地質(zhì)鉆探的技術(shù)分析與實(shí)際運(yùn)用

蒙學(xué)禮

（廣西壯族自治區(qū)第四地質(zhì)隊(duì)，廣西 南寧 530031）

地質(zhì)鉆探技術(shù)是地質(zhì)勘察工作中常用的技術(shù)，技術(shù)人員研發(fā)出了很多新的地質(zhì)鉆探技術(shù)，大大提高了鉆探效率和取心率，地質(zhì)鉆探技術(shù)能夠?qū)Φ刭|(zhì)條件比較復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行勘探，降低了地質(zhì)勘察的難度，而且還能保證鉆探過(guò)程的安全性和勘探結(jié)果的準(zhǔn)確性，勘察人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求使用合適的地質(zhì)鉆探技術(shù)。

1 地質(zhì)鉆探技術(shù)分析

1.1 X熒光技術(shù)

過(guò)去的鉆探技術(shù)往往是對(duì)特定的元素進(jìn)行分析，有很多伴生元素都會(huì)被忽視，X熒光技術(shù)解決了這一問(wèn)題，該技術(shù)經(jīng)常被用在樣品分析中，在找礦作業(yè)中也發(fā)揮著重要的作用。X熒光技術(shù)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出巖心，還可以分析出井壁的情況，用該技術(shù)進(jìn)行鉆探時(shí)，要讓探頭面對(duì)需要檢測(cè)的部位，檢測(cè)的時(shí)間是2分鐘。該技術(shù)可以對(duì)不同的元素進(jìn)行定性定量分析，還能夠確定特定礦產(chǎn)的具體方位，根據(jù)檢測(cè)分析的結(jié)果找出存在問(wèn)題的部位，在隱伏礦體的勘探中具有非常大的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)?shù)叵聨r礦等物質(zhì)接收到某個(gè)波長(zhǎng)的光譜后，會(huì)快速將元素X特征射線射出去。X熒光技術(shù)利用了這一點(diǎn)，通過(guò)發(fā)射和接收探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造和礦物質(zhì)，確定巖礦的分布范圍和厚度，在巖礦心采取工作中起到了重要的作用。

1.2 反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探技術(shù)

該技術(shù)是深部地質(zhì)找礦工作中經(jīng)常使用的鉆探技術(shù)，包含兩個(gè)類別，根據(jù)不同的介質(zhì)進(jìn)行劃分，一種反循環(huán)鉆探依靠水力，另一種反循環(huán)鉆探依靠空氣，反循環(huán)鉆探與正循環(huán)剛好相反。當(dāng)介質(zhì)穿過(guò)鉆具環(huán)空，就會(huì)到達(dá)鉆孔最低處，接下來(lái)依次穿過(guò)鉆頭和鉆具，最后反循環(huán)回到地面。

兩種反循環(huán)鉆探技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，對(duì)于空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)來(lái)說(shuō)，該技術(shù)對(duì)空氣壓縮技術(shù)進(jìn)行了運(yùn)用，能夠有效壓縮空氣，這個(gè)過(guò)程會(huì)形成非常大的壓強(qiáng)，將其轉(zhuǎn)化為動(dòng)力后，可以推動(dòng)潛孔錘，在動(dòng)力的作用下?lián)羲閹r石。一整塊巖石變成碎塊后，工作人員可以采集巖石樣本，根據(jù)樣本研究?jī)?nèi)部環(huán)境。為了保證研究結(jié)果的科學(xué)性和全面性，需要對(duì)區(qū)域進(jìn)行劃分，每個(gè)區(qū)域都要選取一定數(shù)量的樣本，對(duì)所有巖石樣本進(jìn)行分析，能夠掌握特定范圍內(nèi)深層區(qū)域的礦產(chǎn)分布情況，為接下來(lái)的采礦工作提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)，這個(gè)技術(shù)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在干旱缺水的區(qū)域同樣能夠發(fā)揮作用。

對(duì)于水力反循環(huán)鉆探技術(shù)來(lái)說(shuō)，往往會(huì)在水資源探測(cè)工作中運(yùn)用這一技術(shù)，所以該技術(shù)并不適合在干旱地區(qū)使用。水力反循環(huán)技術(shù)具有較大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)巖體進(jìn)行采樣時(shí)，能夠得到相對(duì)完整的巖體，有較好的取心效果，能夠準(zhǔn)確判斷出探測(cè)區(qū)域的巖層情況。

總體來(lái)說(shuō)，要想發(fā)揮反循環(huán)鉆探技術(shù)的作用，就必須要對(duì)基本的地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查和分析，根據(jù)地質(zhì)情況和鉆探需求選擇相應(yīng)的技術(shù)。

1.3 液動(dòng)潛孔錘技術(shù)

這種鉆探技術(shù)融合了傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)，在保留回轉(zhuǎn)鉆探功能的同時(shí)，提高了鉆探開采的效率，鉆頭具有更大的沖擊力，是一種新研發(fā)出來(lái)的鉆探開采技術(shù)，為了推動(dòng)潛孔錘，需要使用沖洗液，沖洗液會(huì)形成一定的推動(dòng)力，潛孔錘會(huì)在推動(dòng)力的影響下快速運(yùn)動(dòng)，并且將自身的動(dòng)能集中在鉆頭上，利用鉆頭進(jìn)行破巖。

液動(dòng)潛孔錘技術(shù)對(duì)原料有一定的要求，這些原料來(lái)源于泥漿泵，泥漿泵能夠持續(xù)提供原料，為潛孔錘的連續(xù)作業(yè)提供支持。液動(dòng)潛孔錘技術(shù)可以被應(yīng)用在不同的工作中，有一些巖石具有較強(qiáng)的脆性，這一技術(shù)能夠在這種巖石中快速完成鉆探工作，大大提高了鉆頭的巖石鉆孔率，有效降低了地質(zhì)鉆探的成本[1]。

1.4 高精度受控定向鉆探技術(shù)

地質(zhì)鉆探和開采工作很容易受到環(huán)境因素和技術(shù)因素的影響，為了減弱這些因素的影響，可以結(jié)合地質(zhì)情況合理使用定向鉆探技術(shù)，該技術(shù)非常適合在地質(zhì)條件較差的環(huán)境中使用，工作人員可以根據(jù)前期設(shè)計(jì)的鉆探計(jì)劃進(jìn)行勘查。定向鉆探技術(shù)有較多優(yōu)勢(shì)和多種功能，如初級(jí)、單孔底、空間彎曲等類型的定向孔，定向鉆探技術(shù)降低了設(shè)備和人工的成本，減輕了工作人員的壓力。在高精度受控定向鉆探技術(shù)的應(yīng)用中，可以在一個(gè)主孔內(nèi)部鉆入較多的分孔，分孔的特點(diǎn)非常明顯，其輪廓和形狀為羽狀，與常規(guī)的鉆孔相比，定向鉆探中的主孔和分孔能夠更快地探測(cè)出地質(zhì)情況，而且探測(cè)的結(jié)果更加準(zhǔn)確。在定向鉆探技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用中，鉆孔會(huì)向著特定的目標(biāo)鉆進(jìn)，讓鉆孔按照既定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，滿足高精度鉆套的要求。液動(dòng)螺桿鉆是高精度受控定向鉆探的重要工具，用液動(dòng)螺桿鉆進(jìn)行下鉆，能夠在沒(méi)有載荷條件的情況下進(jìn)行鉆探。

該技術(shù)經(jīng)常在一些特殊的區(qū)域使用，如隧道工程內(nèi)部區(qū)域的勘探，或者在斜坡陡壁區(qū)域進(jìn)行勘探，定向鉆探技術(shù)能夠根據(jù)探測(cè)結(jié)果分析出具體的孔位，鉆探技術(shù)應(yīng)用起來(lái)比較方便，可以減少鉆探作業(yè)量和降低鉆孔成本。雖然高精度受控定向鉆探技術(shù)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，但是該技術(shù)在深部地質(zhì)鉆探取心工作中很少被使用，這與地下巖體本身的特點(diǎn)有關(guān)，巖心的尺寸非常小，該技術(shù)無(wú)法對(duì)這種巖體進(jìn)行鉆取。如果技術(shù)人員決定使用高精度受控定向鉆探技術(shù)，必須要在運(yùn)用該技術(shù)的過(guò)程中注意鉆探的安全和質(zhì)量，避免孔內(nèi)出現(xiàn)問(wèn)題[2]。

1.5 金剛石繩索取心技術(shù)

在煤礦的探測(cè)開采工作中，往往會(huì)對(duì)金剛石繩索取心技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，該技術(shù)具有人工成本低和開采質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。與其他材料不同，金剛石各方面的性能較好，有著非常高的質(zhì)量和較長(zhǎng)的使用壽命，是地質(zhì)鉆探工作中首選的材料。金剛石鉆頭有不同的型號(hào)和類型，不同尺寸的鉆頭會(huì)使鉆探工作呈現(xiàn)出不同的鉆探效果，技術(shù)人員要根據(jù)鉆探的需求和地質(zhì)環(huán)境的基本情況選擇合適的金剛石鉆頭，確定金剛石鉆頭的種類和尺寸。

金剛石繩索取心技術(shù)的另一個(gè)重要工具就是打撈器，這個(gè)工具配有鋼絲繩，打撈器能夠連接孔內(nèi)最低處的管，用鋼絲繩和打撈器進(jìn)行打撈，向上拉到地上區(qū)域。打撈器不僅能夠?qū)⒍氯奈镔|(zhì)全部清理干凈，還能夠減少磨損，保證鉆桿的性能和質(zhì)量。

地質(zhì)隊(duì)對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行勘探時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到一些難度較大的勘探工作，金剛石繩索取心技術(shù)能夠在這些地區(qū)發(fā)揮較大的作用，利用特殊的金剛石材料進(jìn)行鉆探取心，大大提高了鉆探取心的效率。金剛石繩索取心技術(shù)的工具和操作過(guò)程都比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有復(fù)雜的流程，但是金剛石繩索取心技術(shù)還存在一定的不足，該技術(shù)最大的弊端就是精度較低，無(wú)法滿足鉆探取心工作對(duì)精度的要求，所以，技術(shù)人員要根據(jù)鉆探工作的要求選擇合適的鉆探技術(shù)，在一些精度要求較低的工作中使用金剛石繩索取心技術(shù)。

1.6 核心導(dǎo)向技術(shù)

地質(zhì)勘探找礦工作中經(jīng)常會(huì)使用核心導(dǎo)向技術(shù)，這一技術(shù)可以找到鉆孔臺(tái)階內(nèi)部巖心的具體方位，還能夠反映出準(zhǔn)確的巖層走向，地質(zhì)隊(duì)工作人員可以利用核心導(dǎo)向技術(shù)了解地下巖層的位置和角度，分析出礦物的分布情況和整體走向，根據(jù)勘探和分析的結(jié)果確定礦物開采方案。各個(gè)地區(qū)礦產(chǎn)資源的分布情況有非常大的區(qū)別，必須要結(jié)合礦區(qū)的具體情況確定開采方案，在充分掌握礦產(chǎn)資源分布情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行開采。

在鉆探開采之前，要對(duì)鉆井的軌跡進(jìn)行分析，只有確定鉆井的位置和軌跡，才能讓鉆探過(guò)程更加高效。如果遇到陡壁，要在該區(qū)域引入高精度定向鉆探技術(shù)，以此來(lái)確定鉆進(jìn)的具體方位，保證鉆探和開采的安全。

1.7 空氣泡沫鉆探技術(shù)

該技術(shù)的沖洗介質(zhì)比較特殊，其中不僅包含液體和氣體，還有少量的發(fā)泡劑，這些物質(zhì)混合到一起后，就會(huì)形成泡沫流體，利用泡沫流體進(jìn)行沖洗。地質(zhì)隊(duì)在勘查地質(zhì)條件時(shí)有可能會(huì)遇到采空區(qū)，也有可能會(huì)遇到空巷類型的地層，在這類地層的勘探工作中，常規(guī)的鉆探技術(shù)無(wú)法得到有價(jià)值的信息，在鉆探的過(guò)程中還有可能發(fā)生安全事故。在面對(duì)鉆孔漏失等情況時(shí)，可以利用空氣泡沫鉆探技術(shù)，對(duì)漏失區(qū)域進(jìn)行鉆探。

2 鉆孔技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用

2.1 在海洋地質(zhì)鉆探中的運(yùn)用

海洋的地質(zhì)情況非常復(fù)雜，地層種類多樣，而且存在較多松軟的沉積物質(zhì)，巖芯采取率非常低，常規(guī)的鉆探技術(shù)很難在砂層和粉砂層中完成取心。

為了解決海洋地質(zhì)鉆探取心問(wèn)題，技術(shù)人員要對(duì)海洋地質(zhì)鉆探取心技術(shù)和取心工具進(jìn)行研發(fā)。對(duì)海洋資源進(jìn)行開發(fā)利用之前，必須要用海洋地質(zhì)鉆探技術(shù)進(jìn)行勘探，使用合適的取心鉆具，國(guó)內(nèi)海洋地質(zhì)鉆探工作中有幾種常用的取心鉆具，第一種工具是繩索取心泥漿靜壓活塞取心鉆具，當(dāng)?shù)貙臃浅＼洉r(shí)，該鉆具能夠快速進(jìn)行取心，還能提高巖心采取率，對(duì)樣品的影響較低。第二種工具是海洋砂質(zhì)地層繩索取心鉆具，第三種工具是液動(dòng)沖擊繩索取心鉆具，可以在固結(jié)地層或半固結(jié)地層中使用這兩種工具，如海洋地層中的砂層和粉砂層，用這兩種鉆具減少?zèng)_蝕，避免破壞樣品的結(jié)構(gòu)。另外，在水資源的勘查鉆探和開發(fā)利用中，可以對(duì)鉆孔技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，利用鉆孔技術(shù)進(jìn)行勘探，得到水資源分布的情況，為相關(guān)部門提供水質(zhì)信息、水流流動(dòng)信息以及水體中物質(zhì)含量信息[3]。

2.2 在礦區(qū)地質(zhì)勘探中的運(yùn)用

地質(zhì)勘探是礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的基礎(chǔ)，礦產(chǎn)資源所在區(qū)域的環(huán)境較差、地質(zhì)復(fù)雜，地質(zhì)勘探能夠?yàn)殚_采人員的安全提供保障。鉆探技術(shù)不僅能夠勘探礦區(qū)的地質(zhì)，還能夠?qū)λ?、火?zāi)進(jìn)行防治，保證抽放工作的安全。礦區(qū)地下水的分布非常復(fù)雜，如果沒(méi)有掌握水源的出水位置和地下水的分布情況，有可能在開采的時(shí)候引發(fā)水害。在礦產(chǎn)資源開采期間，有可能會(huì)遇到采空區(qū)，在淺埋藏超大采空區(qū)存在較多的安全隱患，技術(shù)人員可以利用注漿鉆孔的方式進(jìn)行預(yù)防，降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的幾率。開采工作主要在礦井中進(jìn)行，存在較高的危險(xiǎn)性，可以在開采之前使用抽放鉆孔技術(shù)，避免開采期間出現(xiàn)安全事故。另外，地質(zhì)鉆探技術(shù)中包含很多鉆孔技術(shù)，將鉆孔技術(shù)運(yùn)用到礦產(chǎn)資源開采中，大大提高了礦產(chǎn)資源的開采效率，降低了地質(zhì)勘查和礦產(chǎn)資源開采的成本。隨著礦產(chǎn)資源開采工作的持續(xù)推進(jìn)，各地區(qū)的資源越來(lái)越少，必須要尋找新的資源，地質(zhì)鉆探技術(shù)能夠?yàn)榈V產(chǎn)資源的勘探提供支持[4]。除了礦產(chǎn)資源的開發(fā)，在石油等資源的開發(fā)中也可以利用地質(zhì)鉆探技術(shù)，通過(guò)地質(zhì)鉆探找到石油的位置和分布情況，了解地下區(qū)域各個(gè)巖層的性質(zhì)。

2.3 在工程地質(zhì)勘探中的運(yùn)用

地質(zhì)勘探是工程建設(shè)的基礎(chǔ)，方案設(shè)計(jì)和工程施工都需要考慮地質(zhì)條件，地質(zhì)鉆探技術(shù)在工程地質(zhì)勘探中發(fā)揮著重要的作用。地質(zhì)條件會(huì)對(duì)建筑、道路橋梁、隧道等工程產(chǎn)生非常大的影響，勘察人員可以利用地質(zhì)鉆探技術(shù)勘查地層，全面掌握工程所在區(qū)域的地質(zhì)情況。例如，在建筑工程地質(zhì)勘探中，建筑的地基非常關(guān)鍵，利用鉆探技術(shù)了解整個(gè)區(qū)域的地質(zhì)信息，在地基加固工作中利用鉆孔技術(shù)，特別是在軟土地基中，一定要對(duì)地基進(jìn)行加固處理，滿足承重的要求，保證建筑的穩(wěn)定性和建筑的安全。地質(zhì)鉆探技術(shù)還可以在凍土公路工程的地質(zhì)勘探中使用，凍土地質(zhì)比較特別，通常出現(xiàn)在高原地區(qū)，如果公路工程需要經(jīng)過(guò)凍土區(qū)域，必須要對(duì)凍土的土質(zhì)情況進(jìn)行分析，在凍土地質(zhì)的鉆探工中，可以使用管式取心工具，通過(guò)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)等技術(shù)獲得巖心；也可以使用半合式取心工具，利用無(wú)縫鋼管進(jìn)行取心，對(duì)富冰凍土等采樣困難的凍土進(jìn)行采樣；還可以利用雙動(dòng)雙管抽芯式取樣器，配合回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)，避免鉆探過(guò)程影響地質(zhì)環(huán)境[5]。

3 結(jié)論

地質(zhì)鉆探技術(shù)在資源開發(fā)和工程建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，地質(zhì)鉆探技術(shù)能夠準(zhǔn)確探測(cè)出地質(zhì)環(huán)境的基本情況，通過(guò)鉆探取心和樣本分析掌握地質(zhì)條件，還能夠探測(cè)出煤礦資源、石油資源、海洋資源等資源的具體位置，根據(jù)資源分布的范圍和走向確定開采方案，在建筑工程和市政工程等工程的建設(shè)中，也可以利用鉆探技術(shù)了解地質(zhì)的情況，為工程建設(shè)的安全提供保障。