矿产勘探学课件第5章勘查工程系统.ppt
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1、第五章 矿产勘查工程系统,主要内容,一、矿体形态基本类型二、矿体地质及其变异性研究三、矿床勘查类型四、勘查精度与勘查程度五、勘查工程总体布置六、勘查工程间距的确定七、勘查工程设计与施工,(一)矿体的基本概念矿体一般是指矿石和穿插在其中的呈任何形状的无矿脉石所构成的统一开采对象的天然堆积体。工业矿体是根据工业指标圈定的,与自然矿体的界线常常不吻合。主要有:品位低于边界品位的弱矿化地段未圈入矿体;很薄的夹石圈入矿体。,一、矿体形态基本类型,一、矿体形态基本类型,工业矿体与自然矿体示意图1-矿体中的夹石、由于厚被圈出;2-矿体内的夹石,因为比较薄被圈为矿体;3-这部分矿按品位已大于边界品位,但由于薄
2、未被圈入矿体;4-矿体。,4,1,2,3,(二)矿体形态矿体形态包括整个矿体的形状及细节、轮廓的复杂程 度和尖灭特征等。根据几何形态标志,可将矿体划分为3种基本形态类型:1、一个方向(厚度)短,其余两个方向(走向和倾向)长的矿体,一、矿体形态基本类型,近水平层状矿体的勘查剖面,包括水平、缓倾斜或陡倾斜的薄层状、似层状、脉状、扁豆状矿体。一些沉积型矿床的宽体形状常呈这种形态,如煤层等。,2、一个方向(延深)长,其余两个方向(走向和倾向)短的矿体,一、矿体形态基本类型,筒状矿体的勘查剖面,向深部延深较大的筒状矿体,如金伯利岩筒。用水平断面图反映矿体的地质特征,即用水平断面在不同的标高截断矿体,然后
3、综合各水平断面中的矿体特征,获得矿体的完整概念。,3、三向延长的等轴状块状的矿体,一、矿体形态基本类型,块状矿体的勘查剖面,体积巨大、没有走向和倾向的块状矿体,如各种斑岩型铜、钼矿等。形状在三度空间上变化均匀,对勘查剖面方向影响不大,一般采用两组相互垂直的勘查剖面。,(三)矿体产状产状包括走向、倾向、倾角以及侧伏方向和侧伏角(针对脉状、透镜状、柱状等矿体)等,反映矿体空间产出形态,对勘查工程布置也有相当的影响。,一、矿体形态基本类型,广义的矿体产状还包括:矿体的埋藏情况如地表矿、隐伏矿及埋藏的深度。矿体与岩浆岩空间位置关系如岩体内、接触带、围岩中。矿体与地质构造空间位置关系如与褶皱和断裂的空间
4、关系。矿体与围岩层理、片理的关系如整合型、切穿型、组合型。,一、矿体形态基本类型,二、矿体地质特征及其数学分析方法,(一)矿体地质的概念及其研究意义1、矿体地质的概念矿体地质特征是指矿体本身固有的地质特点、特性和标志。常概括为矿体外部形态特征与内部质量特征,简称矿体地质。矿体地质以矿体为研究对象,一般包括矿体的形态、产状、规模、物质成分、内部结构(不同类型、品级矿石及夹石等在矿体中的分布)等方面特点的变化情况,以及控制这些变化的地质要素,如构造、岩性、成矿作用等。矿体地质特征研究包括矿体的变异(变化)性、矿体变化的规律性、矿产的共生性研究。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,矿体地质研究的基本
5、任务是研究矿体各种标志的变化性,目的在于阐明矿体各种标志的变化性特征或变化规律,为选择合理勘查方法及矿床的工业评价提供依据。,任务目的,标志变化性标志变化特征,服务领域,选择合理勘查方法矿床的工业评价,2、矿体地质研究与矿床地质研究的区别,矿体地质研究,矿床地质研究,二、矿体地质特征及其数学分析方法,3、矿体地质研究的中心问题矿体的变化性(变异性)和矿体的变化程度,4、研究意义对于矿床的勘查和开采,影响最大的矿石品位、类型、矿体的厚度、形态、规模及产状的变化。矿体特征值的变化性研究是矿床勘查的基础,是划分勘查类型的基本依据,考虑勘查经济效益的基础,同时也是矿体评价时的主要依据。,二、矿体地质特
6、征及其数学分析方法,两矿体的变化性对比图见矿工程中矿体的厚度相同,方差、变化系数相同,但矿体的形态、矿体的变化完全不同,相同的工作量则勘查精度也不相同,二、矿体地质特征及其数学分析方法,(二)矿体地质研究的基本内容,矿体地质研究侧重与影响勘查的最主要的矿体变化标志的研究,即矿体外部的形态标志和矿体的内部结构标志。,矿体外部形态标志,矿体内部 结构标志,二、矿体地质特征及其数学分析方法,内容包括:矿体的变化性质 矿体的变化程度 控制变化的因素,二、矿体地质特征及其数学分析方法,1、矿体变化性质的研究概念:矿体变化标志在矿体不同空间位置上相互之间的联系特点与变化的特征和规律。也就是矿体各种标志在空
7、间上的变化是随机型变化,还是确定型变化;是有规律变化,还是无规律变化等特征。据晋可夫、卡里斯托夫关于矿体变化性质的研究成果,将矿体变化性质分为:1)规则的或坐标性变化(结构性变化):在矿体剖面中沿一定方向可分成若干区段,每个区段范围内,标志值呈逐渐增大或减小的变化趋势,有时呈线性变化。矿体形态标志往往呈有规律的变化、结构性变化,典型标志如矿体厚度。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,2)偶然的或不规则的变化(随机性变化):在矿体内某一区段或某一方向上,相邻观测点所获得的标志值相互之间既无局部联系,在整个区段上也无总体相关,标志值得大小呈现无规律的急剧的跳跃或不连续的杂乱变化。矿体质量标志往往为
8、随机性变化,典型标志如贵金属矿床的品位变化。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,卡里斯托夫在研究矿石品位性质时,提出了品位的方向性变化的概念。他认为,矿石品位变化虽然有时似乎是不规则的,但往往可以看到沿矿体某一方向在一定范围内品位数值有总体升高或总体下降的现象。这种近于波浪式的“方向性变化”并不是沿整个矿体都存在,有时它只存在于矿体的某一部分,相反,跳跃式的、不连续的随机变化却存在于矿体的全部范围内。赵鹏大(1964)将其称为“局部不相依,但总体相依”的情况,即相邻两点观测值虽无数值依赖关系,但在矿体某一定范围或一定方向上,变量数值具有总体升高或总体降低的趋势(随机性+结构性)。局部变化在勘查
9、中是很难控制的,但可以控制矿体的总体变化。总体变化相当于趋势分量,局部变化相当于剩余变化。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,二、矿体地质特征及其数学分析方法,常见的变化类型,2、矿体变化程度的研究变化程度包括至少三个方面的含义,即变化幅度(大小)、变化速度及变化范围。变化幅度是指矿体某标志观测值偏离其平均值的离散程度。变化速度是指矿体某标志相邻观测值在一定范围内的变化快慢,即变化梯度大小。变化范围是指从计算矿体某标志的变化幅度特征的观测值的空间域大小。在工程间距或工程数量相等时,变化程度越大,勘查精确度越低。为获得相同精度,则变化程度大的矿体比变化小的矿体勘查工程间距要小,数量要多。因此,它
10、直接影响到矿体勘查类型的划分,勘查手段的选择,工程间距的确定,以及矿体的圈定方法和圈定结果的可靠性。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,一个矿体的内部,多种标志的变化程度往往不同,不同类型的矿床其最大的变化标志也可不同。例如,贵金属、稀有金属矿床矿体的内部结构变化程度(矿石品位、品级及类型)大于矿体外部形态标志的变化;黑色金属矿体外部形态标志的变化大于矿体的内部结构变化程度(矿石品位、品级及类型)。矿石品位是大多数内生矿床的最大变化标志。矿体厚度、形态、产状及规模是大多数外生沉积矿床的矿体变化最大标志。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,3、控制矿体变化的因素的研究,影响元素集中、分散的因素及
11、发育程度,成矿后的改造破坏,矿床成因、成矿方式、成矿地质条件,二、矿体地质特征及其数学分析方法,1)矿体外部形态控制因素(1)褶皱控矿构造(2)断裂控矿构造(3)裂隙控矿构造(4)侵入体内部构造和接触带的控制(原生节理、流动构造)(5)火山构造(火山颈、火山口),二、矿体地质特征及其数学分析方法,1、平盖接触 2、超覆接触,复杂的接触带构造,爆发角砾岩筒所控制的柱状矿体示意剖面图,火山岩筒四周环状裂隙控制的矽卡岩型铜矿床示意剖面图,2)矿体内部结构标志的变化控制因素(1)原生因素矿化强度的不同,含矿溶液本身的性质、成分、流体性状;成矿的物理化学环境的变化;矿化环境在矿体各不同部位并不相同,矿体
12、中某些部位强,某些部位弱,造成矿化不均匀性。(2)次生因素氧化淋滤和次生富集,二、矿体地质特征及其数学分析方法,(三)矿体变化的数学表征方法,定性、定量两种表示方法,其中定性:几何图件、地质图件,二、矿体地质特征及其数学分析方法,1、统计分布曲线法1)频率分布曲线实质是反映矿体某个标志不同数值的数量分布或频率分布频率:区间内的统计个数(频数)/总数频率分布曲线是标志观测值与频率的关系曲线。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,对数正态分布,频率曲线形态特征可以反映标志值的总体变化性质和变化程度。地质变量受某一因素影响突出时,统计分布曲线往往为偏态分布,当偏斜很大时,则对数值近似服从正态分布(对数
13、正态分布);但各影响因素得影响作用差不多时,则往往成近似正态分布。大多数内生金属矿床中有用组分常呈对数正态分布;沉积或沉积变质型铁矿、次火山岩体中的早期浸染状贫铁矿的铁品位常呈近似正态分布。根据统计分布曲线的特征来鉴别与解释矿床成因。不同成因或不同成矿条件下形成的矿床,构成不同的统计总体,各自有其特殊类型的统计分布模型和相应的统计特征值。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,2)统计分布特征值平均值均方差变化系数(变异系数),二、矿体地质特征及其数学分析方法,两矿体矿体的变化性对比图见矿工程中矿体的厚度相同,方差、变化系数相同,但矿体的形态、矿体的变化完全不同,相同的工作量则勘查精度也不相同,二
14、、矿体地质特征及其数学分析方法,二、矿体地质特征及其数学分析方法,平均值、均方差的理论基础:随机变化(概率论)观测值=趋势分析值+剩余值(残差)结构性变化 随机性变化,2、自然分布曲线及变化性指数法沿具体方向上的具体位置上观测点的观测值(标志值的大小)的曲线,叫自然分布曲线。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,走向 倾向莱芜西尚庄铁矿I号矿体TFe、S、Co含量变化曲线,变化性指数,M数值(观测值)上升下降的次数;N数值的多少(指标值的多少);t0-0.2为规则变化,为明显方向性变化,为不明显的方向性变化,为不规则变化。变化性指数只反映变化速度、变化性质,而不能反映变化幅度,也不能反映其变化的
15、复杂程度。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,3、平差曲线及相依系数法1)平差曲线观测值的曲线经平差后的趋势值曲线。所谓的平差就是用观测点相邻若干点标志值的平均值作为该点的数值。平差又称滑动平均,可采用等权平均(算术平均),也可以用加权平均。三点及五点滑动算术平均公式分别为:,二、矿体地质特征及其数学分析方法,二、矿体地质特征及其数学分析方法,平差曲线图(三点滑动平均),二、矿体地质特征及其数学分析方法,平差曲线图(五点滑动平均),2)相依系数C1局部相依系数;C2总体相依系数;m局部相依个数;M总体相依个数。相依系数越大,相依程度越高,变化规律性越强。相依:x2x1,x2x3)称为相依。不相
16、依:x2x1,x2x3(x2x1,x2x3)称为不相依。局部相依:标志值与相邻点值相依。局部不相依:标志值与相邻点值不相依。总体相依:二次平差后,每个观测点的相应趋势值,在空间上与相邻点趋势值之间具有线性或单调函数关系。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,4、变异函数曲线分析法1)问题的提出60年代,克立格研究南非金矿提出,法国统计学家马特隆完善,变异函数符合金矿体的变化性质。最早适于储量计算,后来渗透到气象、森林、水文等,变异函数、变异曲线是地质统计学的基本工具。2)区域化变量(1)概念区域性变量是一种具有空间位置的数值函数(每一个点具有一个确定值),两点之间变化有两重性(结构性变化、随机变
17、化)。即以空间位置为自变量的随机函数。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,结构性变化:在一定的范围内,它们之间有自相关关系。随机性变化:在一定的范围内,它们之间无自相关关系。结构性变化依赖于两点之间的距离。区域化变量主要有品位、厚度、体重。(2)区域化变量的性质局限性:限制在一定空间范围,要考虑标志值的形态、大小。标志值的几何形态叫支撑(Support)。连续性 具有结构性变化、随机性变化方向性,有时有各向异性跃迁性,二、矿体地质特征及其数学分析方法,3)变异函数及变异曲线(1)公式变异函数是区域化变量增量平方的数学期望值的一半。在实际应用中计算的是实验半变异函数,其表达式为:,二、矿体地质特
18、征及其数学分析方法,其中,r*(h)实验半变异函数(简称变异函数或变差函数);h步长(距离或滞后);N(h)x方向上相隔h的样品对数;Z(xi+h)、Z(xi)某变量(品位、厚度等)的测定值。,根据取不同的h值用上述公式计算的结果,可作出变差图(r*(h)-h关系曲线)。r*(h)随h的增大而增大。当ha(a称为变程)时,Z(xi)与Z(xi+h)不存在相关性,即是随机的;当ha时,Z(xi)与Z(xi+h)具相关性,且h值越小,相关性越强。通常根据矿体形态选择如下方向计算变异函数(便于研究各向异性):面型矿体:走向、倾向、两对角线;立体矿体:走向、倾向、两对角线、厚度可计算不同方向、距离的变
19、异函数;,二、矿体地质特征及其数学分析方法,二、矿体地质特征及其数学分析方法,变异函数图形:,h,r*(h),r*(h),连续型,线性型,随机型(纯块金型),块金型,跃迁型,二、矿体地质特征及其数学分析方法,(2)变异函数的类型,(3)矿体的变异函数数学模型一般分为两类有基台:即有限方差模型,基台可用方差代替,包括球状模型、指数模型、高斯模型等。无基台:没有限方差模型,包括戴维杰模型、线性模型、幂指数模型、对数模型等。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,其中,Co块金常数(代表随机变化部分);C拱高;C+Co基台值;C+Co=先验方差=C(0)(即Z(xi)的方差),当Co=0、C=1时为标准
20、球状模型;a变程,a范围内才有结构性变化(有规律的变化)。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,球状模型(马特隆模型)较为常用:,块金是从金颗粒分布不均匀而导致在很短距离内样品品位的较大差异的现象,二、矿体地质特征及其数学分析方法,球状模型变异函数图形:,有水平渐近线,称基台,5、含矿系数(含矿率),1)概念工业矿体地段的长度或面积、体积与整个矿化地段的长度或体积之比。是反映矿化连续性的指标(反映内部结构复杂性)。2)公式,二、矿体地质特征及其数学分析方法,二、矿体地质特征及其数学分析方法,A和B是两个具有不同矿化连续性的矿体:A是连续的,B为不连续的。对于矿体B,矿体总面积为S0,其中工业矿化
21、地段(红色区)的面积为SP。则按面积计算的含矿系数为:KP=SP/S0按体积计算的矿化系数为:KP=VP/V0线含矿系数为:KP=LP/L0。在剖面内所有线的含矿系数平均值可作为评定该剖面矿化连续性的指标。,反映了工业矿化的连续性,Kp=01。根据Kp将矿体中工业矿化的连续性分为:矿化连续:Kp=1.0,整个矿体均达到工业要求矿化微间断 Kp=0.71.0,局部地段未达到矿化间断 Kp=0.40.7,达到的地段稍大于未达到的地段矿化极间断 Kp0.4,大部分未达到要求,二、矿体地质特征及其数学分析方法,6、矿化强度指数,1)概念某地段的平均品位与整个矿体的平均品位之比。反映矿体品位变化强度的重
22、要指标。2)公式其中,分子为矿体某地段之平均品位;分母为矿体总平均品位。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,7、矿体边界模数,1)概念某地段矿体等面积规则体(圆形、矩形、椭圆)的周长与实际矿体的周长之比。评价矿体外形复杂程度的指标。2)公式当矿体为等轴状:圆形当矿体为板状、脉状:矩形当矿体为透镜状:椭圆形,二、矿体地质特征及其数学分析方法,二、矿体地质特征及其数学分析方法,边界模数值介于0-1之间,模数越小,边界形态越复杂。实际应用中,可选择不同方向的断面进行计算,反映不同方向矿体形态的复杂程度,以便选择合适的勘查工程系统。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,(四)小结矿体标志的变化受有关地质
23、因素变化规律的制约。由于矿体各标志的变化与一定地质因素有关,因此,它们的变化必然因受有关地质因素变化规律的制约而呈现出一定的变化趋势。品位变化具方向性特征。矿石品位数值有时在一定范围内,沿一定方向具有总体上升或总体下降的变化趋势,或称某种周期性变化,因而,显现出品位变化的方向性特征。,二、矿体地质特征及其数学分析方法,趋势变化或方向性变化是矿体的又一重要特征。查明趋势特征是我们合理确定工程间距、正确布置勘查工程的重要依据。在研究不同标志的变化规律性时,除应查明矿体各标志沿走向、倾斜和厚度的趋势变化外,尤其应注意查明矿体最大变化标志的最大变化方向,勘查工程,通常是沿矿体的最大变化方向布置,这是勘
24、查工程布置的一条重要原则。大多数矿床通常是由在两度空间延长,一个方向短的层状、似层状、透镜状、脉状等形态的矿体组成。这类矿体在一般情况下,矿石品位和形态等的变化最大方向是厚度方向。因此,大多数矿床勘查工程均垂直矿体走向布置,沿厚度方向穿过矿体。,(一)概念、目的及意义1、概念矿床勘查类型是根据矿床地质特点,尤其按矿体主要地质特征及其变化的复杂程度对勘查工作难易程度的影响,将相似特点的矿床加以归并而划分的矿床类型。矿床勘查类型是在大量探采资料对比基础上,对已勘查矿床勘查经验的总结。用于规范勘查的目的。,三、矿床勘查类型,2、目的、意义其目的在于指导相似类型矿床的勘查工作,为合理选择勘查手段、确定
25、合理的勘查研究程度及勘查工程的合理布局提供依据。因此,勘查类型划分是为地质勘查人员勘查新矿床提供借鉴、类比的基础。类比过程:,根据将要勘查矿床的地质特征,类比确定勘查类型,根据勘查类型确定勘查方法和可能的勘查效果,三、矿床勘查类型,矿床勘查类型也是评价矿床的依据,它与矿井规模、开采技术条件有密切联系。矿床勘查类型还反映了勘查的难易程度,影响勘查成本的高低。注意:从本矿床的实际出发,灵活应用,忌生搬硬套。,三、矿床勘查类型,(二)矿床勘查类型确定的原则1、追求最佳勘查效益的原则勘查工程的布置应遵循矿床地质规律,从需要、可能、效益等多方面综合考虑,以最少的投入,获取最大的效益。2、从实际出发的原则
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