分析地質(zhì)礦產(chǎn)勘探在地質(zhì)找礦中的技術(shù)應(yīng)用

魏 巍

（江西省地質(zhì)局能源地質(zhì)大隊(duì)，江西 南昌 330200）

礦產(chǎn)為城市建設(shè)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要資源，為滿(mǎn)足日益劇增的礦產(chǎn)需求，應(yīng)借助地質(zhì)礦產(chǎn)勘探技術(shù)，提高地質(zhì)找礦效率。在地質(zhì)找礦作業(yè)中，如何正確運(yùn)用各類(lèi)地質(zhì)礦產(chǎn)勘探技術(shù)成為關(guān)鍵點(diǎn)，因此為推動(dòng)地質(zhì)礦業(yè)發(fā)展，需強(qiáng)化地質(zhì)礦產(chǎn)勘探技術(shù)應(yīng)用，了解現(xiàn)階段常用先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行技術(shù)選擇，以此更好地完成地質(zhì)找礦任務(wù)[1]。

1 地質(zhì)找礦中常用的地質(zhì)礦產(chǎn)勘探技術(shù)

1.1 地質(zhì)填圖技術(shù)

地質(zhì)填圖技術(shù)為最基礎(chǔ)的找礦技術(shù)，根據(jù)地質(zhì)理論，采用既有探測(cè)技術(shù)整理周?chē)刭|(zhì)參數(shù)，廣泛收集環(huán)境數(shù)據(jù)，以此明確地質(zhì)結(jié)構(gòu)及水文特征，經(jīng)全面整合后，對(duì)數(shù)據(jù)全面分析，判斷范圍區(qū)域地質(zhì)特征，以此判斷該區(qū)域是否具有深入勘探價(jià)值，若發(fā)現(xiàn)該區(qū)域存有深入勘探價(jià)值，則需根據(jù)礦產(chǎn)資源物理及化學(xué)特征探析礦產(chǎn)水埋藏深度、巖層結(jié)構(gòu)等，進(jìn)一步定位礦產(chǎn)資源。在地質(zhì)礦產(chǎn)勘探找礦期間，應(yīng)將地質(zhì)數(shù)據(jù)整合處理，剔除無(wú)用數(shù)據(jù)，結(jié)合找礦理念，初步判斷礦產(chǎn)資源位置，并以礦產(chǎn)資源定位、巖層特點(diǎn)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文信息為依據(jù)，繪制地質(zhì)地圖，立足于實(shí)際地質(zhì)情況，采用大比例尺填圖方式形成準(zhǔn)確而清晰的地質(zhì)地圖，用以礦產(chǎn)勘查及礦山設(shè)計(jì)，以此確保地質(zhì)找礦過(guò)程有據(jù)可查。在明確大比例尺時(shí)，應(yīng)以地表形態(tài)、礦場(chǎng)規(guī)模為依據(jù)，合理選擇比例尺，并將地質(zhì)勘察點(diǎn)位置標(biāo)注于地圖上，以此確保地圖質(zhì)量。

1.2 GPS感應(yīng)技術(shù)

GPS感應(yīng)技術(shù)在信息化背景下發(fā)展迅速，定位精度不斷提高，在無(wú)線(xiàn)電、衛(wèi)星輔助下，GPS感應(yīng)技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用到地質(zhì)礦產(chǎn)勘探作業(yè)中，用于精準(zhǔn)定位地質(zhì)礦產(chǎn)信息。地質(zhì)礦產(chǎn)種類(lèi)較多，且性質(zhì)穩(wěn)定，在勘探找礦期間，可運(yùn)用光譜分析方法獲得光譜曲線(xiàn)，繼而準(zhǔn)確識(shí)別地質(zhì)礦產(chǎn)，具體如表1所示[2]：

表1 光譜波段范圍及可識(shí)別礦物

1.3 金剛石繩索取芯技術(shù)

金剛石繩索取芯技術(shù)為新型鉆進(jìn)勘探技術(shù)，可借助鉆桿通道，將巖芯從巖芯管內(nèi)提取出，操作簡(jiǎn)便。結(jié)合地質(zhì)找礦作業(yè)來(lái)看，該技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）找礦效果好。該技術(shù)應(yīng)用期間平穩(wěn)性強(qiáng)，若出現(xiàn)異常狀況可及時(shí)發(fā)出警報(bào)，安全性高，可第一時(shí)間傳遞出巖管堵塞情況，避免額外損耗，并為后續(xù)處理留出足夠時(shí)間。

（2）工作效率高。該技術(shù)鉆進(jìn)探勘鉆頭為金剛石繩索鉆頭，擁有較高厚度及硬度，在持續(xù)鉆進(jìn)期間無(wú)需其余輔助作業(yè)，極大提高勘探效率。

（3）技術(shù)成本低。相較于傳統(tǒng)鉆進(jìn)勘探技術(shù)，該技術(shù)減少了提鉆次數(shù)，可降低勘探找礦作業(yè)對(duì)鉆頭的損耗，延長(zhǎng)了鉆頭使用壽命，繼而降低了工具成本。

2 地質(zhì)找礦中地質(zhì)礦產(chǎn)勘探技術(shù)的具體應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 案例概況

為提升本次研究分析實(shí)踐價(jià)值，本次選取某金礦勘探找礦作業(yè)為研究案例，該案例巖層單斜產(chǎn)出，單斜角度26°～55°，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勘探區(qū)內(nèi)以韌性剪切帶為控礦構(gòu)造，且存在晚期脆性斷裂現(xiàn)象，共有北向、東北向、西北向三組，多為正斷層、平移斷層，表現(xiàn)出礦體錯(cuò)斷、分割現(xiàn)象，給地質(zhì)找礦作業(yè)造成極大困難。

2.2 找礦難點(diǎn)

第一，勘探找礦區(qū)域地層復(fù)雜，地層狀況多變，給勘探找礦作業(yè)帶來(lái)極大不確定性，為確保找礦效果，需根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行鉆孔，鉆孔需穿過(guò)破碎帶、巖層裂隙，完成打孔后的孔壁維護(hù)作業(yè)難度較高，孔壁松軟破碎，極易出現(xiàn)掉塊、垮落現(xiàn)象。第二，案例作業(yè)面臨巖層致密性高的挑戰(zhàn)，且礦產(chǎn)埋藏較深，巖石強(qiáng)度隨勘探深度的增加而變大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在本次作業(yè)中，巖石大多數(shù)為5級(jí)以上巖石，在此情況下，勘探找礦效率難以提升，且易產(chǎn)生額外鉆頭耗損。第三，案例勘探找礦區(qū)域內(nèi)軟巖、硬巖相互交錯(cuò)，使探勘過(guò)程更為復(fù)雜，同時(shí)軟巖、硬巖性質(zhì)差異大，探勘找礦期間易出現(xiàn)鉆孔傾斜現(xiàn)象，給探勘找礦作業(yè)造成極大挑戰(zhàn)[3]。第四，復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境導(dǎo)致部分地質(zhì)礦產(chǎn)探勘技術(shù)無(wú)法應(yīng)用，需根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造具體情況選擇技術(shù)類(lèi)型，且取芯鉆探為地質(zhì)找礦作業(yè)中關(guān)鍵步驟，鉆探設(shè)備受外部環(huán)境影響大，易出現(xiàn)孔內(nèi)壓力不平衡現(xiàn)象，提高了地質(zhì)勘探找礦難度，若壓力不平衡處理不當(dāng)則會(huì)出現(xiàn)孔壁失穩(wěn)問(wèn)題，繼而引發(fā)孔內(nèi)事故。

2.3 技術(shù)選擇

經(jīng)綜合分析后，本次選用取芯鉆探方法進(jìn)行勘探找礦，同時(shí)為提高取芯鉆探適用性，提高勘探找礦效率，在金剛鉆繩索取芯技術(shù)基礎(chǔ)上，增設(shè)液動(dòng)錘結(jié)構(gòu)，用以勘探1200m深入以上的區(qū)域。

2.3.1 孔身結(jié)構(gòu)

分析案例勘探找礦區(qū)特殊復(fù)雜孔段后，最終決定選用三級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)，并預(yù)留備用鉆孔。鉆進(jìn)開(kāi)孔孔徑選用直徑為217mm的探頭，用以貫穿地層覆蓋層，達(dá)到上層破碎區(qū)后，選用直徑為146mm的鉆頭進(jìn)行貫穿鉆進(jìn)，而最終繩索取芯鉆進(jìn)選用直徑為76.5mm的鉆頭，對(duì)于鉆進(jìn)期間遇到的復(fù)雜地段孔段，采用直徑為114mm的備用鉆頭，以此確保鉆進(jìn)勘探期間可準(zhǔn)確活動(dòng)地質(zhì)構(gòu)造信息，貫穿復(fù)雜地層后，更換為直徑76.5mm的鉆頭，在無(wú)套管的狀態(tài)下裸眼鉆進(jìn)，形成終孔，具體孔身結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[4]。

圖1 孔身結(jié)構(gòu)圖

2.3.2 鉆具組合

在案例項(xiàng)目中，為確保取芯鉆探找礦效果，需根據(jù)實(shí)際情況確定鉆具組合，采用不同規(guī)格鉆具完成勘探找礦作業(yè)。案例中所采用的金剛石開(kāi)孔鉆具鉆頭直徑為130mm，配有69mm直徑的鉆桿及127mm的取芯筒，用以穿透覆蓋巖層，對(duì)于無(wú)法正常鉆探的復(fù)雜地層，可準(zhǔn)備繩索取芯鉆具擴(kuò)孔處理。案例項(xiàng)目中鉆具組合一開(kāi)鉆頭為直徑110mm的金剛石鉆頭，配有69mm直徑的鉆桿及108mm的取芯筒，用以穿過(guò)上部破碎層；二開(kāi)鉆頭直徑76.5mm的金剛石鉆頭，配有75mm直徑的鉆桿及56mm直徑的取芯筒，用以鉆進(jìn)終孔。

2.3.3 鉆探參數(shù)

鉆壓、泵量參數(shù)可直接影響勘探找礦效果，隨著鉆進(jìn)速度的增加，鉆壓將持續(xù)增高，并造成了額外的鉆頭損耗，因此需結(jié)合勘探找礦區(qū)域?qū)嶋H地質(zhì)情況確定鉆壓范圍，并控制鉆探速度，避免因鉆進(jìn)過(guò)快而造成額外成本。由于該案例項(xiàng)目地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，且?guī)r體硬度高，對(duì)于較完整的巖層區(qū)域，需適當(dāng)增加鉆壓，同理，若遇到破碎帶地層或破碎度較高的巖層，需適當(dāng)調(diào)低鉆壓。結(jié)合案例來(lái)看，該勘探區(qū)域的地層巖體硬度處于4～6級(jí)范圍內(nèi)，因此需根據(jù)不同巖體硬度等級(jí)確定孔段鉆壓參數(shù)，0m～500m、500m～1000m、1000m～1500m、1500m～2000m孔段的鉆壓范圍分別為8kN～15kN、15kN～30kN、10kN～15kN、15kN～20kN，其中500m～1000m孔段鉆壓較高的原因在于該區(qū)域范圍內(nèi)存在的巖體硬度高于其他區(qū)域[5]。泵量參數(shù)決定勘探鉆進(jìn)效率，案例項(xiàng)目為深孔鉆探，應(yīng)強(qiáng)化對(duì)泵量參數(shù)的控制，同時(shí)，為保護(hù)金剛石鉆頭，避免產(chǎn)生額外鉆頭耗損，需做好金剛石鉆頭的冷卻與潤(rùn)滑工作，并在勘探鉆進(jìn)期間及時(shí)清理巖粉殘屑，降低金剛石鉆頭的外部沖擊力?？偨Y(jié)以往勘探找礦經(jīng)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，巖體硬度高或地層較為完整時(shí)，需選擇小規(guī)格泵量，而對(duì)于松軟破碎地層或巖體結(jié)構(gòu)較差時(shí)，應(yīng)盡可能選擇規(guī)格較大的泵量參數(shù)。結(jié)合案例實(shí)際情況后進(jìn)行分析，最終確定該案例的泵量范圍為55L/min～91L/min。

2.3.4 沖洗液

沖洗液在勘探找礦鉆具中表演著“血液”的角色，且沖洗液的選擇可在一定程度上影響鉆探效率與鉆探成本。結(jié)合案例勘探區(qū)情況來(lái)看，綜合考量地質(zhì)情況及找礦要求，該案例選用聚丙烯酰胺無(wú)固相沖洗液，其中包括0.05‰纖維素、3‰磺化褐煤樹(shù)脂、2.5‰聚乙烯醇、0.3‰聚丙烯酰胺，沖洗液密度為1.02g/cm3，pH值為11，可良好清除勘探鉆進(jìn)期間產(chǎn)生的巖粉、巖屑[6]。此外，若遇到巖體松軟或高破碎度的底層，可將2‰的沖洗液添加至廣譜護(hù)壁劑內(nèi)，采用鉆桿灌入的方式，將17g的聚乙烯醇（5%濃度）灌入鉆孔內(nèi)，在鉆孔孔壁內(nèi)形成薄膜，用以規(guī)避孔壁失穩(wěn)或掉塊問(wèn)題。若在勘探找礦期間發(fā)現(xiàn)地層失水量較大，可運(yùn)用2‰的單向壓力封閉劑進(jìn)行孔壁維護(hù)，避免孔壁失穩(wěn)或掉塊問(wèn)題降低找礦效果。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段在地質(zhì)找礦作業(yè)中常用的地質(zhì)礦產(chǎn)勘探技術(shù)主要包括地質(zhì)填圖技術(shù)、GPS感應(yīng)技術(shù)、金剛石繩索取芯技術(shù)，在正式進(jìn)行地質(zhì)找礦前，應(yīng)結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況選擇適宜技術(shù)。在案例項(xiàng)目中，由于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，且為深部找礦作業(yè)，難度較高，綜合考量各類(lèi)技術(shù)后，最終選擇金剛石繩索取芯技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)找礦，效果顯著。