资源、环境和可持续发展问题是关系到人类社会生存和发展的重大问题。矿产资源的种类及其可开采储量直接影响我国工业现代化进程和建设和谐社会的步伐。人类为满足自身的消费和发展,对资源、能源的过度开采和低效利用,在并不遥远的将来,将导致资源和能源枯竭的局面,并将对人类生存和社会进步提出前所未有的重大挑战。有数据表明地球500m以浅的已探明资源储量将很快失去保障人类社会需求的能力,因而急需发现接替资源以缓解资源供应紧缺的状况,未来的地质矿产资源测探和钻探工程将必然向赋存于地下更深以及地质条件复杂地层等难度更大的矿藏区域发起挑战。近年来,我国开始实施深部找矿和外围找矿计划,加大矿产资源的勘查力度和范围,向深度更大、难度更高的地区勘探。展开深部找矿的必要条件是通过地质研究,确立成矿规律、矿体的埋藏深度和形态目标,深部找矿的基本途径是获取深部矿化信息、确定矿体的形态和深度。通过成矿系统分析综合探测、地质填图,查明成矿系统分布,优选深部成矿靶区进行勘查钻探验证。国土资源部“深部探测技术与实验研究专项(Sinoprobe)”是“地壳探测工程”的培育性项目。该专项的核心任务之一,是在不同自然景观、复杂矿集区、含油气盆地深层、重大地质灾害区等关键地带进行实验、示范,形成若干深部探测实验基地。其中吉林大学承担的“深部探测关键仪器装备野外实验与示范(Sinoprobe-09-06)”项目的主要任务是在辽宁兴城建立深部探测实验基地,以满足自主研发的深部探测仪器与装备野外实验与测试的需要。在深部探测实验基地选取杨家杖子矿集区实施深孔钻探的目的有2个,一是通过深孔钻探,揭示研究区地层的物质组成、结构与构造属性,以验证野外综合地质研究和地球物理探测研究成果,进而对各种探测仪器的可靠性进行评价;二是通过钻取的岩心,进一步研究实验区的成矿规律,为深部找矿提供理论依据。鉴于“深部探测关键仪器装备野外实验与示范”项目需要通过实施深孔钻探工程,获取实验区深部地层的实际地质资料,用以评价探测仪器装备野外实验测试和深探仪器稳定性、适应性和可靠性。为此,需要对深部钻探施工技术进行详尽、细致的研究,为深部探测计划提供理论基础和技术保障。本文依托国土资源部“深部探测技术与实验研究专项”之“深部探测关键仪器装备野外试验与示范”项目,针对在辽宁兴城深部探测实验基地实施的若干个深孔钻探工程中的首井JK-1井钻探施工中遇到的实际问题,系统分析了深部钻探施工中的技术难点,进一步研究了深部探测实验区的地层特点与钻探施工技术间的关系。本文的研究方法采用理论分析、试验研究与现场施工三部分相结合的方法,取得的技术成果将为实验区后续钻探工程的顺利实施提供可靠和有效的技术保障,同时对实验区类似地层深度为1800m深部钻探有一定的借鉴和指导作用。本文主要研究了JK-1井钻探工程的钻孔结构设计、钻探设备和钻具组合优选、钻进工艺方法和规程参数优选、防塌钻井液设计,并对仿生耦合钻头进行现场井下对比实验研究。通过本文的研究,提出了一整套完善钻探工程设计和施工技术方案,实践证明采用该技术方案可以优质地完成实验区内的深孔钻探工程施工任务,同时也将为深部探测实验基地后续孔深为1500~1800m的深孔钻探工程提供技术参考和指导。通过对JK-1井深孔钻探技术进行的详尽、细致的研究,取得的主要结论如下:1.钻探研究成果证明了大地电磁测量探测到的低阻异常区的存在。通过分析钻采的岩心表明,该低阻异常区为金属矿化带,证实了大地电磁测量地质反演结果解释的正确性;2.从钻遇碳质泥岩地层以及钻井液现场应用问题出发,通过分析钻孔孔壁失稳原因,设计出2种钻井液配方,即无固相钻井液和低固相钻井液。通过实验测定其各自的性能参数,在实验室对比其流变性以及防塌护壁性能并进行选优,并通过现场实际应用及井径测量数据,得出无固相钻井液较低固相钻井液针对实验区碳质泥岩地层的防塌性能突出,并取得了良好的护壁效果,能够满足钻进实验区碳质泥岩地层时维护孔壁稳定的要求。3.将仿生孕镶金刚石钻头成功应用于JK-1井深孔钻探工程中。在相同地层和相同钻进规程参数条件下,对比2种不同胎体配方的长寿命仿生钻头与普通孕镶金刚石钻头下井实验,虽然仿生钻头的寿命较普通钻头下降35.5%,但其破岩速度较对照钻头提高32.7%,下井实验的长寿命仿生金刚石钻头的破碎岩石速度较对照钻头有明显提高,为今后进一步提高钻头的总体质量和技术经济效果提供了宝贵的实验数据。