石灰巖礦床不同資源儲量估算方法對比分析

農仕華, 韋佳偉, 蒙穎森

（廣西地礦建設集團有限公司,廣西南寧 530022）

1 概述

石灰巖礦床是以含碳酸鈣為主要成分且可以開發利用的碳酸鹽巖礦床。石灰巖在冶金、建材、化工、輕工、建筑及其它特殊工業部門都是重要的工業原料。隨著鋼鐵和水泥工業的發展,石灰巖的重要性必將進一步增強, 所以石灰巖礦床資源儲量估算是礦產勘查工作中一項常見工作任務。石灰巖礦作為海相沉積礦床, 其礦床往往規模大, 礦石品質均一, 礦體直接裸露地表, 地表地形即礦體邊界。常用的儲量估算方法有：平行斷面（剖面）法、地質小塊段法、等高線斷面法、開采塊段法及三角形法等[1-2], 不同的儲量估算方法適用條件有所不同, 前人在研究露天非金屬礦床資源儲量估算時常使用斷面（剖面）法, 較少開展不同估算方法估算結果的對比, 該方法如果對較簡單地形的非金屬礦床資源儲量估算是可行的[3-7], 但對地形復雜, 即礦體邊界復雜的礦山可能就存在一定的局限性, 特別是灰巖礦山由于溶蝕作用, 使地表地形變的“千姿百態”, 往往每隔十幾二十幾米, 甚至幾米地形都變化很大, 且沒有方向性, 剖面法由于是按一定間距及方位布設的勘探線, 在估算這種礦體邊界復雜的灰巖礦資源量時, 可能會存在與實際情況的偏差, 本文以廣西武鳴區一處建筑石料用灰巖礦山開展不同估算方法估算資源量, 并對其結果進行對比分析說明上述問題。

2 礦床地質特征

該礦山為建筑石料用灰巖礦床, 礦區出露為泥盆系上統融縣組（D3r）地層, 產狀為124°∠25°, 形成單斜構造, 巖性為厚層狀細晶灰巖。該礦床地層即為礦體, 基本裸露地表, 由于受后期溶蝕, 礦體地表形態較復雜, 礦體連續性好, 地質構造簡單, 礦石類型單一, 其物理化學性質穩定, 礦體的邊界線即為地形線。礦區估算范圍內地形有開采平臺、洼地、多個山嶺及鞍部等, 地形較為復雜（見圖1）。本文對該礦山開展平行斷面（剖面）法、地質小塊段法、等高線斷面法資源儲量計算及對比, 以分析哪一種方法更適合對地形復雜的石灰巖礦床資源儲量估算。

3 三種儲量估算方法簡介

3.1 平行斷面（剖面）法

平行斷面（剖面）法是垂直斷面法的一種, 其優點是能借助勘探剖面直觀表現礦體不同部位的產狀、形態、構造及不同質量和研究程度礦產資源儲量的分布狀況, 從而廣泛應用于露天非金屬礦床資源儲量估算。其步驟首先是根據原有布置的勘探線, 將礦體用若干條相互平行的勘探線剖面截成若干個地質塊段, 再繪制出各條勘探線剖面, 測定各條勘探剖面圖上礦體的面積, 乘以勘探線的間距, 計算出每個塊段的儲量, 最后將各塊段的儲量求和既得到礦體的儲量。

平行斷面（剖面）法求礦體體積時, 因兩個勘探剖面面積可能相差較大, 為此, 根據相鄰兩剖面礦體之相對面積差的大小來分別選擇不同的公式進行計算：

（1）梯形體積公式：當相鄰兩斷面的礦體形狀相似, 且其相對面積差[（S1-S2）／S1]＜40%時, 用梯形體積公式：

（2）截錐體積公式：當相鄰兩斷面的礦體形狀相似且其相對面積差[（S1-S2）／S1]＞40%時, 選用截錐體積公式：

式中：V——兩斷面間礦體體積, m3；

L——兩剖面間距離, 或剖面到尖滅點距離, m；

S1、S2——分別為相鄰兩斷面上礦體面積, m2。

3.2 地質小塊段法

地質小塊段法是綜合傳統的地質塊段法與網格法將礦區范圍劃分成多邊形, 一般為方格網, 網格邊一般平行和垂直于原有的勘探線, 網格邊長為勘探線剖面間距根據實測高程密度適當加密, 方格中心點高程是將每個方格網四個角的地面實測高程相加后取平均值求得, 如果某方格網四個角沒有高程值或為非方格的多邊形, 則通過周圍高程值內插求得。以每個方格網的面積作為上下底面, 方格中心點高程和設計開采最低標高間的差值作為高度, 用長方體的體積計算公式即可求得該小塊段的體積, 將所有的小塊段體積求和, 即得出整個礦體體積。地質小塊段法的特點在于提取了更多的地表高程值, 讓更多的高程點取值代表實際高程值, 從而達到更高精度的要求。

地質小塊段法求礦體體積（V）的計算公式：

式中：S——礦體水平投影面積, m2；

H——礦體平均厚度, m, 小塊段中心點高程減去最低開采標高求得。

3.3 等高線斷面法

等高線斷面法是水平斷面法的一種, 特點是根據實測地形圖, 以等高線圈定塊段, 用等高線斷面法進行儲量計算, 結果是唯一的。該方法多用于尾礦庫庫容及剝土、填方土方的計算[8], 其步驟是首先計算各等高線范圍內的面積, 再與等高距相乘求出每一等高線層的體積, 將各層體積相加, 即得總的礦體體積。其計算公式如下：

等高線斷面法求礦體體積計算：

式中：V——礦體總體積, m3；

Vh——相鄰兩條等高線斷面間的塊段體積, m3；

h——兩相鄰等高線中較低的等高線標高, m。

相鄰等高線間的小塊段體積Vh的計算：

（1）若S1或S2等于0, 選用錐體體積公式：

（2）S1和S2都不為0, 且|S1-S2|/S1＜40%, 選用梯形體積公式：

（3）若S1和S2都不為0, 且|S1-S2|/S1＞40%, 選用截錐體體積公式：

式中：Vh——兩條相鄰等高線斷面間的塊段體積, m3；

h——兩相鄰等高線中較低的等高線標高；

S1、S2——相鄰等高線斷面面積, m2；

L——相鄰等高線斷面間距離, m。

4 三種儲量估算方法應用及結果對比

4.1 平行斷面（剖面）法

建筑用石料參考基本工程勘查間距為200～300m, 根據實際情況可加密工程間距, 本文按80m間距在礦區范圍內布置7條勘探線, 將礦區劃分成11個塊段（如圖1所示）, 運用平行斷面法估算出該礦山建筑石料用石灰巖礦礦石體積1215.63×104m3。

圖1 平行斷面（剖面）法估算圖

4.2 地質小塊段法

礦區范圍內最低開采標高為+205m, 地形最高標高為+416m,采用地質小塊段法, 將建筑石料用石灰巖礦區平面范圍按方形（35m×35m）劃分為140個小塊段,估算出該礦山建筑石料用石灰巖礦礦石體積1314.42×104m3。

4.3 等高線斷面法

在運用等高線斷面法估算前, 應注意到如果有同一標高跨躍復雜地形時, 比如跨越兩個山嶺, 同一標高在地形上不連續導致出現多個面積, 會使計算變得困難, 為了避免出現這種情況, 應預先進行大塊段劃分, 劃分原則應使同一大塊段內的同一標高在地形上連續。本礦區范圍內按地形的鞍部、山脊等劃分為3個大塊段后, 按等高線間距為5m劃分塊段, 分別運用等高線斷面法計算再求和, 估算出該礦山石灰巖礦礦石體積1325.94×104m3。

4.4 估算結果對比

各方法估算結果見表1, 地質小塊段法與等高線斷面法的儲量估算結果相對誤差僅為0.87%, 不足1%。而地質小塊段法與平行斷面（剖面）法、等高線斷面法與平行斷面（剖面）法的儲量估算結果相對誤差較大, 分別為7.81%和8.68%, 說明地質小塊段法和等高線斷面法估算出的資源儲量更接近該礦山的實際資源儲量, 具有很好的相互印證效果。在實際工作中, 可以使用地質小塊段法和等高線斷面法估算對比, 來評價資源儲量估算結果的可靠性。

表1 資源儲量估算結果對比分析表

那平行斷面（剖面）法為什么會相差這么大呢？我們對剖面線的布置進行了分析, 發現0號剖面線與2號剖面線之間存在一個懸崖, 而兩根相鄰的剖面線均沒有反映真實情況, 直接采用兩根剖面線所截面積當作斷面的頂底面來估算礦床資源儲量, 會與實際資源量相關較大, 一般情況會在0號剖面線與2號剖面線之間再增加一條剖面, 這種增加情況有兩種不便：①這樣增加剖面雖與等高線斷面法原理相同, 但對于石灰巖礦可能5～10m地形就變化較大, 若剖面加密, 切剖面工作將使工作量增加, 且難以達到像等高線斷面法5m間距一條剖面, 而等高線斷面法因其輪廓線已形成, 所以計算出的資源儲量簡單便捷, 等高線斷面法顯然成為更優的選擇；②灰巖礦由于其經濟價值所決定, 幾乎都為露天開采, 開采礦體均處于當地基準侵蝕面及地下水位以上, 其發育的溶溝溶槽大都以從山頂往山下呈近垂直于水平面發育, 等高線斷面法更能有效控制溶溝溶槽最大變化情況, 而平行斷面（剖面）法無論在哪個方向布置均沒法滿足勘查線布設應垂直于礦體變化最大的方位。綜上原因平行斷面（剖面）法截面面積不能完全真實反映或難以反映石灰巖礦體實際情況, 導致資源儲量估算存在較大誤差。

5 結論

每種儲量估算方法都有不同的優缺點, 對于礦體連續性好、地質構造簡單、礦石類型單一, 但地形起伏大的石灰巖礦床開展資源儲量估算時, 使用地質小塊段法或等高線斷面法其估算結果相對誤差小, 可操作性強, 更接近真實值, 故推薦使用地質小塊段法、等高線斷面法進行石灰巖礦床儲量估算。