新時期膠東西嶺金探礦評述及其勘查實踐指示意義

賈 飛，張 淼，鄭 玄，常俊山，馮 濤，胡躍亮

（山東黃金地質礦產勘查有限公司，山東 萊州 261400）

膠東地區是我國最大的金礦產區，西嶺金礦床位于膠東西北萊州市的三山島境內，是“十四五”期間探獲的繼三山島北部海域金礦床之后的又一個世界級金礦床。在西嶺金礦的探礦過程中，山東黃金地質礦產勘查有限公司（以下簡稱“公司”）緊隨發展步伐，不斷加強科學化管理；創新綠色勘查技術，加快新舊動能轉換；加大深鉆技術研發力度，實施了國內巖金第一深鉆，后又在勘探階段開展多重定向超深孔鉆探，平均孔深超過2 000 m，成為超深孔的規模實施基地。西嶺金礦探礦成果同樣極為豐碩，累計探獲金資源量592 t，詳細查明了金資源量、礦體形態、規模、賦存分布等地質特征與各項金成礦機制[1-13]；建立了與之配套的大型地質實物資料館藏中心，并對各超深孔巖礦芯進行逐一掃描，實現對實物資料的數字化存放、保護、展覽、研究。通過對西嶺金礦勘探階段的探礦工作進行梳理，闡述探礦歷程，總結創新與亮點，以期為今后膠東地區乃至全國深地探礦事業的發展提供示范借鑒。

1 創新勘查：粗放勘查向綠色勘查轉變，加快新舊動能轉換

1.1 科學化管理

為加快西嶺探礦計劃的實施，公司嚴格落實科學化管理，分工明確，由黨委領導統籌規劃，自上至下分設鉆探施工組、地質技術組、測量技術組、水文工程組、安全檢查組、環保督查組以及質量巡檢組共七個部門（圖1），對項目管理、進程與質量層層把關。各部門群策群力，分工明確，通力協作，極大加快了勘探進程。在勘探中后期階段遭遇新冠肺炎疫情導致勘探工作遲滯或停工，為有效防疫，對施工現場進行封控、定期消毒，對上崗人員進行測溫記錄、出行報備，充分保障了各分組部門工作人員的生命健康。同時，在機臺施工現場安裝電子管控設備，實現領導人員與各部門監管人員的遙控指導，最大程度避免疫情對工程進展的貽誤遲滯，降低損失，積累了探獲大型礦床工作過程中應對災難疫情等突發事件的管理經驗。

1.2 優化設計，創新理念

設計與規劃指引著探礦工程的實施，在探礦設計中綜合考慮了各種環保因素；在勘查設計中以“一基多孔”（圖2）為施工原則，部分施工場地實現二次循環利用，最大限度減少土地占用，以及對生態環境的擾動；在施工過程中遵循“邊設計、邊施工、邊優化”的三邊原則，對勘探設計方案進行動態調整，不斷進行優化升級[14]。

圖2 西嶺金礦“一基多孔”綠色勘查模式鳥瞰圖Fig.2 Aerial view of “one base porous”green exploration model in Xiling Gold Mine

在探礦過程中牢固樹立綠色發展理念，統籌生態保護和地質工作發展，大力推進綠色勘查開發，主動避讓生態紅線，完善綠色勘查制度，研究和推廣避免造成環境破壞的地質工作的新方法、新工藝和新手段，不斷提高綠色勘查質量和水平，不斷優化調整探礦布局與鉆探設計。為保障綠色勘查有“法”可依，西嶺探礦項目不斷規范勘查制度，建立健全綠色探勘體制。由公司牽頭起草編訂的《黃金地質綠色勘查技術規范》（T/CGA 018—2021）已成為業界規范標準[14]，在綠色勘查行業起到了模范引領作用。

1.3 創新綠色勘查技術

在鉆探施工過程中大力推廣應用現代化科技，創新改造傳統粗放式的勘查技術，通過技術攻關先后獲得國家發明專利2 項、國家實用新型專利7 項，為綠色勘查提供技術保障。胡躍亮等[14]、孫之夫等[15]具體論述了公司的綠色勘查施工方式，通過更換大功率節能型減排鉆機、創新鉆井液循環系統、創新濺落廢液收集及導流裝置、創新防滲漏技術、生產垃圾無害化處理、廢油收集二次利用等多項先進技術實現了鉆探施工過程對生態的保護。

西嶺探礦項目以生態發展為導向，通過完善制度、優化設計、創新措施等實現綠色勘查，取得了良好的生態保護效應，加快了由傳統地質向生態地質、粗放勘查向綠色勘查以及新舊動能轉變的步伐。

2 數字化超深孔定向鉆探技術

隨著地質找礦事業的發展，我國淺部找礦基本已趨于飽和，深部隱伏礦體成為今后勘查的重點。西嶺金礦床正是隱伏在三山島深部的礦體群，礦體已延伸至標高-2 600 m 以下，勘探中后期階段的鉆孔設計幾乎全都為2 000 m 以上的超深定向孔，設計超2 000 m 的約有38 孔[16]，成為膠東金礦整裝勘查中規模最大的超深孔鉆探基地。

在鉆探施工過程中，公司著重加強深部探測技術、深鉆技術的自主創新和研發，推廣利用鉆進能力強、鉆進平穩、經濟環保的XY-8 型大功率鉆機，堅持向深度化、環保型探礦方向發展。在鉆探技術方面，孫建華等[17]對深孔小直徑繩索取心鉆進工藝進行了研究，對合理選用金剛石繩索取心鉆頭，提高繩索取心鉆桿使用壽命，預防孔斜、鉆孔事故處理，如卡鉆、燒鉆、跑鉆、斷鉆、埋鉆、井壁坍塌以及套管事故等多方面施工技術進行了闡述與建議；周雪風等[18]對傳統沖洗液材料進行創新，引進新型海水抗鹽沖洗液材料，研發出了適合西嶺礦區的海水沖洗液配方，使沖洗液體系性能得到極大提高，有力保障了深孔孔壁的潤滑性與穩定性；王林鋼等[19]論述了在深孔鉆進中應用同徑造斜繞障技術，包括設計造斜偏心楔、造斜鉆頭以及研發偏心楔固定技術等成功繞過事故段，恢復鉆進的深鉆技術；潘垚[20]介紹了公司自主研發的深鉆防控斜糾斜技術，為有效防斜，公司鉆探施工部引進了隨鉆測斜儀，將鉆孔測斜儀與繩索取心鉆具焊接在一起，鉆進中可將測斜數據通過藍牙功能不間斷地傳送至綁定的手機中，實現“隨鉆隨測”，對鉆進過程的動態監管，是一種先進的數字化智能化的深鉆防斜技術（圖3）。

圖3 隨鉆測斜儀組裝、調試與應用Fig.3 Assembly,commissioning and application of inclinometer while drilling

西嶺礦區是集成規模的超深孔鉆探施工基地，超深孔在深部施工過程中一旦出現重大偏斜事故，則需要耗費巨額時間與成本來進行恢復，否則便作為報廢孔處理，因此施工進程中必須加強防控斜等理論研究。測量人員對孔深測斜專項負責，地質人員利用軟件將測斜數據轉化成圖，繪制鉆進軌跡，實現鉆進數字化、可視化研究[16]；建立動態施工檔案，機長按時報備孔深進尺，地質人員及時告知機臺鉆進中的復雜地質段位，避免偏斜、孔內塌方、鉆具脫落等重大事故發生，西嶺超深孔的鉆探實施離不開各部門技術人員間的通力協作。西嶺超深鉆探工程為解決深鉆核心問題、鉆進理論和關鍵技術等方面提供技術與資料借鑒，開辟了地勘工作由地表向地下2 000 m 及更深部的探礦境界，推進探礦事業向深度化、數字化、智能化、清潔化方向發展。

3 成果轉化：智能化、數字化軟件技術加持

西嶺金礦為三山島斷裂帶上的重大金礦，同三山島北部海域金礦與三山島金礦三者實為一體，相較之下西嶺金礦埋藏最深、規模最大。現階段已詳細查明了礦床規模、礦體形態、埋深分布等地質概況，其中礦體資源量為重中之重，技術人員對資源量進行了精準化運算與多次核對，并利用三維軟件等技術手段進行詳細嚴謹的論證。成果轉化是數字化地質軟件協同應用的結果，凝聚了地質技術人員的心血結晶，是在反復修改和大量計算的基礎上得出的最終也是最合理的結果。通過不斷摸索改進形成了一套行之高效的運營機制，在探獲大型-超大型礦床的成果轉化方面具有一定的借鑒意義。

3.1 地質繪圖：DGSS 與Section 地質軟件協同應用

DGSS 軟件與Section 軟件是國內通用的地質軟件，兩者兼容且可互通轉換，操作和功能方面也基本類同。但Section 軟件在龐大的數據處理與諸多的礦體圈連方面操作略顯復雜，功能性不如DGSS 軟件，其更傾向于地質繪圖，在圖幅修飾方面操作簡便，兩者結合可實現優勢互補，提高效率。因此，利用DGSS 軟件資源量估算系統能精確繪出剖面圖、礦體投影圖、中段圖等原始圖幅，再聯合Section 軟件進行整飭修繕，得出最終較理想的地質成果圖。

西嶺礦區復雜的礦體圈連均通過DGSS 軟件進行，在DGSS 數據庫中導入鉆探工程數據信息，主要包括鉆孔坐標、孔深、所在剖面、地質分層、測斜數據、樣品位置及化驗結果等，并建立工業指標圈連方案，生成勘探線剖面圖，準確反映出礦體位置、厚度、品位等信息，繼而進行礦體圈定（圖4）。

圖4 DGSS 礦體圈連Fig.4 Ore body circles connect by DGSS

各鉆孔圈連的礦體由DGSS 軟件捕捉選取其三維中心以及外推邊界進行投點，可實現礦體在水平向或垂直縱向上的精確落點投影，減免人為投點所帶來的誤差。之后在Section 軟件中點間連線，合理圈定礦塊體，按照其類型及順序進行編號，選中礦塊編號對其所屬區域予以屬性標注，由Section 軟件可準確導出每個礦塊編號與其面積數據。對導出的塊段面積進行加和運算，再將得出的數據與Section 軟件全部框選的礦體總面積進行比對，經驗證西嶺各號礦體面積差均在±0～5 m2范圍內，與西嶺動輒上萬平方米的超大投影面積基數相比，說明礦體塊段圈連無多余、無重復、無遺算，保障了成果計算的合理準確性。

3.2 成果運算：建立Excel 計算數據庫，圖表聯動機制

西嶺金礦勘探階段礦床資源量的計算涉及龐大的數據處理，其中涉及鉆孔多達180 個，圈定礦塊近580 個，僅參與計算的礦體樣品達5 700 多件，且尚需對其中50 多件特高品位樣品進行處理，在計算過程中數據過于龐大繁瑣。在反復計算、修改中創建了圖表聯動機制，建立Excel 計算數據庫，利用VLOOKUP（精確查找）與SUMIF（條件求和）等大量Excel 公式編制宏計算程序。具體操作如下簡述。

1）在礦體圈定過程中，對新增工程或不合理的圈礦可在DGSS 軟件中進行添加和修改，并導出相應鉆孔工程的礦體與樣品分析數據。

2）在Excel 數據庫中增加或修改對應礦體的工程、礦體編號與樣品數據信息，由宏運算對品位、厚度進行加權計算，同時對特高品位進行統計處理，其所影響塊段由處理后的計算數據自動替代，若有塊段變動則需修改Excel 數據庫中相應編號，并借助Section 圖幅重新獲取面積，運行公式及宏計算獲得最終計算結果（圖5）。

圖5 成果計算大致流程圖Fig.5 Approximate flowchart of results calculation

3）對Excel 計算得出的單工程礦體平均品位與厚度等再反用于地質剖面圖、礦體投影圖等圖幅，進行礦體厚度品位標注或修改，稱之為圖表聯動，極大方便了資源量計算與圖幅修改。

西嶺金礦量的成果數據需要技術人員精細計算，即使局部微小改動也會“牽一發而動全身”。建立圖表同步一體化聯動機制，實現了成果的快速修改與完善；Excel 數據化、公式化的應用，大大簡化了重復繁雜的數據運算，解決了由單一數據變動而衍生的后續一系列相關聯的數據改動，環環相扣，一改統改，避免了人為遺漏而造成的數據不相吻合等計算失誤。

3.3 三維建模：助力地勘行業數字化發展

將西嶺金礦抽象的二維地質信息進行系統整理，建立地質大數據庫導入三維軟件，在三維軟件中建立礦塊體模型并對資源量估值，實現了西嶺重大探礦成果的數字化、可視化研究。公司大力推廣Vulcan三維軟件應用，其是一款先進的國際礦業軟件。賈飛等[21]、張琪等[22]運用該軟件實現了膠東地區部分金礦區三維建模與資源量估值。對西嶺綜合探礦成果進行的數字化三維建模（圖6），分別利用距離冪次反比法和克里格法對礦體資源量進行估值驗證，結果顯示礦石量最大估值差僅為0.39%，金屬量最大估值差為1.13%，充分說明此次探礦成果數據的準確性與合理性。

圖6 礦體三維模型與金分布界面Fig.6 Map of 3D ore body model and gold distribution

基于Vulcan 軟件對礦塊體的精準資源量估值賦值，可快速評估上千種計算方案。利用該軟件這一優勢功能，嘗試性地啟用Vulcan 軟件對西嶺金礦進行工業指標方案的規劃，通過設計的邊界品位與最小可采厚度數值進行條件設置以對塊礦體進行“卡位”約束，經過輸出結果的對比分析，成功選取了5套較為合理的工業指標方案，交由中國恩菲工程技術有限公司進行系統論證，優中選優，最終確定了報告編制的工業指標推薦方案。

同時，可利用軟件建立其他地質數據庫，如測斜、水文、地溫梯度、礦體放射性、巖爆與地應力等多樣式的數據庫，將數據加載并與礦體結合，可映射出礦體的綜合性征，為礦山建設提供直視化的數據加持。利用三維軟件還可進行礦山巷道開拓與采掘進程的動態模擬，加快探轉采步伐，助推三山島金礦向深部開采的數字化、智能化轉型。

4 建立大型巖芯庫，實現對巖礦芯等地質實物資料的數字化永久保存

4.1 巖芯庫的建立與智能化數字化運營

巖礦芯是極其重要的實物地質資料，承載著地下數百至數千米深度處的重要地質信息，是研究和了解地下地質和礦產情況的重要媒介[23]。西嶺金礦的礦床規模、勘查深度、金資源量等均居全國前列，加之其鉆探工程揭露礦體深且厚大，巖芯不易鉆取，因此西嶺礦區地質實物資料巖礦芯的保存尤為必要。為此，公司專門籌建了目前國內黃金勘探行業規模最大、功能最全的現代化巖芯庫——山東黃金集團實物地質資料中心（圖7（a）），并引進數字化巖芯掃描技術，用以對西嶺超大金礦地質實物資料進行永久留存。巖芯庫不僅收錄西嶺金礦區全部巖礦芯，還包括有新立金礦、南呂-欣木金礦、東風金礦、沙嶺金礦、三山島北部海域金礦等22 個大型、中型、小型金礦區和不同地域、不同礦種的巖芯，現已全部造冊上架，累計巖芯箱數6.67 萬箱，巖芯總長度達35 萬m。庫內巖芯分區陳列、上架掛牌達到了存放規范化、存取自動化、管理信息化、應用數字化的管理水平（圖7（b）～圖7（d））。通過鉆孔結構化數據采集、巖礦芯掃描、標本數字照相、光薄片顯微照相等手段將實物地質及配套資料轉化為計算機可存儲處理的文字圖像等數字化信息（圖8（a））。建立巖芯圖文綜合信息數據庫并對信息進行加工、處理、展示（圖8（b）），并將這些數字化成果信息上傳至云服務平臺，實現資源共享。

圖7 數字化巖芯庫Fig.7 Digital core library

圖8 巖礦芯數字化掃描與成果Fig.8 Digital scanning and achievements of rock ore cores

4.2 地質資料數字化工作的重要意義

在當前新形勢下，云計算、互聯網+、大數據等信息技術的應用大勢所趨，依托國家“地質云”，整合共享數據資源，構建高效、可靠、高智能的“地質云·山東”平臺，是“山東特色”的又一重要發展。金礦資源是山東省的優勢礦產，黃金產量一直居全國第一位，多年來山東省在金礦勘查工作中也投入了大量人力、物力和財力，形成了大量的成果資料，開展實物地質資料數字化工作將是構建“地質云·山東”模塊的基礎性工作，為“地質云·山東”門戶建設提供實物地質資料與數據支撐。

1）創建地質實物資料數字化檔案體系，實現無紙化檔案管理。通過對破損和模糊紙質地質資料的數字化，實現地質鉆孔資料永久、安全保管，延長珍貴地質資料的保管和使用壽命。

2）依托數字化成果，通過互聯網實現地質資料在線瀏覽和信息查詢，可為社會、礦山企業、勘查企業提供更直觀明了、關聯性強、可重復利用的數字化鉆孔地質資料，極大提高了地質資料的利用效率與價值。

3）開創“互聯網+地質資料”管理與服務新模式，推進地質資料管理與服務信息資源整合，依托互聯網等基礎設施，建立地質資料數據采集、生產、保管、服務為一體的新型地質資料管理與服務新模式，建設地質資料信息管理服務系統，實現地質資料管理和服務信息共享利用，為社會公眾和相關生產單位、科研單位提供更好的服務。

4.3 數字化工作主要成就

山東黃金集團實物地質資料中心一直注重生產和科研相結合，與多所大專院校和科研機構建立了合作關系，并同山東國土資源實物地質資料中心保持緊密聯系。2017 年與中國科學院地質與地球物理研究所、中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所、山東地質科學研究院等單位合作，共同承擔“華北克拉通成礦系統的深部過程與成礦機理”和“穿透性地球化學勘查技術”兩個項目的科研工作；2018 年完成了《山東省地質大數據集成與社會化服務示范研究》項目的巖芯數據掃描10 000 m，巖礦芯標本數字化400 塊，光（薄）片顯微照相100 件，數據備份4 套；2019 年中標“省國土資源資料檔案館巖芯數字化”采購項目。山東黃金集團實物地質資料中心連續四年被評為“山東省地質資料管理先進單位”，為各大院校科研工作、地勘行業巖礦芯數字化保管及地質成果共享等提供支撐。

5 結語

通過闡述山東黃金地質礦產勘查有限公司在探獲西嶺金礦這一超大型金礦床過程中的先進技術與創新應用，尤其是綠色探礦、深鉆研發、成果轉化、大型礦床巖礦芯數字化館藏等方面，為大數據時代尋大礦、探深礦提供參考和借鑒。通過西嶺探礦，山東黃金地質礦產勘查有限公司在綠色生態發展的主題下，加緊由粗放勘查向綠色勘查、由傳統地質向生態地質的轉變；在大數據時代背景下，推進引領了行業數字化、智能化、高科技化發展，完善互聯網“地質云”平臺，實現資源共享、成果共享。在智能互聯時代，地質探礦事業需搶抓機遇，科學制訂“十四五”數字化轉型規劃，穩步實施數字化轉型工程；建設統一的大數據平臺，加快推動5G、大數據、云計算等新一代信息技術與地質探礦事業的融合發展，實現“網、云、端”全鏈接，加速推進數字化轉型、賦能高質量發展。今后的地質探礦必將是集綠色環保化、勘查深度化、成果精準化、數字智能化、科技高端化等多元化于一體的科學探礦，展現更加完善、健康、全面、和諧共贏的可持續發展模式。