矿山地质探矿工程勘探技术分析

杨 锦

(贵州省地质矿产勘查开发局一〇五地质大队，贵州 贵阳 550018)

0 引 言

矿山地质探矿工程勘探任务主要是服务于后续矿山开采、生产和运营工作，是一套循序渐近展开的工作，初期勘查主要的目标是对岩土资料进行勘探收集，完成基础资料的收集之后，对相关数据进行分析和整理，详细勘查工作与简单勘察得到的数据比较而言，在准确性和全面性方面具有一定的优势[1]。新时期，在现代科学技术的快速发展下，矿山地质工程勘查施工技术得到了极大的提高，不仅能提升勘查施工的质量与效率，还能减轻工作人员的负担，确保勘查施工的有序进行[2-3]。不同阶段勘查目的不一样，随着社会科技的发展，勘查手段也越来越丰富，勘探技术更加具专业性，例如深部探测，定向探测，综合勘探等，从而勘探任务也具有明确的专题性，例如矿产资源勘查、矿山地质灾害勘察、水文地质勘察等。

1 国内主要能源矿产现状

根据2021年中国矿产资源公报报告，截至2020年底，中国已发现173种矿产，其中，能源矿产13种，金属矿产59种。非金属矿产95种，水气矿产6种，国内主要地质能源矿产储量见表1、表2[4]。

表1 2020年中国主要能源矿产储量

表2 2020年中国主要金属矿产储量

由表1-2可知我国主要能源矿产以煤矿、石油和天然气等资源为主，铁矿、锰矿和铬铁矿等金属矿产为主要矿产资源。2020年，中国地质勘查投资871.85亿元，较上年下降12.2 %。其中，油气矿产地质勘查投资710.24亿元，下降13.5 %；非油气矿产地质勘查投资161.61亿元，下降6.1 %，与2019年相比降幅有所扩大。非油气矿产勘查中以煤炭、金矿、铅锌矿、铜矿为主，占全国非油气矿产勘查投资的51.7 %[5]，见图1。从非油气矿产资源投资结构来看，对矿产勘查投资比例最重，所以对探矿工程勘探技术的研究具有重要的工程意义，一方面专研勘探技术对攻克艰难勘查地质环境条件有攻坚意义，另一方面对提升技术水平和提高勘查效率角度来看，对探矿工程勘探技术的研究对节约勘查投资成本起到一定的积极作用。

3 矿山地质勘探技术分析

虽然中国地质勘查投资一直具有较高的投入，但是有部分回落，2019年来降幅都在10 %左右，主要改变呈现结构性优化调整。西部地区开发，和热点矿种依旧是投资热点，投入比例持续增加，钻探工作量逐步下降[6-8]。不过当下地质工作的主要任务依旧是地质找矿，社会发展应运而生的非常规能源和新型材料矿产需求保持向上生长势头。

3.1 钻探技术

地质钻探是地质调查和矿产勘查工作中最直接有效的手段，地质钻探行业受经济形势和国家宏观调控影响，分析地质钻探现状行情，对钻探装备投资规划和钻探技术研究分析非常有必要。

(1)绳索取芯技术。绳索取芯钻探是一种几乎不用或者很少次数提钻的钻探方法，其技术特点是取岩心时不用过提出钻孔内部的钻杆，而是用带有钢丝绳的打捞器通过孔内钻干中心孔将岩心从管底提到地面。绳索取芯技术关键在于其内部由钢丝绳、打捞器和打捞矛头组成，具有效率高、钻头寿命长、节约人力的优点。

(2)反循环钻探技术。反循环钻进技术指的是钻孔冲洗介质是由孔壁和钻具字间的空间流入孔底，携带岩屑的冲洗介质再从钻孔底部经过钻具内孔返回地面。反循环钻探的冲洗介质通常有2种：空气和水，分别对应空气反循环钻技术和水反循环钻技术。二者的区别在于水反循环钻探技术主要是通过水携带泥浆发生循环，逐步把岩心提升到地面，而空气反循环指的是运用双臂钻杆的力量，通过空气冲击力的作用达到膨胀效果，通过潜孔锤冲击碎岩屑。

(3)液动潜孔锤技术。液动潜孔锤技术是利用泥浆泵中供给的冲洗液能量驱动液动锤形成往复的运动，从而对下部钻具施加一定频率的冲击荷载。液动潜孔锤钻探是对常规回转钻探的进一步优化，该技术方法利用坚硬岩体脆性大，抗剪强度低不耐冲击力的特点，是可以有效解决坚硬岩层和复杂岩层工况的钻探技术。

3.2 3S技术

3S代表3种技术手段指的是GIS、RS和GPS，其技术内涵为地理信息系统(Geography information systems，GIS)、遥感技术(Remote sensing，RS)和全球定位系统(Global positioning systems，GPS)。3S矿山地质勘查技术的综合利用，是传感技术、卫星定位、空间技术以及计算机技术等多维度技术手段的现代信息技术的集成[9-10]。

(1)地理信息系统(GIS)。该技术发源于加拿大，GIS是一种专门用于地理信息管理的计算机软件系统，在地质矿产勘查中GIS可以用来管理矿产资源、有效加快数据处理的速度和提升处理结果质量，有效的按照不同矿铲资源要素分门别类的分级分层的进行管理，用于矿产资源的直接显示和更新。还可以分析矿产与其他地理要素的潜在联系，有利于资源信息的进一步开发。GIS联合遥感数据库、地球物理化学数据库、地理数据库、地质矿产数据库以及GPS定位信息等构成的空间信息系统，用于矿产资源综合评价。

(2)遥感技术(RS)。该技术是指从高空或外层空间接收来自地球表层各类地物的电磁波信息，并通过对这些信息进行扫描、摄影、传输和处理，从而对地表各类地物和现象进行远距离控测和识别的现代综合技术[11-14]。RS技术可以有效识别地质构造，结合地质学原理的基本理论，从遥感图上可以标绘识别出各种地质构造的特点，分布规律和空间关系，重点分析关键构造总结区域地质构造特征。矿产成矿过程中会与围岩产生蚀变反应，反应产物引起的吸收光谱变量或者反射波段具有特定的特征，由于RS是接受电磁波从而反演出地物标识，所以该技术可以通过已知的矿产矿点分析控矿因素，建立二维或者三维遥感地质矿产模型，在寻找矿藏提供依据。此外，由于RS的地表摄影面积大，信息丰富有利于对周边环境的监测，对保障作业人员和地质环境有重要意义。

(3)全球定位系统(GPS)。GPS系统是美国于20世纪70年代开始研制的，具有海陆空三维导航和定位的卫星定位系统。GPS测量技术是在矿山地质勘查中最广泛的应用之一，GPS测量有效减少了控制测量的环节，降低了成本，提升了工作效率，1～2人就可以完成测绘工作，减轻了地质工作者的劳动强度。工作人员只需要收集相关的地理信息，通过无线电传输把信息和数据发送到地面接站，然后运用GPS同步卫星信号来传送全部收集的带有位置属性的信息，最终对信息整理分析即可。

对3S技术耦合应用在矿山勘查工作上也有很多工程实例，例如对矿山开采沉降监测时可以通过GPS和InSAR耦合亿获得精确数据消除误差[15]。利用GPS和GIS技术结合可以有效全面系统的土地利用进行监管。而GIS技术和RS相结合可以通过遥感影像分析矿山土地利用情况的演变情况[16]。

3.3 物理勘查技术

(1)重力勘探技术是利用组成地壳中各种不同的矿物密度分布而引起重力变化而进行地质勘查的方法。这种方法主要使用于埋深小地形起伏小的情况。结合已有的区域地质资料，对重力异常区域进行分析，推测覆盖层一下矿体和岩层的分布规律，找出矿床位置和分析地质构造情况。

(2)磁力勘探技术，类似于重力勘探技术，其原理为利用岩石矿物中不同探测对象的磁性差异，在地球磁场为外部磁场的环境下，分析由岩石矿产生的局部磁场差异，进而研究地质构造或地质矿产分布规律的一种物理方法。

(3)电法勘探技术，与磁力勘探技术有一定关联的勘探技术，根据岩体矿物中的电磁学特性例如导电性、介电性质以及电化学特征等的差异，通过天然电场，或者人工通电，研究电场、电磁场的空间分布规律特征，以期探明地下地质结构和目标矿产分布。

3 矿山地质勘查技术发展趋势

在矿山地质勘查工作当中，地质条件调查工作往往相伴而行，地质调查不仅仅服务于前期的找矿工作，其对矿山的发展具有长期的影响，地质勘查技术也有着重要的作用。体现在矿山勘查技术的发展要贴合现有的勘查模式，在勘查阶段要充分考虑资源开采后可能产生的影响，对开采过程中遇到的资源合理分配，考虑水文地质调查情况，解决矿区水资源时空分布矛盾，防止地下水害同时合理配置地下水去向，确保矿区生态呈良性发展。

矿山地质勘查工作处理需要满足对常规地质条件调查的需求，同时加强对地质灾害的防止工作，确保矿山在运营期间安全生产。加强对地质灾害的调查和预测工作，详尽调查区域内潜在地质灾害风险，重复了解潜在地质灾害的发育程度和空间分布，确保矿产资源开采工作顺利进行。

近些年随着网络化的发展，深度学习，人工智能技术逐渐应用到矿山开采和运营当中。矿山地质勘查技术想要发展，需要结合实地勘查和结果数字化方向发展，结合大数据平台管理进行信息深度开发以及综合管理。总之矿山勘查技术需要向网络传输化和网络化的方向发展，提高数据传输能力、分析能力和管理能力，提升地质勘查人员的工作效率。

4 结 语

该文从国内矿产资源现状开始分析，总结目前国内能源矿产以煤、石油和天然气为主，非油气矿产勘查以煤炭、金矿等矿产资源为主。从地质勘探投入来看，国内地质勘查任务还以找矿为主，勘查地区以西部为主。对目前通用勘查技术进行分析，目前常用的矿山地质勘探手段主要有钻探技术、3S技术和物理探测技术。钻探技术是通过采取岩心直接获取矿区地层信息的有效手段。3S技术借助传感卫星，空间技术和计算机技术提高了勘探范围和勘探数据管理效率。物理探测技术针对某一特定区域，利用探测对象物理性质差异，分析数据异部位，结合区域地质资料推测地下岩体构造和矿体位置。勘查技术发展向地质勘探结合地质灾害预测工作协同完成，地质勘查智能化信息化发展的趋势，矿山地质探勘技术向高效化、智能化和综合化协调发展。