金属矿地震勘探钻孔技术及应用研究论述

梁潇文，张福龙

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000)



金属矿地震勘探钻孔技术及应用研究论述

梁潇文，张福龙

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000)

近年来金属矿地震勘探技术被广泛的应用在地势复杂的丘陵及山地区域，在金属矿地震勘探的过程中最大的难题就是成孔问题。系统地概述了金属矿常用的钻孔方法，通过对某金属矿地震勘探项目的研究，总结出了一套经济、便捷、高效的激发成孔方法，对后期金属矿地震勘探技术的发展具有借鉴意义。

金属矿勘探；地震方法；钻孔技术

随着地质勘探技术的发展，我国地质勘探深度不再局限在浅层，而趋向于研究深层的隐伏矿，深层金属矿最常用的勘探方法是地震勘探技术的应用。近年来，常用的地震勘探方法如反射波法、折射波法、地震层析成像法等在寻找深层隐伏矿方面发挥了巨大的作用[1]。金属矿地震勘探技术具有分辨率高、探测结果精准可靠的特点，可以弥补电磁法、重力勘探法等在寻找深层隐伏矿方面的不足。

1 工区概况

工区位于甘肃省白银厂矿田，北祁连加里东褶皱系东延部分。矿田中的5个矿床，按矿石组合可分为两大类型：a块状黄铁矿和含铜黄铁矿型矿床，即折腰山(大型)、火焰山(中型)；b以铜、铅、锌为主的多金属黄铁矿床，即小铁山(大型)、铜厂沟、四个圈(小型)等矿床。

1.1 矿体形态

矿体形态多为透镜状、扁豆状、似层状、脉状等，有的分支复合。矿体产状与围岩基本一致。总走向295(°)～320(°)，倾向南西，倾角50(°)～70(°)。矿田共有600多条矿体。其中，折腰山矿区共有231条矿体，块状矿石矿体长400 m，厚50～80 m，延深150～200 m，浸染状矿体数十米至1 300 m，斜深大于600 m；火焰山矿区共有221条矿体，块状矿石矿体长450 m，厚17～70 m，斜深200 m；小铁山矿区共有12条矿体，长100～1 000 m，厚0.8～5.9 m，斜深50～530 m。

1.2 地震地质条件

出露地层以下古生界海底火山喷发沉积和海相碎屑岩为主。矿床赋存在中寒武统富钠质海底火山喷发细碧角斑岩中，其中夹有千枚岩、硅质岩、大理岩及各类火山角砾岩和集块岩。矿田为一复式背斜构造。各矿区均位于以石英角斑岩、石英角斑凝灰岩为核心的短轴背斜构造内。矿体与中粒石英角斑凝灰岩关系密切，与地层大致呈整合产出，明显受层位控制。

2 常见钻孔方法分析

1) 洛阳铲法。因为作为挖掘探洞、采集探土之用，故而铲身是半圆筒形，类似于瓦筒状。其外形另一半可以逐段接长，其为一半圆柱型铁铲，在黄土地、泥沙地、沙质滩涂地、垃圾灰田土混合层等使用，一人即可完成，利用铁铲入土后的挤压张力将土带出地面，成孔深度一般在1～20 m之间，成孔效率低。

2) 人工手摇水钻法。在平原黄土区，且水源比较丰富的情况下可采用此方法。其钻头为齿状，采用的动力系统主要依靠人力钻进，一般3人可完成。钻孔深度3～30 m左右，成孔效率较高，一般 10～15 m的深度，15 min 即可完成。目前该方法在地震勘探钻孔方法中应用最广泛。

3) 挖坑法。在地表条件比较复杂的情况下，一般钻孔机械无法使用时多采用此方法，由2～3人配合完成，成孔深一般为1～2 m，需埋孔激发。该方法虽然成本低但成孔效率太低，最终爆破成孔时也不安全，因此激发效果较差。

4) 冲击钻法 。当遇到地层中含有卵石层等特殊地质时，一般会采用机械夯钻的方法，即利用钻头的冲击力将遇到的坚硬岩石击碎或者挤压到孔壁以外，等钻到设计深度后将炸药沿套管放到井底，同时采用闷井法，反方向敲击套管将其取出。此法由3～4人配合完成，此成孔方法成本较高，成孔深度2～5 m，成孔质量好。

5) 风钻法。当遇到复杂山区，基岩出露的区域，该方法应用较为普遍。风钻主要由风管、空压机、风钻组成，通过冲击摩擦将岩石破碎成粉末，同时借助风力将粉末吹走。通常由2～4人配合完成，其主要由空压机、风钻、风管等组成，主要使用在岩石出露区[2]。借助冲击旋转摩擦把岩石振碎成粉末，同时用风把粉末吹走，每钻进 1 m，需要重新换取钻杆，风钻成孔较浅，成孔速度慢，且不能在夹有土层的地层和含水的土层中成孔。

6) 特种钻机法。当地质条件为河滩砾石或者山地砾石夹层时多采用该方法，特种钻机钻头为金刚石，由车载柴油机驱动，钻深可达到20～60 m左右，一般由4人配合完成，该方法可应用于砾石夹层地质和钻探要求较深的情况下[3]。

7) 三轮车钻法(奔马钻)。适用于潜水位较深，有较厚的黄土层或红粘土以及含有薄姜石地层的平原区、丘陵区，成孔深度可达50 m。

8) 小型凿岩机(摩托钻)。用于地形复杂，其他钻机到达不了的基岩出露区，成孔深度2 m左右，成孔效率低。

9) 汽车钻法。适用于黄土覆盖区域，成孔深度30～50 m，油田勘探中应用较为广泛，成本高但成孔质量好，激发孔位可打到潜水层以下，但该方法不适用于地形复杂的山区。

3 钻孔方法的选取

通过在白银金属矿地震勘探项目的实施，我们对现有的机具进行研究和改进，并对各种钻孔机具进行了组合使用。

本次根据工地的现场情况，有冲积粘红土区、薄黄土覆盖区、基岩出露区，考虑到成本和钻孔效率,我们选用了洛阳铲、风钻、人工手摇水钻3种钻具相结合的办法。其中分别在冲积粘红土区使用人工手摇水钻，能快速钻进到合适的激发层位，该成孔方法成本较低、效率高;在薄黄土覆盖区施工时，需要洛阳铲和风钻配合施工，浅层的3 m深度大部分为黄土层，采用洛阳铲施工 ，后面2～3 m深度一般为岩石，选择风钻施工；在基岩出露区，首先选用了风钻钻进，需钻进到4 m深度，效率相对较低。当遇到地质条件复杂的土层，如浅层含钙质结构的黄土层，一般的洛阳铲无法钻进时，经过多次研究，最终决定选择合金洛阳铲铲头，合金铲头硬度大幅度提高，它可以有效击碎含钙质结构的黄土层，最终有效的完成钻孔问题。

4 结 论

通过金属矿地震勘探钻孔技术的实践和研究，不断的总结和更新成孔方法，总结其规律，通过现场实践摸索出一套经济适用的金属矿地震勘探的钻孔方法，有效地提高了钻孔质量，最终使地震勘探采集工作质量得到了显著的提高。

1) 由于金属矿地震勘探地质条件的复杂性，我们不能通过单一的方法来确定钻孔方法，而是要综合现场地质条件来选择钻孔的方法，对不同的地质采取各种钻孔方法有效的结合，才能做到经济快捷。

2) 在岩石层地质条件比较复杂的情况下，我们要做到灵机应变，通过置换成合金洛阳铲钻头进行施工，成功解决了含钙质结构黄土层地质的钻孔难题，形成了一套适合复杂山区的钻孔方案。

[1] 徐明才, 高景华, 柴铭涛, 等. 金属矿地震勘查方法技术[J]. 有色金属矿产与勘查, 1997, 6(4): 232-237.

[2] 柴铭涛. 金属矿地震数据采集与处理技术研究[D]. 北京: 中国地质大学, 2010.

[3] 马东洲, 陈高. 地震勘探中的钻井成井方法[J]. 工程地球物理学报, 2009, 6(4): 485-489.

A Research of Seismic Exploration and Drilling Technology

LIANG Xiaowen, ZHANG Fulong

(ShaanxiRailwayInstitute,Weinan,Shanxi714000,China)

In recent years, the technology of seismic exploration for metallic deposits has been widely used in hills and mountainous with the complex terrain. In the process of seismic exploration for metallic deposits, the biggest problem is drilling. This paper systematically describes the drilling method commonly used in metallic deposits, as finds out an economic, convenient and efficient method.Through the research on the project of seismic exploration for metallic deposits, we have got the reference values for the later development of the technology of seismic exploration for metallic deposits.

Exploration of metallic deposits; Seismic method; Drilling technology

2016-10-08

梁潇文(1986-)，女，甘肃定西人，助教，研究方向：地基与基础；手机：15706092100；E-mail：510393233@qq.com.

P618 .2;P631 .4

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.042