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幾何法與地質統計學方法的一次較量

2019-6-17 9:54:38 來源:中國礦業報 作者:胡 魁

足彩19074期开奖时间 www.yrrdg.com 中國地勘單位計算礦產儲量(含資源量,下同)習慣用幾何法,后來從西方引進了地質統計學方法。筆者任原國家礦產儲量管理局局長期間,即1992年1月11日該局曾發文(國儲【1992】7號)鼓勵學習、支持運用地質統計學方法,1993年1月13日更是牽頭組織了產學研31個單位參加的“地質統計學應用協調組”,但直到現在地勘單位運用地質統計學方法的仍然不多,大大落后于設計院與礦山。這種現象讓引進地質統計學的學者們很著急,有的人就埋怨地勘單位保守、不接受新事物,有些儲量評估師不懂也不學;個別人甚至認為不采用地質統計學方法,就永遠不可能進入國際領域。

筆者認為地質統計學方法在地勘單位推廣不暢的原因:一是引進后結合中國實際不夠,沒有妥善解決中國化問題;二是幾何法仍有適用空間;三是對地勘和評審專家培訓工作欠缺、知識老化。為了正確對待中外對比,為學習外國先進經驗掃除思想障礙,筆者將以1978~1979年在德興斑巖銅礦的一段儲量計算為例,分析幾何法與地質統計學的優劣之處。在此要特別感謝張幼勛同志從全國儲委的老文件堆中找到一些珍貴史料,才勉強成就此文。

一、時代背景

1975年5月22日,筆者奉調從景德鎮朱溪銅礦詳查礦區(就是現在深部發現世界最大鎢礦的地方)技術負責人的崗位來到德興斑巖銅礦,參加補充勘探大會戰。當年,原國家地質總局給江西壓了很重的銅礦儲量增長任務,江西省地質局組織地質科學研究所牽頭,對全省銅礦遠景區進行系統調查研究、對增儲潛力分類排隊,結論首推德興斑巖銅礦。于是江西省地質局親自組織德興銅廠補充勘探會戰,調集8個大隊的精兵強將,開動11臺鉆機,于1979年5月提交了《江西省德興縣銅廠礦區銅礦補充勘探地質報告》,同年9月5日江西省儲委以贛儲決字第14號決議書批準。新增銅儲量196萬噸,累計銅524.5萬噸、鉬12.8萬噸;同年江西冶金地質勘探公司四隊提交了《富家塢銅(鉬)礦地質勘探總結報告》,新增銅儲量115.4萬噸、鉬5.48萬噸,累計銅257.3萬噸、鉬16.8萬噸,為江西銅基地建設夯實了地質基礎。銅礦擴建的各項籌備工作也在緊張進行中,該項目是直通中央的,領導傳達德興銅礦擴建項目是鄧小平親自批準的,中央關心的。因此,勘探會戰的每項進步或挫折都擔負著沉甸甸的責任。

二、中美計算結果差異很大

1976年7月,德興銅廠補充勘探會戰轉入第二戰役,著手綜合研究、編寫報告、計算儲量。銅廠補充勘探采用勘探線法,高級儲量設計在礦區中部三條剖面,密集鉆探加詳細研究帶動全區對礦體特征的把握,并不受首采地段限制。儲量計算也采用剖面法(又稱垂直斷面法,幾何法常用方法的一種),隨鉆探進度及時繪制修訂地質剖面圖,鉆探全部完工時,地質剖面圖基本定型,成為儲量計算的基礎性圖件。1977年10月21~31日,原國家地質總局中國地質科學院在德興召開斑巖銅礦現場會,江西省地質局會戰指揮部(屬地質勘探事業性質)已經算出各級儲量結果。這時候江西銅基地指揮部(屬礦山企業性質)委托美國福陸公司進行礦山設計,福陸公司首先要求由他們自己計算儲量,并派來3名專家,其中一名是華裔能講中文,要求提供全部原始資料,主要是鉆孔坐標、測斜數據、采樣位置及分析結果,至于綜合圖件,只作參考。

1978年夏天,從南昌傳來一個驚人消息:美國人算出的儲量比我們算的儲量少了一半,這還得了,畢竟是中央關注的重點項目啊!會戰總指揮朱訓緊急責成地質辦公室過細自查。辦公室負責人王季堅,負責儲量計算的組長余權高,技術骨干王樹銘、劉瑞蕓、阮文軍,集中精力又進行了兩遍從頭到尾的自查復算,沒有問題呀!這時候才有人提出:看看美國人怎么算的?早在1976年7月長春地質學院數學教授肖老師曾對我們進行過克里格儲量計算方法(屬于地質統計學方法,有多種譯名,本文統一為克里格)的啟蒙教育,圖紙還是看得懂的。借來一張福陸公司的計算草圖一看,明白了,原來是計算范圍不同。福陸公司只計算了露采部分,露采境界是江西銅基地指揮部根據我們的圖紙劃定的,限定在負220米標高。按福陸公司的計算范圍,用我們的剖面法計算,結果所差無幾。于是我們仍然堅持用原來的方法,使用剖面法,按中國規范規定的范圍計算儲量,提交報告。

三、疑問逐漸厘清

1979年4月11日,原冶金工業部以(79)冶色字第917號文通知江西銅基地指揮部,曰:“福陸公司根據地質統計學原理,使用電算技術對儲量計算的結果與我國使用傳統的計算結果差異較大,將直接影響礦山建設和國家對兩個礦區地質報告的審批。為此,請你們迅即組織有關單位查明并核實原因報部,以便與福陸公司交換意見,做出下一步工作安排。抄送國家地質總局、江西省地質局等。”附件是福陸公司卡爾·E·威利姆斯給金屬學會工程師高萬升的信,說明礦塊尺寸是70×70×30米,邊際品位(以前也譯作邊界品位,為避免混淆現統一術語為邊際品位,下同)是Cu0.3%,邊際品位以上的平均品位是0.397%。

1979年5月16日,原冶金工業部和國家地質總局聯合發出“關于查核德興銅礦儲量的通知”對各單位工作進行了具體安排:1)江西省地質局及江西冶金地質勘探公司分別組織有關地質隊對銅廠、富家塢兩礦區的原始資料進行一次全面的復查,保證原始資料準確可靠。2)江西省儲委迅速組織設計院、礦山、地質隊共同審批銅廠銅礦的儲量報告,江西冶金四隊對原提交儲量進行核實。3)南昌設計院負責組織,請贛東北地質隊、江西冶金四隊以及德興銅礦參加,對銅廠及富家塢兩礦區選擇有代表性的地段,以15米、30米、60米三個中段用0.2%、0.4%的指標分別計算各塊段的平均品位和儲量,以便和用單孔圈到底計算平均品位的方法進行對比。4)首鋼地質研究所負責研究福陸公司計算結果的合理性。這時會戰指揮部已經解散,劉瑞蕓、王樹銘和筆者已經調大隊任職,阮文軍已調回上海。劉、王二人再一次被召到南昌,對銅廠儲量計算再次復核,結果無誤。中美對比分中段平均誤差與全礦平均誤差較為接近。

1979年7月24~30日,有關單位人在北京聽取了美國福陸公司帕克和海奈斯兩名地質專家的報告,并進行討論。與會人員認為美國采用的克里格法是先進的,儲量計算結果差別主要是工業指標不同,美國方法考慮了貧化因素,以品位變化規律預測礦體邊界比較準確。

四、有了客觀評價

1978年7月18日,冶金工業部南昌有色冶金設計院以(79)南冶設字第134號文向地質司、有色司報告德興銅廠礦區和富家塢礦區儲量查核工作。主要結論兩點:其一,美方采用邊際品位銅0.3%與我方采用邊界品位0.2%、最低工業品位0.4%同范圍礦石量接近,而平均品位和金屬量,美方比中方低。原因是工業指標不同,美方采用70×70×30米礦塊混入了廢石和表外礦,相當考慮了貧化因素,我方地質品位若考慮5%的采礦貧化則“差別不大,不會影響到礦山重大方案的確定。”其二,“我方采用的垂直斷面法,是傳統方法之一,在我國已長期廣泛沿用很多礦山”幾十年來并未發現多大問題。“銅廠和富家塢采用垂直斷面法是符合礦床地質特點和勘探工程布置條件的。因此對垂直斷面法不能持否定態度。”

同時,該文還指出垂直斷面法的不足:1)在品位的推斷上采用遠距離的等值外推,不符合客觀規律。2)當鉆孔偏離勘探線時,礦體空間位置不夠準確。3)剖面平均品位計算采用鉆孔厚度加權,未考慮各鉆孔位置的影響。4)工業指標中最小可采厚度2米、夾石剔除厚度4米,脫離開采技術發展的實際。并且,又總結了克里格法的優點:1)工程控制礦體空間位置準確。2)品位估值考慮了不同方向的礦化變異程度,結果應該更接近實際。3)將礦化空間劃分為規則塊體,若與開采單元一致,便于設計和礦山使用。4)有利于工業指標的多方案對比。它是先進的,應該推廣。

該文也小心翼翼地指出美方的一些問題:1)有相當一部分鉆孔厚達幾十米的銅大于0.4%地段圈出礦外。2)有些礦塊附近并無任何工程可以用來推斷。3)沒有進行ABCD儲量分級,不便設計時區別對待。4)采用70×70×30米礦塊(福陸公司承諾正式報告將縮小到35×35×15米)比今后礦山設計開采尺寸大幾倍,圈人了大量廢石和表外礦,丟了不少可供開采的礦塊。最后結語是:“在上述幾個問題解決或改正后,美方的儲量計算成果,可以作為這次礦山設計的依據。”

筆者認為這份文件對中美兩種方法的對比評價是客觀的。放在40年后的今天仍然適用,許多概念比今天有些初涉地質統計學的人還要清楚。

五、最終采用了中國方案

然而,由中國設計院聯合出具設計方案最終被采用。中央決定由有色金屬設計總院(現恩菲公司)牽頭,聯合南昌院、長沙院等共八大國家級設計院聯合進行設計。

以有色設計總院為首1985年提交的設計方案為《德興銅礦三期工程初步設計》,依據中國1979年地質報告,采用OPM程序圈定露天境界,克里格法進行儲量計算,選用大型開采設備,在前一、二期工程日產礦石3萬噸的基礎上,分兩階段擴建規模6萬噸,形成最終9萬噸規模。建設單位是冶金部第四冶金建設公司,1991年前3萬噸投產,1993年后3萬噸投產,1995年6萬噸規模形成。1985年三期初步設計書中介紹說,“主要采礦設備包括154噸位電動輪,斗容13m3、16.8m3電鏟,孔徑250mm牙輪鉆機等,現在154噸位電動輪、斗容13m3電鏟均已退出生產,為適應大規??傻男枰?,目前主要電動輪包括185t、220t車型,主要生產電鏟已替換為16.8m3、19.9m3、35m3斗容電鏟。”

筆者在德興銅礦區住了3年6個月零23天,1978年12月14日搬家到沙溪。40年來為帶領內外賓考察、地質工作部署、礦政管理、地礦調研、弘揚三光榮精神等事,筆者曾多次回到礦區,但每次的感覺只有一個,那是“大”——采場規模宏大、采礦設備龐大、礦區面貌變化大。如今的德興銅礦是亞洲最大的露天銅礦,日產13萬噸,在資源利用、信息化管理、綠色礦山建設等許多方面都名列前茅。

上世紀90年代,德興銅礦是國家礦產儲量管理局推廣地質統計學方法的示范點。“起初引進美國Mintec三維可視化軟件MineSight,建立地質勘探數據庫及礦體模型,2012年起改用國產三維可視化DIMINE數字礦山軟件,主要用于地質建模儲量統計計算、采剝計劃編制等。單元塊尺寸:2014年由長沙迪邁公司提交的礦區建模報告中采用20×20×15米,邊界單元塊5×5×3.75米;2017年更新為5×5×4米。日常生產采用以AutoCad為基礎自主開發的地測應用系統,進行日常地質礦石品位、生產探礦等數據的管理存儲,出礦品位計算、中短期計劃編制等。目前采用的采場開采礦塊為8×8×15米,品位數據來源于網度為6~8米×6~9米炮孔巖粉取樣測試結果。”地質勘探階段是不可能有這樣密集的數據的。

礦山生產勘探者認為1979年地質勘探報告對礦區地質的認知、對采礦總體設計起到了很好的指導作用。垂直斷面法在剖面上對礦體特征的集中反映是地質統計學方法的建?;『橢匾讕?。生產勘探期間深化對伴生元素分布規律研究,改善綜合回收工藝經濟效益顯著,優化工業指標充分利用資源延長了礦山服務年限。用地質統計學方法不僅可以指導生產,而且在品位分級儲量分級快速計算統計等方面更有優越性。

德興銅礦地質勘查歷史從1955年到1979年歷時24年,礦山建設從1958年建礦至今已經60年。在發展進步的歷程中,德興銅礦既引進了國外國內的先進技術、先進設備、先進管理理念,也有與時俱進的自主創新,一切從實際出發,因地制宜、因時制宜。在儲量管理方面,幾何法與地質統計學方法可以在不同時期、在不同條件下,各自發揮優勢,取長補短,相互促進,共同提高?!?/p>

(作者系原全國儲委辦公室主任)

網站編輯:宮莉