[实用新型]一种隐伏金属矿地球气采集钻具

说明书

技术领域

本实用新型属于地球气找矿技术领域，特别是涉及一种隐伏金属矿地球气采集钻具，借助测定材料的元素含量，特别是覆盖区隐伏金属矿勘查领域-地球气找矿的采样装置。

背景技术

隐伏金属矿地球气(壤中金属气体)法是近年来发展起来的一种新的地球化学勘查方法，它的发展与全球矿产勘查形势的要求有关。因为随着地表露头矿的日趋减少，找矿的重点由找近地表矿逐步转向找隐伏、半隐伏矿，包括中浅层运积物覆盖下的掩埋矿，找矿的难度和风险与日剧增。同时，覆盖区面积巨大且许多地区具有良好的成矿远景。因此，研究覆盖区寻找隐伏矿的新型化探技术方法具有非常重要的现实意义。

从目前覆盖区化探技术方法的研究趋势和现状上来讲，地球气法是最具应用前景的方法之一。

上世纪八十年代初，瑞典波利德公司研究并提出了一种新的“金属气体”测量技术(被动地气法)，通过在30多个矿床实验研究，证明方法有效。随后捷克、俄罗斯、德国、澳大利亚、加拿大等国先后进行过这方面的研究。可是，由于对方法的理论基础认识分歧较大，加上采样和分析手段所限，在上世纪九十年代相当长的时间内，国外基本放弃了这方面的研究，而中国一直坚持这方面研究，并已经应用于覆盖区实际找矿工作，取得的非常有意义的实际成果。

隐伏金属矿地球气按野外富集气体方法的不同可分为：主动法地球气测量和被动法地球气测量两种。

1被动法：

将捕集剂埋制于地下靠自然作用进行富集的采样方法称为被动法。将捕集器埋置于土壤中15～60天，使金属地球气在常压下逐步累积，然后取回捕集器，分析所捕获痕量物质的元素含量。优点是受气候影响较小，对盖层厚度和性质要求较低。缺点主要是采样时间长，回收率低，无法采用液体捕集剂。目前，被动法已很少采用。

2、主动法：

采用负高压预富集法进行野外现场采样的方法称为主动法。因其快速、方便、可多点采集组合样，实际应用最为广泛。

其采样装置主要由螺纹采样器、硅胶管、过滤器、捕集器和减压器组成。主动法地球气测量技术为我国独创的深穿透地球化学勘查技术，通过多年研究，矿体上方近地表土壤空气中存在“气态”金属元素异常的现象逐步得到确认，显示地气测量方法覆盖区隐伏矿勘查中具有良好的前景。但是，由于地球气不同于常规气体，过去采用的常规气体采样装置采集地球气遇到了很大问题，如大气溶胶干扰、缺乏深度控制和实时条件观测等，因此，研究地球气专用采样装置成为突破技术瓶颈的一项关键技术。本项专利重点解决以上难题：

空气干扰

过去，我国地勘部门进行的壤中无机气体测量(Hg、Rn、S0₂等)均采用钢钎打孔，拔出钢钎，旋入螺旋采样器(密闭和气体通道双重作用)的操作流程(图1)。该采样工艺最大问题是钢钎拔出后，空气很快进入采样孔中，并导致孔周围压力平衡的破坏。申请者对比实验研究发现，这种采样工艺对上述常规气体采集问题不大，因为空气中上述气体含量极低，空气影响可忽略不计；但对于地气采样，空气的影响巨大，特别是背景地区，这种影响直接导致无法获得准确的地气背景数据，因为空气中存在大量含金属气溶胶或金属微粒。将钻孔装置和气体通道合二为一设计，使打孔和气路连接一次完成，避免了空气物质干扰。

采样深度控制

经研究发现，地球气作为一种特殊物质状态，只在一定深度能够形成异常，因此，必须严格控制采样深度。而过去采用的无机气体采样工艺和装置只能代表一段深度范围(图3)，无法实现采样深度控制，造成地球气测量结果重现性差，地球气形成机理研究无法实施。

实时条件观测

土壤温度、湿度等条件对地球气异常的形成具有一定的控制作用，因此，这些参数的实时测定不仅有助于理解地球气异常形成机理，而且可提高其异常的解释水平。过去所有采样装置均缺乏这种能力。

实用新型专利号CN1292148C和CN200710063516.0虽然解决了空气干扰和采样深度问题，但该装置主要应用于主要石油领域的有机气体观测，但由于存在以下问题也不适用于地球气测量：

首先，气体流量和采样量无法达到要求。由于该采样器探头与土壤接触点面积过小，加上钻具旋进过程的挤压造成土壤孔隙的减少，因此，无法满足地球气采样所要求的大流量(＞5L/min)和单孔抽气体积达5L的采样条件。

其次，缺实时条件观测模块。测定土壤温度、湿度等条件参数对地球气研究具有重要意义，这些参数不仅有助于理解地球气异常形成机理，而且还可确定最佳采样条件，提高地球气测量精度。

发明内容