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几何法与地质统计学方法的一次较量

2019-6-17 9:54:38 来源:中国矿业报 作者:胡 魁

中国地勘单位计算矿产储量(含资源量,下同)习惯用几何法,后来从西方引进了地质统计学方法。笔者任原国家矿产储量管理局局长期间,即1992年1月11日该局曾发文(国储【1992】7号)鼓励学习、支持运用地质统计学方法,1993年1月13日更是牵头组织了产学研31个单位参加的“地质统计学应用协调组”,但直到现在地勘单位运用地质统计学方法的仍然不多,大大落后于设计院与矿山。这种现象让引进地质统计学的学者们很着急,有的人就埋怨地勘单位保守、不接受新事物,有些储量评估师不懂也不学;个别人甚至认为不采用地质统计学方法,就永远不可能进入国际领域。

笔者认为地质统计学方法在地勘单位推广不畅的原因:一是引进后结合中国实际不够,没有妥善解决中国化问题;二是几何法仍有适用空间;三是对地勘和评审专家培训工作欠缺、知识老化。为了正确对待中外对比,为学习外国先进经验扫除思想障碍,笔者将以1978~1979年在德兴斑岩铜矿的一段储量计算为例,分析几何法与地质统计学的优劣之处。在此要特别感谢张幼勋同志从全国储委的老文件堆中找到一些珍贵史料,才勉强成就此文。

一、时代背景

1975年5月22日,笔者奉调从景德镇朱溪铜矿详查矿区(就是现在深部发现世界最大钨矿的地方)技术负责人的岗位来到德兴斑岩铜矿,参加补充勘探大会战。当年,原国家地质总局给江西压了很重的铜矿储量增长任务,江西省地质局组织地质科学研究所牵头,对全省铜矿远景区进行系统调查研究、对增储潜力分类排队,结论首推德兴斑岩铜矿。于是江西省地质局亲自组织德兴铜厂补充勘探会战,调集8个大队的精兵强将,开动11台钻机,于1979年5月提交了《江西省德兴县铜厂矿区铜矿补充勘探地质报告》,同年9月5日江西省储委以赣储决字第14号决议书批准。新增铜储量196万吨,累计铜524.5万吨、钼12.8万吨;同年江西冶金地质勘探公司四队提交了《富家坞铜(钼)矿地质勘探总结报告》,新增铜储量115.4万吨、钼5.48万吨,累计铜257.3万吨、钼16.8万吨,为江西铜基地建设夯实了地质基础。铜矿扩建的各项筹备工作也在紧张进行中,该项目是直通中央的,领导传达德兴铜矿扩建项目是邓小平亲自批准的,中央关心的。因此,勘探会战的每项进步或挫折都担负着沉甸甸的责任。

二、中美计算结果差异很大

1976年7月,德兴铜厂补充勘探会战转入第二战役,着手综合研究、编写报告、计算储量。铜厂补充勘探采用勘探线法,高级储量设计在矿区中部三条剖面,密集钻探加详细研究带动全区对矿体特征的把握,并不受首采地段限制。储量计算也采用剖面法(又称垂直断面法,几何法常用方法的一种),随钻探进度及时绘制修订地质剖面图,钻探全部完工时,地质剖面图基本定型,成为储量计算的基础性图件。1977年10月21~31日,原国家地质总局中国地质科学院在德兴召开斑岩铜矿现场会,江西省地质局会战指挥部(属地质勘探事业性质)已经算出各级储量结果。这时候江西铜基地指挥部(属矿山企业性质)委托美国福陆公司进行矿山设计,福陆公司首先要求由他们自己计算储量,并派来3名专家,其中一名是华裔能讲中文,要求提供全部原始资料,主要是钻孔坐标、测斜数据、采样位置及分析结果,至于综合图件,只作参考。

1978年夏天,从南昌传来一个惊人消息:美国人算出的储量比我们算的储量少了一半,这还得了,毕竟是中央关注的重点项目啊!会战总指挥朱训紧急责成地质办公室过细自查。办公室负责人王季坚,负责储量计算的组长余权高,技术骨干王树铭、刘瑞芸、阮文军,集中精力又进行了两遍从头到尾的自查复算,没有问题呀!这时候才有人提出:看看美国人怎么算的?早在1976年7月长春地质学院数学教授肖老师曾对我们进行过克里格储量计算方法(属于地质统计学方法,有多种译名,本文统一为克里格)的启蒙教育,图纸还是看得懂的。借来一张福陆公司的计算草图一看,明白了,原来是计算范围不同。福陆公司只计算了露采部分,露采境界是江西铜基地指挥部根据我们的图纸划定的,限定在负220米标高。按福陆公司的计算范围,用我们的剖面法计算,结果所差无几。于是我们仍然坚持用原来的方法,使用剖面法,按中国规范规定的范围计算储量,提交报告。

三、疑问逐渐厘清

1979年4月11日,原冶金工业部以(79)冶色字第917号文通知江西铜基地指挥部,曰:“福陆公司根据地质统计学原理,使用电算技术对储量计算的结果与我国使用传统的计算结果差异较大,将直接影响矿山建设和国家对两个矿区地质报告的审批。为此,请你们迅即组织有关单位查明并核实原因报部,以便与福陆公司交换意见,做出下一步工作安排。抄送国家地质总局、江西省地质局等。”附件是福陆公司卡尔·E·威利姆斯给金属学会工程师高万升的信,说明矿块尺寸是70×70×30米,边际品位(以前也译作边界品位,为避免混淆现统一术语为边际品位,下同)是Cu0.3%,边际品位以上的平均品位是0.397%。

1979年5月16日,原冶金工业部和国家地质总局联合发出“关于查核德兴铜矿储量的通知”对各单位工作进行了具体安排:1)江西省地质局及江西冶金地质勘探公司分别组织有关地质队对铜厂、富家坞两矿区的原始资料进行一次全面的复查,保证原始资料准确可靠。2)江西省储委迅速组织设计院、矿山、地质队共同审批铜厂铜矿的储量报告,江西冶金四队对原提交储量进行核实。3)南昌设计院负责组织,请赣东北地质队、江西冶金四队以及德兴铜矿参加,对铜厂及富家坞两矿区选择有代表性的地段,以15米、30米、60米三个中段用0.2%、0.4%的指标分别计算各块段的平均品位和储量,以便和用单孔圈到底计算平均品位的方法进行对比。4)首钢地质研究所负责研究福陆公司计算结果的合理性。这时会战指挥部已经解散,刘瑞芸、王树铭和笔者已经调大队任职,阮文军已调回上海。刘、王二人再一次被召到南昌,对铜厂储量计算再次复核,结果无误。中美对比分中段平均误差与全矿平均误差较为接近。

1979年7月24~30日,有关单位人在北京听取了美国福陆公司帕克和海奈斯两名地质专家的报告,并进行讨论。与会人员认为美国采用的克里格法是先进的,储量计算结果差别主要是工业指标不同,美国方法考虑了贫化因素,以品位变化规律预测矿体边界比较准确。

四、有了客观评价

1978年7月18日,冶金工业部南昌有色冶金设计院以(79)南冶设字第134号文向地质司、有色司报告德兴铜厂矿区和富家坞矿区储量查核工作。主要结论两点:其一,美方采用边际品位铜0.3%与我方采用边界品位0.2%、最低工业品位0.4%同范围矿石量接近,而平均品位和金属量,美方比中方低。原因是工业指标不同,美方采用70×70×30米矿块混入了废石和表外矿,相当考虑了贫化因素,我方地质品位若考虑5%的采矿贫化则“差别不大,不会影响到矿山重大方案的确定。”其二,“我方采用的垂直断面法,是传统方法之一,在我国已长期广泛沿用很多矿山”几十年来并未发现多大问题。“铜厂和富家坞采用垂直断面法是符合矿床地质特点和勘探工程布置条件的。因此对垂直断面法不能持否定态度。”

同时,该文还指出垂直断面法的不足:1)在品位的推断上采用远距离的等值外推,不符合客观规律。2)当钻孔偏离勘探线时,矿体空间位置不够准确。3)剖面平均品位计算采用钻孔厚度加权,未考虑各钻孔位置的影响。4)工业指标中最小可采厚度2米、夹石剔除厚度4米,脱离开采技术发展的实际。并且,又总结了克里格法的优点:1)工程控制矿体空间位置准确。2)品位估值考虑了不同方向的矿化变异程度,结果应该更接近实际。3)将矿化空间划分为规则块体,若与开采单元一致,便于设计和矿山使用。4)有利于工业指标的多方案对比。它是先进的,应该推广。

该文也小心翼翼地指出美方的一些问题:1)有相当一部分钻孔厚达几十米的铜大于0。4%地段圈出矿外。2)有些矿块附近并无任何工程可以用来推断。3)没有进行ABCD储量分级,不便设计时区别对待。4)采用70×70×30米矿块(福陆公司承诺正式报告将缩小到35×35×15米)比今后矿山设计开采尺寸大几倍,圈人了大量废石和表外矿,丢了不少可供开采的矿块。最后结语是:“在上述几个问题解决或改正后,美方的储量计算成果,可以作为这次矿山设计的依据。”

笔者认为这份文件对中美两种方法的对比评价是客观的。放在40年后的今天仍然适用,许多概念比今天有些初涉地质统计学的人还要清楚。

五、最终采用了中国方案

然而,由中国设计院联合出具设计方案最终被采用。中央决定由有色金属设计总院(现恩菲公司)牵头,联合南昌院、长沙院等共八大国家级设计院联合进行设计。

以有色设计总院为首1985年提交的设计方案为《德兴铜矿三期工程初步设计》,依据中国1979年地质报告,采用OPM程序圈定露天境界,克里格法进行储量计算,选用大型开采设备,在前一、二期工程日产矿石3万吨的基础上,分两阶段扩建规模6万吨,形成最终9万吨规模。建设单位是冶金部第四冶金建设公司,1991年前3万吨投产,1993年后3万吨投产,1995年6万吨规模形成。1985年三期初步设计书中介绍说,“主要采矿设备包括154吨位电动轮,斗容13m3、16.8m3电铲,孔径250mm牙轮钻机等,现在154吨位电动轮、斗容13m3电铲均已退出生产,为适应大规模开采的需要,目前主要电动轮包括185t、220t车型,主要生产电铲已替换为16.8m3、19.9m3、35m3斗容电铲。”

笔者在德兴铜矿区住了3年6个月零23天,1978年12月14日搬家到沙溪。40年来为带领内外宾考察、地质工作部署、矿政管理、地矿调研、弘扬三光荣精神等事,笔者曾多次回到矿区,但每次的感觉只有一个,那是“大”——采场规模宏大、采矿设备庞大、矿区面貌变化大。如今的德兴铜矿是亚洲最大的露天铜矿,日产13万吨,在资源利用、信息化管理、绿色矿山建设等许多方面都名列前茅。

上世纪90年代,德兴铜矿是国家矿产储量管理局推广地质统计学方法的示范点。“起初引进美国Mintec三维可视化软件MineSight,建立地质勘探数据库及矿体模型,2012年起改用国产三维可视化DIMINE数字矿山软件,主要用于地质建模储量统计计算、采剥计划编制等。单元块尺寸:2014年由长沙迪迈公司提交的矿区建模报告中采用20×20×15米,边界单元块5×5×3.75米;2017年更新为5×5×4米。日常生产采用以AutoCad为基础自主开发的地测应用系统,进行日常地质矿石品位、生产探矿等数据的管理存储,出矿品位计算、中短期计划编制等。目前采用的采场开采矿块为8×8×15米,品位数据来源于网度为6~8米×6~9米炮孔岩粉取样测试结果。”地质勘探阶段是不可能有这样密集的数据的。

矿山生产勘探者认为1979年地质勘探报告对矿区地质的认知、对采矿总体设计起到了很好的指导作用。垂直断面法在剖面上对矿体特征的集中反映是地质统计学方法的建模基础和重要依据。生产勘探期间深化对伴生元素分布规律研究,改善综合回收工艺经济效益显著,优化工业指标充分利用资源延长了矿山服务年限。用地质统计学方法不仅可以指导生产,而且在品位分级储量分级快速计算统计等方面更有优越性。

德兴铜矿地质勘查历史从1955年到1979年历时24年,矿山建设从1958年建矿至今已经60年。在发展进步的历程中,德兴铜矿既引进了国外国内的先进技术、先进设备、先进管理理念,也有与时俱进的自主创新,一切从实际出发,因地制宜、因时制宜。在储量管理方面,几何法与地质统计学方法可以在不同时期、在不同条件下,各自发挥优势,取长补短,相互促进,共同提高。□

(作者系原全国储委办公室主任)

网站编辑:宫莉

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