CN114897364B - 液体矿产资源量的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种液体矿产资源量的计算方法，涉及矿产勘查技术领域，其包括以下步骤：S1、收集矿区地下水位监测数据并绘制地下水等水位线；S2、建立代表不同水位埋深的多个面模型，然后将多个所述面模型转化为体模型；S3、把所述体模型离散化形成多个体积不同的单元格，计算每个所述单元格的体积；S4、将矿区采集的地质参数根据采集位置坐标投影到所述体模型对应的平面位置；S5、将所述地质参数利用克里格插值法分别插值到整体所述体模型的空间，使得每个所述单元格的位置均有所述地质参数的参数值分布；S6、计算每个所述单元格对应的液体矿产资源量并求和。该申请具有更加准确地核实液体矿产资源量的优点。

Description

液体矿产资源量的计算方法
技术领域
本申请涉及矿产勘查技术领域，尤其是涉及一种液体矿产资源量的计算方法。
背景技术
矿产勘查主要研究对象是矿产的勘查与评价，其任务之一是发现矿产并查明其质量、数量和应用前景以满足国家建设需要。矿产资源的储量是指导生产及采矿设计的关键指标。
目前常用矿产资源储量计算方法为地质块段法，即按一定的条件或要求(不同的地质条件、矿产质量等)，把整个矿体划分为若干大小不等的部分(即块段)，然后用算术平均法分别计算各部分的体积和储量，各部分储量的总和，即为整个矿体的储量。
地质块段法在矿产资源分布较为均匀的矿床上能够方便的进行估算。然而实际矿产资源在地下的分布不是理想的规则几何体。此外，矿产资源结构为各向异性，地质参数不均一性严重。地质块段法根据采样数据采用均值或加权平均的方式计算，导致最后估算的矿床资源量与实际储量差异较大。
发明内容
为了改善目前液体矿产资源量核实与实际值存在较大偏差的问题，本申请提供一种液体矿产资源量的计算方法。
本申请提供一种液体矿产资源量的计算方法采用如下的技术方案：
一种液体矿产资源量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、收集矿区地下水位监测数据，利用所述地下水位监测数据绘制地下水等水位线；
S2、建立代表不同水位埋深的多个面模型，然后将多个所述面模型转化为体模型；
S3、把所述体模型离散化形成多个体积不同的单元格，计算每个所述单元格的体积；
S4、将矿区采集的地质参数根据采集坐标投影到所述体模型对应的平面位置；
S5、将所述地质参数利用克里格插值法分别插值到整体所述体模型的空间，使得每个所述单元格的位置均有所述地质参数的参数值分布；
S6、计算每个所述单元格对应的液体矿产资源量并求和，得到整个矿区的液体矿产资源量。
通过采用上述技术方案，利用地质统计学和计算机相结合的方法，能够较精准且便捷的计算出矿产体积，地质参数也可以通过地层网格化分配到每个节点上，为矿产资源量的计算提供强有力的依据，为更精准核实资源储量提供参考。
可选的，所述地质参数包括给水度，每个所述单元格对应的所述给水度液体矿产资源量的计算方式为其中，Pg代表给水度液体矿产资源量，F代表块段的水平投影面积，/>代表块段的平均水位变化值，/>代表块段的平均给水度，n代表块段的划分数量。
通过采用上述技术方案，由于采用参数是全区给水度的克里格插值，较好的遵循了地质参数的不均一性，参数计算精度高、人为因素带来的误差较小、液体矿产资源量计算结果更加准确。。
可选的，所述块段的平均给水度的计算方式为/>其中，hi表示块段在第i层的厚度，Gi表示块段在第i层深度处的给水度。
可选的，所述地质参数包括弹性释水系数，每个所述单元格对应的所述弹性液体矿产资源量的计算方式为其中，Pt代表弹性液体矿产资源量，α代表块段弹性释水系数，S代表块段水平投影面积，/>代表块段平均水头变化值。
通过采用上述技术方案，弹性液体矿产资源量计算更加精准。
可选的，根据所述模型的分布构建三维坐标系，并确定计算区域，将所述计算区域沿x、y方向进行等间隔分割，沿z轴方向自由剖分。
可选的，在将所述计算区域x、y方向进行等间隔分割时，沿z轴方向上地质参数变化趋势大的区域减小间隔，地质参数变化趋势小的区域增大间隔。
通过采用上述技术方案，使得对应的地质参数投影到模型的单元格后，能够更加准确的代表单元格的地质信息，提高计算精确度。
可选的，步骤S3中计算每个所述单元格的体积时利用计算机软件获取。
通过采用上述技术方案，计算机获得的单元格体积精准度高且效率快，汇总计算整体资源量时更加精确。
可选的，沿x、y方向进行等间隔分割的间距不大于2km；优选的，沿x、y方向进行等间隔分割的间距为50m-500m之间；优选的，沿x、y方向进行等间隔分割的间距为100-300m。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：采用参数是全区给水度的克里格插值，较好的遵循了地质参数的不均一性，参数计算精度高、人为因素带来的误差较小、液体矿产资源量计算结果更加准确。
附图说明
图1为本申请实施例中潜卤层开采前地下水水位示意图；
图2为本申请实施例中潜卤层开采后地下水水位示意图；
图3为本申请实施例中潜卤层采空区范围示意图；
图4为本申请实施例中承压卤层开采前地下水水位示意图；
图5为本申请实施例中承压卤层开采后地下水水位示意图；
图6为本申请实施例中承压卤层采空区范围示意图。
附图标记说明：
1、地下水等水位线。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开了一种液体矿产资源量的计算方法。
一种液体矿产资源量的计算方法，包括以下步骤：
1)收集矿区地下水位监测数据，包括现状条件下和过去某一时间的监测数据，利用监测数据绘制地下水等水位线。
2)利用建模软件GMS里的TIN模块，建立代表不同的水位埋深的多个面模型。
3)利用TIN-SOLID命令，实现将面模型转化为体模型，该模型可以是采空区的模型，也可以是矿体模型。当体模型为采空区的模型时，液体矿产资源量计算的为消耗量。当模型为矿体模型时，液体矿产资源量计算的为矿产的整体储量。
4)把体模型离散化，剖分成若干个体积不同的单元格。单元格分割的方式为：根据体模型的分布构建三维坐标系，并确定计算区域，将计算区域沿x、y方向进行等间隔分割，沿z轴方向自由剖分。沿x、y方向进行等间隔分割的间距不大于2km；优选的，沿x、y方向进行等间隔分割的间距为50m-500m之间；优选的，沿x、y方向进行等间隔分割的间距为100-300m。
计算获取每个单元格的体积。这些单元格的体积可以借助软件的计算功能直接获取。当计算机的性能足够支撑网格划分时，网格的数量越多，计算越精确。
5)将矿区收集到的地质参数如给水度或弹性释水系数根据采集坐标分别投影到体模型对应的平面位置上。以给水度为例，如果平面上的钻孔坐标(x,y)为(325，500)，在深度80m处的给水度为G1，则G1的坐标为(325，500，80)。对应到体模型上(325，500，80)位置的给水度为G1数值。
6)采用克里格插值的方法，将有限的且不均匀分布的给水度或弹性释水系数分别插值到整个空间，使得上述通过离散化剖分得到的每一个活动单元格所代表的位置上均有参数值分布。
模型采用普通克里格插值法，即假定Z(x)是满足本征假设的一个随机过程，该随机过程有n个观测值z(xi)，则点x0处的线性预测值Z*(x0)和随机过程的假设条件为：
E[Z*(x0)]＝E[Z(x0)]＝μ (2)
Var[Z*(x0)-Z(x0)]＝Var[R(x0)]＝σ2 (3)
其中，x0为要插值的面上的点；Z*(x0)为点x0处的线性预测值；n为观测点的个数；i为观测点编号；xi为第i个观测点；z(xi)为xi处的观测值；λi为点xi相对点x0的权重系数；E[Z*(x0)]为Z*(x0)的期望值；Z(x0)为点x0处的实际值；E[Z(x0)]为Z(x0)的期望值；μ为区域平均值；R(x0)为点x0处值相对于区域平均值的随机偏差；Var[R(x0)]为点x0处随机偏差的方差；σ为点x0处随机偏差的标准差；Var[Z*(x0)-Z(x0)]为点x0处的线性预测值和实际值的差值的方差；
根据公式(2)可得：
半方差函数R(xi)记为ri，则：
其中，rij为z(x)在xi和xj处差值的方差的一半；xi为第i个观测点；z(xi)为点xi处的实际值；xj为第j个观测点；z(xj)为点xj处的实际值；μ为区域平均值；σ为点x0处随机偏差的标准差；Cov(z(xi),z(xj))为z(x)在xi和xj处值的协方差；
二阶平稳条件优化：
其中，σ为点x0处随机偏差的标准差；j为观测点编号；λi＝点xi相对点x0的权重系数；λj＝点xj相对点x0的权重系数；Cov(z(xi),z(xj))为z(x)在xi和xj处值的协方差；rij为z(x)在xi和xj处差值的方差的一半；
利用拉格朗日乘子法求解一组λi使得σ2最小。
7)将步骤6)中的参数代入公式和/>其中，Pg代表给水度液体矿产资源量，F代表块段的水平投影面积，/>代表块段的平均水位变化值，/>代表块段的平均给水度，n代表块段的划分数量；Pt代表弹性液体矿产资源量，α代表块段弹性释水系数，S代表块段水平投影面积，/>代表块段平均水头变化值。
块段的平均给水度的计算方式为/>其中，hi表示块段在第i层的厚度，Gi表示块段在第i层深度处的给水度。
使用公式(7)和公式(8)分别计算每个单元格对应的给水度液体矿产资源量和弹性液体矿产资源量。
8)将所有单元格的计算结果汇总求和，即得到整个矿区的液体矿产资源消耗量。
参考图1至图6，为罗北凹地钾盐矿区潜卤层和承压卤层的克里金估值模型示意图。钾盐矿区的区域面积为1500Km2，给水度钻孔采集点密度为2Km*2Km。首先对该模型在水平方向进行网格化剖分，精度为300m，并利用采集到的地质参数信息分别对每个网格内给水度、弹性释水系数等进行克里格插值，然后利用上述方法计算获得采空区体积和卤水消耗量。
再采用传统块段法，此处将矿区划分为不同块段(1，2，4，8)，计算采空区体积和卤水消耗量。两种方式计算结果对比见表1。
表1液体钾盐矿消耗资源储量表
由表1看出划分为不同块段时，计算获得的采空区体积和卤水消耗量都相差不大，但是块段法和本申请提供的方法获得的采空区体积和卤水消耗量有一定区别。地质块段法(8块段)计算的潜卤层采空区体积为1.35×1010m3，而本申请提供的方法计算的潜卤层采空区体积为1.42×1010m3；地质块段法(8块段)计算的承压卤层采空区体积为1.56×1010m3，本申请提供的方法计算的承压卤层采空区体积为1.59×1010m3，两种方法计算的采空区体积较为接近。地质块段法和本申请提供的方法计算的潜卤水消耗量分别为1.11×109m3和1.21×109m3，潜卤水消耗量比较接近，二者的相对误差为8.26％；地质块段法和本申请提供的方法计算的承压卤水消耗量分别为0.29×109m3和0.98×109m3，二者差距较大，承压卤水消耗量之间相对误差为70.82％。
卤水消耗量的计算是在采空区体积基础上，乘以相对应的参数得到的。本实施例潜卤水消耗量是潜卤水采空区体积乘以给水度参数计算得到，承压卤水消耗量是采用承压卤水采空区体积乘以弹性释水系数得到。经过分析，潜卤水消耗量误差小是因为研究区内给水度参数代表值密度较大，样品采集密度能够满足计算的精度要求；而承压卤水消耗量计算结果相对误差较大是因为弹性释水系数获得值分布较稀疏，代表性不强，且弹性释水系数的值大小差异也很大，给水度值大小可能相差几倍，而弹性释水系数的大小差异可达两个数量级以上。
本申请提出的矿产资源量的计算方法应用起来更加便捷、体积计算速度快、参数计算精度高、人为因素带来的误差小、消耗资源量计算结果更加准确。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种液体矿产资源量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、收集矿区地下水位监测数据，利用所述地下水位监测数据绘制地下水等水位线；
S2、建立代表不同水位埋深的多个面模型，然后将多个所述面模型转化为体模型；
S3、把所述体模型离散化形成多个体积不同的单元格，计算每个所述单元格的体积；
S4、将矿区采集的地质参数根据采集坐标分别投影到所述体模型对应的平面位置；
S5、将所述地质参数利用克里格插值法插值到整体所述体模型的空间，使得每个所述单元格的位置均有所述地质参数的参数值分布；
其中，采用普通克里格插值法，即假定Z(x)是满足本征假设的一个随机过程，该随机过程有n个观测值z(xi)，则点x0处的线性预测值Z*(x0)和随机过程的假设条件为：
E[Z*(x0)]＝E[Z(x0)]＝μ；
Var[Z*(x0)-Z(x0)]＝Var[R(x0)]＝σ2；
其中，x0为要插值的面上的点；Z*(x0)为点x0处的线性预测值；n为观测点的个数；i为观测点编号；xi为第i个观测点；z(xi)为xi处的观测值；λi为点xi相对点x0的权重系数；E[Z*(x0)]为Z*(x0)的期望值；Z(x0)为点x0处的实际值；E[Z(x0)]为Z(x0)的期望值；μ为区域平均值；R(x0)为点x0处值相对于区域平均值的随机偏差；Var[R(x0)]为点x0处随机偏差的方差；σ为点x0处随机偏差的标准差；Var[Z*(x0)-Z(x0)]为点x0处的线性预测值和实际值的差值的方差；
半方差函数R(xi)记为ri，则：
其中，rij为z(x)在xi和xj处差值的方差的一半；xi为第i个观测点；z(xi)为点xi处的实际值；xj为第j个观测点；z(xj)为点xj处的实际值；μ为区域平均值；σ为点x0处随机偏差的标准差；Cov(z(xi),z(xj))为z(x)在xi和xj处值的协方差；
二阶平稳条件优化：
其中，σ为点x0处随机偏差的标准差；j为观测点编号；λi＝点xi相对点x0的权重系数；λj＝点xj相对点x0的权重系数；Cov(z(xi),z(xj))为z(x)在xi和xj处值的协方差；rij为z(x)在xi和xj处差值的方差的一半；
S6、计算每个所述单元格对应的液体矿产资源量并求和，得到整个矿区的液体矿产资源量；
所述地质参数包括给水度，每个所述单元格对应的所述给水度液体矿产资源量的计算方式为其中，Pg代表给水度液体矿产资源量，F代表块段的水平投影面积，代表块段的平均水位变化值，/>代表块段的平均给水度，n代表块段的划分数量；
所述块段的平均给水度的计算方式为/>其中，hi表示块段在第i层的厚度，Gi表示块段在第i层深度处的给水度；
所述地质参数包括弹性释水系数，每个所述单元格对应的弹性液体矿产资源量的计算方式为其中，Pt代表弹性液体矿产资源量，α代表块段弹性释水系数，S代表块段水平投影面积，/>代表块段平均水头变化值。
2.根据权利要求1所述的液体矿产资源量的计算方法，其特征在于：根据所述模型的分布构建三维坐标系，并确定计算区域，将所述计算区域沿x、y方向进行等间隔分割，沿z轴方向自由剖分。
3.根据权利要求2所述的液体矿产资源量的计算方法，其特征在于：在将所述计算区域x、y方向进行等间隔分割时，沿z轴方向上地质参数变化趋势大的区域减小间隔，地质参数变化趋势小的区域增大间隔。
4.根据权利要求1所述的液体矿产资源量的计算方法，其特征在于：
步骤S3中计算每个所述单元格的体积时利用计算机软件获取。
5.根据权利要求2所述的液体矿产资源量的计算方法，其特征在于：沿x、y方向进行等间隔分割的间距不大于2km。
6.根据权利要求5所述的液体矿产资源量的计算方法，其特征在于：沿x、y方向进行等间隔分割的间距为50m-500m之间。
7.根据权利要求6所述的液体矿产资源量的计算方法，其特征在于：沿x、y方向进行等间隔分割的间距为100-300m。
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Inventor after: Wei Xiangsong

Inventor after: Ma Baocheng

Inventor after: Deng Yufei

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