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基于三维环境下资源量估算及分级方法研究
2011-05-15
分析了传统断面平均法矿量估算存在的优缺点,指出了利用三维矿业软件进行矿量估算的必要性。研究了三维地质矿量估算理论和基于块段模型及搜索椭球体的工程控制程度划分方法,并将该方法成功应用于某铜矿资源储量估值中。应用研究证明了利用该方法进行资源储量估算和分级的正确性和可行性。
SerialNo.505 May.2011 现ꢀ代ꢀ矿ꢀ业 总 第 505期 MODERNMINING 2011年 5月第 5期 · 采选工程· 基于三维环境下资源量估算及分级方法研究 汪ꢀ朝ꢀ王李管ꢀ刘晓明ꢀ寇向宇 (中南大学) ꢀ ꢀ摘ꢀ要:分析了传统断面平均法矿量估算存在的优缺点,指出了利用三维矿业软件进行矿量估 算的必要性。研究了三维地质矿量估算理论和基于块段模型及搜索椭球体的工程控制程度划分方 法,并将该方法成功应用于某铜矿资源储量估值中。应用研究证明了利用该方法进行资源储量估 算和分级的正确性和可行性。 关键词:资源储量估算;地质统计学;搜索椭球体;工程控制程度 ResearchonResourceReserveEstimationandClassificationMethodsunder3DEnvironment WangChaoꢀWangLiguanꢀLiuXiaomingꢀKouXiangyu (CentralSouthUniversity) Abstract:Advantagesanddisadvantagesoforequantityestimationoftraditionalsectionaverage methodwereanalyzed,andthenecessityoforequantityestimationbyusing3D miningsoftwarewas pointedout.3Dgeologyorequantityestimationtheoryandengineeringcontroldegreeclassifyingmethod basedonblockmodelandsearchingellipsoidwerestudied,andthismethodwasappliedinthereserves valuationofacopperresourcesuccessfully.Applicationresultsprovethattherationalityandfeasibilityon resourcesreservesestimationandclassificationbyusingthismethodinresourcesevaluation. Keywords:Resourcesreservesestimation;Geostatistics;Searchingellipsoid;Engineeringcontrol degree ꢀ ꢀ当前矿山或设计院中用到的资源储量估算大都 算出不同工业指标下的资源量,为矿业投资者提供 决策依据,显得尤为重要,传统的计算方法显然满足 不了动态工业指标下对矿量动态管理的需求。 上世纪 70年代,随着 Datamine、Surpac、Micro- mine等国际矿业软件的相继推出,三维可视化环境 下的资源评价已经成为西方发达国家的主流,适应 是基于二维环境的断面法,不管是水平断面法还是 垂直断面法,其基本思想都是用已知样品的平均品 位直接替代未知块段的品位,计算出来的资源储量 再根据勘查程度的不同划分成不同的品级。这种矿 量计算方法的优点在于理论简单,易于掌握,在长期 的实践过程中形成了一套固定的计算流程,也基本 上满足了我国矿山企业生产和矿业部门行政管理工 作的要求。但也存在以下问题:计算量太大,每一个 工程、剖面都需要计算平均品位,一个矿体资源储量 的计算往往需要几个星期的时间;重复操作性较差, 主观因素对结果的影响很大;在理论上存在缺陷,用 断面间的平均品位代替这部分矿块的品位,忽略了 矿体品位的空间变化,计算出来的矿量往往与开采 资源储量不符。在市场经济体制下,快速准确地计 [1] 快速发展的市场经济 。 为了顺应矿产勘查和开发的国际化趋势,我国于 [2] 1999年出台了新的矿产资源 /储量分类标准 ,淡化 了勘探网度在确定资源量中的作用,使得利用三维矿 业软件进行资源评价成为可能。2003年,一些国外的 资源评估软件相继得到了国土资源部的认证,三维矿 业软件在矿山资源评估中的使用方兴未艾。 1ꢀ三维环境下资源储量的估值方法 目前国际上优秀的三维矿业软件都以三维块段 模型为载体进行属性估值。其基本方法:将矿体分割 成若干大小相等、各相应边相互平行的小方块,为这 ꢀ ꢀ汪 ꢀ朝(1987—),男 ,中 南大 学资 源与 安 全工 程 学院 ,硕 士研 究 生,410083湖南 省长沙 市岳麓 区麓 山南路 。 6 ꢀ ꢀꢀ汪ꢀ朝ꢀ王李管等:基于三维环境下资源量估算及分级方法研究ꢀꢀ ꢀ ꢀꢀꢀ2011年 5月第 5期 些小方块在数据库中添加字段赋以各种属性,来表达 矿体在此位置的相关特征。这些属性包括矿体编号、 元素品位、估计方差,估值所用样品点个数和工程 克里格估值是一个线性无偏估计,它不仅可以 将矿体的品位变异信息用于估值中,而且可以统计 [ 6] 出估计的方差,确保估计值的准确性 1.2ꢀ距离幂估值方法 。 [ 3] 数 等。通过样品分析,利用数学法则,对这些未知 的块段字段进行赋值,最后按要求统计出不同级别的 矿产资源储量。三维空间中估值方法见图 1。 距离幂反比法是一种常见的空间插值法,不需 要对样品信息进行地质统计学分析,直接以样品与 待估块段的距离远近作为权系数的确定依据。求解 权系数的方程是: n 1 1 λi = /Σ , (5) m i=1 l i m l i 式中,m为距离幂次,常取 m=2或 m=3. 在计算机中进行距离幂估值方法与克里格近 似,二者只是在搜索数据的方式上有所不同。克里 格是在充分分析了样品变异性的情况下确定各方向 的变程,以此为依据确定数据的搜索方式,而距离幂 没有考虑这一变异性。故在实际运用中,当样品数 量较多时,克里格估值会比较精确,而当样品数据较 少时,采用距离幂估值方法更为精确。 图 1ꢀ三维空间中估值示意图 在图 1中,x1,x2,x3,xi 为已知样品段;V为未知 的待估值块段;li 为样品与待估块的空间距离;λi 为 线性估值时的权系数。则待估块段品位值为: X =λ1x1 +λ2x2 +λ3x3 +… +λixi. (1) ꢀ ꢀ常用的求解权系数方法有克里格法和距离幂反 比法。 .1ꢀ克里格估值方法 2ꢀ三维块段估值的工程控制程度划分方法 三维储量估值结果具有很强的可靠性。特别是 在计算机上实现了这些算法以后,估值的速度也大 幅度提高。但是由于估值区域不再为剖面间的块 段,而是整个矿床,估值的难点就是块段的工程控制 程度级别划分。 1 克里格法是一种地质统计学法,是在分析样品 品位变异特性的基础上给估值样品赋予相应的权系 [ 4] 数。求权解系数的方程 为: n iΣ=1λiγ(xi,xj)+μ=γ(xi,V). (2) (3) 可以利用地质统计学中的克里格方差构造出一 个判别估值可靠程度的“标志”,即用块段估值的真 值方差与估计方差的相对误差来衡量工程控制级 n iΣ=1λi =1ꢀi=1,2,3,…,n. [ 4] 克里格估值的方差 : [ 1] n 别。数学定量表达式 为: 2 σk =iΣ=1λiγ(xi,V)-γ(V,V)+μ, (4) * σ k 2 2 2 * Rr =D(Z)-D(Z ) = , 2 D(Z) (6) 式中,γ(xi,xj)为用定长的线段在区域 x内扫过时 两端数据差的平均值;γ(xi,V)为用定长线段扫过 区域 x及 V时两端数据差的平均值;γ(VV,V)为用 定长线段在区域 V内扫过时两端数据差的平均值; 2 D(Z) 式中:Rr 为 资 源 储 量 分 类 的 地 质 统 计 学 指 标; 2 2 * D(Z)为矿床内等体积块段真值 Z的方差;D(Z ) * * 2 为矿床内等体积块段估值 Z 的实验方差;σk 为块 2 σk 为用信息域 x的信息估计待估区域 V时的估计 段的克里格方差。 方差;μ为拉格朗日乘子。 [ 1] 。 根据 Rr 的大小将赋值的块段进行级别划分 实现克里格的基本流程见图 2。 例如在对某矿山进行地质统计学估值时,划分级别 的方法见表 1。 表 1ꢀ按 Rr 大小划分工程的勘查级别 R <0.2 0.2~0.3 控制的 0.3~0.5 推断的 ≥0.5 预 测的 r 勘查级 别 探明 的 ꢀ ꢀ这种方法的优点是直接利用估值误差来判断估 值结果的可靠程度,直观明了,但是目前还只限于理 论上的研究,在工程实际中并没有得到广泛应用。 主要原因是:①在实际应用中,影响克里格方差的因 7 图 2ꢀ克里格估值流程 总第 505期ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ ꢀꢀꢀ现代矿业ꢀꢀꢀ ꢀꢀꢀ ꢀꢀ ꢀꢀꢀ2011年 5月第 5期 素太多,不同矿山,甚至同一矿山的不同矿区,Rr 值 的大小都不一样,难用一个统一的方法划分勘探级 别;②统计出来的资源级别分布离散性较大,不同级 别的块段相互交错,在生产中指导作用太小。 针对上述理论在实际应用中遇到的问题,在三 维空间中进行克里格和距离幂估值时,用估值时所 用的搜索椭球体大小和搜索到的工程数来划分控制 ꢀꢀ工程控制程度划分准则见表 3。 表 3ꢀ工程控制程度划分准则 储量 级别 探 明的 控 制的 推 断的 估 值次数 工程 数 ≥2 样 品点数 ≥2 1 2 3 ≥2 ≥2 ≥1 ≥1 3ꢀ工程实例 某铜矿位于大兴安岭地槽褶皱带的西部,三矿 沟至裸河北西向构造带的多宝山复背斜的南西翼。 矿区是一个以铜为主,兼有钼、银、铅、锌、锰等多金 [ 3] 级别 ,见图 3。 # 属矿床。目前主要勘探的是Ⅰ 矿体:位于 1056~ # 1 096勘探线,标高 +515.2~+299.8m;Ⅱ 矿体: 位 于 1036 ~ 1116 勘 探 线,标 高 + 513.8 ~ 288.4m。 - 通过矿山提供的资料,在 Dimine矿业软件中建 立了矿床三维地质模型,并用距离幂法对块段品位 进行估算,估值的结果见图 4。 图 3ꢀ用搜索椭球体划分工程控制级别 在对矿床内未知的矿块进行估值时,用搜索椭球 体来搜索矿块周围的已知样品,通过对椭球体参数和 搜索策略进行设置,让搜索到的样品数据满足工程控 制的要求,以保证矿块估值时的工程控制程度。 [5] 搜索椭球体参数要求 1)搜索椭球体的空间方位要与矿体的空间赋 存状态相协调,即在走向、倾向和倾角上保持一致。 2)搜索椭球体的半径要与勘查规范相一致, : ( 图 4ꢀ矿体块段品位分布 ( 按照品位的高低对块段进行配色,可以看出该 矿山大部分区域的 Cu品位分布在 0.3% ~1%,属 于低品位矿石。同时按照工程控制程度划分准则对 估值后的块段进行显示,结果见图 5。 根据勘查项目和工程密度不同设置不同的椭球体半 径。一般将椭球体长轴的半径确定为相应的工程间 距的 1.2倍,这样可以很好的解决钻孔附近待估块 样品的搜索问题。次轴和短轴的长度根据矿体沿倾 向和厚度方向的比例因子来确定。 前面提到,用三维块段模型对矿体进行资源储 量估算时,在块段中添加了很多字段属性,用以记录 估值时的一些信息,比如估值时所搜索到的工程数、 样品点数、椭球体扇区个数、估值次数等。利用这些 参数就可以对估完值后的块段进行工程控制程度分 图 5ꢀ块段工程控制程度分布 图 5中深色块段为第一次估值区域,属于探明 级别;灰色块段为第二次估值区域,属于控制级别, 浅灰色块段为第三次估值区域,属于推断级别。最 [ 3] 级 。 某勘探项目,根据规范其“探明的”工程间距为 后对资源量进行统计,结果见表 4。 50m×50m,“控制的”为 100m×100m,“推断的” 表 4ꢀ资源量统计结果 为 200m×200m,矿体方位角为 120°,倾向为 0°,倾 角为 70°,厚 度 因 子 和 倾 向 因 子 分 别 为 0.37和 矿体 编号 资源 类型 体 重 体 积 矿石 量 /万 t 铜 平均 3 3 /(t/m ) /万 m 品 位 /% Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 331 332 2.79 2.79 2.79 2.79 2.79 2.79 2.79 28.86 80.82 0.750 624.66 0.729 186.99 0.599 892.47 0.709 0.48,则三次估值的椭球体参数设置见表 2。 223.09 66.78 333 表 2ꢀ搜索椭球体参数设置 331,332,333 331 318.74 参 数估 值 长 轴半 径 次轴半 径 短轴 半径 方位 角 倾 向 倾角 577.95 1618.26 0.570 824.83 2309.52 0.528 377.47 1056.92 0.500 次数 /m 60 /m /m /(°) /(°) /(°) 332 第 一次 第 二次 第 三次 28.8 57.6 115.2 22.2 44.4 88.8 120 120 120 0 0 0 70 70 70 333 120 240 331,332,333 2.79 1780.25 4984.70 0.540 2.79 2098.99 5877.18 0.562 Ⅰ +Ⅱ 331,332,333 8 ꢀ ꢀ ꢀꢀ汪ꢀ朝ꢀ王李管等:基于三维环境下资源量估算及分级方法研究ꢀꢀ ꢀ ꢀꢀꢀ2011年 5月第 5期 # ꢀ同时,对Ⅱ 矿体 1080~1084勘探线的估算结 果与平行断面法进行比较,结果见表 5。 表 5ꢀ距离幂反比法与平行断面法储量估值结果对比 距离 幂反比 法 平 行断 面法 铜金 属量 绝对 误差 ×104/万 t 铜金 属量 相对 误差 /% 资源 量类 型 矿石 量 铜 金属量 ×104 /万 t 矿石 量 ×104 /万 t 铜 金属量 ×104 /万 t 平 均品位 /% 平均 品位 /% × 104 /万 t 331,332,333 495.08 3.12 0.63 521.47 3.19 0.61 0.07 2.2 ꢀ ꢀ从 5中可以看出,两者之间铜金属的品位估 参ꢀ考ꢀ文ꢀ献 值误差只有 2.2%,说明利用三维块段对矿体进行 储量估算与资源分级是可行的。 [ 1]ꢀ陈建 宏,邓顺 华,王李 管 .应用 地 质统 计 学进 行 矿石 储 量定 量 分级 [J].中 南工业 大学 学报,1996,27(2);136-140. 4ꢀ结ꢀ语 [2]ꢀ国家 质量 技术监 督局 .GB/T17766—1999ꢀ 固体 矿 产资 源 /储 (1)与传统的储量计算方法相比,三维块段模 量分 类[S].1999. 型估值虽然理论比较复杂,但是估值结果更加精确, 速度更快,可以适应快速发展的市场行情。 [3]ꢀ孙玉 建,孟ꢀ 伟,万 ꢀ 会,等 .矿 产 资 源 储 量估 算 中 工 程 控 制 程度 划分 的探索 [J].地 质与勘 探,2006,42(6);81-84. [4]ꢀ侯景 儒,黄竞 先 .地 质 统计 学 及 其 在 矿 产 储量 计 算 中 的 应 用 (2)在利用地质统计学原理和距离幂方法对矿 [ M].北京 :地 质出 版社,1982. 体三维块段进行估值后,采用了搜索椭球体 +工程 控制数相结合的方法对块段进行工程控制程度分 级,既符合矿山工程人员对传统储量分级的思维习 惯,又体现了三维矿业软件在储量分级中的优越性。 [ 5]ꢀ曾庆 田,王李 管,李ꢀ 贾 .云南 某 铜矿 资 源及 开 采环 境 评价 可 视化 建模 技术研 究[J].矿冶工 程,2007,27(3);15-19. [ 6]ꢀ贾明 涛,潘长 良,王李 管 .克服 地 质统 计 学矿 床 建模 中 主观 因 素影 响技 术研究 [J].地 质与勘 探,2003,39(4);73-77. [7]ꢀ李赋 屏,蔡劲 宏,任建 国 .矿业 软 件在 矿 产储 量 评价 中 的应 用 (3)利用三维矿业软件对资源储量计算与分级 [ J].桂 林工 学院学 报,2005,25(1);26-30. 在理论和实际上都是可行的,对矿山的设计和生产 都能起到指导作用。 (收稿日期 2011-02-10) · 记者在线· 有色 金属等 10矿 种资 源潜 力评 价开 始验 收 ꢀ ꢀ日前从全国矿产资源潜力评价项目办了解到, 铜、金等 10个矿种的潜力评价工作方可通过总体验 收。 铜、金、铅锌、钨、稀土、锑、煤炭、钾、磷等矿种资源潜 力评价目前已进入全面验收阶段。2011年 6月底 前,这些矿种的潜力评价结果也将提供给部矿政管 理一张图使用。 有关人士称,铜、金、铅锌、钨、稀土、锑、煤炭、 钾、磷等矿种资源潜力评价工作的开展,在我国建立 起了相应矿种的系列基础图件,可广泛应用于地质 找矿和经济社会发展的方方面面;有关资源量的预 测结果,也为我国重新认识这些矿种的资源潜力提 供了最新依据;圈定的预测区,为我国部署今后地质 找矿指明了靶区;有关成矿规律的研究、矿床模型的 建立等成果,也将成为今后找矿的重要指导理论。 按照边工作边出成果边推广应用的理念,目前,铜、 金等资源潜力评价的部分成果已被部整装勘查、地 方找矿行动计划、地方“十二五”经济社会发展规划 直接采用。 据介绍,这次集中验收共分总体成果、成矿地质 背景、矿产预测、成矿规律、化探、化工矿产、磁法、重 力、自然重砂、遥感、综合信息等 11专业同时展开。 针对铁铝资源潜力评价验收中出现的问题,为进一 步保证成果的质量和可靠程度,全国项目办决定在 此次验收中增加复核与复审二道程序,即对审定为 合格、不合格的各单项成果,各省级项目办在验收结 束后需根据专家意见,组织力量进行进一步的修改 完善,于 5月底前向各大区项目办提出复核、复审申 请。只有在所有复核、复审项全部通过专家评审后, 9
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