基于位場分離法尋找金屬礦接替資源

宋海濤，謝國峰，林建明

（江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇 南京 210007）

隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，金屬礦產(chǎn)資源的大量開采致使我國礦產(chǎn)資源的數(shù)量在不斷減少。同時，我國礦產(chǎn)資源分布不均的現(xiàn)狀加劇了資源短缺問題的嚴重性。國家以及相關(guān)各部門已經(jīng)加大了其它替代資源的探尋與開采力度[1]。位場分離法作為一種常見的尋找金屬礦產(chǎn)資源的方法，在尋找礦產(chǎn)資源活動中發(fā)揮著重大的作用，它能夠有效的縮短勘探的時間，但是在實際的應(yīng)用中此方法還是存在一些不足。對此，基于現(xiàn)代的位場分離法而設(shè)計出一種新的以空間域為主的新的場流分離方法，以優(yōu)化尋找金屬礦產(chǎn)資源的技術(shù)方法，更好的為金屬勘探工作提供方法引導(dǎo)和技術(shù)支持。

在分離法中，傳統(tǒng)的位場分離技術(shù)是分析處理位場數(shù)據(jù)的一項重要工作，它包括同一量綱和不同的量綱，同時也包括同一位置和不同位置[1]。相同量綱和相同位置的的位置的位場分離法有兩大類：空間域和頻率域；不同的量綱和不同的位置的場位分離法主要延拓和各階導(dǎo)數(shù)。

1 位場分離技術(shù)

在位場分離研究領(lǐng)域，相關(guān)科研人員將不同的場，如：電流場、熱流場、氣流場、沉降場、磁場等集體由上而下垂直地置于一個有著特殊形狀的速度分布的液態(tài)流中。由于該方法的便捷性，同時具備設(shè)備簡單、運用范圍較廣、耗能低、效率較高等優(yōu)點，具有科學(xué)實踐意義。

1.1 場流分析法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

場流分析法是在場流分離的基礎(chǔ)上進行分析研究，該系統(tǒng)一般由目標載體和注入裝置組成，其中包括分離系統(tǒng)、檢驗測試系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、計算系統(tǒng)等。目標載體一般為在勘探地段采集的地質(zhì)樣品，體積較小。分析系統(tǒng)由分析道和分析場加壓裝備構(gòu)成。檢測分析系統(tǒng)可以由化學(xué)分析儀器或者電子顯微鏡等與計算機共同組成。場流分析法作為一種分離分析技術(shù)，可用于分離、提純和收集物質(zhì)中的細微顆粒，它所適用的樣品包括尺寸從1納米-99微米的大分子、膠狀物和微粒，可以完成對組成成分較多的物質(zhì)物理特性參數(shù)的測定，如：質(zhì)量、密度、電阻等。

1.2 場流分析法的應(yīng)用運行邏輯

在場流分析法中，首先應(yīng)進行分離，由于在不同的地質(zhì)中場流的流道寬度高度不同，因此場流的剖面就近似為二維的空間，分離場向檢測質(zhì)漂流的方位進行重力施加。金屬替代資源中的物質(zhì)樣品組成成分除隨著載體的橫向漂流外在分離場的壓力下，還會在垂直于流道的緩慢的漂移流動。被分析的地質(zhì)樣品被置于流動的場流中，由于保持的力度的不同，樣品的組成成分將在不同的時間段內(nèi)出現(xiàn)在分離道的出口位置。

在場流分析法中，對樣品的分離是由施加于地質(zhì)采集樣品的加壓場力與地質(zhì)成份本身的排斥力相互作用完成的。加壓于地質(zhì)采集樣的加壓場力促使該成分的組分飄入流道的匯積面，而采集樣本身的排斥力則提供一種反作用力。當壓力與排斥力達到均衡狀態(tài)時，微顆粒將處于距匯積面有一定距離的方位。因被分離的地質(zhì)采集樣中各個部分受到的分析場的作用程度異同，樣品中互不相同的成分將處于不同的流速界面。因此，其中受到分離場影響較弱的組成成分距離積聚面較遠，流動力度較大，而受到分析場作用力較大的組成成分則與之相反。由于不同成分間流動力度的差異性，它們通過分離場所消耗的間歇也各不相同。時間消耗的長短與不同地質(zhì)的組成成分的特性有關(guān)，根據(jù)這些不同的特征實現(xiàn)物質(zhì)中不同成分的分析。同時，也可利用測定消耗的時間來確定與其相關(guān)的特性。

2 對比試驗分析

首先進行數(shù)學(xué)模型的計算檢驗，檢驗成功之后，對實際測量的數(shù)據(jù)進行應(yīng)用檢驗。對四川成都鐵礦資源分布區(qū)的地層進行場流分離。在已知的鐵礦區(qū)下方的地質(zhì)巖層中存在多種物質(zhì)。下表為實驗組與對照組的數(shù)據(jù)對照：

表1 實驗數(shù)據(jù)對比表

當系數(shù)因子在0.002～0.02之間時，主要反映的是該地層中的物質(zhì)含有有一部分鐵礦石的分布區(qū)的特征或者在該地層中的物質(zhì)含有一大部分鐵礦石的分布區(qū)的特征；當系數(shù)因子在0.0002～0.002時，該數(shù)據(jù)則較好的反映了該地質(zhì)層面的鐵礦石分布信息。

通過以上的數(shù)據(jù)可以看出，新型的場流分離法耗時更短，消耗的成本更低，分離的精確度與傳統(tǒng)的位場分離法相比更高；場流分析法所適用的范圍更廣，通過系數(shù)因子的數(shù)據(jù)對比也可以看出場流分析法能夠較好的反映地質(zhì)層面的鐵礦石分布信息。該實驗成功的檢驗了場流分析法在勘探金屬礦產(chǎn)資源時的重大作用，基于位場分離法的場流分析法在地質(zhì)勘探中能夠較好的分離出地質(zhì)中的不同成分，經(jīng)過簡單的計算就能分離出不同物質(zhì)各自的特征，從而檢驗出所勘探的巖層中是否存在金屬礦的接替資源。

3 結(jié)語

縱觀場流分析法在我國的應(yīng)用，它還處于一種起步階段，雖然該方法的應(yīng)用范圍比較廣泛，但是還未得到更全面的改善，其發(fā)展與改進空間仍然較大。然而，場流分析法作為一種全新的勘探金屬礦產(chǎn)接替資源的方法，它其中不包含復(fù)雜的應(yīng)用原理和方程演算公式，并且它對于所需的計算機、探測儀等其它應(yīng)用設(shè)備的性能以及功能的要求不高，加之該方法的實施范圍比較廣泛，可以進行大規(guī)模的應(yīng)用。經(jīng)過長期的改進與優(yōu)化，場流分析法的精確度與準確度越來越高，能夠有效分離出地質(zhì)中不同的成分，從而有利于提高金屬礦產(chǎn)替代資源的開采量，從而緩解我國礦產(chǎn)資源的短缺問題。