基于Micromine的澳大利亞西部某鉛鋅礦礦石品位分布特征分析

趙 彬 魏 明

(西北有色地質(zhì)礦業(yè)集團(tuán)有限公司)

礦體是由礦產(chǎn)資源富集形成的連續(xù)空間實(shí)體，品位是確定其富集程度、研究其變化規(guī)律的核心指標(biāo)，是計算礦產(chǎn)資源儲量的基礎(chǔ)，是礦山投資決策的重要依據(jù)[1]。長期以來，我國礦產(chǎn)資源品位計算方法受前蘇聯(lián)的影響，以多邊形法、斷面法、距離反比法等傳統(tǒng)方法為主。隨著礦產(chǎn)資源開發(fā)逐步復(fù)雜化，對品位估算的要求越來越高，越來越精細(xì)，傳統(tǒng)方法逐步表現(xiàn)出了諸多不足：①多使用平均品位作為整個塊段的品位，從而使得估計結(jié)果不準(zhǔn)確；②評估主要依靠地質(zhì)人員的個人經(jīng)驗(yàn)，主觀性較大，爭議較多；③傳統(tǒng)方法基于“勘探類型+工程網(wǎng)度”進(jìn)行資源儲量分類，以手工計算和圈定為主，只要有一個參數(shù)發(fā)生改變，都需要全部進(jìn)行重新計算，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)更新，工作量極大；④勘查圖紙無法用于開采設(shè)計，造成很多重復(fù)工作[2-3]。

基于地質(zhì)軟件的品位估算方法的系統(tǒng)性與直觀性較強(qiáng)，主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：①融合了數(shù)理統(tǒng)計方法，考慮了礦體的空間變異性，易于推理與論證；②計算過程實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)程序化，計算參數(shù)實(shí)現(xiàn)了動態(tài)調(diào)整，一次估算便可得到儲量、噸位-品位模型等一系列結(jié)果；③計算結(jié)果實(shí)現(xiàn)了圖形化，直觀體現(xiàn)了礦體的全方位形態(tài)；④通過構(gòu)建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了資源儲量計算、勘查設(shè)計、采礦設(shè)計全程一體化無縫鏈接，可一次性完成全部基礎(chǔ)工作；⑤資源量分類結(jié)果基于“影響范圍+工程密度”的方法，匯集了樣品密度法和工程網(wǎng)度法的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對品位及礦體資源量的自動估算[4]。

澳大利亞西部為該國Au、Pb、Zn、Cu、Fe等礦產(chǎn)資源的主要賦存地區(qū)，本研究以該國西部的某鉛鋅礦床勘查區(qū)為例，基于Micromine軟件構(gòu)建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，以品位為變異函數(shù)，擬合Pb、Zn變異函數(shù)模型，采用普通克里金法分別對Pb、Zn品位進(jìn)行估算，并分析研究區(qū)Pb、Zn品位的空間分布特征，為確定下一步勘查靶區(qū)，進(jìn)一步研究成礦特征及規(guī)律提供可靠依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

澳大利亞西部某鉛鋅礦區(qū)位于澳大利亞西澳洲佩斯以北2 000 km，金伯利地區(qū)西部金伯利郡，屬于澳大利亞西北部著名的雷納德謝爾夫鉛鋅成礦帶。該成礦帶長約350 km，平均寬約50 km，處于元古代金伯利地臺和菲滋羅伊海槽之間，沿澳大利亞州坎寧盆地北緣NW向延伸。礦床礦化均沿NWW向的礁灰?guī)r帶和控礦構(gòu)造呈串珠狀成群產(chǎn)出，其中已發(fā)現(xiàn)中大型礦床11個，探明和發(fā)現(xiàn)的鉛鋅礦石資源量達(dá)5 000多萬噸，Pb+Zn平均品位大于10%。

研究區(qū)礦產(chǎn)資源以鉛、鋅為主，鉛多鋅少，伴生鐵、銀等元素。礦物組合中的礦石礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦、白鐵礦，呈塊狀集合體或呈浸染狀、細(xì)脈狀沿巖層微層理分布。礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造多呈塊狀、條帶狀、浸染狀、膠狀、角礫狀，圍巖蝕變以白云巖化為主，脈石礦物主要為方解石、白云石，少量石英。區(qū)內(nèi)地層普遍存在的節(jié)理和水成脈也大多呈NE走向，地表構(gòu)造不明顯，僅見到少量近EW向或NWW向小斷裂。礦體主要賦存于底部粉色孔洞狀白云巖，夾穿層角礫巖中，受滲透性較好的多孔生物灰?guī)r和白云巖地層控制，表現(xiàn)為張性空間下的充填成礦特征，具有明顯的后生成礦特點(diǎn)。

2 三維地質(zhì)模型構(gòu)建

隨著三維數(shù)字建模技術(shù)、圖形可視化技術(shù)及計算機(jī)硬件水平不斷取得進(jìn)步，國內(nèi)外相繼研發(fā)出了一批基于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的品位三維估算軟件，如澳大利亞的Micromine、加拿大的Surpac、英國的Datamine、法國的Gocad、美國的Minesight等；國內(nèi)也不斷加強(qiáng)研發(fā)力度，開發(fā)出了3DMine，Dimine，Minexplorer等品位估算軟件。該類三維地質(zhì)建模軟件實(shí)現(xiàn)了測量、勘查設(shè)計、地質(zhì)統(tǒng)計、地下采礦、繪圖、二次開發(fā)等功能的一體化，將地質(zhì)工作者從大量的手工、重復(fù)、繪圖工作中解放出來，將主要精力投入到礦產(chǎn)資源開發(fā)利用及成礦規(guī)律的研究中。其中，Micromine軟件已得到國土資源部認(rèn)證，且在澳大利亞應(yīng)用廣泛，因此，本研究采用該款軟件進(jìn)行品位分布特征研究。

2.1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

首先將收集的研究區(qū)鉆孔信息記錄表、地質(zhì)圖、地形圖等信息導(dǎo)入Micromine軟件，檢查所有錄入數(shù)據(jù)的完整性、統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性，對鉆孔編錄記錄進(jìn)行合法性校驗(yàn)，對字段信息不完整、鉆孔編號丟失、孔深不一致、品位與巖性丟失、傾角小于0°、方位角大于180°等信息進(jìn)行填補(bǔ)并修正；然后以鉆孔編號為關(guān)鍵字段，構(gòu)建鉆孔孔口表(Collar)、測斜表(Survey)、樣品分析表(Assay)以及巖性表(Lithology)，按照表1的字段順序構(gòu)建地質(zhì)數(shù)據(jù)庫；最后對品位進(jìn)行分級，對巖性進(jìn)行分類，并導(dǎo)入地質(zhì)圖、地形圖等構(gòu)建礦床區(qū)域三維模型。

表1 地質(zhì)數(shù)據(jù)庫包含的主要字段

2.2 礦化域圈定

根據(jù)鉆孔間距生成剖面線及剖面圖，本研究礦化域的圈定原則為：①為圈定出最大礦化范圍，按照Pb+Zn≥1%為邊界品位，Pb+Zn≥5%為工業(yè)品位圈定礦化域；②最小可采厚度為1 m；③在單工程中若夾石厚度≥2 m時，則作為礦體中的夾石予以剔除；④在厚大礦體中心若有多個大于或等于邊界品位的礦體，其厚度略大于夾石剔除厚度且與相鄰工程夾石無法相連成片時，則不單獨(dú)圈出；⑤礦化邊界有限間推至兩工程間距的1/2處、無限外推至剖面線間距的1/2處或按照礦體形態(tài)走勢尖滅時，需要嚴(yán)格按照礦體的空間分布、形態(tài)產(chǎn)狀、有用及伴生組分空間分布規(guī)律、控礦因素等因素圈定礦化域[5]。

依據(jù)巖性及品位分布將剖面解譯線進(jìn)行連接，構(gòu)建礦化域的線框模型。礦化域特征表現(xiàn)為：礦化域呈NE走向，似板狀，走向長400 m；傾向NW，延伸40～160 m，傾角15°～30°；礦化域底板標(biāo)高-165～-340 m，厚1.0～26.65 m，平均12.9 m，屬于厚度較穩(wěn)定礦體。礦化域受斷裂切割錯動形成2個區(qū)域，北區(qū)呈板狀產(chǎn)出，礦體較小，沿SN向展布；南區(qū)呈透鏡狀產(chǎn)出，為主要的富礦地帶，沿NE向展布。

3 Pb、Zn品位空間分布特征

3.1 品位統(tǒng)計分析

Pb、Zn平均品位相近，但方差相差極大，經(jīng)統(tǒng)計，礦化域內(nèi)Pb平均品位為4.45%，方差為64.24%；Zn平均品位為4.69%，方差為2.12%。1%～3%品位區(qū)間內(nèi)，Pb的品位占約69%，Zn的品位約占59%；30%～60%品位區(qū)間內(nèi)，Pb的品位約占2%，Zn的品位約占1%，Pb品位在低值區(qū)與高值區(qū)的變化幅度均大于Zn，說明Pb品位的變異程度大于Zn。

分析圖1可知：Pb、Zn在低值區(qū)有大量的品位值分布，高值區(qū)有一“長尾巴”，表現(xiàn)為典型的對數(shù)正態(tài)分布特征，故而需要對其進(jìn)行對數(shù)變換，使其符合正態(tài)分布，方可進(jìn)行相應(yīng)的地質(zhì)統(tǒng)計分析。本研究構(gòu)建了Pb、Zn的相關(guān)性曲線，兩者的相關(guān)系數(shù)為0.49，表現(xiàn)為中等強(qiáng)度正相關(guān)。

圖1 Pb、Zn樣品品位分布特征

品位空間插值與樣品長度相關(guān)性較大，樣品較長時，該樣品分配的權(quán)重較大。根據(jù)地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)原理，當(dāng)所有參與統(tǒng)計的有效樣品區(qū)間等長時，可以基本達(dá)到無偏估計[6]，因此需要對含礦段進(jìn)行組合樣處理，組合樣按照樣長或樣長與某屬性值進(jìn)行加權(quán)平均計算得到[7]。經(jīng)統(tǒng)計，含礦段平均樣長為0.99 m，變化系數(shù)為7%，1 m樣長占含礦段的92%，因此采用樣長加權(quán)平均法將所有樣長組合為1 m，最小組合長度為0.5 m，生成品位組合樣長。

特高品位會造成估算結(jié)果變化劇烈，特別是在樣品較少的情況下，會拉升整個礦體的品位，使礦化域品位估算結(jié)果偏高，因此，本研究以同一工程相鄰樣品的加權(quán)平均品位代替特高品位。

3.2 品位統(tǒng)計模型構(gòu)建

地質(zhì)統(tǒng)計法是按照已知樣品在空間的分布規(guī)律特征，從走向、傾向、傾角3個維度來估算礦產(chǎn)資源品位的一種數(shù)理統(tǒng)計方法，其中較為成熟的是普通克里格法。克里格法是一種最佳、線性、無偏的估計方法，充分考慮了礦體品位的空間變異性、各樣品與待估樣品之間的幾何形狀及聚集效應(yīng)，并以最小估計方差的形式給出了塊段品位的線性無偏估計量，近年來得到了廣泛應(yīng)用[8]。由于地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)基于正態(tài)分布的假設(shè)，因此需要對Pb、Zn樣品品位進(jìn)行對數(shù)變換，使其符合正態(tài)分布。樣品組合后使得品位曲線變得平滑，并使得一個方向上的變異程度大于其他方向，本研究采用原始樣品來擬合變異函數(shù)，組合樣僅用于估算品位。

在地質(zhì)勘查中，多以品位為區(qū)域化變量，采用球狀模型來擬合變異函數(shù)曲線，確定變異函數(shù)特征，為礦體品位估值[9]。本研究分別以對數(shù)變換后的Pb、Zn品位為區(qū)域化變量，根據(jù)較佳的試驗(yàn)變異函數(shù)的大致方位，確定走向、傾向及厚度的方位角和傾角，分別將主軸方向(走向)定為第一方向變異函數(shù)，第二方向(傾向)變異函數(shù)垂直于第一方向變異函數(shù)，第三方向(厚度)變異函數(shù)垂直于前兩個變異函數(shù)，擬合得到球狀變異函數(shù)。

變程襯度反映了區(qū)域化變量的自相關(guān)范圍，某一方向的變程越大，說明該方向的礦化連續(xù)程度較好。塊金值的大小反映了區(qū)域化變量的隨機(jī)性，基臺值反應(yīng)了區(qū)域化變量在研究范圍內(nèi)的變異強(qiáng)度，是所有參與計算數(shù)據(jù)的方差[10-11]。研究區(qū)Pb、Zn品位在第一方向上相關(guān)性最佳，即為礦體連續(xù)性最佳的方向；Pb、Zn品位在3個方向上變程逐步減小，內(nèi)部表現(xiàn)出幾何異向性。

3.3 品位估算

地質(zhì)統(tǒng)計法以參與估算的工程數(shù)及以變程為搜索半徑的橢球體來估算品位和劃分資源儲量。在參與工程數(shù)固定的情況下，待估模塊與周圍工程樣品距離越近，其相關(guān)性便越大，估算結(jié)果的可靠性則越高[12]。本研究以研究區(qū)礦化域?yàn)榧s束，設(shè)定塊體尺寸為4 m×4 m×2 m(長×寬×高)，次分塊尺寸為 2 m×2 m×1 m(長×寬×高)，構(gòu)建三維塊體模型。采用不同的搜索半徑和工程設(shè)置，根據(jù)擬合的變異函數(shù)，對Pb、Zn樣品的組合樣進(jìn)行克里金插值，估算出了礦化域內(nèi)各部分的品位分布情況，結(jié)果見圖2。

圖2 礦化域內(nèi)Pb、Zn品位分布

本研究采用交叉驗(yàn)證方法對Pb、Zn品位估值結(jié)果進(jìn)了行評估，結(jié)果表明：Pb品位實(shí)際值為3.957%，估計值為4.023%；Zn品位實(shí)際值為4.167%，估計值為4.199%。Pb、Zn品位的實(shí)際值與估計值較接近，誤差在可以接受的范圍內(nèi)。

3.4 Pb、Zn品位分布特征

(1)礦化域沿SN向呈板狀分布，鉛、鋅礦體包裹于礦化域內(nèi)，沿NE向延伸，受斷裂切割錯動分為南北兩區(qū)。

(2)在3%～10%品位區(qū)間內(nèi)，鉛、鋅礦體分布連續(xù)，鉛礦體主要分布于南區(qū)，總體呈現(xiàn)中間強(qiáng)、兩頭弱的趨勢；鋅礦體則受隱伏斷裂切割，在南北兩區(qū)均有分布。在品位大于10%的區(qū)間中，鉛、鋅礦體分布均不連續(xù)。

(3)礦化域內(nèi)Pb、Zn平均品位相當(dāng)，分別為3.52%、3.51%。Pb品位的富集程度高于Zn，在南部透鏡狀礦體中心形成了蜂窩狀極富礦帶；Zn品位較為均一，富集程度較低，富集區(qū)域較小。

(4)Pb、Zn礦化強(qiáng)度總體具有NE向弱、SW向強(qiáng)的趨勢，礦化域南區(qū)東部為有利的找礦靶區(qū)，值得進(jìn)一步開展工作。

4 結(jié) 語

以澳大利亞西部某鉛鋅礦區(qū)為例，采用Microine軟件圈定了礦區(qū)的礦化域，構(gòu)建了勘查區(qū)的Pb、Zn品位分布模型，進(jìn)而詳細(xì)分析了區(qū)內(nèi)Pb、Zn品位的分布特征，綜合研究認(rèn)為礦化域南區(qū)東部具備進(jìn)一步勘查的潛力。

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