资源量估算的边界分析与矿化体圈定.pdf

1、第 卷 第 期 年 月地质与勘探 .收稿日期改回日期责任编辑吴 磊基金项目国外矿产资源风险勘查专项资金项目(编号:)和中铁资源集团有限公司科技项目(编号:重点 和重点)联合资助第一作者高帮飞(年)男 年毕业于中国地质大学(北京)获博士学位高级工程师长期从事区域成矿学研究和矿产勘查评价工作:.资源量估算的边界分析与矿化体圈定高帮飞(.中铁资源集团有限公司北京.矿业股份有限公司刚果科卢维齐)摘 要资源量估算总是在特定的估算域中进行其边界条件对估值结果有着显著的影响 传统方法采取用工业指标来圈定矿体并进行资源量估算的硬边界条件过于强调了矿床的经济性而对矿床的地质和地质统计学规律重视不够 本文介绍了国

2、际上流行的资源量估算域的相关概念及边界分析方法并通过实际案例来探讨其在资源量估算中的应用在此基础上提出了利用三维软件进行矿(化)体圈定的基本原则 实践表明利用软边界约束或圈定矿化体进行品位估计可能更符合勘查阶段资源量估算的要求进而降低估算域边界的不确定性带来的估值风险关键词 硬边界 软边界 边界分析 估算域 资源量估算中图分类号 文献标识码 文章编号().():.引言资源储量估算是矿山设计和开发的基础(.)勘查阶段资源量估算的主要任务是基于对矿床的地质认识以及勘查工程的样品信息对矿床的吨位和品位做总体估计 随着计算机科学的发展以及中国矿业的国际化利用三维矿业软件进行地质建模和资源量估算已逐渐成

3、为国内勘查行业的主流方法(侯景儒等孙玉建等沈阳等 .黄国有等高乐等余璨等周洁等)同时利用现代矿业软件进行估值也在勘查类型划分、工业指标确定、矿体圈连原则、特异值处理等方面受到传统地质勘查规范的挑战(尹镇南)其中与矿体圈连有关的一个基本问题就是选择用哪些数据来参与资源量估算 传统方法主要根据给定的工业指标来圈定矿体并利用矿体内的数据进行估值 这种硬边界()的处理方式的问题在于较高的边界品位()圈矿往往破坏了地质数据的空间相关性增强了矿体内的高品位矿化的连续性()并可能导致高品位矿石的吨位和品位的高估(.)尤其是当勘查工程控制程度不足的情况下容易引起资源量估算的偏差给后期矿山开发运营带来巨大风险(

4、高帮飞)实践表明地质边界或矿石/废石边界为软边界()的情形更为多见如斑岩型矿床和大部分热液矿床都属于这种类型 软边界条件考虑了矿体边界之外一定范围内的样品点其估值效果也比硬边界更好(.)因此在制定资源量估算方案之前有针对性地开展估算域()的边界分析()并评价边界条件对品位估计的影响十分必要 然而目前国内地勘行业对这一问题的讨论鲜有报道 本文在介绍国外估算域划分及其边界分析方法的基础上通过实际案例讨论了资源量估算的边界条件对估值的影响并提出利用三维矿业软件进行矿(化)体圈定的基本原则 估算域的划分金属矿床的形成往往经历了多期次成矿作用其矿化的空间分布也常受多种地质因素控制因而Copyright博

5、看网 .All Rights Reserved.地质与勘探 年矿床的不同部位可能存在完全不同的地质特征、不同的物理和统计上的连续性(.)因此矿床的资源量估算需要根据这些地质控制因素或者品位空间分布差异划分出估算域(即国内规范所谓的“矿体”图)估算域可以是根据某种地质 因 素 或 变 量 确 定 的 地 质 域()也可以是依据给定的边界品位而圈定的品位域()或者是二者的综合地质域主要受单一地质变量控制比如岩性、蚀变矿物组成、氧化率、结构构造等 以国内规范为例常见的地质域主要包括根据不同围岩性质(图)、不同氧化特征(图)以及不同资源量类型(图)而圈定的矿体 地质域的确定依赖于地质工程师对矿床成因和

6、控矿因素的主观解译存在多种可能性(.)品位域的划分按照国内惯例则是在地质分析基础上利用给定的经济边界品位作为划分矿石和废石的标准进一步根据工业品位划分出低品位矿体和工业矿体(图)图 估算域与地质域和品位域关系示意图.资源量估算域划分的基本原则是保持域内品位数据在地质和统计规律上的一致性(.)勘查规范总则(国土资源部)要求“应按矿体、块段、矿产资源储量类型、能分采的矿石类型、品级及不同工业用途分别估算矿产资源储量”如在图、中按照规范要求必须细分出氧化矿硫化矿及、以及工业矿低品位矿等不同的估算域这充分体现了传统资源量估算域对样品数据地质上和经济上的一致性要求但不足之处是缺少对数据空间相关性等地质统

7、计学特征的考虑 在运用三维矿业软件估值时样品数据还需要满足在估计邻域内(搜索椭球范围)空间结构上的一致性 因此当断裂、褶皱、接触带等构造作用引起矿化带产状变化时必须重新划分估算域而国内规范在这一点上并没有做出明确要求 以 斑岩型 矿床的估算域划分为例(图)主 矿化带产于斑岩外接触带并呈环状分布其控矿地质因素单一实际建模过程中根据矿化带中网脉状矿化的走向不同划分出 个估算域各个域的变异函数特征存在明显差异反映了 品位在 个估算域内有不同的空间连续性对某一矿床进行资源量估算时估算域并非划分得越多越好 定义过多的估算域有时无法保证每个估算域内都有足够的样品数据来进行统计分析以及支撑稳健的插值(.)如

8、果某一地质因素的控矿作用不强地质变量分布在空间上变化不大或者呈现明显的渐变过渡关系那么就可以考虑与相邻的地质域合并 估算域的边界类型估算域的边界类型用边界两侧的品位变化特征Copyright博看网 .All Rights Reserved.第 期高帮飞:资源量估算的边界分析与矿化体圈定图 斑岩型 矿床的估算域划分(据 .).(.)角闪石黑云母长石斑岩 火山岩铜矿化带网脉发育的主要方向变异函数模型 来定义()可分为硬边界和软边界两大类(图)硬边界内外的品位存在突变(图)往往是矿化受特定层位或岩性控制导致矿化在接触面附近变化截然比如煤层等沉积矿床、没有被蚀变的石英脉型金矿角砾岩型矿床、块状硫化物矿

9、床等 硬边界条件下资源量估算仅用边界内(域内)的数据(图)地质块段法、平行剖面法、影响多边形法等传统估算方法都把地质单元间的边界当做硬边界来处理软边界附近的品位是渐变的(图)大部分矿化作用或者控矿因素都属于这种类型尤其是受构造、蚀变、网脉状作用控制的矿床从矿体到围岩的品位变化往往呈渐变过渡特征 比如斑岩型矿化、大部分热液矿床、氧化作用等 软边界条件下可以利用相邻域内的品位数据进行估值(图)硬边界由于只采用估算域内的点容易造成品位高估同时由于圈定的估算域范围较小可能会导致边界外零星矿石损失()相反软边界可能会圈入废石而引起矿石体积增加和贫化(.)采用硬边界还是扩大的软边界进行资源量估算取决于具体

10、研究对象的边界条件图 理论硬边界和软边界的剖面品位变化(据 .).(.)理论软边界边界范围较宽从域内到域外品位呈宽缓渐变特征域内或域外靠近边界的品位数据呈现明显的降低或升高理论硬边界边界狭窄边界内外品位变化截然域内或域外靠近边界的品位数据均没有明显的变化 边界分析方法边界分析帮助决定给定单元的品位估算是否与相邻的单元合并(.)硬边界和软边界的判断通常来自地质认识即某一矿床是否存在明显的地质因素控制或者矿/岩有着截然的物理边界但仍需要开展统计分析(.)()较为系统地介绍了边界分析的方法和步骤(图)突变的硬边界或者渐变的软边界类型可以从穿过接触带的品位分布剖面计算得来其基本步骤为:在确定边界品位之

11、前进行地质分析和品位分布研究识别每个钻孔的边界(图)采用最优算法对边界附近钻孔品位Copyright博看网 .All Rights Reserved.地质与勘探 年图 硬边界和软边界条件对估值的影响示意图.硬边界条件对待估点的品位估计仅利用边界内的样品数据软边界条件待估点的估值利用了搜索椭球内的所有已知数据点而不考虑这些点是在边界内部还是外部估算域边界估算域内样品点估算域外样品点参与估算样品点待估 点搜索椭球 组合组合样根据与边界的相对位置进行分组、编号通过样长加权平均计算平均品位用估计的平均品位与离边界的距离作图(图)根据边界分析图判断边界所属类型图示矿体边界为典型的硬边界硬边界以矿化品位的

12、突然变化为特征可以在很短距离甚至是几厘米的距离内从无矿达到矿石品位 但有时边界附近的品位突变或渐变从一个剖面或几个钻孔很难判断出来同一矿体也可能同时出现两种边界类型(.)因此边界分析结果是统计意义上的 此外样品对到边界的距离尽量是垂直距离否则会产生一定的偏差(.)应用实例.数据特征实例是刚果(金)某氧化铜钴矿床 区域上原生硫化矿体的产出严格受特定层位控制但矿床经历了强烈的氧化淋滤富集作用后矿体的层控作用减弱而明显受构造控制 该矿床的矿体和围岩界图 边界分析方法(据).()通过给定的边界品位识别出每个钻孔的估算域边界对边界附近工程数据进行等长组合、按顺序编号并重新计算品位计算相对边界的各样品序号

13、的平均品位并统计估算平均品位所用的样品个数作出离边界一定距离样品平均品位的剖面图钻孔见矿品位段低品位矿化废石 限清晰整体呈断层接触(图)后期断裂作用导致矿体局部产状发生明显变化为了保持地质和地质统计学上的一致性本文选取矿体中的一个矿段研究在矿段内矿体的产状趋于一致走向近东西向倾向南倾角在 不等矿段内勘查工程间距为 样品按照 等 长 组 合 后 的 数 据 共 个 以 、.和 作为边界按自然变化趋势分别Copyright博看网 .All Rights Reserved.第 期高帮飞:资源量估算的边界分析与矿化体圈定圈定线框().、.和(图)其中为给定的经济边界品位 是用分形方法确定的矿化下限值.

14、是研究区的最低品位 因此.可以视为矿化域与背景域的边界可以看做矿化体与经济矿体的边界 不同边界品位圈定的线框内的品位统计特征见图 可以看出随着圈矿品位的升高品位域内的样品均值、方差逐渐增大而偏度逐渐减小.边界分析利用 等长组合数据对品位域 和.的边界进行分析结果见图 时(图)边界附近品位数据存在显著差异边界外品位均小于.边界内 范围内平均品图 矿体与围岩的截然边界.图 样品数据分布及品位域划分.所研究矿段内勘查工程及等长组合品位数据剖面不同线框内的品位分布特征 剖面不同线框内的品位分布特征 Copyright博看网 .All Rights Reserved.地质与勘探 年图 不同品位域的数据统

15、计特征.图 和.估算域边界分析.位在.左右靠近边界的品位为.没有明显的降低为硬边界特征 .时(图)边界外品位均小于.边界内从远离边界到靠近边界品位存在明显降低趋势显示出软边界特征.估值本文设计了两个试验来分析不同边界条件下和 .两个估算域内的品位估计差异(表)在研究区变异函数分析基础上设置 估算的基本参数如下:块大小 次分块大小.搜索半径 方位角 倾伏角 倾角 方位角因子 倾角因子.厚度因子.估算结果及资源量报告见图 和表 表 估值试验设计 代码估算域(线框)所用数据边界处理方式资源量报告范围试验 硬边界.软边界试验.硬边界.软边界.可以看出硬边界条件下高品位矿化连续性相对较好、分布范围较广(

16、图、)而软边界条件下(图、)估算域内部中低品位的连续性更好且品位等值线的产状与真实矿化产状更为接近(倾角)在估算域的边部由于软边界条件使用了估算域之外的数据且大部分都是低品位数据因此靠近边界的矿块品位比相应的硬边界条件下要低很多越向中心部位这种影响越小 边界Copyright博看网 .All Rights Reserved.第 期高帮飞:资源量估算的边界分析与矿化体圈定条件对估值结果的影响程度可以从吨位品位曲线上清楚的看出来(图)试验 的硬边界和软边界两种不同情形(图)在相同 条件下软边界的吨位比硬边界最多低出 左右而软边界条件下的平均品位在低品位段明显比硬边界条件的低但当 以后二者平均品位趋

17、于一致在中高品位范围内两种边界条件下平均品位分布的结构是一致的只是软边界相应的体积和吨位比硬边界要小 试验 表现出相类似的规律(图)但吨位的差异减小不同边界类型的平均品位趋于一致时的 相对更低些(在 左右)图 资源量估算矿块剖面.Copyright博看网 .All Rights Reserved.地质与勘探 年图 硬边界和软边界条件下的吨位品位曲线对比.对资源量估算的启示.圈定矿化体作为资源量的估算域资源量的估算域的确定主要考虑地质控矿因素以及品位域的边界条件 如果拟估算的地质域或品位域存在明显的地质作用控制矿/岩边界截然直接采用硬边界条件进行估值 但如果地质控矿作用不明显或品位分布在域边界附

18、近呈现渐变过渡特征那么可以考虑将这些地质域或品位域合并形成一个更大的估算域进行资源量估算 这种情况下如果采用传统的经济边界品位来圈定估算域是十分危险的(.)本文和前人的研究都表明提高圈矿品位并且使用硬边界条件增强了矿体内高品位矿化的连续性()可能导致高品位矿石的吨位和品位的高估(.)国际上一种常见的做法是利用低于经济边界的矿化品位或者用矿床“自然”的 来圈定估算域(.)最终用经济的边界品位进行资源量报告 例如 .()在估算加拿大 金矿床资源量时采用./的矿化品位来圈定金矿化体并开展地质统计学分析和资源量估算而该矿床的经济边界品位为./这一品位被用于资源量报告(图)圈定矿化体进行资源量估算也是国

19、际上、报告()以及国内设计院进行项目可行性研究时的常用方法然而对于选择性开采的矿床而言用低于经济边界品位的 来圈定估算域可能会导致大量靠近工业矿石的低品位矿化在估值后成为贫化的图 金矿资源储量估算结果(据 .).(.)“矿石”()表 列出了时某铜钴矿床的矿块资源量报告 .()比 ()的估算矿石量从 万吨上升到 万吨平均品位则从.降到了.然而这些新增的贫化“矿石”实际中可能并不存在 矿山生产过程中将 作为矿/岩界线这与边界分析的判断 品位在 附近存在突变相吻合 该铜钴矿床的实际采场出矿品位为.(图)硬边界条件()下估计的平均品位.与之十分接近 这暗示了利用矿化域进行估值可能导致矿石量的高估和品位

20、的低估不过对比表 中不同条件下 的线框内的品位估计结果(、和)可以看出经济边界品位圈矿、硬边界条件()其矿石量最大、品位最高(表)而经济边界品位圈矿、软边界条件()以及矿化品位圈矿的硬边界和软边界条件(和)品位估值结果明显要低且随着估值所采用的低品位数据增多矿石量和品位估算结果均Copyright博看网 .All Rights Reserved.第 期高帮飞:资源量估算的边界分析与矿化体圈定表 矿块资源量估算结果报告()()累计体积()累计吨位()平均品位()累计金属量().呈一定的下降趋势 此外尽管 、和 的估值边界条件差异较大但 种方法的吨位和品位估计结果十分接近这表明采用软边界估值与圈定

21、矿化体估值的效果相当 因而在勘查工作早期阶段工程数量不多无法进行系统的边界分析来判断待估域边界类型的情况下使用矿化品位圈定估算域是合适的.夹石的处理夹石是估算域内部低于给定经济边界品位的部分 国内规范规定超过了特定厚度的夹石要圈定出来从估算域(矿体)中剔除 单独圈定夹石意味着将估算域内部的矿/岩边界当做硬边界来处理由于夹石的厚度一般有限无法进行有效的边界分析 本文案例中将其当做软边界来处理即夹石部分已知品位数据也参与了估值 结果表明软边界估值条件下夹石的范围在扩大品位明显降低(图)孙玉建()的研究也认为已经圈入矿化域的低品位样品成为矿化域的一个组成部分这部分样品值给整体品位变异性带来的影响是客

22、观存在的人为地去除低品位样品而使得估计结果趋向于“理想的高品位”是危险的 国际上的通行做法也是不做夹石处理().估算域圈定的基本原则基于上述分析本文提出利用三维矿业软件进行矿(化)体圈定的 条基本原则()先地质域后品位域这与勘查规范(国土资源部)提出的圈矿思路基本一致即“资源储量估算必须在充分综合研究矿床地质条件、控矿因素的基础上严格按工业指标正确圈定矿体的前提下进行”首先根据矿床的地质规律以及特定的采矿或冶金需求圈定不同的地质域 在此基础上进行地质域的边界分析和域内样品数据的地质统计分析如果相邻地质域的地质和地质统计学信息存在明显差异即硬边界情形此时应对不同地质域分别进行估值如果地质域的边界

23、类型为软边界那么合并地质域形成新的估算域 然后再考虑分别用矿化品位和经济边界品位分别圈定品位域即矿化域和矿体域 同样对域的边界进行分析如果矿体域的边界类型为硬边界则直接用矿体内数据进行估值反之可以考虑用矿化域进行估值()先软边界后硬边界地质边界具有不确定性(.)如果钻孔工程间距足够小那么圈定的地质域边界也会相应较为准确相反如果地质域的边界形态具有很大的不确定性将会对地质域内的品位估值产生较大的影响()如果有足够的样品信息可以通过指示概率()或条件模拟(.)方法来确定边界形态 然而在勘查工作早期施工探矿工程较少地质认识尚不充分有限工程条件下无法进行边界条件的统计分析或者条件模拟 这种情况下可以直

24、接采用所有勘查数据或矿化样品数据即相当于软边界的条件进行估值最大程度地保持估算域内品位分布连续性降低估算域边界不确定性带来的风险 勘查工作后期详查甚至勘探阶段大量的钻探工程揭露的地质信息丰富可以根据给定的工业指标在边界分析基础上考虑是否采用硬边界条件来估算资源量()“硬边界”软约束尽管采用软边界条件或者圈定矿化体来进行品位估计相比传统硬边界的处理方式可以最大程度地呈现出矿化分布的空间连续性避免遗漏矿体、品位高估以及降低资源量估算过于乐观的风险等优点但同时也会带来一些新的问题 比如用矿化域估值可能会引起低值高估增加很多实际不存在的矿石量同时拉低矿体部分的平均品位(Copyright博看网 .Al

25、l Rights Reserved.地质与勘探 年)此外不同地质工程师用不同的方法会圈定出不同的矿化体相应的矿石吨位和品位也会存在较大差异由于勘查报告评审及矿山设计关注的是具有经济价值的矿体部分的资源量 因此可以通过上述先圈定矿化体进行品位估计再利用经济边界品位报告资源储量的方法获得()也可以通过用矿化的品位数据对“矿体”进行品位估计并直接对“矿体”进行资源量报告的方式进行()从案例来看两种方法估计的平均品位相当但后者与圈定的矿体()的体积更为接近 因此采用经济边界品位圈矿并用扩大的矿化品位数据估值的“硬边界”、软约束方式或许可以减少由于采用硬边界条件或矿化域估值引起的条件偏差 结语国内地勘行

26、业正处于改造旧规范、打造新秩序的关键时期 随着国际化程度的提高国内大批地勘队伍走出国门开展勘查工作如何使得提交的最终成果符合国际惯例是必须面对的问题 国内传统资源量估算是在给定工业指标情况下进行的过于强调了矿床的经济性而对矿床的地质和地质统计规律重视不够 本文介绍了国际上流行的资源量估算域的相关概念、边界分析方法以及探讨其在资源量估算中的应用旨在阐明资源量估算的边界条件对品位估值的重要影响 增强对矿床地质规律认识、加密勘查工程间距以及开展边界分析与模拟可以降低估算域边界的不确定性对估计结果的影响大量实践表明利用软边界约束或者圈定矿化体进行资源量估算可以大大降低矿山收购以及后期设计开发的风险 当

27、然除了边界条件外影响资源量估算结果可靠性的因素还很多尚需要更广泛、深层次的研究和讨论 本文算是抛砖引玉期望同行们批评指正共同推进我国的资源储量评价工作上一个新台阶 .:.():.:.(.).:.:.(.).:.:.():.:.:.():().:.():()/.:().(.).:.(.).:.():()./.():().():().:.:.:.():.:.:.:Copyright博看网 .All Rights Reserved.第 期高帮飞:资源量估算的边界分析与矿化体圈定:.():().:.:.():.:.():.(.).:.:.:.():().:().():.:.(.).:.:().():(

28、).():.():()附中文参考文献高帮飞.合理勘查工程间距导致资源储量估算偏差的原因分析.中国矿业():高 乐刘奇缘徐述腾杨瞳虞鹏鹏周永章.矿床三维地质建模及储量估算 以丰村铅锌矿径口矿段为例.地质与勘探():侯景儒黄兢先.地质统计学在德兴铜矿储量计算中的应用.地质与勘探():侯景儒黄兢先.地质统计学在固体矿产资源/储量分类中的应用.地质与勘探():黄国有 卢光辉 林最近 苟晓利.地质统计学在桂中三水铝矿床勘查评价中的应用.地质与勘探():沈 阳张作伦高帮飞吴昱诚.软件在某铅锌矿床三维建模及资源量估算中的应用 .中国矿业 ():孙玉建孟 伟万 会.矿产资源储量估算中工程控制程度划分的探索.地质与勘探():孙玉建.地质统计学在固体矿产资源评价中的若干问题研究.北京:中国地质大学(北京):尹镇南.地质统计学基本理论与方法应用.北京:地质出版社:余 璨李 峰曾庆田肖术安张达兵.基于 软件的易门铜厂矿床 品位分布规律研究.地质与勘探():周 洁王根厚崔玉良张莉.基于 的阳山金矿安坝矿段三维建模研究及矿体形态分析地质与勘探():/.固体矿产地质勘查规范总则.北京:国土资源部:(.):.:Copyright博看网 .All Rights Reserved.