固体矿产资源储量估算系统中垂直断面法的实现

　　[摘要]本文从我国矿产资源估算工作现在出发，首先简要介绍了固体矿产资源储量估算传统几何法-垂直断面法-的基本原理,及运用该方法在储量估算系统中实现资源量自动化估算的流程。；其次,通过夹石、特高品位、不平行剖面三个方面,说明了储量估算系统实现过程中需要考虑的各种常见的地质复杂情况,并参照国家标准及估算公式,提出了相应的自动化解决方案。；最后,以辽宁省海城市福来屯铁矿矿区为例,以北京大学信息地质研究实验室(GSIS)开发的具有自主知识产权的Minesys矿产资源储量估算系统之（传统方法，不要）断面法资源量估算子系统为平台,实现了（垂直断面法，不要）自动估算矿石量,并与该矿区的详查报告进行了对比分析,总结讨论了估算误差的主要来源。
　　[关键词]矿产资源，储量估算，垂直断面法，Minesys系统
　　矿产资源储量估算是根据地质勘查工作获得的矿床资料,通过计算,以确定有用物质的数量。这是矿床勘查工作的一项重要任务,是评价矿床经济价值、确定矿山生产规模和服务年限等的基本依据。随着计算机技术的迅速发展,利用计算机技术辅助矿产资源储量估算,以提高其准确性和高效性已经成为人们的共识。而将储量估算方法与计算机技术有机结合,借助一体化的资源储量估算信息系统进行准确高效的储量估算,已经成为固体矿产资源储量估算的必然发展趋势。目前国外一些较为成熟的地质采矿软件已经进入了中国市场,如Surpac、Mi-cromine等,这些软件实现了克里格储量估算方法(陈爱兵,2004,邓明国等,2006;罗周全等,2006,2007;孙玉建,2007),在一定程度上促进了我国矿产资源自动化评价的发展,但其计算过程需要详细的勘查资料,同时其应用流程、成果分类等也还需要二次开发以符合中国国情(马小刚等,2009)。
　　由于传统几何法简单、易学、适用性强,传统的储量估算方法是我国矿产资源储量估算的重要方法,在我国有着广泛的应用前景和其他方法不可替代的优点(陈国旭,2009)。针对传统储量估算方法自动化程度低、工作量大的问题,前人已经做了很多工作(李维明等,1993;陈前军等,2007;潘懋等2007;吴鸿敏等,2007;陈国旭,2008,2009a,2009b,2009c;马小刚等,2009;刘玉生,2009),但是由于技术限制,长期不能实现自动化。因此,本文以垂直断面法为例,介绍了储量估算软件中实现断面法的技术路线,及处理过程中出现的各种复杂的地质情况,并通过北京大学信息地质研究实验室开发的Mine-sys系统对辽宁省海城市福来屯铁矿区进行了实例估算及结果分析。
　　1垂直断面法简要介绍
　　垂直断面法又称剖面法(李俊,2005;赵鹏大,2006),是矿产勘查中应用最为广泛的资源量估算方法之一。主要原理是利用勘探线剖面把矿体分为不同的块段,除矿体两端的边缘部分外,每一块段两侧各有一个勘探线剖面控制。按地质可靠程度、矿石质量、开采技术条件等的差异,还可以将其划分为若干小块段,估算出不同类型的资源量。根据块段两侧勘探线剖面内的工程资料、块段截面积及剖面间的垂直距离即可算出各小块段的体积,进而估算矿石量(国土资源部储量司,2000;李俊,2005)。
　　垂直断面法的特点是能借助勘探线剖面展现矿体不同部位的产状、形态、构造以及不同质量和不同研究程度的资源量分布状况。按剖面的空间位置和相互关系,断面法又可以分成平行断面法和不平行断面法。本文着重介绍平行断面法的系统实现思路及应用,不平行断面法则通过列举地质常见问题时说明了系统设计思路。
　　2系统实现基本思路
　　垂直断面法的数学公式较为简单,为不同规则形态的求积公式,因此,系统设计侧重于公式中各个参数的提取流程及提取方式。通过将后台数据库中的地质编录数据、勘查图件中有意义的图元、各类中间成果数据、以及资源量的计算结果建立清晰合理的关联,实现勘查数据管理、勘查图件绘制、资源量估算的一体化工作流程,如图1所示。
　　
　　图1断面法资源量自动化估算流程
　　对于不同的矿种、不同的矿床类型、不同成因类型和不同复杂程度的矿床,矿体的圈定、外推原则都不尽相同(赵鹏大,2006;国土资源部储量司,2000),因此,在进行剖面图辅助绘制时,需要依靠地质工作专业人员的经验,计算机必须提供强大的交互式编辑工具,使得地质工作者可以把精力完全投入到对地质规律和成矿规律的认识上,而不必在软件使用上花费过多的精力。
　　3地质常见问题处理
　　在剖面图上提取断面法储量估算参数时,由于计算机没有地质专家丰富的经验,在处理矿体的圈定和资源储量参数估算信息提取时,在传统手算中看似简单的操作,在软件中必须通过复杂的处理才能实现,如下面列出的三种情况。
　　3•1夹石
　　各种金属和非金属矿产地质勘查规范中均指出,等于或大于可剔除厚度的夹石应单独圈定。因此,在进行单工程圈定时,当夹石在矿体多边形内部,并符合剔除要求时,计算机需提供多边形面积相减的功能,避免矿体面积大于实际矿体面积,如图2所示。
　　
　　图2夹石的表达方式
　　3•2特高品位
　　国家标准GB/T13908-2002《固体矿产地质勘查规范总则》(国土资源部储量司,2002)指出:“用几何图形法估算矿产资源储量,当遇有特高品位存在时,应先处理特高品位,再求平均品位。特高品位值一般取矿体平均品位的6-8倍来衡量。当矿体品位变化系数大时采用上限值,变化系数小时采用下限值。其处理方法是用特高品位所影响块段的平均品位或单工程平均品位(厚度较大时)代替。”
　　因此,计算机需支持自动估算矿体平均品位、块段平均品位和单工程平均品位。此外,为估算影响块段的平均品位,还需指定与该剖面相邻的左右两个剖面,再计算块段的平均品位,如图3a、图3b所示。
　　图3a为平面图示意,勘探线100和200之间的块段号为B1,勘探线200和300之间的块段号为B2,图3b表明,位于勘探线200剖面上的钻孔工程ZK2中的一个样品品位属于特高品位,此钻孔影响的块段为B1和B2,特高品位为25的样品应当替换为B1和B2中所有工程的平均品位,即:
　　
　　其中,Cx为待求影响块段的平均品位,，为单工程的平均品位。
　　
　　图3a特高品位处理(平面图示意)
　　
　　图3b特高品位处理(勘探线200剖面)
　　3•3不平行剖面
　　针对形态复杂,产状变化较大的矿体,有必要布置不平行勘探线,以查明矿体分布。不平行断面法估算方法一般采用辅助(中线)法(赵鹏大,2006;国土资源部储量司,2000),块段辅助中线是将水平投影的块段平均分为两部分小块段,分别估算小块段的体积;如图4所示。
　　根据图4,勘探线100和勘探线200互不平行,这时平行断面法便不适于用来估算该块段的体积。根据不平行断面法,该块段体积为其中,V为块段体积,l1、l2为两个断面间矿体投影宽度,S1、S2为断面面积,S′1、S′2为两个辅助块段的水平投影面积。不平行断面法与平行断面法估算公式差异较大,因此矿体信息提取完全不同于平行断面法提取方式。
　　根据不平行断面法估算公式,系统设计需包含绘制水平投影图、绘制块段辅助中线、划分面积、提取面积信息等功能。其中,提取面积信息即提取矿体投影信息,用来指定水平投影的矿体面积所对应的剖面上的面积号,以便通过投影长度及投影面积确定剖面上的每一个面积所对应的水平控制距离;最后通过剖面上的面积与每个面积对应的水平控制距离相乘,再将两小块段的体积相加,可得到两不平行勘探线间所控制的块段的体积。
　　
　　图4不平行断面法体积估算示意图
　　4矿区实例分析
　　按照上述系统设计思路及对各种特殊地质情况的处理手段,北京大学信息地质研究实验室开发了符合我国固体矿产勘查规范的Minesys矿产资源储量估算系统,该系统在处理夹石、特高品位、共伴生矿、不同矿石类型及不同成因类型等地质情况的固体矿床,提供了方便的数据管理、剖面图绘制、信息提取、资源量估算功能,具有合理的矿产资源储量估算流程。
　　在处理断面法资源量估算时,该系统按照图5所示的估算层次进行估算
　　
　　图5垂直断面法的层次示意
　　因此,最后整个矿区的矿种含量汇总最终是由剖面图上圈定的各个矿体面积内的所包含的工程样品的不同矿种含量所确定的。这种思路符合传统几何法的估算流程。
　　利用Minesys进行垂直断面法资源量估算时,必须先对矿区进行块段的划分,划分原则一般是两个剖面之间的矿体组成一个块段,或剖面外推的矿体组成一个块段。当存在较大断层时,则以断层为界划分块段(赵鹏大,2006)。块段的体积则通过指定块段形态及组成块段的两个或一个剖面的面积及块段长(或面积影响距)来估算。
　　5结论
　　1.介绍了断面法估算矿产资源储量流程,讨论了夹石、特高品位和不平行剖面等三种常见地质情况的处理方法,引入固体矿产资源储量估算系统Minesys,以福来屯铁矿区为例,将Minesys估算结果与原详查报告对比。
　　2.Minesys解决了传统储量估算方法基本以人工手算为主、耗时、费力的问题,大幅提高了传统储量估算方法的工作效率,增强了资源储量估算的可靠性和精确度。
　　
　　图6剖面矿体信息提取
　　表1Minesys与详查报告矿石量结果对比表
　　
　　注:Fep为磁铁贫矿,FeD为低品位矿,HFep为假象赤铁贫矿。
　　3.Minesys对资源量估算参数信息的提取流程作了最大的优化,只需双击剖面上圈定的矿体多边形,指定该面积的左右块段信息及所包含的样品信息,系统即可自动在数据库中建立样品、工程、剖面、块段之间的关联关系。所不足的是,Minesys在提取与面积相关的样品时,需要地质人员手动在列表中选择,尽管可以对照剖面图上的样品与面积关系,但作为一个GIS系统,系统应当做到自动筛选该面积所含的样品,在下一步的工作中,应当改进该功能,最大限度地减少地质人员工作量。
　　4.作者只讨论了夹石、特高品位和不平行剖面三种情况,然而,实际矿区的矿体圈定,会遇到各种各样复杂的地质情况,因此,一个实用性强、值得推广的固体矿产资源储量估算软件需要经过各种不同类型、不同复杂程度的矿床的不断验证,进而改进功能,更加符合国内地质人员的操作习惯及地质思维方式。

《固体矿产资源储量估算系统中垂直断面法的实现》

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