浅谈未来地质钻探技术的发展方向

史宝平

(贵州省地质矿产勘查开发局115地质大队，贵州 清镇 551400)

0 引 言

地质勘查其目的是为了查明地质现象，探寻矿产资源，为工程建设和国民经济做贡献，但地质现象大多深埋于地下深处，看不见摸不着，具有巨大的不确定性，所以钻探技术作为一门重要的地质勘查手段，在进行地质勘查时，钻探也存在着巨大的经济风险，为了尽量减少经济损失，钻探技术也在不断改进。

1 我国主要钻探技术应用概述

这些年以来，我国地质勘查领域当中钻探技术开发和实践都取得了不错成绩，尤其是绳索取心技术和液动潜孔锤钻探技术相结合实现了非常不错的应用效果，对于提高地质勘探效率有很大优势。

1.1 绳索取心钻探技术

该技术突出特点在于不需要频繁提升钻杆便可提取岩芯进行分析，一般在钻头出现故障等情况才会提起钻杆。该技术在进行地质勘查时，主要设施为岩心导管和打捞工具，对土层岩石进行提取。该技术具备较广应用面，且操作实施都比较便捷，另外该技术钻孔深度要求不高，并且在施工过程中产生的劳动强度也较低，因此在加快勘探速度和保障岩石质量方面都有明显优势。就目前我国各工程勘察领域需求来讲，坑道、冰层、固体矿产等勘察项目中，绳索取心技术应用价值比较高。

1.2 液动潜孔锤钻探技术

该技术基于回转钻探技术基础上优化发展而来，其以冲洗液带动潜孔锤产生能量传输，借此让钻头冲击岩石，该技术当中对于泥浆泵的应用尤为重要。该技术很好继承了回转钻探技术优势，并且对其进行了优化。该技术整体应用成本降低了很多，同时操作管理也比较便捷。目前液动潜孔锤钻探技术在多个工程行业中均有应用，尤其在涉及到矿产开发和隧道建设行业地质勘查的领域中更是应用频繁。值得一提的是，在该技术应用过程中，需要对工具设备状态进行全面把控，同时对核心液压泥浆泵性能质量进行检查。另外，应当选用含沙量较少且润滑性能出众的冲洗液，这主要是为了减少摩擦，减少液动锤损耗，并提高勘察效率。

1.3 反循环钻探技术

反循环钻探技术是通过循环介质配合相关设备，通过冲击岩层等方式来将岩层中样本带出地面的技术，其中反循环钻探技术核心介质又分为空气和水。前者为将空气进行压缩再传入孔底，压缩空气爆炸性振动对地下岩土进行冲击，让剥离的岩屑进入取样器，被带出地面。后者则是利用液态泥浆混合物或水结合钻杆进入孔底，取得样本后利用液体带回地面。其中水循环技术能够获得较为完整的岩土样本，但其施工效率较低，且需要浪费较多水资源。而空气循环技术则在样本代表性方面略差，但是这种技术适用于干燥地区，施工难度较低。

1.4 组合钻探技术

地质勘探往往涉及到较为复杂的地质条件和环境，因此以上三种钻探技术在很多时候都需要进行搭配使用。特别是在很多大型项目当中，会组成由三种专业技术人员和相关设备组成的勘探组，这种模式能够根据实际情况充分发挥各种钻探技术优势。例如在大型隧道项目前期勘探阶段，会基于较为成熟的液动潜孔锤钻探技术进行初期勘探，然后再结合当地水资源或相关技术设备条件，采用反循环技术进行配合勘探，其很大程度上加快了勘探效率，并且降低了相关成本。

另外值得一提的是，部分地区和项目案例当中，诸如能够强化钻头的超声波技术，以及适用于干旱地区的节水循环钻探技术等新型改良技术也被逐渐应用，他们的组合很好提升了勘测效果和效率。

2 地质勘查中钻探技术设备和应用方法

在实际地质勘查工作当中，很多时候面临着复杂地质条件和施工条件，因此在该过程中不仅需要结合多种钻探技术，同时还需要根据实际情况选用不通设备，采用合适钻探方案。这样不仅能够让钻探勘察工作顺利推进，同时也避免了不合理方案影响勘探结果，甚至破坏相关技术设备和地质条件。当前基于回转和冲击技术的相关设备在地质勘探中应用广泛，无论是机械助力还是人力操控，其都能够实现不错钻探效果。正常情况下，机械助力设备凭借较高效率和较深钻孔径而广受信任，在该过程中，取土器和取土方法的选用需要认真考虑。具体使用过程中，设备及方法应用技巧如下：

2.1 击入法

该方法适用于较多类型地质条件，在土料岩石取料过程中，在钻孔外侧利用轻锤进行多次冲击，或者在钻孔内部利用重锤少量冲击，这两种方法尤其在硬质土层中具备很好应用效果。基于可靠数据，孔内重锤冲击法在效果和效率方面都更有优势。

2.2 压入法

对于软土地质条件，比较常用的取样方法为压入法，一般原则上都采用连续性压入法来提取土层样品，利用专用按压装置对目标土层进行按压提取，当遇到突发情况和土层较为复杂情况，则可采用断续压入法。压入法在实际地质勘探过程中，几乎不会对土层产生不必要扰动和影响，同时也有利于后续勘察工作。

2.3 振动法

利用机械振动原理，置于土层中的取土器能够收集土样，显然相比压入法，该方法会对土层产生较大扰动和影响，如果土层地质条件不稳定或抗扰动性较差，则需要谨慎使用该方法。而振动法优势在于取样效率较高，且操作简单，设备消耗也较低。

3 对未来钻探技术的憧憬

通过前面的介绍，不难看出，现代钻探技术都是利用机械动能传输，直接获取岩芯来进行地质勘查，还需针对不同地质岩体选用不同的钻探方法和设备，工序复杂，而且这种机械动能式的钻探能耗大，还会产生噪音，同时，机械动能式的钻探设备庞大，搬迁困难，不易操作，说白了现代钻探技术都是对传统的机械钻探技术进行不断的升级和改造，但都未跳出实物取芯的传统思想，这种传统的机械钻耗时、耗力，且获取的岩芯还得送到实验室进行化验分析，不能达到立竿见影的效果，随着生产力的不断发展，这种传统机械钻的弊病和局限性日趋突出，只有打破传统机械钻探技术和实物取芯思想，未来钻探技术的才会得到质的改变。因此，笔者认为未来钻探技术的发展方向是利用纳米机器人渗透入地下深处，通过机器人自带的放射源探头或者电子显微镜，将观测到的信号传输到地表，再同过显示器显示出地下物质的性质或地质现象，从而达到直观高效的探测地下物质和地质现象。这种方法完全打破了传统的机械钻探技术和实物取芯思想，它不是一种新的钻探技术，而是一种新的物探技术，暂且叫它纳米显微探测技术吧。其实，这种技术也并不新鲜了，因为在医学领域已广泛应用，目前需要解决的问题有两点：①研发能够渗透到地下的纳米机器人；②研发能探测地质体和地质现象的地质探头。笔者坚信，这两个问题在未来一定能够攻克，那么未来的钻探技术也必将向着纳米显微探测技术方向发展，也必将会带来巨大的经济效益。