乌山铜钼矿三维地质资源模型的建立及应用*

吕海栋 赵春波 张海涛 王功文 张鹏海 刘 洋

（1.中国黄金集团内蒙古矿业有限公司；2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院；3.东北大学资源与土木工程学院）

当前第四代工业革命及其技术推动了“智造业”的发展与新材料的应用，而铜矿资源是工业发展的重要材料，2020—2050年，铜矿资源需求依然强劲。国际地质科学联合会（IUGS）2015年12月统计认为中国铜矿资源利用与世界同步，2040年为高峰期，2050年为平稳期。而铜矿资源的高精度勘探及建模则是支持铜矿资源高效开采及利用的基础。

目前，矿产资源的高精度勘探十分注重勘查理论与勘查方法集成：一方面注重多学科交叉进行地球重大地学事件的综合分析与验证，如利用重、磁、电、震等多元地学三维建模探讨壳幔结构及其成矿动力学背景［1］；另一方面注重矿床模型与矿产勘查的综合研究［2-3］，世界上成功的案例如澳大利亚IOCG型成矿模式与勘查模型的建立。

资源建模注重地学模型与多元数据挖掘、综合信息的集成与可视化，且模型维度由二维向三维乃至四维逐渐发展［4］。目前三维地学建模软件趋于商业化，如国外地学软件以法国GOCAD、澳大利亚Mircomine、美国3DMine与Petrel、加拿大Surpac为代表。在科学计算方面，利用高精度地学测试分析资料，通过数据驱动和知识驱动（内插与外推），综合开展非线性、数据集成、模拟计算、不确定性评价是当今地学定量化研究的热点和难点［5-7］。

本研究依托乌山铜钼矿，通过大规模地表取样及钻孔岩芯的近红外光谱分析，来获取不利于选矿的黏土类矿物含量的空间分布，与品位数据库相结合，利用克里格插值法建立精细的三维地质资源模型，作为精确配矿、提高选矿回收率及选矿效率的数据基础。

1 矿山概况

乌山露天矿地处呼伦贝尔大草原腹地，为中国黄金集团内蒙古矿业有限公司重点开发项目，也是中国黄金集团有限公司实施“以金为主，多金属开发并举”战略的示范性项目。该矿矿床为大型斑岩型铜钼矿床，铜金属量储量达300万t，钼金属储量60万t，是我国第四大铜钼伴生矿床。

乌山铜钼矿床中含有大量云母—伊利石、高岭石、蒙脱石等黏土类矿物，这些黏土类矿物质地松软、易泥化，在浮选过程中比表面能较大，影响金属矿物上浮速率，会造成浮选指标异常恶化，不利于选矿。以往的地质勘查工作十分注重有用元素（铜、钼等）的空间分布，但却对黏土类矿物等有害元素的空间分布缺乏研究。因此，亟需建立可表征黏土矿物空间分布的三维地质资源模型，提高选矿效果。

2 三维地质资源数据库建立

近红外光谱分析是一种较为有效的蚀变矿物分析方法。光谱波长测量范围一般为380~2 500 nm，扫描样品的新鲜面，层状硅酸盐矿物、硫酸盐矿物以及碳酸盐矿物等在短波红外波段均会有特征吸收光谱，根据矿物中某些官能团短波红外吸收峰的位置和深度，可以识别不同种类的矿物或分析同种矿物间结晶度的差异，对黏土矿物定性及半定量组合分析。

2.1 采样测试工作量

采场岩芯的采样点如图1所示，采样时间为2018年8—9月以及2019年4—5月。利用岩矿石样品的近红外光谱扫描建库技术，开展矿区钻孔岩芯的光谱测量，并建立乌山铜钼矿体的光谱图库，从而建立一整套基于光谱的岩矿鉴定模板。

2.2 近红外光谱分析结果

通过近红外光谱分析确定岩芯所含的主要黏土矿物包括云母—伊利石、高岭石以及蒙脱石，也含有微量的多硅白云母、绿泥石化、碳酸盐等。某钻孔内黏土及铜钼含量比例如图2所示，从图2中可以观察到不同位置处对应的黏土矿物种类及含量是不同的，即使深度达近1 130 m，黏土矿物仍有分布且仍以云母—伊利石为主，在铜、钼品位较高位置出现一定的蒙脱石化现象，300 m以浅高岭石居多，深部蒙脱石居多。根据黏土矿物种类、含量及空间分布建立黏土矿物的钻孔数据库。

3 三维地质资源模型建立

GOCAD（Geological Object Computer Aided Design）地质建模软件是国际上公认的主流三维地质建模软件，在地质工程、地球物理勘探、矿业开发、水利工程中有广泛的应用。本研究使用GOCAD软件进行品位（有用元素、有害元素）的建模与数据分析。

3.1 数据预处理及三维建模方法

以采场表面及钻孔的品位数据为依托，通过采用离散光滑插值及普通克里格插值，建立品位确定性模型。将获取的数据类别信息进行分类编码，通过数据预处理方法，如箱型图、除聚、除偏等处理后，得到各矿物成分的品位数据信息库。大部分数据格式均为点集形式，可以利用point形式导入到GOCAD。

对地学信息数据库的多属性特征进行初步地质统计，获得不同方向的多种属性（矿产资源、不同黏土矿物）半差函数，以此获得有用元素、有害元素平面分布与纵向分布的特征，初步揭示矿床地质特征信息。以铜为例，其品位的水平方向的变程约为250 m，其方位角45°与135°的规律性最强。而纵向上，其变程要小得多，变差函数到50 m就趋于稳定。由此反映铜的空间分布在水平方向的延展较大。同理可分析钼及不同黏土矿物品位的空间分布。

3.2 三维地质资源模型

基于已有的乌山矿铜、钼矿床品位数据库，根据隐式建模方法，创建得到铜、钼矿品位模型，如图3、图4所示。铜、钼矿的空间分布基本一致，整体为一长环形，长轴长2 600 m，短轴宽1 350 m，走向50°左右，总体倾向北西，倾角从东向西由85°渐变成75°。铜矿平均品位为0.29%，钼矿平均品位为0.039%，高品位铜矿多赋存于北矿段东部及北部、南矿段西部及南部，高品位钼矿多赋存于北矿段及南矿段的中部。

基于乌山矿黏土矿物钻孔数据库，根据隐式建模方法，创建得到云母—伊利石、高岭石、蒙脱石的品位模型，如图5~图7所示。云母—伊利石主要分布于北矿段的南北端，其西端的含量也较高，从北矿段一直延伸到南矿段。在深度上，云母—伊利石的分布也十分广泛。高岭石与蒙脱石都主要分布于北矿段的西南部，在北矿段深部有一定的高岭石且含量较高，其铜含量较低。

4 三维地质资源模型应用效果

精确的自动化配矿是矿山企业降本增效的重要途径，但精确的配矿需要精细化的矿物成分及含量数据为基础。因此，需要在配矿过程考虑单个供矿爆堆的黏土类矿物质含量。基于包含黏土类矿物质的三维地质资源模型，通过配矿可以对每日供矿中的黏土类矿物质进行控制，以达到提高选矿回收率的目的。表1为11月9—15日供矿需要的爆堆信息，11个爆堆的云母—伊利石平均含量为0.396%，这周控制入选矿石云母—伊利石的综合含量不得超过0.33%。

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配矿原则：在11个供矿爆堆中择优选择6~8个，并用矿块品位模式对优选爆堆进行二次估值配矿，要求供矿综合品位铜≥0.263%，钼≥0.030%，且云母—伊利石综合含量≤0.33%，对云母—伊利石含量超过0.6%的爆堆严格控制供矿量，每日一、二厂供矿计划10 h进行互换。表2是11月13日供矿计划，可以看到爆堆1的云母含量0.82%，在配矿时严格控制它的矿量。通过利用三维物理性质模式优化配矿方案，严格控制每日云母的综合含量，保证了选厂指标稳定，提高了选矿回收率。铜回收率由87.57%提高至87.97%，钼回收率由70.41%提高至71.55%，铜钼分离药剂单耗由0.44 kg/t下降到0.30 kg/t，处理量稳定于8.5万t/d。

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5 结论

（1）通过近红外光谱分析确定了岩芯所含的主要黏土矿物包括云母—伊利石、高岭石以及蒙脱石，也含有微量的多硅白云母、绿泥石化、碳酸盐等，可以直观看到某钻孔内岩芯不同位置处对应的黏土矿物种类及含量不同，并根据黏土矿物种类、含量及空间分布建立了黏土矿物的钻孔数据库，为三维建模提供了基础数据。

（2）基于已有的乌山矿铜、钼矿床品位数据库和乌山矿黏土矿物钻孔数据库，通过GOCAD软件，并根据隐式建模方法，建立了矿体及黏土矿物的品位模型，直观地反映了铜钼矿体和黏土矿物的空间分布形态，为资源量估算分析奠定了基础，对数字矿山建设具有积极的作用。

（3）基于包含黏土类矿物质的三维地质资源模型，通过配矿可以对每日供矿中的黏土类矿物质进行控制，利用三维物理性质模式优化配矿方案，严格控制每日云母的综合含量，保证了选厂指标稳定，提高了选矿回收率，铜回收率由87.57%提高至87.97%，钼回收率由70.41%提高至71.55%，铜钼分离药剂单耗由0.44 kg/t下降到0.30 kg/t，处理量稳定于8.5万t/d。三维地质资源模型的建立及应用对于非金属矿山地质工作和地质勘查技术具有创新意义。