鄂西地区磷矿资源储量估算过程中体积质量参数确定方法探讨

曾德军

(中化地质矿山总局 湖北地质勘查院，湖北 武汉 430070)

矿石体积质量，也称矿石体重，是自然状态下单位体积矿石的质量，以矿石质量与其体积之比表示。按测定方法的不同，可分为小体积质量和大体积质量。对于原生沉积型磷块岩矿床来说，以测定小体积质量为主，因此后文提到的体积质量均指小体积质量。体积质量作为资源储量估算重要参数之一，直接影响着资源储量估算结果的可靠性。确定体积质量参数的方法较多，在鄂西地区原生沉积型磷块岩矿床资源储量估算过程中应用较为广泛[1-5]。本文对确定体积质量参数的不同方法进行分析，并以鄂西达到勘探程度的几个典型磷矿区(段)首采区为例，探讨各种方法的适用性，确定最合适的方法，为鄂西沉积型磷块岩矿床资源储量估算提供参考。

1 影响矿石体积质量的主要因素

矿石体积质量与矿物成分、化学成分、风化程度、湿度、孔隙度等有关。对于原生沉积型磷块岩矿床来说，风化作用对矿石体积质量几乎没有影响，湿度、孔隙、裂隙等对体积质量影响甚微，对矿石体积质量有较大影响的是矿物成分和化学成分，最终起决定作用的是化学成分[6-7]。

鄂西磷块岩矿石的主要矿石矿物是隐晶质磷灰石(又称胶磷矿)，脉石矿物主要为白云石、石英和粘土矿物，其它矿物成分含量为微量。磷灰石比重为3.18～3.21，白云石比重为2.85～2.90，石英和粘土矿物比重为2.22～2.65[8]。磷灰石的比重明显高于脉石矿物，反映磷灰石含量越高，体重越大，反之则反。因此以磷灰石为主的矿物组合是影响矿石体积质量的主要因素。

在鄂西磷块岩矿石化学成分中，P2O5、CaO、CO2、SiO2、MgO、Al2O3、Fe2O3、F、酸不溶物等含量之和超过98%。P2O5、CaO、F是组成磷灰石的主要化学成分，磷块岩矿石中P2O5和CaO含量之和一般>40%，而致密块状磷块岩矿石中P2O5和CaO含量之和一般为70%～85%。MgO、CaO和CO2是组成白云石的主要成分，也就是白云质磷块岩中脉石矿物的主要成分，白云质磷块岩矿石中P2O5和CaO含量之和一般为50%～80%。酸不溶物、SiO2、Al2O3、Fe2O3等是组成石英和粘土矿物的主要成分，也就是泥质条带磷块岩脉石矿物的主要成分，泥质条带磷块岩矿石中P2O5和CaO含量之和一般为35%～60%。由此可见，P2O5和CaO是影响矿石体积质量的主要化学成分，其中P2O5含量与矿石体积质量关系最为密切。

不同自然类型的矿石具有不同的体积质量，是因为其所含矿石矿物含量不同，比如鄂西地区致密块状磷块岩、致密条纹状磷块岩中胶磷矿含量多，体积质量较大；白云质磷块岩和泥质条带磷块岩中胶磷矿含量相对较少，体积质量也相对较小。

不同品级矿石的体积质量不同，主要原因是P2O5含量不同。通过体积质量样品分析测试发现，Ⅰ级品

(P2O5含量≥30%)体积质量较大，Ⅲ级品(15%≤P2O5含量<24%)体积质量较小，Ⅱ级品(24%≤P2O5含量<30%)体积质量一般介于Ⅰ、Ⅲ级品之间。

2 矿石体积质量与P2O5含量关系

前面提到磷块岩矿石体积质量与P2O5含量关系密切，前人对其研究表明，磷块岩矿石体积质量与P2O5含量具有明显的正相关性[9]。

图1 典型矿区体积质量与P2O5含量关系图解Fig.1 Diagram of relationship between volume mass and P2O5 content in typical mining area

3 确定体积质量参数的方法及适用性

资源储量估算是以矿体为单位，分块段计算的。体积质量参数多采用体积质量平均值，可以以矿体为单元计算体积质量平均值，也可以以块段为单元计算体积质量平均值。下面介绍几种较为常用的平均体积质量计算方法，并进行分析对比。

(1) 仅分品级计算矿石平均体积质量(方法①)。先将全矿区同一矿体所有体积质量按品级分类，计算各品级矿石体积质量的算术平均值，即为该矿体各品级矿石平均体积质量。单个块段分品级计算资源储量，即利用各品级矿体厚度、各品级平均体积质量及块段斜面积估算块段内各品级矿石资源储量。各品级资源储量汇总成块段资源储量。

该种方法是资源储量估算中较为常用的方法之一。各品级矿石平均体积质量计算过程较简单，但每个块段都要计算多个品级资源储量，资源储量成果图件需标示所有品级资源储量估算参数及资源储量数据，资源储量计算、统计过程及成果图件制作较为繁琐。该方法计算的平均体积质量代表性强，资源量估算结果较为准确，适合于资源储量精度要求相对较高的勘查阶段(详查、勘查阶段)，或具有分层开采条件的矿区。

(2) 先计算各品级矿石平均体积质量，再加权平均计算矿体平均体积质量(方法②)。先计算矿体中各品级矿石体积质量平均值，再按各品级在矿体中所占比例进行加权平均计算该矿体的平均体积质量，该矿体所有块段均按该平均体积质量进行计算。各品级所占比例的计算方法为：根据单工程矿体圈定结果，计算单工程中各品级矿石的厚度和品位，将单工程中某一品级矿石厚度累计求和再除以该矿体所有单工程圈定矿体总厚度和，即为该品级在该矿体内所占比例。

该种方法是资源储量估算中最为常用的方法。按品级进行圈定和统计计算的过程较为复杂，但一个矿体只使用一个平均体积质量，资源储量计算及成果图件绘制相对简便。该方法计算的平均体积质量考虑了各品级矿石对该矿体平均体积质量的影响，具有代表性，资源储量估算结果较为准确。该方法适用范围最广，在所有勘查矿区及勘查阶段均可使用。

(3) 按矿石体积质量与P2O5含量回归方程计算块段平均体积质量(方法③)。先对某一矿体的体积质量样本(体积质量值和P2O5含量)进行数据分析，确定体积质量与P2O5含量的相关关系和回归方程，检验回归效果的显著性及回归方程合理性。然后采用回归方程和各块段平均品位计算块段平均体积质量，参与块段资源储量估算。

该方法可利用Microsoft Excel对数据进行分析和计算，计算过程相对简单。每个块段均只有一个体积质量参数和一个资源储量数据，成果图件制作较为简洁。该方法计算的平均体积质量具有代表性，资源量估算结果较为准确。但该方法也有其局限性，对于勘查程度较低的阶段和矿区，采集的体重样品数量少，参与统计的样本较少，分析得出的体积质量与P2O5含量相关性结论的代表性不强，因而不适合采用该方法。该方法适用于体积质量数据较多的矿区和工作程度较高的勘查阶段，在勘查工程较多的矿区详查阶段及所有矿区勘探阶段作重点推荐。

(4) 先计算各品级矿石平均体积质量，再算术平均计算矿体平均体积质量(方法④)。先计算某一矿体各品级矿石体积质量平均值，再采用算术平均法计算各品级平均体积质量的平均值，即将各品级平均体积质量之和除以品级个数得到该矿体平均体积质量。

采用该方法，一个矿体只使用一个平均体积质量，资源储量计算过程相对较简便。但未考虑各品级矿石占比数量的影响，无法保证矿体平均体积质量的代表性，资源储量精确度相对较低。在预查、普查阶段探矿工程数量较少，采集体积质量样品数量有限，对资源量估算精确度要求较低，常有人采用此方法，但在详查和勘探阶段不推荐使用。

(5) 根据块段平均品位确定块段品级，以该品级平均体积质量作为块段平均体积质量(方法⑤)。先计算各品级矿石体积质量平均值，再计算块段平均品位，当该平均品位对应某个品级，即采用该品级平均体积质量作为块段平均体积质量参与资源储量估算。如某块段平均品位为25%，对应品级为Ⅱ级品，则该块段的平均体积质量采用该矿体Ⅱ级品的平均体积质量。

该方法计算平均体积质量、估算资源量和绘制成果图件的过程较简单。但一般情况下，组成块段的矿石不只一个品级，比如某块段平均品位为25%，为Ⅱ级品，但该块段并不一定全是Ⅱ级品矿石，如果直接使用Ⅱ级品矿石平均体重计算，代表性有所欠缺。在地质报告编制过程中经常有人采用该方法，但笔者不建议采用。

4 不同方法确定的体积质量对资源储量估算结果的影响

在鄂西地区磷矿资源储量估算中，上述方法①、②、④、⑤常有使用，但方法③少有使用。根据上述分析可知，方法④和方法⑤最终确定的体积质量参数代表性不强，在详查和勘探阶段不建议使用;方法①、方法②和方法③确定的体积质量参数较可靠，估算的资源储量结果接近真实情况，是较为合适的方法。同时，方法③计算过程相对简单，成果图件制作较为简洁，是本文重点推荐的方法。

表1 不同体积质量计算方法估算资源储量结果对比表Table 1 Comparison of resource reserves estimatedby different volume mass calculation methods

目前使用较多的是方法①和方法②，比如后坪矿段和白水河矿区勘探报告使用的是方法②，麻坪矿段使用的是方法①，这两种方法均在成果报告评审过程中被专家认可。通过对比可以看出，方法③也适用于鄂西磷矿资源储量估算。

5 结论

(1) 通过对比分析，认为仅分品级计算矿石平均体积质量(方法①)、先计算各品级矿石平均体积质量再加权平均计算矿体平均体积质量(方法②)、按矿石体积质量与P2O5含量回归方程计算块段平均体积质量(方法③)三种方法估算的资源储量结果均可靠，都适用于鄂西地区磷矿资源储量估算。

(2) 方法③理论论据充分，计算过程相对简便，准确性较好，推荐在勘查工程较多矿区的详查和勘探阶段使用。