鄂西地區(qū)磷礦資源儲(chǔ)量估算過(guò)程中體積質(zhì)量參數(shù)確定方法探討

曾德軍

(中化地質(zhì)礦山總局 湖北地質(zhì)勘查院，湖北 武漢 430070)

礦石體積質(zhì)量，也稱礦石體重，是自然狀態(tài)下單位體積礦石的質(zhì)量，以礦石質(zhì)量與其體積之比表示。按測(cè)定方法的不同，可分為小體積質(zhì)量和大體積質(zhì)量。對(duì)于原生沉積型磷塊巖礦床來(lái)說(shuō)，以測(cè)定小體積質(zhì)量為主，因此后文提到的體積質(zhì)量均指小體積質(zhì)量。體積質(zhì)量作為資源儲(chǔ)量估算重要參數(shù)之一，直接影響著資源儲(chǔ)量估算結(jié)果的可靠性。確定體積質(zhì)量參數(shù)的方法較多，在鄂西地區(qū)原生沉積型磷塊巖礦床資源儲(chǔ)量估算過(guò)程中應(yīng)用較為廣泛[1-5]。本文對(duì)確定體積質(zhì)量參數(shù)的不同方法進(jìn)行分析，并以鄂西達(dá)到勘探程度的幾個(gè)典型磷礦區(qū)(段)首采區(qū)為例，探討各種方法的適用性，確定最合適的方法，為鄂西沉積型磷塊巖礦床資源儲(chǔ)量估算提供參考。

1 影響礦石體積質(zhì)量的主要因素

礦石體積質(zhì)量與礦物成分、化學(xué)成分、風(fēng)化程度、濕度、孔隙度等有關(guān)。對(duì)于原生沉積型磷塊巖礦床來(lái)說(shuō)，風(fēng)化作用對(duì)礦石體積質(zhì)量幾乎沒(méi)有影響，濕度、孔隙、裂隙等對(duì)體積質(zhì)量影響甚微，對(duì)礦石體積質(zhì)量有較大影響的是礦物成分和化學(xué)成分，最終起決定作用的是化學(xué)成分[6-7]。

鄂西磷塊巖礦石的主要礦石礦物是隱晶質(zhì)磷灰石(又稱膠磷礦)，脈石礦物主要為白云石、石英和粘土礦物，其它礦物成分含量為微量。磷灰石比重為3.18～3.21，白云石比重為2.85～2.90，石英和粘土礦物比重為2.22～2.65[8]。磷灰石的比重明顯高于脈石礦物，反映磷灰石含量越高，體重越大，反之則反。因此以磷灰石為主的礦物組合是影響礦石體積質(zhì)量的主要因素。

在鄂西磷塊巖礦石化學(xué)成分中，P2O5、CaO、CO2、SiO2、MgO、Al2O3、Fe2O3、F、酸不溶物等含量之和超過(guò)98%。P2O5、CaO、F是組成磷灰石的主要化學(xué)成分，磷塊巖礦石中P2O5和CaO含量之和一般>40%，而致密塊狀磷塊巖礦石中P2O5和CaO含量之和一般為70%～85%。MgO、CaO和CO2是組成白云石的主要成分，也就是白云質(zhì)磷塊巖中脈石礦物的主要成分，白云質(zhì)磷塊巖礦石中P2O5和CaO含量之和一般為50%～80%。酸不溶物、SiO2、Al2O3、Fe2O3等是組成石英和粘土礦物的主要成分，也就是泥質(zhì)條帶磷塊巖脈石礦物的主要成分，泥質(zhì)條帶磷塊巖礦石中P2O5和CaO含量之和一般為35%～60%。由此可見(jiàn)，P2O5和CaO是影響礦石體積質(zhì)量的主要化學(xué)成分，其中P2O5含量與礦石體積質(zhì)量關(guān)系最為密切。

不同自然類(lèi)型的礦石具有不同的體積質(zhì)量，是因?yàn)槠渌V石礦物含量不同，比如鄂西地區(qū)致密塊狀磷塊巖、致密條紋狀磷塊巖中膠磷礦含量多，體積質(zhì)量較大；白云質(zhì)磷塊巖和泥質(zhì)條帶磷塊巖中膠磷礦含量相對(duì)較少，體積質(zhì)量也相對(duì)較小。

不同品級(jí)礦石的體積質(zhì)量不同，主要原因是P2O5含量不同。通過(guò)體積質(zhì)量樣品分析測(cè)試發(fā)現(xiàn)，Ⅰ級(jí)品

(P2O5含量≥30%)體積質(zhì)量較大，Ⅲ級(jí)品(15%≤P2O5含量<24%)體積質(zhì)量較小，Ⅱ級(jí)品(24%≤P2O5含量<30%)體積質(zhì)量一般介于Ⅰ、Ⅲ級(jí)品之間。

2 礦石體積質(zhì)量與P2O5含量關(guān)系

前面提到磷塊巖礦石體積質(zhì)量與P2O5含量關(guān)系密切，前人對(duì)其研究表明，磷塊巖礦石體積質(zhì)量與P2O5含量具有明顯的正相關(guān)性[9]。

圖1 典型礦區(qū)體積質(zhì)量與P2O5含量關(guān)系圖解Fig.1 Diagram of relationship between volume mass and P2O5 content in typical mining area

3 確定體積質(zhì)量參數(shù)的方法及適用性

資源儲(chǔ)量估算是以礦體為單位，分塊段計(jì)算的。體積質(zhì)量參數(shù)多采用體積質(zhì)量平均值，可以以礦體為單元計(jì)算體積質(zhì)量平均值，也可以以塊段為單元計(jì)算體積質(zhì)量平均值。下面介紹幾種較為常用的平均體積質(zhì)量計(jì)算方法，并進(jìn)行分析對(duì)比。

(1) 僅分品級(jí)計(jì)算礦石平均體積質(zhì)量(方法①)。先將全礦區(qū)同一礦體所有體積質(zhì)量按品級(jí)分類(lèi)，計(jì)算各品級(jí)礦石體積質(zhì)量的算術(shù)平均值，即為該礦體各品級(jí)礦石平均體積質(zhì)量。單個(gè)塊段分品級(jí)計(jì)算資源儲(chǔ)量，即利用各品級(jí)礦體厚度、各品級(jí)平均體積質(zhì)量及塊段斜面積估算塊段內(nèi)各品級(jí)礦石資源儲(chǔ)量。各品級(jí)資源儲(chǔ)量匯總成塊段資源儲(chǔ)量。

該種方法是資源儲(chǔ)量估算中較為常用的方法之一。各品級(jí)礦石平均體積質(zhì)量計(jì)算過(guò)程較簡(jiǎn)單，但每個(gè)塊段都要計(jì)算多個(gè)品級(jí)資源儲(chǔ)量，資源儲(chǔ)量成果圖件需標(biāo)示所有品級(jí)資源儲(chǔ)量估算參數(shù)及資源儲(chǔ)量數(shù)據(jù)，資源儲(chǔ)量計(jì)算、統(tǒng)計(jì)過(guò)程及成果圖件制作較為繁瑣。該方法計(jì)算的平均體積質(zhì)量代表性強(qiáng)，資源量估算結(jié)果較為準(zhǔn)確，適合于資源儲(chǔ)量精度要求相對(duì)較高的勘查階段(詳查、勘查階段)，或具有分層開(kāi)采條件的礦區(qū)。

(2) 先計(jì)算各品級(jí)礦石平均體積質(zhì)量，再加權(quán)平均計(jì)算礦體平均體積質(zhì)量(方法②)。先計(jì)算礦體中各品級(jí)礦石體積質(zhì)量平均值，再按各品級(jí)在礦體中所占比例進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算該礦體的平均體積質(zhì)量，該礦體所有塊段均按該平均體積質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。各品級(jí)所占比例的計(jì)算方法為：根據(jù)單工程礦體圈定結(jié)果，計(jì)算單工程中各品級(jí)礦石的厚度和品位，將單工程中某一品級(jí)礦石厚度累計(jì)求和再除以該礦體所有單工程圈定礦體總厚度和，即為該品級(jí)在該礦體內(nèi)所占比例。

該種方法是資源儲(chǔ)量估算中最為常用的方法。按品級(jí)進(jìn)行圈定和統(tǒng)計(jì)計(jì)算的過(guò)程較為復(fù)雜，但一個(gè)礦體只使用一個(gè)平均體積質(zhì)量，資源儲(chǔ)量計(jì)算及成果圖件繪制相對(duì)簡(jiǎn)便。該方法計(jì)算的平均體積質(zhì)量考慮了各品級(jí)礦石對(duì)該礦體平均體積質(zhì)量的影響，具有代表性，資源儲(chǔ)量估算結(jié)果較為準(zhǔn)確。該方法適用范圍最廣，在所有勘查礦區(qū)及勘查階段均可使用。

(3) 按礦石體積質(zhì)量與P2O5含量回歸方程計(jì)算塊段平均體積質(zhì)量(方法③)。先對(duì)某一礦體的體積質(zhì)量樣本(體積質(zhì)量值和P2O5含量)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確定體積質(zhì)量與P2O5含量的相關(guān)關(guān)系和回歸方程，檢驗(yàn)回歸效果的顯著性及回歸方程合理性。然后采用回歸方程和各塊段平均品位計(jì)算塊段平均體積質(zhì)量，參與塊段資源儲(chǔ)量估算。

該方法可利用Microsoft Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。每個(gè)塊段均只有一個(gè)體積質(zhì)量參數(shù)和一個(gè)資源儲(chǔ)量數(shù)據(jù)，成果圖件制作較為簡(jiǎn)潔。該方法計(jì)算的平均體積質(zhì)量具有代表性，資源量估算結(jié)果較為準(zhǔn)確。但該方法也有其局限性，對(duì)于勘查程度較低的階段和礦區(qū)，采集的體重樣品數(shù)量少，參與統(tǒng)計(jì)的樣本較少，分析得出的體積質(zhì)量與P2O5含量相關(guān)性結(jié)論的代表性不強(qiáng)，因而不適合采用該方法。該方法適用于體積質(zhì)量數(shù)據(jù)較多的礦區(qū)和工作程度較高的勘查階段，在勘查工程較多的礦區(qū)詳查階段及所有礦區(qū)勘探階段作重點(diǎn)推薦。

(4) 先計(jì)算各品級(jí)礦石平均體積質(zhì)量，再算術(shù)平均計(jì)算礦體平均體積質(zhì)量(方法④)。先計(jì)算某一礦體各品級(jí)礦石體積質(zhì)量平均值，再采用算術(shù)平均法計(jì)算各品級(jí)平均體積質(zhì)量的平均值，即將各品級(jí)平均體積質(zhì)量之和除以品級(jí)個(gè)數(shù)得到該礦體平均體積質(zhì)量。

采用該方法，一個(gè)礦體只使用一個(gè)平均體積質(zhì)量，資源儲(chǔ)量計(jì)算過(guò)程相對(duì)較簡(jiǎn)便。但未考慮各品級(jí)礦石占比數(shù)量的影響，無(wú)法保證礦體平均體積質(zhì)量的代表性，資源儲(chǔ)量精確度相對(duì)較低。在預(yù)查、普查階段探礦工程數(shù)量較少，采集體積質(zhì)量樣品數(shù)量有限，對(duì)資源量估算精確度要求較低，常有人采用此方法，但在詳查和勘探階段不推薦使用。

(5) 根據(jù)塊段平均品位確定塊段品級(jí)，以該品級(jí)平均體積質(zhì)量作為塊段平均體積質(zhì)量(方法⑤)。先計(jì)算各品級(jí)礦石體積質(zhì)量平均值，再計(jì)算塊段平均品位，當(dāng)該平均品位對(duì)應(yīng)某個(gè)品級(jí)，即采用該品級(jí)平均體積質(zhì)量作為塊段平均體積質(zhì)量參與資源儲(chǔ)量估算。如某塊段平均品位為25%，對(duì)應(yīng)品級(jí)為Ⅱ級(jí)品，則該塊段的平均體積質(zhì)量采用該礦體Ⅱ級(jí)品的平均體積質(zhì)量。

該方法計(jì)算平均體積質(zhì)量、估算資源量和繪制成果圖件的過(guò)程較簡(jiǎn)單。但一般情況下，組成塊段的礦石不只一個(gè)品級(jí)，比如某塊段平均品位為25%，為Ⅱ級(jí)品，但該塊段并不一定全是Ⅱ級(jí)品礦石，如果直接使用Ⅱ級(jí)品礦石平均體重計(jì)算，代表性有所欠缺。在地質(zhì)報(bào)告編制過(guò)程中經(jīng)常有人采用該方法，但筆者不建議采用。

4 不同方法確定的體積質(zhì)量對(duì)資源儲(chǔ)量估算結(jié)果的影響

在鄂西地區(qū)磷礦資源儲(chǔ)量估算中，上述方法①、②、④、⑤常有使用，但方法③少有使用。根據(jù)上述分析可知，方法④和方法⑤最終確定的體積質(zhì)量參數(shù)代表性不強(qiáng)，在詳查和勘探階段不建議使用;方法①、方法②和方法③確定的體積質(zhì)量參數(shù)較可靠，估算的資源儲(chǔ)量結(jié)果接近真實(shí)情況，是較為合適的方法。同時(shí)，方法③計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，成果圖件制作較為簡(jiǎn)潔，是本文重點(diǎn)推薦的方法。

表1 不同體積質(zhì)量計(jì)算方法估算資源儲(chǔ)量結(jié)果對(duì)比表Table 1 Comparison of resource reserves estimatedby different volume mass calculation methods

目前使用較多的是方法①和方法②，比如后坪礦段和白水河礦區(qū)勘探報(bào)告使用的是方法②，麻坪礦段使用的是方法①，這兩種方法均在成果報(bào)告評(píng)審過(guò)程中被專(zhuān)家認(rèn)可。通過(guò)對(duì)比可以看出，方法③也適用于鄂西磷礦資源儲(chǔ)量估算。

5 結(jié)論

(1) 通過(guò)對(duì)比分析，認(rèn)為僅分品級(jí)計(jì)算礦石平均體積質(zhì)量(方法①)、先計(jì)算各品級(jí)礦石平均體積質(zhì)量再加權(quán)平均計(jì)算礦體平均體積質(zhì)量(方法②)、按礦石體積質(zhì)量與P2O5含量回歸方程計(jì)算塊段平均體積質(zhì)量(方法③)三種方法估算的資源儲(chǔ)量結(jié)果均可靠，都適用于鄂西地區(qū)磷礦資源儲(chǔ)量估算。

(2) 方法③理論論據(jù)充分，計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確性較好，推薦在勘查工程較多礦區(qū)的詳查和勘探階段使用。