類比法在大型水泥灰?guī)r礦床勘探中的應(yīng)用——焦作柿園大型水泥灰?guī)r礦床勘探網(wǎng)度的確定

楊東潮

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)隊,鄭州450001)

0 引言

大型水泥灰?guī)r礦床勘探,往往要投入大量的地表和深部勘探工程,投入大量的人力物力且耗時較長。為了縮短勘探周期、降低勘探成本、達到礦床勘探的精度要求,就需要我們地質(zhì)工作者在勘探之初,首先對礦床的勘探類型和勘探網(wǎng)度進行深入細致的研究。以最少的、合理的工程投入達到礦床勘探的目的。

豫北地區(qū)是河南省水泥灰?guī)r礦賦存最為集中的地區(qū),目前已經(jīng)勘探的大型水泥灰?guī)r礦床已達6個,且其賦存層位穩(wěn)定,各礦床(體)具有較強的對比性,這為采用類比法奠定了基礎(chǔ)。本文以焦作市柿園水泥灰?guī)r礦床勘探的工程網(wǎng)度確定為例,為今后該地區(qū)的水泥灰?guī)r礦床勘探網(wǎng)度的確定提供參考方法。

1 礦床勘探類型的確定

焦作市柿園水泥灰?guī)r礦床賦存于奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組中,層位穩(wěn)定,形態(tài)簡單,產(chǎn)狀平緩,礦體長2 700 m,寬600～1 000m。根據(jù)GB 95—01《水泥原料礦地質(zhì)勘探規(guī)范》第3·1及3·2條勘探類型劃分的原則及主要地質(zhì)因素對比,本區(qū)礦體具備以下特點:

(1)區(qū)內(nèi)礦體呈單斜層狀產(chǎn)出,形態(tài)簡單,傾向南東,傾角10°～15°,礦體內(nèi)無斷層切割,所見 3條正斷層均分布于礦體邊部,對礦體形態(tài)無影響,屬構(gòu)造簡單類型。

(2)礦體連續(xù),厚度變化小。根據(jù)揭露礦體的39個工程統(tǒng)計,上礦體平均厚32.00 m,厚度變化系數(shù)為7.31%;下礦體平均厚72.82 m,厚度變化系數(shù)5.13%。厚度變化系數(shù)均小于40%,礦體厚度穩(wěn)定。

(3)上礦體由2個礦層和1個夾石層組成,下礦體由4個礦層和3個夾石層組成。礦體內(nèi)礦層穩(wěn)定,夾層連續(xù)。礦石中CaO平均含量53.06×10-2,變化系數(shù)0.83%,MgO平均含量1.06×10-2,變化系數(shù)14.20%。屬礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單,礦石質(zhì)量穩(wěn)定類型。

(4)礦區(qū)內(nèi)無巖漿巖及變質(zhì)巖分布。

(5)根據(jù)地表及鉆孔巖溶發(fā)育情況統(tǒng)計,全區(qū)巖溶率為0.23%～1.64%,小于3%,對開采影響較小。屬巖溶不發(fā)育類型。

綜上所述,參照GB 95—01《水泥原料礦地質(zhì)勘探規(guī)范》第3·1·3條表1劃分勘探類型的有關(guān)內(nèi)容,本礦床屬第Ⅰ勘探類型。

2 勘探方法及勘探手段的選擇

區(qū)內(nèi)礦體呈層狀產(chǎn)出,產(chǎn)狀平緩,厚度穩(wěn)定,礦石質(zhì)量穩(wěn)定,構(gòu)造簡單,礦體底板均在當?shù)厍治g基準面之上,露頭良好,呈半環(huán)狀分布。故礦體地表露頭以槽探工程控制,礦體深部以鉆探工程控制。

3 勘探工程布置原則及工程間距的確定

3.1 勘探工程布置原則

根據(jù)礦體地質(zhì)特征,本次勘探工程布置以能夠控制礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀、空間位置、礦體厚度、礦石質(zhì)量及其變化特征為原則而采用相應(yīng)的網(wǎng)度。

3.2 勘探網(wǎng)度論證確定

焦作地區(qū)已勘探有回頭山、王窯、交口、臺道、饅頭山等多個水泥灰?guī)r礦床,其中回頭山水泥灰?guī)r礦床的賦礦層位、礦體規(guī)模、形態(tài)及其他主要地質(zhì)因素與柿園水泥灰?guī)r礦床基本一致(見表1、圖1),完全可以對比。因此,通過對《規(guī)范》及回頭山水泥灰?guī)r礦床勘探網(wǎng)度的探討,可以類比確定柿園水泥灰?guī)r礦床的合理勘探網(wǎng)度。

表1 柿園、回頭山礦區(qū)礦體特征對比表

圖1 柿園礦區(qū)相鄰礦床柱狀對比圖

3.2.1 規(guī)范規(guī)定

GB 95—01《水泥原料礦地質(zhì)勘探規(guī)范》第3·2·1條表2規(guī)定第Ⅰ勘探類型B級儲量區(qū)深部工程間距為200 m,C級儲量區(qū)為400 m,但注釋中又作了如下說明:

(1)勘探工程布置應(yīng)根據(jù)礦床地質(zhì)特征需要而定,工程間距允許按礦床實際加密或放稀。

(2)地表工程沿走向間距一般較深部工程間距加密1倍。即地表工程B級區(qū)沿礦體走向工程間距為100 m,C級區(qū)沿礦體走向工程間距為200 m。

3.2.2 回頭山水泥灰?guī)r礦床工程網(wǎng)度研究

以回頭山水泥灰?guī)r礦床B級儲量[(121b)基礎(chǔ)儲量]區(qū)為例,利用稀空法通過稀空前后的礦體平均厚度、平均品位的變化進行工程網(wǎng)度探討,利用其標準差的離散程度驗證判斷稀空前后工程網(wǎng)度的合理性。

(1)深部工程網(wǎng)度探討

(a)稀空法

在B級儲量[(121b)基礎(chǔ)儲量]區(qū)按200 m×200 m網(wǎng)度共施工18個工程,按400 m×400m網(wǎng)度隨機抽樣稀空后有5個工程控制,分別計算礦體厚度、CaO、MgO品位的平均值、標準差和變異系數(shù)見表2。

表2 稀空法檢驗礦體厚度、品位變化一覽表

從表2可以看出,稀空前后礦體厚度及CaO、MgO含量略有變化,分別增加了2%、1%、5%,礦石基礎(chǔ)儲量增加2%。表明按400 m×400 m工程間距探求的基礎(chǔ)儲量與按200 m×200 m工程間距探求的基礎(chǔ)儲量結(jié)果基本相同。

(b)樣本標準差離散程度驗證

根據(jù)表2計算的樣本標準差進行t檢驗,給定信度α=0.05,自由度γ=18+5-2=21,查表得t(α/2)=2.08。 按 公 式計算礦體厚度 CaO、MgO含量標準差的離散程度分別為 t厚=0.731 5,tCaO=0.027,tMgO=0.300 4,其離散程度很小,均小于t(α/2)=2.08。證明稀空前后2種工程網(wǎng)度控制礦體的效果基本相同。

(c)總體標準差離散程度驗證

利用總體標準差進行F驗證,取信度α=0.05,則第一自由度 γ1=n1-1=17,第二自由度γ2=n2-1=4,查表得 F0.05=5.83。按公式 F=[(n1δ12)/γ1]/[(n2δ22)/γ2]計算礦體厚度及 CaO、MgO含量標準差的離散程度分別為F厚=0.999 7,FCaO=0.299 8,FM gO=0.398 3,遠小于F0.05=5.83,離散程序很小。證明按400 m×400 m工程網(wǎng)度控制礦體與按200 m×200 m工程網(wǎng)度控制礦體其差異很小。

(2)地表工程間距探討

(a)稀空法

在B級儲量[(121b)基礎(chǔ)儲量]區(qū)按地表100 m工程間距共施工17個工程,按200 m工程間距隨機抽樣稀空后有10個工程,分別計算其厚度及CaO、MgO含量的平均值、標準差和變異系數(shù)見表3。

表3 稀空法檢驗礦體厚度、品位變化一覽表

表3中,稀空前后礦體厚度及CaO、MgO含量變化很小,其中與礦石基礎(chǔ)儲量計算關(guān)系密切的礦體厚度相對減少了1%,對礦石基礎(chǔ)儲量計算影響很小。表明地表工程按200 m工程間距對礦體進行控制與按100 m工程間距控制礦體的結(jié)果基本相同。

(b)樣本標準差離散程度驗證

利用表3中樣本標準差進行t檢驗,給定信度α=0.05,自由度 γ=17+10-2=25,查表得t(α/2)=2.06, 按 公 式計算礦體厚度及 CaO、MgO 含量標準差的離散程度分別為t厚=0.442 3、tCaO=0.973 8,tMgO=0.566 2,小于t=2.06。證明地表工程200 m工程間距控制礦體與按100 m工程間距控制礦體的差異性很小。

(c)總體標準差離散程度驗證

利用總體標準差進行離散程度的F驗證,給定信度 α=0.05,第一自由度 γ1=17-1=16,第二自由度 γ2=10-1=9,查表得F0.05=3.01,按公式F=計算礦體厚度及 CaO 、MgO含量標準差的離散程度分別為F厚=1.038、FCaO=1.819 3 、FMgO=1.249,小于 F0.08=3.01,表明其離散程度小。證明按200 m地表工程間距控制礦體可以達到100 m地表工程間距控制礦體的效果。

綜上所述,柿園礦區(qū)與回頭山礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)條件相同,礦體地質(zhì)特征一致,對比性強,通過對回頭山礦區(qū)工程網(wǎng)度的研究和探討,表明柿園礦區(qū)深部采用400 m×400 m工程網(wǎng)度、地表采用200 m工程間距可以控制121b(B級)基礎(chǔ)儲量,并且能夠為礦山建設(shè)節(jié)約大量的前期投入。

(d)工程間距的確定

根據(jù)上述論證及GF 95—01《規(guī)范》第3·2·1條注釋第一、二款的說明,由天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院、焦作堅固水泥有限公司、河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)隊共同協(xié)商,在GF 95—01《規(guī)范》允許的前提下結(jié)合本地區(qū)同類型礦床工程網(wǎng)度論證結(jié)果,確定柿園礦區(qū)勘探工程間距按地表沿走向150 m、深部300 m控制121b基礎(chǔ)儲量,地表沿走向按300 m、深部按600 m控制122b基礎(chǔ)儲量,地表按600 m控制333資源量。121b基礎(chǔ)儲量區(qū)布置在礦山首采地段Ⅰ號礦體上。

4 礦體控制程度驗證

通過對柿園礦區(qū)的地質(zhì)填圖和探礦工程揭露,表明該礦床(體)及其頂?shù)装鍑鷰r和內(nèi)夾層在相鄰工程中空間位置對應(yīng),分界標志明顯,控礦條件清楚;在剖面及平面圖中,礦體及其內(nèi)夾層連接相互對應(yīng),礦體厚度穩(wěn)定。根據(jù)采樣分析結(jié)果統(tǒng)計,礦體厚度及主要組分含量均無畸變現(xiàn)象。綜上所述,采用擬定的勘探網(wǎng)度對柿園水泥灰?guī)r礦床(體)的地質(zhì)特征及礦石質(zhì)量已經(jīng)控制,符合規(guī)范要求。

4.1 礦床(體)控制程度檢驗

利用數(shù)理統(tǒng)計方法分別對礦體厚度、組分含量變化系數(shù)的誤差范圍進行計算,判斷其對礦體的控制程度。

對Ⅰ號礦體(121b基礎(chǔ)儲量)區(qū)19個工程統(tǒng)計,其厚度、組分含量變化系數(shù)分別為:V厚=8.67%,VCaO=0.69%,VMgO=22.60%。利用公式計算其誤差范圍分別為P厚=0.020 4,PCaO=0.001 6,PMgO=0.053 3。

計算結(jié)果表明其變化系數(shù)的誤差范圍均小于10%,現(xiàn)有工程對礦體厚度和礦石組分的控制可靠程度大于90%,礦體厚度、組分含量的平均值是可靠的。

4.2 工程間距合理性檢驗

本礦區(qū)Ⅰ號礦體(121b基礎(chǔ)儲量)區(qū)共施工19個工程(n),實際控制面積(S)451 948 m2,每個工程的實際控制間距(L)按公式L=(S/n)1/2計算為154 m。

取礦體中厚度、品位變化系數(shù)最大者 VMgO=22.6%,檢驗其工程間距的合理性,即當確定誤差范圍為 P=10%,t=1.65時,按公式 n=(t·V/P)2計算礦體所需工程數(shù)為14個,此時,工程的理論間距為180 m。

上述計算的工程實際間距154 m小于理論間距180 m,說明現(xiàn)有工程網(wǎng)度是合理的。

5 結(jié)語

(1)本文通過選定與柿園水泥灰?guī)r礦床類似的回頭山水泥灰?guī)r礦床的類比研究,選定了柿園水泥灰?guī)r礦床的合理勘探網(wǎng)度,為該礦床的勘查降低了成本、縮短了周期。

(2)利用該礦床的最終成果對礦床的控制程度和勘探網(wǎng)度的合理性進行了驗證,結(jié)果表明該礦床控制程度可靠,勘探網(wǎng)度合理。

(3)豫北地區(qū)水泥灰?guī)r礦資源潛力巨大,建議在今后的水泥灰?guī)r礦床勘探中,選擇可比性強的類似礦床認真研究確定合理的勘探網(wǎng)度。

[1]朱魯,楊東潮.河南省焦作市柿園礦區(qū)水泥灰?guī)r礦勘探報告[R].2002-3,2002:58-60.

[2]楊守政,王公武.河南省焦作市回頭山礦區(qū)水泥灰?guī)r礦勘探報告[R].1987-5,1987:48-49.

[3]樊克峰.論太行山地貌系統(tǒng)[J].長春工程學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2006,7(1):52.