پیمایش زمین شناختی : پیمایش زمین شناختی صحرایی یک فرایند عینی و مبتنی بر مشاهده است که بر روی مغزه های حفاری ، تراشه های حفاری یا قطعات کنده شده صورت می گیرد . آلودگی نمونه و بازیابی کم آنها مشکلات عمده ای هستند که در این روش وجود دارند . مغزه های حفاری را پس آ خروج از گمانه باید به دقت در جعبه ی مغزه ای به طول 1.5 متر و دقیقا به همان ترتیبی که از گمانه خارج می شوند ، قراد داد . پس از آن مغزه را در راستای طولی به دو نیم تقسیم می کندد ، یک نیمه برای مطالعات زمین شناختی نگه داری می شود و نیمه ی دیگر جهت تجزیه مورد استفاده قرار می گیرد . برای یک زمین شناس ماهر ، یک چکش و یک ذره بین جهت تعیین مشخصات سنگ شناسی و براوردهای اولیه ی توزیع عیار کفایت می کند . نتایج دقیق تر ، مستلزم تجزیه های آزمایشگاهی و مطالعات میکروسکوپیک مقاطع نازک صیقلی است .


حفر و حفاری :

ارئه مدارک قطعی دال بر وجود یک کانسار ایجاب می کند نمونه هایی که معرف کل کانسار باشد ، جمع آوری و تجزیه گردند . نمونه ها بایستی جتمع ، قابل اعتماد ، واقعی و از انظر آماری معنی دار باشند . نمونه ها از طریق کندن (حفر ) یا حفاری ( گمانه زنی ) بدست می آیند . در صورتی که کانسار در سطح زمین یا در اعماق بسیار کم قرار گرفته باشد ، باز کننده ای از سطح به شکل کانال ، گودال یا ترانشه حفر می شود . برای کارهای بزرگ جهت حفر باز کننده از بولدوزر یا ماشین های مشابه و در صورت لزوم از آتشباری استفاده می شود . در صورتی که کانسار در اعماق متوسط یا زیاد واقع باشد ، نمونه ها از طریق حفاری گمانه ها از سطح یا حفر فضا های کوچک مقطع نظیر تونل یا چاه در داخل ماده معدنی به دست می آیند .
انتخاب مناسب ترین روش حفر یا حفاری به منظور نمونه بردری از یک کانسار از یک روند درست و منطقی تبعیت می کند . در جریان یک کار نمونه برداری با درجه اطمینان بالا ، نمونه برداری از طریق حفاری بسیار مناسب تر از حفریات است . مواردی که در نمونه برداری بایستی مد نظر قرار گیرند و توجه خاصی به آنها مبذول شود عبارتند از :
انحراف گمانه ، تغلیظ (گل حفاری ) ، شسته شدن ، آلودگی (اتفاقی ) نمکی شدن ( غیر عمدی ) ، ریزش گمانه و باز یابی کم ( از دست رفتی مغزه )

تاریخچه ی حفاری

تاریخچه حفر گمانه بسیار قدیمی است و پیشینیان برای جستجوی آب دردشتها و دره‌ها به حفر گمانه می‌پرداخته‌اند و چون تلمبه اختراع نشده بود، در اغلب موارد آب از چاه (گمانه) به صورت آرتزین خارج شده ویا چهارپایان کار آبکشی را انجام می‌دادند.
تا آنجا که تاریخ نشان می‌دهد قدیمیترینگمانه‌ها درچین حفر شده وسیستم حفاری ضربه‌ای که امروزه در حفر گمانه مورد استفاده قرار می‌گیرد، همان طریقه قدیمی است که در چین متداول بوده است. برای حفر گمانه به اعماق مختلف ، اقطار و در سنگهای گوناگون ، وسایل و تجهیزات و ماشین آلات حفاری در انواع و استانداردهای مختف با تکنولوژیهای گوناگون متداول است.

روش های حفاری

حفاری مکانیکی
در این روش ، به یکی از سه روش ضربه ای ،چرخشی یا ترکیبی از این دو ، انرژی مکانیکی به سنگ منتقل می شود . در اصطلاح عملیاتی را که به روش مکانیکی موجب حفر چال در سنگ می شوند حفاری مکانیکی می گویند . امروزه ۹۸ درصد حفاریها به روش مکانیکی حفر می شوند . در معادن سطحی و حفاری های نیمه عمیق و عمیق عمدتاً از ماشین های حفاری چرخشی با مته های مخروطی شکل و ماشینهای ضربه ای سنگین استفاده می شود ؛ اما در معادن زیر زمینی یا به طور کلی درعملیات زیر زمینی از ماشین های ضربه ای استفاده می گردد.
حفاری حرارتی
به طور کلی صرف نظر از نوع روش و منشا انرژی ، عملیاتی را که به حفر چال در سنگ منجرمی شود ، نفوذپذیری می نامند . در روش حرارتی ، به کمک انرژی حرارتی حاصل از آمیختن هوا یا اکسیژن با یک نوع سوخت ، ترجیحا نفت سفید ، نفوذ پذیری در سنگ صورت می گیرد . هوا یا اکسیژن و سوخت از دو مجرای جداگانه به داخل مخزنی واقع در پشت مته ارسال می شوند و پس از اشتعال ، شعله حرارت را از طریق نازل سر مته به سطح سنگ منتقل میکند و حرارت نیز سطح سنگ را متورق و آماده جدایی می کند . در نهایت ، به کمک فشارآب ، قطعات متورق جدا و به سطح زمین منتقل می شوند .
حفاری آبی
در این روش، با استفاده از فشار آب تامین شده در سطح ، حفر چاه امکان پذیر می گردد. در اینجا فشار آب با سایش سطح سنگ ، مقاومت سنگ را در هم می شکند ، و بدین ترتیب ، حفاری صورت می گیرد . این روش با افزایش فشار آب ، در استخراج ذغال سنگ و ذخایر پلاسر نیزکاربرد دارد .
حفاری لرزشی
در این روش با ایجاد لرزشهایی با فرکانس ۱۰۰ تا ۲۰۰۰۰ دور در ثانیه می توان سنگ را شکست . یکی از متداولترین روش های حفاری لرزشی ،روش حفاری مافوق صوت است .
حفاری شیمیایی
در این روش با استفاده از فعل وانفعالات شیمیایی ناشی از انفجار مواد منفجره می توان در طبقات حفاری کرد . معمولاًدر این روش از دو نوع خرج استفاده می شود :
۱-خرج سیلندری که باعث حفر چالسیلندری می شود .
۲- خرج چالتراش که باعث افزایش قطر چال می شود .
حفاری الکتریکی
در این روش با تولید الکتریکی ستونی یا قوسی یا جرقه ای ، عملیات نفوذپذیری در سنگ انجام می گیرد . در بعضی از این روش ها با وجود بالا بودن درجه حرارت ، به دلیل کوتاه بودن زمان تماس الکتریسته ، سنگ ذوب نمی شود ؛ اما در سایرروش ها به دلیل بالا بودن درجه حرارت و طولانی بودن زمان تماس الکتریسته با سطح سنگ، پس از ذوب شدن سطح سنگ ، سنگ می شکند .
حفاری لیزری
با اشعه لیزر می توان تشعشعات الکترو مغناطیسی را به طور ستونی تولید کرد . این نوع تشعشعات را می توانبرای تبخیر یا ذوب سنگ ، ایجاد شکستگی در سنگ و حفر چال استفاده کرد . با تاباندن امواج قوی لیزری ستونی به سطح سنگ ، می توان باعث تبخیر سطح سنگ ، و ذوب و شکستگی سنگ در اطراف محدوده ذوب شد . شعاع عملکرد این مناطق به شدت و قدرت اشعه لیزر بستگی دارد.

انواع روشها و تکنیکهای حفاریهای مکانیکی

▪ مته دورانی (Ratary drill)
این روش هم نمونه‌های خاک و سنگ را بدست می‌دهدو هم نمونه‌هایی برای انواع آزمایشهای برجا ایجاد می‌کند. این روش در حفر گمانه‌های غیر قائم برایزهکشی افقی یاایجاد مهار کاربرد دارد.
ـ روش حفاری :
پیشروی توسط سر مته برنده که در انتهای لوله حفاری قراردارد و تحت فشار هیدرولیکی است، انجام می‌شود. دیواره چاه را معمولا گل نگاه می‌دارد.
ـ مزایا :
روشی نسبتا سریع است و می‌تواند در همه نوع مواد نفوذ کند. برای همه نوع نمونه گیری مناسب است.
ـ محدودیتها :جابجا کردن وسایل در زمینهای ناهموار و باتلاقی مشکل است ومحتاج راه مناسب است. همچنین محتاج سکوی تسطیح شده است. کارآیی حفاری با توجه به اندازه دستگاه متغیر است.
▪ حفاری ضربه‌ای
تنها در حفاری چاههای آببکار می‌رود. نمونه‌های شسته شده توسط گل‌کش ‌خارج می‌شود. عمق تا سنگ بستر را مشخص می‌کند.
ـ روش حفاری :
سر مته سنگین بالا آورده شده و رها می‌شود تا مواد شکسته شده و یک مخلوطی از خرده‌ها و آب ایجاد شود که توسط گل‌کش با پمپهای ماسه کش خارجمی‌شود. دیواره چاه توسط لوله جدار ، پابرجا نگاه داشته می‌شود.
ـ مزایا :
روشی نسبتا اقتصادی جهت تعبیه گمانه‌های با قطر زیاد (تا ۶۰سانتیمتر) در انواع مواد است.
ـ محدودیتها :ابزارها بزرگ و پر زحمت است. در خاکهای قوی و سنگ به کندیانجام می‌شود. اغتشاشات اطراف سر مته که ناشی از ضربات پر انرژی سر مته است، به شدت بر مقادیر SPT تاثیر می‌گذارد. مغزه گیری و نمونه UD سنگ امکانپذیر نیست.

دستگاه های حفاری اکتشافی

دستگاه‌های حفاری بسته به اهداف مورد نظر در کار متنوع هستند و به‌طور کلی با توجه به تنوع در روش‌های حفر چاه‌های حفاری حدود 9 مدل از این دستگاه‌ها توسط شرکت‌های سازنده تولید می‌شوند که از آنها در حفاری‌های چاه آب، نفت، مطالعات ژئوتکنیکی، حفر چاه‌های انفجاری و مطالعات اکتشافی معادن استفاده می‌‌کنند. اکثر این دستگاه‌ها در حین حفاری سنگ‌های مسیر را خرد کرده و خرده‌ سنگ‌ها از دهانه چاه خارج می‌‌شوند (Percussion Drills) و در برخی از مدل‌ها نیز سنگ‌های مسیر چاه سالم و با خردشدگی کم از چاه خارج می‌شوند (Core Drills). در چند دهه گذشته حفاری‌های اکتشافی با دستگاه‌های مغزه‌گیری (Core Drill Rigs) انجام می‌گرفته و عدم به‌کارگیری دستگاه‌های نوع Percussion به دو دلیل اختلاط خرده سنگ‌های خروجی با سنگ دیواره چاه و عدم امکان بررسی‌های سنگ‌شناسی و دیگر مطالعات بر روی خرده سنگ‌های خروجی بوده است. در اینجا به آخرین روش‌های مورد استفاده در حفاری اکتشافی اشاره می‌شود

دستگاه‌های حفاری اکتشافی

دستگاه‌های حفاری بسته به اهداف مورد نظر در کار متنوع هستند و به‌طور کلی با توجه به تنوع در روش‌های حفر چاه‌های حفاری حدود 9 مدل از این دستگاه‌ها توسط شرکت‌های سازنده تولید می‌شوند که از آنها در حفاری‌های چاه آب، نفت، مطالعات ژئوتکنیکی، حفر چاه‌های انفجاری و مطالعات اکتشافی معادن استفاده می‌‌کنند. اکثر این دستگاه‌ها در حین حفاری سنگ‌های مسیر را خرد کرده و خرده‌ سنگ‌ها از دهانه چاه خارج می‌‌شوند (Percussion Drills) و در برخی از مدل‌ها نیز سنگ‌های مسیر چاه سالم و با خردشدگی کم از چاه خارج می‌شوند (Core Drills). در چند دهه گذشته حفاری‌های اکتشافی با دستگاه‌های مغزه‌گیری (Core Drill Rigs) انجام می‌گرفته و عدم به‌کارگیری دستگاه‌های نوع Percussion به دو دلیل اختلاط خرده سنگ‌های خروجی با سنگ دیواره چاه و عدم امکان بررسی‌های سنگ‌شناسی و دیگر مطالعات بر روی خرده سنگ‌های خروجی بوده است. در اینجا به آخرین روش‌های مورد استفاده در حفاری اکتشافی اشاره می‌شود:
1- حفاری اکتشافی به روش RC:
این روش در سال‌های اخیر به‌تدریج جای خود را در حفاری‌های اکتشافی ذخایر معدنی باز کرده است. در این روش برای عدم اختلاط خرده‌ سنگ‌های خروجی با ریزش‌های دیواره چاه، خرده سنگ‌ها با فشار هوا و یا آب از فضای بین دو لوله به بیرون رانده شده و تماس با دیواره چاه نخواهند داشت، در مدل دیگری از این دستگاه‌ها هوای فشرده و یا آب از فضای بین دو لوله وارد چاه شده و خرده سنگ‌ها از فضای لوله مرکزی به بیرون از چاه هدایت می‌شوند و بنابراین هیچ نوع آلودگی با سنگ‌های دیواره چاه ایجاد نمی‌شود. هم‌اینک بیش از نیمی از حفـــاری‌های اکتشافی در دنیــــا تـــوسط دستگاه‌های، (Reverse Circulation Drilling) RC انجام می‌یابد، سرعت زیاد و هزینه کمتر از جمله مزیت‌های عمده این نوع دستگاه‌ها نسبت به دستگاه‌های مغزه‌گیری است و در هر پروژه اکتشافی جهت شناخت اولیه و سریع از ذخیره معدنی می‌توان حفاری را با این روش آغاز کرد. درحال حاضر در پروژه‌های اکتشافی به‌منظور ایجاد سرعت و کم کردن هزینه‌های حفاری بیش از نیمی از چاه‌ها را با دستگاه‌های RC و بخش دیگر را با دستگاه‌های مغزه‌گیری حفر می‌‌کنند.
البته این روش معایبی نیز دارد مثلا در صورت افت و کم بودن فشار هوا ممکن است کانی‌های سنگین نظیر طلا به ته چاه سقوط کنند و یا اینکه در صورتی که کانی‌سازی در درزه‌های ریز باشد احتمال خروج کانه‌ها از خرده سنگ‌ها و سقوط آنها در چاه وجود دارد در حال حاضر حفاری RC تا عمق 500 متر نیز امکان‌پذیر است.
2- حفاری چند جهتی و یا Directional Drilling Core:
در این نوع روش حفاری پس از حفر کردن یک چاه در عمق مشخصی از چاه مذکور با توجه به اهداف موردنظر می‌توان چاه‌های انحرافی دیگری حفر کرد و بنابراین با این روش صرفه‌جویی زیادی در زمان و هزینه حفاری خواهد شد این روش در چند سال اخیر ابداع شده و هنوز به‌صورت گسترده در پروژه‌های اکتشافی در سطح جهان استفاده نمی‌شود و برای ذخایر لایه‌ای و یا رگه‌ای کاربرد بیشتری دارد در این روش جهت کنترل کردن جهت حفاری در عمق از انواع ابزارهای جانبی در دستگاه حفاری استفاده می‌شود و از جمله مهمترین آنها Steerable Core Barrels است در حال حاضر با این روش چاه‌های تا عمق 700 متر را می‌توان حفر کرد.
3-. دستگاه‌های حفاری چند منظوره (Multipurpose Drill Rigs):
این دستگاه‌ها که معمولا برروی تراک نصب می‌گردند، بنابه اهداف مور نظر حفاری ساخته می‌شوند و در پروژه‌های اکتشافی که دو روش حفاری و یا بیشتر مدنظر است به‌کار می‌رونـد. متــداول‌ترین آنها دستگاه‌های حفــاری مغزه‌گیری المــاسه (Diamond Core Drilling) و RC هستند که حفاری الماسه تا عمق 1300 متر و RC تا عمق 400 متر را نیز با این‌گونه دستگاه‌ها می‌توان انجام داد. البته لازم به ذکر است که برخی از آخرین مدل‌های دستگاه‌های حفاری مغزه‌گیری تا عمق 3 هزار متری را نیز حفر می‌کنند.
4- دستگاه‌های حفاری خاص:
جهت حفاری در مناطق صعب‌العبور و بدون راه دسترسی، دستگاه‌های حفاری ساخته شده که قطعات آن در عرض یک ساعت باز شده و قطعات آن را با هلیکوپتر به محل پروژه حمل می‌کنند و قطعات باز شده را در مدت کوتاهی می‌توان مونتاژ کرد، در مراحل اولیه اکتشاف از دستگاه‌های مغزه‌گیری پرتابل نیز می‌توان استفاده کرد که دستگاه‌های سبکی بوده و تا عمق 100 متر را حفاری می‌‌کنند این دستگاه‌ها را با هلیکوپتر نیز حمل می‌‌کنند به این دستگاه‌ها Gopher گویند که کاربردهای مختلفی نیز دارند.

تجزیه نمونه ها :

نمونه های حاصل از حفاری و حفریات باید از جنبه کمی در آزمایشگاه تجزیه شوند ، در اصطلاح معدنکاری به این کار عیار سنجی می گویند . در برخی موارد لزوم تعیین مقدار کمی عناصری که به میزان بسیار اندک و ناچیز در نمونه وجود دارند ، ایجاب می کند که اندازه گیری ها در سطح 1ppb (یک بر میلیارد ) دقت داشته باشند (درنمونه های کانی و کانسنگ کم عیار دقت استاندارد در حد 1ppm است و در اینجاست که انتخاب روش تجزیه مناسب از اهمیت ویژه ای برخوردار است .

گمانه پیمایی:

گمانه ها علاوه بر بدست دادن مغزه ها یا تراشه ها ( نمونه های فیزیکی ) امکان دسترسی به اطلاعات اکتشافی مفید دیگری را نیز فراهم می آورند . در ابتدا ، از طریق بررسی های مهندسی و جهت یابی گمانه ، موقعیت ، شیب و میزان انحراف گمانه تعیین می شود که این کار امکان برقراری یک ارتباط و همبستگی بین اطلاعات زمین شناختی را میسر می سازد . این کار توسط کمپاس مغناطیسی ، ژیروسکوپ ، دوربین یا تلویزیون انجام می شود . معمولا گمانه پیمایی با استفاده از روش های ژئوفیزیکی انجام می گیرد. در این روش یک سوند ، که وسیله حساسی است ، به داخل گمانه فرستاده می شود و علائم و سیگنالها را از درون گمانه به یک دستگاه ثبات واقع در سطح زمین منتقل می کند .
به کلی پیمایش گمانه ها ، تکمیل کننده ی مغزه گیری است ، هزینه ها را کاهش می دهد ، از تعداد گمانه هایی که باید مغزه گیری شوند ، می کاهد و شکاف اطلاعات اکتشافی ناشی از عدم بازیابی مغزه ها و یا گمانه هایی که مغزه گیری نشده اند را پر می کنند . روش های متعدد ژئو فیزیکی به ویژه روشهای الکترومغناطیسی ، الکتریکی ، پرتو سنجی و ثقلی در پیمایش گمانه ها مودر استفاده قرار می گیرند