基于三维地质统计学的固体矿...估算方法研究现状及应用分析_潘杨.pdf

第 33 卷第 1 期2023 年 3 月安徽地质Geology of AnhuiMar.2023Vol.33 No.1文章编号：1005-6157（2023）01-0引言矿产资源是人类社会赖以存在和发展的物质基础，是我国经济增长的重要保障。矿产资源量估算对于确定矿床资源总量、矿石品位分布、矿体边界、矿山寿命等均具有重要作用1-4。目前，我国常用的固体矿产资源量估算方法有几何法（断面法、地质块段法、三角形法等）和地质统计学法（克里格法、随机模拟方法等）等。几何法由于操作性较强、应用简单、计算方便、便于审核，目前已形成一套比较完整的实践方法和理论体系。而基于地质统计学的固体矿产资源量估算方法，通过与三维可视化技术充分融合，能够更为精准地对矿产资源量进行估算，并能够通过动态调节工业品位和边界品位，快速优化矿山开采方案，制定优异的战略规划，从而提高矿山生产效率，获得更好的经济效益5-6。本文探讨基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法及其应用，结合智慧矿山建设，对基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法的优势与存在问题进行分析，以期推动该方法得到更广泛的应用。1基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法的研究与应用进展几何法是我国固体矿产资源量估算的基本方法，但随着数字地质的发展与矿山生产等方面需求不断提升，基于地质统计学的固体矿产资源量估算方法将得到逐步推广应用。1.1 地质统计学理论方法研究进展南非地质工程师 Krige 在估算南非某金矿储量时，提出了克里格估值方法，利用样品空间位置关系和样品间的相关性，赋予每个样品不同权重，再进行滑动加权平均，从而估计未知点品位。1962 年，Matheron第一次提出了“地质统计学”概念，系统阐述了地质统计学相关原理。为研究某一空间内参数统计模型问题，两点地质统计学发展使得线性地质统计学应运而生，所用方法主要有简单克里格法、普通克里格法和泛克里格法等。使用简单克里格法和普通克里格法时，要求区域化变量Z（X）满足平稳假设与内蕴假设。在实际生产实践中，一些区域化变量并不能够满足线性地质统计学的使用条件，此时需要引入非线性地质统计学或非基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析研究现状及应用分析潘杨1，江健华2，祁轶宏3，马良1，李晓晖21.安徽省公益性地质调查管理中心（安徽省地质调查与环境监测中心），安徽合肥230092；2.合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥230009；3.安徽省矿产资源储量评审中心，安徽合肥230092摘要：三维地质统计学方法能够提高矿产资源量估算结果的精度和可靠性。本文通过总结当前地质统计学估算方法与应用进展，分析基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法的优势及存在问题，开展三维地质建模、空间变异性分析、三维地质统计学资源量估算等工作，对三维地质统计学资源量估算过程中的关键环节开展针对性研究，并与传统资源量估算方法进行对比，为推动三维地质统计学方法实践应用和矿产资源量评估工作提供技术支持。关键词：地质统计学；三维；固体矿产资源量估算；应用现状；发展趋势中图分类号：P624文献标志码：B收稿日期：2022-9-13基金项目：安徽省自然资源科技项目“安徽省典型固体矿产资源量三维地质统计学估算关键问题研究与示范”（编号：2022-k-17）资助作者简介：潘杨（1991），女，安徽寿县人，工程师，主要从事地质调查与资源管理等方面研究。E-mail：001-5安徽地质2023年参数地质统计学，如对数克里格法、指示克里格法、析取克里格法等。由于线性或非线性地质统计学均是采用单一区域化变量进行估值，忽略了大量分布于不同空间位置上的多元信息7-8，多点地质统计学弥补了两点地质统计学无法呈现复杂空间结构的不足，采用训练图像来表征样本点空间关系。经过不断发展与完善，多点地质统计学理论逐渐趋于成熟，形成了多种算法，主要有 Simpat、DS-MPS、Enisem、Growthsim 等。MPS 逐渐成为了地质统计学的研究热点，已被应用到储层建模、地球物理反演、数字岩心重构等领域，在今后发展中，将促使地质统计学在更多学科领域发挥重要作用。1.2 基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法的研究与应用进展地质统计学目前已广泛与三维地质信息化技术结合，并发展形成基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法。借助于Surpac、Micromine、Datamine等三维软件，勘查部门和矿山生产部门能够更精确地估算矿产资源量，并将结果应用于矿山规划、设计、采掘等一系列经济生产活动中。目前，基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法的研究和应用主要集中于以下3个方面：（1）估值方法对比性研究。由于地质统计学理论及操作复杂，部分专家对基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算结果持怀疑态度。近年来，国内外学者都开展了对不同估算方法的对比研究，但多是对不同估算方法结果的一致性开展对比研究，而对于估算结果的准确性和可靠性涉及较少。如Bastante等9-10、张新宇等11、王炯辉等12、李晓晖等13采用三维地质统计学方法对矿产资源量进行估算，同时将结果与几何法等其他资源量估算方法进行对比，研究结果均认为在参数设置合理的情况下地质统计学法与其他方法之间的差异并不显著，可以用于固体矿产资源量估算。（2）矿床适用性研究。基于地质统计学方法，国内外学者已针对不同类型矿床开展大量的应用研究。已有研究表明，地质统计学不但能够较好地应用于玢岩型铁矿、斑岩型铜矿等类型矿床14-16，而且对于石灰岩等非金属矿也具有较好的适用性17-18。三维地质建模和块体模型构建，有助于提高复杂矿体品位与吨位的估算精度。矿山开采是一个复杂的过程，随着数学地质不断发展、三维地质模型精度不断提高，地质统计学在矿产资源量估算领域的应用将会更加广泛。（3）估值方法与参数研究。地质统计学在应用过程中，涉及估算方法选择、特异值处理、变异函数模型与估算参数选择等具体问题。针对上述问题，学者们开展了大量研究，孙玉建等19-20研究了普通克里格法和对数正态克里格法的选择依据，分析了块金效应对估计结果的影响，提出了合理确定块尺寸需要考虑的5个因素；刘晓明等21针对不同储量估算方法、椭球体搜索方式、搜索距离和有无次级分块等条件，采用交叉验证方法，优选6种资源储量估算方案进行对比分析；高帮飞等22、贺超等23研究了块金效应不同方式特高品位处理方法对其品位估值的影响。上述针对具体问题的研究对于推动固体矿产资源量估算方法的实际应用具有十分重要的意义，但相关研究需进一步面向地质统计学方法所有参数，结合多种类型矿床开展深入分析与论证。2基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法的优势及存在问题2.1 基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法的优势地质统计学法以区域化变量理论为基础，以变异函数为主要工具，在估计未知区域数值时考虑已知数据点之间的变化程度和距离，通过块体约束估算资源量24。基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算时有如下优点：（1）充分利用地质数据信息，并能够反映估计精度，避免系统误差。基于地质统计学的固体矿产资源量估算方法不仅考虑了未知块段与已知样品之间的数值关系，还充分考虑了待估块段与样品信息之间的空间关系、已知样品信息空间相关性以及区域化变量空间分布结构特征等因素，能够最大限度利用地质数据信息，获取更高精度的资源量估算结果25-26。相对传统几何法，地质统计学理论上具有更好的估值精度，能够避免系统误差，给出资源量估值与其误差，便于对估计结果的精度进行评价与对比分析27-28。（2）利用三维地质模型能够更加精确地确定矿体或矿化域形态，进行局部与整体估计。三维地质统计学方法利用三维地质建模技术，相比几何法能够更加精确地确定矿体或矿化域形态，在估算过程中，能够依据矿体形态，利用多尺度三维块体单元模型进行局部或整体估计，以满足矿山设计在不同时期的不同2第33卷第1期需求24。（3）灵活调节工业品位和边界品位，动态估算资源量。地质统计学方法通常基于克里格插值等获得连续性的品位估算结果，基于指定的工业品位和边界品位，能够快速动态获取资源量29。借助三维可视化与计算机技术，相关过程能够实现自动化，从而可全面提升工作效率，对于快速优化矿山开采方案、制定优异的战略规划具有重要意义30-31。（4）符合国际发展形势，受到国家政策鼓励。原国土资源部储量司先后发文认定了多款三维地质软件用于三维地质统计学固体矿产资源量估算，如Surpac、3DMine等。近年来，我国自然资源主管部门出台了一些行业规程和规范，大力推动三维地质统计学矿产资源估算方法应用于我国固体矿产勘查。2.2 基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法在应用中存在的问题地质统计学法相较于传统方法虽然有诸多优势，但由于理论及操作非常复杂，对估算人员专业知识要求较高，其在我国的推广与发展受到了较大的制约。另外，还存在以下几方面问题：（1）理论方法具有一定适用性和局限性。地质统计学能够最大限度利用地质勘探所提供的信息，这一优点是建立在勘探资料理想的情况下。当取样点过少或地质条件复杂时，利用地质统计学进行估算时所需信息量不足，很难得到可靠估计。地质矿产行业标准 固体矿产资源量估算规程第1部分：通则 指出，地质统计学法适用于勘查工作程度达到详查及以上，样品数据量充足的情况32。针对不同的矿体规模、矿体形态复杂程度、矿体内部结构复杂程度、矿石有用组分分布的均匀程度，需要进一步论证地质统计学方法的适用性和可靠性；对不同类型的矿床和样品数据分布，采用的地质统计学方法也不尽相同，每种克里格方法均有自己的适用条件和估算流程，需要在充分了解矿床地质背景和矿体形态及品位分布特征的前提下，根据理论与经验等做出判断。矿床的勘查程度、勘查类型和矿床类型均会影响地质统计学方法的应用与估算结果。（2）估算过程直观性相对不足，交互性弱。由于矿床的多样性与矿体的复杂性，地质过程与地下矿床不可能被全面观测或直接研究，需要专业地质人员依据经验在估算过程中进行判断、推理和预测。地质统计学矿产资源量估算过程大多借助计算机进行操作，通过参数设定等进行分析与估算，其过程和结果难以全面和直观展现。同时估算过程与地质专家和储量评估专家的交互性弱，无法充分发挥各类专业人员的主观能动性，因此有学者称地质统计学法资源量估算为“暗箱”操作33。（3）示范案例较少，缺乏必要参考。虽然地质统计学方法在我国固体矿产资源量估算中的地位逐步提高，但我国现阶段仍以几何法为主34，利用三维地质统计学方法开展固体矿产资源估算和评价并通过评审的大型矿山数量极少，众所周知的只有江西德兴铜矿、贵州烂泥沟金矿、西藏雄村铜矿、安徽庐江泥河铁矿等。应用基于三维地质统计学的资源量估算在矿山企业较多，特别是大型国企金属矿山，方法的实际中也直接使用三维地质软件，如3DMine、Surpac等软件，但均是企业内部使用，开展固体矿产资源估算和评价并进行储量评审的极少。（4）认可度不足，实际应用尚存疑问。目前，多数地质工作人员与评审专家对基于三维地质统计学的资源量估算结果仍持有怀疑态度，认可度不高，并在实际应用中存在诸多疑问。例如：三维地质统计学资源量估算结果是否准确？与传统几何法估算结果是否具有差异性？三维地质统计学方法的适用范围如何，适用于哪些矿床类型？在三维地质统计学资源量估算评价和审查工作中，应当着重关注哪些环节和参数？这些问题共同影响了地质统计学方法可信度和说服力，限制了地质统计学方法的应用和发展，因此亟待通过研究进一步明晰。（5）专业人员欠缺，推广应用难度较大。地质统计学方法具有一定复杂性，要求储量估算人员不但掌握地质勘查知识，还需具备一定数学和统计学基础。虽然 2020年自然资源部颁布了地质矿产行业标准 固体矿产资源量估算规程第 3 部分：地质统计学法35，但该行业标准侧重于对流程步骤进行规范，对于应用中涉及的估值方法选择、约束边界定义、参数具体设置以及最优结果的审定等均需储量估算人员利用自身知识储备开展具体的分析和研究，这对于多数没有地质统计学基础的技术人员来说是非常困难的。当前，各省地质勘查队伍中掌握三维地质统计学资源量估算方法的技术人员极少，省级储量评审机构亦缺少该类专家队伍，也缺少该类评审经验和制度依据。潘杨，等：基于三维地质统计的固体矿产资源量估算方法研究现状及应用分析3安徽地质2023年3基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法与应用发展趋势针对上述问题，基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法的理论将不断完善，其应用领域也将不断创新发展。在当前智慧矿山建设理念的背景下，其未来的研究内容和发展趋势主要有以下3个方面：（1）目前，非线性地质统计学、多点地质统计学、时空域多元地质统计学、条件模拟技术等先进方法得到长足的进步与发展。进一步研究应集中在完善丰富自身理论，将先进方法应用于基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算实际工作中；通过与传统估算方法、矿山开采实际进行对比，系统性表征其相对传统方法的优越性与可信度，促进三维地质统计学方法的进一步应用。（2）固体矿产勘查工作规范 固体矿产地质勘查规范总则 智能矿山建设规范 等相关规程的陆续出台36-37，鼓励采用计算机应用技术，通过建立数据库和三维地质模型，利用地质统计学等先进方法实现矿产资源量管理信息化、动态化、三维可视化和智能化。地质统计学方法的广泛应用，未来需要进一步结合规范细化估算流程，开展系统性研究以明确参数确定方法，降低方法应用难度，推动地质统计学在矿产资源估算领域中的深入应用。（3）随着智慧矿山理念的提出，地质统计学在矿产领域扮演的角色也越发重要。矿山企业通过全面提升三维地质统计学相关技术、软件，能够更好地将储量和品位资料与采矿、选矿及综合利用等环节相结合，通过优化矿山开采方案，制定更为优异的开发策略以及总体战略规划。相关工作将实质提升绿色矿山和智慧矿山的建设内涵，加快全国矿产勘查行业与国际接轨，促进矿山增产增效。4结论（1）基于三维地质统计学的固体矿产资源量估算方法已得到越来越多的认可，具有传统方法不可比拟的优势，但其目前在我国的推广与应用存在较大不足，需要开展深入系统的研究工作，以促进其广泛应用。（2）三维地质统计学方法需要通过进一步细化估算流程、明确参数确定方法等方式降低方法的应用难度，从而更好地推动地质统计学在矿产资源量估算领域中的深入应用。（3）三维地质统计学方法应用前景广阔，将进一步促进矿产资源量管理的三维信息化、动态化和智能化；通过与矿山生产与发展规划等方面结合，可大力推动矿山管理朝着智能化、动态化方向发展。参考文献：1JAFRASTEHB,FATHIANPOURN,SUREZA.Comparison of machine learning methods for copper oregradeestimationJ.ComputationalGeosciences,2018,22(5)：1371-1388.2TRUONG X L,TRUONG X Q,NGUYEN T A,et al.Development of HUMGEOSTAT：a new geological toolfor geostatistical analysis of mineral deposit：a case studyat sin quyen mine(northern Vietnam)J.Journal ofthe Geological Society of India,2019,93(5)：574-582.3KRZEMIE 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Resources and Environmental Engineering,Hefei University of Technology,Hefei,Anhui 230009,China;3.Evaluation Center of Mineral Resources and Reserves of Anhui Province,Hefei,Anhui 230092,ChinaAbstract：3D geostatistical method can improve the accuracy and reliability of mineral resources estimation results.Bysummarizing the current theoretical methods and application progress of geostatistics,this paper analyzes the advantages andexisting problems of solid mineral resource estimation methods based on 3D geostatistics,carries out 3D geological modeling,spatial variability analysis,3D geostatistical resource estimation and other work,including targeted research on the key linksin the process of 3D geostatistical resource estimation,and makes a comparison with the traditional resource estimationmethod to provide technical support for promoting the practical application of 3D geostatistical method and mineral resourceestimation.Key words：geostatistics；3D；estimation of solid mineral resources；application status；trend of development潘杨，等：基于三维地质统计的固体矿产资源量估算方法研究现状及应用分析5