淺談地質勘探中巖礦芯的采取

在地質勘探中，從地下取出巖芯、礦芯以滿足地質方面的要求，是進行巖芯鉆探的主要目的之一。因為巖、礦芯是計算礦產儲量和進行地質研究的依據。通過對它的觀察、鑒定和化驗，可以了解礦體的厚度、埋藏深度、產狀、分布規律、礦物的組成、礦石的品位、化學成分、礦物與巖石的結構構造以及水文地質特性等。顯然，巖礦芯采取的數量與品質直接影響著判斷地質構造，評價礦產資源，提交礦產儲量和礦山開采設計的準確性與可靠性。

　　一、對巖礦芯質量的要求

　　1、巖(礦)芯的采取率

　　巖(礦)芯的采取率是指在回次鉆進過程中，實際取出的巖(礦)芯長度與實際鉆進進尺之比值。采取率反映出取上巖(礦)芯的數量，它越高越好。根據普查、勘探程度的不同，及鉆進礦層巖層條件的不同，按要求各自有一定的巖礦芯采取率，才能滿足地質方面的要求。對于巖礦芯采取率的一般要求是：巖芯不低于65%，礦芯不低于75%，如果不足應進行補取。

　　2、完整性

　　所謂完整性即取出的巖芯，礦芯要保持其天然的結構和構造。如巖石的膠結狀態、孔隙度、層理、片理、原始接觸界面、礦物的顆粒形狀、大小等。以便劃分礦石類型，觀察其原生結構和共生關系。所以要求在鉆進時取上的巖芯，在退芯過程中盡量避免人為的破碎，顛倒和擾動。

　　3、純潔性

　　要求取上的巖礦芯不受外污的浸蝕，以免影響礦石的品位、品級和物理性能。如煤芯混入粘土，灰分增加，滑石混入泥漿，二氧化硅提高等。

　　4、避免選擇性磨損

　　巖礦芯的選擇性磨損，會使其內在物質成分發生變化，造成礦物人為的貧化和富集。從而歪曲原來的品位和品級，喪失其代表性。為了避免選擇性磨損，在礦層鉆進時，一般都采用結構性能好的鉆具，限制鉆進時間和控制進尺長度等方法和技術措施。

　　二、影響巖礦芯采取的因素

　　達不到巖礦芯采取率和品質的因素很多，歸納起來，不外乎地質方面和工藝技術方面的原因。因此，為了提高巖礦芯的采取，必須根據地質條件，工藝技術的特點，找出一定的規律和相應的措施。

　　1、地質因素

　　影響巖礦芯采取的地質因素主要有巖石的強度，硬度，完整度、膠結性，研磨性和易溶度等。鉆進堅硬，致密，完整的巖礦時，巖礦芯不怕沖刷，不怕鉆具振動。取出的巖礦，占完整能保持其原生結構，而且采芯率也高，鉆進松散、破碎、節理發育的巖礦時，取出的巖礦芯多呈粒狀，塊狀和粉狀。不僅原生結構遭到破壞，而且巖礦，占的采取率也低，甚至取不上巖礦芯，鉆進研磨性強的地層時，切削具易磨鈍，鉆進效率低，回次時間長，巖礦芯受外力作用時間也長，因而增加了巖礦芯振動破壞的可能性，也影響到巖礦芯采取的品級和采取率。

　　2、工藝技術因素

　　工藝技術因素主要是未能根據不同的地層條件合理地選擇鉆進方法、鉆進規程參數，取芯鉆具及沖洗液類型，因而影響到巖礦芯的采取品級和采取率。

　　3、巖礦芯取芯難易程度對巖礦層的分類

　　從取芯難易程度對巖礦層進行分類的目的，是試圖根據巖礦層不同的物理力學性質。不同的巖礦層組成及組織結構等特性，研究相應的基本符合實際情況的取芯方法和工具，從而力求使取芯數量和質量上能滿足地質要求。根據我國目前鉆探工作所遇到的巖礦層，可大致分為五類。分類提出了較為合理的取芯方法和工具。

　　在第一類巖礦層中鉆進，采用一般的單管硬質合金、鋼粒、金剛石鉆進，用卡料或卡簧取芯都能達到圓滿的效果。因此，保證巖礦層采取質量問題是要在二。三、四、五類巖礦層中，針對各類難取特性，采用適宜的專門取芯工具和方法，以達到對取芯質量的要求。

　　三、提高巖礦芯采取質量的鉆進方法及工具

　　1、雙層巖芯管取芯鉆進方法

　　具有內外兩層巖芯管的鉆具稱為雙層巖鉆具。雙層巖芯管鉆具是目前提高巖礦芯采取率和采取品質的重要工具，在復雜地層和金剛石鉆進中應用較為普遍。雙層巖芯管鉆具種類較多，但基本上可分為雙動雙管鉆具和單動雙管鉆具兩類。雙動雙管鉆具雙動雙管鉆具是在鉆進過程中，內巖芯管和外巖芯管部同時轉動的鉆具。―般用于鉆進松散、易坍塌和怕沖刷的巖礦層。鉆進時沖洗液由內外管之間的環狀間隙進入，然后由外管與孔壁之間的環狀間隙返出，因而避免了沖洗液對巖礦芯的直接沖刷，同時球閥3隔離了鉆桿內沖洗液液柱的壓力，對巖礦互相擠壓和磨損的影響。因此，能夠保證足夠的巖礦芯采取率。雙動雙管一般都帶有兩個鉆頭，內鉆頭和外鉆頭。為了保護巖礦芯不被沖洗液沖刷，內鉆頭大都采用超前式。根據鉆進的巖礦種不同，內鉆頭的超前距離也不一樣，一般為30～50mm。巖層越松散、膠結性越差，超前距離就越大。

　　2、單動雙管鉆具

　　在鉆進過程中，外管轉動而內管不轉動的雙管鉆具稱為單動雙管鉆具。采用單動雙管鉆具可避免因鉆具轉動而產生的振動所造成巖礦芯的機械破碎。因而取芯質量較高。在金剛石鉆進和硬合金在礦層鉆進時較為普遍采用。異徑接頭的外扣，連接帶有鉆頭和擴孔器的外管。中部內扣，連接心軸。內管連同其下部的卡簧提斷器懸掛在心軸的軸承上。鉆進時，外管隨異徑接頭回轉，內管不轉，沖洗液通過異徑接頭上的六個斜開水孔，流經內、外管的環狀間隙沖洗孔底，隨著巖礦芯進入，內管上部的沖洗液經回流閥、心軸中心孔和側開水眼流入內、外管間隙。回次終了，上提鉆具，借卡簧提斷器卡斷巖芯。單動雙管鉆具種類較多，孔內地層條件不同選用的鉆具結構也不一樣。

　　2、噴射式孔底反循環取芯鉆具

　　噴射式孔底反循環取芯鉆具，簡稱“噴反”鉆具，它是利用射流泵的工作原理來形成孔底反循環的。在松散、膠結性差、易磨損的巖礦中鉆進時，由于孔底沖洗液呈反循環流動，將鉆頭破碎下來的巖屑和巖芯一旦收攏在巖芯管內。回次終了時停鉆停泵，巖芯管內的巖屑和巖芯便會沉淀自行卡緊。這對于保護巖礦芯和提高采取率等方面有較好的效果。

　　3、繩索取芯鉆具

　　繩索取芯是不提鉆取芯方法，是一種新的取芯方法，即在鉆進過程中，當內巖芯管裝滿巖芯或巖芯堵塞時，不需要把孔內全部鉆桿柱提升到地表，而借助專用的打撈工具用鋼絲繩從鉆桿柱內把內巖芯管撈取上來。只有當鉆頭磨損需要檢查或更換時才提升全部鉆桿柱，從而顯著地減少了提下鉆的次數和升降鉆具的輔助時間。對巖芯鉆進來說是一次重大技術改革。它的推廣使用，對提高現階段巖芯鉆探的鉆進效率，加快地質勘探速度具有重要意義。

　　4、全孔反循環取芯鉆進

　　全孔反循環取芯鉆進一種新的取芯技術。在鉆進過程中，不需要專門的取芯工具，而是靠沖洗介質(沖洗液、空氣或泡沫)在鉆桿柱內的上升力，連續不斷地將巖芯或巖屑輸送到地表，經過緩慢彎曲的導管進入到巖芯收集箱中。反循環連續取芯是一種比較完善的取芯方法，它不需要停止鉆進來專門進行采芯工序，而是邊鉆進邊取芯。因而，純鉆進時間長，效率高。而臣，這種新的鉆進方法不僅能夠取得100%的巖礦芯，而且也由于沖洗介質的反向沖洗，巖芯在孔內的時間短，受到破壞的程度輕，因而取芯的質量好。同時，在鉆進過程中能夠準確地判斷礦層的埋藏深度和地層的換層界限，在地表又可以根據孔內巖性的變化，隨時指導鉆探施工工作。