淺鉆技術在找礦中的研究應用優(yōu)化

1、淺鉆技術在找礦中的研究應用,國土資源部北京探礦工程研究所,宋殿蘭,北京市海淀區(qū)學院路29號 電話郵箱：songdianlan,目 錄,一、概 述 二、淺鉆技術在找礦中的作用 三、典型景觀區(qū)應用案例 四、淺鉆技術在其它領域中應用 五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 六、淺鉆技術展望,一、概 述,1、國內(nèi)礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀 目前我國基巖出露區(qū)、半出露區(qū)已基本完成區(qū)域地球化學勘查（區(qū)域化探）和礦產(chǎn)普查。為緩解礦產(chǎn)資源需求緊張的局面和保障我國礦產(chǎn)資源安全供應，在加大已工作區(qū)礦產(chǎn)勘查力度和深度的同時，實施向化探地質(zhì)工作空白區(qū)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，擴大和尋找新的找礦空間，已刻不容緩。最現(xiàn)實的考量就是開展淺覆蓋區(qū)

2、地球化學勘查和礦產(chǎn)普查。,2、淺覆蓋區(qū)概況 淺覆蓋區(qū)是指覆蓋層厚度小于50m且大于3-5m的地區(qū)。我國新生界分布面積401.1萬Km，其中第四系面積334.5萬Km。淺覆蓋區(qū)面積約為100-150萬Km，主要分布在山前地帶、盆地邊緣、山間盆地、沙質(zhì)和礫質(zhì)戈壁荒漠、半干旱草原、湖泊地區(qū)、沖擊和部分堆積黃土區(qū)（面積約30萬Km）。這些地區(qū)許多為斷裂帶分布區(qū)和地質(zhì)構造轉(zhuǎn)換帶。成礦、控礦地質(zhì)條件有利。,一、概 述,此外，在我國目前已開展和正在開展的1/20萬和1/5萬化探掃面和普查的許多圖幅中，還分布著大大小小無法開展常規(guī)化探工作的覆蓋區(qū)，大則上千平方公里，小則幾十至數(shù)百平方公里。不少重要成礦帶和礦區(qū)

3、也有大小不等覆蓋區(qū)的分布，給礦帶和礦區(qū)外圍找礦帶來了極大困難，但也給這些地區(qū)擴大找礦帶來了新的空間。,一、概 述,3、未來找礦方向 國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要中將資源勘探增儲列為重點領域的優(yōu)先主題。 現(xiàn)階段3個找礦方向 淺覆蓋區(qū)找礦 隱伏礦 深部找礦 3個找礦方向中的前兩個都與覆蓋有關。,一、概 述,二、淺鉆技術在找礦中的作用,淺鉆技術與化探技術結合，進行巖石地球化學勘查； 替代槽井探，解決勘查初始階段的環(huán)境保護問題； 驗證各種異常，提高找礦效率； 為大鉆布孔提供依據(jù)，降低投資風險； 追蹤淺部礦脈走向。,淺鉆+化探驗證物探異常區(qū),物探異常,勘查區(qū),淺鉆鉆孔,淺鉆+化探可大大降低物探異常查

4、證的成本,淺鉆+化探驗證土壤化探異常,土壤化探異常,礦體,淺鉆鉆孔,坡積覆蓋區(qū),覆蓋區(qū)地表土壤化探異常通常會與真正的異常區(qū)存在一定的距離,淺鉆驗證地質(zhì)界限,淺鉆鉆孔,花崗巖,閃長巖,砂巖,二長花崗巖,淺鉆鉆孔分布于地質(zhì)體的兩側(cè),“淺鉆+化探” 地質(zhì)工作空白區(qū)普查,覆蓋區(qū),淺鉆鉆孔,地質(zhì)工作空白覆蓋區(qū)網(wǎng)格化布孔,三、典型景觀區(qū)使用案例,（一）在半干旱草原區(qū)化探取樣中的應用 （二）在水網(wǎng)地區(qū)化探取樣中的應用 （三）在森林沼澤區(qū)化探取樣中的應用 （四）“淺鉆+化探”的找礦效果,1. 施工條件,（一）半干旱草原區(qū),西烏珠穆沁旗地處中緯度內(nèi)陸地區(qū)，屬中溫帶干旱半干旱大陸性氣候，常年少于缺水。施工探區(qū)地處

5、內(nèi)蒙中東部，平均海拔1000米以上。工作地區(qū)主要為低山丘陵草甸草原，交通有公路和土路相接，汽車可到達區(qū)內(nèi)各取樣鉆孔點，交通情況基本便利。,2. 鉆探設備,表1：75米全液壓車載鉆機主要技術參數(shù),根據(jù)我所承擔的地質(zhì)大調(diào)查項目“75米車載取樣鉆機具的研制”和863“車載野外試驗裝備”研究成果，并結合物化探研究所科研工作任務要求及景觀區(qū)的地質(zhì)背景，采用75米全液壓動力頭車載鉆機。根據(jù)不同地層結構采用了空氣正、反循環(huán)取樣工藝及螺旋、金剛石取樣工藝。該鉆機的主要技術參數(shù)如下：,（一）半干旱草原區(qū),3. 地層結構 整個工作區(qū)內(nèi)地層變化較大，地層特性按地形劃分基本上可分為三大類型： 山頂及巖石突露地區(qū)； 山

6、坡及河坡地區(qū)； 河底及平原地區(qū)。,（一）半干旱草原區(qū),柱狀圖,00.3米為草皮、腐植土，0.31.0米為風化的頁巖，泥質(zhì)巖，1.03.0米為比較完整的巖石。,. 山頂及巖石突露地區(qū),取樣工藝：空氣循環(huán)+潛孔錘鉆進+空氣旋流器取樣,00.5米為草皮、腐植土；0.57.0米為風動砂；79米為黃褐色或灰色膠泥層； 912米為破碎風化巖層；1215米為完整基巖層。,柱狀圖, . 山坡及河坡地區(qū),取樣工藝：基巖以上地層采用空氣循環(huán)+三翼刮刀合金鉆進+空氣旋流器取樣； 基巖層采用空氣循環(huán)+氣動潛孔錘鉆進+空氣旋流器取樣。 防止風成砂層埋鉆，采用下套管工藝,00.5米為草皮、腐植土；0.57.0米為風成砂；

7、 9左右米為黃褐色或灰色膠泥層；10米以下為基巖層,柱狀圖, . 河底及平原地區(qū),柱狀圖,取樣工藝：采用空氣循環(huán)+三翼刮刀鉆頭鉆進+空氣旋流器取樣 易坍塌地層，采用下套管空氣循環(huán)取樣工藝,空氣正反循環(huán)工作原理,反循環(huán)原理示意圖,4. 應用效果 內(nèi)蒙古干旱沙漠景觀區(qū)及半干旱草原景觀區(qū)采用空氣正、反循環(huán)連續(xù)取樣技術采取粉末狀化探樣品，在鉛鋅礦外圍發(fā)現(xiàn)銀礦點。,（一）半干旱草原區(qū),現(xiàn)場取樣情況,（二） 南方水網(wǎng)地區(qū),1. 取樣設備 示范區(qū)選在安徽廬江水網(wǎng)地區(qū)，采用TGQ-30型輕便取樣鉆機和46口徑繩索取樣工藝。該機型由輕便取樣鉆機和一臺液壓動力站組成。示范任務來自地調(diào)項目“機動淺鉆在地球化學方法中

8、的研究應用”。,TGQ-30型取樣鉆機參數(shù),（二） 南方水網(wǎng)地區(qū),設備特點： 設備輕便：該30米取樣鉆機具主機重量80kg，泵站81kg。 搬遷靈活：分體式結構最大部件不超過40kg，可快速移動。 拆裝方便：部件之間的鏈接主要是銷釘和快速接頭，現(xiàn)場準備時間不超過30分鐘，具有極強的實用性。 性能可靠：整個施工期沒出現(xiàn)任何故障。,（二） 南方水網(wǎng)地區(qū),02米為表層耕作土、腐植土；28米為灰黑色膠粘泥；814米為含水層，為深灰色或灰黃色粘泥，含沙層；1422米為膠粘泥層；2228米礫石層，這一層的主要成分為凝灰?guī)r，砂巖，長石，石英等.夾雜泥沙；28 29米為殘基層，該層風化破碎，為泥質(zhì)高嶺土砂巖層

9、； 29 30米為基巖，紫紅色泥質(zhì)粉砂巖。,柱狀圖,（二） 南方水網(wǎng)地區(qū),2. 地層概況,3. 取樣工藝 山坡及突露地區(qū)直接采用普通雙管鉆進，操作簡單，采取率在90%以上。 對于覆蓋層比較完整的地區(qū)，采用普通單管開孔鉆進2米，更換繩索取心鉆具鉆進。 對于覆蓋層含水，易坍塌，縮徑地層，采用60螺旋鉆桿鉆進8-12米，下套管2-3根（4米/根）然后更換46mm繩索取心鉆具繼續(xù)鉆進。,（二） 南方水網(wǎng)地區(qū),4. 取樣效果,（二） 南方水網(wǎng)地區(qū),下套管取樣,螺旋鉆進取樣,（二） 南方水網(wǎng)地區(qū),繩索鉆進取樣,取樣現(xiàn)場,（二） 南方水網(wǎng)地區(qū),5. 應用效果 安徽水網(wǎng)地區(qū)覆蓋層較厚，可采用輕便鉆機加繩索取心

10、鉆具取樣。在一個礦化點周圍圈出了明確化探的異常區(qū)。,（二） 南方水網(wǎng)地區(qū),（三）森林沼澤區(qū),1. 取樣設備 在多寶山地區(qū)采用地調(diào)項目成果“TGQ-15A型輕便多功能取樣鉆機。該取樣鉆機可以滿足金剛石鉆進及螺旋鉆進等不同鉆探工藝對鉆機的要求。示范任務來自省部合作項目：“ 多寶山地區(qū)遠景規(guī)劃淺鉆技術在多寶山地區(qū)的有效性研究”,取樣鉆機性能參數(shù)： 型號： TGQ-15A 功率(hp)： 5.5 耗油量（L/h）： 1.01.2 鉆深(米): 20 鉆孔直徑(毫米): 46 轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/ min): 1200/500/150 給進行程(米): 1.2 給進方式: 鏈輪鏈條 鉆架高度(米) 1.65 重量

11、(千克): 76,（三）森林沼澤區(qū),泥漿泵參數(shù)： 型號： 3WZ-26 功率(kw)： 4.2 耗油量（L/h）：1.01.2 流量（L/min）：26 壓力(MP): 0.7 重量(千克): 22,（三）森林沼澤區(qū),最上層為20-50cm黑色腐殖土； 第二層位20-40cm的黃土； 第三層為30-50cm厚度較為均勻的白色礫石，且礫石棱角有明顯的磨圓痕跡； 第四層為30-50cm夾帶風化碎石的黃色粘土； 第五層為風化基巖。,（三）森林沼澤區(qū),2. 地層概況,3. 取樣工藝 上述地層若只采取基巖樣品，則可以采用單管合金鉆具剝離覆蓋層+單管金剛石鉆具取心的取樣工藝。 若采取化探樣品，則可使用單動

12、雙管金剛石鉆具+底噴鉆頭+半合管式內(nèi)管取心的取樣工藝。 平均鉆進效率：2.6米/小時。,（三）森林沼澤區(qū),遇到第四系鉆孔，可采用單管鉆具或單動雙管鉆具+小泵量沖水取心的取樣工藝，即可輕松全孔取樣。,（三）森林沼澤區(qū),“淺鉆+化探”多寶山應用案例,其一鉆孔發(fā)現(xiàn)孔雀石（此區(qū)域土壤化探未發(fā)現(xiàn)異常）,鉆孔,鉆孔測線,粉砂巖及板巖區(qū),淺鉆孔位,花崗巖區(qū),花崗巖區(qū),鉆孔取出的孔雀石,強烈的蝕變現(xiàn)象,取樣情況,雜巖帶,取樣情況,取樣情況,取樣情況,多寶山淺鉆銅元素巖石地球化學圖,4. 應用效果 黑龍江森林沼澤覆蓋區(qū)采用輕便巖心取樣鉆機采取巖石樣品。樣品經(jīng)過初步鑒定定名后將被用于化學分析,在多寶山外圍發(fā)現(xiàn)隱伏

13、銅礦點。,（三）森林沼澤區(qū),（四）淺鉆+化探的找礦效果,1、在內(nèi)蒙西烏旗半干旱草原淺覆蓋區(qū)已知鉛鋅礦的外圍利用淺鉆+化探的方法發(fā)現(xiàn)了新的銀礦礦化點； 2、在安徽廬江水網(wǎng)淺覆蓋區(qū)利用淺鉆+化探的方法，在一個深鉆礦化點周圍圈出了完整的化探異常區(qū)； 3、在黑龍江多寶山外圍的森林沼澤淺覆蓋區(qū)，在一個淺鉆填圖鉆孔中發(fā)現(xiàn)孔雀石，隨后在此鉆孔附近又布置50余個淺鉆鉆孔，并將所取樣品用于化探分析。最終發(fā)現(xiàn)一處隱伏銅礦礦化點。,4、 以多寶山為例。多寶山地區(qū)屬森林沼澤淺覆蓋區(qū)景觀區(qū)，在資源評價項目中選了八幅圖，采用淺鉆取樣。在淺鉆取樣中，隨處可見槽探坑，如下圖所示。由此可見，為在該重點成礦帶找礦有所突破，國家投

14、了巨資，但并沒能達到揭露地表的目的，反而對環(huán)境造成了巨大破壞。淺鉆技術在該地區(qū)通過2007至2010三年累計4000多米的示范工作量。盡管有的孔位覆蓋層厚度超過18米，但八幅圖所布的每個孔都穿過了覆蓋層，取到了基巖。這充分驗證了淺鉆技術在此種地貌中，不僅能揭露地表取得找礦的直接信息，而且極大減少了對樹木與植被的破壞。,（四）淺鉆+化探的找礦效果,1. 替代槽井探 淺鉆可在普查階段替代槽井探，槽井探不僅破壞環(huán)境，而且施工單位要面臨高額的補償費。在覆蓋層厚度超過3米時槽探無法使用。,四 淺鉆技術在其它領域中應用,地層情況：膠粘泥層 鉆具組合：兩翼合金鉆頭+螺旋鉆桿 鉆進方式：干鉆 鉆進深度：10-

15、12米,四 淺鉆技術在其它領域中應用,TGQ-15型取樣鉆機在 安哥拉 鉆取物探爆破孔,2. 鉆取爆破孔,地層情況：沙質(zhì)黃土 鉆具組合： 兩翼合金鉆頭+可通水螺旋鉆桿 鉆進方式： 0-5米干鉆 5-10米內(nèi)通水鉆進 鉆進深度：10米 鉆孔效率：10米/小時,TGQ-10A型取樣鉆機在 安哥拉 鉆取物探爆破孔,四 淺鉆技術在其它領域中應用,美國紹爾公司的背包鉆機STS-2：重量18kg，鉆孔直徑20mm，僅可鉆取完整的巖石。,俄羅斯生產(chǎn)的山地鉆機，模塊化設計，鉆深40m，轉(zhuǎn)速100rpm，只適合松軟地層合金鉆進。,二、研究現(xiàn)狀,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,二、研究現(xiàn)狀,美國Mobil drill 公司B

16、48鉆進NQ365.76m,5.1 取樣設備,寶長年公司LF90DNQ鉆桿鉆深900m,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,俄羅斯葉卡捷琳堡系列鉆機鉆進能力較強，但重量大，機動性和可拆裝性較差， 大多在冬季施工。,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,TGQ-5型輕便鉆機,TGQ-15型輕便鉆機,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,TGQ-30型液壓輕便鉆機,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,TGQ-100L型全液壓多功能取樣鉆機,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,TGQ-100Z沼澤全液壓取樣鉆機,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,TGQ-300全液壓巖心鉆機,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,硬質(zhì)合金鉆進（用于鉆取土層、軟巖或剝離覆蓋層） 螺旋鉆進（用于鉆取土層） 金剛石鉆

17、進（用于鉆取巖層） 空氣正循環(huán)鉆進（干旱半干旱缺水覆蓋區(qū)取樣，常用于普查） 空氣反循環(huán)鉆進（干旱半干旱缺水覆蓋區(qū)取樣，常用于詳查）,5.2 取樣工藝,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,硬質(zhì)合金鉆進 硬質(zhì)合金鉆進適用于覆蓋層、土層及IVI級巖石及部分VIIVIII級研磨性弱到巖層鉆進取樣。 硬質(zhì)合金鉆進的特點是操作簡單，在較軟的巖層中鉆進效率高，質(zhì)量好，材料消耗少、成本低。 在覆蓋較厚的地區(qū)，通常使用合金鉆頭剝離覆蓋層，以提高鉆進的速度。,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,合金鉆進的鉆壓：土層及III級以下巖層鉆進，每顆合金上的壓力為3070kg，IVVI級巖層鉆進每顆合金上的壓力為70100kg。 合金鉆進的轉(zhuǎn)數(shù)：合金鉆

18、進不需要太高的轉(zhuǎn)速，500 r/min左右即可。 合金鉆進的沖洗液量：液量的大小應根據(jù)巖石性質(zhì)、鉆孔口徑等因素來確定。當巖石層軟、進尺快、巖粉多時，沖洗液量要大些，反之要小些。,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,螺旋鉆進工藝 螺旋鉆進適用于無地下水的一般土層、粘土層。 螺旋鉆進的特點是：鉆進操作簡單，鉆進速度快，成孔效果好，尤其適合于缺水干旱地區(qū)，缺點時所需扭矩大，提升起拔力大。 螺旋鉆進采用的技術參數(shù)：轉(zhuǎn)速在200 r/min以下，輕壓鉆進。,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,當以成孔為目的時，可以通過水泵向孔底注水，從而達到快速成孔的目的。 每次加鉆前應上下串動鉆具，確保返土良好。 遇返土不良時應及時提出鉆具，清理鉆

19、具余土后再將鉆具下入孔內(nèi)。,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,金剛石鉆進工藝 人造金剛石在鉆探領域中的應用是一項偉大的創(chuàng)新和革命。自地質(zhì)行業(yè)大規(guī)模推廣金剛石鉆具以來，鉆探工程質(zhì)量和鉆進施工效率有了很大的提高，成本下降，勞動強度減輕，地質(zhì)效果獲得了突破性改善。,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,金剛石鉆頭的選擇 一般來講，巖石研磨性愈強，越破碎，越軟，顆粒度粗時宜選用較硬的胎體；反之研磨性弱，均質(zhì)完整，堅硬，顆粒度細的巖石宜選用偏軟的胎體，如果巖石研磨性強，而又特別堅硬時應選用特硬胎體。 此外還應根據(jù)所鉆巖石的性質(zhì)，選用合適的鉆頭唇狀和水口等。,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,金剛石鉆具種類及使用條件 普通單管鉆具 （用于地層完整時） 單動雙管鉆具 （用于地層破碎，需要鉆取較完整巖心） 繩索取心鉆具 （可不提鉆取心，大大提高了鉆進效率） 射流取心鉆具（用于地層松散破碎，提高取心率）,五、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,5.3 提高巖心采取率的措施 對于不需取心的地層，或完整巖層可采用單管鉆具。 對于破碎地層需采用雙管單動鉆具，或射流取心鉆具鉆進取心。 對于難以采取的覆蓋層，易沖刷的破碎層需采用雙動雙管內(nèi)管