面向新标准的矿山资源储量三维评估体系

李嘉平 侯 杰 李国清 赵 威 盛宝丽

(1.苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司,江苏 苏州 215151;2.北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;3.山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿,山东 莱州 261442)

固体矿产资源储量分类是国家掌握矿产资源状况、制定长远开采计划以及合理保护和利用矿产资源的重要手段。 为满足我国不同时期的矿产资源管理、矿业市场发展、矿业权评估与投资等需求,固体矿产资源储量分类标准在半个多世纪以来进行了5 次修订,经历了经济模式从计划经济到市场经济的转变,形成了满足不同发展阶段的资源分类标准[1-3]。 同时,矿山企业通过解读资源分类标准内涵,充分考虑矿山地质条件、开采方式及基础设施等因素后,建立了符合自身特点的资源储量评估模式,完成了资源储量的动态管理,并随着标准的变化进行不断更迭。 因此,在《固体矿产资源储量分类》(GB/T 17766—2020)发布后,矿山企业需结合新标准特点对资源储量数据进行更新,并完成资源评估模式的全面升级。

目前,我国矿山企业在资源储量评估方面正向着专业化、数字化与可视化的方向发展,借助三维矿业软件对地质资源进行数字化估算已成为资源储量评估的重要手段。 例如泥河铁矿[4]结合三维建模技术进行了地质统计学储量估算;普朗铜矿[5]在完成地质资料的数字化和三维可视化后对资源储量类别进行了划分;乌山铜钼矿[6]通过建立三维地质模型进行储量分析与计算,并根据开采情况进行定期更新。在新标准指导下,矿山企业亟须根据新的分类标准对资源储量分类进行重新界定、历史数据进行无缝转换、储量估算方法进行全面更新。 马建明等[7]指出矿产资源储量统计工作需要在当前信息技术上与科学合理的分类标准相结合,确保数据真实全面和及时获取;曲俊利等[8]认为当前储量管理改革的主要内容包括建立新的资源储量统计途径、储量年度报告分类管理等,建议矿山在管理制度设计上做好衔接,提高储量数据可靠性及资源储量管理信息化水平。

综上所述,我国矿山企业已普遍形成了满足自身管理要求的资源储量评估模式,在新标准发布后,矿山需根据新标准实现对储量估算方式的升级与完善,形成适用于新标准的储量评估体系。 本研究在深入解读新分类标准的基础上,梳理矿山企业资源储量数字化管理流程,以新旧标准对应关系为基准,运用三维矿业软件实现资源储量数据更新,研究与新分类方式相匹配的资源储量估算方法并完成地质资源建模。通过在山东某地下金属矿山进行应用与验证,解决新标准发布以来矿山储量信息确认过程中存在的分类关系不清晰、历史数据衔接困难、资源评估方式不适用等问题,研究成果可为其他类似矿山实现新标准下的矿山资源储量评估提供借鉴。

1 新分类标准下的矿山资源储量评估

1.1 新旧分类标准差异解读

固体矿产资源储量分类标准是矿产资源储量统计工作的基础,对矿产资源管理规划、矿产资源勘查开发、资源储量估算与评价有着重要意义。 储量评估对象即地质资料和矿产资源,分类标准的改变将直接影响矿山资源储量统计工作。 与《固体矿产资源储量分类》(GB/T 17766—1999)相比,《固体矿产资源储量分类》(GB/T 17766—2020)的变化主要体现在以下几个方面[9-12]:

(1)资源储量分类依据简化使得分类类型减少。新分类标准将旧分类标准下的经济意义、可行性评价阶段和地质可靠程度“三轴”,修改为地质可靠程度、可行性评价结果“两轴”,同时将原16 个类型减为5个类型。

(2)地质可靠程度评价依据调整。 新分类标准更加强调矿体、矿石质量的连续性,去除了旧分类标准中地质可靠程度中的选冶性能、开采条件等勘查阶段研究内容,便于更好地确定矿体地质特征及品位的连续性。

(3)资源量、储量可以互相转换,更加重视矿产资源的开发利用。 资源量转换为储量需要考虑转换因素的合理性,并且在转换因素改变或不满足条件时,将储量转换为资源量。

(4)资源量、储量划分简化了经济意义,储量确定更加合理全面。 可行性研究需对储量的转换因素及其他相关运作因素做出详细评价,并考虑采矿过程中的损失贫化,以此保证储量确定的技术经济合理性。

1.2 分类标准变化产生的主要影响

新分类标准对矿山资源储量统计工作的影响体现在以下几个方面:

(1)矿山储量数据具有连续性,在分类标准改变后需随之更新。 当前,矿产资源开发所产生的储量数据根据旧分类标准划分并记录在册,对于矿山而言,资源储量数据具有延续性,因此,矿山企业需要对历史数据进行合理科学的转换以适用于新分类标准下的矿产资源管理,形成一系列可追溯的储量台账、报表等,用于指导后续生产勘探工作。

(2)新标准发布后需要升级完善现有的储量评估体系,用于新增勘探资源储量的评估。 新增矿区资源储量的确定将按照新标准进行,不同的资源储量分类方式促使原有的储量评估手段需要同步更新,包括提出基于新标准的资源评估方式和储量转换方法等。

(3)矿山企业在确定资源储量时需充分考虑转换因素和可能造成的损失贫化,注重产生经济效益的资源量,强调时效性以适应市场需要。

(4)新标准促进了矿山企业资源评估在信息化和数字化水平上的本质提升。 新标准发布后出台的相关政策对储量数据质量及数据时效提出了更高的要求,并鼓励矿山企业通过三维地质建模等方式进行资源储量估算,矿山储量评估方法向信息技术方向迈进已成为企业发展的必然趋势。

1.3 新标准下的矿山资源储量评估需求

针对分类标准变化及其影响,当前背景下矿山企业的储量评估内容主要包括新旧标准过渡和新标准解读及应用,形成一套承上启下的储量统计模式,如图1 所示。 同时随着我国浅部矿产资源逐步消耗殆尽,矿山企业的生产中心转向了浅部残矿回收和深部矿产资源开发,对于矿石品位信息的精确性有了更高要求。 在新分类标准发布的背景下,矿山资源储量评估需要充分考虑矿山现有的资源储量信息化环境,构建新旧分类标准下的资源储量数据对接与转化模型,平稳有效地完成标准过渡时期矿山资源储量统计工作。 同时,在新标准指导下,需要综合考虑当前矿产资源市场环境、新探明矿产资源特征、开采技术条件等因素,借助三维矿业软件[13]完成地质建模、品位估算、经济评价等内容,全面评估矿产资源情况。

图1 矿山企业资源储量评估核心内容Fig.1 Core content of resource reserve assessment of mining enterprises

2 新标准下储量评估体系构建

2.1 新标准下储量评估体系架构

在矿山储量评估内容指导下,有必要从以新旧标准对应关系为基准的资源储量数据更新,及以新标准为依据的地质资源建模两个方面完成资源储量评估体系搭建,如图2 所示。

图2 新标准下储量评估流程Fig.2 Reserve assessment process under the new standard

(1)以新旧标准对应关系为基准的资源储量数据更新。 由于新标准在资源储量分类类型及概念内涵上较旧标准存在差异,需对其分析后得到历史数据转换模型。 在矿山已有的三维数字化资源模型基础上,通过数据转换模型对历史地质数据库进行数据更新,以支撑后续开采计划编制。

(2)以新标准为依据的地质资源建模。新标准对于资源储量分类内容及依据做出了调整,矿山后续资源勘探需按照新标准进行地质资源建模,结合新标准分类规范提出三维环境下资源量类型划分方法,合理确定转换因素及“两率”(损失率、贫化率)完成资源量、储量的对应转换,从而出具矿山资源储量报告。

2.2 新旧分类标准对应关系模型构建

通过对分类调整的分析,得到一套新旧标准对应数据的转换模型,如图3 所示。 以三维建模形成的块体模型为基础,通过在三维矿业软件中编写数据转换程序,可以快速、准确地完成数据更新。

图3 新旧标准分类类型转换模型Fig.3 Conversion model of old and new standard classification types

资源储量转换需要按照矿山详查或生产勘探获得的储量、资源量数据类型,并结合具体情况进行转换。 例如矿山获得的经济基础储量111b、122b 按转换模型首先转换为探明资源量和控制资源量,充分考虑损失贫化和转换因素后,将资源量转换为对应的储量进行评估;部分资源量为压覆矿量,需要转换为尚难利用的矿产资源。

2.3 基于新分类标准的地质资源建模

针对新探明矿体建立新的储量分级体系,以地质数据为基础完成对矿体的品位估值,在此基础上划分资源量和储量,主要流程分析如下。

2.3.1 以钻孔数据为基础完成矿产资源建模

三维矿业软件采用地质统计学法进行资源量估值的主要步骤如图4 所示[14-20]。 其中,块体模型估值需要逐次放大搜索椭球体范围,确保涵盖所有块体以完成全部估值。

图4 三维建模及估值流程Fig.4 3D modeling and valuation process

2.3.2 依据地质可靠程度划分资源量级别

地质统计学法根据搜索半径、勘探工程网度、样品数等因素对块体进行资源量分类。 三维矿业软件中的搜索椭球体定义了在块体估值过程中搜索的空间范围和样品点数目等相关参数,能够反映椭球体范围内的工程控制程度。 在构建空间搜索椭球体时,应充分考虑矿体空间赋存状态,在矿体走向、倾向和厚度方向保持一致;搜索椭球体的半径要与勘查规范一致,根据空间位置所对应的不同工程密度设置不同的椭球体半径,如图5 所示[21]。

图5 搜索椭球体示意Fig.5 Schematic of searching for ellipsoids

采用地质统计学法完成块体模型估值后,块体中添加了品位、估值次数、估值样品数、估值距离等属性,利用这类参数对估值块体进行工程控制程度分级,确定不同地质可靠程度的资源量类型。

资源量类型划分准则中各项参数的取值范围与勘探工程数据和矿体赋存属性相关。 其中,估值次数与椭球体搜索范围直接关联,随着搜索范围增大而增加;参与估值最小样品数由块体模型变量估值样品数决定,将该变量的置信区间划分为分级准则,最小样品数随着资源量级别降低而减小;参与估值的最小距离与勘探网度和估值次数有关,最小距离随着资源量级别降低而增大[22-24]。

2.3.3 考虑各中段损失贫化后确定储量

新标准规定储量是经过与之相当的技术经济评价,考虑矿石损失贫化,合理使用转换因素后由对应的资源量转换而来。 由于转换因素包括矿山采选冶技术条件、市场经济情况等,在不同时段、不同空间条件下各中段转换因素存在差异,因此储量估算需针对不同中段将满足技术可行性和经济合理性要求的资源量进行转换。

同样,三维矿业软件中储量确定需要结合当前转换因素进行综合研判。 具体工作内容是根据可行性研究和工业指标方案确定采矿方法及采出品位,三维矿业软件依据采矿方法将矿体实体模型进行中段划分,对块体模型添加约束赋值中段编号,分别对探明的、控制的资源量中达到采出品位的块体以中段编号形式导出,对其分别计算损失贫化率,从而得到各中段的储量。

3 工程实例

3.1 金矿床概况

某黄金矿山矿床为大型蚀变岩型金矿床,主要赋存于主裂面之下0 ～35 m 内的黄铁绢英岩化碎裂岩带中。 矿体主要由黄铁绢英岩化碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩组成,前者以浸染状为主,后者以细脉状为主。 矿体被第四系沉积物覆盖,矿体厚度为0.48～40.65 m,平均厚度达8.96 m,矿体最深位置为-710 m,浅处为-30 m,矿体埋藏状态为隐伏,大部分紧靠主裂面分布,显现于71#～20#线。 矿体走向为42°～80°,总体走向62°,走向延长长度为1 145 m,在走向方向上,矿体两端厚中间薄;矿体倾向SE,斜长最大达到900 m,最短处为135 m,平均斜长为591 m;矿体倾角为33°～67°,大部分为40°～50°,平均倾角为46°,矿体由北向南倾角有逐渐变陡趋势。

该矿山的数字化建设起步较早,已运用三维矿业软件完成了矿产资源建模与评估,现有矿区(-400 m中段及以上)在三维环境下已完成旧标准的资源储量统计工作,新探明矿区(-400 m 中段以下)未完成固体矿产资源量与储量估算。

3.2 历史资源储量数据转换

现有矿区按照矿业软件中的数据转换程序完成资源储量数据转换。 在旧资源储量分类中,为简化储量类型便于实际操作,将该矿山的资源储量分为5种,基础储量包括111b、122b,资源量包括331、332、333。 资源量在转换过程中不产生变动,因此需要对采场区域的储量级别进行转换,完成储量变动统计。

在Vulcan 矿业软件中以-400 m 以上中段某采场为例进行储量转换,部分采场由于生产地质勘探程度较低尚未开采,储量级别仍为122b,现有分级结果及转换结果见表1。

表1 某采场转换结果Table 1 Results of a stope conversion

从采场转换前后的储量数据可以看出矿块整体平均品位有所提升,金属量反而减少,原因在于新标准下的储量确定需要考虑转换因素及损失贫化率,由此造成采场中较高品位矿量才能满足采出品位要求,最终纳入储量的矿量减少导致金属量减少。

3.3 新探明矿区资源储量估算

新探明矿区按照新分类标准进行资源储量评估,以勘探钻孔数据为基础,在Vulcan 矿业软件中完成三维建模和品位估值,采用资源量划分准则确定资源量类型继而转换储量,主要步骤如下:

(1)实体模型建立。 通过导入-400 m 中段以下钻孔数据,在Vulcan 软件中建立地质数据库,经可行性研究确定边界品位为1 g/t,在此基础上利用勘探线剖面圈定矿体,修改矿体解译线避免实体交叉,利用创建实体功能建立的实体模型如图6 所示。

图6 -400 m 中段以下实体模型Fig.6 Solid model below the middle section of -400 m

(2)块体模型建立。 对块体模型的父块尺寸设置为50 m×25 m×10 m,子块尺寸为2 m×1 m×2 m,块体内部约束块尺寸为10 m×5 m×10 m,创建块体模型内部变量并用实体模型进行约束,加载约束块模型如图7 所示。

图7 块体模型Fig.7 Block model

(3)品位估值。 采用克里格估值法对块体模型进行估值,克里格估值参数及变异函数拟合参数如表2 和表3 所示,估值结果如图8 所示。

表2 克里格法估值参数Table 2 Estimation parameters of Kriging method

表3 变异函数拟合参数Table 3 Fitting parameters of the variance function

图8 三维环境下估值结果Fig.8 Valuation results in a three-dimensional environment

(4)资源量分类。 以资源量类别划分准则为依据确定各类资源量,若未满足任一划分条件则依次降低资源量级别,分类划分依据以及划分结果如表4所示,在三维环境下的分类结果如图9 所示。

表4 资源量分类依据及结果Table 4 Classification basis and results of resources

图9 三维环境下分类结果Fig.9 Classification results in a three-dimensional environment

(5)以中段为单位将资源量转换为对应的储量。在Vulcan 软件中划分中段并对块体添加范围约束,确定各中段的损失贫化率以及采出品位,以-440、-480 m 中段为例将满足转换条件的资源量转换为储量,划分结果如表5 所示。 其中,-480 m 中段由于水文地质条件较为复杂,矿体变薄,造成贫化率上升。

表5 储量计算结果Table 5 Calculation results of reserves

4 结 论

针对固体矿产资源储量分类新标准对矿山资源储量评估的内在影响,全面分析了资源储量评估核心内容,进而构建了新分类标准支撑下的现代矿山资源储量评估新体系,借助三维矿业软件,从新旧储量标准过渡和新储量标准解读与应用两个方面形成了储量数据评估方法,并以山东某黄金矿山为例进行了应用。 所得结论如下:

(1)根据新旧分类标准的资源储量类型对应关系建立转换模型,在矿业软件中编写类型转换程序,完成了储量历史数据转换,解决了由于分类标准变化所导致的数据衔接困难问题。

(2)以新标准中资源储量定义及转换原则为依据,在三维环境下以搜索椭球体为基础确定资源量类型分类准则,以采场为单位进行资源储量量化评估,形成了三维矿业软件支持下的矿山资源储量数字化、可视化评估新方法。

(3)以山东某黄金矿山为例,基于Vulcan 软件完成了三维环境下已开采采场储量数据更新以及新探明采场资源储量估算,为其他类似矿山进行资源储量评估提供了参考。