离子吸附型稀土矿快速经济评价方法与流程

本发明涉及矿产勘探技术领域，尤其涉及稀土矿储量的勘查评估方法，具体为一种离子吸附型稀土矿快速经济评价方法。

背景技术：

随着稀土应用领域的逐步扩大、国内外稀土市场需求量的不断上升、稀土矿区经济的快速发展，离子型稀土矿的开采迅速扩张，出现了滥采乱挖、采富弃贫等资源浪费现象。因此，正确合理评估稀土资源的储量，有助于科学合理开发利用现有矿产资源，提高资源利用率，分类排查其应用状况和保障能力，指出找矿方向和综合应用前景，为矿政管理、相关产业和区域经济发展提供科学依据，实现矿产资源的可持续发展。

现阶段国内外储量估算有多种方法，算术平均法、地质块段法、多边形法、断面法(包括垂直剖面法和水平断面法)及地质统计学法、SD法等，其中以算术平均法、地质块段法和断面法最为常见。

在当今世界矿产产资源日益紧缺、行业竞争越来越激烈的大背景下，传统的矿产储量计算方法，如块段法、剖面法和开采块段法等，已经从各方面表现出不同程度的弊端，明显不能满足当前矿业业生产发展的需要。

(一)传统的计算储量方法对于矿体厚度、面积、品位的变化控制需要较高的探矿工程网度，要较高的资金人力投入。其次，传统的资源储量估算方法精度评价多为手工实现，工作量大且对比样本有限。实现精度评价是传统资源储量估算方法相对于地质统计学法不能从自身理论上的主要缺点之一，其差异主要体现在品位估值方法、矿体体积及品位获取上。1)品位估值方面，传统资源储量估算方法以区域均一化理论为基础，通过采用算术平均、加权平均或积分平均等方式获取矿体平均品位。随着非线性科学的发展，出现了以区域化变量为基础，以变异函数为工具的地质统计学法，用于研究那些展布于空间并呈现出一定结构性和随机性的自然现象，使资源储量估算方法发生了质的变化。传统方法把各个样品品位自身看成是孤立的，想用传统方法得到高精度的资源储量相当困难。在矿体品位估值方面，地质统计学的空间变异理论具有明显优势。其理论的先进性实现使用该方法得到高精度的矿体资源储量。2)体积获取方式上，传统资源储量估算方法将矿体抽象为规则的几何体，并以划分矿体块段的方式获取矿体体积。该法虽能较快获取矿体体积，但不能准确、有效地表达形状复杂的矿体，矿体的空间形态变化特征难以被较好反映。然而，地质统计学法利用一系列相同尺寸、不同尺度的立方块体拟合矿体，实现较好地对矿体边界的判断与表达。3)估算精度评价，传统资源储量估算方法主要结合勘探工程的控制程度，通过比较不同方法的估算结果以实现可靠性评价。长期以来，传统资源储量估算方法精度评价多为手工实现，工作量大且对比样本有限。

(二)传统的计算储量方法往往将边界品位做为一个相对固定的值，忽视了矿产资源市场价格不断变化多边界品位的影响。在矿山开采过程中，边界品位是最基本、最重要的参数之一。边界品位的选择直接影响所圈定矿体的形态及矿石储量,进而影响矿山建设、生产规模、收益、设备选择和生产寿命，同时还影响到不可再生资源的利用率。边界品位是一个对矿山经济效益和社会效益有着重大影响的技术经济参数。因此，传统的储量估算往往相对滞后，无法做到对市场价格波动的快速反应，导致矿山企业无法做出准确的济评价与决策。在矿床品位优化方面，国内外研究学者相继取得了一系列的研究成果，然而品位优化问题是一个极其复杂的问题，很多问题研究还不够深入，尚有很多问题有待解决。待解决的问题分析如下：1)是研究没能与生产过程联系。在先前的研究中，一般都是将研究对象设定在一定的范围内(例如整个矿体)，不能很好地考虑实际中开采的先后顺序，使得优化的结果不那么真实可靠。2)是以往的方法没有结合矿体品位的空间分布情况，采用最大现值法实现边界品位优化，品位值呈下降趋势，是在品位分布不变的假设下实现的，是不合理的。为了更好地解决边界品位问题，不仅必须保证边界品位的时间动态性以及边界品位与生产计划的动态联系，而且必须保证其空间动态性，即必须考虑品位的空间分布以及实际的开采顺序。只有这样，才能保证所确定的边界品位的合理性以及可操作性。3)是没有与采矿方法直接联系，因为使用不同的采矿方法，所产生的主要的技术经济参数差别很大，也会影响优化的最终结果。

(三)传统方法往往都是在二维平面进行储量计算，三维可视化程度低，无法直观的表达矿体的三维空间展布、矿山三维地质特征、已经矿山勘探开采工程等，因此对于矿山进一步生产指导性不强。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服以上的技术缺陷的同时，建立一种与市场价格直接关联的动态评估稀土矿储量价值的方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种离子吸附型稀土矿快速经济评价方法：包括以下步骤：1)进行地质勘查，采集目标矿区的地质勘查钻孔数据及钻孔采样化验数据；2)建立矿床钻孔数据库；3)利用钻孔数据进行矿体三维建模，通过克里格法进行品位插值得到矿体块体模型；4)采集矿产市场数据进行价格敏感性分析，再结合钻孔数据建立价格-边界品位计算模型，确定边界品位；5)用所述边界品位对所述矿体块体模型进行约束，圈定矿体，进行储量计算。

进一步的，步骤2)按照克里格法所需数据和参数要求建设一个矿床钻孔数据库，采集的数据项要包括平面直角坐标、品位、顶板、底板测量数据、比重、钻孔、勘探线剖面图、探槽数据参数。

进一步的，步骤3)中矿体三维建模包括三维地质实体模型、矿体顶底板模型、矿体实体模型。

进一步的，步骤4中)所述价格-边界品位计算模型公式为：

$\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\β}\·(C_{\mathrm{\α}}+I_{\mathrm{\α}}F)}{\mathrm{\ρ}\·{\mathrm{\ϵ}}_0\·(V_c-T_c)}$

式中：β为精矿品位(％)；C_α为折算成本(元/吨)；I_α为年产一吨矿石的单位投资指标(元/吨)；F为资金还原系数；ρ为采矿回采率(％)；ε₀为选矿回收率(％)；V_c为精矿产品价格(元/吨)；T_c为每吨精矿的税金(元/吨)。

进一步的，步骤3)的三维建模过程中结合稀土总量圏矿、稀土浸取量圏矿和稀土单元素三种圈矿方法构建出不同方法圈出的矿体空间形态、分布位置及资源储量三维可视化的立方体模型；步骤5)中利用稀土单元素氧化物含量、浸出稀土氧化物含量进行统计分析基础上的插值，以稀土氧化物含量总和、浸出氧化物含量及稀土单元素氧化物含量分别构建当前三种稀土矿圏矿方法的约束条件，直观地对比不同方法圈出矿体范围及储量。

本发明的有益效果是：

1)本发明在离子吸附型稀土矿勘查过程中，能够研究离子吸附型稀土矿矿体展布、品位、厚度、稳定性等特点，应用克里格法对矿山地质经济参数品位、厚度、分布进行了无偏线形估计，采用地质统计学软件求取了矿山资源储量，弥补了传统的地质块段方法的不足，使得分析和估算过程形象直观，且计算速度快、精度高，更加符合实际。

2)离子吸附型稀土矿山开采方法普遍采用原地浸矿工艺，收集稀土母液的导流孔组成的收液工程控制面要与矿体底部构成的空间曲面处于同一位置或略低位置，这样才能达到最优的采矿设计方案，在以克里格法为基础的三维估算系统中动态设置边界品位，可以根据当时的稀土价格灵活的圈定矿体边界，作价格敏感性分析，并能迅速地计算出所圈定矿块的品位分布、体重、矿石量、金属量等，帮助矿山选择合理的采矿工程布置，保证了矿产资源的合理利用。

3)本发明构建了研究区三维地质模型，形象、直观的表达矿体的三维空间展布、矿山三维地质特征、已经矿山勘探开采工程等，因此对于矿山进一步生产具有很好的指导性。

4)本发明中三维可视化的立方体模型能准确、快速的实现稀土总量圏矿、稀土浸取量圏矿和稀土单元素圏矿三种方法的综合对比分析，直观地表现出不同方法圈出的矿体空间形态、分布位置及资源储量，较好地解决了目前单一方法圏矿不足之处，实现了对离子吸附性稀土矿圏矿方法的有益探索。本发明采用的综合分析评价方法基于地质统计学学原理，利用所测量的稀土单元素氧化物含量、浸出稀土氧化物含量进行统计分析基础上插值，以稀土氧化物含量总和、浸出氧化物含量及稀土单元素氧化物含量分别构建当前三种稀土矿圏矿方法的约束条件，直观地对比不同方法圈出矿体范围及储量，分析全球矿产资源可供性评价软件计算不同方法产生的经济效益，综合评价矿体的空间分布及储量，能较好地避免了一些元素含量偏低而难以单独圈矿造成资源流失等问题。

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为技术路线流程图；

图2地表景观模型图；

图3为钻孔模型图；

图4为钻孔侧面图；

图5为稀土离子吸附相品位等值线+矿体顶底板图；

图6为矿体实体模型；

图7为稀土矿矿体边界品位-价格模型；

图8实施例1三维地表景观模型；

图9为实施例1地表地形模型；

图10为实施例1钻孔平面图；

图11为实施例1钻孔侧面图；

图12为实施例1稀土矿矿体顶底板；

图13为实施例1矿体块体模型。

具体实施方式

一种离子吸附型稀土矿快速经济评价方法：包括以下步骤：1)进行地质勘查，采集目标矿区的地质勘查钻孔数据；2)建立矿床钻孔数据库；3)利用钻孔数据进行矿体三维建模，通过克里格法进行品位插值得到矿体块体模型；4)采集矿产市场数据进行价格敏感性分析，再结合钻孔数据建立价格-边界品位计算模型，确定边界品位；5)用所述边界品位对所述矿体块体模型进行约束，圈定矿体，进行储量计算。

步骤2)按照克里格法所需数据和参数要求建设一个矿床钻孔数据库，采集的数据项要包括平面直角坐标、品位、顶板、底板测量数据、比重、钻孔、勘探线剖面图、探槽数据参数。

步骤3)中矿体三维建模包括三维地质实体模型、矿体顶底板模型、矿体实体模型。

步骤4)中所述价格-边界品位计算模型公式为：

$\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\β}\·(C_{\mathrm{\α}}+I_{\mathrm{\α}}F)}{\mathrm{\ρ}\·{\mathrm{\ϵ}}_0\·(V_c-T_c)}$

式中：β为精矿品位(％)；C_α为折算成本(元/吨)；I_α为年产一吨矿石的单位投资指标(元/吨)；F为资金还原系数；ρ为采矿回采率(％)；ε₀为选矿回收率(％)；V_c为精矿产品价格(元/吨)；T_c为每吨精矿的税金(元/吨)。

步骤3)的三维建模过程中结合稀土总量圏矿、稀土浸取量圏矿和稀土单元素三种圈矿方法构建出不同方法圈出的矿体空间形态、分布位置及资源储量三维可视化的立方体模型；步骤5)中利用稀土单元素氧化物含量、浸出稀土氧化物含量进行统计分析基础上的插值，以稀土氧化物含量总和、浸出氧化物含量及稀土单元素氧化物含量分别构建当前三种稀土矿圏矿方法的约束条件，直观地对比不同方法圈出矿体范围及储量。

由于稀土资源种类较多，不同元素的市场价格变化很大，现有的工业指标难以反映实际地质情况，造成表外矿实际在产而表内矿可能无法利用的反常现象。因此必须改变现有的资源储量计算方法，采用与市场价格直接关联的动态计算方法。即：在查明风化壳基本地质特征以及稀土元素分布情况的前提下，根据市场价格的变化和企业经营成本确定盈亏平衡点，再综合考虑利润率等指标确定边界品位和工业品位，进而利用计算机技术圈定矿体，计算资源储量，为开采方案的合理确定提供依据。围绕离子吸附性稀土矿基础地资料，利用3S技术、三维建模技术，以数据库和模型库为双核心，提出离子吸附型稀土矿资源储量快速估算及价格敏感性评价方案，将基础的地质资料，包括钻孔、勘探线剖面图、探槽等数据资料进一步加工处理，建立稀土矿矿床钻孔数据库，利用当前商业化三维数字矿山软件，根据当前市场稀土矿矿石边界品位，构建稀土矿矿体顶底板(DTM)，从而圈定出矿体范围，采用克里格法计算稀土矿储量,用自主开发的以克里格法为基础的三维数字矿山经济评价系统中价格一边界品位敏感性分析模块，动态设置边界品位，实现灵活圈定不同价格下经济可采的矿体边界。为矿山的发展建设、地质采矿综合研究、科学管理等提供一个方便有效的综合研究平台。(见流程图1)

本发明具体技术路线可以概述地表达为：以多年积累的二维地质调查成果与经验为基础，系统地收集研究区的地质、矿产基础资料，在平面地质图和剖面(钻孔)图等基础地质资料的基础上，利用地质三维建模技术构建三维地质实体模型；以采集的尺寸与纹理信息建立地上景观模型(见图2)；通过数据结构分解与多源数据转换，实现二维三维等多源数据的集成，在此基础上进行构建钻孔数据库(见图3、4)、矿体顶底板(见图5)及矿体实体模型(见图6)等，实现可视化综合分析，并建立稀土矿矿体边界品位-价格模型(见图7)，采用与市场价格直接关联的动态储量计算方法。即：在查明风化壳基本地质特征以及稀土元素分布情况的前提下，根据市场价格的变化和企业经营成本确定盈亏平衡点，再综合考虑利润率等指标确定边界品位和工业品位，进而利用计算机技术圈定矿体，计算资源储量，为开采方案的合理确定提供依据，完成矿体的储量估算。

实施例1

以江西赣州某矿区离子吸附性稀土矿山为例，对离子吸附型稀土矿资源储量快速估算包括以下步骤。

1)进行地质勘查，采集目标矿区的地质勘查钻孔数据：

离子吸附型稀土矿资源储量快速估算及价格敏感性评价以整个矿山为研究对象，具有范围大、数据量大等特点。在确定了研究区的区域范围、地理位置、矿床类类型的基础上，收集了的相关数据资料。收集了在江西赣州某稀土矿区30m分辨率的DEM影像数据和18个钻孔数据，并进行了影像投影转换、钻孔编录等处理。针对地质体建模全面系统的收集了矿区地形地质图、工程分布图、钻探原始地质编录资料、坑探原始地质编录资料及样品化验资料等。通过野外手持GPS采集的一些坐标点做为地形数据的补充和参考。

2)建立矿床钻孔数据库：

采集的数据项要包括平面直角坐标、品位、顶板、底板测量数据、比重、钻孔、勘探线剖面图、探槽数据参数。

3)利用钻孔数据进行矿体三维建模，通过克里格法进行品位插值得到矿体块体模型：

地形实体可以真实的反映地表地形地貌的情况，而赣南稀土矿山多采用原地浸矿采矿工艺，因此地形对于野外勘查和工程施工等非常必要。本实施例中利用数字高程数据(DEM)对地表进行了建模(见图8、9)，很好地反映了矿区的总体地表情况。

离子吸附型稀土矿矿体受风化壳控制呈似层状分布，故本实施例中采用DTM模型作为建模方案。对于矿体实体模型，根据资料建立了钻孔数据库(见图10、11)，利用三维数字矿山软件，提取矿体顶底板的坐标，根据顶底板的坐标进行插值，构建了顶底板DTM(见图12)。南方离子吸附型稀土矿矿体一般呈似层状分布于花岗岩风化壳全风化层中，矿体顶底板之间的范围基本为矿体，通过此方法构建的矿体实体模型可大致反映矿体的空间形态。

为了精确估算整个矿体的平均品位，需要把矿体划分成无数个大小相同的块，每个块都有代表其空间位置的三维坐标，通过模型中已知的采样点品位，利用特定的数学方法对其进行空间插值，使每个块都具有一个品位值。最终生成矿体的品位模型，从而可以对资源进行资源/储量估算和资源评价。

①品位提取

用于矿体圈定与储量、品位估算的数据主要来源于探矿钻孔的岩心取样,首先搜集地质勘查钻孔数据，按照克里格法所需数据和参数要求建设一个矿床钻孔数据库，数据项要包括平面直角坐标、品位、顶板、底板测量数据、比重等。对取样数据进行地质统计学分析，以及利用取样值进行品位估值时，只有当每个样品具有相同的支持体，即每个样品的体积相同时，分析计算结果才有意义。

本研究中，根据收集的钻孔资料，提取出样品的品位，统计分布曲线和变异函数曲线，从而确定最佳组合样长。从而利用长度加权法计算出不同位置的品位值。

②块体模型构建

三维块状模型是将矿床划分为许多单元块形成的离散模型。根据实际勘探线间距及前面所构建的矿体实体模型范围，设置块体大小为10×10×5，共22487块(见图13)。选择较为合适的克里格法进行品位插值。利用上一步获取的品位值进行插值，使每一个单元小块都具有相应的品位值，从而建立矿体块体模型。

4)采集矿产市场数据进行价格敏感性分析，再结合钻孔数据建立价格-边界品位计算模型，确定边界品位；

所述价格-边界品位计算模型公式为：

$\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\β}\·(C_{\mathrm{\α}}+I_{\mathrm{\α}}F)}{\mathrm{\ρ}\·{\mathrm{\ϵ}}_0\·(V_c-T_c)}$

式中：β为精矿品位(％)；C_α为折算成本(元/吨)；I_α为年产一吨矿石的单位投资指标(元/吨)；F为资金还原系数；ρ为采矿回采率(％)；ε₀为选矿回收率(％)；V_c为精矿产品价格(元/吨)；T_c为每吨精矿的税金(元/吨)。

由于中国稀土供应在世界上的绝对领导地位，国际市场价格反映非常敏感，稀土价格变化起伏，而边界品位还沿用以往的数据，这将浪费大量的矿产资源，根据矿石的开采成本、可选性和市场价格，经济合理地确定矿石在不同价格下的动态边界品位，扩大矿山的资源量，延长矿山服务年限，可实现矿山的可持续发展。

通过克里格法三维储量估算软件按照市场价格灵活设定边界品位，圈定矿体边界，设置采矿工程位置，使得资源利用效率最大化。

5)用所述边界品位对所述矿体块体模型进行约束，圈定矿体，进行储量计算；

前面建立的矿体实体模型并不完全是矿体，里面可能部分区域品位未达到工业品位或边界品位，因此需要结合价格敏感性分析获得的边界品位对矿体块体模型进行约束，使达到边界品位以上的区域矿体进行储量估算。

依据《稀土矿产地质勘查规范》(DZ/T0204--2002)，本区离子吸附型轻稀土矿床一般工业指标为：

离子吸附型稀土矿稀土氧化物储量的计算公式为：

Q＝S×H×D；P＝Q×C；

式中：Q：矿石量(t)；

S：矿块面积(计算机读取)(m²)

H：矿体厚度(m)

D：矿石体重(t/m³)

C：TR₂O₃品位(％)

P：TR₂O₃(t)

计算结果：

结合各矿山2007年及2008年度储量动态检测报告提供的开采数据，本区矿石体重为1.539t/m³。通过三维矿体建模和克里格法计算，估计出整个矿体的品位分布(图12)。通过普通克里格法计算储量，计算结果是：矿体体积322万立方米，比块段法增加了34万立方米，变化率11.8％，储量为4332t增加586吨，变化率15％。与实际勘探值相比较，克里格法的计算结果基本合理，充分体现出克里格法快速、准确、方便的特点。

在常规储量计算工作之后，由于克里格储量估算法有可视、快速、灵活的特点，这样通过设定不同的市场价格对价格储量作敏感性分析非常方便。除了“勘查规范”中规定的储量计算方法，在当前的技术经济条件下，可以采取多种手段计算各个矿区的资源储量。由于稀土资源种类较多，不同元素的市场价格变化很大，现有的工业指标难以反映实际地质情况，造成表外矿实际在产而表内矿可能无法利用的反常现象。因此必须改变现有的资源储量计算方法，采用与市场价格直接关联的动态计算方法。即:在查明风化壳基本地质特征以及稀土元素分布情况的前提下，根据市场价格的变化和企业经营成本确定盈亏平衡点，再综合考虑利润率等指标确定边界品位和工业品位，进而利用计算机技术圈定矿体，计算资源储量，为开采方案的合理确定提供依据。一般来说，可以根据近5年来市场价格的最大值和最小值，根据各个企业成本的变化情况，根据矿体的地质特征，提出不同的矿体圈定方案，求得不同的资源量，进而制定多种开采利用方案。这样无论是在市场稳定还是在极其动荡的状况下都能应对自如，不至于涨价时一哄而上，降价时一哄而散。需要指出的是，矿区勘查阶段和矿山生产阶段可以采用不同的资源储量计算方法。与市场价格、企业成本实时挂钩的动态储量计算方法，显然更适合于矿山生产过程，也更具有现实意义。