巖心管在地質勘探中是如何采樣的
巖心管作為地質勘探中獲取地下巖心樣本的關鍵工具，其采樣過程需結合地質條件、設備性能及勘探目標進行科學操作。以下從巖心管結構、采樣流程、技術要點及常見問題等方面詳細解析：
一、巖心管的基本結構與類型
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.按結構分類及適用場景
類型結構特點優勢適用地質條件
單管巖心管單一管體，結構簡單成本低、鉆進效率高硬巖、完整巖層
雙管巖心管內管（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
繩索取心管內管可通過繩索提取，無需提鉆減少提鉆次數，提高效率深孔勘探（＞500米）
二、巖心采樣全流程解析
1.前期準備與設備調試
地質勘察：通過地質圖、物探數據確定鉆孔位置，明確采樣深度及目標層位。
設備組裝：根據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：初始鉆進時控制轉速（50-100轉/分鐘），確保鉆孔垂直，避免偏斜。
沖洗液循環：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）
外管旋轉鉆進：外管帶動鉆頭破碎巖石，內管不旋轉，避免巖心受機械擾動。
巖心進入內管：破碎的巖心通過鉆頭底部進入內管，內管前端的“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：當巖心管內巖心長度達到80%-90%管長時（通常1.5-3米），停止旋轉，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、結構、構造、礦物成分、化石/裂隙發育情況等；
方位：若需測定巖心產狀，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（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，如S75/S91系列繩索取心鉆具，可實現1000米以上深度采樣。
三、關鍵技術指標與質量控制
巖心采取率：衡量采樣質量的核心指標，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構的樣品（如古生物、工程地質分析）。
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）調整。
四、常見問題與解決方案
問題現象可能原因解決方案
巖心斷裂鉆進速度過快、巖心爪過緊降低轉速（＜150轉/分鐘），調整巖心爪張力
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、技術發展趨勢
智能化巖心管：集成傳感器監測鉆進壓力、溫度、巖心填充度，實時傳輸數據至地面系統（如加拿大Roxar公司的智能巖心管系統）。
定向取心技術：通過隨鉆測斜儀與可調彎接頭配合，實現水平/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：巖心管采樣是地質勘探中獲取地下實物資料的關鍵環節，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、控制鉆進參數及優化采樣工藝，可確保巖心的完整性和代表性，為地質建模、資源評價和工程設計提供可靠依據。
