摘要
滇东南建水普雄稀土矿是一个超大型风化壳离子吸附型稀土矿床，矿体赋存于长岭岗碱性岩体的全风化层和半风化层中。不同于花岗岩风化壳离子吸附型稀土矿，该矿品位高，厚度大，用一般的浅井和赣南钻等取样工程无法揭穿稀土矿体。本文介绍了建水普雄矿区用半合管钻探工艺和浅井工程在相邻位置的施工情况。根据相同的取样层位和样品长度，对比了矿体的品位变化情况，利用品位的相对误差和正负偏差进行了统计，结果表明，单一对应样品品位相对误差合格率为100%；品位<0.07%的正偏差样品占样品总数的78.57%，负偏差样品占样品总数的21.43%；品位≥0.07%的正偏差样品占样品总数的52.17%，负偏差样品占样品总数的47.83%，正负偏差在可控范围内；单工程平均品位相对误差合格率为100%。说明半合管钻探工艺能够有效地应用于风化壳离子吸附型稀土矿勘查，实现资源评价。
近年来，云南的风化壳离子吸附型稀土矿找矿效果显著，滇西南临沧花岗岩体、滇东南建水长岭岗碱性岩体、滇西腾冲—陇川地区均发现了不同规模的离子吸附型稀土矿
滇东南建水普雄稀土矿成矿母岩为长岭岗碱性岩体，岩性为霞石正长岩和碱性正长岩。不同于云南省已发现的花岗岩风化壳离子吸附型稀土
离子吸附型稀土矿系含稀土花岗岩、碱性岩、火山岩或变质岩经多年风化（物理、化学、生物风化）形成粘土矿物，稀土离子以水合离子或羟基水合离子吸附在粘土矿物的表面，遵循离子交换规律，可用硫酸铵等化学试剂提取稀土。稀土矿体多分布在高程较低的丘陵地带，松散的砂粘土有白色、灰色、红色、黄色等。矿山产品为混合氧化稀土，稀土配分类型有轻稀土型、中重稀土型和重稀土型。矿体埋深浅，矿石中稀土元素大多呈离子状态吸附在高岭土、埃洛石和水云母等粘土矿物上。
云南省离子吸附型稀土矿主要分布在山体平缓地带，母岩一般为花岗岩类和碱性岩类。在不同的母岩分布区，垂向上风化壳厚度有着明显差异。在碱性侵入岩分布区，风化壳具有的主要特征是粘土、高岭土化强烈，原岩特征基本消失，岩石结构疏松、易碎，手搓多为粉末状，且具有滑感。部分地段有淡红、灰绿色的霞石正长岩和碱性正长岩球状未风化体，向下逐渐过渡到弱风化层直至基岩。
稀土矿勘查过程中钻探施工的难点主要表现在以下几个方面：
（1）常规钻探方法钻进，冲洗液对岩（矿）心的冲刷，根本无法取到完整岩（矿）心，采取率低，且稀土离子矿物基本被冲洗液冲走，样品没有代表性，故而规范要求不允许采用冲洗液钻进。
（2）不同微地貌单元风化程度不一，部分地段存在球状未风化体。机械干钻的方法，钻头未冷却无法正常钻进，且获得的岩心经过高温，结构状态完全变化（
图1 干钻法取出的稀土矿岩心
Fig.1 Rare earth cores taken out by dry drilling
（3）钻进弱胶结层位时，钻孔孔壁掉块、垮塌，卡钻、埋钻频繁，岩心采取率达不到规范要求，采取的岩（矿）心质量更是无法满足要求；钻进胶结较好层位时，岩心从取心管中取出需要敲击，岩矿原状结构也遭受破坏（
图2 从岩心管敲击取出的稀土矿岩心
Fig.2 Rare earth ore core taken out from the core tube
（4）在江西、广东、福建等省常用的浅井、赣南钻虽然也能满足取样要求，但对厚大的稀土矿体以及赋存于地下水以下的矿层便无法揭穿。
鉴于风化壳离子吸附型稀土矿的特征及钻探施工难点，云南省核工业二〇九地质大队对风化壳层的结构特征、可钻性和水敏性进行了充分研究并在现场进行了大量的泥浆、钻头、钻进参数和工艺的试验。最终采用了底喷式钻头和不分散无固相抑制性泥浆护壁，结合小泵量单动双管半合管取心工艺，对厚大的风化壳离子吸附型稀土矿进行揭露和评价。
半合管装置如
图3 取心器单动装置、单向阀及内壁光滑的半合管
Fig.3 Swivel, one‑way valve and split tube of
the core barrel
（1）设置了双级单动机构，确保了岩（矿）心进入半合管内后不再受任何扰动。
（2）内壁磨光的半合管有利于破碎、松散的岩（矿）心进入，取出地表后直接打开半合管就能顺利取出岩（矿）心，有效地保证了松散岩（矿）心的结构特征。
（3）单向阀保证了冲洗液不对岩（矿）心进行冲刷和浸泡，既保证了钻头的冷却和钻孔的稳定，又避免了冲洗液对岩（矿）心的破坏和浸入，有效提高了岩（矿）心采取率和采取质量。
图4 半合管的结构示意
Fig.4 Mechanical design of the split tube
图5 半合管的安装及工作状态
Fig.5 Installation and working status of the split tube
（1）半合管钻具是通过改进普通单动双管钻具演化而来，通过抱箍钩头定位（
（2）半合管的中部抱紧机构通过开口钩头抱箍与梯形槽相配合（
本次对比验证工作施工7口浅井，半合管钻探工程7个（
图6 钻孔和浅井对比
Fig.6 Comparison of boreholes and shallow wells
为保证施工安全，对比验证工程先施工钻孔，钻孔终孔后在钻孔位置1 m范围内施工浅井。为保证样品的可对比性，施工时浅井采样壁须靠近钻孔。采样时参考钻孔采样位置，同时考虑浅井施工中的粘土层、全风化层及半风化层的位置划分样段，采样后样品及时送化验室分析。
浅井和半合管钻探工程中分别采集37件样品，包含粘土层、全风化层和半风化层样品。样品经玛瑙研钵研磨至200目，在具有甲级测试分析资质的云南省核工业二〇九地质大队实验室分析，测试仪器采用加拿大ELANDRC-e型等离子体质谱仪（Q-ICP-MS），分析精度对稀土元素优于5%。对比试验工程的全相稀土总量（TREO）分析结果见
根据相同采样位置、相同样品长度的原则进行对比分析。浅井样品为壁上刻槽采集，其数据的真实性、可靠性相对较高。因此，对比试验以浅井样品为基本分析样，钻孔的样品作为验证样。分别采用同工程单一样品、单工程平均品位进行相对误差合格率、相对误差超差率计算。按照《稀土矿产地质勘查规范》（DZ/T 0204—2002）要求，以品位变化系数30%和60%为界，将稀土组分分布均匀程度划分为均匀（品位变化系数<30%）、较均匀（品位变化系数30%~60%）和不均匀（品位变化系数>60%）共3种，结合李国生
根据《云南省建水县普雄矿区风化壳型铌稀土矿勘探报告》要求，风化壳离子吸附型稀土矿工业指标：轻稀土边界品位［ω（TREO）］为0.07%~0.1%，最低工业品位［ω（TREO）］≥0.1%。相对误差=［（浅井样品品位-钻探样品品位）/浅井样品品位］×100%。本文以0.07%作为临界点进行对比分析，对比结果见
注： QJ为浅井，ZK为半合管钻探（下同）
由
本次工作对样品品位的正负偏差进行了统计，同样以0.07%作为临界点进行对比分析，统计结果见
从
在对比的7个取样工程中，以0.07%作为临界点对单工程内所有样品用算数平均法求得单工程平均品位，再计算单工程平均品位误差，其计算结果见
（1）半合管钻探工艺采取的岩（矿）心如
图7 半合管钻进工艺采取各含矿层位岩心照片
Fig.7 Cores taken from each ore‑bearing layer with the split tube drilling process
（2）建水普雄稀土矿详查项目完成钻孔93个，钻探进尺11800 m。平均岩心采取率97.36%，平均矿心采取率98.55%，所有钻孔质量都为优秀。
（3）临沧岔河稀土矿调查评价项目完成钻孔34个，有效钻探进尺1511.27 m。30个钻孔见矿，4个钻孔见矿化。有32个钻孔经地质编录评定为优质钻孔，2个钻孔评定为良好。平均岩心采取率95.23%，平均矿心采取率97.56%。
（4）半合管钻探工艺的应用突破了离子吸附性稀土矿不能使用冲洗液的规定，为有效地勘查该类型矿床奠定了坚实的基础。
（1）每次下钻前要将钻具沉砂管中的沉砂清除干净，确保单向阀正常工作。并检查双级单动机构，添加润滑油脂确保轴承润滑良好。
（2）冲洗液采用优质SM植物胶和聚丙烯酰胺。SM植物胶为天然高分子复合材料，聚丙烯酰胺为复合高分子材料，加入冲洗液中可迅速形成网状结构，可以有效地控制冲洗液降失水量防止孔壁坍塌，有利于保护岩（矿）心。SM植物胶、聚丙烯酰胺可自动降解，不污染环境。
（3）钻头的选择。选择底喷钻头或深水槽钻头（
图8 底喷钻头
Fig.8 Bottom jet drill bit
（4）施工中采用正常钻进1/2的泵量（10 L/min），冲洗液流速变低，减小了冲洗液对孔壁和松散层位的冲刷。
（1）2次项目的应用和施工，采用的都是内管为3 m长的半合管，且在总成上加装了沉砂装置，钻具总长超过了4 m。地表层4~5 m需要采用干钻法取心钻进后，才能转换成半合管钻具施工，岩心样品结构受到了一定的破坏。
（2）由于下钻时，冲洗液首先充填在半合管中，虽然随着岩心进入半合管，半合管中的冲洗液通过单向阀回流到半合管外，但每个回次最上面5~10 cm的岩心还是被冲洗液浸泡了一个回次的时间，受到了一定的影响。
针对以上的不足，在以后的项目中我们将对钻具做出改进。一方面制作0.5~1 m长的半合管专门用作施工5 m以浅孔段。另一方面在半合管内加装活塞，最大限度地减少冲洗液对岩样的影响。
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