，用以对西岭超大金矿地质实物资料进行永久留存。岩芯库不仅收录西岭金矿区全部岩矿芯，还包括有新立金矿、南吕-欣木金矿、东风金矿、沙岭金矿、三山岛北部海域金矿等22 个大型、中型、小型金矿区和不同地域、不同矿种的岩芯，现已全部造册上架，累计岩芯箱数6.67 万箱，岩芯总长度达35 万m。库内岩芯分区陈列、上架挂牌达到了存放规范化、存取自动化、管理信息化、应用数字化的管理水平（图7（b）～图7（d））。通过钻孔结构化数据采集、岩矿芯扫描、标本数字照相、光薄片显微照相等手段将实物地质及配套资料转化为计算机可存储处理的文字图像等数字化信息（图8（a））。建立岩芯图文综合信息数据库并对信息进行加工、处理、展示（图8（b）），并将这些数字化成果信息上传至云服务平台，实现资源共享。

图7 数字化岩芯库Fig.7 Digital core library

图8 岩矿芯数字化扫描与成果Fig.8 Digital scanning and achievements of rock ore cores

4.2 地质资料数字化工作的重要意义

在当前新形势下，云计算、互联网+、大数据等信息技术的应用大势所趋，依托国家“地质云”，整合共享数据资源，构建高效、可靠、高智能的“地质云·山东”平台，是“山东特色”的又一重要发展。金矿资源是山东省的优势矿产，黄金产量一直居全国第一位，多年来山东省在金矿勘查工作中也投入了大量人力、物力和财力，形成了大量的成果资料，开展实物地质资料数字化工作将是构建“地质云·山东”模块的基础性工作，为“地质云·山东”门户建设提供实物地质资料与数据支撑。

1）创建地质实物资料数字化档案体系，实现无纸化档案管理。通过对破损和模糊纸质地质资料的数字化，实现地质钻孔资料永久、安全保管，延长珍贵地质资料的保管和使用寿命。

2）依托数字化成果，通过互联网实现地质资料在线浏览和信息查询，可为社会、矿山企业、勘查企业提供更直观明了、关联性强、可重复利用的数字化钻孔地质资料，极大提高了地质资料的利用效率与价值。

3）开创“互联网+地质资料”管理与服务新模式，推进地质资料管理与服务信息资源整合，依托互联网等基础设施，建立地质资料数据采集、生产、保管、服务为一体的新型地质资料管理与服务新模式，建设地质资料信息管理服务系统，实现地质资料管理和服务信息共享利用，为社会公众和相关生产单位、科研单位提供更好的服务。

4.3 数字化工作主要成就

山东黄金集团实物地质资料中心一直注重生产和科研相结合，与多所大专院校和科研机构建立了合作关系，并同山东国土资源实物地质资料中心保持紧密联系。2017 年与中国科学院地质与地球物理研究所、中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所、山东地质科学研究院等单位合作，共同承担“华北克拉通成矿系统的深部过程与成矿机理”和“穿透性地球化学勘查技术”两个项目的科研工作；2018 年完成了《山东省地质大数据集成与社会化服务示范研究》项目的岩芯数据扫描10 000 m，岩矿芯标本数字化400 块，光（薄）片显微照相100 件，数据备份4 套；2019 年中标“省国土资源资料档案馆岩芯数字化”采购项目。山东黄金集团实物地质资料中心连续四年被评为“山东省地质资料管理先进单位”，为各大院校科研工作、地勘行业岩矿芯数字化保管及地质成果共享等提供支撑。

5 结语

通过阐述山东黄金地质矿产勘查有限公司在探获西岭金矿这一超大型金矿床过程中的先进技术与创新应用，尤其是绿色探矿、深钻研发、成果转化、大型矿床岩矿芯数字化馆藏等方面，为大数据时代寻大矿、探深矿提供参考和借鉴。通过西岭探矿，山东黄金地质矿产勘查有限公司在绿色生态发展的主题下，加紧由粗放勘查向绿色勘查、由传统地质向生态地质的转变；在大数据时代背景下，推进引领了行业数字化、智能化、高科技化发展，完善互联网“地质云”平台，实现资源共享、成果共享。在智能互联时代，地质探矿事业需抢抓机遇，科学制订“十四五”数字化转型规划，稳步实施数字化转型工程；建设统一的大数据平台，加快推动5G、大数据、云计算等新一代信息技术与地质探矿事业的融合发展，实现“网、云、端”全链接，加速推进数字化转型、赋能高质量发展。今后的地质探矿必将是集绿色环保化、勘查深度化、成果精准化、数字智能化、科技高端化等多元化于一体的科学探矿，展现更加完善、健康、全面、和谐共赢的可持续发展模式。