C1 · 出版卷 11

从元素富集到 Ore Deposit

Crustal abundance、concentration、grade、tonnage

学习目标

完成本课后，你应能够区分丰度与浓度、富集与矿化、品位与分析值、吨位与体积；能够计算浓集系数、质量加权品位和含量，并说明这些计算为什么都不能单独证明 ore deposit。

你还应识别尺度依赖。一个颗粒可以极富某元素而围岩并不富；一个窄样段可以高品位而更大矿体平均品位很低；一个宽大矿体则可能在较低品位下含有很多金属。地质任务是连接浓度、几何、连续性、矿物赋存和过程。

背景丰度与地质富集

元素在地壳、地幔、沉积物、流体和生物储库中的分布不均。所谓“地壳丰度”是依赖地壳域、数据集、分析覆盖和组成方法的模型平均值，只能作为参照而不是边界品位。本地岩性背景可以比全球平均值高或低几个数量级。

只有选定参照后才可定义富集因子：

$E_i=\frac{C_{i,sample}}{C_{i,reference}}.$

E_i=20 只表示样品浓度为已声明参照的二十倍，并不说明元素形成可回收矿物、富集体连续或参照适当。岩浆分配、流体搬运与沉淀、沉积分选、风化、生物循环和岩性混合都能产生富集。

因此背景应按地质总体估计，不能对所有样品求一个无差别平均值。镁铁质单元、长英质单元和搬运覆盖层可能需要各自基线。稳健统计可以描述总体，但哪些观测属于同一总体，首先由地质域决定。

品位、支持尺度与代表性

分析值是送检份样的实验结果；品位是附属于样段、区块或物料批次等明确支持的浓度。制样、回收率、样长、密度与组合方式改变了这个数值代表的质量。

只有各段截面积、密度和采样几何足够相近或已经单独处理，长度加权才合理。一般情形应按质量加权：

$\bar G=\frac{\sum_i M_iG_i}{\sum_iM_i}.$

密度或回收率不等时，长度不能代表质量。柔软、破碎的矿化物被选择性丢失，会使表观品位偏低或偏高。引人注目的手标本只能证明某矿物存在，不能无偏估计总体浓度。

平均数也不能证明空间连续性。同一均值既可能来自均匀低品位物料，也可能来自稀疏高品位团块。地质记录、矿物、空间统计与边界模型分别处理连续性的不同方面，不能由单个统计量替代。

吨位、含量与不确定性

吨位是质量。最简单的体积—质量换算为 M=\rho V，其中密度 \rho 必须与材料及含水基准相符。主要由解释限定的几何体积继承接触、厚度、拓扑与外推不确定性；密度又随矿物、孔隙、风化和空洞变化。

单位相容时，含商品量为 Q=MG。它只是存量计算，不是生产预测，也未计入回采率、贫化、选冶回收、杂质、产品规格或可销售性。

不确定性常常不对称：矿体可能向数据外开放，高品位带可能不连续，密度样品可能偏向完整岩芯。仅给一个吨位和品位会隐藏主要假设。情景边界应明确改变地质与支持假设，而不是任意加减一个百分数。

从 occurrence 到 deposit 与 ore 的门槛

Occurrence 记录具有地质意义的矿物或元素集中；mineralisation 记录富集过程或产物；mineral deposit 是能够在地质上描述的空间相干自然集中；ore 又增加在声明条件下可采的经济与技术含义。这些是工作定义，正式使用必须查阅适用报告规范和法律定义。

不存在把所有矿床与非矿床分开的普适浓集系数。高价值商品可能在低浓度下被考虑，体量商品则需要不同规模和基础设施。矿物赋存尤其重要：元素若被锁在难处理颗粒、分散于晶格或伴生有害相，行为会完全不同。

合理的推进是有条件的：实测富集支持矿化；已测连续性可能支持矿床解释；采样与估算可能在适用框架下支持资源声明；技术和经济研究才可能进一步支持 ore 或 reserve 结论。每次升级都需要新证据。

采样与测量设计

采样设计必须对应预期非均质性。记录样段边界、相对构造方向、回收长度或质量、含水基准、密度方法、粒度、制样流程、分析方法、检出限和质量控制。粗颗粒或“粒金式”矿物尤其需要关注样品质量与缩分误差。

用未矿化围岩建立地质背景，用蚀变样品绘制过程梯度，不能在看到分析值后再挑选“典型背景”。野外重复样综合反映小尺度非均质和采样；制备重复与分析重复反映后续阶段，它们估计的不是同一种不确定性。

目估与分析值应分别保存。手标本中目估矿物百分数不能直接转为元素品位，因为矿物组成会变且可见性有偏。已知真实矿物种和化学式时，化学计量上限可作为核查。

合成算例

一个合成板状矿体由三个域代表，所有数据均为虚构：

| 域 | 体积 (m^3) | 密度 (t/m^3) | 品位 (%) | |---|---:|---:|---:| | A | 120,000 | 2.60 | 0.80 | | B | 80,000 | 2.90 | 1.40 | | C | 50,000 | 2.40 | 0.35 |

三个质量分别为 312,000 t、232,000 t 和 120,000 t，总质量 664,000 t。含商品量为

$Q=(312000)(0.008)+(232000)(0.014)+(120000)(0.0035)=6164\ t.$

质量加权品位为 6164/664000=0.009283，即 0.928%。体积加权结果 0.902% 与之接近只是偶然，不能据此忽略密度。

若当地围岩背景为 0.046%，矿体相对背景约富集 20.2 倍。这个值只描述相对指定围岩的富集，不表示经济可行。算例没有考虑边界、采样支持、回收、连续性、矿物、处理与任何转换因素；其结论只能是“在声明几何下，合成存量计算内部闭合”。

解释流程

定义地质对象和每项观测代表的质量。
声明背景总体和参照组成。
保留原始分析、限定码和质量控制状态。
以有依据的密度域把体积换成质量。
按代表质量加权品位并核查单位。
把连续性和非均质性与平均品位分开制图。
识别矿物载体及潜在有害相。
说明证据支持的最强类别。
列出升级结论前仍需取得的证据。

练习与复核

把 B 域密度改为 2.50 t/m^3 后重算，并解释品位与含量为何以不同方式变化。
构造两个均值和吨位相同、品位连续性相反的合成矿体，列出区分其勘查风险所需观测。
某样品目估含 4% 的一种矿物，该矿物含 35% 商品组分。计算理想品位，并列出目估不等于分析值的三个原因。
解释为什么平均大陆地壳背景不适合直接评价镁铁质围岩。
分别为算例写一句观测、计算、解释和经济问题。

来源与延伸阅读

Rudnick 与 Gao：大陆地壳组成，总结地壳组成及其推断基础。
McDonough 与 Sun：地球组成00140-4)，行星组成参照储库的推理。
Singer 与 Mosier：矿床品位—吨位关系，定量描述品位—吨位总体及其边界。
Mineral Deposit Models 导论，说明模型是组织信息的方法，而非刚性定义。