SD法在河南省汪老莊礦區(qū)石英巖礦資源儲(chǔ)量估算中的應(yīng)用

李 瀟

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450000；2.河南省花崗巖與成礦作用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450000)

0 引言

SD儲(chǔ)量估算法是一種最貼近我國(guó)實(shí)際礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)利用情況的儲(chǔ)量估算方法，在地質(zhì)、礦山儲(chǔ)量估算中，已證實(shí)可以成功用于普查、詳查等不同礦產(chǎn)勘查階段、各種不同規(guī)模及包括熱液型、斑巖型等數(shù)十余種類型的礦床。該方法能夠完成多組工業(yè)指標(biāo)動(dòng)態(tài)圈定礦體、動(dòng)態(tài)估算礦體儲(chǔ)量、預(yù)測(cè)工程控制程度等任務(wù)，具有可靠性高、自動(dòng)化程度高、無(wú)人為因素干擾、估算速度快等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)量估算、儲(chǔ)量認(rèn)定、儲(chǔ)量評(píng)價(jià)一體化[1-2]。

汪老莊礦區(qū)位于桐柏縣50°方位、毛集鎮(zhèn)北部，距桐柏縣城約40 km。2013—2014年，河南中力國(guó)際資源發(fā)展有限公司委托河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院對(duì)該礦區(qū)以石英巖為勘查對(duì)象進(jìn)行普查工作，初步估算了礦石量。2015—2016年，在以往的普查工作基礎(chǔ)上開(kāi)展詳查工作，對(duì)原勘探線進(jìn)行了加密控制，圈出玻璃用石英巖礦體1個(gè)(編號(hào)qz-1)、飾面用大理石礦體1個(gè)(編號(hào)tmb-1)，對(duì)石英巖及大理巖礦體進(jìn)行了系統(tǒng)鉆探工程控制。本文利用汪老莊礦區(qū)的工程數(shù)據(jù)，對(duì)qz-1石英巖礦體資源量估算范圍內(nèi)的資源儲(chǔ)量進(jìn)行估算，同時(shí)預(yù)測(cè)了汪老莊礦區(qū)石英巖礦體的工程控制程度[3]。

1 礦床地質(zhì)特征及勘查程度

1.1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)地層呈NW—SE走向，主要有新元古界的廣東坪巖組、四岔口巖組、寬坪巖群謝灣巖組及第四系(圖1)。廣東坪巖組(Pt3g.)為角閃更長(zhǎng)片(麻)巖、角閃黑云斜長(zhǎng)片(麻)巖、斜長(zhǎng)角閃片巖夾石英巖薄層。四岔口巖組第一巖性段(Pt3s1.)為斜長(zhǎng)角閃片巖夾黑云斜長(zhǎng)片巖、白云石英片巖；第二巖性段(Pt3s2.)為石英二云片巖、斜長(zhǎng)角閃片巖、石英巖、透閃石英巖夾透輝石大理巖及海泡石大理巖；四岔口巖組呈NW—SE向貫穿整個(gè)礦區(qū)，該組地層厚度約1100 m，產(chǎn)狀以SW傾向?yàn)橹?，傾角17°～80°，局部?jī)A向NE，是石英巖的主要賦礦地層。謝灣巖組第一巖性段(Pt3x1.)含榴白云石英片巖、二云石英片巖夾斜長(zhǎng)角閃片巖、透輝石大理巖夾薄層石英巖透鏡體。第四系為砂礫層、粉砂質(zhì)黏土層。

圖1 河南桐柏縣汪老莊礦區(qū)地質(zhì)略圖

巖漿巖在區(qū)內(nèi)簡(jiǎn)單，僅有加里東期片麻狀閃長(zhǎng)巖，出露面積較小，在礦區(qū)的西南部出露并延伸出礦權(quán)區(qū)外。區(qū)內(nèi)斷層、褶皺構(gòu)造發(fā)育，斷層在空間上主要呈NE向和NW向兩組展布[3]。

1.2 礦體特征

礦區(qū)圈出沉積變質(zhì)型玻璃用石英巖礦體1條(編號(hào)qz-1)，分布在礦區(qū)中部四岔口巖組第二段上部，巖性主要為石英巖、大理巖夾透閃石英巖、二云石英片巖、斜長(zhǎng)角閃片巖等，呈NW—SE向展布，形態(tài)為似層狀(圖2)，地表出露面積為0.24 km2。礦體分布于礦區(qū)7～8線，由4個(gè)探槽、22個(gè)鉆孔控制，平面上總體展布方向約130°，厚度較大，為似層狀礦體[3]。

圖2 汪老莊礦區(qū)0線地質(zhì)剖面示意圖

1.3 礦床勘查類型劃分

礦區(qū)控制石英巖礦體屬大型規(guī)模。礦體呈似層狀、透鏡體狀，形態(tài)較規(guī)則；礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)較規(guī)則—中等；礦層連續(xù)性較好，變化較有規(guī)律，礦體厚度較穩(wěn)定。礦石礦物成分、化學(xué)成分變化較穩(wěn)定。礦層內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，發(fā)育少量節(jié)理裂隙，地表節(jié)理延伸較淺，對(duì)礦體的完整性影響小，對(duì)礦體破壞程度較小。區(qū)內(nèi)巖漿巖體或巖脈不發(fā)育，個(gè)別鉆孔中見(jiàn)脈狀或小透鏡狀花崗巖脈，多沿NW—SE向裂隙展布，脈體厚度較小，走向延伸不大。

綜上，礦區(qū)地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單—中等型，礦區(qū)勘查類型確定為第Ⅱ類型，勘查方法采用剖面法。根據(jù)礦區(qū)地層總體產(chǎn)狀，勘探線方向確定為225°～45°，勘探線間距為200～400 m，深部鉆探工程斜深控制200 m內(nèi)探求(332)資源量 [按現(xiàn)行規(guī)范《固體礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量分類》(GB/T 17766-2020)應(yīng)為控制資源量]、400 m內(nèi)探求(333)資源量(按現(xiàn)行規(guī)范GB/T 17766-2020應(yīng)為推斷資源量)[4]。礦區(qū)由西向東共布設(shè)7條勘探線，施工勘查工程共30個(gè)，其中鉆探工程26個(gè)，槽探工程4條。

2 SD資源儲(chǔ)量估算

2.1 確定計(jì)算方案

SD計(jì)算方案包括“計(jì)算類型”、“數(shù)據(jù)類型”、“定位系統(tǒng)”和“形質(zhì)方案”共四項(xiàng)基本參數(shù)[5]。

1)計(jì)算類型分別有“標(biāo)準(zhǔn)型”和“綜合型”，這兩者的區(qū)別在于“標(biāo)準(zhǔn)型”直接使用原始樣品數(shù)據(jù)估算儲(chǔ)量，可繪制剖面圖、動(dòng)態(tài)圈礦；“綜合型”使用工程數(shù)據(jù)計(jì)算，可以簡(jiǎn)單快捷地復(fù)核報(bào)告，一般適用于儲(chǔ)量復(fù)核、評(píng)估等。本次研究礦區(qū)樣品數(shù)據(jù)較完整、全面，為了能夠自動(dòng)繪制剖面圖、資源量分布圖等圖件及預(yù)測(cè)工程控制程度，計(jì)算時(shí)直接采用各工程樣品原始檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，計(jì)算類型選擇標(biāo)準(zhǔn)型。

2)數(shù)據(jù)類型劃分為A型、B型和C型，主要根據(jù)礦體規(guī)模、產(chǎn)狀、勘探工程類型主次、取樣方向等因素靈活選取。本次研究的礦區(qū)礦體為似層狀，產(chǎn)狀較平緩，因此將礦體數(shù)據(jù)類型確定為C型[6]。

3)礦區(qū)詳查工作提供了各勘探線首位端點(diǎn)坐標(biāo)及各鉆探工程孔口坐標(biāo)，為提高資源估算的精確度，本次定位系統(tǒng)選擇“地理坐標(biāo)”類型。

4)形質(zhì)方案分為臺(tái)階、框塊和分塊三種方式，本次只需要計(jì)算礦體的整體儲(chǔ)量，了解是否有進(jìn)行下一步工作的價(jià)值，不需要計(jì)算其中任意部分范圍的儲(chǔ)量，且臺(tái)階特指A型計(jì)算，因此選用“框塊”。

綜上考慮，確定本次計(jì)算的估算方案為“標(biāo)準(zhǔn)型C型數(shù)據(jù)地理坐標(biāo)框塊方案”。

2.2 原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.2.1 斷面線選取

根據(jù)工程對(duì)qz-1石英巖礦體的揭露情況，選取7、3、0、4、8線共5條勘探線作為斷面線。礦體走向兩端仍可外推，外推勘探線間距200 m的1/2，結(jié)合礦體資源量估算范圍，本次計(jì)算首尾外推線外推距離均設(shè)置為100 m，共7條斷面線(圖3)[7]。

圖3 汪老莊礦區(qū)鉆孔、外推點(diǎn)位置示意圖

2.2.2 計(jì)算點(diǎn)選取

本次資源儲(chǔ)量估算共選用計(jì)算點(diǎn)20個(gè)，輔助計(jì)算點(diǎn)(外推點(diǎn))5個(gè)。礦區(qū)槽探工程由于采樣代表性差、鐵質(zhì)地表污染大而未取樣品，因此本次僅使用鉆孔資料參與SD法資源量和精度計(jì)算，選取了19個(gè)鉆孔作為計(jì)算點(diǎn)。因礦區(qū)4線勘探線上有一采坑且采取了樣品，也可作為計(jì)算點(diǎn)參與估算，故本次估算共選用計(jì)算點(diǎn)20個(gè)。

為了最大限度地利用各種地質(zhì)信息，在估算時(shí)還根據(jù)礦區(qū)實(shí)際情況設(shè)置了輔助計(jì)算點(diǎn)。輔助計(jì)算點(diǎn)分為外推點(diǎn)和控制點(diǎn)兩種，本次僅設(shè)置了外推點(diǎn)，即當(dāng)勘探線上控礦工程見(jiàn)礦且礦體兩端無(wú)地質(zhì)工程控制時(shí)，根據(jù)礦體特征、成礦規(guī)律及地質(zhì)認(rèn)識(shí)所作一定距離的外推來(lái)控制礦體的邊界點(diǎn)。外推點(diǎn)的品位、厚度等參數(shù)根據(jù)該剖面線上礦體參數(shù)變化規(guī)律由軟件自動(dòng)求取[8]。

2.2.3 原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入方式

SD軟件提供了Excel固定格式，將工程原始數(shù)據(jù)按格式整理后通過(guò)接口導(dǎo)入SD軟件，直接由程序自動(dòng)接收轉(zhuǎn)換。這個(gè)方法能夠避免因數(shù)據(jù)量大、操作流程多導(dǎo)致的錯(cuò)漏，有效保證了計(jì)算結(jié)果的精確性。參與計(jì)算的原始數(shù)據(jù)與校驗(yàn)后的Excel原始數(shù)據(jù)保持一致。

2.3 計(jì)算過(guò)程及參數(shù)選取

2.3.1 計(jì)算過(guò)程

以“標(biāo)準(zhǔn)型C型數(shù)據(jù)地理坐標(biāo)框塊”為計(jì)算方案，依據(jù)工業(yè)指標(biāo)進(jìn)行搜索圈定礦域，利用SD樣條函數(shù)擬合，并以預(yù)定步長(zhǎng)插值后，以石英巖礦邊界品位、工業(yè)品位、夾石剔除厚度、米百分值自動(dòng)確定是否夠礦，從而確定礦體邊界。通過(guò)樣品的長(zhǎng)度、品位以及樣品體重，以SD樣條函數(shù)進(jìn)行空間積分而求得面資源儲(chǔ)量、體資源儲(chǔ)量，礦床的礦石量、平均品位、平均厚度，統(tǒng)計(jì)其量[5]。

2.3.2 主要參數(shù)選取

1)工業(yè)指標(biāo) 根據(jù)2015年5月《河南省桐柏縣汪老莊石英巖礦礦床工業(yè)指標(biāo)建議書(shū)》、2017年12月《河南中力國(guó)際資源發(fā)展有限公司河南省桐柏縣汪老莊礦區(qū)飾面大理石礦礦床工業(yè)指標(biāo)推薦書(shū)》與相應(yīng)的專家論證意見(jiàn)，經(jīng)探礦權(quán)人同意，采用如下工業(yè)指標(biāo)：最低工業(yè)品位分別為w(SiO2)≥75%、w(Al2O3)≤5.5%、w(Fe2O3)≤0.40%，邊界品位分別為w(SiO2)≥70%、w(Al2O3)≤2.5%、w(Fe2O3)≤0.80%；最小可采厚度4 m，夾石剔除厚度為1 m。

2)小體重 按小體重樣算術(shù)平均值求得。礦石小體重值一般在2.54～3.05 t/m3之間。根據(jù)所取的30個(gè)原生石英巖礦石小體重樣品計(jì)算出平均值為2.71 t/m3。

2.4 資源儲(chǔ)量估算結(jié)果

2.4.1 地質(zhì)可靠程度

地質(zhì)可靠程度由規(guī)范中SD精度(η)來(lái)確定，η≥80%歸為“探明的”，65%>η≥45%歸為“控制的”，30%>η≥15%歸為“推斷的”，η<10%歸為“預(yù)測(cè)的”，其余區(qū)間為SD精度待定區(qū)間。經(jīng)估算，本礦區(qū)SD精度待定區(qū)間70%～75%歸為“探明的”，35%～40%歸為“控制的”。

本次資源儲(chǔ)量計(jì)算SD精度為64.31%，地質(zhì)可靠程度歸屬為“控制的”。根據(jù)本礦區(qū)勘查資料的綜合情況，確認(rèn)其勘查程度為詳查，提交(332)+(333)資源量(按現(xiàn)行規(guī)范為控制+推斷資源量)。

2.4.2 可行性研究及經(jīng)濟(jì)意義評(píng)價(jià)

可行性研究應(yīng)基于一定程度上的地質(zhì)工作來(lái)進(jìn)行。本礦區(qū)未進(jìn)行可行性研究，僅對(duì)礦床進(jìn)行概略性技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，因此可行性研究參數(shù)為“概略研究”，經(jīng)濟(jì)意義參數(shù)為“內(nèi)蘊(yùn)經(jīng)濟(jì)的”。

2.4.3 資源量估算結(jié)果

經(jīng)估算，礦區(qū)總礦石量為2056.17萬(wàn)噸，平均品位w(SiO2)=83.56%，w(Al2O3)=0.39%，w(Fe2O3)=0.37%，礦體資源儲(chǔ)量已達(dá)大型(表1)。礦體資源量分類結(jié)果見(jiàn)表2。

3 估算結(jié)果可靠性評(píng)價(jià)及工程控制程度預(yù)測(cè)

3.1 估算結(jié)果可靠性評(píng)價(jià)

本次估算選用垂直剖面法資源量估算結(jié)果與SD法估算礦區(qū)資源量進(jìn)行對(duì)比以驗(yàn)證SD法的可靠程度。SD法估算資源量能夠排除人工干擾，垂直剖面法準(zhǔn)確、真實(shí)地反映了礦體形態(tài)特征，因此這兩種方法具有一定的可比性[9]。

SD法和垂直剖面法對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，兩種方法計(jì)算礦區(qū)資源量絕對(duì)誤差為22.24萬(wàn)噸，相對(duì)誤差為1.09%，估算結(jié)果差距較小，故認(rèn)為本次SD法資源量估算結(jié)果精度、可信度較高。SD法估算得出的控制資源量、推斷資源量都相對(duì)高于垂直剖面法，但兩種計(jì)算方式得出控制資源量的差距要比推斷資源量的差距更大。

表3 估算資源量結(jié)果對(duì)比

SD法依據(jù)SD精度來(lái)確定對(duì)資源量類型的劃分，而SD精度是考慮工程控制程度的同時(shí)還考慮了礦體的復(fù)雜程度、形狀、厚度、品位變化規(guī)律、礦體的控制程度以及構(gòu)造等綜合因素，經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)搜索確定的。而傳統(tǒng)垂直剖面法資源量類型僅由工程控制程度來(lái)確定。由圖4、圖5對(duì)比可看出，SD法圈定的礦域范圍、控制資源量計(jì)算范圍均大于垂直剖面法，推斷資源量計(jì)算范圍稍小于垂直剖面法，這是導(dǎo)致兩種算法得出結(jié)果不同的原因。

圖4 垂直剖面法估算礦體資源量分布示意圖

圖5 SD法估算礦體資源量分布示意圖

3.2 工程控制程度預(yù)測(cè)

SD精度(η)既能衡量礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量的精確程度，又能體現(xiàn)工程控制程度，也是對(duì)工程間距的確認(rèn)。工程控制程度預(yù)測(cè)就是根據(jù)經(jīng)計(jì)算得出的SD精度預(yù)測(cè)要達(dá)到某精度時(shí)共需要施工多少工程，用需要施工工程數(shù)減去已施工工程數(shù)就是下一步工作應(yīng)施工的工程數(shù)量。本次對(duì)qz-1石英巖礦體工程控制程度進(jìn)行了預(yù)測(cè)(表4)，其結(jié)果可對(duì)下一步勘查工程的布置提供指導(dǎo)[10]。

表4 地質(zhì)可靠程度及工程控制預(yù)測(cè)

由表4可知，本礦區(qū)石英巖礦體20個(gè)實(shí)際工程的框棱為137.848 m，SD精度為64.31%，已達(dá)到“控制的”地質(zhì)可靠程度。如需要使礦體總體工程控制程度達(dá)到“探明的”程度，預(yù)測(cè)需要總體控制礦體的工程數(shù)量為33個(gè)，工程布置的框棱需要達(dá)到56.373 m。因此，還需要在工程控制程度低的區(qū)域加密施工13個(gè)鉆探工程。

SD精度除工程控制程度以外，還由礦體形態(tài)、復(fù)雜程度等來(lái)確定。以上所求得的預(yù)測(cè)施工工程數(shù)量并非確定數(shù)值，僅起到預(yù)測(cè)作用。當(dāng)實(shí)際再施工的工程數(shù)量少于預(yù)測(cè)數(shù)量而已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)精度時(shí)，不需再繼續(xù)施工。如果實(shí)際施工數(shù)量已滿足預(yù)測(cè)工程數(shù)但仍未達(dá)到要求的精度時(shí)，則需繼續(xù)增加工程數(shù)量。因此用SD精度來(lái)實(shí)時(shí)指導(dǎo)具體施工工程數(shù)量，精度估算要根據(jù)施工過(guò)程隨時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)估算確定[10]。

4 結(jié)論

本文使用SD法估算了河南桐柏縣汪老莊礦區(qū)石英巖礦的資源量，通過(guò)與垂直剖面法進(jìn)行對(duì)比來(lái)評(píng)價(jià)SD法估算結(jié)果的可靠性，并利用SD法資源儲(chǔ)量估算軟件對(duì)石英巖礦體的工程控制程度進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到了以下成果：

1)利用SD法資源儲(chǔ)量估算軟件構(gòu)建了汪老莊礦區(qū)石英巖礦的勘查工程數(shù)據(jù)庫(kù)，共包括20個(gè)勘查工程、5條勘探線；利用19個(gè)鉆孔、1個(gè)采坑共290個(gè)單工程樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行SD法儲(chǔ)量估算，估算結(jié)果顯示礦區(qū)資源量計(jì)算范圍內(nèi)石英巖總礦石量為2056.17萬(wàn)噸，SiO2平均品位為83.56%，控制資源量+推斷資源量已達(dá)大型。

2)SD法估算結(jié)果與傳統(tǒng)垂直剖面法結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，礦石量絕對(duì)誤差為22.21萬(wàn)噸，相對(duì)誤差僅為1.09%。兩者之間誤差較小，突顯SD法儲(chǔ)量估算精度較高。

3)目前工程控制條件下，本礦區(qū)礦體20個(gè)工程的框棱為137.848 m，SD精度為64.31%，已經(jīng)達(dá)到“控制的”地質(zhì)可靠程度，欲使汪老莊礦區(qū)石英巖礦總體工程控制程度達(dá)到“探明的”地質(zhì)可靠程度，需在合適位置加密施工約13個(gè)鉆探工程，說(shuō)明SD法具有工程控制程度預(yù)測(cè)功能和進(jìn)一步指導(dǎo)勘查工程布置的作用。