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    近日,由中国地质调查局水文地质环境地质研究所研发的井下地震仪器的井锁装置获国家发明专利,专利号ZL201811132400.2。

    该装置包括竖管,竖管内壁的上部固定安装横向的环形板,环形板的底侧均匀固定连接数个圆周分布的第一电动伸缩杆的上端,第一电动伸缩杆的下端固定连接同一个圆环的顶侧,圆环的底侧轴承连接第一斜齿轮,第一斜齿轮底侧的中间开设方形通孔,方形通孔内活动安装方杆,方杆能够沿方形通孔上下滑动。该装置结构巧妙,利用三角支撑的稳定性固定竖管,更加牢固,不易出现侧滑的现象,同时支撑臂打开时横向向外伸长,支撑臂打开方向与井壁垂直,有效避免了支撑臂在打开过程中沿井壁上下滑动的现象,支撑臂合拢时横向向内缩短,当支撑臂的外端插入井壁后能够拔出,增加固定解除时的便利性,能够满足市场需求,适合推广。

    水环所研发的井下地震仪器的井锁装置获国家发明专利

    SYZX系列绳索取芯液动锤

    3500米全液压地质岩芯钻机在山东招远金矿进行勘探

     

    今年是中国地质调查局勘探技术研究所成立60周年。

    60年,一甲子,岁月峥嵘,成就辉煌。

    作为我国第一家探矿工程专业科学研究机构,中国地质调查局勘探技术研究所以地质钻探装备与工艺技术的研发和推广应用为核心工作,通过引进消化吸收再创新、集成创新、原始创新等,60年来交了一份闪亮的成绩单——累计完成重要科研成果500多项,150余项获国家、省部级以上奖励。其中,国家科学技术进步一等奖1项、二等奖2项,国家创造发明奖和新产品奖6项,省部级科技成果一等奖10项、二等奖34项;拥有国家专利93项,中国专利优秀奖4项。如今,勘探所已成为我国地质装备与技术研发的领航者。

    我国成立首个探矿工程科研机构,开启国产钻探装备自主研发新征程

    新中国成立之初,国家确定了地质工作“大发展,大转变”的战略方针。探矿工程作为地质工作的重要手段,其技术基础却很薄弱。在上世纪50年代初期,当时国外的岩芯钻探已普遍推行金刚石钻探技术,而国内仍是“硬质合金、铁砂加钢粒”钻进,钻探设备主要是从前苏联和瑞典进口的低转速手把式和油压钻机。1956年,我国第一个五年计划进入实施的第四个年头,工农业大发展,急需各种矿产资源、能源、水资源。集中力量发展探矿工程技术的呼声也越来越高。

    1957年1月,原地质部组建的我国第一个从事探矿工程专业研究的科研机构——地质部勘探技术研究所(以下简称“勘探所”)成立了。我国地质勘探装备自主研发的新征程由此开启。

    建所初期,为发展适合我国国情的勘探设备,勘探所在国内最先开始了探矿工程小型设备和机具的研制工作,随后,岩芯钻机、物探钻机、坑道钻机、工程地质钻机、反循环水井钻机等,及其配套泥浆泵、钻塔等的研制工作全面铺开。在建所后的10年间,勘探所开展了多项探矿工程领域的开创性工作。比如:率先成功研制了我国第一套地质岩芯钻机;用液动锤首次进行全孔反循环取芯试验,并获成功;在国内最早开展了天然金刚石表镶和孕镶钻头的研制工作,并利用冷压浸渍法制造成功……通过10年努力,我国的地质勘探装备开始自给,探矿技术水平空前提高,使得白云鄂博、大冶铁矿,白银厂多金属矿,淮北、平顶山煤矿等大型矿产基地和多个水利资源勘探进程大大加快。

    与钢粒钻进相比,金钢石钻进具有效率高、质量好、消耗低和操作轻便等优点。1960年,勘探所开始了天然金刚石钻头制造工艺研究,次年便试制成功我国第一批天然金刚石钻头和扩孔器。由于我国天然金刚石产量少,价格昂贵,生产难度大,为天然金刚石钻头广泛使用增加了难度。1969年,勘探所开始了人造金刚石钻头的研究,并于1974年首次进行了小口径人造孕镶金刚石钻进技术配套试验。随后,勘探所与河南省地质局合作,在河南地质九队午阳铁矿区第一次打出人造孕镶金刚石钻头的高水平。1975年,小口径钻探技术又进行了第二轮配套试验。到70年代末,我国仅用20年左右的时间走完了国外金刚石钻探技术发展所经历的100多年的历程。

    此外,在工程地质钻探和水文水井钻探领域的设备研究也屡战告捷,坑探掘进技术和试验室选矿设备研究提交了多项有价值的科研成果。岩芯钻探从手把式低速钻机、大口径硬质合金和钢粒钻进,向液压式高速钻机、小口径金刚石钻进发展;工程地质和水文水井钻探设备,实现了多样化,钻进工艺日趋完善;坑探工程开始从手工作业向半机械化、机械化迈进。我国地质钻探和坑探工作从此朝着赶超世界先进水平的方向迈上了一个新台阶。

    钻探服务领域扩大,钻探技术向多领域、多工艺和科学化发展

    随着改革开放的逐步深入和国民经济的高速发展,我国钻探技术开始向多领域、多工艺和科学化发展。

    20世纪70年代前的钻探技术,主要用于地质找矿和地下资源开采,而进入80年代,则应用到工农业建设和国防建设的各个方面。比如:山东青岛海上柔杆电钻炸礁工程,西藏羊八井地热开采,广东珠江口番禹大桥基桩施工,北京、廊坊等地的定向穿越马路、建筑物的非开挖铺管工程施工,以及北京十三陵蓄能电站锚固工程施工等。

    根据市场急需,勘探所以《螺杆钻受控定向钻探技术》成果为依托,1991年开始了采卤对接井钻井技术研究,与湖南省地矿局、湘衡盐矿一起完成了两对对接井施工,到1995年末,共完成5对对接井,成功率达到100%。两井高精度直接对接成功,使我国水溶采矿技术进入了世界前列。盐业系统的老专家说:“这项技术开发成功,解决了我们几十年想解决而未解决的问题。”该技术的成功,不仅为盐业提供了一条低投入、高产出的途径,也为勘探所科研成果的转化提供了重要经验。

    80年代初,为了满足各种高层建筑、高速公路、桥梁等基桩工程施工的需要,勘探所率先在国内研制大口径工程施工装备与技术配套,研制了GJD工程钻机、CG型全套管施工设备、大口径无循环施工机具与技术,以及大口径桩检测仪,目前已经形成了系列成套设备、器具及配套工艺,其中大口径无循环钻探技术在青藏铁路建设施工中发挥了重要作用。

    1993年,勘探所针对广泛用于市政、电讯、电力、煤气、自来水、热力等管线施工工程的“定向钻进非开挖铺设地下管线技术”进行立项研究。1994年,第一条非开挖铺设的管道顺利完成。到1997年,勘探所自行研制成两种型号的非开挖钻具和器具,并用此设备完成了70多条管线铺设工程,包括穿越公路、铁路、首都机场飞机跑道和建筑物等,至目前已形成高效环保的GBS系列(5T-320T)钻机及配套施工技术体系。

    冲击回转钻探技术在硬岩钻进中具有较高钻进效率。勘探所是我国首个开展液动冲击回转钻探技术研究的单位,至今仍在坚持这项研究。勘探所最初研制成功的5个系列的液动潜孔锤,品种达20多个,几乎涵盖了全部钻孔口径。后续又开发出了更大口径的、嵌岩桩钻进用的ZC-800型液动潜孔锤。勘探所的这一成果在国外引起了广泛关注,吸引了日本、德国、英国、俄罗斯、澳大利亚、古巴、泰国、越南等国家的专家前来考察。德国、澳大利亚、加拿大等在钻探技术方面比较先进的公司先后从勘探所购置了液动锤。该成果在英国权威杂志的《地质钻探》1995年第5期一经发表,有10个国家的13家公司来电来信索取资料和要求报价购置。

    随着钻探技术服务领域的扩大,钻探工程面临的地质条件越复杂,施工难度也越大。如何提高钻探效率、保证质量、降低成本?勘探所根据生产需要及施工条件,将新技术、新方法进行配套,先后研发了小口径金刚石岩芯钻探、井底动力钻探、空气钻探、水力反循环钻探、大口径基桩孔施工等工艺。勘探所实施的原地质部“八五”攻关项目《中心取样地质钻探新技术》《液压顶驱式车装钻机》及《CD-3型岩芯钻机》,结束了我国钻探方法单一的局面,使我国钻探技术的整体水平有了较大幅度的提升。与此同时,勘探所还与各有关探矿机械厂共同合作,使常用钻探设备基本上实现了标准化、系列化和国产化。

    钻探技术迎来发展新机遇,科学钻探体系进一步丰富

    1999年,新一轮国土资源大调查开始实施。地质、矿产及资源勘查钻探技术的应用迎来新的发展机遇和更广阔的发展舞台。

    在地质大调查项目、科技部“863”项目和危机矿山专项项目的支持下,勘探所完成了2000米全液压岩芯钻机及配套设备的研究,并在山东乳山金青顶金矿区完成了终孔深度达2212.80米(Φ76毫米 N级口径)示范孔的工程施工,创造了国内H级绳索取芯钻进深度及岩芯钻探套管应用深度的两项最深纪录。用自主研发的XJY-850无缝合金钢管材制作的Φ73毫米、Φ89毫米绳索取芯钻杆,在示范孔施工期间未发生孔内钻杆事故,标志着我国2000米地质岩芯钻探技术体系已基本形成,同时也结束了我国2000米以深钻孔绳索取芯钻杆依靠进口的局面。

    全液压动力头钻机具有取芯钻进效率高和安全性高的特点,尤其在斜孔施工方面极其方便,可提高钻探质量。勘探所开发的YDX系列全液压岩芯钻机的所有功能均为液压驱动,操控精准便捷,与传统的立轴式钻机相比,取芯作业的效率及安全性大大增加,钻机采用模块化设计、先进的高转速动力头设计、负荷敏感控制液压系统等部件设计,提高了钻探工作效率,减轻了工人的体力劳动,提高了钻机工作可靠性。勘探所先后完成了300米、600米、1000米、1500米和2000米系列钻机的设计开发,并出口到澳大利亚、俄罗斯、吉尔吉斯斯坦、蒙古等国。

    在地调项目的支持下,勘探所研发的高精度定向对接中靶系统——“慧磁”系统,实现了地下导航高精度定向技术的重大突破,也使得我国成为继美国之后第二个拥有此项技术的国家。从2003年开始,勘探所与中国机械进出口总公司合作,实施了土耳其BEYPAZARI天然碱采集卤项目钻井工程,到2010年12月共完成了56口井的定向钻井,获得了土耳其业主公司的高度评价。通过土耳其天然碱工程的实施,勘探所实现了从两井对接连通到多井对接连通的技术跨越。

    2001年4月18日,受国内外地学专家高度关注的中国大陆科学钻探工程在江苏省东海县破土动工。该井井深达5158米,孔径256毫米。针对科钻工程中硬岩深井连续取芯钻进技术难题,勘探所完成了液动潜孔锤理论及工作原理的创新,攻克了液动潜孔锤零件设计、选材及加工方面的多项工程技术难题,配套开展了全面冲击回转钻进、绳索取芯钻进、液动潜孔锤跟管钻进、螺杆马达液动潜孔锤提钻取芯钻进及螺杆马达+液动潜孔锤+绳索取芯三合一钻进等配套工艺的研究,至2008年底基本完成了YZX系列液动潜孔锤及其配套工艺技术的研究与开发。科钻一井的统计数据表明,采用液动锤钻进施工,钻进效率提高54%,延长回次进尺178%,大幅度减少了施工周期、降低了施工成本,为科钻一井的顺利完成发挥了重要作用,并创造了单孔应用进尺和使用深度两项世界纪录,使我国的液动锤技术达到了国际领先水平。目前,YZX系列钻具已经成为国内外市场上实现规模化应用程度最高的产品,不断刷新的液动冲击回转钻进技术应用孔深和累计使用进尺等世界纪录,使我国在该领域的研究应用水平站在了世界之巅。

    2007年10月22日,勘探所承担的松辽盆地“松科一井”主井(北井)钻探工程顺利完钻。这口深达1810米的科学探井,以取芯钻进1630米、岩芯直径92毫米、岩芯采取率94.59%的技术成果,为中国乃至世界的环境地质科学研究提供了丰富详实的必要信息。该井在实施过程中,综合运用水源钻探设备、岩芯钻探技术与石油钻井技术,为在复杂沉积地层环境中进行低成本钻探探索了一条成功之路。2014年,勘探所又牵头组织实施了“松科二井”科学钻探工程,目前进展顺利。

    2008年至今,勘探所又以骨干成员单位参与了汶川地震断裂带科学钻探工程(WFSD)。期间,勘探所研制的深孔复杂地层取芯钻具和长半合管取芯技术,在提高高应力极破碎复杂地层的岩芯采取率、岩芯质量和复杂地层深部综合钻探效率等方面发挥了重要作用。其中,9米超长半合管的应用创世界纪录。

    大力推进科技创新,多项钻探技术领跑世界

    随着找矿突破战略行动、生态文明建设、国土资源“三深一土”科技战略的推进,中国地质调查工作更加聚焦国家重大需求和国土资源中心工作,更加关注重大资源环境问题和地球系统科学问题。勘探所按照中国地质调查局党组确立的建设世界一流新型地调局的目标,充分发挥科技创新的引领支撑作用,强力推进科技进步、人才成长和团队建设,自主研发了一批高精尖钻探技术设备,使我国在多个钻探领域领跑世界。

    勘探所承担的《2000米以内全液压地质岩芯钻探装备及关键器具》项目,针对我国地质岩芯钻探技术与装备落后的状况,对全液压岩芯钻机及地质岩芯钻探关键器具进行了全面技术攻关,先后研制了系列全液压岩芯钻机、高强度钻探管材和绳索取芯钻杆、高效液动锤、新型事故处理工具等关键技术装备,突破了严重制约我国地质勘探工作发展的技术瓶颈,从而建立起我国2000米以内地质岩芯钻探技术体系,也使得我国由全液压岩芯钻机、高性能绳索钻杆进口国一跃成为出口国。2015年,该项成果获得了国家科学技术进步二等奖。

    勘探所还自主研发了用于深部矿产资源勘查的3500米全液压岩芯钻探装备。该装备具有较高的机械化、自动化水平,配套高精度仪表及钻参系统,满足金刚石绳索取芯、冲击回转、定向钻进等深孔地质钻探工艺要求,既可用于深孔岩芯钻进,也可用于我国浅部石油勘探,以及新兴能源如煤层气、页岩气、干热岩等的勘探,既可以打丛式井,又可以钻进定向孔。目前,该钻机正在深部地质找矿和油气资源调查中发挥作用。此外,勘探所还研发了大型车载深井钻机、全回转套管钻机、反循环取样钻探装备、地质勘查深孔用高强度铝合金钻杆、轻便岩芯钻机、涡轮取芯钻进系统、大口径长钻程同径取芯技术等,填补了国内多项钻探领域的技术空白。

    钻探过程中,孔壁坍塌、掉块、溶洞、漏失等孔内事故时有发生。针对此种情况,勘探所开展了76毫米和96毫米规格的小口径地质钻探波纹管护壁技术研究,攻克了小口径膨胀波纹管成形技术、膨胀波纹管悬挂锚固技术和多根膨胀管对接技术等三大关键技术难题,填补了该技术领域的世界空白。该技术能有效解决深部地质钻探施工中的孔壁坍塌、掉块、溶洞、漏失等孔内事故,其处理效果相比传统泥浆调配、水泥造壁等更加可靠安全,同时简化了钻孔结构、优化套管级数,大大降低了钻探成本,被誉为21世纪国际钻探工程领域的核心技术之一、小口径钻孔的“血管支架”。该技术在广西、山东、甘肃、福州等地进行了现场应用,完成了地质岩芯钻探超深孔护壁、长距离连续护壁、页岩气孔护壁、大斜度钻孔等不同类型的护壁任务,单次护壁长达21米,护壁深度达到2000余米。

    自从2003年开始勘探所用自有技术在土耳其从事对接井工程,取得了土方业主的高度认可。鉴于勘探所与土耳其业主在工作中建立了良好的合作关系,2014年勘探所作为独立承包商签订了贝帕扎里天然碱矿钻井工程四、五期合同,共计145口井。2015年9月10日,由勘探所承担的土耳其卡赞天然碱地下工程开钻,标志着世界上最大规模的对接井水溶采集卤工程正式拉开序幕,该项目计划在2015年~2018年施工74个采卤水平井组,单井总数达222口。勘探所运用“慧磁”技术创造性地设计并实现了多井组的连通,真正使得地下“穿针引线”技术成为了现实;在施工中大胆创新,克服了地层结构复杂、地磁场异常、地层破碎严重等困难,积累了处理复杂问题的丰富经验。

    60年风雨路,勘探所人用聪明才智和心血汗水铸就了一座座功绩累累的丰碑。在前期研究成果的基础上,近些年来,勘探所取得了4项国际领先技术成果:高精度对接连通井技术、液动冲击回转钻探技术、大口径长筒取芯钻探技术与小口径膨胀波纹管护壁技术;1项国际先进钻探技术体系:2000米以内地质岩芯钻探技术体系;2项国内领先技术:3500米全液压地质岩芯钻机与车载全液压深井钻机;实施了4项科学钻探工程:牵头实施“松科二井”工程、承担“松科一井”主孔工程施工作业、为中国大陆科钻一井工程提供核心钻探技术、为汶川地震科学钻探工程提供极破碎地层取芯技术。

    步入新时代,继续为钻探技术装备研发贡献中国力量

    党的十九大召开,中国特色社会主义步入新时代。新时代,世界抱以新期待。

    步入新时代,勘探所将继续为钻探技术装备研发贡献中国力量:一是制定1.3万米科学超深井钻探技术方案。围绕国家实施科学超深井的需求,对实施我国超万米科学钻探工程的相关技术与装备研究开发提出了系统建议,形成一套满足1.3万米科学超深井的钻探技术方案,为我国入地计划的实施打下了基础,为超深井关键技术研究指明了方向。二是进行海域天然气水合物开采技术探索。针对海域天然气水合物开采面临的粉砂质地层低渗、松散无胶结等问题,综合应用水平井施工技术、多介质反循环钻探技术、定向对接连通井技术等,探索超大直径井眼扩径砂砾充填完井、水平井砂砾充填完井及对接井完井等技术,以实现增大产层接触面积、控制涌砂、抑制粉砂运移、举升排沙等目标,力争解决我国及世界海域天然气水合物开采的关键技术难题。三是拓展“慧磁”系统在地下热能开发的应用;“慧磁”系统为定向井提供关键技术保障,确保井组的平行,解决地热勘查开发关键技术难题,为最后热储层的压裂提供有利条件。四是拓展“慧磁”系统在矿山救援井的应用。勘探所创新提出了一套利用“慧磁”系统进行井下被困人员的定位和救援孔定向引导技术方案:在矿山井下预设磁信标装置,矿难发生后可由被困人员启动,磁信标可连续30天以上向外发射磁场信号,用于提示井下存活人员及所处位置,并精确引导地面救援孔钻入被困区域,提高救援效果和效率,为矿山抢险救援提供了一种高科技手段。

    六十载峥嵘岁月,笔墨春秋著华章;六十年风雨征程,薪火相传见精神。勘探所将在支撑服务国家重大需求和国土资源中心工作的大路上勇往直前,继续在高精尖勘探装备和技术领域的研发领先国内,力争实现部分技术与世界水平并跑或领跑。

    做新时代地质钻探装备与技术研发的领航者

    美国国家海洋和大气管理局的一个机构——国家地球物理数据中心与美国地质调查局的地球资源观测和科学中心两者开展合作研发了本文所述的可持续规则,为美国海岸带建立准确、一致和无缝的测深-地形数字高程模型(DEMs),这些DEMs未来将免费供公众使用。正方形单元“光栅”模型是最常用的模型,该规则正是针对这种模型的,而不是不规则三角网(TIN)或其他类型的DEMs。

      

      

      

      表1 海岸DEM的规格

       

    图1 DEM单元嵌套的例子

       

    表2 地理DEMs的大概海上覆盖范围

      

    正方形单元海岸DEMs有很多用途,包括海岸洪灾模拟、海岸变化分析、栖息地测绘和地球可视化。为了支持由多个政府机构、学术界和商业部门建立海岸DEMs的无缝融合,需要在一个明确的框架内研发这种DEMs,框架包括关键DEM要求和建议,以及支持发现、获取和使用的一致文件。

      

    本文所述的正方形单元海岸DEM将被进行测试、审查和改进。目标是为美国建立可持续的框架,使美国海岸地区的无缝、可合并和公开的测深-地形高程模型得到共享开发,以响应总统的国家海洋政策。该框架需要:

      

    1.定义必要的关键海岸DEM规格,以支持DEMs的无缝融合。

      

    2.为数据处理、DEM开发和DEM评估提供建议和最佳方案。

      

    3.作为最新发布公共高程数据的海岸DEMs,描述其有效升级所需的技术。

      

    4.确定文件要求,以获取重要数据处理和DEM开发步骤(例如,符合标准的元数据记录和空间元数据)。

      

    5.确定今后改进的地方,例如数据采集和处理的差距,数据传输的改进,合作和协同可以提高DEM精度和范围的沿海区域。

      

    美国海岸DEM的规则 

      

    表1列出了几个关键海岸DEM规则,这些关键规格是美国海岸正方形单元、公共模型需要遵循的,以确保由不同小组或机构建立的海岸DEMs在单元基础上保持一致。不一致的DEM将无法作为海岸和测深高程的全国性无缝填图的一部分被融合。

      

    投影:正方形单元海岸DEMs应该在当地通用横向墨卡托(UTM)区投影或地理坐标(即,未投影;表1)中。对于海岸线的高分辨率、米级模型,当地UTM区投影是最合适的。对于延伸离岸更远的低分辨率DEMs,地理坐标是最合适的。因为这两种模型之间的正方形单元栅格转换(模型之间的正方形单元不一样)会引起失真,应尽量减少这种转换。

      

    单元大小:UTM区DEMs的单元大小应为1米或3米(表1)。海岸DEMs的地理坐标单元大小在1/9弧秒到9弧秒之间(表1)。三个步骤的因素将有助于确保相同坐标系下不同单元大小的海岸DEMs之间的一致嵌套(即,同样单元大小的9个单元在下一个较粗单元模型中,它们将作为一个单元而有相同的地理足迹)。

      

    海上覆盖范围:每个连续的、较粗海岸DEM都应向海上延伸(表1,图1),以便测深数据密度和单元大小之间有粗略的对应关系(例如,在更深水域中,测深的间隔加大)。表2列出了这些“可伸缩”地理DEMs的大概海上覆盖范围。1弧秒的地理DEMs应向外延伸至大约500米等深线,大致相当于大陆架边缘。3弧秒的DEMs应向外延伸200海里,到达美国专属经济区(EEZ)的边界;而9弧秒的DEMs应包括离岸更远区域的深水,如大型海洋生态系统(LMEs)、小海盆(例如墨西哥湾)和美国外大陆架(ECS)。

      

    网格配准:UTM区和地理海岸DEMs应由单元的角来定义,也称为基于像元或单元的配准(表1)。这将有助于确保海岸DEMs与美国地质调查局国家高程数据集(NED)实现无缝合并。对于NAD83水平基准面和NAVD88高程基准面,NED地形分别在1/9、1/3和1弧秒的单元大小中可获得。像元配准也将更好地实现海岸DEMs和相应彩色浮雕图像的互联网传输。

      

    水平基准面:美国海岸DEMs的水平基准面将使用1983年北美基准面(NAD83,表1)。此基准面与1984年全球世界大地测量系统(WGS84)几乎相同,而对于地理DEMs,认为这两种基准是相同的。

      

    高程基准面:更高分辨率DEMs的高程基准面将使用1988年北美高程基准面(NAVD88,表1),通过由国家大地测量局开发的最新大地水准面模型来实现。因为在单元水平上的高程不确定性可能超过正高(即NAVD88)和各种潮基准之间的偏移量,所以低分辨率模型应参考“海平面”,从而避免需要建立一个共同的高程基准。

      

    边缘精度:每个UTM区模型的边缘/边界范围的精度以米为单位,应能被3整除(即结果必须是整数,没有余数,表1),以使单元对齐并支持DEM合并。为了确保不同开发者所建海岸DEMs之间的一致性,每个地理模型的边缘精度需限定于经度和纬度的两位小数(即0.01度/36弧秒,表1)。

      

    高程精度:海岸DEMs中高程值的精度应适当限于海岸DEM的分辨率,以避免超过必要的更高精度DEM(表1)。对于单元大小为1米的UTM区DEMs,高程精度限定于0.01米。对于单元大小为3米的UTM区DEMs以及1/9、1/3和1弧秒的地理DEMs,高程精度应为0.1米。对于3和9弧秒的地理DEMs,高程精度为1米。低分辨率全球模型(例如,30弧秒单元)应具有10米的高程精度。

      

    多时相:UTM区海岸DEMs应包括多时相方面,多时相可实现高分辨率海岸变化分析(表1)。为了支持多时相,需要明确记录用于建立每个模型的元数据的调查日期和地理足迹,从而使模型之间的时空差别可以量化。虽然老版本的海岸DEM应被存档和公开访问,但地理海岸DEM没有明确的时间,因为它们通常反映了“最可靠”元数据。

      

    地表类型:海岸DEMs需要表示裸露地表或“裸地”,来支持水流模拟。建筑物、树木和其它地上或地下表面不应在模型中表示,并需要从源高程数据集中移除。如码头和水坝等大的固体结构可能要排除,这些结构对于水流是不可透过的障碍。记录应识别DEM中所表示的任何结构。

      

    公众获取和使用的限制:公众访问使用该框架的正方形单元海岸DEMs过程中不应该有任何限制,而不是“不能用于导航”(表1)。对衍生产品(即,DEMs)限制使用和公众传播的专有数据不应用于海岸DEM开发,除非数据所有者书面同意DEM可以没有限制完全向公众开放。

      

    对未来DEM的考虑 

      

    目前,高程基准面限制了河流和近海的延伸。建议能够将高程基准面的空间覆盖范围扩大到更远的内陆/河流和更远的海上,以及美国其他沿海地区(如阿拉斯加和夏威夷),这样就能增加这些区域潮汐基准中高程数据的高程基准转换和所得海岸DEMs的精度。

      

    美国海岸测深和地形结合技术的无缝填图规则

    自2015年开工建设,至2018年底,国家地下水监测工程建设完成,共建成层位明确的国家级地下水专业监测站点10168个,全部安装了一体化地下水自动监测设备,实现了全国主要平原盆地和人口活动经济发展区的地下水监测数据自动采集、实时传输和多源解析。

    在工程建设过程中,遇到了很多承压-自流井,这些井的承压水头高出井管口,地下水不断向外涌出,导致无法安装井口保护装置和自动化监测设备。

    为解决承压-自流监测井密闭式处理和自动化监测这一行业难题,达到控制监测井自流,实现监测井的自动封水通气,满足水位监测、水样采集、清孔洗井等目的,自然资源部中国地质调查局所属的地质环境监测院会同水文地质环境地质调查中心,经过多次研究讨论、设计改进和野外试验,针对实际存在的管径管材不同、设备类型不一和季节性承压等复杂情况,成功研发了自流监测井密封技术。通过在井管口安装包含取水阀、智能压力控制阀及双补芯密封接头在内的法兰式密封装置,有效的解决承压水在有压无压转化过程的连续监测、冬季防冻、水样采集和洗井清淤问题。

    目前,此项技术已经在新疆、湖南、云南等12个省(区)的多个国家级地下水监测井成功应用,推动了地下水自动化监测技术进步。

     

     
     
    承压-自流监测井密封技术研发成功并推广应用

    为积极支撑自然资源部中国地质调查局与巴西地质调查局地质调查合作中数字地质调查技术的应用,在前期多次与自然资源部中国地质调查局南京地质调查中心的项目组人员以及巴西地质调查局项目组人员交流的基础上,自然资源部中国地质调查局发展研究中心地质调查主流程信息化研发团队应邀于2018年11月底至12月初赴巴西开展了数字地质调查技术交流与培训。

    本次交流培训时间为5天,研发团队体系地介绍了数字地质调查从数字化到智能化提升的技术体系架构、地质调查智能空间平台软件框架、数字填图PRB核心技术以及基于PRB的三维地质建模技术的最新进展,系统地介绍了软件操作流程,并在室外开展了野外数据采集实践操作。巴西地质调查局的国际合作、地质与矿产资源、土地管理、数据分析以及信息化部门的15名技术和管理人员参加了交流与培训。

    南京地质调查中心的项目组团队全程参加了此次活动,并展示了中巴合作项目中应用数字地质调查技术形成的各类数字化成果。巴西地调局信息化负责人还详细介绍了巴西国家地质数据库GEOBANK的系统架构、软硬件配置和数据库建设和服务的进展。

    在此期间,双方就数字地质调查信息技术和未来的合作内容和方向开展了热烈的讨论。巴西地调局地质专家一致感谢中方团队亲赴巴西开展数字地质调查技术交流培训,希望双方能够加强技术交流合作,将数字地质调查技术优势引进巴西地质调查工作当中。

    通过本次交流培训以及南京地质调查中心与巴西的合作项目成果展示,巴西地调局的更多的地质专家对中国数字地质调查技术和软件操作有了进一步掌握,有利于推广中国地质调查局的数字地质调查技术,有利于中国和巴西双方采用统一的标准和软件平台联合开展地质调查项目,从而推动我国相关地质调查工作方法、软件、标准向外输出;也为双方进一步开展数字地质调查技术以及更广泛的信息化技术合作奠定了良好基础。

     

     

     

    发展研究中心地质调查主流程信息化团队赴巴西开展技...

    蓝色地球仪上,一条名为“赤道”的红线将球体分为南半球和北半球。然而,在无边无涯的大洋中,在闪着耀眼光斑的波浪中,这条线究竟在哪里?我们真的即将穿越赤道?中国地质调查局广州海洋地质调查局“海洋六号”船离开夏威夷港口起,每个人几乎都在好奇中等待着那一刻。

    坐船在太平洋上穿越赤道,即便对很多“老大洋”来说,也不是常有的机会。以“海洋六号”为例,全船61人,仅有首席科学家邓希光和科考队员姚会强、张学华、王海峰、吕文超有此经历。

    “这次海洋六号首次跨越赤道来到南半球,主要是想了解深海资源的分布特征。”邓希光告诉记者,“海洋六号”已经在西太平洋开展过三个航次的深海资源调查,而这次驶进南半球,恰好可以比较不同构造环境下,深海资源的成因、特征、分布之异同。根据已经掌握的调查资料,此次南半球的深海资源调查大有可为。

    当地时间11月16日晚,船离开夏威夷,便一直往东太平洋方向行驶。三四天风浪过后,大海开始展现它温婉多情的一面。“再过两天,就要越过赤道了。”船长蓝明华给大家吃了定心丸。

    为了确保如期越过赤道,尽早抵达作业海区,甲板部和轮机部的小伙子们打起十二分精神24小时轮岗作战。

    先尽情想象一下:来到五层驾驶台,坐在气派的大班椅上,手握罗盘,从宽阔的玻璃台面向外望去,“征服新世界”的豪情油然而生。然而,镜头下的真实画面却是——前几日,八级风浪如影相随,将船高高扬起又重重放下,“海六”跳起了华尔兹,驾驶台所在的五楼位于船的制高点,一波又一波浪袭来,那滋味简直“酸爽”了得。

    机舱的每一个角落,从一层到五层,从船头到船尾,都是轮机部的工作范围。他们就像身着橙衣的“啄木鸟”,这里听听,那里查查,穿梭在船上的各个机器之间,为“海六”提供最可信赖的保障。

    “预计后天下午,我们的船就要穿过赤道了!”当地时间11月21日,“海六”临时党委书记孙雁鸣在晚餐时不经意地“走漏风声”。“哇!”餐厅立即沸腾了,为更好地见证这个神奇的时刻,大伙儿你一言我一语,争相出谋划策。

    23日15时,广播响起:“请不值班的全体成员到五层飞机平台集合”。大家身着黄色或蓝色T恤,每个人都抑制不住兴奋的表情,向五楼汇去。

    时间定格在15:15,GPS的数据显示“00:00:000”,“海六”正在跨越赤道!虽然大伙儿看不到那根所谓的“分界线”,但无一例外都被彻底点燃了。宽阔的飞机平台上,年轻的小伙子和姑娘们笑着自拍或合影,资深的科学家或船员们也忍不住相互打趣,笑声、喊声、惊叹声,乘着海风向云朵深处飘去。

    这一边,为了庆祝这个激动人心的时刻,“海六”的传统节目——飞镖大赛,再次隆重登场。“十环十环十环!”“哇!厉害!”“哦,再来!”,在不绝于耳的加油声中,大家尽情地笑闹着,享受这难得的轻松时刻。

    那一边,大伙儿小心翼翼地将写着各自心愿的纸条,叠成不同形状,塞进小小的漂流瓶中。晶莹剔透的玻璃瓶中,安静地躺着绿色的小船、红色的千纸鹤、黄色的星星,还有几个90后的微信二维码……那些愿望,或有关祖国乃至全世界,或是一个小小家庭的梦想,又或者仅仅只和某个人有关。凉爽的海风拂过耳畔,一条优美的弧线划过,漂流瓶悄无声息地跳进浪花中。

    南半球,我们来了!

    那一刻,恍惚间我仿佛看到了一位十二、三岁的少年,站立船头,划桨入海。哗,哗,哗,穿越赤道……

     

    海洋六号首次穿越赤道合影纪念 

     

    海洋六号科考队员投放漂流瓶

    “南半球,我们来了!”——“海洋六号”首次跨越赤...

    7月6日-13日,自然资源部中国地质调查局地质研究所成功举办为期8天的第二届大学生地学夏令营暨燕山地学夏令。来自全国各地15所院校的20名优秀地质专业大学生相聚在一起,以中国基础地质研究的基地和摇篮燕山地区为主要考察地区,考察路线包含地质学多个领域,以及辽沈战役纪念馆等红色基地,内容丰富多彩。

    7月6日,开营仪式简朴而隆重。地质所主要负责人简要介绍了地质所的学科设置、人才队伍和科技成果等基本情况,并提出几点建议:一是加强理论实践的统一,提升自我修养,成为德才兼备,胸怀远大理想和报国志向的人。二是不忘初心,方得始终。希望同学们记住参加夏令营的原因,明确奋斗的目标,坚持下去。最后希望同学们因为了解地质所而喜欢上地质所,希望有梦想、有追求、有担当,有作为的青年学子们能加入到地质所科研队伍中,一起共建一流地质研究所,描绘地质科学蓝图。科技处、人教处分别介绍了地质所科技概况及研究生招生培养政策。任纪舜院士给大家亲切讲述了老一辈地质人的工作经验与科学精神,同学们被任纪舜院士的敬业精神和对青年成长的的关切深深感动。丁孝忠、周喜文、杨志明、旷红伟、刘建峰等研究生导师和大学生营员面对面进行了交流。仪式结束之后,营员参观了自然资源部同位素重点实验室、北京离子探针中心和京区新基地,相关专家详细介绍了各类仪器与用途以及已取得的重要科研成果。

    7月7日-13日,燕山地区野外考察按既定路线顺序开启,从河北滦平盆地白垩系大北沟组(湖相-河流相)沉积剖面的观察开始,经过内蒙古宁城道虎沟生物群(地层和化石)、朝阳鸟化石国家地质公园的热河生物群(地层和化石),顺序观察和感受那些生灵活现、品相精美的古生物化石标本,理解从侏罗纪到白垩纪古环境的变迁和生态环境演替,探寻了1.6亿~1.2 亿年侏罗纪-白垩纪恐龙时代热河流域陆地生物群的兴衰及恐龙演化为鸟类的迷踪。从渤海之滨的兴城-秦皇岛,最后抵达中上元古界研究圣地-天津蓟县,考察穿越了整个燕山山脉,既感受了燕山深处、长城内外至渤海之滨的远古地球16亿年以来沧海桑田变迁的神奇,还欣赏了燕山山脉的地域文化、历史沿革和壮美河山,跨越明长城,领略北京古北口、河北金山岭、山海关等长城遗址。

    爱国主义教育是夏令营活动的重要主题之一,同学们参观了辽沈战役纪念馆,了解辽沈战役对中国解放战争的重要性,深切感受中国人民解放军为世界和平与祖国统一做出的巨大牺牲。营员中3名正式党员、8名预备党员成立了临时党支部,张海风带领大家重温了入党誓词,嘱咐同学们要充分发挥自己的聪明才智,真正做到不忘初心,牢记使命,为国家建设和地质事业添砖加瓦!

    本次夏令营得到了所领导和科研人员的大力支持。季强研究员、刘鹏举研究员、姬书安研究员和王旭日副研究员在野外针对每条路线的考察内容进行了详尽的解读和耐心的解答。营员们通过亲身感受燕山亿万年前栩栩如生的生物景观和风光秀美的自然景观,塑造了考察旅行的地学思想和生态环保意识,进一步深化了对地球科学的认知。

    此次夏令营活动为来自全国各地的在校大学生们献上了一次丰盛的地球科学知识的盛宴。营员们翻山越岭、越山向海,听讲认真、思考深入、提问积极,互相切磋,经受住了体能与意志的考验,既让营员们充分了解了燕山地区在全球造山带研究和古生物、古环境研究中所扮演的重要角色,也加深了对地质事业的宏观认识,也开阔了视野,增长了阅历,收获了真挚的友谊;同时展示了地质所地质科学研究底蕴以及专家丰富的专业知识和敬业精神。营员们纷纷表示回去后将争做地质所的宣传大使,为地质所的改革与发展做好宣传。

    此次地学夏令营活动取得以下几个方面的主要收获和认识。一是,高度重视理论与实践相结合,教学与野外体验为一体,地质所作为公益类、基础类科研事业单位,更应该积极投身于理论研究与教学融合工作,地学夏令营是开展并实现这一工作的最佳形式之一。二是,地学夏令营活动是向外传播地质科学知识、向内汇聚人才的一种好方式,吸引更多优秀人才从事地质科学研究工作,也可以直接地扩大地质所研究生生源范围,提高生源质量。三是,对地质所起到了良好的宣传作用。本次活动共计收到全国各地30所院校40多名在校大学生的报名申请,影响面广。20名同学入选,其中4名同学来自基地班(菁英班),14名同学的三年综合成绩排在本专业同年级总人数排前五。相比去年,本届报名的营员来自多所地学专业的高校,其中包含地质大学(北京)、地质大学(武汉)、长安大学、中国矿业大学、中南大学等。进一步扩大了地质所在高校大学生中的知名度,受到了中国地质大学、吉林大学、中科院地质所、地震局地质所等院校和科研单位的广泛关注。四是展现了地质所专家们的魅力、实力与凝聚力。地质所专家们在地质学界具有广泛的影响力,此次活动得到了所内专家们业务上的大力支持,展现了地质所的科研实力和社会责任感。让营员感受到大家庭的温暖。

    开营仪式

    颁发证书

     滦平榆树下白垩统大北沟组剖面景观

    参观辽沈战役纪念馆

    颁发结业证书

    地质所2019年第二届大学生地学夏令营在燕山地区成功...

    8月31日早上7点05分,记者跟随中国地质调查局发展研究中心党委书记张海啟一行从首都机场起飞,经过3个多小时的飞行,抵达甘肃敦煌机场,再经过2个小时的舟车劳顿,就到了此行的目的地——酒泉市瓜州县柳园镇,这是一个建在戈壁滩上的小镇。

    中国地质调查局发展研究中心北山野外项目部就坐落在这个小镇上。安顿好旅馆,记者就跟随项目部的工作人员一起赶往项目部。

    在戈壁滩上踏勘,是个磨砺意志的活儿。

    在茫茫戈壁中好不容易找到一个砂石地块,队员们立刻停下来选取样本。

    在探槽中寻找“宝贝”

    北山项目部负责人杜泽忠博士正在向中国地质调查局发展中心张海啟(左一)一行介绍矿调情况

    因为有记者跟随,当天的野外午餐算是很丰盛的了。大多数时候,项目部的小伙子们只用保温桶自带的开水泡一碗方便面。

    在野外忙活了一天,回程的路也是很欢快的。

     

    北山野外项目部于2016年5月正式成立,聚拢了一堆博士和硕士。据了解,项目部现有成员23人,其中博士后1人、博士5人,余下的都是硕士,成员平均年龄不到30岁,野外技术人员均具有本科以上学历,是一支年纪轻、学历高的野外团队。

    项目部的主要任务是,完成国土资源部矿产勘查指导中心矿产勘查处承担的“甘肃花牛山-柳园地区矿产调查与找矿预测”子项目。据野外项目负责人杜泽忠博士介绍,该项目属于整装勘查区找矿预测与技术应用二级项目,项目周期为2016年~2018年,核心内容是开展柳园幅、花牛山幅和长流水幅1∶5万矿产地质调查。

    进入项目部,目光所及之处让记者有些震撼——这里的一切都是那么简陋,用“寒酸”来形容一点都不为过。据说,这个办公场地是从当地居委会租来的。院内的地上摆放着一些矿石标本,但是很整齐,狭小的办公室内正挤着五六个年轻人在制作图表,还有两三个小伙子正在厨房忙前忙后,为当天的午餐做着准备。

    不过,让人没有想到的是,饭前突然接到小伙子们的通知:喝的水没了,先吃点水果解解渴。而此时,记者的嗓子正干得有点痒,水果怎能抵得上水解渴呀。出于做客者的礼貌,记者又不好意思提出另外的要求,只得干熬着。

    杜泽忠博士向记者解释,这里的自来水是戈壁盐碱滩打出来的,碱性重,外地过来的人直接饮用的话肯定受不了。我们平常煮饭和饮用水,都是用桶装的纯净水,今天的水还没有送到。

    没想到,在这里喝口水都这么不容易。不过,这顿午餐还算丰盛,一碗面条配几道素菜,十几个人挤在一张桌子上,吃起来还是津津有味的。

    记者是在长江边上的农村长大的,没那么娇气,不相信这里的水没在此地生活习惯了的人不可以喝。当天晚上回到旅馆,记者并不信那个邪,打开水龙头灌了一壶水,烧开后泡上自带的茶叶,美滋滋地一杯一杯喝下去。坏了!这可不得了!凌晨4点半多一点,记者的肚子就不太对劲了,骨碌碌地爬起来,一直折腾到天亮,上了七八回洗手间。这种亲身测试的后果实在是很让人后悔不已。记者想,这群初到此地的小伙子们是怎么熬过这一劫的呀。

    记者粗略地了解了一下,这群80后、90后,应该说是在蜜罐里长大的,尽管来自不同的地域,但是他们大多是在水草丰美的地方长大的,突然来到这个与故乡有着天壤之别的地方过日子,那将是一种怎样的煎熬和折磨呀!

    这里的时差比东部地区要晚许多。9月1日早上8点,天刚亮,记者经过一番折腾,肚子终于消停了些。8点30分,吃过早餐,整理好野外的行头,记者和中国地质调查局发展中心党委书记张海啟一行,跟随北山野外项目部的小伙子们共二十几人,坐上4辆越野车匆匆出发了,开启了这一天的野外之旅。

    汽车开出柳园镇,就见不到正儿八经的路,茫茫戈壁滩放眼望去,黑黝黝的一片,见不到一丝让人眼睛有些温润的色彩。越野车晃晃荡荡、摇摇摆摆地一路前行。记者坐在最后一辆车上压阵,前车溅起的灰尘,雾一样地在大漠戈壁飘扬,这样的场景很是刺激。记者在一路尘土中,脑子里幻化出西部牛仔骑着一匹高头大马,驰骋在大漠的浪漫场景,很是爷们。

    车窗外实在没有值得观赏的,除了乌黑的山丘,连茅草都难得见到一根,这样的景致也实在缺乏观赏性。越野车已经越来越颠了,人坐在车里,像羊癫疯一样,颤悠悠地摇摆,只感觉肚肠都在跟着摆动的节奏扭动着。不远处,“甘肃安西极干旱荒漠国家级自然保护区”十几个大字在人工砌成的水泥矮墙上横亘着,约有二三十米长,这大概是一路上见到的最美的“风景”了。

    1000多年前,大唐高僧玄奘为了求取真经,从长安出发,在今甘肃酒泉一带走出国门,踏上一条冒死西行之路。就在这条根本不是路的路上,一心求取真经的玄奘法师冒死西行,怀着一颗虔诚的心去往西天取经。在《大唐西域记》中,玄奘如此描述这片戈壁:“长八百余里。上无飞鸟,下无走兽,复无水草……”

    当然,1000多年前,玄奘的交通工具与今天无法类比,但这里地质环境的恶劣程度恐怕千年未变。

    越野车一路往前,就基本没有路了,到处坑坑洼洼,晃荡得厉害,感觉司机开得有些随性,哪儿好走一点就往哪儿走,这样“跟着感觉走”一点也不好玩,人坐在车里颠得有些难受、有些惶恐,刚开始脑子里幻化的那点西部牛仔骑高头大马的浪漫情怀早已飞到九霄云外。

    越野车终于在一片看起来像山丘的地方停了下来,这就是我们今天的目的地。说是山,其实就是一片黑黝黝的戈壁。下车后,眼睛所及之处不见一颗茅草,大地像撒了柏油一般,若不是那凹凸有致的地貌结构作为天然标记,你很难分清来时的路。

    定位、测坡度角、拉测线、清理探槽、取标本、记录,项目部的小伙子们都忙开了,一个个是那么仔细、那么专注。这是地质填图的必须程序,每间隔20米就在手中的表格上做一个标记。由于这里长年极度干旱,地质锤敲打岩石的声音显得格外清脆。就这样,在茫茫戈壁中,他们演奏出只有地质人能听得懂的交响曲。

    说得粗俗一点,就是这样一个“鸟都不想来拉屎”的地方,项目部的小伙子们却还忙得如此欢愉。

    其实,记者在头一天刚刚与这帮小伙子见面的时候,听介绍中谁谁是博士,谁谁是硕士,谁谁是刚刚大学毕业,有点不屑,因为他们活像一群在工地上长期暴晒的农民工。从他们黝黑、略显古铜色的脸上,实在找不出能与之相对应的影子。在记者粗浅的印象中,他们应该是白白净净的秀丽书生。

    此时正值中午,太阳当空照下来,这是一天最热的时候,天空蓝得有些瘆人。这要在内地,这样的天气绝对是可以令人赞美的。但是这里却不同,由于地表缺乏相应的湿度与之对接,云都懒得从此飘过。阳光裹夹着强烈的紫外线,毫无遮挡地直接射到人身上,裸露的胳膊有些灼痛的感觉。

    今年31岁的杜泽忠博士皮肤黝黑,像个农民。此时,他正头顶着草帽,带着项目部的兄弟们风风火火地忙碌着。为了拍摄一点他们的工作场景,记者只得一路小跑着跟上他们的脚步。如果不知道他们的身份,远远看去,你会以为这群头顶草帽、挎着帆布包的年轻人是一群叫花子。

    杜泽忠主要从事矿床学、矿产勘查研究,刚刚博士毕业就进入中国地质调查局发展研究中心工作。几乎是刚刚参加工作不久,就碰上了中国地质调查局“科研走出办公室”的号令,于是,他便顺其自然地成为了北山野外项目筹备组人员之一。就这样,他再也没有离开过这里。

    尽管尚未成家立业,但是作为项目负责人,杜泽忠博士既要保障项目顺利完成,又要像老大哥一样对这群小伙伴们做好日常心理疏导工作。特别是那些90后,惦念城市的喧嚣,思念父母亲人,是很正常的心理反应。每每小伙伴们有异样的情绪发生时,第一个站在他们面前的总是杜泽忠博士。就因为这样,杜泽忠被小伙伴们称为“带头大哥”。尽管这个头衔有点帮派的味道,但是杜泽忠还是很乐意接受的,只要小伙伴们高高兴兴地跟着他干活,喊什么都行,怎么亲切就怎么来。

    今年32岁的杜轶伦博士,主要从事岩浆成矿作用、战略性矿产研究。在跟记者聊天的时候,对于这样的工作环境,他说并没有感到什么苦累,地质工作本来就是如此,跟老一辈的地质工作者比起来,我们已经很舒服了。

    30岁的孙海瑞博士,主要从事矿床学研究工作。在与记者的短暂接触中,感觉他是一个很乐观向上的人,他说从来没有后悔过自己所选择的专业,过去也一度想象过野外地质工作的艰苦,尽管这里的环境已经超出自己的想象,但是能跟自己的专业结合得很紧密,干起来也还算蛮有趣味的。“通过野外实践,我发现地学方面的很多知识跟在学校时老师讲的还真不是一码事。”孙海瑞说。

    刚刚27岁的吕鑫,2015年从北京大学毕业后,就直接进入了中国地质调查局发展研究中心工作,主要从事矿床学研究,尽管年纪轻轻,但是如今已经成长为北山野外项目部项目副负责人,业务的精湛程度令同龄人刮目相看。与其他人不同,这位年轻人眼里总释放出一股子锐气和俏皮,他跟记者开玩笑说,当初进入大学的时候,糊里糊涂就选了这个专业,人生难得一糊涂,既然糊涂了,就继续糊涂下去呗,年轻人围着地球打转转也是很有意思的。

    临近中午1点,我们准备转战下一个目的地。越野车蠕虫一般在一片低矮的骆驼刺灌木林中慢慢前行,纵横交错的沟沟坎坎把汽车弄得像摇篮般左右晃荡。在这里,又不能沿着沟豁延伸的方向直行,哪里骆驼刺的间隔空隙大一点就从哪里穿行,“戈壁滩本没有路,路在司机眼中”。

    好不容易磨磨蹭蹭地到了下一站,大家来到一个早已废弃的土夯房子边上,房子不大,也就二十几平方米的样子。说是房子,但却没有房顶,也没有大门,因为长年难下一丝雨水,加盖个房顶反而有些浪费。据说,这个房子是上世纪当地百姓盗采金矿时加盖的,盖这个房子的目的只为躲风,不为避雨。在这个房子的周围,还有数个10平方米左右的四方坑,据说这也是避风用的。

    瓜州戈壁,风大无比。当地民间流传着这样一句话,瓜州的风是魔鬼的兵器,无坚不摧。在瓜州的历史上,记载最多、最翔实的资料就是有关风的故事。这里每年平均有1/3的时间刮7级以上的大风,从唐代至今的1200年间,这里共有37座城池被风沙埋压,变成了废墟。可想而知,这戈壁滩上一旦起风,那将是怎样一个疯狂的场景。

    我们一行人就在这废墟般的房子边歇下来,此时已经有些饥肠辘辘了。杜泽忠博士从越野车的后备箱中拎下一大包馒头,搁在一块大石头上,还有黄瓜和西红柿,以及几包榨菜。一行二十几个人就围着大石头啃咬起来。尽管这些馒头有些干,咬到嘴里有点向外喷撒,但吃起来还蛮香的。经过一上午在汽车上的颠簸和在戈壁滩上不停地跑动,可能大家实在是饿了,居然没有一个人嫌弃这顿饭菜的质量,一个个都狼吐虎咽,咀嚼得有滋有味。

    这个废墟的外墙上“龙门客栈”四个鲜红的大字倒让人忍俊不禁。据说这几个字是来自吉林大学的郑博夫喷上去的。此时这位稚气未脱的26岁小伙子正跟几个年龄差不多的伙伴们在远处拉测绳、测剖面。年轻人在这个满目荒凉的戈壁滩上工作,的确需要有一些搞笑的戏码自娱自乐,释放一下大家的情绪。

    24岁的王虎,是成都理工大学的毕业生,这位长年在空气湿度较高的地区长大的小伙子,刚刚来到戈壁滩开展工作的时候很不适应。他告诉记者,知道西部地区干旱,但没想到干成这样,刚来的时候,唇裂、流鼻血是经常发生的事,现在习惯了一点。不过对于戈壁滩上的这段经历,他认为是他走向社会最好的历练。

    23岁的康凯是项目部年龄最小的队员,刚刚从中国地质大学毕业,马上就要继续读研究生了。他利用开学之前的间隙,来到戈壁滩上,与这帮大哥哥们一起见习野外地质工作。康凯半开玩笑地告诉记者,“年轻人人傻精力旺,干啥都不觉得累。尽管我来的时间不算长,但是学到了许多在课本上根本无法学到的东西,这帮大哥哥们的工作热情和对地学的严谨态度,是我学习的榜样。”

    快到下午3点了,太阳开始偏西,每每这个时候就得准备打道回府了。因为再晚一点的话可能会有狼群出没,很危险。戈壁狼不同于其它地方的狼群,由于缺乏必要的食物链,很饿,很有攻击性。一望无际的戈壁滩,只能见到我们这群人活动的影子。在这样的环境中,没有坚定的理想和奉献精神,是很难长时间呆下去的。不说这帮80后、90后,连我这个自诩在艰苦年代走过来的人,才匆匆经历了一下就有些急了。

    回到旅馆,脸上有些火辣辣的烧灼感。记者对张海啟书记嗔怪地抱怨,怎么把我骗到这么个鬼地方来了?张海啟书记冲记者“嘿嘿”笑笑。实际上,有时候不需要太多的语言来表达,这“嘿嘿”一笑,既是对项目部小伙子们的敬佩和赞许,也是对记者此时心态的一种理解。

    青春的奉献是有回报的。通过近2年的工作,项目组获得了一批找矿线索,进一步开展工作,有望转化成矿产地;作为中国地质调查局确定的1∶5万矿产调查示范项目,积极探索创新矿产地质专项填图及成果表达方式,形成了花牛山幅矿产地质示范性图件;同时,形成并建实了中国地质调查局发展研究中心矿产调查野外团队。

    有感于小伙子们在艰苦条件下的艰辛付出,张海啟书记随后在北山项目部的座谈会上,即兴赋诗一首:

    北山寻理想,南部系故乡。

    纵横千里路,经纬万年长。

    地质乃吾本,矿产是工粮。

    青春放光彩,奋斗报国强。

    青春绽放戈壁滩

    摘要:广东大宝山铜多金属矿深部圈定多处可控源音频大地电磁测深低阻异常区,经钻探验证见厚大铜硫矿体,且2个钻孔首次揭露到斑岩型铜硫矿,开辟了深部找矿新空间。

    1.项目概况

    大宝山铜多金属位于广东雪山嶂铜多金属矿整装勘查区内,属韶关市沙溪镇管辖。矿山始建于1958年,经过50多年的开采,已成为资源危机矿山。 2006—2009年,通过实施危机矿山接替资源找矿工作,探获1处大型规模的斑岩型钼矿床。2014年,地质矿产调查评价专项实施“广东省韶关市大宝山铜多金 属矿接替资源勘查”项目,由广东省地质局第三地质大队承担,主要在大宝山的北部和东北部开展铜多金属矿接替资源勘查。

    2.成果简介

    大宝山铜多金属矿处于粤北坳陷的南东部,处在东西向大东山一贵东构造岩浆岩带与北东向吴川一四会一赣江断裂带的交会区,矿床类型属广义的斑岩型矿床。区内中酸性侵人岩对钨钼、铜硫矿床的形成具有控制作用。侵人岩侵位顺序依次为次英安斑岩、花岗闪长斑岩、花岗闪长岩。花岗闪长斑岩为区内斑岩型钼矿的矿化主体,次英安斑岩为斑岩型铜矿的矿化主体。本次工作认为,大宝山多金属矿区从西南部至东北部,以深部花岗闪长斑岩为中心,向外依次呈斑岩型钼矿—斑岩型铜矿—地层中铜矿的分布规律。斑岩型矿床的蚀变分带特征明显,预示深部出现斑岩型矿体的可能性较大,为深部找矿指出了方向。通过开展可控源音频大地电磁测深,圈 定了多处低阻异常区,经钻探验证见厚大铜硫矿体,同时2个钻孔首次揭露到斑岩型铜硫矿,取得找矿重大进展。

    目前已完工钻孔8个,7个钻孔见工 业矿体,1个钻孔见矿化。其中,ZK7102 在孔深439.60~494.60 m、502.20~523.00 m、 525.30~538.40 m、541.50~556.50 m、 680.60~687.90 m分别见工业铜硫矿体, 累计垂厚100.90 m,Cu品位0.5%~1.0%。矿体产于泥盆系棋子桥组灰岩、粉砂岩 中,矿石类型为黄铁矿型铜矿石、磁黄铁型铜矿石和黄铁矿型硫矿石。ZK7103在 197.46〜785.19 m处首次发现呈细脉状分布的黄铜矿化次英安斑岩,铜硫矿体垂厚 6.72 m,平均品位Cu0.32%、S14.16%; 硫矿体垂厚121.52 m,S平均10.63%。ZK7902在97.83〜900.67m之间也发现与ZK7103孔相同的次英安斑岩,铜硫矿体垂厚28.60m,平均品位Cu 0.72%、S11.58%;硫矿体垂厚12.25m,平均品位Cu 0.12%、S20.36%。经估算,本次工作新增铜资源量20.6万t,平均品位Cu 1.24%、S 23.12%。

    3.成果意义

    公益性地质调查工作深化了区域成矿规律认识,结合物探异常圈定了深部找矿靶区,经钻探验证发现了厚大的斑岩型铜硫矿体,实现了找矿新突破,丰富了该区矿床类型,验证了找矿思路,为下一步找矿指出了方向,增强了矿山企业勘查信心。本次新增资源量可延长矿山服务年限11年,稳定职工就业2000余人,经济社会效益显著。(国土资源部矿产勘查技术指导中心 薛建玲,广东省地质局第三地质大队 叶茂华 供稿)

    广东大宝山铜多金属矿深部发现斑岩型铜矿

     

    “慧磁”钻井中靶导向系统 

     

     

    在土耳其三期实施的双通道四靶点平行对接井H007U 

     

     

    “U”形冶井对接作业原理 

     

    自古以来就有种说法叫“上天容易入地难”。人类可以借助天文望远镜观测成百上千光年远的浩瀚太空,但对地表以下——我们脚踏的这片土地深处却是一头雾水,想要探索地下深处的奥秘几乎是不可能完成的任务。

     

    如今,一种新的技术可以让我们实现在地下“穿针引线”,这便是高精度对接连通井技术——“慧磁”。这一技术也成为了钻孔的地下“导航”,可以将相距数百米或上千米的井组在地下矿层连通。据了解,该技术的核心是“慧磁”高精度中靶导向系统,源于中国地质调查局勘探所承担的“高精度定向钻进中靶系统研究”项目。该项目由中国地质调查局2008年立项,旨在通过试验研究建立起定向钻进中靶模型,引导钻进进入靶区,实现精确中靶。

     

    近年来,中国地质调查局一直全力支持、支撑该技术的研发与突破。据了解,“慧磁”高精度中靶导向系统目前所取得的成果具有完全自主的知识产权,打破了国外公司的技术垄断,也使中国地调局勘探所成为国内首家、全球继美国之后第二家拥有该项技术的单位,达到国际领先水平。而该项技术比一些国外技术更加先进的地方在于:首创低电压可充电电池供电,可用于煤矿井下等高危作业环境(美国仪器采用的是220V电源供电,不适应煤矿等使用);入井探管直径和长度分别为42毫米和1.4米,可用于穿过60毫米直径的中心管下入探管至井底(美国仪器为45毫米、1.9米,最小用于73毫米直径中心管),可完成更小曲率半径的定向井导向。

     

    讲到“慧磁”技术,也不得不说说它的发明团队——勘探所定向钻探室主任胡汉月教授的科研团队。该团队在胡汉月的带领下,多年来一直从事着定向钻探技术的研发工作,凭借着地质人的一股子不服输精神和坚定执着的热情,将实践和科研相结合,终于研制成功“慧磁”技术。该技术研发成功的消息一传出,就在圈内引起的不小的震动,原来占尽技术优势的美国的同类产品只能大幅降低产品和服务价格,奈何也只是挣扎。

     

    服务“一带一路”战略:

     

    中国技术扎根土耳其

     

    在国家“一带一路”战略中,土耳其作为一个横跨欧亚大陆的重要节点,地理位置和战略地位极其显著。

     

    2009年,“慧磁”高精度中靶导向系统第一次应用于实井测量就是在土耳其首都安卡拉西北的BEYPAZARI天然碱采集卤工程。在当地一个20平方千米的丘陵地带下储藏着近2亿吨的天然碱,2009年~2010年,勘探所与当地碱矿合作,成功完成了在该区域内23对对接井的施工任务。井组类型包括三井井组、四井井组和双通道井组等多种类型。

     

    随着第一次应用的成功,“慧磁”钻井导向系统开始大量参与到对接中靶作业中。2014年,勘探所作为独立承包商签订了BEYPAZARI天然碱矿钻井工程四、五期合同,总计145口井,施工也全部取得了预期的效果。

     

    特别值得一提的是,此次施工还完成了当时世界上规模最大的采用对接井水溶开采方法的钻井工程。2015年9月10日,由勘探所承担的土耳其卡赞天然碱地下工程开钻,标志着这一世界上最大规模的对接井水溶采集卤工程正式拉开序幕。而该工程采用的核心技术就是“慧磁”技术,该项目旨在为卡赞天然碱矿年产250万吨的纯碱厂提供卤水,计划将在2015年~2018年共施工74个采卤水平井组,单井总数达222口。

     

    “慧磁”技术在土耳其成功应用的过程中,勘探所创造性地设计并实现了多井组的连通,真正使得地下“穿针”技术成为了现实。同时,勘探所在施工中大胆创新,克服地层结构复杂、地磁场异常、地层破碎严重等困难,积累了处理复杂问题的丰富经验,为未来推动“慧磁”定向中靶引导系统等优势技术向其他国家推广、承揽国际工程打下了坚实的基础。

     

    服务新能源开采:

     

    煤层气开采拓展应用

     

    自煤层气水平对接井领域引入美国Vector公司生产的RMRS旋转磁测距系统以来,我国煤层气和水溶开采领域的定向对接井的施工技术取得了重大突破。但是,大多数应用仍局限于传统的U形井组(由一个垂直井和一个水平井组成的井组)。

     

    在勘探所实施的华晋焦煤柳林煤层气项目中,施工的DS井组是由2个水平井组成的煤层气井组,要实现两井的对接实为不易。由于“慧磁”钻井中靶导向系统具有无需外供电、体积小、中文软件界面等优点,可精确测量钻头与靶点之间的方位偏差、顶角偏差和距离,因此该煤层气井组采用“慧磁”技术使2井实现“点对点”对接。这也是国内首次采用地面施工水平井与巷道施工水平井进行连通的工程。

     

    凭借“慧磁”技术的高精度性能,山西柳林沙曲煤矿通过使用该系统,使地表钻进1500米深的定向水平孔与煤矿巷道内钻出的顶角为106度的水平孔成功实现对接,取得了“点对点”的精准连通效果。

     

    该井的联通,既保证该矿地下采煤时的安全,又提高了能源的开采与利用率。据了解,该工程共有两个主分支,四个侧分支,将两个主分支分别与井下瓦斯抽放钻孔实现对接,对接成功后进行井下瓦斯预抽采。目前,其中一分支已进入试抽采期,经抽采数据表明,该分支日产气量1万立方米以上,抽采瓦斯浓度达90%以上,瓦斯流量最高达10立方米/分钟以上。该水平井的产气量目前已超出了预期效果,据以往同类井型抽采效果表明,该井产量将会继续攀升,有望创造新的产气纪录。

     

    服务固体矿产水溶开采:

     

    天然碱矿、盐矿开采应用

     

    当水溶采矿方法与定向对接井技术相结合起来,一种低投入、高产出、高效率、绿色环保的采矿方法诞生了。特别是在盐、碱、磷、芒硝等的钻孔水溶或水力开采领域,采用定向对接井是一种事半功倍的方法,不但矿山投资小,而且占地面积最少,地表无尾矿产生,开采深度可达3000米,这无疑是一种绿色环保的矿山开采方法。

     

    2014年11月,勘探所在河南安棚天然碱矿采用该技术引导SP01水平井与其靶井实现了一次对接连通,连通点垂深达2850米,创全球薄层碱矿对接井水溶开采垂深最深纪录。该井组连通后,在注水流量达60立方米/小时的条件下,出卤浓度高达120克/升,成功实现了稳产和高产的目的。该成果也是勘探所在湖北沙隆达盐矿连通2800米深井后又一新突破,创下了水平对接井深新纪录。

     

    河南安棚天然碱矿是国内发现的大型天然碱矿之一,是世界上埋藏最深的天然碱矿床。勘探所实施的水平井开采的矿层埋深达2800米以上,该矿层是由厚度从0.1米至1米不等的矿互层及夹层组成,矿层顶、底板及夹层主要为白云岩。而且,区域内矿层极不稳定,起伏比较大,电测井时经过3次对比才最终确定矿层。勘探所实施的钻井工艺除了采用合理的钻具组合、井身结构外,在井眼轨迹控制方面采取了特殊工艺方法,包括采用无线随钻测斜仪、引入了地质导向仪引导钻头和采用该所自主研发的深孔高温磁中靶仪。实践表明,该仪器实现了一次指导中靶成功,这种工业生产与科研成果紧密结合的模式,对勘探所今后的科研工作起到了较强的示范作用。

     

    据了解,在国内,勘探所生产的“慧磁”钻井中靶导向系统已成为水溶采矿钻井设备的标配,正在发挥着越来越重要的作用。据不完全统计,自2009年“慧磁”系统首试成功以来,截至目前已成功完成了百余次对接连通指导作业,且实现了100%连通。目前,在国内的盐碱采卤井对接领域,“慧磁”的市场占有率已经以较大优势超过了美国的RMRS仪器。

     

    开辟服务新领域:

     

    避障防碰、引导巷道掘进

     

    在钻探区域,有时存在一些废弃井或其它地下管道,在钻进时需要避开它们,这时可以借助磁引导技术,引导钻进避开这些障碍物。

     

    2013年4月,从大连旅顺传来喜讯,勘探所为北京万地地质工程公司因地质原因出现埋钻事故的热水井而实施的纠斜绕障工程圆满竣工。该工程要求绕过位于井深1394米的事故头位置。由于事故地层为千枚岩,硬度达7~8级,常规钻进钻速仅为20~30厘米/小时,施工难度极大。该绕障工程的成功实施,充分展现了勘探所雄厚的技术实力和团队协作精神,为定向钻进技术开辟了一个新的应用领域。

     

    “慧磁”钻井导向系统还可用于引导钻孔与巷道之间的连通。2014年2月,勘探所“慧磁”钻井导向系统在河南省三门峡卢氏县杨家湾铁矿成功引导巷道掘进,实现其与钻孔连通。在之前该钻孔与巷道贯通的过程中,由于钻孔测斜受铁磁性金属矿干扰,连通失败。勘探所技术人员抵达工地后,经7个小时的地下巷道和地面测量作业,为业主提供了钻孔相对于巷道的偏差测量结果。该矿山按勘探所提供的测量结果掘进巷道,仅用1天多的时间就使巷道与钻孔实现了连通。

     

    服务矿山救援:

     

    “慧磁“的首次尝试

     

    在智利矿难采用钻井救援成功后,勘探所创新提出了一套利用“慧磁”系统进行井下被困人员的定位和救援孔定向引导技术方案:在矿山井下预设磁信标装置,矿难发生后可由被困人员启动,磁信标可连续30天以上向外发射磁信号,用于提示井下存活人员及所处位置,并精确引导地面救援孔钻入被困区域,提高援救效果和效率。

     

    在山东平邑玉荣石膏矿坍塌事故救援现场,勘探所技术人员提出了上述方案,作为备选方案完成了现场实施的技术准备和地面验证,得到了国家安全生产救援抢险指挥中心及工程施工单位的高度肯定,并将磁信标下入井内交到被困矿工手中。最后由于救生井的成功贯通,勘探所的救援方案未能实施,但也完成了我国“慧磁“系统在矿山救援的首次尝试,为矿山抢险救援提供了一种备选的高科技手段。

     

    “慧磁”中靶引导系统自2009年10月在土耳其工地成功连通第一对井后,其应用领域正在不断地扩展,技术水平不断提高。从国外钻井市场到国内钻井市场,从天然碱矿到盐矿,再到煤层气领域,打破了国外同类产品的技术垄断,逐步形成了本土化技术服务优势,使勘探所在定向钻井领域走在业界前列。

     

    目前,勘探所在中国地质调查局公益性行业科研专项经费项目支持下,正在开展深孔高温磁中靶系统“慧磁”的升级,其成果将在未来的页岩气勘探开发市场、地下热能开发的拓展应用、在矿山救援井的拓展应用中发挥重要作用,为我国的页岩气勘探开发、地下热能开发、矿山救援等方面提供坚实有力的技术保障。

    地下“导航”
      自古以来就有种说法叫“上天容易入地难”。人类可以借助天文望远镜观测成百上千光年远的浩瀚太空,但对地表以下、我们脚踏的这片土地深处还一头雾水,地表以下几万米甚至于几千米的深度都处处存着这挑战。所以,你能够想象在几千米深度的地下“穿针引线”吗?

      如今,我们真正实现了这种地下的“穿针引线”—“高精度对接连通井技术”,钻孔地下“导航”,是将相距数百米或上千米的井组在地下矿层连通的技术。该技术的核心是“慧磁”高精度中靶导向系统,源于勘探所承担的“高精度定向钻进中靶系统研究”项目。该项目由中国地质调查局2008年立项,旨在通过试验研究建立起定向钻进中靶模型,引导钻进进入靶区,实现精确中靶。

      近年来,中国地质调查局一直全力支持、支撑该技术的研发与突破,目前,“慧磁”高精度中靶导向系统”所取得的成果具有完全自主的知识产权,打破了国外公司的技术垄断,使勘探所成为国内首家、全球继美国之后第二家拥有该项技术的单位,达到国际领先水平。同时比美国更加先进:首创低电压可充电电池供电,可用于煤矿井下等高危作业环境(美国仪器采用220V电源供电,不适应煤矿等使用);其入井探管直径和长度分别为42mm和1.4m,可用于穿过60mm直径中心管(美国仪器为45mm、1.9m,最小用于73mm直径中心管)下入探管至井底,可完成更小曲率半径的定向井导向。

      讲到“慧磁”技术,不得不说说它的发明人—勘探所定向钻探室主任胡汉月教授及其带领的团队,多年来从事着定向钻探技术科研开发工作,凭借着地质人的一股子 不服输、坚定执着的热情将实践和科研相结合,实践中科研、科研中反复实践,终于研制开发成功“慧磁”高精度中靶导向系统,成果转化突出。“慧磁”成功的消 息一传出,就在圈内引起的不小的震动,原来占尽技术优势的美国的同类产品立即由提供技术服务到降价出售仪器,奈何也是挣扎。目前,胡汉月常年驻土耳其主持 开展对接井水溶采集卤工程,继续升级“慧磁”。



    “慧磁”钻井中靶导向系统
     
      服务“一带一路”战略——“中国技术”扎根土耳其
      在国家“一带一路”战略中,土耳其作为一个横跨欧亚大陆的重要节点具有显著的地理位置。2009年,“慧磁”高精度中靶导向系统第一次应用于实井测量就是在土耳其首都安卡拉西北的BEYPAZARI天然碱采集卤工程。在当地一个20平方公里的丘陵地带下,储藏着近2亿吨的天然碱。2009-2010年勘探所与当地碱矿合作,成功完成了23对对接井的施工任务。井组类型包括三井井组、四井井组和双通道井组等多种类型。



      随着第一次应用的成功,“慧磁”钻井导向系统开始大量参与到对接中靶作业中。2014年,勘探所作为独立承包商签订了BEYPAZARI天然碱矿钻井工程四、五期合同,总计145口井,全部取得了预期的效果。此次施工完成了当时世界上规模最大的采用对接井水溶开采方法的钻井工程。

      2015年9月10日,由勘探所承担的土耳其卡赞天然碱地下工程开钻,标志着这一世界上最大规模的对接井水溶采集卤工程正式拉开序幕。而采用的核心技术就是“慧磁”技术,该项目将在2015-2018年三年时间内共计施工74个采卤水平井组,单井总数达222口,旨在为卡赞天然碱矿年产250万吨纯碱厂提供卤水。

      “慧磁”在土耳其对接井工程中成功应用,创造性的设计并实现了多井组的连通,真正实现了地下“穿针”技术,使勘探所的地下对接连通井技术在国内外处于主导地位。同时,也是勘探所在施工中克服地层结构复杂、地磁场异常、地层破碎严重等困难的大胆创新,为未来推动“慧磁”定向中靶引导系统等优势技术向其他国家推广、承揽国际工程打下了坚实的基础。

      服务新能源开采——煤层气开采拓展应用
      自煤层气水平对接井领域引入美国Vector公司生产的RMRS旋转磁测距系统以来,我国煤层气和水溶开采领域的定向对接井的施工技术取得了重大突破。然而,大多数应用仍局限于传统的U形井组,属于由一个垂直井和一个水平井组成的井组,而华晋焦煤柳林煤层气项目DS井组是由2个水平井组成的煤层气井组,由于“慧磁”钻井中靶导向系统具有无需外供电、体积小、中文软件界面等优点,可精确测量钻头与靶点之间的方位偏差、顶角偏差和距离,因此该煤层气井组首次采用勘探所自主知识产权的“慧磁”钻井中靶引导系统使2井实现“点对点”对接。该井组也是国内首次采用地面施工水平井与巷道施工水平井进行连通的工程.

      凭借“慧磁”中靶导向系统的高精度性能,在山西柳林沙曲煤矿使用该系统,把地表钻进的1500m深定向水平孔,与煤矿巷道内钻出的顶角为106°水平孔成功实现对接,取得了“点对点”的精准连通效果。既保证地下采煤时的安全,又提高了能源的开采与利用率。该工程共有两个主分支,四个侧分支,将两个主分支分别与井下瓦斯抽放钻孔实现对接,对接成功后进行井下瓦斯预抽采。目前,其中一分支已进入试抽采期,经抽采数据表明,该分支日产气量10000m3以上,抽采瓦斯浓度达90%以上,瓦斯流量最高达10m3/min以上。该水平井的产气量目前已超出了预期效果,据已往同类井型抽采效果表明,该井产量将会继续攀升,有望创造新的产气记录。

      服务固体矿产水溶开采——天然碱矿、盐矿开采应用
      当水溶采矿方法与定向对接井技术相结合起来,一种低投入、高产出、高效率、绿色环保的采矿方法诞生了。
      
      在盐、碱、磷、芒硝等的钻孔水溶或水力开采领域,采用定向对接井是一种事半功倍的方法。不但矿山投资小,而且占地面积最少,地表无尾矿产生,可开采深度可达3000米,这无疑是一种绿化环保矿山开采方法。
      
      2014年11月,勘探所在河南安棚天然碱矿采用该技术引导SP01水平井与其靶井实现了一次对接连通,连通点垂深达2850米,创全球薄层碱矿对接井水溶开采垂深最深记录。该井组连通后,在注水流量达60m3/h的条件下, 出卤浓度高达120g/L,成功实现了稳产和高产的目的。

      该成果是勘探所继在湖北沙隆达盐矿连通2800米深井后又一新突破,创水平对接井深新记录。河南安棚天然碱矿是国内发现的大型天然碱矿之一,是世界上埋藏最深的天然碱矿床。勘探所实施的水平井开采的矿层埋深达2800米以上,该矿层是由厚度从0.1米至1米不等的矿互层及夹层组成,矿层顶、底板及夹层主要为白云岩。而且矿层极不稳定,起伏比较大,电测井时经过3次对比才确定矿层。勘探所钻井工艺除了采用合理的钻具组合、井身结构外,在井眼轨迹控制方面采取了特殊工艺方法。一是采用无线随钻测斜仪,二是引入了地质导向仪引导钻头;三是中靶仪器采用勘探所研发的深孔高温磁中靶仪。实践表明,该仪器实现了一次指导中靶成功。这种工业生产与科研成果紧密结合的模式对勘探所今后的科研工作起到了较强的示范作用。

      在国内,勘探所生产的“慧磁”钻井中靶导向系统已成为水溶采矿钻井设备的标配,正在发挥着越来越重要的作用。据不完全统计,自2009年“慧磁”系统首试成功以来,成功完成了百余次以上的对接连通指导作业,实现了100%连通。在盐碱采卤井对接领域,“慧磁”的市场占有率以较大的优势超过了美国RMRS仪器。
     

      开辟服务新领域——避障防碰、引导巷道掘进
      避障防碰:在钻探区域,有时存在一些废弃井或其它地下管道,在钻进时需要避开它们,这时可以借助磁引导技术,引导钻进避开这些障碍物。2013年月4日从大连旅顺传来喜讯,勘探所为北京万地地质工程公司因地质原因出现埋钻事故的热水井而实施的纠斜绕障工程圆满竣工。该工程要求绕过位于井深1394m的事故头位置,事故地层为千枚岩,硬度达7-8级,常规钻进钻速仅为20-30cm/h该绕障工程的成功实施充分展现了勘探所雄厚技术实力和团队协作精神,为定向钻进技术开辟了一个新的应用领域。

      “慧磁”钻井导向系统成功还可用于引导钻孔与巷道之间的连通。2014年2月,勘探所“慧磁”钻井导向系统在河南省三门峡卢氏县杨家湾铁矿成功引导巷道掘进,实现其与钻孔连通。在之前该钻孔与巷道贯通的过程中,由于钻孔测斜受铁磁性金属矿干扰,连通失败。勘探所技术人员抵达工地后,经7个小时的地下巷道和地面测量作业,为业主提供了钻孔相对于巷道的偏差测量结果。业主按提供的测量结果掘进巷道,仅用1天多的时间就使巷道与钻孔实现了连通。

      服务矿山救援—完成“慧磁“系统在矿山救援的首次尝试
      在智利矿难采用钻井救援成功后,勘探所创新提出了一套利用“慧磁”系统进行井下被困人员的定位和救援孔定向引导技术方案:在矿山井下预设磁信标装置,矿难发生后可由被困人员启动,磁信标可连续30天以上向外发射磁信号,用于提示井下存活人员及所处位置,并精确引导地面救援孔钻入被困区域,提高援救效果和效率。

      在山东平邑玉荣石膏矿坍塌事故救援现场,勘探所技术人员提出了上述方案,作为备选方案完成了现场实施的技术准备和地面验证,得到了国家安全生产救援抢险指挥中心及工程施工单位的高度肯定,并将磁信标下入井内交到被困矿工手中。最后由于救生井的成功贯通未能实施,但完成了我国“慧磁“系统在矿山救援的首次尝试,为矿山抢险救援提供了一种高科技手段。

      “慧磁”中靶引导系统自2009年10月在土耳其工地成功连通第一对井后,其应用领域正在不断地扩展,技术水平不断提高。从国外钻井市场到国内钻井市场,从天然碱矿到盐矿,再到煤层气领域,打破了国外同类产品的技术垄断,逐步形成了本土化技术服务优势,使勘探所在定向钻井领域走在业界前列。

      目前,勘探所在中国地质调查局公益性行业科研专项经费项目支持下,正在开展深孔高温磁中靶系统“慧磁”的升级,其成果将在未来的页岩气勘探开发市场、地下热能开发的拓展应用、在矿山救援井的拓展应用中发挥重要作用,为我国的页岩气勘探开发、地下热能开发、矿山救援等方面提供坚实有力的技术保障。



    高精度对接连通井技术

    摘要:以古天然气渗漏锰矿成矿模式为指导,通过松桃一铜仁地区矿产地质调查工作,开展了高地一王家坡地区深部锰矿找矿预测和钻孔验证,发现了具备寻找大型以上潜力的找锰靶区。

    1.项目概况

    “贵州松桃一铜仁地区矿产地质调查”项目由贵州省地质矿产勘查开发局一〇三地质大队承担。主要任务是在贵州松桃一铜仁地区,尤其是贵州铜仁松桃锰矿整装勘查区开展矿产地质调查、锰矿成矿规律和成矿预测研究,提交可供进一步工作的找矿靶区。

    2.成果简介

    高地一王家坡锰矿位于贵州省松桃县冷水乡境内,位于杨立掌、李家湾大型锰矿床与道坨超大型锰矿床之间中部地带。大地构造位置地处扬子陆块东南边缘与江南造山带的结合部位,区域构造位于梵净山穹状背斜北东翼,矿区褶曲总体简单、断裂构造发育,主要构造线呈北东、北北东向展布。

    锰矿产于南华纪大塘坡组第一段黑色炭质页岩(俗称“含锰岩系”)底部,矿体呈似层状、层状产出,锰矿体中局部夹凝灰质透镜体。区内覆盖巨厚奥陶系一寒武系,未出露含锰岩系,找矿标志不明显,找矿难度大。为解决该区厚覆盖层和复杂构造条件下深部找矿难题, 通过对已勘查评价的道坨锰矿、李家湾锰矿和杨立掌锰矿盆地沉积物特征及其含锰岩系厚度、矿体厚度、品位等现有数据资料的收集及梳理,运用“贵州省黔东锰矿富集区深部大型一超大型锰矿找矿与成矿模式研究”创新成果建立的古天然气渗漏沉积型锰矿床成矿系统、成矿模式、找矿模型,开展成矿规律、找矿预测研究。初步认为,李家湾一道坨锰矿床盆地沉积微相特征具明显的狭长环带状结构特征,与古天然气渗漏沉积型锰矿床成矿系统成矿模式类似,平面上以渗漏喷溢口为中心,向外依次可划分为中心相、过渡相和边缘相3个相带 (图1),由此推断杨立掌、李家湾大型锰矿床与道坨超大型锰矿床应由同一沿北东65°方向左右展布的狭长带状成锰地堑盆地所控制,而高地一王家坡预测区可能为其中段,成矿及找矿潜力巨大。

    在王家坡附近实施ZK1401钻孔进行深部验证,发现深部隐伏锰矿体,取得该区深部预测找矿的实质性进展,证实了预测的准确性和科学性。ZK1401钻 孔深1293.52m,发现矿体厚3.90m,含锰岩系厚30.00m,单件样品Mn品位为13.03%~26.62%,工程平均品位20.03%。

    矿石主要由含锰碳酸盐类、炭泥质矿物、碎屑沉积物及少量次生方解石和石英脉石矿物组成,矿石为泥晶结构,条带状 及块状构造。根据区域成矿地质条件和成矿规律,并结合成锰盆地的环带状结构分布特征等开展找矿远景分析认为,李家湾一道坨成锰地堑盆地规模较大,长15.0km, 宽2~2.5km,其盆地中心气泡状、块状菱锰矿夹炭质页岩带位于道坨锰矿床南西部高地一王家坡一带。盆地中心高地一王家坡锰矿区预测远景资源量1.3亿t以上,找矿远景较好。

    3.成果意义

    进一步加深了对该区深部隐伏锰矿的成矿规律和空间分布的认识,对该区 区域找矿具有重要的指导意义,同时为
    锰矿勘查部署提供了科学依据。初步评 价了高地一王家坡地区锰矿预测区资源远景,认为其具备寻找大型规模锰矿资源潜力,为拉动后期商业性勘查奠定了良好的基础。(贵州地矿局一〇三地质大队袁良军 王佳武 谢小峰 供稿)


    贵州松桃高地一王家坡地区发现具大型以上潜力的找锰...