我国地质钻探现状和发展前景分析

来源：SCI期刊网 分类：农业论文 时间：2022-04-29 09:49 热度：

　　摘要: 我国经济社会发展已步入“新常态”。作为地质调查和矿产勘查工作重要技术支撑的地质钻探行业，资金投入显著减少，地质钻探工作量大幅下滑，常规钻探施工产能过剩; 另一方面，地质钻探新的服务领域不断扩大，包括深部科学钻探，地热能及非常规能源勘查，海洋、灾害防治、生态环境、地外天体、极地方面的钻探等。如何应对地勘行业出现的问题，是全行业共同面对的挑战。在对当前及今后一段时期地质钻探工程面临的困难、挑战和机遇等进行调研分析的基础上，对我国地质钻探未来的发展前景进行了预测，认为地质钻探工作量将进一步减少，新领域、新业态的钻探工程及先进钻探技术和装备需求将进一步加大，更加贴近国家需求，更加注重环保理念。

　　关键词: 钻探工程; 地质钻探; 岩心钻探; 新常态; 现状; 发展前景

　　0 引言

　　在我国经济社会发展步入“新常态”和世界经济“再平衡”的过程中，全球矿业首先进入深度调整。受此影响，中国地质勘查投入出现明显回落，近 3 年年均降幅都在 10% 左右，呈现出投入结构优化调整、投资热点矿种分化、西部地区占比持续上升、钻探工作量逐步下降等特点。应当看到，地质找矿依然是地质工作的主要任务，社会对非常规能源和新型材料矿产的需求保持增长态势，农业、城市、旅游、环境等方面对地质服务的需求也将明显上升。

　　为应对当前形势，国家公益性地质调查工作实行了战略性结构调整。一是能源需求持续增长及环境污染防治、应对气候变化要求加快能源结构调整，迫切需要地质调查工作为油气勘探开发提供新的靶区，为页岩气、天然气水合物商业化勘查开发提供基础支撑。核电工业发展迫切需要加快铀矿地质调查。清洁能源发展迫切需要加大干热岩、地热等资源的调查力度。二是铁、铜、铝、钾盐等紧缺大宗矿产虽然需求增速放缓，但仍处高位的需求总量和过高的对外依存度要求加强国内优质资源地质调查。三是战略性新兴产业的加快发展迫切需要加大锂、钴、“三稀”、晶质石墨等新能源矿产和新材料矿产的地质调查力度[1]。

　　地质钻探是地质调查和矿产勘查工作最直接的技术手段。相对其他民生行业，地质钻探行业受经济形势及国家宏观调控的影响较为显著，如何应对 “新常态”，是钻探工程行业人士普遍关心的话题，也是行业共同面临的挑战。分析地质钻探行业现状，研判未来前景和发展趋势，对钻探施工决策部门、钻探装备投资规划部门和钻探技术研究攻关部门非常必要。但是，地质钻探行业与很多其他国民经济行业不同，往往缺乏较为全面的大数据支撑，难以用精确、完整的数据说话。本文采用公开媒体发布的信息和数据，并结合笔者的认识，分析当前地质钻探技术市场的现状，提出一些浅显的看法，以期能够抛砖引玉，推动更多的同行采集和发布数据，发表看法，提出建议。

　　1 全国地质钻探相关背景数据

　　前一时期，在矿产资源需求趋势增加、产品价格快速上涨和国家地质大调查计划、找矿突破战略行动的实施的大环境下，我国地质勘查和找矿事业空前发展，地质勘查投入大幅增加，2010—2013 年度全国机械岩心钻探工作量均超过 2000 万 m( 见图 1) ，连续 4 年保持了历史高位。但是自 2013 年开始，地质勘查资金投入开始下滑。据《中国矿产资源报告 2015》[2]，2014 年，中国地质勘查投入 1145 亿元，同比下降 5. 4% 。其中，财政投入 195 亿元，占全国地质勘查投入的 17. 0% ; 社会投入 950 亿元，占 83. 0% 。油气矿产地质勘查投入 743 亿元，下降 1. 2% ，占全国地质勘查投入的 64. 9% ; 非油气矿产 地 质 勘 查 投 入 402 亿 元，下 降 12. 5% ，占 35. 1% ，连续第二年下降。非油气矿产地质勘查投入中，财政投资 179 亿元，占 44. 5% ; 社会投资 223 亿元，占 55. 5% 。如图 2、图 3 所示。2014 年，地质勘查完成钻探工作量 2741 万 m，下降 5. 4% 。而机械岩心钻探工作量也从 2013 年开始下滑。

　　地质勘查投入结构方面，据中国地质调查局发展研究中心实施的“全国地质勘查进展分析”项目显示 ( 图 4) ，受大宗矿产品需求影响，以社会资金为主的矿产勘查所占比例不断缩小，围绕国家需求、生态文明建设、社会需求不断进行结构性调整。以财政资金为主的基础地质调查、水文地质、环境地质与灾害地质、地质科技投入资金所占比例逐年上升[3]。

　　地质勘查投入区域方面，随着西部大开发战略的实施，西部地区地质勘查投入比例逐年上升，中部地区比例不断缩小，东部地区一直保持投资低位。西部地区已成为中国地质勘查的主战场。如图 5 所示。

　　2 当前及今后一段时期钻探工程面临的困难和挑战

　　2. 1 矿产品价格暴跌，勘查市场不规范，导致矿山企业、金融资本投入下降

　　探矿权不像物产、地产那样价值清晰。一块探矿权，其下埋藏的矿产和找矿潜力，看不见、摸不着，其价值取决于一纸勘查报告的描述。过去几年，国内探矿权转让市场上，靠勘查造假获得暴利者并不鲜见，造成国内勘查市场混乱，令投资者吃尽苦头。国内矿产勘查投入已连续几年下滑，除矿业的周期性以及国家财政投入退出竞争性领域外，一个重要原因就是矿产勘查市场的诚信危机。有的矿产勘查投资者买了假矿床，或被假品位“忽悠”，血本无归。面对勘查市场乱像，勘查投资者望而却步。

　　2. 2 国家财政投资的地质勘查项目，岩心钻探工程将可能逐渐减少

　　在国家财政偏紧的大趋势下，中央财政资金虽未见减少，但是服务领域、对象的拓宽，不再投向商业性的矿产勘查的审计要求，使得公益性地质调查中的岩心钻探工程逐渐减少。在矿山企业矿产勘查投资、金融风险矿产勘查投资下降的叠加因素下，矿产勘查钻探工作量从 2013 年起，已连续 3 年下降， 2016 年估计还要继续下降。

　　2. 3 地质勘查及钻探工程“产能”过剩

　　近些年来，很多专家学者建言、呼吁，最常见的用语都是“矿产勘查亟待加强”。实际上与国外相比，我国的地勘队伍规模十分庞大。况且这支队伍要政策、要资金，不是以需要，而是以现有人数来制造任务，寻求满负荷运转，以至于抢了后人的生计，相互砸起了“饭碗”。时下的矿产勘查，也处于产能过剩的状态[4]。

　　我国地勘单位曾有八大部门，号称“百局千队百万大军”，加上目前的民营地勘企业，现有规模十分庞大。截至 2014 年底，全国共有具各类地质勘查资质的地勘单位 2574 家; 其中，有甲级资质的国有地勘单位 885 家; 具有地质钻( 坑) 探资质的 1344 家，以 2014 年地质勘查完成钻探工作量 2741 万 m 计算，平均每家具有钻( 坑) 探资质的单位大约仅有 2 万 m 钻探工作量，折合货币工作量只有 1 千多万元人民币。

　　在钻探工程施工领域产能过剩的同时，钻探装备制造和研发同样存在产能和产品过剩问题。

　　2. 4 环保理念下地质勘查和钻探工程空间趋于收缩

　　近年来，随着环保意识的增强和生态建设的深入推进，加强环境保护尤其是生态脆弱区环境的保护已成为国家和全社会关注的头等大事。目前，我国以“生态保护”为核心的各类自然保护区共建立了 2700 多个，保护面积超过了 150 万 km2 ，占国土面积的 15% 以上。自然保护区数量激增及面积扩大化的趋势，对地质勘查的工作范围和空间形成挤压，一些具有良好找矿前景的勘查区不得不中途而退。如青海省在青南地区设立的 3 个整装勘查区，尽管大部分区域与保护区并不重合，也有巨大的找矿潜力，但还是有 2 个勘查区因生态保护等多种原因而被迫退出[5]。这一问题对于生态环境脆弱、矿产资源丰富、地质工作程度相对较低的陕西、宁夏、甘肃、西藏、青海、新疆及黑龙江等省区感触更深，钻探工程所受影响最大。如青海省南有大的三江源自然保护区，北有横跨青海、甘肃两省的祁连山自然保护区，再加上其他几个保护区，使得青海省的地质工作范围被极度压缩[5]。

　　2. 5 找矿为主的地质岩心钻探深度变浅，导致地质钻探技术含量下降，门槛进一步降低

　　采矿业遭遇寒冬[6]，位于矿业链前端的矿产勘查受到极大影响，大力实施“深部找矿”，“开拓第二找矿空间”的建言渐渐被“拒绝呆矿”的呼声淹没。前几年，勘查深度明显过大，形成一批“呆矿”，占用了宝贵的勘查资金。如国内大规模立项勘查铁矿，增加储备，以期争得铁矿价格的谈判话语权，但深埋在 1 ～ 2 km 以深、含铁 30% 左右的“铁矿”，不管是大型、特大型，还是亚洲最大，也未能为铁矿价格谈判添上一枚小小的砝码。而这些并不能形成矿山产能的数字，却困惑了高层决策，误导了资源配置。河北省 2016 年提出一般不再布设 1000 m 以深的铁矿钻孔。钻孔深度的变浅，无论是对钻探设备和机具，还是对钻探工艺方法的技术性需求都会大大降低，钻探施工门槛进一步降低，能够承担钻探施工的队伍会更多，竞争环境更加严峻。同时钻孔变浅，会直接导致每米价格的降低，钻探施工队伍的盈利空间也被大大压缩。

　　2. 6 地质钻探工程队伍扩大服务领域面临新问题

　　地质钻探工程队伍伴随矿产勘查业至少已经历过两轮大周期调整。20 世纪 60 年代初，国家面临严重经济困难，无法支撑过大的地质队伍，地勘队伍撤并了一批，大批职工精简下放、退职甚至返乡务农。80 ～ 90 年代地勘队伍再陷困境，通过利用技术上的优势开展多种经营，扩大服务领域，谋求生存和发展之路。目前，如果地勘钻探单位再次从山区、野外重返城市，将面临更严峻的竞争环境。无论是非开挖铺管、建筑基础灌注桩，还是地铁、隧道、水工环等施工，这些行业的专业从业者，他们已经掌握了技术，拥有了雄厚的资金，并且对这个行业的市场、政策更加了解，地质钻探队伍无论是在技术上还是在资金和政策等方面已经没有优势，竞争力已远不如 20 世纪 80 ～ 90 年代时期。

　　3 “新常态”下地质钻探工程面临的机遇

　　虽然煤炭、铁矿石、石油等资源价格大幅下跌，但是资源需求并未大幅减少，仍处于高位。未来几年地质勘查岩心钻探工作量仍将有相当的规模。同时，钻探工程的应用领域将继续扩展，有些领域的钻探工作量还会增长，现有钻探技术还不能完全适应新的发展需求，发展机遇仍在。随着中国经济结构的自我调整优化、中国深化改革红利的不断释放，以及“一带一路”等重大战略的实施，预计矿业和能源行业会先后逐渐复苏，地质勘查行业将面对新的机遇。

　　3. 1 深部科学钻探是未来引领钻探技术发展，奠定地质钻探技术应有地位的重要平台

　　虽然深部找矿勘探将更趋于理性，但是“第二找矿空间”的探寻、深部地质科学问题的研究不会停滞，深部科学钻探仍是全球和中国地质科学家亟盼的重大工程。继中国大陆科学钻探工程[7]之后，汶川地震科学钻探[8]、庐江—枞阳矿集区科学钻探[9]、西藏罗布莎科学钻探[10]、于都—赣县矿集区科学钻探[11]、相山铀矿深部科学钻探[12]、松辽盆地科学钻探( 松科 1 井，松科 2 井) [13 - 14]、东南沿海 ( 漳州) 深部地热科学钻探[15]等重大深部科学钻探项目先后实施，有效促进了地质钻探技术的发展。

　　2015 年 6 月，中国地质调查局深部探测中心成立。随着地壳探测工程培育性启动计划———深部探测技术与实验研究专项的深入开展，以及地质调查事业的发展，钻探工程界正在为全面开展“入地”计划进行技术装备、运行机制、人才队伍和组织管理等各个方面的准备。作为深部探测技术与实验研究专项的内容，13000 m 科学超深井钻探技术方案的研究已经启动[16]。未来将面向国家能源资源和环境保护的重大需求，不断向深部进军，这无疑为钻探工程技术发展提供了良好平台。

　　3. 2 地热资源的开发利用，将是地质钻探的主要战场之一

　　我国地热能资源以中低温地热资源为主，储量大、分布广。浅层地热能资源量相当于 95 亿 t 标煤，年可利用量约 3. 5 亿 t 标煤; 常规地热能资源量相当于 8530 亿 t 标煤，年可利用量约 6. 4 亿 t 煤; 增强型地热能理论资源量相当于 860 万亿 t 标煤，约为 2013 年全国能源消费总量的 20 万倍[17]。2014 年 2 月，国家能源局强调要积极有序推进地热能开发利用。要求到 2015 年全国地热能供暖面积力争达到 5 亿 m2 ，地热发电装机容量达到 10 万 kW，地热能年利用量折合标煤 2000 万 t，到 2020 年，地热能开发利用量达到 5000 万 t 标煤，基本形成完善的地热能开发利用技术和产业体系。

　　2015 年，为应对全球气候变化开辟新途径，中国地质调查局全面完成了 336 个地级以上城市的浅层地温能评价调查; 在西藏措美古堆地区钻获 205 ℃的高温地热; 我国干热岩钻探深井施工也超过了 3000 m[18]。目前，全国经正式勘查并经国土资源储量行政主管部门审批的地热田有 100 多处，年可开发地热水资源总量 68 亿 m3 。全国地热可采储量，是已探明煤炭可采储量的 2. 5 倍，其中距地表 2000 m 以内储藏的地热能为 2500 亿 t 标煤。

　　地热资源的开发利用离不开钻探技术，地热钻探是地质钻探的重要组成部分，30 多年来的实践积累了丰富经验[19 - 20]。同时，相对于石油勘探，地热能的钻探难度和风险相对较低，又具有行业归口管理优势，应将中低温深部地热资源、干热岩资源、浅层地温能的开发利用纳入我们的视野和业务范畴。

　　3. 3 海洋地质钻探风生水起，前景广阔

　　国家“十二五”规划纲要提出了“坚持陆海统筹，制定和实施海洋发展战略，提高海洋开发、控制、综合管理能力”战略，吹响了我国从海洋大国向海洋强国进军的号角。

　　海洋地质钻探方面，2007 年，由中国地质调查局勘探技术研究所开发的水力反循环取样钻探技术在广州海洋地质调查局主持的海南感城海域锆钛砂矿资源调查中应用取得成功之后，海洋地质钻探有了长足进步。2014 年，由中国地质调查局北京探矿工程研究所研制的 TK 系列取样器具在南海北部陆坡 1720 m 超深水海域完成了钻探取样工作，标志着我国已具备海洋超深水钻探取样作业能力，使我国跻身国际上少数几个可进行深海资源勘探开发的国家之列[21]。2015 年 12 月，由山东省第三地质矿产勘查院实施的莱州三山岛北部海域金矿床详查项目顺利结束，探获中国首个超大型海上金矿。多数钻孔设计在海域，水深 5 ～ 10 m，最深达 15 m，最大钻孔深度达 1973. 46 m，探明金矿资源量 470. 47 t [22]。近年来，广州海洋地质调查局、青岛海洋地质调查研究所等机构亦在沿海地区开展近岸海洋地质环境和地质灾害调查项目，在海上布置了一定数量的地质岩心钻探工程。

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　　国家重大专项“大型油气田及煤层气开发”研制了具有自主知识产权的深水工程钻探船、深水工程钻机、深水取样器及深水自动探测器，可进行地质钻探、工程勘察、矿产勘探、天然气水合物等调查研究[23]。2015 年，由我国自主研发的海底 60 m 多用途钻机在南海 3109 m 海底海试成功。该钻机质量仅为 8. 3 t，可在几千米海底下遥控作业。海底钻机研制成功，进一步拓展了钻探工程作业空间。

　　近日公布的“十三五”规划纲要中提出 100 项重大工程，其中第 26 项是“发展深海探测、大洋钻探、海底资源开发利用、海上作业保障等装备和系统。推动深海空间站、大型浮式结构物开发和工程化”; 第 60 项是“推动致密油、油砂、深海石油勘探开发和油页岩综合开发利用”。此外，《中华人民共和国深海海底区域资源勘探开发法》已通过审议，将于 2016 年 5 月 1 日起正式实施。国家海洋强国战略的实施，为钻探技术开辟了一片新天地。中国地质调查局拟以天然气水合物的勘探和试采为主攻方向，兼顾全海域的大洋科学钻探，开展大型钻探船的研制，这对地质钻探来说是一个极有前景的全新领域。

　　3. 4 地质灾害监测与防治工程快速增长，钻探技术服务民生再立新功

　　我国是地质灾害频发国家，每年因地质灾害造成的人员伤亡和财产损失十分巨大。国土资源部作为地质灾害治理行业的中央监管机构，目前已制定多项相关法律法规，完善灾害治理资质评估机制，加强地质灾害治理行业监管力度。根据《2014 中国国土资源公报》[24]，2014 年全国共发生各类地质灾害 10907 起，其中滑坡 8128 起、崩塌 1872 起、泥石流 543 起、地面塌陷 302 起、地裂缝 51 起、地面沉降 11 起。造成 349 人死亡、51 人失踪、218 人受伤，直接经济损失 54. 1 亿元。2015 年全国共发生地质灾害 8224 起，与 2014 年相比，地质灾害发生数量、造成死亡失踪人数和直接经济损失分别减少 24. 6% 、 28. 3% 和 54. 0% 。此外，2015 年全国共成功预报地质灾害 452 起，避免人员伤亡 20465 人，避免直接经济损失 5 亿元。

　　鉴于我国地质灾害频发情况，政府对地质灾害治理的关注不断提升，投资不断增多。国家统计局数据显示，我国地质灾害防治投资规模从 2004 年的 17. 52 亿元增长到 2013 年的 123. 54 亿元，年均复合增长率达到 21. 57% ; 地质灾害防治项目个数由 2247 个 增 长 到 36984 个，年均复合增长率为 32. 32% 。行业专家估计，未来一段时间地质灾害治理行业规模依然会处于扩张阶段。

　　中国地质调查局探矿工艺研究所，从一个主要从事钻探技术研究的研究所，转而从事地质灾害治理、地质灾害监测技术的研究，并直接参加了三峡链子崖危岩体治理、三峡水利枢纽工程船闸锚固等 11 项重点工程，实现了从地质钻探领域全面向地质灾害防治技术领域进军的华丽转身[25]。地质灾害防治离不开钻探技术，全国快速增长的地质灾害防治工程，为地质钻探技术提供了广阔的“用武之地”。

　　3. 5 我国首次大口径钻孔救生成功，矿山救援中钻探技术优势突显

　　2016 年 1 月 29 日，在山东平邑石膏矿坍塌事故中被困井下的 4 名矿工，通过大直径救援钻孔成功获救。这是我国首次大口径钻孔救生成功，也是世界第三例成功案例。——论文作者：王 达1，2，3 ，李 艺2，4 ，周红军2，4 ，刘跃进5，6 ，张林霞3，4 ，孙建华4

文章名称：我国地质钻探现状和发展前景分析

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