4、浅钻技术在找矿中的研究应用(国土资源部北京探矿工

浅钻技术在找矿中的研究应用国土资源部北京探矿工程研究所宋殿兰北京市海淀区学院路29号电话：[phone]邮箱：[e-mail]目录一、概述二、浅钻技术在找矿中的作用三、典型景观区应用案例四、浅钻技术在其它领域中应用五、国内外研究现状六、浅钻技术展望一、概述1、国内矿产资源现状目前我国基岩出露区、半出露区已基本完成区域地球化学勘查（区域化探）和矿产普查。为缓解矿产资源需求紧张的局面和保障我国矿产资源安全供应，在加大已工作区矿产勘查力度和深度的同时，实施向化探地质工作空白区的战略转移，扩大和寻找新的找矿空间，已刻不容缓。最现实的考量就是开展浅覆盖区地球化学勘查和矿产普查。2、浅覆盖区概况浅覆盖区是指覆盖层厚度小于50m且大于3-5m的地区。我国新生界分布面积401.1万Km²，其中第四系面积334.5万Km²。浅覆盖区面积约为100-150万Km²，主要分布在山前地带、盆地边缘、山间盆地、沙质和砾质戈壁荒漠、半干旱草原、湖泊地区、冲击和部分堆积黄土区（面积约30万Km²）。这些地区许多为断裂带分布区和地质构造转换带。成矿、控矿地质条件有利。一、概述此外，在我国目前已开展和正在开展的1/20万和1/5万化探扫面和普查的许多图幅中，还分布着大大小小无法开展常规化探工作的覆盖区，大则上千平方公里，小则几十至数百平方公里。不少重要成矿带和矿区也有大小不等覆盖区的分布，给矿带和矿区外围找矿带来了极大困难，但也给这些地区扩大找矿带来了新的空间。一、概述3、未来找矿方向国家中长期科学和技术发展规划纲要中将资源勘探增储列为重点领域的优先主题。现阶段3个找矿方向①浅覆盖区找矿②隐伏矿③深部找矿3个找矿方向中的前两个都与覆盖有关。一、概述二、浅钻技术在找矿中的作用浅钻技术与化探技术结合，进行岩石地球化学勘查；替代槽井探，解决勘查初始阶段的环境保护问题；验证各种异常，提高找矿效率；为大钻布孔提供依据，降低投资风险；追踪浅部矿脉走向。浅钻+化探验证物探异常区物探异常勘查区浅钻钻孔浅钻+化探可大大降低物探异常查证的成本浅钻+化探验证土壤化探异常土壤化探异常矿体浅钻钻孔坡积覆盖区覆盖区地表土壤化探异常通常会与真正的异常区存在一定的距离浅钻验证地质界限浅钻钻孔花岗岩闪长岩砂岩二长花岗岩浅钻钻孔分布于地质体的两侧“浅钻+化探”地质工作空白区普查覆盖区浅钻钻孔地质工作空白覆盖区网格化布孔三、典型景观区使用案例（一）在半干旱草原区化探取样中的应用（二）在水网地区化探取样中的应用（三）在森林沼泽区化探取样中的应用（四）“浅钻+化探”的找矿效果1.施工条件（一）半干旱草原区西乌珠穆沁旗地处中纬度内陆地区，属中温带干旱半干旱大陆性气候，常年少于缺水。施工探区地处内蒙中东部，平均海拔1000米以上。工作地区主要为低山丘陵草甸草原，交通有公路和土路相接，汽车可到达区内各取样钻孔点，交通情况基本便利。2.钻探设备表1：75米全液压车载钻机主要技术参数额定转矩（N.m）额定转速（r/min）最大给尽力（kN）最大起拔力（kN）额定功率（HP）540/26070/150121824根据我所承担的地质大调查项目“75米车载取样钻机具的研制”和863“车载野外试验装备”研究成果，并结合物化探研究所科研工作任务要求及景观区的地质背景，采用75米全液压动力头车载钻机。根据不同地层结构采用了空气正、反循环取样工艺及螺旋、金刚石取样工艺。该钻机的主要技术参数如下：（一）半干旱草原区3.地层结构整个工作区内地层变化较大，地层特性按地形划分基本上可分为三大类型：Ⅰ山顶及岩石突露地区；Ⅱ山坡及河坡地区；Ⅲ河底及平原地区。（一）半干旱草原区柱状图0～0.3米为草皮、腐植土，0.3～1.0米为风化的页岩，泥质岩，1.0～3.0米为比较完整的岩石。Ⅰ.山顶及岩石突露地区取样工艺：空气循环+潜孔锤钻进+空气旋流器取样0～0.5米为草皮、腐植土；0.5～7.0米为风动砂；7～9米为黄褐色或灰色胶泥层；9～12米为破碎风化岩层；12～15米为完整基岩层。柱状图Ⅱ.山坡及河坡地区取样工艺：基岩以上地层采用空气循环+三翼刮刀合金钻进+空气旋流器取样；基岩层采用空气循环+气动潜孔锤钻进+空气旋流器取样。防止风成砂层埋钻，采用下套管工艺0～0.5米为草皮、腐植土；0.5～7.0米为风成砂；9左右米为黄褐色或灰色胶泥层；10米以下为基岩层柱状图Ⅲ.河底及平原地区柱状图取样工艺：采用空气循环+三翼刮刀钻头钻进+空气旋流器取样易坍塌地层，采用下套管空气循环取样工艺空气正反循环工作原理反循环原理示意图4.应用效果内蒙古干旱沙漠景观区及半干旱草原景观区采用空气正、反循环连续取样技术采取粉末状化探样品，在铅锌矿外围发现银矿点。（一）半干旱草原区现场取样情况（二）南方水网地区1.取样设备示范区选在安徽庐江水网地区，采用TGQ-30型轻便取样钻机和46口径绳索取样工艺。该机型由轻便取样钻机和一台液压动力站组成。示范任务来自地调项目“机动浅钻在地球化学方法中的研究应用”。TGQ-30型取样钻机参数额定转矩（N.m）额定转速（r/min）最大给进力（kN）最大起拔力（kN）额定功率（hp）320/80100/5007.57.513（二）南方水网地区设备特点：设备轻便：该30米取样钻机具主机重量80kg，泵站81kg。搬迁灵活：分体式结构最大部件不超过40kg，可快速移动。拆装方便：部件之间的链接主要是销钉和快速接头，现场准备时间不超过30分钟，具有极强的实用性。性能可靠：整个施工期没出现任何故障。（二）南方水网地区0～2米为表层耕作土、腐植土；2～8米为灰黑色胶粘泥；8～14米为含水层，为深灰色或灰黄色粘泥，含沙层；14～22米为胶粘泥层；22～28米砾石层，这一层的主要成分为凝灰岩，砂岩，长石，石英等.夹杂泥沙；28～29米为残基层，该层风化破碎，为泥质高岭土砂岩层；29～30米为基岩，紫红色泥质粉砂岩。柱状图（二）南方水网地区2.地层概况3.取样工艺山坡及突露地区直接采用普通双管钻进，操作简单，采取率在90%以上。对于覆盖层比较完整的地区，采用普通单管开孔钻进2米，更换绳索取心钻具钻进。对于覆盖层含水，易坍塌，缩径地层，采用φ60螺旋钻杆钻进8-12米，下套管2-3根（4米/根）然后更换φ46mm绳索取心钻具继续钻进。（二）南方水网地区钻进工艺总进尺平均钻速最高钻速钻进效率绳索取心钻具490m6.8(m/h)9(m/h)3.4(m/h)4.取样效果（二）南方水网地区下套管取样螺旋钻进取样（二）南方水网地区绳索钻进取样取样现场（二）南方水网地区5.应用效果安徽水网地区覆盖层较厚，可采用轻便钻机加绳索取心钻具取样。在一个矿化点周围圈出了明确化探的异常区。（二）南方水网地区（三）森林沼泽区1.取样设备在多宝山地区采用地调项目成果“TGQ-15A型轻便多功能取样钻机。该取样钻机可以满足金刚石钻进及螺旋钻进等不同钻探工艺对钻机的要求。示范任务来自省部合作项目：“多宝山地区远景规划——浅钻技术在多宝山地区的有效性研究”取样钻机性能参数：型号：TGQ-15A功率(hp)：5.5耗油量（L/h）：1.0~1.2钻深(米):20钻孔直径(毫米):46转速(转/min):1200/500/150给进行程(米):1.2给进方式:链轮链条钻架高度(米)1.65重量(千克):76（三）森林沼泽区泥浆泵参数：型号：3WZ-26功率(kw)：4.2耗油量（L/h）：1.0—1.2流量（L/min）：26压力(MP):0.7重量(千克):22（三）森林沼泽区最上层为20-50cm黑色腐殖土；第二层位20-40cm的黄土；第三层为30-50cm厚度较为均匀的白色砾石，且砾石棱角有明显的磨圆痕迹；第四层为30-50cm夹带风化碎石的黄色粘土；第五层为风化基岩。（三）森林沼泽区2.地层概况3.取样工艺上述地层若只采取基岩样品，则可以采用单管合金钻具剥离覆盖层+单管金刚石钻具取心的取样工艺。若采取化探样品，则可使用单动双管金刚石钻具+底喷钻头+半合管式内管取心的取样工艺。平均钻进效率：2.6米/小时。（三）森林沼泽区遇到第四系钻孔，可采用单管钻具或单动双管钻具+小泵量冲水取心的取样工艺，即可轻松全孔取样。（三）森林沼泽区“浅钻+化探”多宝山应用案例其一钻孔发现孔雀石（此区域土壤化探未发现异常）钻孔钻孔测线粉砂岩及板岩区浅钻孔位花岗岩区花岗岩区钻孔取出的孔雀石强烈的蚀变现象取样情况杂岩带取样情况取样情况取样情况多宝山浅钻铜元素岩石地球化学图4.应用效果黑龙江森林沼泽覆盖区采用轻便岩心取样钻机采取岩石样品。样品经过初步鉴定定名后将被用于化学分析,在多宝山外围发现隐伏铜矿点。（三）森林沼泽区（四）浅钻+化探的找矿效果1、在内蒙西乌旗半干旱草原浅覆盖区已知铅锌矿的外围利用浅钻+化探的方法发现了新的银矿矿化点；2、在安徽庐江水网浅覆盖区利用浅钻+化探的方法，在一个深钻矿化点周围圈出了完整的化探异常区；3、在黑龙江多宝山外围的森林沼泽浅覆盖区，在一个浅钻填图钻孔中发现孔雀石，随后在此钻孔附近又布置50余个浅钻钻孔，并将所取样品用于化探分析。最终发现一处隐伏铜矿矿化点。4、以多宝山为例。多宝山地区属森林沼泽浅覆盖区景观区，在资源评价项目中选了八幅图，采用浅钻取样。在浅钻取样中，随处可见槽探坑，如下图所示。由此可见，为在该重点成矿带找矿有所突破，国家投了巨资，但并没能达到揭露地表的目的，反而对环境造成了巨大破坏。浅钻技术在该地区通过2007至2010三年累计4000多米的示范工作量。尽管有的孔位覆盖层厚度超过18米，但八幅图所布的每个孔都穿过了覆盖层，取到了基岩。这充分验证了浅钻技术在此种地貌中，不仅能揭露地表取得找矿的直接信息，而且极大减少了对树木与植被的破坏。（四）浅钻+化探的找矿效果1.替代槽井探浅钻可在普查阶段替代槽井探，槽井探不仅破坏环境，而且施工单位要面临高额的补偿费。在覆盖层厚度超过3米时槽探无法使用。四浅钻技术在其它领域中应用地层情况：胶粘泥层钻具组合：两翼合金钻头+螺旋钻杆钻进方式：干钻钻进深度：10-12米四浅钻技术在其它领域中应用TGQ-15型取样钻机在安哥拉钻取物探爆破孔2.钻取爆破孔地层情况：沙质黄土钻具组合：两翼合金钻头+可通水螺旋钻杆钻进方式：0-5米干钻5-10米内通水钻进钻进深度：10米钻孔效率：10米/小时TGQ-10A型取样钻机在安哥拉钻取物探爆破孔四浅钻技术在其它领域中应用美国绍尔公司的背包钻机STS-2：重量18kg，钻孔直径20mm，仅可钻取完整的岩石。俄罗斯生产的山地钻机，模块化设计，钻深40m，转速100rpm，只适合松软地层合金钻进。二、研究现状五、国内外研究现状二、研究现状美国Mobildrill公司B48钻进NQ365.76m5.1取样设备宝长年公司LF90DNQ钻杆钻深900m五、国内外研究现状俄罗斯叶卡捷琳堡系列钻机钻进能力较强，但重量大，机动性和可拆装性较差，大多在冬季施工。五、国内外研究现状五、国内外研究现状TGQ-5型轻便钻机TGQ-15型轻便钻机五、国内外研究现状TGQ-30型液压轻便钻机五、国内外研究现状TGQ-100L型全液压多功能取样钻机五、国内外研究现状TGQ-100Z沼泽全液压取样钻机五、国内外研究现状TGQ-300全液压岩心钻机五、国内外研究现状硬质合金钻进（用于钻取土层、软岩或剥离覆盖层）螺旋钻进（用于钻取土层）金刚石钻进（用于钻取岩层）空气正循环钻进（干旱半干旱缺水覆盖区取样，常用于普查）空气反循环钻进（干旱半干旱缺水覆盖区取样，常用于详查）5.2取样工艺五、国内外研究现状硬质合金钻进硬质合金钻进适用于覆盖层、土层及I—VI级岩石及部分VII—VIII级研磨性弱到岩层钻进取样。硬质合金钻进的特点是操作简单，在较软的岩层中钻进效率高，质量好，材料消耗少、成本低。在覆盖较厚的地区，通常使用合金钻头剥离覆盖层，以提高钻进的速度。五、国内外研究现状合金钻进的钻