关于淮北煤田深部找矿方法及问题探讨

摘要：论述了物探法范围内各种方法在淮北地区深部找矿中的应用及其特点,综述了淮北地区深部找矿中存在的问题及解决措施。

关键词：深部；找矿；物探

中图分类号：O741+.2 文献标识码：A 文章编号：

随着国民经济的迅猛发展,矿石资源形势也越来越严峻,同时面对矿产资源“走出去”模式的举步维艰,在本土上进行新一轮的深部地质找矿,尤其是对那些资源锐减、经济效益差、深部资源潜力大的矿山进行发掘更为迫切。

1 物探方法及其特点

安徽省两淮地区煤炭资源丰富，但在西部(毫州一太和一阜阳)地区煤系上覆新地层(第四系+新近系)较厚。大部分地区还有巨厚古近系。根据区域构造分析和石油钻孔揭露，该区构造复杂，大部分区域存在二叠纪煤系地层，由于该区仅有个别石油钻孔在2000m以下钻遇煤层，而煤田钻探在浅部尚无见煤钻孔。所以在这个地区只能利用物探资料(重、磁、电、地震)作为依据进行煤田预测。以下介绍几种物探的方法及特点。

1.1 磁法

该种方法的应用前提是矿岩内存在磁性差异,并且其深部磁性体引起的磁异常能被所用仪器捕捉到,并且能够与已知的矿岩异常相区别,该类方法的技术难点即为数据处理的多解性,因此其对软件的要求很高,最新的磁法包括瞬变电磁法等。瞬变电磁法与传统的直流电法、激电方法比较,其探测深度明显加大,其竖向分辨率也高,因此易于探测到覆盖层下的良导电体,该中方法的探测深度可达300～400m,自上世纪该方法被应用以来已经相继发现了一批隐伏的、埋藏较深的金属矿藏,目前该种方法在国内已处于普及阶段[1]。

1.2 电法

可控源音频大地电磁法是一种主动源大地电磁测量方法,其通过在一定范围内逐步改变发射机与接收机的频率来对不同深度矿藏进行取样,其针对大地电磁测探法中场源的随机性及其微弱信号难以直接感应观测到的信息,因而改用人工控制的场源的一种方法,其应用前提是深部矿藏存在着明显的电阻率差异以便于研究解决接触带的位置、形态及向下的变化趋势,该种方法探测深度可达1000m左右,国内招金集团在多处矿山应用该种方法预测靶区,其中有6处在800～1000m深度范围内发现矿体,该种方法目前在国内处于推广阶段。

1.3 井中物探法

该种方法可获取井壁四周和钻孔底部的信息,对发现井旁或井底的盲矿非常重要,该类方法包括井中磁测、井中瞬变电磁法、井中激发极化法以及井中充电法等,该种方法目前在西方发达国家应用较为普遍,其工作深度可达2500～3000m,探测范围为井周半径为200～300m范围内的良导体,该种技术应用的典型范例为哈萨克斯坦在库斯穆龙矿田内成功的探测到埋深为700m的块状含铜黄铁矿矿体以及埋深为2400多米的维克多铜镍矿床等。该种探测技术目前在国内处于普及和推广的阶段。

1.4 大比例尺航空物探法

该种方法具有远距离快速获取地质信息的特点,其也被广泛应用于区域地质图工作,在深部找矿应用中是利用航空物探资料结合区域地球化学和地质理论用来研究区域控矿因素,确定隐伏矿可能存在的靶区,随着该系统本身的精度以及综合配套能力的不断提高而逐步形成由航测、电磁、放射性等方法构成的综合系统,然后与全球卫星定位系统进行配合以在区域普查及矿区深部找矿中发挥作用,该种测试方法于2006年在湖北大冶深部找矿中取得了一定的实际效果。

1.5 地震勘察技术

其主要原理是基于地震反射技术,现已经成为油气勘探中使用的主要工具手段,但其在一段实践内该种方法在金属找矿中受到制约,直至上世纪90年代随着人们对岩石和矿物的物理性质的深入研究才为其在找矿中应用创造了条件。其基本原理是利用地震反射技术来探测到潜在反射体并对其加以成像,其形成取决于矿床或反射界面与周围介质间存在的声阻抗差异和该反射体的几何特征,二者综合为岩石的声阻抗并将其作为反射技术能否成功利用的先决条件[2]。

2 深部找矿存在的问题

2.1 不能因地制宜

目前淮北地区在深部找矿工作上存在着不结合当地资源状况、工业布局以及其迫切程度,而是全面开花,实行需要与可能相结合。由于国内资源分部、工业布局以及经济发达程度非常不均衡,因此在深部找矿工作中应综合考虑各种因素,最终确定深部找矿的适宜区域。

2.2 人员素质相对落后

目前淮北地区采矿业人员技术水平相对落后,对深层找矿工作开展极为不利,已经成为深部找矿工作开展的瓶颈。因此应尽快开展技术专家及技工的培训工作,尽早造就一支能达善战的深部找矿技术队伍。由于该项工作是一项多工种联合作业,因此参与工作的人员应是对多工种知识都熟悉的多面手,只有这样才能善于客观的认识地质规律,善于抓住主要矛盾,解决找矿过程中的疑难问题；同时对于理论研究人员应积极开展深部找矿理论的研究,对成矿规律进行总结,而对技工则应加强对仪器设备操作使用的培养,并尽量实现操作的自动化,从而更加有效的保证找矿工作的顺利进行。

2.3 仪器设备相对落后

相应的仪器设备是找矿工作中不可或缺的工具,成矿理论研究再好,对矿藏的分析、研究、推断工作做得再完美而没有探矿工程施工证实则一切为零,目前国内所采用的设备不乏新产品,但其工作效率并不高,而深部找矿只能又好又快的进行才能尽快见到效益,而要实现该目的只有靠提高仪器、设备性能及精度来解决,在该问题的解决上可通过借鉴国外先进经验与自主研发相结合的方法。

2.4 技术落后

在深部找矿工作中应对于深部找矿和危机矿山找矿的成矿重点区域作出足够的基础性地质工作,以便于对区域内深部成矿地质特征及矿产形成、赋存的地质条件进行充分了解,在实施过程中除了要先进的理论作为指导还要参考地球物理、地球化学圈定的异常,只有从地、物、化、遥等多方面同时开展,联合攻关,才能更有效的识别、发现以及提取新型的、深层次的找矿信息以及如何在不同地区与不同成矿背景下选择最佳勘测技术方法组合等问题总结出系列的勘测准则。

3 解决深部找矿中的关键技术问题的对策

1、岩心钻探设备方面

（1）加快全液压动力头地表岩心钻机的引进。在岩心钻探设备上，采取技术革新与技术改进两头并举的策略。在加快全液压动力头式岩心钻机引进的同时，加强立轴式岩心钻机的改进。

（2）加快坑道钻探设备的能力、功能的提升。在危机矿山接替资源的勘探中，对某些成矿模式的地层，在现有的数百米深的地下坑道或开采区内，利用坑道钻探设备来进行深部岩心钻探工作，可以充分揭露深部地层，节约钻探费用和时间，提高勘探效率。

2、岩心钻探器具及工艺方法方面

（1）在上世纪90年代，由于我国地质钻探工作量的锐减，一些先进的钻探技术在其他行业已经得到了成熟应用。钻探技术的一些新技术新方法也随着材料、机械、电子信息等学科的发展而发展。加强信息情报收集，积极开展行业间信息交流，推动学科交叉合作。

（2）使用新型高寿命金刚石钻头、高强度深孔绳索取心钻杆、新型深孔双壁钻杆是保证金刚石绳索取心钻进技术、反循环连续取芯钻进技术安全、经济、高效的服务于深部地质找矿工作的基础钻具，对于提高这些技术应用的可靠性、经济性有着重要作用。

（3）建立健全先进钻探设备、工艺方法的推广机制，建设利用先进钻探设备、工艺方法的钻探样板工程。利用先进钻探设备、工艺方法的示范，供相关技术部门学习、交流、探讨，加快先进钻探技术的消化吸收和推广应用。

（4）注重钻探从业人员的培训工作，提高钻探人员的素质。深部找矿的设备和仪器更加精密，操作更加自动化。没有高素质的从业人员保障，不仅不利于新技术的推广应用，而且也很难保证高质量的完成深部找矿的钻探工作。

4 深部钻探技术初步方案设想

1.科学深钻的施工程序

科学深钻施工是一项多学科，科研门类浩繁的系统工程，而且耗资大，因此钻孔布置分为两类，即先导孔或称指示孔，待先导孔取得科研成果和经验后，再施工主孔，这样必然为深部找矿争取主动。

2.先导孔的主要任务

（1）钻孔采取岩心、岩样、水样可进行20项测试分析，取祥地质资料和数据。

（2）连续进行多孔段地球物理化学测井，取全取准地球物理与地球化学数据。

（3）先导孔要测出其地温剖面图，终孔温度，研究地温变化对科学深钻选择取心钻具、液态与气态取样工具的结构性能。

（4）摸索各类钻头、钻具与测量仪在深钻中的应用情况。

（5）测试地层压力梯度，给漏水层、涌水层提供依据。还应为岩层造斜倾向和钻孔孔壁稳定性提出有参考价值的意见。

（6）测试地温不断升高的冲洗液性能变化。

（7）锻炼深钻施工队伍，为主孔（深钻）施工提供资料，打下基础。

3.深钻主要施工方案的确定

根据国内外深部钻探技术施工经验和深部钻探技术发展趋势，确定淮北地区深部钻探技术方案为：

（1） 选择适应深钻的地基基础，为深钻设备安装提供坚固的地基。

（2） 选择适应2000米深度的泥浆泵，动力为150千瓦的发电机组或柴油机，23m或18.5m的管子四角塔，钻杆选用Ф89mm国产绳索取芯钻杆，或者Ф75mm绳索取芯钻杆，钻机发展方向为动力头钻机、钻杆发展方向为轻质高强度的铝合金钻杆，数控电脑操作钻进工艺方法。

（3）钻具选用液动冲击锤绳索取芯钻具，钻具发展方向为液动冲击锤不提钻换钻头工艺。螺杆马达﹢液动锤﹢金刚石绳索取芯钻进。复杂地层取芯（破碎带取芯）配合半合管绳索取芯钻具以确保岩矿心采取率。

（4）选择适应高地温变化的绳索取芯金刚石钻头和特种金刚石钻头、扩孔器。

（5）选择适应高地温变化，稀释性好，性能稳定的泥浆用于冷却钻头，排屑岩粉，保护孔壁。对于松散不稳定地层采用细分散泥浆；对于泥页岩地层采用抑制冲洗液如聚合物无固相冲洗液或钾基冲洗液；对于压力地层采取压力平衡冲洗液和压力平衡钻进技术；对于破碎地层采用LBM防坍塌泥浆；对于水溶性地层采用盐水泥浆。

（6）套管材质选用强度高，抗拉，抗弯，抗压，抗裂，性能指标达到深部钻探要求的钢套管。

（7）测井仪器选用适应高地温变化，防腐防酸防化学破坏作用的测量仪器。

（8）努力造就一支年轻化专业化知识化的深部钻探技术，管理和生产骨干队伍。

（9）配用液动螺杆定向钻探技术防止深部孔斜或深部纠斜。

5 结语

由于浅层矿日趋紧张导致深部矿成为主要找矿对象,因此找矿思维及策略及技术方法的变化都应随之改变,目前在淮北地区有关针对深部找矿的技术方法大多尚处于探索试验阶段,随着深部矿勘察的持续进行新的探测方法必将应运而生,以便为深部找矿提供技术支持和保证。

参考文献

[1] 翟裕生,邓军,王建平,等.深部找矿研究问题[J].矿床地质,2004,23(2)：142～149

[2] 戴自希,王家枢.矿产勘查百年[M].北京：地震出版社,2004

[3] 康恩胜，宋子岭。庞文娟．基于改进模糊综合评价方法的矿井水评价[J]．矿业安全与环保，2006，33(5)：76～77

[4] 李玉琳，高志刚，韩延玲．模糊综合评价中权值的确定和合成算子的选择[J]．计算机工程与应用，2006，2：38～39