空氣反循環(huán)取樣鉆探與巖心鉆探的地質(zhì)找礦效果對(duì)比研究

陸生林， 鄧夢(mèng)春， 李正前

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081； 2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，四川 成都 611734)

空氣反循環(huán)取樣鉆探與巖心鉆探的地質(zhì)找礦效果對(duì)比研究

陸生林1， 鄧夢(mèng)春2， 李正前2

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081； 2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所，四川 成都 611734)

空氣以反循環(huán)取樣鉆進(jìn)技術(shù)是國(guó)外目前比較成熟與先進(jìn)的工藝，但國(guó)內(nèi)運(yùn)用相對(duì)較局限。本文結(jié)合近年來的研究，尤以2015年在云南省騰沖小龍河錫多金屬礦區(qū)與巖心鉆探進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，主要對(duì)地層、礦(化)體是否丟失情況、施工效率等進(jìn)行研究。研究表明，空氣反循環(huán)取樣鉆探，在地質(zhì)找礦中，具有施工效率高、生產(chǎn)成本低、找礦效果好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了該工藝在地質(zhì)找礦中的局限性以及需要進(jìn)一步研究的問題。

空氣反循環(huán)；巖心鉆探；地層巖性對(duì)比；礦體對(duì)比；施工效率

0 引言

空氣反循環(huán)取樣鉆探(RC鉆探)起源于20世紀(jì)80年代中期，主要應(yīng)用于固體礦產(chǎn)資源勘探，在澳大利亞、加拿大、美國(guó)等已得到認(rèn)可，并且廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)找礦之中。國(guó)內(nèi)雖然部分在使用該工藝，但是由于鉆探規(guī)范的限制，僅部分企業(yè)及合資公司使用，且有萎縮趨勢(shì)。2011年受中國(guó)地調(diào)調(diào)查局委托中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心、吉林大學(xué)3家單位，開展地質(zhì)找礦中的對(duì)比應(yīng)用研究,制訂新的鉆探規(guī)程。本文僅對(duì)2015年度在云南騰沖錫多金屬礦區(qū)試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析研究。

1 礦區(qū)地理地質(zhì)概況

試驗(yàn)礦區(qū)騰沖小龍河錫多金屬礦位于云南省西部，行政上屬云南省保山市騰沖縣滇灘鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)屬熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.8 ℃，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，每年6—10月為雨季，降雨量1320 mm，區(qū)內(nèi)分布有中山、低山、火山錐、臺(tái)階地、河谷平壩5種地貌類型，森林密布，地形險(xiǎn)峻，地形切割強(qiáng)烈。區(qū)內(nèi)植被發(fā)育，水資源豐富，可滿足生產(chǎn)生活用水。省、縣級(jí)公路穿過工區(qū)，交通較為便利。礦區(qū)公路彎多、狹窄、陡峭，大型機(jī)械難以進(jìn)出。

礦區(qū)位于岡底斯-拉薩-騰沖陸塊中(見圖1)，隸屬碧落雪山-騰沖(巖漿弧)Sn-W-Fe-Pb-Zn-Cu-Ag成礦亞帶，區(qū)內(nèi)包括2個(gè)礦帶：(1)檳榔江(喜馬拉雅期巖漿弧)Be-Nb-Ta-Li-Rb-W-Sn-Au礦帶；(2)棋盤石-小龍河(燕山期巖漿弧)Sn-W-Fe-Pb-Zn-Cu-Ag礦帶。

礦區(qū)大面積花崗巖出露,僅在礦區(qū)北部及東北角有少量沉積地層成殘蓋狀覆于花崗巖體之上,為上石炭統(tǒng)空樹河組。

圖1 大地構(gòu)造分區(qū)示意圖

區(qū)域性主干斷裂為近NS向的棋盤石-騰沖斷裂,對(duì)本區(qū)構(gòu)造格局及花崗巖均有控制作用,礦區(qū)位于斷裂西側(cè)。斷裂上盤及附近,次一級(jí)小斷裂及節(jié)理裂隙較發(fā)育,為本區(qū)花崗巖侵入及礦體生成創(chuàng)造良好條件。礦區(qū)斷裂由花崗巖中一組密集斷裂帶組成。

與小龍河錫礦成礦有關(guān)的燕山中晚期古永巖群小龍河巖序花崗巖,是一個(gè)多期次、多階段侵入的復(fù)式巖體。

2 設(shè)備器具的選擇

使用中國(guó)地質(zhì)裝備總公司研制的RC-400型反循環(huán)鉆機(jī)，壽力1070XHH/3.4 MPa空壓機(jī)，?108和89 mm兩種規(guī)格的雙壁鉆桿，SPMF345和SPMF355兩種規(guī)格的反循環(huán)潛孔錘，鉆頭有3種系列：?162、137、117 mm。

?162 mm鉆頭用于開孔鉆進(jìn)，鉆穿覆蓋層進(jìn)入基巖2 m后，下入?153 mm×7.2 mm套管，然后換?137 mm鉆頭系列鉆進(jìn)，?117 mm鉆頭系列作為備用。巖樣收集和縮分，采用中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所獨(dú)立研發(fā)的一體化巖樣縮分器進(jìn)行縮分后收集縮分樣進(jìn)行化驗(yàn)，主樣交小龍河錫多金屬礦、騰陽公司礦業(yè)使用。

3 試驗(yàn)情況

原騰陽礦業(yè)在試驗(yàn)區(qū)布置了2處巖心鉆探(ZK17101、ZK17102)及4處探槽、平硐等工程。由于巖心鉆探等工程對(duì)礦體揭露情況不理想，本次在巖心鉆探處布置了2個(gè)RC鉆探孔(ZK2、ZK3)，距離在10 m以內(nèi)；同時(shí)根據(jù)坑道及地表工程情況布置了2個(gè)RC鉆探孔(ZK1、ZK4)，揭露地下礦體情況。

3.1 地層巖性對(duì)比情況

反循環(huán)巖樣呈粉末狀，碎屑狀，巖性區(qū)分難于巖心鉆探。編錄根據(jù)巖樣顏色的不同，部分可識(shí)別的成分、蝕變、巖粉粗細(xì)進(jìn)行編錄，分層取樣測(cè)試后礦體界線不跨層，不違背地質(zhì)分層、取樣的規(guī)定。2015年度反循環(huán)鉆孔編錄：巖性大體與原巖心鉆探編錄一致，主要揭露巖性為黑云母花崗巖，只是部分物質(zhì)成分所占比例不同，定名有所偏差，大體巖性一致。以第3個(gè)試驗(yàn)孔為例，相同鉆進(jìn)深度巖性描述對(duì)比情況：巖心鉆探ZK17101孔在鉆進(jìn)深度111.54 m內(nèi)，地質(zhì)編錄僅為一層，對(duì)比孔R(shí)C鉆探ZK3孔鉆進(jìn)為5層，編錄精度高于巖心鉆探，對(duì)巖心鉆探135個(gè)采取率統(tǒng)計(jì)后，其平均采取率達(dá)85%；反循環(huán)鉆進(jìn)采用重量法計(jì)算采取率達(dá)96%，巖樣描述仔細(xì)；構(gòu)造破碎層位置區(qū)別不大，RC鉆進(jìn)可對(duì)蝕變層進(jìn)行詳細(xì)區(qū)分，但巖心鉆探無法對(duì)飾變層進(jìn)行識(shí)別。

巖心鉆探中，部分飾變破碎巖層，采取率較低，巖石破碎，鉆進(jìn)中，大部分成為了顆粒及粉末，在泥漿作用下極易污染，因此該段會(huì)失去原蝕變帶的物理特征，編錄人員無法直觀區(qū)分其是否蝕變。而反循環(huán)工藝的破碎蝕變巖層無污染，地質(zhì)人員根據(jù)其粉末顏色就能簡(jiǎn)便的識(shí)別蝕變與否，因此其礦化蝕變巖層編錄詳細(xì)程度高于巖心鉆探。

3.2 礦體對(duì)比情況

RC鉆探ZK2鉆孔：鉆進(jìn)深度156.49 m，見有2層礦體。第一層5.49～6.49 m，礦體厚1 m，平均品位0.024%；第二層118.49～120.49 m，礦體厚2 m，平均品位0.077%。

RC鉆探ZK3鉆孔：鉆進(jìn)深度111.54 m，見有3層礦體。第一層1.54～5.54 m，礦體厚4 m，平均品位0.059%；第二層10.54～12.54 m，礦體厚2 m，平均品位0.02%，由于該礦體品位較低，厚度僅2 m，因此只作為1號(hào)礦體的副礦體及1-2礦體，工業(yè)利用；第三層65.54～67.54 m，礦體厚2 m，平均品位0.072%。

附近原有2個(gè)巖心鉆孔。ZK17101，孔深在111.54 m內(nèi)；ZK17102，孔深160.42 m內(nèi)，均未見礦。

采用反循環(huán)鉆進(jìn)后，礦體情況見表1，深部存在2條礦體。且2號(hào)礦體與TC17101發(fā)現(xiàn)礦體為同一條，僅是在深部礦體發(fā)生變化，礦體變薄，品位降低。因其為風(fēng)化殼型Sn礦，其變化范圍較大，但是反循環(huán)鉆進(jìn)，證明了深部礦體的存在，而巖心鉆探丟失了礦體，影響了深部找礦。

表1 RC鉆探ZK2、ZK3孔礦體

RC鉆探ZK4鉆孔：鉆進(jìn)深度272.64 m，孔位位于南北向構(gòu)造帶部位，其附近發(fā)育大量EW向云英巖脈。該區(qū)域礦體主要成NNW向，受云英巖脈控制，但是后期工作中發(fā)現(xiàn)該成礦位于近NS向與EW向構(gòu)造交叉部位所形成的蝕變巖筒。因此選擇該位置，驗(yàn)證蝕變巖筒是否存在。

RC鉆探ZK4孔見有厚度≥4 m的礦體5條：第一條17.75～21.75 m，礦體厚4 m，平均品位0.086%；第二條52.75～56.75 m，礦體厚4 m，平均品位0.127%；第三條80.75～91.75 m，礦體厚11 m，平均品位0.025%；第四條95.75～129.75 m，礦體厚34 m，平均品位0.037%；第五條144.75～162.75 m，礦體厚18 m，平均品位0.035%。具體如表2所示。

RC鉆探ZK4孔無巖心鉆孔對(duì)比，僅在其附近有部分坑道及地表探槽，在同等高程處，坑道未見礦。RC鉆探ZK4孔見礦6層，填補(bǔ)了礦山深部資源的空白,說明了空氣反循環(huán)取樣鉆探在地質(zhì)情況不明的礦區(qū)，仍然能高效地發(fā)現(xiàn)礦體。從地質(zhì)成礦理論上說，多條高品位礦體的發(fā)現(xiàn)，探明了深部礦體的存在，驗(yàn)證了該處存在蝕變巖筒的可能性，為礦山以后找礦提出了新的方向。

根據(jù)4個(gè)實(shí)驗(yàn)孔與巖心鉆探成果數(shù)據(jù)對(duì)比分析，2015年度反循環(huán)工藝取樣，礦體情況優(yōu)于巖心鉆探(巖心鉆探在該處未見礦)礦體厚度及品位見圖2，新發(fā)現(xiàn)礦體見圖3。因此僅從礦(化)體品位、厚度這些直觀數(shù)據(jù)來看，巖心鉆探在鉆進(jìn)中丟失地層的同時(shí)，部分礦質(zhì)研磨、破碎后極易隨鉆井液流失，很容易降低礦體品位，導(dǎo)致了資源量銳減。反循環(huán)工藝的高采取率，礦質(zhì)的低損失率，能真實(shí)地反應(yīng)礦體情況，增加了礦山儲(chǔ)量，延長(zhǎng)了礦山壽命。雖然該礦區(qū)礦體受構(gòu)造控制，但是從近距離對(duì)比，地質(zhì)情況不會(huì)有大的變化。

表2 RC鉆探ZK4孔礦體

3.3 施工效率

圖2 反循環(huán)取樣鉆探與巖心鉆探礦體情況對(duì)比示意

圖3 RC鉆探新發(fā)現(xiàn)礦體情況示意

鉆進(jìn)深度的不同，有很多因素制約著鉆進(jìn)速度，不僅僅是工藝等原因，只有同等鉆進(jìn)深度的巖心鉆探與RC鉆探，才有對(duì)比意義。因此本文采用RC鉆探的ZK4鉆孔，鉆進(jìn)深度為272.45 m,純鉆時(shí)間為1626 min，最高鉆進(jìn)速度為1 m/min，平均鉆進(jìn)速度為0.17 m/min。

對(duì)巖心鉆探ZK17101孔，孔深270 m以內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：最高鉆進(jìn)速度0.1 m/min,平均鉆進(jìn)速度0.033 m/min。

從以上數(shù)據(jù)分析及歷年研究，證明300 m以內(nèi)淺孔，RC鉆進(jìn)速度遠(yuǎn)高于巖心鉆進(jìn)?？蔀榈V山節(jié)約大量時(shí)間，縮短生產(chǎn)周期。

4 存在的不足及建議

(1)空氣反循環(huán)取樣鉆進(jìn)，當(dāng)孔深在300 m以淺時(shí)，鉆進(jìn)效率有較大的優(yōu)勢(shì)，但是當(dāng)孔深>300 m以后，鉆進(jìn)出現(xiàn)諸多問題。曾經(jīng)對(duì)300 m以深的孔進(jìn)行試探性研究時(shí)，出現(xiàn)抱管、水壓過大無法鉆進(jìn)等現(xiàn)象。因此需要繼續(xù)開展空氣反循環(huán)取樣鉆探深孔鉆進(jìn)技術(shù)的研究，包括設(shè)備器具和鉆進(jìn)工藝的研究。通過研究，使空氣反循環(huán)取樣鉆探能在地下水豐富的情況下，保持高取心率、高鉆進(jìn)效率、低鉆進(jìn)成本的同時(shí)能鉆進(jìn)至600 m左右的孔深，以適合國(guó)內(nèi)找礦的需求。

(2)含水層或富水層鉆進(jìn)，鉆進(jìn)速度慢，巖樣收集困難，需要進(jìn)一步解決。

(3)巖樣含水后，容易在管道內(nèi)掛壁，易導(dǎo)致堵塞，處理需要大量時(shí)間。

5 結(jié)論

該項(xiàng)目試驗(yàn)研究證明，RC鉆探技術(shù)施工效率高、采取率高、成本低,是其他鉆探方法無法相比的。雖然無法代替巖心樣的物理形態(tài)，但是其高效的鉆進(jìn)能力，礦體情況明顯高于巖心鉆探，已經(jīng)得到了礦山的認(rèn)可，而且在某些情況下完全可以滿足地質(zhì)找礦的目的。根據(jù)試驗(yàn)情況，結(jié)合地質(zhì)找礦的需求，筆者認(rèn)為該方法的適用范圍如下：

(1)主要以獲取礦物成分和礦體品位為目的的鉆孔及快速評(píng)價(jià)；

(2)物化探異常驗(yàn)證及礦體邊沿追索；

(3)已掌握基本地質(zhì)構(gòu)造資料的老礦區(qū)補(bǔ)充或加密勘探；

(4)在地層較穩(wěn)定的工區(qū)，與少量取心鉆孔配合進(jìn)行勘探工作；

(5)三稀礦種勘探(風(fēng)化殼型、砂礦床)；

(6)干旱缺水或地下水位較低地區(qū)。

[1] 李汞,王德龍,王占丑,等.空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)技術(shù)在紫金山金銅礦區(qū)的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2017,44(6):45-47,51.

[2] 馮常英,劉殿有,皮微微,等.空氣反循環(huán)連續(xù)取樣在含金礫巖鉆探中的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2016,43(2):48-52.

[3] 石立明.空氣反循環(huán)鉆進(jìn)工藝在地勘淺層取樣中的應(yīng)用探討[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2014,41(11):5-9.

[4] 鄧夢(mèng)春,陸生林,黃晟輝.空氣反循環(huán)取樣鉆探巖心采取率的計(jì)算方法探討[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2013,40(9):6-8,13.

[5] 鄧夢(mèng)春,黃晟輝,殷琨,等.空氣反循環(huán)取樣鉆探的巖樣收集和縮分技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2013,40(7):73-76,80.

[6] 李鋒.空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探技術(shù)在新疆烏什磷釩礦區(qū)的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2013,40(5):23-25.

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[10] 李建忠,趙作新,陸生林,等.云南騰沖縣小龍河錫稀土多金屬礦田同巖漿構(gòu)造地質(zhì)特征[J].礦物學(xué)報(bào)，2015,(S1):406-407.

AirReverseCirculationDrillingandCoreSamplingDrillinginGeologicalProspectingEffects

/LUSheng-lin1,DENGMeng-chun2,LIZheng-qian2

(1.Chengdu Center, China Geological Survey, Chengdu Sichuan 610081, China; 2.Institute of Exploration Technology, CAGS, Chengdu Sichuan 611734, China)

Air reverse circulation drilling technology is a mature and advanced process abroad, but is relatively limited in China. Based on the research in recent years, especially a contract test between air reverse circulation drilling and core drilling was carried out in Xiaolonghe tin polymetallic deposit of Yunan Tengchong in 2015, the formation, mineralization bodies loss and construction efficiency were studied. The research shows that air reverse circulation sampling drilling has the advantages of efficient construction, low cost and good in geological prospecting. Meanwhile, the limitations of this technology in geological prospecting and some problems that need further study are also found out.

air reverse circulation drilling; core drilling; stratigraphic lithologic correlation; ore body correlation; construction efficiency

2016-08-31；

2017-09-30

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“空氣反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)在西部地區(qū)成礦帶找礦中的應(yīng)用示范”(編號(hào)：12120113097700)

陸生林,男，漢族，1979年生，礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，碩士，從事地質(zhì)找礦工作，四川省成都市金牛區(qū)一環(huán)路北三段2號(hào)，598909601@qq.com。

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A

1672-7428(2017)11-0008-04