激光钻探的应用前景
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随着国家和社会对环保的日益重视，绿色矿山 建设成为新形势下矿产资源管理与矿业发展的重要 方向和工作抓手。而勘查位于矿业的最前端，是矿 业发展不可缺失的起点，“如何开展绿色勘查，从源 头上保护生态环境”成为今后乃至长远勘查的主要 理念。以绿色发展理念为引领，以科学管理和先进 技术为手段，通过运用先进的勘查手段、方法、设备 和工艺，实施勘查全过程环境影响最小化控制，最大 限度地减少对生态环境的扰动，并对受扰动生态环 境进行修复的勘查方式将是未来的发展方向。
收稿日期：２０１９－０１－１７ 作者简介：李进喜（１９７３－），男，河南新安县人，高级工程师，从事区域地质调查、矿区地质勘查。
第 ４期
李进喜，等：激光钻探的应用前景
９
凝和沉积 情 况 发 生。 易 先 中 等［９］建 立 的 激 光 破 岩 温度场等焓模型和 ＢｊｏｒｎｄａｌｅｎＮ等［１０］建立的移动 界面模型发 现 岩 石 相 变 的 热 应 力 场、应 变 场、渗 透 率、孔 隙 度、导 电 性 和 温 度 场 密 切 相 关。 马 卫 国 等 ［１１］系统地总结 了 国 内 外 激 光 钻 井 破 岩 技 术 研 究 与发展，其 内 容 包 括 激 光 与 岩 石、流 体 相 互 作 用 原 理、岩石快速相变的热力学与传热学、激光钻井的安 全与环保等方面内容。韩彬、李美艳等［１２１３］对激光 辅助破岩的力学性能进行研究，并做了可钻性评价。 周鹏 ［１４］系统地对 激 光 钻 井 技 术 及 其 应 用 前 景 进 行 了分析。黄开钊［１５］从激光发射装置的参数、传递介 质、岩石特性特征等较为系统地分析了激光钻井的 影响因素。牟海维等 指 ［１６］ 出在激光功率和照射时 间相同的情况下，有内含物的岩石比无内含物的岩 石更容易碎裂。刘拓等 进 ［１７］ 行花岗岩表面激光破 岩预钻孔工艺影响研究，结果表明：激光功率越大， 辐照时间越长，去岩效果越好；激光功率为１０００Ｗ 时，钻孔效果较好。以上工作侧重于激光钻探在石 油成井方面的研究，均未考虑在金属探矿方面应用。 章婷婷等 ［１８］用远 程 激 光 诱 导 击 穿 光 谱 技 术 分 析 岩 石元素成分，实现探测 ２～１０ｍ距离的目标。截止 目前还未有人提出在激光钻井孔口对高温气体进行 光谱分析的思路。气体光谱分析技术作为一种成熟 的技术，被广泛应用在多个工业领域，把其小型化并 整合到激光钻机上，从理论上来说是可行的。
［２］ ＧｒａｖｅｓＲ Ｍ，ＩｏｎｉｎＡＡ，ＫｌｉｍａｃｈｅｖＹ Ｍ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆ ｐｕｌｓｅｄＣＯ ａｎｄＣＯ２ ｌａｓｅｒｒａｄｉａｔｉｏｎｗｉｔｈｒｏｃｋｓｔｙｐｉｃａｌｆｏｒｔｈｅｏｉｌ ｆｉｅｌｄ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥ ｉｎＨｉｇｈＰｏｗｅｒＬａｓｅｒｓｉｎＣｉｖｉｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，２０００．
气体收集器：孔口溢出的气体，凝华后做化学分 析，以校正光谱分析数据。
ＧＰＳ定位：用于定位孔口地理坐标，便于数据统 一处理。
计算机数据分析：把光谱分析，激光测深和 ＧＰＳ 定位数据集中处理，为编制成果资料提供数据。
３ 激光钻探的应用前景及优缺点
根据不同孔深的成矿元素含量迅速定位成矿深 度、厚度、含量等信息，多孔结合用以判定矿体规模、 品位，估算资源储量。根据不同孔深的造岩元素含 量反演矿物组成，推断岩石类型，结合地表地质情况 进行三维地质填图。按一定网度布设激光钻机，成 果可制作区域或全国立体的地球化学图，迅速摸清 国土地下资源情况，确定后备矿产基地。
和传统钻探工艺想比，激光钻探有以下优点。 １）设备轻，搬运方便，易于安装。 ２）钻进 深 度 大，理 论 上 可 以 打 穿 地 壳，打 到 软 流层上的任意深度。 ３）钻进 速 度 快，常 规 钻 机 一 个 月 的 工 作 量，用 激光钻机一两天就可以完成，新矿区用常规钻探往 往需要数年完成，而几台激光钻机可在一个月内完 成探矿任务。 ４）可以打任意方向孔，便于控制不同产状的地 质体。 ５）场地占用小，不污染环境。激光钻井不需钻 具、套管、钻井液、泥浆池，也不产生污水和岩屑。 ６）孔径 小，不 破 坏 地 下 水 动 力 系 统，不 会 对 后 期开发产生潜在危害。 ７）激光能够穿透各种类型岩石，高温可使孔壁 迅速熔结，减省孔内事故发生率。 ８）除能源外，几乎不消耗其它材料。钻进速度 快，所需人员少，可以进一步降低人员成本。钻机大
中图分类号：Ｐ６３４．５＋５ 文献标识码：Ｂ ｄｏｉ：１０．１４１０１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ．１００２－４３３６．２０１９．０４．００２
０ 前 言
改革开放以来，中国经济一直在高速发展，资源 消耗成倍增加。随之而来的是后备资源严重不足，据 统计国内紧缺需大量进口的金属矿产有铁、铜、铝、 镍、铬、锰等。地质找矿比以前难度更大，地表出露矿 产越来越少，深部找矿远比地表困难。探矿技术，特 别是钻探工艺几十年来几乎没有突破性进展。传统 钻探投资大，进度慢，周期长，风险高，在市场经济条 件下这些不利因素又进一步影响了投资人的心态。这 也是近年来国内探矿成果太少的一个主要原因。另一 方面，新技术革命的飞速更新改变了我们生活的方方 面面，探矿技术的发展速度远远落后于其他工业技术。
１０
中 国 锰 业
第 ３７卷
百度文库
批量制造，单机制造成本要低于传统钻机。 ９）分析和钻进同步进行，提高数据的获取速度。 激光钻探的现实困难有以下几点。 １）现有规范，特别是储量计算规范只认可化学
分析数据，对光谱分析数据的认可还有待有关部门 解决，这也是民营资本不愿投入研发的原因。
２）激光钻探需要多种技术的组合，需要多个部 门研发力量的互动，这需要国家组织专门机构来协 作完成。
激光技术是近年来飞速发展的一项技术，在金属 打孔，切割，宝玉石加工等方面已被广泛应用。近年 来国内外多个部门已开展激光钻探在石油成井方面 的研究，本文旨在探讨激光钻探在金属探矿方面的可 行性。利用激光的强能量迅速让岩石气化，在孔口 用光谱分析仪捕捉高温气体，分析其中的元素含量， 配合激光测深技术和计算机自动处理技术，迅速得 出各孔的元素含量，从而摸清地下资源分布情况。
２ 激光钻探设备的组成
激光钻探由以下几个模块组成：供电设备、ＧＰＳ定 位、激光发生器、光谱分析仪、气体收集器、激光测深、计 算机数据处理、打印输出、无线传输等组成，如图 １所示。
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图 １ 激光钻探设备的组成
供电设备：一般用可搬运发电机，可放在交通方 便地方，利用电缆和钻探设备相连。
激光发生器：是钻探核心设备，为节约能量，发 射光束直径可选厘米级、毫米级或亚毫米级，具体数 据需在研究过程中试验确定。
光谱分析仪：安装在孔口，直接对孔内溢出的气 体进行分析。
激光测深：和钻探同时进行，用于对分析的元素 含量数据进行深度定位。
１ 激光钻探的可行性分析
１９６０年美国加州 Ｈｕｇｈｅｓ实验室发射出第一束 激光［１］。 １９７１ 年，美 国 联 合 飞 机 研 究 中 心 的 ＣａｒｓｔｅｎｓＪＰ和 ＢｒｏｗｎＣＯ成功完成了激光切割岩石 试验［２］。１９９７年 芝 加 哥 天 然 气 研 究 院 和 科 罗 拉 多 矿业学院研究结果表明：大功率激光器能为 ４５００ｍ 井深钻井破岩提供足够能量 。 ［３４］ 俄罗斯和美国于 ２０００年完成激光钻井破岩的室内试验，发现根据岩 性不 同，激 光 破 岩 速 度 是 传 统 钻 机 的 １０～１００ 倍［５６］。易先中等［７］进行激光破岩机理与射孔技术 的研究，发现在室内进行泥质砂岩和页岩试样的破 岩速度可达 １０５～１１５ｍ／ｈ。易先中等［８］进行的激 光射孔破岩的储层物性研究，发现随激光工作参数 变化，岩石 的 热 形 变 有 碎 裂、熔 化 和 气 化 等 不 同 情 况。易先中 等［９］进 行 了 激 光 破 岩 的 排 屑 机 理 与 温 度场特性研究，发现激光作用于岩石上，内部会出现 微裂纹，表面会出现焦迹、斑痕和釉化层，井壁有重
３）孔径的选择，岩石高温理化性质的变化还需 要大量试验数据。
４ 结 语
激光探矿是一种新的探矿模式，金属矿的激光 钻探技术在国际上尚属空白，把光谱分析和激光钻 进结合在一起实现快速探矿，如果该项技术走向应 用，将引领世界探矿模式迈向新的台阶，并将引领世 界探矿行业走向一个新的技术时代。
参考文献：
［１］ ＭｏａｖｅｎｚａｄｅｈＦ，ＭａｃａｒｒｙＦＪ，ＷｉｌｌｉａｍｓｏｎＲ Ｂ．Ｕｓｅｏｆｌａｓｅｒａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅａｃｔｉｖｅａｇｅｎｔｓｆｏｒｅｘｃａｖａｔｉｏｎｉｎｈａｒｄｒｏｃｋｓ［Ｃ］／／Ｔｈｅ４３ｒｄ ＡｎｎｕａｌＦａｌｌＭｅｅｔｉｎｇｏｆｔｈｅＳｏｃｉｅｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓｏｆ ＡＩＭＥ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，１９６８．
传统地质勘查工作确实给生态环境带来一系列 影响，包括对植被和地表的扰动或破坏，对地表水、 地下水的影 响，机 场 占 地、油 污 污 染、废 弃 物、扬 尘 等。勘查位于矿业行业最前端，实行绿色勘查可以 从源头上保护生态环境，减少植被破坏、降低环境污
染和提高生态恢复治理效益，实现资源的绿色开发、 绿色应用、绿色发展。
ａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ，ＳａｎＡｎｔｏｎｉｏ，Ｔｅｘａｓ，２００２． ［４］ ＢｒｉｅｎＤＧ，ＧｒａｖｅｓＲＭ，ＯｂｒｉｅｎＥＡ．Ｌａｓｅｒｒｏｃｋｆｌｕｉｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｒｅｅｅｌｅｃｔｒｏｎｌａｓｅｒ（ＦＥＬ）ｉｎｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｗｅｌｌｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｓ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥｏｎＦｒｅｅＥｌｅｃｔｒｏｎＬａｓｅｒ ＣｈａｌｌｅｎｇｅｓＩＩ，１９９９． ［５］ ＨａｌｌａｄａＭ Ｒ，ＷａｌｔｅｒＲＦ，ＳｅｉｆｆｅｒｔＳＬ．Ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｒｏｃｋｃｕｔｔｉｎｇ ａｎｄｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎ ｍｉｎｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ：ｉｎｉｔｉａｌｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｔｅｓｔｓ［Ｃ］／／ ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥｉｎＨｉｇｈＰｏｗｅｒＬａｓｅｒＡｂｌａｔｉｏｎＩＩＩ，２０００． ［６］ ＧｒａｖｅｓＲＭ ，ＢｒｉｅｎＤＧ．Ｓｔａｒｗａｒｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｇａｓｗｅｌｌｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９９， ５１（２）：５０－５１． ［７］ 易先中，祁海鹰，余万军，等．高能激光破岩的传热学特性研 究［Ｊ］．光学与光电子技术，２００５，３（１）：１１－１３． ［８］ 易先中，高德利，明燕，等．激光破岩的物理模型研究［Ｊ］．天 然气工业，２００５，２５（８）：６２－６５． ［９］ 易先中，祁海鹰，易先彬，等．激光破岩温度场的数 学模型 ［Ｊ］．石油天然气学报，２００５，２７（６）：８８５－８８７． ［１０］ Ｂｊｏｒｎｄａｌｅｎ Ｎ， ＢｅｌｈａｊＨ， Ａｇｈａ Ｋ Ｒ， ｅｔａｌ． Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇ［Ｃ］／／ＰｒｅｓｅｎｔｅｄａｔｔｈｅＳＰＥ Ｅａｓｔｅｒｎ Ｒｅｇｉｏｎａｌ／ＡＡＰＧＥａｓｔｅｒｎＳｅｃｔｉｏｎＪｏｉｎｔＭｅｅｔｉｎｇ，２００３． ［１１］ 马卫国，杨增辉，易先中，等．国内外激光钻井破岩技术研究与 发展［Ｊ］．石油矿场机械，２００８，３７（１１）：１１－１７． ［１２］ 韩彬，李美艳，李璐，等．激光辅助破岩可钻性评价［Ｊ］．石油天 然气学报，２０１４，３６（９）：９４－９７． ［１３］ 李美艳，韩彬，张世一，等．激光辅助破岩规律及力学性能研究 ［Ｊ］．应用激光，２０１５，３５（３）：３６３－３６８． ［１４］ 周鹏．激光钻井技术及其应用前景分析 ［Ｊ］．化工管理，２０１５ （２２）：８８． ［１５］ 黄开钊．激光钻井影响因素的分析［Ｊ］．西部控矿工程，２０１６ （１）：８７－９０． ［１６］ 牟海维，辛朋辉，罗伟．岩石内含物对激光破岩的影响［Ｊ］．山 东科学．２０１７，３０（２）：１２６－１３２． ［１７］ 刘拓，王智信，崔子昂，等．花岗岩表面激光破岩预钻孔工艺影 响研究［Ｊ］．应用激光，２０１７，３７（４）：５８０－５８５． ［１８］ 章婷婷，舒嵘，刘鹏希，等．远程激光诱导击穿光谱技术分析岩 石元素成分［Ｊ］．光谱学与光谱分析，２０１７，３７（２）：５９４－５９８．
［３］ ＧｒａｖｅｓＲＭ，ＡｒａｙａＡ，ＧａｈａｎＢＣ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｎｅｒｇｙｂｅｔｗｅｅｎｄｒｉｌｌｉｎｇｗｉｔｈｈｉｇｈｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｓａｎｄｏｔｈｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ［Ｃ］／／ＰｒｅｓｅｎｔｅｄａｔｔｈｅＳＰＥＡｎｎｕａｌＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
第 ３７卷第 ４期
中 国 锰 业
２０１９年 ８月
ＣＨＩＮＡ′ＳＭＡＮＧＡＮＥＳＥＩＮＤＵＳＴＲＹ
Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１９
激光钻探的应用前景
李进喜，程远秋
（河南省地质矿产勘查开发局 第一地质勘查院，河南 郑州 ４５００００）
摘 要：探讨激光钻探在金属探矿方面的可行性，其原理是利用激光的强能量迅速让岩石气化，在 孔口用光谱分析仪捕捉高温气体，分析其中的元素含量，配合激光测深技术和计算机自动处理技 术，迅速得出各深度的元素含量，从而摸清地下资源分布情况。金属矿的激光钻探技术在国际上 尚属空白，如果该项技术走向应用将使世界探矿模式走向一个新的台阶。 关键词：激光；钻探；光谱分析；应用前景
收稿日期：２０１９－０１－１７ 作者简介：李进喜（１９７３－），男，河南新安县人，高级工程师，从事区域地质调查、矿区地质勘查。
第 ４期
李进喜，等：激光钻探的应用前景
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凝和沉积 情 况 发 生。 易 先 中 等［９］建 立 的 激 光 破 岩 温度场等焓模型和 ＢｊｏｒｎｄａｌｅｎＮ等［１０］建立的移动 界面模型发 现 岩 石 相 变 的 热 应 力 场、应 变 场、渗 透 率、孔 隙 度、导 电 性 和 温 度 场 密 切 相 关。 马 卫 国 等 ［１１］系统地总结 了 国 内 外 激 光 钻 井 破 岩 技 术 研 究 与发展，其 内 容 包 括 激 光 与 岩 石、流 体 相 互 作 用 原 理、岩石快速相变的热力学与传热学、激光钻井的安 全与环保等方面内容。韩彬、李美艳等［１２１３］对激光 辅助破岩的力学性能进行研究，并做了可钻性评价。 周鹏 ［１４］系统地对 激 光 钻 井 技 术 及 其 应 用 前 景 进 行 了分析。黄开钊［１５］从激光发射装置的参数、传递介 质、岩石特性特征等较为系统地分析了激光钻井的 影响因素。牟海维等 指 ［１６］ 出在激光功率和照射时 间相同的情况下，有内含物的岩石比无内含物的岩 石更容易碎裂。刘拓等 进 ［１７］ 行花岗岩表面激光破 岩预钻孔工艺影响研究，结果表明：激光功率越大， 辐照时间越长，去岩效果越好；激光功率为１０００Ｗ 时，钻孔效果较好。以上工作侧重于激光钻探在石 油成井方面的研究，均未考虑在金属探矿方面应用。 章婷婷等 ［１８］用远 程 激 光 诱 导 击 穿 光 谱 技 术 分 析 岩 石元素成分，实现探测 ２～１０ｍ距离的目标。截止 目前还未有人提出在激光钻井孔口对高温气体进行 光谱分析的思路。气体光谱分析技术作为一种成熟 的技术，被广泛应用在多个工业领域，把其小型化并 整合到激光钻机上，从理论上来说是可行的。
［２］ ＧｒａｖｅｓＲ Ｍ，ＩｏｎｉｎＡＡ，ＫｌｉｍａｃｈｅｖＹ Ｍ，ｅｔａｌ．Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆ ｐｕｌｓｅｄＣＯ ａｎｄＣＯ２ ｌａｓｅｒｒａｄｉａｔｉｏｎｗｉｔｈｒｏｃｋｓｔｙｐｉｃａｌｆｏｒｔｈｅｏｉｌ ｆｉｅｌｄ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥ ｉｎＨｉｇｈＰｏｗｅｒＬａｓｅｒｓｉｎＣｉｖｉｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，２０００．
气体收集器：孔口溢出的气体，凝华后做化学分 析，以校正光谱分析数据。
ＧＰＳ定位：用于定位孔口地理坐标，便于数据统 一处理。
计算机数据分析：把光谱分析，激光测深和 ＧＰＳ 定位数据集中处理，为编制成果资料提供数据。
３ 激光钻探的应用前景及优缺点
根据不同孔深的成矿元素含量迅速定位成矿深 度、厚度、含量等信息，多孔结合用以判定矿体规模、 品位，估算资源储量。根据不同孔深的造岩元素含 量反演矿物组成，推断岩石类型，结合地表地质情况 进行三维地质填图。按一定网度布设激光钻机，成 果可制作区域或全国立体的地球化学图，迅速摸清 国土地下资源情况，确定后备矿产基地。
和传统钻探工艺想比，激光钻探有以下优点。 １）设备轻，搬运方便，易于安装。 ２）钻进 深 度 大，理 论 上 可 以 打 穿 地 壳，打 到 软 流层上的任意深度。 ３）钻进 速 度 快，常 规 钻 机 一 个 月 的 工 作 量，用 激光钻机一两天就可以完成，新矿区用常规钻探往 往需要数年完成，而几台激光钻机可在一个月内完 成探矿任务。 ４）可以打任意方向孔，便于控制不同产状的地 质体。 ５）场地占用小，不污染环境。激光钻井不需钻 具、套管、钻井液、泥浆池，也不产生污水和岩屑。 ６）孔径 小，不 破 坏 地 下 水 动 力 系 统，不 会 对 后 期开发产生潜在危害。 ７）激光能够穿透各种类型岩石，高温可使孔壁 迅速熔结，减省孔内事故发生率。 ８）除能源外，几乎不消耗其它材料。钻进速度 快，所需人员少，可以进一步降低人员成本。钻机大
中图分类号：Ｐ６３４．５＋５ 文献标识码：Ｂ ｄｏｉ：１０．１４１０１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ．１００２－４３３６．２０１９．０４．００２
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改革开放以来，中国经济一直在高速发展，资源 消耗成倍增加。随之而来的是后备资源严重不足，据 统计国内紧缺需大量进口的金属矿产有铁、铜、铝、 镍、铬、锰等。地质找矿比以前难度更大，地表出露矿 产越来越少，深部找矿远比地表困难。探矿技术，特 别是钻探工艺几十年来几乎没有突破性进展。传统 钻探投资大，进度慢，周期长，风险高，在市场经济条 件下这些不利因素又进一步影响了投资人的心态。这 也是近年来国内探矿成果太少的一个主要原因。另一 方面，新技术革命的飞速更新改变了我们生活的方方 面面，探矿技术的发展速度远远落后于其他工业技术。
１０
中 国 锰 业
第 ３７卷
百度文库
批量制造，单机制造成本要低于传统钻机。 ９）分析和钻进同步进行，提高数据的获取速度。 激光钻探的现实困难有以下几点。 １）现有规范，特别是储量计算规范只认可化学
分析数据，对光谱分析数据的认可还有待有关部门 解决，这也是民营资本不愿投入研发的原因。
２）激光钻探需要多种技术的组合，需要多个部 门研发力量的互动，这需要国家组织专门机构来协 作完成。
激光技术是近年来飞速发展的一项技术，在金属 打孔，切割，宝玉石加工等方面已被广泛应用。近年 来国内外多个部门已开展激光钻探在石油成井方面 的研究，本文旨在探讨激光钻探在金属探矿方面的可 行性。利用激光的强能量迅速让岩石气化，在孔口 用光谱分析仪捕捉高温气体，分析其中的元素含量， 配合激光测深技术和计算机自动处理技术，迅速得 出各孔的元素含量，从而摸清地下资源分布情况。
２ 激光钻探设备的组成
激光钻探由以下几个模块组成：供电设备、ＧＰＳ定 位、激光发生器、光谱分析仪、气体收集器、激光测深、计 算机数据处理、打印输出、无线传输等组成，如图 １所示。
!"#$
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12 3456)
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789:;-.
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@ABC
DEFGHI-.
图 １ 激光钻探设备的组成
供电设备：一般用可搬运发电机，可放在交通方 便地方，利用电缆和钻探设备相连。
激光发生器：是钻探核心设备，为节约能量，发 射光束直径可选厘米级、毫米级或亚毫米级，具体数 据需在研究过程中试验确定。
光谱分析仪：安装在孔口，直接对孔内溢出的气 体进行分析。
激光测深：和钻探同时进行，用于对分析的元素 含量数据进行深度定位。
１ 激光钻探的可行性分析
１９６０年美国加州 Ｈｕｇｈｅｓ实验室发射出第一束 激光［１］。 １９７１ 年，美 国 联 合 飞 机 研 究 中 心 的 ＣａｒｓｔｅｎｓＪＰ和 ＢｒｏｗｎＣＯ成功完成了激光切割岩石 试验［２］。１９９７年 芝 加 哥 天 然 气 研 究 院 和 科 罗 拉 多 矿业学院研究结果表明：大功率激光器能为 ４５００ｍ 井深钻井破岩提供足够能量 。 ［３４］ 俄罗斯和美国于 ２０００年完成激光钻井破岩的室内试验，发现根据岩 性不 同，激 光 破 岩 速 度 是 传 统 钻 机 的 １０～１００ 倍［５６］。易先中等［７］进行激光破岩机理与射孔技术 的研究，发现在室内进行泥质砂岩和页岩试样的破 岩速度可达 １０５～１１５ｍ／ｈ。易先中等［８］进行的激 光射孔破岩的储层物性研究，发现随激光工作参数 变化，岩石 的 热 形 变 有 碎 裂、熔 化 和 气 化 等 不 同 情 况。易先中 等［９］进 行 了 激 光 破 岩 的 排 屑 机 理 与 温 度场特性研究，发现激光作用于岩石上，内部会出现 微裂纹，表面会出现焦迹、斑痕和釉化层，井壁有重
３）孔径的选择，岩石高温理化性质的变化还需 要大量试验数据。
４ 结 语
激光探矿是一种新的探矿模式，金属矿的激光 钻探技术在国际上尚属空白，把光谱分析和激光钻 进结合在一起实现快速探矿，如果该项技术走向应 用，将引领世界探矿模式迈向新的台阶，并将引领世 界探矿行业走向一个新的技术时代。
参考文献：
［１］ ＭｏａｖｅｎｚａｄｅｈＦ，ＭａｃａｒｒｙＦＪ，ＷｉｌｌｉａｍｓｏｎＲ Ｂ．Ｕｓｅｏｆｌａｓｅｒａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅａｃｔｉｖｅａｇｅｎｔｓｆｏｒｅｘｃａｖａｔｉｏｎｉｎｈａｒｄｒｏｃｋｓ［Ｃ］／／Ｔｈｅ４３ｒｄ ＡｎｎｕａｌＦａｌｌＭｅｅｔｉｎｇｏｆｔｈｅＳｏｃｉｅｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓｏｆ ＡＩＭＥ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，１９６８．
传统地质勘查工作确实给生态环境带来一系列 影响，包括对植被和地表的扰动或破坏，对地表水、 地下水的影 响，机 场 占 地、油 污 污 染、废 弃 物、扬 尘 等。勘查位于矿业行业最前端，实行绿色勘查可以 从源头上保护生态环境，减少植被破坏、降低环境污
染和提高生态恢复治理效益，实现资源的绿色开发、 绿色应用、绿色发展。
ａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ，ＳａｎＡｎｔｏｎｉｏ，Ｔｅｘａｓ，２００２． ［４］ ＢｒｉｅｎＤＧ，ＧｒａｖｅｓＲＭ，ＯｂｒｉｅｎＥＡ．Ｌａｓｅｒｒｏｃｋｆｌｕｉｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｒｅｅｅｌｅｃｔｒｏｎｌａｓｅｒ（ＦＥＬ）ｉｎｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｗｅｌｌｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｓ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥｏｎＦｒｅｅＥｌｅｃｔｒｏｎＬａｓｅｒ ＣｈａｌｌｅｎｇｅｓＩＩ，１９９９． ［５］ ＨａｌｌａｄａＭ Ｒ，ＷａｌｔｅｒＲＦ，ＳｅｉｆｆｅｒｔＳＬ．Ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｒｏｃｋｃｕｔｔｉｎｇ ａｎｄｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎ ｍｉｎｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ：ｉｎｉｔｉａｌｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｔｅｓｔｓ［Ｃ］／／ ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳＰＩＥｉｎＨｉｇｈＰｏｗｅｒＬａｓｅｒＡｂｌａｔｉｏｎＩＩＩ，２０００． ［６］ ＧｒａｖｅｓＲＭ ，ＢｒｉｅｎＤＧ．Ｓｔａｒｗａｒｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｇａｓｗｅｌｌｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９９， ５１（２）：５０－５１． ［７］ 易先中，祁海鹰，余万军，等．高能激光破岩的传热学特性研 究［Ｊ］．光学与光电子技术，２００５，３（１）：１１－１３． ［８］ 易先中，高德利，明燕，等．激光破岩的物理模型研究［Ｊ］．天 然气工业，２００５，２５（８）：６２－６５． ［９］ 易先中，祁海鹰，易先彬，等．激光破岩温度场的数 学模型 ［Ｊ］．石油天然气学报，２００５，２７（６）：８８５－８８７． ［１０］ Ｂｊｏｒｎｄａｌｅｎ Ｎ， ＢｅｌｈａｊＨ， Ａｇｈａ Ｋ Ｒ， ｅｔａｌ． Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇ［Ｃ］／／ＰｒｅｓｅｎｔｅｄａｔｔｈｅＳＰＥ Ｅａｓｔｅｒｎ Ｒｅｇｉｏｎａｌ／ＡＡＰＧＥａｓｔｅｒｎＳｅｃｔｉｏｎＪｏｉｎｔＭｅｅｔｉｎｇ，２００３． ［１１］ 马卫国，杨增辉，易先中，等．国内外激光钻井破岩技术研究与 发展［Ｊ］．石油矿场机械，２００８，３７（１１）：１１－１７． ［１２］ 韩彬，李美艳，李璐，等．激光辅助破岩可钻性评价［Ｊ］．石油天 然气学报，２０１４，３６（９）：９４－９７． ［１３］ 李美艳，韩彬，张世一，等．激光辅助破岩规律及力学性能研究 ［Ｊ］．应用激光，２０１５，３５（３）：３６３－３６８． ［１４］ 周鹏．激光钻井技术及其应用前景分析 ［Ｊ］．化工管理，２０１５ （２２）：８８． ［１５］ 黄开钊．激光钻井影响因素的分析［Ｊ］．西部控矿工程，２０１６ （１）：８７－９０． ［１６］ 牟海维，辛朋辉，罗伟．岩石内含物对激光破岩的影响［Ｊ］．山 东科学．２０１７，３０（２）：１２６－１３２． ［１７］ 刘拓，王智信，崔子昂，等．花岗岩表面激光破岩预钻孔工艺影 响研究［Ｊ］．应用激光，２０１７，３７（４）：５８０－５８５． ［１８］ 章婷婷，舒嵘，刘鹏希，等．远程激光诱导击穿光谱技术分析岩 石元素成分［Ｊ］．光谱学与光谱分析，２０１７，３７（２）：５９４－５９８．
［３］ ＧｒａｖｅｓＲＭ，ＡｒａｙａＡ，ＧａｈａｎＢＣ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｎｅｒｇｙｂｅｔｗｅｅｎｄｒｉｌｌｉｎｇｗｉｔｈｈｉｇｈｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｓａｎｄｏｔｈｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ［Ｃ］／／ＰｒｅｓｅｎｔｅｄａｔｔｈｅＳＰＥＡｎｎｕａｌＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
第 ３７卷第 ４期
中 国 锰 业
２０１９年 ８月
ＣＨＩＮＡ′ＳＭＡＮＧＡＮＥＳＥＩＮＤＵＳＴＲＹ
Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１９
激光钻探的应用前景
李进喜，程远秋
（河南省地质矿产勘查开发局 第一地质勘查院，河南 郑州 ４５００００）
摘 要：探讨激光钻探在金属探矿方面的可行性，其原理是利用激光的强能量迅速让岩石气化，在 孔口用光谱分析仪捕捉高温气体，分析其中的元素含量，配合激光测深技术和计算机自动处理技 术，迅速得出各深度的元素含量，从而摸清地下资源分布情况。金属矿的激光钻探技术在国际上 尚属空白，如果该项技术走向应用将使世界探矿模式走向一个新的台阶。 关键词：激光；钻探；光谱分析；应用前景