賈占宏， 高元宏， 梁 儉， 劉海聲， 陳佰輝

(1.青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局八隊(duì)，青海 西寧 810012； 2.青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810028； 3.青海省巖心鉆探工程技術(shù)研究中心，青海 西寧 810028； 4.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810031)

綠色地質(zhì)勘查綜合技術(shù)應(yīng)用分析

賈占宏1， 高元宏2,3， 梁 儉2,3， 劉海聲2,3， 陳佰輝4

(1.青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局八隊(duì)，青海 西寧 810012； 2.青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810028； 3.青海省巖心鉆探工程技術(shù)研究中心，青海 西寧 810028； 4.青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810031)

綠色地質(zhì)勘查是青海省乃至我國地質(zhì)找礦發(fā)展的必然趨勢。開展綠色地質(zhì)勘查需要了解地質(zhì)勘查工程影響生態(tài)環(huán)境的范圍及形式，在此基礎(chǔ)上綜合多種先進(jìn)的勘探技術(shù)手段，以最大程度降低擾動地表生態(tài)環(huán)境為基礎(chǔ)滿足預(yù)查、普查等階段的地質(zhì)找礦目的。其方法包括結(jié)合環(huán)保型沖洗液、淺層取樣鉆探、便攜鉆探設(shè)備淺孔鉆探、重型鉆探設(shè)備深部鉆探與多向分支定向鉆探取樣方法等，并綜合資料探索三維地質(zhì)建模的方法開展綠色地質(zhì)勘查。

綠色地質(zhì)勘查；生態(tài)環(huán)境；環(huán)保型沖洗液；淺層取樣鉆探；淺孔鉆探；深部鉆探；定向鉆探；三維建模

0 引言

在地質(zhì)找礦過程中，為查明礦床的資源儲量及評價其經(jīng)濟(jì)價值，需要通過大量的地質(zhì)勘查工程獲取地下巖石樣品為依據(jù)。地質(zhì)勘查工程包括槽探、鉆探、硐探及淺井等，這些工程手段都會對地表生態(tài)環(huán)境帶來擾動影響甚至破壞，其中尤以槽探和鉆探工程在地表形成一定范圍的開挖影響為明顯。在生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)價值與意義突出的青海高原，至今仍在沿用的傳統(tǒng)地質(zhì)找礦工程布置方法已經(jīng)對青南地區(qū)的玉樹大場礦區(qū)、北祁連江倉礦區(qū)等許多成礦區(qū)域的生態(tài)濕地造成了十分明顯的退化現(xiàn)象。與此同時，鉆探工程沖洗液丙烯酸及其部分衍生物系列、聚磺物等體系、油基沖洗液體系等均會對地表環(huán)境、地下水環(huán)境帶來一定的污染隱患，對一些油氣地層會產(chǎn)生一定的破壞作用。

近年來，隨著我國環(huán)境保護(hù)制度的深入貫徹以及社會和政府對青海高原生態(tài)價值的高度重視，地質(zhì)找礦的綠色勘查技術(shù)成為緊迫需求。2016年，在青海高原的部分礦區(qū)開展了以鉆代槽的綠色地質(zhì)勘查方法試用，但該方法僅限于替代地表開挖的槽探工程，從地勘活動對生態(tài)環(huán)境的影響和系統(tǒng)方法方面還不足以解決滿足綠色地質(zhì)勘查的要求。

本文針對地質(zhì)勘查工程的特點(diǎn)，從綜合影響因素方面結(jié)合多種新型地勘工程技術(shù)系統(tǒng)分析并研究了綠色地質(zhì)勘查方法。

1 綠色地質(zhì)勘查在青海高原地區(qū)的實(shí)施現(xiàn)狀

基于形式和外部環(huán)境(主要是與工區(qū)牧民的關(guān)系)的要求，青海高原地區(qū)的綠色地質(zhì)勘查首先由青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局礦產(chǎn)勘查院于2015年在多彩整裝勘查區(qū)率先實(shí)施。其方法主要是對實(shí)施地勘工程的地表開挖進(jìn)行恢復(fù)治理，其次是通過建立綠色地質(zhì)勘查行為規(guī)范的制度進(jìn)行控制。開挖后采取植被養(yǎng)護(hù)措施，恢復(fù)治理地表生態(tài)。具體如圖1所示。

圖1 開挖后恢復(fù)治理地表生態(tài)過程

根據(jù)2016年8月的觀察，這種養(yǎng)護(hù)與恢復(fù)的方法并沒有使得植被恢復(fù)到原有狀態(tài)，山坡、溝底原有的地表涵養(yǎng)水以及地表微循環(huán)水體較之此前明顯減少了。表明這種方法對于維護(hù)生態(tài)環(huán)境帶來的效果有限。

2016年，青海省國土資源廳結(jié)合2015年的施工經(jīng)驗(yàn)確立了7個綠色勘查示范礦區(qū)，其中采用便攜式鉆探設(shè)備實(shí)施“以鉆代槽”較為典型的示范項(xiàng)目是由青海省地質(zhì)調(diào)查院承擔(dān)的昆侖河整裝勘查區(qū)銅金山礦區(qū)?！耙糟@代槽”方法避免了地表槽探的直接開挖，但在大部分鉆深不足50 m的鉆探取心孔中的鉆月效率不足150 m。其他示范區(qū)則主要通過恢復(fù)治理和建立環(huán)境維護(hù)管理制度來開展綠色勘查，而從綜合勘查技術(shù)相互結(jié)合、探索綠色勘查新方法方面尚缺乏思路和研究。

實(shí)際上，國內(nèi)在淺層取心鉆探應(yīng)用于地質(zhì)調(diào)查方面，自2000年以來由北京探礦工程研究所開發(fā)的淺層取樣鉆機(jī)已經(jīng)在內(nèi)蒙古、青海等一些礦區(qū)開展了取代探槽的應(yīng)用，并取得了明顯的綠色地質(zhì)調(diào)查效果。同時，在石油鉆探工程領(lǐng)域也陸續(xù)開展了綠色環(huán)保沖洗液的應(yīng)用和研究。

在2005—2009年，加拿大CUY公司在青海玉樹大場礦區(qū)常用一點(diǎn)多向進(jìn)行鉆探施工，其目的也是為了減少鉆孔布置，降低機(jī)場、道路占地。

2 地質(zhì)勘查對生態(tài)環(huán)境的影響因素與形式

開展綠色地質(zhì)勘查首先應(yīng)當(dāng)分析地勘活動對生態(tài)環(huán)境的影響因素及影響方式。通過對青海高原地區(qū)生態(tài)環(huán)境較好的重點(diǎn)勘查區(qū)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，地質(zhì)勘查對生態(tài)系統(tǒng)影響最明顯的因素是地勘工程，其影響程度依次是鉆探、槽探、坑探及淺井工程，其次是地勘活動產(chǎn)生的垃圾管理與作業(yè)人員的行為和方法。地質(zhì)勘查對環(huán)境的影響形式主要在以下幾個方面。

2.1 地表較大規(guī)模的開挖

開挖不僅會直接破壞地表植被，在一些植被土壤環(huán)境薄弱的礦區(qū)也會形成土壤流失的隱患，同時也會對第四系中的微循環(huán)水系、凍層涵養(yǎng)水形成破壞隱患。絕大部分青藏高原地表生態(tài)環(huán)境十分脆弱，經(jīng)驗(yàn)表明工程擾動很容易破壞地表植被的生長環(huán)境。

2.2 排放

包括地表泥漿排放、生產(chǎn)生活垃圾排放以及在地下含水層中的泥漿漏失。青海高原地表干旱缺水，但地下不同水質(zhì)的含水層和含水十分豐富，孔內(nèi)漏失容易形成地下水同質(zhì)化的隱患。

2.3 地勘作業(yè)人員的不當(dāng)行為

包括礦區(qū)地質(zhì)工程布置機(jī)械、路基開挖無選擇、傷害甚至抓捕野生動物、焚燒破壞植被等。

3 綠色地質(zhì)勘查技術(shù)的應(yīng)用思路

根據(jù)如上分析，綠色地質(zhì)勘查的目的主要是：避免破壞地表生態(tài)植被、防止有害排放污染生態(tài)環(huán)境。青藏高原地區(qū)的生態(tài)景觀大致分為5種類型：基巖裸露荒漠區(qū)、半荒漠區(qū)、高寒草甸與濕地區(qū)、牧業(yè)草山區(qū)、灌木林區(qū)。地質(zhì)勘查活動對基巖裸露荒漠區(qū)的生態(tài)環(huán)境影響非常有限，鉆探、槽探等工程不會對其生態(tài)環(huán)境的變化產(chǎn)生影響。因此，綠色勘查方案可結(jié)合投入和效益在有地下水分布的非荒漠區(qū)實(shí)施。

3.1 淺層取樣鉆探取代探槽的應(yīng)用

在滿足如下環(huán)境條件的非荒漠區(qū)中采用淺層取樣鉆探方法取代探槽工程。

(1)與沼澤濕地生態(tài)環(huán)境類似的區(qū)域；

(2)植被較發(fā)育、土壤層薄弱的區(qū)域；

(3)植被發(fā)育一般，但土壤層比較厚的區(qū)域；

(4)地表有季節(jié)性凍土，植被零星的區(qū)域；

(5)無論是坡地、還是平地，地表存在滲流水的區(qū)域。

該方法可通過實(shí)施多點(diǎn)淺表取樣滿足槽探工程找礦的地質(zhì)依據(jù)條件。由北京探礦工程研究所研制的TGQ-30型淺層取樣鉆機(jī)在高寒地區(qū)可實(shí)現(xiàn)15 m范圍內(nèi)的鉆探取樣，不僅避免了地表開挖，極大減免地勘工程對生態(tài)環(huán)境的危害，同時還能增加取樣深度。

3.2 便攜鉆探設(shè)備的深部取樣應(yīng)用

在生態(tài)環(huán)境區(qū)域滿足如下條件時，可采用便攜式鉆探設(shè)備取代重型鉆探設(shè)備的鉆探取樣工程。

(1)地形陡峭，需要開挖修路；

(2)鉆孔設(shè)計(jì)在500 m以淺的地質(zhì)取心鉆探；

(3)終孔口徑≯59 mm(巖心直徑≯41 mm)。

在滿足如上3個條件時，采用便攜式鉆探設(shè)備可完全避免地表開挖修筑道路、機(jī)場以及泥漿坑、材料堆放場地等。

3.3 定向鉆探技術(shù)的應(yīng)用

定向鉆探包括同一點(diǎn)多方位的斜孔，以及在孔內(nèi)導(dǎo)斜分支鉆孔?？沙袚?dān)較深孔的鉆探取心任務(wù)。在生態(tài)環(huán)境區(qū)域中滿足如下條件時，可采用定向鉆探取心方法。

(1)地形陡峭，需要大規(guī)模開挖修路；

(2)鉆孔設(shè)計(jì)深度>5000 m的地質(zhì)取心鉆探；

(3)終孔口徑≯75 mm(巖心直徑≯46 mm)；

(4)地層產(chǎn)狀較陡，或有利于增大定向鉆孔的軸心夾角。

定向鉆探可通過一個機(jī)場完成多向鉆孔的施工任務(wù)。采用該技術(shù)可成倍減少鉆探勘查對地表生態(tài)環(huán)境的占用，綠色地質(zhì)勘查的價值十分明顯。

3.4 環(huán)保型沖洗液的應(yīng)用

深孔取心鉆探?jīng)_洗液在綠色地質(zhì)勘查中不只是排放、材料可降解環(huán)保，還包括在富含多層地下水的區(qū)域中保護(hù)地下水不發(fā)生同化水質(zhì)以及地下徑流。

目前，我國易降解材料配制環(huán)保型沖洗液的技術(shù)比較成熟，但對于含水層中的漏失影響地下水的問題認(rèn)識還存在不足。因此，在含有多層地下水時，如鉆遇隔水層，則要及時采用環(huán)保型、可降解的材料實(shí)施堵漏。

4 綠色地質(zhì)勘查綜合技術(shù)方法

在地形陡峭、深切割的非荒漠礦區(qū)，可結(jié)合地質(zhì)勘查程度對勘探技術(shù)進(jìn)行綜合布置。綠色地質(zhì)勘查綜合勘查技術(shù)方法思路如表1所示。

表1 綠色地質(zhì)勘查綜合勘查技術(shù)方法思路表

全液壓動力頭坑道鉆探設(shè)備具有360°方向的施工功能，采用坑道鉆探設(shè)備并結(jié)合地表重型鉆探設(shè)備可在地形和地層產(chǎn)狀陡峭的礦區(qū)坡底沿著礦體傾向?qū)嵤┣昂笈湃鱼@探。這種方法可以避免設(shè)備上山，通過以點(diǎn)帶面的施工可極大降低生態(tài)環(huán)境礦區(qū)的路基、機(jī)場開挖。具體方法如圖2所示。

圖2 全液壓動力頭坑道鉆探設(shè)備施工方法

在坡面稍緩的生態(tài)環(huán)境礦區(qū)，用深孔鉆探設(shè)備布置斜孔結(jié)合定向鉆探，也能夠通過以點(diǎn)帶面大幅度降低地表開挖，具體方法如圖3所示。

圖3 斜孔結(jié)合定向鉆探勘查方法

定向鉆孔布置可結(jié)合礦體產(chǎn)狀、鉆孔深度，在滿足鉆深能力和有效定向的基礎(chǔ)上實(shí)施定向鉆孔，不僅能夠大幅度降低地勘工程對生態(tài)環(huán)境的影響和擾動，同時也對降低鉆探工作量帶來幫助，從而有利于地勘經(jīng)濟(jì)效益的提高。

5 結(jié)論與建議

將綜合勘探技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于綠色地質(zhì)勘查不僅可行，同時其潛在的經(jīng)濟(jì)意義也較為可觀，其價值主要體現(xiàn)在4個方面：

(1)在斜孔中實(shí)施定向鉆探可節(jié)約地勘工程工作量，淺層取樣鉆探較之槽探取樣更深、效率更高；

(2)極大減少因修路、修機(jī)場帶來的停待時間，從而提高地質(zhì)找礦和機(jī)臺的鉆月效率；

(3)可避免因礦區(qū)大規(guī)模修路和使用爆炸物品帶來的施工安全隱患；

(4)能夠有效控制地勘工程活動對生態(tài)環(huán)境帶來的影響和擾動。

采用綠色地質(zhì)勘查工程布置方法，在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查階段對控制礦體和探明資源儲量的成果誤差可能與常用的平面工程布置法不同。由于地質(zhì)找礦是一項(xiàng)多學(xué)科共同協(xié)作的任務(wù)，因此，在勘探技術(shù)進(jìn)步的同時，也需要地質(zhì)等相關(guān)專業(yè)學(xué)科與時俱進(jìn)，不能固守成規(guī)。控制礦體邊界和資源儲量的新方法有三維地質(zhì)建模等，今后應(yīng)加強(qiáng)這些方法和綜合勘探技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用研究，并逐步建立一套系統(tǒng)的綠色地質(zhì)勘查技術(shù)，以滿足地勘工程避免影響生態(tài)環(huán)境的形勢要求。

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Application and Analysis on Comprehensive Technology of Green Geological Prospecting/

JIAZhan-hong1,GAOYuan-hong2,3,LIANGJian2,3,LIUHai-sheng2,3,CHENBai-hui4

(1.Eighth Geological Team of Qinghai Nonferrous Geology and Mineral Resources Development Bureau, Xining Qinghai 810012, China; 2.Qinghai Second Geology and Mineral Exploration Institute, Xining Qinghai 810028, China; 3.Core Drilling Engineering Technology Research Center of Qinghai Province, Xining Qinghai 810028, China; 4.Research Institute of Hydrology Geology, Engineering Geology and Environmental Geology of Qinghai Province, Xining Qinghai 810031, China)

Green geological exploration is an inevitable trend for geological prospecting in Qinghai Province and even in China. It is necessary to understand the influence scope and form of geological exploration engineering on environment for green geological exploration; on this basis, a variety of advanced exploration technologies can be combined to minimize the degree of disturbed surface ecological environment to realize geological prospecting in pre investigation and survey stages. Environment-friendly flushing fluid, shallow sampling, shallow hole drilling with portable drilling equipment, deep drilling with heavy drilling equipment and multi-branch directional sampling drilling are involved, and by means of comprehensive collating data, 3D modeling method is explored to carry out green geological exploration.

green geological prospecting; ecological environment; environment-friendly flushing fluid; shallow sampling drilling; shallow hole drilling; deep drilling; directional drilling; 3d modeling

2016-10-14；

2017-02-17

賈占宏，男，漢族，1981年生，從事鉆探技術(shù)管理工作，青海省西寧市南川西路84號，81248799@ qq.com。

劉海聲，男，漢族，1990年生，工程師，探礦工程專業(yè)，碩士，從事地質(zhì)工程工作，青海省西寧市城北區(qū)朝陽西路43號，249897642@qq.com。

P634；X37

A

1672-7428(2017)04-0001-04