3.2　钻探勘查

使用表面钻探工具的原因多种多样，例如查明矿床的性质，矿床离地面的深度、厚度、倾角和走向，或为获得诸如石油之类的液态矿物。在现在讨论的这个时期里，主要使用3种钻探方法，分别是：（a）通过旋转，（b）通过钻杆冲击，（c）通过绳索冲击。

对于软岩石，诸如黏土、软页岩、砂土和砂等，要使用与人们熟悉的木工工具相似的开口螺旋钻头来钻探。把螺旋钻固定在一根木杆或铁杆上，并装上一只用手转动的绞盘头。随着钻孔越来越深，则要接上越来越多的钻杆，直至达到所需深度或人力所能及的限度为止。这种手工钻孔的深度很少超过200英尺，更深的钻探则使用马匹来旋转钻头，而这些马匹后来又为机器所取代。在孔的上方竖着一只木三脚架，并用一只手工操作的小绞盘来升降钻杆。

在19世纪中叶，勘查中使用的旋转钻孔法有了很大改进，那就是使用工业钻石或聚晶金刚石作为开掘工具。这不仅增加了钻探速度、减少了钻探成本，而且对穿透的所有岩石提供了完整的样本。钻杆包括一串空心管，下端安装了一只镶有钻石的软金属环。使这只金属环旋转，就能将它通过的岩石切出一个圆柱体。这一圆柱体被紧紧地嵌在另一只被称为岩芯筒的空心管内，经过适当的时间间隔就把它提到地面并卸下检测。用这种方法可以获得一个穿过岩石的完整的目测记录，而该记录可以被保留下来供进一步检验。在早期，勘查地开掘工具只使用少数几个重几克拉的钻石，但由于其成本高昂而且难以找到不带明显裂纹的钻石，于是就采用了更为现代的钻石“冠”。这些钻石冠由许多嵌在一块铸造金属基体内的小钻石或金刚石复合片组成。另一方面，特别是在不需要精确记录的场合，则使用三只由硬度极高的钢制成的锯齿形锥轮把岩石碎成粉末。这种粉末是靠从空心杆内流下，围绕着切割和粉碎用的轮子，再沿杆外侧向上的连续水流把它冲刷出来，与它一起被带上来的还有粉尘和砂。

在18世纪，用于勘查矿物的钻孔也曾借助一些装在铁杆或木杆上的凿子凿出，操作时先将装有凿子的钻杆升高，然后使之垂直落下，钻杆则要在两次冲击之间略加转动，以保证能平衡作业。钻孔里要灌满水，并要不时排出混有岩屑的软浆。这种方法的速度非常缓慢。(https://www.daowen.com)

用绳索冲击是最早的钻孔方式之一，早在1000多年前中国人就曾用过这种方法，为的是把岩盐溶解成盐水而不断地向下打许多钻孔。除了凿子是用绳索提升和下落之外，它与用钻杆冲击钻探非常相似。但是，这种方法在欧洲和美国用得不多，直到19世纪才在美国得到很大改进，用来打出石油和天然气，因此它的通用名字就叫“美式钻架”（图32）。

图32　用绳索冲击钻探的“美式钻架”。

高高的井架使整个一串钻探工具能从钻孔拔出，而不致拆散。此钻架的动力由一台15马力蒸汽机提供。