风化壳型矿床划分地质块段的数理统计与图解分析——以云南省武定县梅子箐钛铁砂矿V1号矿体南矿段为例

何 云，何照波，严城民，周晓峰，张云生，关志邦，徐延强，苗品俊

(1.云南省地质矿产勘查开发局第一地质大队，云南曲靖 655000；2.云南地矿国际矿业股份有限公司，云南昆明 650051；3.云南省地质矿产勘查院，云南昆明 650051；4.云南省地质科学研究所，云南昆明 650051；5.云南省地质矿产勘查开发局区域地质矿产调查大队，云南玉溪 653100；6.云南省自然资源厅，云南昆明 650224；7.云南黄金矿业集团股份有限公司，云南昆明 650299；8.云南思瑞矿业有限公司，云南昆明 650299)

0 引言

目前，风化矿床的进一步划分方案尚不统一。袁见齐等(1979)据矿种将风化矿床划分为红土型镍矿床、红土型铁矿床、红土型铝矿床、风化型高岭土矿床、离子吸附型稀土矿床、风化型磷矿床、残余型金矿床、淋积型铀矿床共8种类型。现阶段的划分方案中，多将风化矿床划分为风化壳顶部的残坡积矿床、潜水面以上的残余矿床、潜水面以下的淋积型矿床。考虑到残坡积矿床、残余矿床的地质特征较为相似，二者与淋积型矿床有明显差异，本文将残坡积矿床、残余矿床合称风化壳型矿床，并列为本文的研究对象。也就是说：本文的研究对象，包括了袁见齐等(1979)划分方案的前7种矿床，比如风化壳型铝土矿床、风化壳型钛铁砂矿床、风化壳锰矿床。

在近年的研究中，风化矿床的研究主要集中在风化壳离子吸附型稀土矿方面(张彬等，2018；燕利军等，2020)，资源储量估算的主要进展反映在边界分析与矿化体圈定(高帮飞，2018)。目前，尚未发现针对风化壳型矿床地质块段划分的中文报道。

风化壳型矿床的资源储量估算，大多采用侯德义(1983)定义的水平投影地质块段法。目前，划分地质块段的原则与方法尚不统一，主要有下述3种划分方法。

(1)在不同类型的资源储量估算中，将勘查网(矩形网、三角网、不规则网)中地理位置相邻的3个或4个探矿工程围成的区域划分为1个地质块段①。在《固体矿产资源储量划分》(GB/T17766—2020)中，资源储量划分为推断资源量、控制资源量、探明资源量、可信储量、证实储量。据相关规范(DZ/T 0202—2002，DZ/T 0204—2002，DZ/T 0208—2002)，探求后4种资源储量时，勘查间距较小。该种方法存在的主要问题是：①因勘查间距较小，所划分的地质块段数量较多，估算资源储量的工作量较大；②完全根据探矿工程进行地质块段划分，划分结果难于反映矿石品位、矿体厚度的变化规律，不利于指导矿床的开发利用。

(2)为减少地质块段数量，在探求探明资源量、证实储量时，按矩形网中相邻的9个探矿工程划分1个地质块段(王学武等，2018)。也就是说：探求探明资源量、证实储量时，仍使用探求控制资源量、可信储量的地质块段划分方案。此种划分方法存在的主要问题是：①划分地质块段的方法无具体操作规则；②地质块段的划分方法不够精细，划分原则不够明确。

(3)充分考虑了影响地质块段划分的地质因素，通过观察地形地貌、单工程矿体厚度、单工程矿石品位，进行地质块段的划分(李余华等，2019)。各个地质块段均为地理位置相邻、数量不等的探矿工程围成的不规则图形。此种划分方法的不足之处是：划分方法处于定性状态，未能总结、归纳出划分的具体方法与工作流程，在观察、分析中带有一定的人为性，同一矿区可能出现多种划分结果。

在云南省地质矿产勘查开发局设立的“滇中地区风化壳型钛铁砂矿特征与勘查方法”研究中，以云南省武定县梅子箐风化壳型钛铁砂矿(以下简称“梅子箐钛铁砂矿”)V1号矿体由78个钻孔控制的南矿段(以下简称“南矿段”)为研究实例，对划分地质块段的方法进行综合研究与创新。

本文提出划分地质块段的思路与方法是：①在勘查网中，将地理位置相邻的3个或4个探矿工程围成的区域，作为划分地质块段的基本区块；②对单工程、基本区块的主要参数(矿体铅直厚度、钛铁矿含量、金红石含量)进行统计与计算，对基本区块的主要参数、关键参数(基本区块的矿体铅直厚度、基本区块的钛铁矿含量)进行图解分析；③将地理位置相邻、关键参数类型相同的基本区块进行归并，得出合理的地质块段划分方案。

与前人划分方法相较，本文提出的地质块段划分方法具有3方面明显优势：①将矿体厚度、矿石品位作为划分地质块段的主要因素，同一地质块段内矿体厚度、矿石品位变化较小，相邻的不同地质块段的矿体厚度、矿石品位有明显差别；②按照数理统计、图解分析的结果进行地质块段的划分，使划分方法一致、划分标准统一；③该划分方法基本消除了以往采用的3种划分方法的弱点，流程较为清晰、方法较为简单、操作较为简便，可在风化壳型钛铁砂矿和其他风化壳型矿床中推广使用。

矿体厚度在野外施工过程中用钢卷尺丈量岩心，精确至厘米。样品由具有甲级资质的云南省地矿局测试中心分析，百分含量精确到小数点后第二位，经内检、外检质量合格。全文的数据采集、计算进行过百分之百的自检、百分之百的互检，未发现计算误差。

1 地质背景

梅子箐钛铁砂矿由云南地矿总公司(集团)勘探(2014)。探矿工程主要采用改进的人力冲击取样钻。矿区属王泽传等(2017)划分的上扬子陆块中之滇中基底隆起带，地层主要为寒武系，华力西期基性侵入岩呈岩枝状产出，无明显区域变质现象，构造较为简单。华力西期基性侵入岩为成矿母岩。梅子箐钛铁砂矿产于华力西期基性侵入岩的风化壳内，沿地表呈不规则曲面状产出，属风化壳型钛铁砂矿床。据矿石风化程度、颜色、结构及构造差异，矿床从上至下可大致划分为黏土型矿石、砂质黏土型矿石、黏质砂土型矿石。

据基性侵入岩的出露情况，矿区划分出3个矿体(V1、V2、V3)。V1矿体产于滑石板基性侵入岩的风化壳。矿体长约1 730 m，宽60～1 300 m(平均216 m)，矿体面积0.36 km2。该矿体划分为2个矿段。南部矿段(以下简称“南矿段”)的矿体出露面积较大，为本文研究风化壳型钛铁砂矿划分地质块段的实例。

据《砂矿(金属矿产)地质勘查规范》(DZ/T0208—2002)，梅子箐钛铁砂矿为第Ⅱ勘探类型，采用50 m×50 m的工程间距探求探明资源量，100 m×100 m的工程间距探求控制资源量。

主要工业指标为：①钛铁矿(矿物)边界品位10 kg/m3、工业品位15 kg/m3；②金红石(矿物)边界品位1 kg/m3、工业品位2 kg/m3；③可采厚度0.5 m；④夹石剔除厚度1 m。

矿区累计查明：钛铁矿(主要矿物)资源量(矿物量)113.84×104t，钛铁矿含量65.71 kg/m3；金红石(共生矿物)资源量(矿物量)23.70×104t，金红石含量13.68 kg/m3。矿床达大型规模。

在风化壳型钛铁砂矿中，矿体铅直厚度(m)、钛铁矿含矿率(kg/m3)、金红石含矿率(kg/m3)为划分地质块段的主要参数(以下简称“主要参数”)。在其他风化壳型矿床中，划分地质块段的主要参数为矿体厚度、矿石品位，与风化壳型钛铁砂矿完全相同。

为突出重点，本文仅研究南矿段矿体主要部分(探矿工程间距为50 m×50 m的探求探明资源量)的地质块段划分，不讨论南矿段矿体边部(探矿工程间距为100 m×100 m或探矿工程间距为50 m×50 m无限外推后探求控制资源量)的地质块段划分。按固体矿产资源储量划分(GB/T17766—2020)，外推后估算的矿产资源属潜在矿产资源。

2 单工程主要参数的统计与计算

考虑到黏土型矿石、砂质黏土型矿石、黏质砂土型矿石呈渐变过渡关系，矿石特征极为相似，开发利用方式完全相同，宜合并进行地质块段划分，估算资源储量。

南矿段由78个钻孔控制(图1)。归并矿层后的统计计算结果表明(表1)，全部钻孔的单工程主要工业指标均已达到工业矿②标准。表1中钛铁矿、金红石含量，采用铅直厚度加权平均法计算。

图1 梅子箐钛铁砂矿V1号矿体南矿段钻孔分布与地质块段划分Fig.1 Distribution of the drill holes and block division in the southern segment of ore body V1 of the Meiziqing ilmenite placer deposit1-钻孔及钻孔编号(按勘探线先纵后横，地质块段内部的钻孔编号已省略)；2-地质块段类型及块段界线；3-基本区块类型相同的地质块段界线；4-勘探线、基本区块界线1-drillhole and number(according to the exploration line,first vertical,then horizontal,the drill hole numbers inside the geological blocks have been omitted);2-block type and block boundary;3-boundary of blocks with the same basic block type;4-propecting line and basic block boundary

表1 南矿段单工程矿体主要参数计算结果Table 1 Calculation of main parameters of drill intersections in the southern segment

3 基本区块主要参数统计与计算

在钻孔控制范围内，将地理位置相邻的3个或4个钻孔围成的三角形、矩形划分为一个基本区块。经划分，78个钻孔分布区共划分出66个基本区块(图1)。其中：矩形区块52个，三角形区块14个。

用算术平均法计算各个基本区块估算资源储量的主要参数(表2)。基本区块主要参数的估算结果为：矿体平均铅直厚度4.56～39.20 m，钛铁矿平均含量为36.26～104.94 kg/m3，金红石平均含量为10.33～22.90 kg/m3。

表2 南矿段基本区块主要参数计算结果与分组Table 2 Calculation of main parameters of basic blocks and basic block grouping in the southern segment

基本区块的编号为通过区块中心点的两组勘查线编号(图1)。例如：由ZK32-08、ZK28-08、ZK28-12、ZK32-12(顺时针排列)围成的基本区块，编号为30-10。

在钻孔分布区的边缘，部分基本区块由3个钻孔围成的三角形(图1)。这部分基本区块仍然按矩形基本区块的方法进行编号、计算基本区块的主要参数。

在其他风化壳型矿床的地质块段划分中，第二步工作也是基本区块主要参数的统计与计算。如存在共生矿种，需要同时统计与计算各个共生矿种的基本区块矿石平均品位。

4 基本区块主要参数的图解分析

南矿段基本区块主要参数为矿体铅直厚度(m)、钛铁矿含量(kg/m3)、金红石含量(kg/m3)。如果能够确认基本区块的这3个主要参数中，有2个主要参数呈正相关关系，则在进行地质块段的划分中，只需考虑2个主要参数中地质意义较为明显的主要参数。将划分地质块段的3个基本区块主要参数简化为2个基本区块主要参数，还有助于下一步进行基本区块关键参数的图解分析、地质块段划分。

通过观察后发现，并经做图证实(图2)，基本区块的钛铁矿平均含量(kg/m3)与基本区块的金红石平均含量(kg/m3)具有较明显的正相关关系。

图2 基本区块的钛铁矿含量与基本区块的金红石含量图解Fig.2 Ilmenite volume concentration vs. rutile volume concentration of basic blocks

钛铁矿、金红石含量呈正相关关系，还可从地质作用的角度进行论证。风化壳型钛铁砂矿的形成，要求成矿母岩中钛铁矿、金红石的含量较高(杨加庆等，2013；张新松，2013；赵思传等，2020)。在同一地点、同一类型的成矿母岩中，钛铁矿、金红石的含量变化不大，二者具明显的正相关关系(吕世琨，1990)。钛铁矿、金红石的抗风化能力相似，在风化过程中二者仍应具有明显的正相关关系。

基本区块的钛铁矿平均含量为36.26～104.94 kg/m3，明显大于金红石平均含量10.33～22.90 kg/m3。在划分地质块段中，选择钛铁矿平均含量(kg/m3)为划分地质块段的主要依据。

在其他风化壳型矿床的地质块段划分中，如果存在共生矿种，也需进行不同矿种经济价值的相关分析。矿种有用组分类型相似时直接采用矿石品位，矿种有用组分类型差异较大时采用矿种的经济价值系数(矿石品位与单位经济价值的乘积)。通过相关分析，选择品位较高、经济价值系数较大的矿种品位，作为划分地质块段的主要依据。

5 基本区块关键参数的图解分析

基本区块的矿体铅直厚度(m)、基本区块的钛铁矿含量(kg/m3)，对划分地质块段起关键作用，本文称基本区块关键参数。

基本区块的关键参数在平面上有明显变化(图3)。矿体铅直厚度较大(>20 m)的3个区域③大致是：①纵线24～0，横线3～4；②纵线16～0，横线4～16；③纵线32～20，横线12～20。钛铁矿含量总体有北西低、南东高的趋势，含量较低(<80 kg/m3)的3个区域大致是：①纵线28～16，横线15～17；②纵线20～8，横线3～4；③纵线 8～0，横线3～12。

图3 南矿段基本区块关键参数三维模型图Fig.3 3D models of key parameters of basic blocks at the southern segmenta-矿体铅直厚度三维模型；b-钛铁矿含量三维模型a-3D model of vertical thickness of the ore body;b-3D model of ilmenite volume concentration

进行基本区块关键参数图解后得知(图4)：①基本区块的矿体铅直厚度(m)与基本区块的钛铁矿含量(kg/m3)无明显的线性相关关系，②基本区块关键参数的投影点大致分布在6个区域，可划分为6种类型(表3)。

图4 基本区块的矿体铅直厚度与基本区块的钛铁矿含量图解(罗马数字为基本区块类型、地质块段类型编号)Fig.4 Vertical thickness vs. ilmenite volume concentration of basic blocks(Roman numbers showing basic block types and geological block type number)

表3 关键参数的类型与特征Table 3 Types and characteristics of key parameters

关键参数投影点的分类，主要考虑投影点的集中分布情况，分类的数量以5～6类为宜。其原因是：将地理位置相邻、关键参数类型相同的基本区块进行归并，即为合理的地质块段划分方案。因此：①基本区块关键参数类型划分过多，基本区块不能适当归并，导致划分的地质块段面积过小；②基本区块关键参数类型划分过少，基本区块归并过度，易于形成“超大块段”。

基本区块的矿体铅直厚度(m)与基本区块的钛铁矿含量(kg/m3)无明显的线性相关关系，可从风化壳型钛铁砂矿的成矿条件得到合理解释。风化壳型钛铁砂矿的成矿作用主要有3个方面：①成矿母岩中钛铁矿、金红石的含量较高，②气候有利于化学风化、生物风化作用进行，③地形地貌有利于风化壳的保存(施玉北等，2019；和丽芳，2013)。矿体的铅直厚度与地形地貌关系极为明显，一般情况下有地形坡度越大、厚度越薄的变化趋势。地形坡度对成矿母岩的风化程度(钛铁矿、金红石的富集程度)虽有影响，但不明显。因此，矿体的铅直厚度不应与钛铁矿含量存在明显的相关关系。

在其他风化壳型矿床的地质块段划分中，也需进行基本区块关键参数的图解分析，确定关键参数的类型与特征。

6 地质块段划分

6.1 划分方法

在上述工作的基础上，将基本区块进行适当归并，即可得出合理的地质块段划分方案(图1)。在基本区块归并中要注意下述原则。

(1)一般情况下，只能将地理位置相邻的、关键参数类型相同的基本区块进行归并。

(2)归并后地质块段的图形要相对规则，基本区块的数量不宜大于10个，避免出现面积过大的“超大块段”。当同一地质块段中基本块段数量较多、图形不规则时，可将同类基本区块分布区大致平均地划分为不同的地质块段。例如：图1中图例5表示的界线，即为基本区块类型相同的地质块段界线。

(3)由1个基本区块组成的地质块段，可根据地质块段图形规则、基本区块类型相近的原则，并入相邻的地质块段中(图1、表4)。

表4 划分地质块段中不同类型基本区块的归并Table 4 Merging of different type basic blocks

这些地质块段划分的方法与原则，也适用于其他风化壳型矿床的地质块段划分。

6.2 合理性分析

采用水平投影地质块段法进行地质块段划分、资源储量估算的过程中，地质块段矿体平均厚度、地质块段矿石平均品位，均为单工程矿体厚度、单工程矿石平均品位的算术平均值。可以论证，同一地质块段中单工程矿体厚度、单工程矿石平均品位的差值越小，算术平均值对该地质块段的代表性越强，资源储量的估算结果越接近客观实际。

这次总结与创新的地质块段划分方法，将划分地质块段的关键参数进行了合理分组，较大幅度地缩小了同类基本区块(地质块段)的关键参数差值。在此基础上进行的资源储量估算，其结果更接近于客观实际。

7 讨论与结论

以云南省武定县梅子箐钛铁砂矿V1号矿体由78个钻孔控制的南矿段为例，总结与创新的地质块段划分方法，在风化壳型矿床中基本适用。其依据是：风化壳型钛铁砂矿与其他风化壳型矿床的估算方法与参数类型完全相同。具体是：①资源储量的估算方法，均采用水平地质块段法；②矿体铅直厚度、矿石品位，是风化壳型矿床中划分地质块段、估算资源储量的主要参数。该划分方法的要点如下：

(1)单工程主要参数的统计与计算。如存在共生矿种，需要同时计算各个共生矿种的单工程矿石品位。

(2)将勘查网中地理位置相邻的3个或4个探矿工程围成的区域，作为划分地质块段的基本区块，进行基本区块主要参数统计与计算。

(3)存在共生矿种的情况下，要进行不同矿种经济价值的相关分析，从中选择品位较高、经济价值系数较大的矿种的品位，作为划分地质块段的主要依据。

(4)对关键参数——矿体铅直厚度、基本区块矿石品位进行图解分析，并将关键参数划分为5～6个组。

(5)将地理位置相邻、关键参数类型相同的基本区块进行归并，得出合理的地质块段划分方案。

[注 释]

① 云南省武定县梅子箐钛铁砂矿勘探报告(云南省地质矿产勘查开发局，2013)，云南省武定县长冲钛铁砂矿普查报告(云南省地质矿产勘查开发局，2017.)[R].

② 本文将钛铁矿、金红石含量大于或等于边界品位、小于工业品位的矿石称低品位矿，将钛铁矿、金红石含量大于或等于工业品位的矿石称工业矿.

③ 矿体厚度较大、钛铁矿含量较低的区域，用图1的勘探线表示。“纵”为北西向勘探线(图1中的纵向勘探线)，“横”为北东向勘探线(图1中的横向勘探线).