巖心管在地質(zhì)勘探中是如何采樣的

    巖心管作為地質(zhì)勘探中獲取地下巖心樣本的關(guān)鍵工具，其采樣過程需結(jié)合地質(zhì)條件、設備性能及勘探目標進行科學操作。以下從巖心管結(jié)構(gòu)、采樣流程、技術(shù)要點及常見問題等方面詳細解析：

    一、巖心管的基本結(jié)構(gòu)與類型

    1.核心組成部件

    鉆頭：直接接觸巖石，常見類型包括金剛石鉆頭（適用于硬巖）、硬質(zhì)合金鉆頭（中硬巖）、牙輪鉆頭（軟巖/礫石層）。

    巖心管本體：用于容納和保護巖心，通常由高強度無縫鋼管制成，直徑常見規(guī)格有Φ75mm、Φ91mm、Φ110mm等。

    巖心爪：安裝于巖心管底部，鉆進時收縮卡住巖心，提鉆時夾緊巖心防止脫落，材質(zhì)多為彈簧鋼或合金。

    接頭：連接鉆桿與巖心管，需具備高強度和密封性，常見螺紋類型為API標準螺紋。

    2.按結(jié)構(gòu)分類及適用場景

    類型結(jié)構(gòu)特點優(yōu)勢適用地質(zhì)條件

    單管巖心管單一管體，結(jié)構(gòu)簡單成本低、鉆進效率高硬巖、完整巖層

    雙管巖心管內(nèi)管（保護巖心）+外管（鉆進）巖心擾動小、保真度高軟巖、破碎巖層、含水地層

    繩索取心管內(nèi)管可通過繩索提取，無需提鉆減少提鉆次數(shù)，提高效率深孔勘探（＞500米）

    二、巖心采樣全流程解析

    1.前期準備與設備調(diào)試

    地質(zhì)勘察：通過地質(zhì)圖、物探數(shù)據(jù)確定鉆孔位置，明確采樣深度及目標層位。

    設備組裝：根據(jù)巖性選擇鉆頭和巖心管類型，檢查巖心爪靈活性，確保鉆桿連接牢固。

    場地平整：搭建鉆機平臺，安裝泥漿泵（用于沖洗鉆孔和冷卻鉆頭），準備巖心箱和記錄工具。

    2.鉆進與巖心采集

    步驟1：開孔與鉆進

    低速開孔：初始鉆進時控制轉(zhuǎn)速（50-100轉(zhuǎn)/分鐘），確保鉆孔垂直，避免偏斜。

    沖洗液循環(huán)：通過泥漿泵注入清水或泥漿，作用為：

    冷卻鉆頭，防止高溫磨損；

    攜帶巖粉，保持孔內(nèi)清潔；

    護壁防塌，尤其在松散地層中。

    步驟2：巖心進入與保護（以雙管為例）

    外管旋轉(zhuǎn)鉆進：外管帶動鉆頭破碎巖石，內(nèi)管不旋轉(zhuǎn)，避免巖心受機械擾動。

    巖心進入內(nèi)管：破碎的巖心通過鉆頭底部進入內(nèi)管，內(nèi)管前端的“巖心堵塞指示器”（如壓力變化）可提示是否需提鉆。

    步驟3：提鉆與巖心提取

    停止鉆進：當巖心管內(nèi)巖心長度達到80%-90%管長時（通常1.5-3米），停止旋轉(zhuǎn)，緩慢提鉆。

    拆卸巖心管：將巖心管從鉆桿卸下，倒置輕敲，巖心因自重滑出，或用專用頂桿推出。

    巖心爪作用：提鉆時巖心爪收縮卡住巖心根部，防止巖心脫落（尤其在破碎巖層中關(guān)鍵）。

    3.巖心整理與記錄

    巖心編號：按鉆進順序標注“孔號-回次-塊號”（如ZK1-5-3表示1號孔第5回次第3塊巖心）。

    測量與描述：

    長度：精確到0.1cm，計算巖心采取率（巖心長度/鉆進進尺×100%，理想值＞80%）；

    巖性：記錄顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分、化石/裂隙發(fā)育情況等；

    方位：若需測定巖心產(chǎn)狀，需標記頂面和傾向（可用羅盤或定向儀）。

    封裝保存：巖心按順序放入巖心箱，用木屑或泡沫固定，避免運輸中損壞，箱外標注孔號、深度范圍等信息。

    4.特殊地質(zhì)條件下的采樣技巧

    軟巖/松散地層：采用雙管+套管護壁，或使用冷凍采樣技術(shù)（通過液氮固化巖心）。

    含水流層：增加泥漿密度（1.1-1.3g/cm3），或改用空氣鉆進減少水的影響。

    深孔勘探：使用繩索取心技術(shù)，如S75/S91系列繩索取心鉆具，可實現(xiàn)1000米以上深度采樣。

    三、關(guān)鍵技術(shù)指標與質(zhì)量控制

    巖心采取率：衡量采樣質(zhì)量的核心指標，硬巖需≥85%，軟巖≥70%，礦層需≥90%。若采取率過低，需分析原因（如鉆頭磨損、鉆進速度過快）并調(diào)整工藝。

    巖心擾動度：雙管采樣可使擾動度降低50%以上，適用于需要保留原始結(jié)構(gòu)的樣品（如古生物、工程地質(zhì)分析）。

    鉆孔偏斜：每100米孔深偏斜≤1°，超過需用糾偏工具（如偏心楔、螺桿鉆具）調(diào)整。

    四、常見問題與解決方案

    問題現(xiàn)象可能原因解決方案

    巖心斷裂鉆進速度過快、巖心爪過緊降低轉(zhuǎn)速（＜150轉(zhuǎn)/分鐘），調(diào)整巖心爪張力

    巖心堵塞巖粉堆積、沖洗液不足增加沖洗液流量，提鉆清理鉆頭

    鉆孔漏漿地層裂隙發(fā)育注入堵漏劑（如水泥漿、海帶粉）

    巖心采取率低鉆頭選型不當、巖心爪失效更換合適鉆頭，檢查巖心爪彈性

    五、技術(shù)發(fā)展趨勢

    智能化巖心管：集成傳感器監(jiān)測鉆進壓力、溫度、巖心填充度，實時傳輸數(shù)據(jù)至地面系統(tǒng)（如加拿大Roxar公司的智能巖心管系統(tǒng)）。

    定向取心技術(shù)：通過隨鉆測斜儀與可調(diào)彎接頭配合，實現(xiàn)水平/斜孔巖心的定向采集，適用于礦脈追蹤和隧道超前勘探。

    環(huán)保型采樣：推廣無膨潤土泥漿（如合成聚合物沖洗液），減少對地下水的污染，符合綠色勘探要求。

    總結(jié)：巖心管采樣是地質(zhì)勘探中獲取地下實物資料的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其流程涵蓋設備選型、鉆進工藝、巖心保護及記錄分析等多方面。通過科學選擇巖心管類型、控制鉆進參數(shù)及優(yōu)化采樣工藝，可確保巖心的完整性和代表性，為地質(zhì)建模、資源評價和工程設計提供可靠依據(jù)。