淺鉆找礦技術(shù)在祁漫塔格成礦帶的應(yīng)用研究

譚春亮，宋殿蘭，苗國文，林廣利，田　滔

（1.北京探礦工程研究所，北京100083；2.青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海西寧810028）

淺鉆找礦技術(shù)在祁漫塔格成礦帶的應(yīng)用研究

譚春亮*1，宋殿蘭1，苗國文2，林廣利1，田滔2

（1.北京探礦工程研究所，北京100083；2.青海省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海西寧810028）

淺層鉆探技術(shù)作為一種有效的礦產(chǎn)勘查技術(shù)手段，匹配不同的淺鉆設(shè)備與取樣工藝，可服務(wù)于礦產(chǎn)勘查的預(yù)查、普查、詳查、勘探等不同階段，實(shí)現(xiàn)追索、驗(yàn)證和圈定礦體。通過對祁漫塔格成礦帶淺鉆找礦的應(yīng)用研究，初步解決了我國西部高原荒漠覆蓋區(qū)淺層鉆探取樣的難題，形成了高海拔淺層鉆探技術(shù)方法系列，可適用于多種特殊景觀地層，為地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)資源勘查提供技術(shù)支撐。

淺層鉆探技術(shù)；淺鉆設(shè)備；取樣工藝；化探取樣；以鉆代槽

1　概述

淺覆蓋區(qū)礦產(chǎn)勘查技術(shù)方法一直以來都是國內(nèi)外關(guān)注與研究的熱點(diǎn)，在以金為主的多金屬勘探過程中，通常采用槽探工程對物探、化探以及遙感等方法圈定的異常進(jìn)行地表揭露、驗(yàn)證；若發(fā)現(xiàn)蝕變地質(zhì)體、礦（化）體，則按照一定的勘探網(wǎng)度垂直礦（化）體走向，進(jìn)行地表控制，為后續(xù)的深部鉆探控制及礦產(chǎn)資源儲量估算提供準(zhǔn)確信息和數(shù)據(jù)。但是，隨著礦產(chǎn)勘查向?qū)ふ疑畈康V、隱伏礦的轉(zhuǎn)向，槽（井）探的應(yīng)用范圍日趨狹小，加之槽（井）探自身的局限性（深度淺、破壞大），已經(jīng)無法滿足新的發(fā)展需求；同時，淺層取樣鉆探技術(shù)快速的發(fā)展，日臻完善的淺層鉆探設(shè)備與工藝有望徹底改變槽探、井探和人工挖掘等破壞生態(tài)的傳統(tǒng)地質(zhì)取樣方法。充分發(fā)揮淺鉆的高效、環(huán)保優(yōu)勢，逐步替代槽（井）探是覆蓋區(qū)找礦的發(fā)展方向。

2　淺覆蓋的結(jié)構(gòu)組成與類型分布

（1）中國淺覆蓋區(qū)類型與分布。中國淺覆蓋區(qū)（shallow overburden area）約占覆蓋區(qū)（第四系）面積的1/3，（100～150）×104km2，其深度一般在2～100m之間，包含在不同的地質(zhì)景觀區(qū)中【1】。主要特點(diǎn)：①山緣、盆嶺過渡帶等大面積淺覆蓋區(qū)覆蓋物較為單一，以沖洪積、風(fēng)積為主；②局部淺覆蓋分布區(qū)表現(xiàn)為：高地頂部基巖裸露與半裸露，山腰覆蓋厚度增大至1～2m，山腳至谷地覆蓋厚度大于3m，部分地段大于10m；③在丘陵區(qū)，基巖出露與淺覆蓋區(qū)相間或交錯分布。典型淺覆蓋類型分布包括：以砂礫石為主體的西北部干旱戈壁荒漠區(qū)，以風(fēng)成沙為主的北部干旱半干旱草原區(qū)，以淤泥砂質(zhì)粘土為主的廣泛分布的江河湖海泛濫沖洪積平原，西部高寒凍土山麓塌積區(qū)和風(fēng)積黃土覆蓋區(qū)以及南方風(fēng)化殼殘積紅土覆蓋區(qū)等，多是斷裂帶發(fā)育、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，成礦、控礦地質(zhì)條件有利地區(qū)。

（2）祁漫塔格成礦帶淺覆蓋區(qū)主要特點(diǎn)。青海祁漫塔格地處青藏高原東北部的柴達(dá)木盆地西南緣、東昆侖復(fù)合造山帶的西段，是中國新的十大礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)接替基地之一［2］，也是青海省重要的鐵、銅多金屬礦產(chǎn)基地之一，設(shè)有中國首批找礦突破戰(zhàn)略行動整裝勘查區(qū)。覆蓋區(qū)主要特點(diǎn)：①覆蓋層厚（大于30m），傳統(tǒng)的化探取樣方法只能停留在地表，通過簡單的機(jī)械工具（如洛陽鏟）完成對基巖地質(zhì)特征了解的難度增大；②西部景觀條件復(fù)雜，高寒凍土，增加了地區(qū)工作難度，槽（井）探、常規(guī)的地質(zhì)鉆探設(shè)備的適應(yīng)性、有效性變?nèi)?；③地處三江源頭（生態(tài)環(huán)保），地表挖掘，野蠻勘探等傳統(tǒng)作業(yè)方式越來越不適應(yīng)新的發(fā)展模式。淺層鉆探技術(shù)旨在解決難進(jìn)入地區(qū)、淺覆蓋復(fù)雜地層勘查取樣的難題，改變傳統(tǒng)地質(zhì)取樣方法現(xiàn)狀。

3　祁漫塔格成礦帶淺鉆技術(shù)研究

（1）淺鉆設(shè)備研究。祁漫塔格成礦帶地處西部高原區(qū)，主要景觀可大致劃分為2大類型：荒漠戈壁景觀區(qū)與高寒高山景觀區(qū)：

①荒漠戈壁區(qū)：覆蓋層厚度多在30m以上，按照1∶25萬化探采樣密度要求（1～2孔/4km2）區(qū)域工作廣，任務(wù)量大，交通狀況較好，適合機(jī)動設(shè)備開展工作；

②高寒高山景觀區(qū)：多為基巖半裸露地區(qū)，覆蓋厚度多小于3m，交通狀況差，適合輕便鉆機(jī)開展工作。

通過在祁漫塔格成礦帶不同景觀條件下不同覆蓋層開展的淺鉆取樣技術(shù)試驗(yàn)，形成了適用于地區(qū)特點(diǎn)的淺層鉆探設(shè)備及工藝系列。見表1。

表1　淺層鉆探設(shè)備及工藝系列

機(jī)動式以機(jī)械化、自動化與通行能力為主要控制指標(biāo)；輕便式則主要考慮便攜、輕質(zhì)等因素。見圖1、圖2。

圖1　機(jī)動淺層鉆機(jī)

圖2　輕便淺層鉆機(jī)

結(jié)合高原區(qū)工作特殊性，在設(shè)備動力、材料、結(jié)構(gòu)形式等方面進(jìn)行改進(jìn)。

①設(shè)備動力是保證高海拔地區(qū)正常工作的首要條件。資料顯示，海拔高度每升高1000m，溫度下降5℃，內(nèi)燃機(jī)功率和扭矩相對于平原地區(qū)性能指標(biāo)下降8%～12%［3］。一方面為動力機(jī)安裝進(jìn)氣增壓并帶中冷的高原功率型增壓器，增效；另一方面采用輕質(zhì)合金鉆桿鉆具，降低功率消耗；

②通行能力是保障機(jī)動淺鉆高效的重要因素。采用六驅(qū)底盤裝載，鉆機(jī)取力于底盤動力，完成全液壓控制，自動加減鉆桿、給進(jìn)提升等操作；

③便捷性是輕便鉆機(jī)的核心優(yōu)勢。選用輕質(zhì)合金材料，控制最大部件小于30kg，分體部件之間由快速接頭、銷釘連接，20min內(nèi)可完成現(xiàn)場拆裝。

（2）淺鉆工藝研究。西部多為地表無水、地下淺部漏水的地層，若采用泥漿循環(huán)鉆進(jìn)，僅供水的費(fèi)用將占總施工費(fèi)用的1/3；相比之下，空氣作為無處不在的特殊介質(zhì)，為人類在缺水地區(qū)實(shí)施鉆探活動提供了物質(zhì)保障，因此，推廣以空氣作為循環(huán)介質(zhì)的取樣取芯并舉的組合鉆探方法將是加快西部勘探周期、降低成本最有效手段［5］。

①正循環(huán)取樣（取芯）鉆進(jìn)技術(shù)：普通鉆桿+潛孔錘（合金鉆頭）；

②空氣反循環(huán)連續(xù)取樣（取芯）鉆探技術(shù)：雙壁鉆桿+貫通式潛孔錘（合金鉆頭）；

③跟管鉆進(jìn)技術(shù)：偏心潛孔錘+雙層鉆桿；

④空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)：解決漏失地層，用水困難地區(qū)的鉆進(jìn)難題。

其它一些有效的措施：

①為提升高原鉆探能力，減少勞動強(qiáng)度，研制了直徑范圍?25mm～?89mm的系列輕質(zhì)合金鉆桿；

②為提高鉆進(jìn)效率，研發(fā)并推廣了小口徑（S46）繩索取芯鉆具；

③遇到凍土層時，加大繩索取芯鉆頭與擴(kuò)孔器的外徑，來加大鉆桿與孔壁的環(huán)狀間隙，保證沖洗液良好的流動性能，達(dá)到一定的防凍效果，同時降低縮徑卡鉆事故發(fā)生的幾率。

（3）淺層找礦勘查技術(shù)應(yīng)用研究。

①淺鉆化探可實(shí)現(xiàn)淺覆蓋區(qū)地質(zhì)地球化學(xué)立體填圖。在淺覆蓋區(qū)通過淺鉆地球化學(xué)測量，實(shí)現(xiàn)自地表至基巖的連續(xù)或分層取樣，可在填圖區(qū)域內(nèi)建立垂直分層地質(zhì)柱狀剖面，揭露具完整、代表性的覆蓋沉積結(jié)構(gòu)層的垂向沉積序列。實(shí)現(xiàn)對原生地質(zhì)環(huán)境和外來覆蓋物沉積環(huán)境不同分層界面的地質(zhì)地球化學(xué)測量。對基巖樣品巖性的識別可以實(shí)現(xiàn)被掩埋地質(zhì)體的追索、復(fù)原、對不同覆蓋結(jié)構(gòu)層的地球化學(xué)測量，掌握不同沉積單元的地球化學(xué)分布規(guī)律。

②以淺層鉆探部分替代槽探。通過在已知探槽應(yīng)用淺鉆進(jìn)行化探取樣的試驗(yàn)研究，達(dá)到了準(zhǔn)確定位刻槽取樣部位、主成礦元素最高含量與刻槽樣高值點(diǎn)相對應(yīng)的目的。從資源勘探角度看，最終確定礦體大小、規(guī)模及儲量的方式通過鉆探來完成，那么應(yīng)用以鉆代槽勘查技術(shù)方法進(jìn)行先期先驗(yàn)式的勘探以確定深部是否存在礦體，在理論上是可行的，實(shí)際應(yīng)用效果也是很突出的。

4　淺鉆技術(shù)方法應(yīng)用效果

北京探礦工程研究所與青海省屬地勘單位緊密結(jié)合，積極推動淺層鉆探技術(shù)應(yīng)用于青海祁漫塔格成礦帶淺覆蓋區(qū)的找礦工作，通過應(yīng)用示范，總結(jié)出了一套有效的鉆進(jìn)工藝方法，為該區(qū)的找礦突破提供了技術(shù)支撐，也為該區(qū)今后科學(xué)部署礦產(chǎn)勘查工作起到積極的指導(dǎo)作用。在此，以淺鉆孔QSQZ1與槽探QSTC1的對比為例說明淺鉆應(yīng)用效果。探槽QSTC1與淺鉆QSQZ1對比見圖3。淺鉆QSQZ1與槽探QSTC1樣品分析見表2。

圖3　探槽QSTC1與淺鉆QSQZ1對比圖（比例尺1：100）

表2　淺鉆QSQZ1與槽探QSTC1樣品分析結(jié)果

通過淺鉆樣品分析結(jié)果看，地表發(fā)現(xiàn)的礦化體及礦化線索在深部有明顯的異常顯示且對應(yīng)性較好，異常元素組合一致，說明在其深部可能存在更大規(guī)模的礦化體。

5　淺鉆找礦仍需解決的問題

淺鉆找礦作為一個新的研究課題，在祁漫塔格成礦帶推廣應(yīng)用之中仍需不斷完善，與物探、化探等技術(shù)方法融合統(tǒng)一，完善提高：

（1）需要進(jìn)一步加強(qiáng)對采樣部位識別、采樣方法、采樣介質(zhì)和采樣密度等方法技術(shù)的研究，形成一套適合祁漫塔格淺覆蓋區(qū)的淺鉆勘查方法技術(shù)系列［10］；

（2）作為一種新型的勘查技術(shù)手段，缺乏有效的工作模式與生產(chǎn)單位緊密結(jié)合，更好的發(fā)揮作用，以提供技術(shù)支撐；

（3）缺乏相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，對于巖屑（塊狀）樣品是否能夠滿足化探，地質(zhì)等工作的需求，缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；

（4）西部高海拔覆蓋區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地層破碎，易坍塌，且存在凍土等特殊地層，需要進(jìn)一步完善淺鉆工藝，研制新型取樣器具。

6　結(jié)論

淺鉆找礦作為一種新型礦產(chǎn)勘查技術(shù)手段，匹配設(shè)備與工藝，可服務(wù)于礦產(chǎn)勘查的預(yù)查、普查、詳查、勘探等不同階段，實(shí)現(xiàn)控制基巖巖性和地質(zhì)界線，追索和圈定礦體，查明礦體形態(tài)，以及進(jìn)行化學(xué)分析采樣，揭露表土層厚度等。

（1）基于生態(tài)保護(hù)的前提下，淺鉆技術(shù)的快速發(fā)展，適應(yīng)了礦產(chǎn)勘查新的發(fā)展要求，可以有效的節(jié)約占地，減少破壞，更加環(huán)保與安全；

（2）通過在祁漫塔格地區(qū)已知探槽應(yīng)用淺鉆進(jìn)行化探取樣的試驗(yàn)研究，證明淺鉆作為一種勘探技術(shù)手段可以進(jìn)行前期先驗(yàn)性的勘探以確定深部是否存在礦體，充分發(fā)揮淺鉆的高效、環(huán)保、低成本的優(yōu)勢找礦；

（3）淺層鉆探技術(shù)可以解決西部地區(qū)大小河谷周邊覆蓋區(qū)物化探異常和區(qū)域成礦有利地段的勘探，這些地區(qū)找礦潛力大，利用淺鉆可快速實(shí)現(xiàn)異常查證，定位查明礦化體；

（4）初步形成了適用于預(yù)查、普查的空氣鉆進(jìn)取樣技術(shù)，適用于詳查、勘探的取芯技術(shù)，適用于三維地質(zhì)填圖的原位取樣技術(shù)等淺覆蓋鉆探技術(shù)系列；

（5）淺層鉆探技術(shù)還需要提高取樣質(zhì)量、降低成本，依據(jù)地質(zhì)目的創(chuàng)新取樣器具，進(jìn)行匹配、組合。

［1］趙洪波，何遠(yuǎn)信，宋殿蘭，等.以鉆代槽勘查技術(shù)方法與應(yīng)用研究［J］.地質(zhì)科技情報，2014，33（5）：204-207.

［2］李文淵.祁漫塔格找礦遠(yuǎn)景區(qū)地質(zhì)組成及勘查潛力［J］.西北地質(zhì)，2010，43（4）：1-8.

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［4］王達(dá).西部特殊景觀區(qū)鉆探取樣技術(shù)展示［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2005（1）：1-5.

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［8］譚春亮，宋殿蘭，賈軍.全液壓車載鉆機(jī)在缺水地區(qū)化探取樣中的應(yīng)用研究［J］.探礦工程（巖土鉆掘），2009，36（9）：7-10.

［9］張永勤.空氣組合鉆探技術(shù)在干旱缺水地區(qū)地質(zhì)鉆探中的應(yīng)用研究［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2005（增刊）：242-245.

［10］喻勁松.淺鉆地球化學(xué)勘查技術(shù)方法及應(yīng)用研究［J］.地質(zhì)學(xué)報，2013，87（6）：236-237.

Application Research of Shallow Drilling Technology in Qimantage Metallogenic Belt

TAN Chun-liang1，SONG Dian-lan1，MIAO Guo-wen2，LIN Guang-li1，TIAN Tao2
（1.Beijing Institute of Exploration Engineering，Beijing 100083，China；2.NO.5 Geological and Mineral Survey Institute of Qinghai Province Xining Qinghai 810028，China）

As an effective mineral exploration technique，shallow drilling technology，when matched with different shallow drilling processes，can service in different stages of mineral exploration，such as reconnaissance，general survey，general exploration and exploration，and can realize exploration，verification and delineation of ore body.Through the application research of the shallow drilling technology in Qimantage metallogenic belt，the paper preliminarily solves the problems of sampling drilling technology in special landscape areas of western China，and forms the high altitude shallow drilling technology series，which can be suitable for special landscape areas.The paper also provides technical support for geological survey and mineral exploration.

shallow drilling technology；shallow drilling equipments；sampling technology；geochemical exploration sampling；drilling instead of trenching

P634

A

1004-5716（2016）09-0027-04

2015-11-02

2015-11-20

中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“青海祁漫塔格成礦帶金屬礦地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”（12120113031900）。

譚春亮（1979-），男（漢族），山東德州人，高級工程師，現(xiàn)從事淺層鉆探設(shè)備、鉆探技術(shù)的研究與應(yīng)用工作。