趙忠琦，初道忠

(山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東 淄博 255049)

1 礦產(chǎn)資源自然稟賦綜合評(píng)價(jià)的意義

我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，礦產(chǎn)資源保有儲(chǔ)量的可提取潛在價(jià)值為200多萬(wàn)億元，素有資源大國(guó)之稱(chēng)。我國(guó)礦產(chǎn)資源具有以下特點(diǎn)：礦產(chǎn)資源有豐有欠，儲(chǔ)量充足的礦產(chǎn)多半用量不大，而大宗礦產(chǎn)多半儲(chǔ)量不足；礦產(chǎn)資源有貧有富，貧礦多富礦少；單一礦較少，共生、伴生礦床較多。由以上特點(diǎn)可知，我國(guó)礦產(chǎn)資源自然稟賦各異，優(yōu)等劣等礦并存，且伴生礦較多。根據(jù)我國(guó)礦產(chǎn)資源的具體特點(diǎn)，結(jié)合主成分分析法，對(duì)礦產(chǎn)資源的自然稟賦條件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)比較。這種評(píng)價(jià)比較，可以是針對(duì)不同礦區(qū)同種礦產(chǎn)的橫向比較，也可以是針對(duì)同一礦區(qū)、不同礦體進(jìn)行的縱向比較，甚至可以將不同礦種的礦產(chǎn)通過(guò)折合經(jīng)濟(jì)成本的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)比較。

利用主成分分析法對(duì)礦產(chǎn)資源的自然稟賦進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，主要有以下三個(gè)方面。①我國(guó)礦產(chǎn)資源分布廣泛，各地形勢(shì)復(fù)雜，難以用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)劃、管理，通過(guò)對(duì)礦產(chǎn)資源自然稟賦的綜合評(píng)價(jià)，有利于對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行分類(lèi)分級(jí)，有利于建立全國(guó)規(guī)模的礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，還有利于厘清各地礦產(chǎn)資源的潛力狀況及發(fā)展形勢(shì)，便于政府決策。②我國(guó)處于礦業(yè)權(quán)價(jià)款評(píng)估制度向礦產(chǎn)資源權(quán)益金制度過(guò)渡的關(guān)鍵時(shí)期[1]，通過(guò)對(duì)礦產(chǎn)資源自然稟賦的綜合評(píng)價(jià)，有利于厘清級(jí)差成本與級(jí)差收益，從而確定資源稅及資源補(bǔ)償費(fèi)的大??；另外，礦產(chǎn)資源自然稟賦綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果可與市場(chǎng)途徑的礦業(yè)權(quán)價(jià)款評(píng)估方法相結(jié)合，進(jìn)而評(píng)估礦業(yè)權(quán)價(jià)款。③礦產(chǎn)資源自然稟賦的綜合評(píng)價(jià)對(duì)于企業(yè)的經(jīng)營(yíng)與發(fā)展具有指導(dǎo)性作用。對(duì)于勘查階段的礦區(qū)，可通過(guò)對(duì)各礦體自然稟賦的綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定勘探開(kāi)發(fā)的優(yōu)先順序；對(duì)于建設(shè)階段的礦區(qū)，可通過(guò)主成分分析及模糊聚類(lèi)分析[2]相結(jié)合的方法估算基建投資，對(duì)項(xiàng)目的可行性研究提供指導(dǎo)性意見(jiàn)；對(duì)于開(kāi)采階段的礦區(qū)，將目標(biāo)礦區(qū)與相似礦區(qū)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)比較，分析其經(jīng)濟(jì)可采性等。

2 主成分分析法及礦產(chǎn)資源自然稟賦指標(biāo)

2.1 主成分分析法概述

主成分分析法是一種常用的多指標(biāo)統(tǒng)計(jì)方法，它將對(duì)某一事物的多個(gè)影響因素轉(zhuǎn)化為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的分析指標(biāo)。主成分分析法在滿(mǎn)足對(duì)高維變量進(jìn)行綜合、簡(jiǎn)化以及客觀(guān)地確定各個(gè)指標(biāo)權(quán)重的條件下，最大限度地保留原始數(shù)據(jù)信息，避免了主觀(guān)隨意性，具有一定的使用價(jià)值。目前該方法多用于進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)及水質(zhì)評(píng)價(jià)。

主成分分析法的基本原理是在原坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)點(diǎn)圖中尋找數(shù)據(jù)點(diǎn)“波動(dòng)”最大的方向，以此作為新的坐標(biāo)軸方向，數(shù)據(jù)點(diǎn)在該坐標(biāo)軸上的坐標(biāo)即為第一主成分；然后再尋找第二個(gè)方向，第二個(gè)方向與新的坐標(biāo)軸垂直且最能反映數(shù)據(jù)點(diǎn)的“波動(dòng)”，將這個(gè)方向作為第二個(gè)新的坐標(biāo)軸方向，數(shù)據(jù)點(diǎn)在該坐標(biāo)軸上的坐標(biāo)即為第二主成分；依此類(lèi)推，得到能夠表達(dá)原信息的所有主成分[3]。主成分分析法計(jì)算步驟[4]為：①構(gòu)建原始矩陣；②將原始矩陣化為標(biāo)準(zhǔn)矩陣；③求得相關(guān)矩陣；④計(jì)算主成分及其貢獻(xiàn)率。

2.2 礦產(chǎn)資源自然稟賦指標(biāo)的選取

礦產(chǎn)資源是地殼在長(zhǎng)期形成、發(fā)展和演變過(guò)程中的產(chǎn)物，是自然界礦物質(zhì)在一定的地質(zhì)條件下，經(jīng)一定地質(zhì)作用聚集形成的。對(duì)于礦產(chǎn)資源開(kāi)采價(jià)值的衡量，應(yīng)當(dāng)從以下兩個(gè)角度進(jìn)行討論[5]：第一，由于礦體的自然豐度、規(guī)模及蘊(yùn)含礦石種類(lèi)的不同，在極其理想的情況下，不同礦體開(kāi)采所能獲得的利潤(rùn)是不同的，所以在衡量礦產(chǎn)資源的開(kāi)采價(jià)值時(shí)，應(yīng)先考慮礦產(chǎn)資源的保有資源儲(chǔ)量、礦石品位等自然指標(biāo)；第二，在礦產(chǎn)資源形成過(guò)程中，由于所處的地質(zhì)時(shí)期不同，受到的地質(zhì)作用力不同，故礦產(chǎn)資源的地質(zhì)賦存條件也各不相同，這就造成了開(kāi)采難易程度及開(kāi)采成本高低的差異。對(duì)于礦產(chǎn)資源的地質(zhì)賦存條件，可以從礦體的地質(zhì)構(gòu)造條件、水文地質(zhì)條件、礦體的賦存條件(包括礦體的厚度、傾角、礦體頂?shù)装宸€(wěn)定性、埋藏深度)等角度進(jìn)行分析。

2.2.1 自然豐度條件

保有資源儲(chǔ)量與礦石品位是反映礦產(chǎn)資源自然豐度的最基本的指標(biāo)，它們可以直接反映某一礦體的開(kāi)采價(jià)值。但在進(jìn)行主成分分析時(shí)，僅由兩個(gè)指標(biāo)來(lái)反映礦體的自然豐度條件是不夠的，因此又增加了標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下礦體總價(jià)值、礦體水平投影面積、礦體厚度、純金金屬量以及伴生礦價(jià)值等指標(biāo)。其中，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下礦體總價(jià)值指開(kāi)采狀態(tài)理想、開(kāi)采時(shí)間符合該行業(yè)的社會(huì)必要?jiǎng)趧?dòng)時(shí)間，生產(chǎn)效率為社會(huì)平均勞動(dòng)生產(chǎn)率時(shí)礦體所創(chuàng)造的總價(jià)值。礦體水平投影面積與礦體厚度分別從橫向、縱向的角度反映礦體的規(guī)模大小。純金金屬量反映了去除加工礦石成本后礦體的總價(jià)值。伴生礦價(jià)值將礦體中主要價(jià)值之外的額外價(jià)值完全量化。這幾項(xiàng)指標(biāo)都與保有資源儲(chǔ)量及礦石品位存在聯(lián)系，但又有一定的區(qū)別，通過(guò)主成分分析法，去除多余聯(lián)系，保留區(qū)別，真正反映礦體的自然豐度條件。

2.2.2 地質(zhì)構(gòu)造條件

地質(zhì)構(gòu)造是指地殼中的巖層因地殼運(yùn)動(dòng)的作用發(fā)生變形與變位而遺留下來(lái)的形態(tài)。對(duì)于礦產(chǎn)資源的地質(zhì)構(gòu)造條件，主要由礦床中斷層、褶皺及巖漿巖侵入情況三方面因素決定。褶曲是褶皺的基本單元，褶曲對(duì)礦山生產(chǎn)的影響是多方面的。大中型的褶曲對(duì)劃分采區(qū)和選擇井巷位置有直接的影響，褶曲軸部一般有巖層破碎、頂板壓力增大的現(xiàn)象，如不加強(qiáng)支護(hù)，會(huì)產(chǎn)生頂板坍塌事故。對(duì)于瓦斯量較大的礦井，褶曲軸部是瓦斯易于聚集區(qū)域，容易發(fā)生危險(xiǎn)。小型褶曲會(huì)影響礦體的產(chǎn)狀，給工作面的部署造成麻煩，增大組織管理難度。褶曲還會(huì)改變礦體埋藏深度，改變基建及生產(chǎn)費(fèi)用，改變巷道維護(hù)及頂?shù)装骞芾黼y度。此外，褶曲對(duì)礦體厚度、傾角等也有一定的影響，甚至影響資源回收程度，故將其作為評(píng)判指標(biāo)。對(duì)于褶皺條件的量化，《礦井地質(zhì)條件分類(lèi)中褶皺構(gòu)造的定量分析》[6]一文提出了三種分類(lèi)方法，根據(jù)主成分分析法的需要，選擇褶皺密度為量化指標(biāo)，見(jiàn)式(1)。

Z=(N+M/4)/S

(1)

式中：Z為褶皺密度；N為評(píng)價(jià)單元內(nèi)幅度大于20 m的較大褶皺數(shù)；M為大于一半采高且小于20 m的次級(jí)褶皺數(shù)；S為評(píng)價(jià)單元面積，km2。

斷層對(duì)礦體開(kāi)采具有重要影響，在大斷層的斷層帶內(nèi)，次級(jí)小斷層發(fā)育較完全，破壞礦體及礦體周?chē)鷰r石的整體性，加大礦體工作面部署難度。由于四周?chē)鷰r較破碎，提高了頂?shù)装逯ёo(hù)難度，且易形成導(dǎo)水通道，增加透水事故的發(fā)生概率，也不易于地下通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)建，故將其作為評(píng)判指標(biāo)。斷層對(duì)開(kāi)采的影響主要由斷層落差、走向長(zhǎng)度、傾角及斷層走向與工作面夾角等因素影響。根據(jù)《礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)及其應(yīng)用研究》[7]中對(duì)于斷層影響因素的研究，發(fā)現(xiàn)斷層對(duì)于開(kāi)采的影響因素主要為斷層落差及走向長(zhǎng)度，在此選取斷層破壞系數(shù)作為斷層因素的量化指標(biāo)，見(jiàn)式(2)。

K=(l/S)×(h/m)

(2)

式中：h為斷層落差，m；m為礦體厚度，m；l為斷層走向長(zhǎng)度，m；S為評(píng)價(jià)單元面積，m2。

2.2.3 水文地質(zhì)條件

水文地質(zhì)條件是指與礦床開(kāi)采時(shí)的防水、排水、供水措施有關(guān)的地下水的賦存條件和活動(dòng)情況。在礦井建設(shè)及開(kāi)采期間，當(dāng)?shù)V井涌水量大于正常排水能力時(shí)，會(huì)造成地下水的突水，會(huì)摧毀井下設(shè)施，縮短生產(chǎn)設(shè)備壽命，甚至危及工人生命安全。水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜的礦井，必須增加大量的防水排水工程用以降壓疏干，故將其作為評(píng)判指標(biāo)。按照礦業(yè)主管機(jī)關(guān)頒布的有關(guān)礦井水文地質(zhì)方面的有關(guān)規(guī)定及要求，從礦區(qū)水文地質(zhì)條件出發(fā)，根據(jù)受采掘破壞或影響的含水層性質(zhì)、補(bǔ)給條件、富水性、開(kāi)采受水害程度和防治水工作的難易程度、單井年平均涌水量和最大涌水量，對(duì)礦區(qū)的水文地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于月平均最大涌水量能較好地反應(yīng)含水層的水文地質(zhì)條件，在此我們以2010～2012年的月平均最大涌水量作為評(píng)價(jià)水文地質(zhì)條件的指標(biāo)[8]。

2.2.4 礦床賦存條件

礦床賦存條件是指描述礦體埋藏在地下的形狀、大小、完整性等狀態(tài)的指標(biāo)，包括礦體傾角、礦體頂?shù)装宸€(wěn)定性、開(kāi)采深度等指標(biāo)。礦體傾角影響開(kāi)拓方式及巷道的布置，影響開(kāi)采效率。例如在急傾斜煤層中，支架穩(wěn)定性很差，支護(hù)、運(yùn)料、處理采空區(qū)等都具有較大難度。且礦體傾角與褶曲、斷層之間存在一定的聯(lián)系，故將其作為評(píng)判指標(biāo)。礦體的埋藏深度直接影響著礦體的開(kāi)拓、開(kāi)采及其他環(huán)節(jié)。礦體埋藏較淺，可采用露天開(kāi)采等方式，礦體埋藏較深，會(huì)使生產(chǎn)系統(tǒng)變得極其復(fù)雜，使其他影響開(kāi)采難度的因素發(fā)揮較大作用，增加開(kāi)采成本，故將其作為評(píng)判指標(biāo)。礦體穩(wěn)定性是礦體開(kāi)采的基本問(wèn)題，頂?shù)装遢^穩(wěn)定，節(jié)約支護(hù)成本，處理采空區(qū)較容易；反之成本偏高。對(duì)于礦體穩(wěn)定性指標(biāo)，從礦體穩(wěn)定性及頂?shù)装宸€(wěn)定性?xún)蓚€(gè)方面考慮。對(duì)于礦體的穩(wěn)定性，與礦體厚度、基巖力學(xué)性質(zhì)及礦體厚度變化率等因素有關(guān)。對(duì)于頂?shù)装宓姆€(wěn)定性，可以利用頂?shù)装鍘r石強(qiáng)度系數(shù)[7]來(lái)進(jìn)行量化,見(jiàn)式(3)[9]，其中C1、C2取值查閱《綜采生產(chǎn)管理手冊(cè)》。

D=σ×C1×C2

(3)

式中：D為強(qiáng)度指數(shù)；σ為巖石單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；C1為節(jié)理裂隙影響系數(shù)；C2為分層厚度影響系數(shù)。

3 案例分析

基于以上分析，用主成分分析法對(duì)山東半島四座金礦的主礦體進(jìn)行了自然稟賦綜合評(píng)價(jià)。為了便于研究，四座金礦分別用A、B、C、D表示。

3.1 礦體地質(zhì)資料概述

在此選取A礦的Ⅶ-1號(hào)礦體為目標(biāo)礦體。Ⅶ-1號(hào)礦體為A礦主礦體，礦體分布于招平斷裂帶主裂面下盤(pán)，控制礦體長(zhǎng)1 260 m，斜深2 290 m。礦體走向45°，傾向南東，平均傾角40°。礦體分布標(biāo)高+161～-1 412 m，平均埋藏深度-500 m，礦體為脈狀、似層狀礦體，平均真厚度12.61 m，礦體厚度變化較小，變化率為83.76%。根據(jù)A礦的地質(zhì)儲(chǔ)量報(bào)告，Ⅶ-1號(hào)礦體的保有資源儲(chǔ)量(111b+122b+333)為3 659 507 t，平均品位為3.65 g/t，Au金屬量為14 195 kg，伴生礦主要為銀礦和硫礦，銀礦石量16 907 766 t，銀金屬量94 730 kg，硫礦石量2 981 248 t，純硫量87 649 t。礦體位于丘陵區(qū)，地表溝谷較發(fā)育，排泄及徑流條件較好，礦體賦存于招平斷裂面下盤(pán)，上部是連續(xù)的斷層泥，為礦體隔水頂板，弱富水含水帶下部的無(wú)水巖體為隔水底板。根據(jù)2010～2012年礦體每月的平均涌水量報(bào)告，礦坑涌水量一般為1 586～2 486 m3/d，平均涌水量1 960 m3/d。礦體所處區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，包括褶皺構(gòu)造、韌性變形構(gòu)造及脆性斷裂構(gòu)造，其中以脆性斷裂構(gòu)造最發(fā)育，與成礦密切相關(guān)。根據(jù)A礦區(qū)的勘探地質(zhì)報(bào)告，Ⅶ-1號(hào)礦體中載金礦物主要為石英、黃鐵礦、方解石、黃銅礦、方鉛礦，礦體賦存條件較好，基巖為較穩(wěn)定的巖漿巖，力學(xué)性質(zhì)較好。

選取B礦的②-1號(hào)礦體為目標(biāo)礦體。②-1號(hào)礦體為B礦主礦體，其資源儲(chǔ)量占礦床總儲(chǔ)量56.78%，礦體主要賦存于招平斷裂帶主裂面之下的黃鐵絹英巖化碎裂巖中，局部延至黃鐵絹英巖化花崗巖中。礦體最大走向長(zhǎng)1 057 m，最小走向長(zhǎng)260 m，平均765 m，斜深251～1 450 m，礦體呈不規(guī)則的大脈狀產(chǎn)出，沿走向及傾向呈舒緩波狀延伸，膨脹夾縮、分枝復(fù)合現(xiàn)象明顯，形態(tài)變化較大，礦體走向17～26°，傾向南東，傾角18～51°，平均39°。礦體平均厚度7.16 m，厚度變化系數(shù)為101%，屬厚度較穩(wěn)定型礦體。根據(jù)B礦的地質(zhì)儲(chǔ)量報(bào)告，②-1號(hào)礦體的保有資源儲(chǔ)量(111b+122b+333)為1 154 1424 t，平均品位為2.95 g/t，Au金屬量為34 035 kg，伴生礦主要為銀礦，銀礦石量16 124 964 t，銀金屬量202 810 560 kg。礦體賦存于招平斷裂隔水帶內(nèi)，且位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下。目前影響礦井充水的間接因素為大氣降水，直接因素是破碎帶本身、下盤(pán)的黑云母花崗巖裂隙封存水以及上盤(pán)北東向后期構(gòu)造裂隙水，礦坑涌水量相對(duì)較小，確定礦區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。上盤(pán)、下盤(pán)圍巖及礦體大部分堅(jiān)硬穩(wěn)固，上盤(pán)、下盤(pán)巖石物理性質(zhì)差異較大，地層巖性較復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，無(wú)其他不良工程地質(zhì)問(wèn)題。

選取C礦的1711號(hào)礦體為目標(biāo)礦體。1711號(hào)礦體為C礦主礦體，其資源儲(chǔ)量占礦床總儲(chǔ)量91%，該礦體為盲礦體，賦存標(biāo)高+80～-660m，礦體呈大脈狀，在走向及傾向上均呈舒緩波狀，走向60°，傾向南東，傾角36.5～53.5°。礦體走向長(zhǎng)1 380 m，斜深510～920 m，平均厚度3.47 m，礦體厚度變化系數(shù)141%，屬厚度變化較不穩(wěn)定礦體。根據(jù)C礦的地質(zhì)儲(chǔ)量報(bào)告，1711號(hào)礦體的保有資源儲(chǔ)量(111b+122b+333)為7 650 220 t，平均品位為2.72 g/t，Au金屬量為20 818 kg，伴生礦主要為銀礦，銀礦石量7 255 184 t，銀金屬量24 314 kg。破頭青斷裂控制了171號(hào)脈的展布，其上盤(pán)次級(jí)裂隙發(fā)育，巖石也較破碎，由碎裂狀花崗巖、絹英巖化碎裂巖等組成；下盤(pán)巖石相對(duì)完整，由絹英巖及絹英巖質(zhì)碎裂巖、花崗質(zhì)碎裂巖組成，目標(biāo)礦體受該斷裂的影響嚴(yán)重，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。

選取D礦的Ⅲ-68號(hào)礦體為目標(biāo)礦體。Ⅲ-68號(hào)礦體為D礦主礦體，其資源儲(chǔ)量占礦床總儲(chǔ)量的24.29%，礦體為盲礦體，走向長(zhǎng)690 m，斜深100～553 m。礦體賦存于焦家主斷裂帶下盤(pán)1號(hào)分支斷裂帶內(nèi)，距主裂面334～402 m的黃鐵絹英巖化花崗巖帶內(nèi)的黃鐵絹英巖化花崗質(zhì)碎裂巖中。礦體形態(tài)簡(jiǎn)單，呈脈狀、透鏡狀及下部未封閉的長(zhǎng)舌狀分布，平均走向12°，傾向北西或南西，傾角21～48°，平均37.55°。礦體厚度0.32～28.97 m，平均5.51 m，厚度變化系數(shù)97%，屬厚度變化較穩(wěn)定型礦體。根據(jù)D礦的地質(zhì)儲(chǔ)量報(bào)告，Ⅲ-68號(hào)礦體的保有資源儲(chǔ)量(111b+122b+333)為1 801 629 t，平均品位為3.13 g/t，Au金屬量為5 637 kg，伴生礦主要為銀礦和硫礦，銀礦石量1 663 150 t，銀金屬量6 650 kg，硫礦石量1 723 920 t，純硫量41 250 t。渤海是礦區(qū)附近的主要地表水體，渤海海平面為當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面，礦體位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之下，頂板、底板直接進(jìn)水，充水含水層滲透性較弱，局部有強(qiáng)導(dǎo)水的張性裂隙，故礦坑涌水量較大，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

3.2 針對(duì)礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)對(duì)主成分分析的改進(jìn)

在礦產(chǎn)資源自然稟賦指標(biāo)中，有一部分指標(biāo)是反映礦產(chǎn)資源自然豐度條件的，與礦產(chǎn)資源的理想價(jià)值有關(guān)；而另一部分指標(biāo)卻是衡量礦產(chǎn)資源的開(kāi)采利用難易程度的，與礦產(chǎn)資源的開(kāi)采成本有關(guān)。這兩部分指標(biāo)對(duì)于礦產(chǎn)資源自然稟賦的綜合評(píng)價(jià)起相反的作用，如果忽略這個(gè)問(wèn)題將兩種指標(biāo)綜合衡量，會(huì)出現(xiàn)評(píng)價(jià)不準(zhǔn)的現(xiàn)象。因此，這里將兩種指標(biāo)分別進(jìn)行主成分分析，最后再根據(jù)分析結(jié)果對(duì)兩部分指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)金礦的具體地質(zhì)信息，選取自然稟賦指標(biāo)。具體自然指標(biāo)見(jiàn)表1和表2。

表1 自然豐度指標(biāo)Table 1 Index of natural abundance

表2 開(kāi)采難易條件指標(biāo)Table 2 Index of difficult mining conditions

根據(jù)主成分分析法的具體計(jì)算步驟[9-11]，利用SPSS軟件對(duì)上述兩類(lèi)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理消除量綱及數(shù)字差異過(guò)大的影響，并求出其相關(guān)矩陣及矩陣的特征值、特征向量。確定具體的主成分，并根據(jù)主成分的貢獻(xiàn)度對(duì)主成分進(jìn)行取舍，最后對(duì)四座金礦主礦體的自然稟賦進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3～6。

表3 特征值及貢獻(xiàn)率1Table 3 Eigenvalue and contribution rate 1

表4 特征值及貢獻(xiàn)率2Table 4 Eigenvalue and contribution rate 2

表5 主成分載荷值1Table 5 Principal component load value 1

計(jì)算主成分Z1、Z2，見(jiàn)式(4)和式(5)。

Z1=0.506X1+0.507X2-0.232X3-

0.074X4+0.509X5+0.410X6

(4)

Z2=0.090X1-0.066X2+0.612X3+

0.679X4+0.044X5+0.385X6

(5)

式中:X1～X6為標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)數(shù)據(jù);Z1、Z2為1行4列的列向量。

利用式(4)和式(5)對(duì)四座金礦主礦體自然豐度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表7。

表6 主成分載荷值2Table 6 Principal component load value 2

表7 自然豐度綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 7 Results of natural abundancecomprehensive evaluation

計(jì)算主成分F1、F2，見(jiàn)式(6)和式(7)。

F1=-0.339Y1-0.172Y2-0.366Y3+0.408Y4+

0.465Y5+0.455Y6+0.363Y7

(6)

F2=0.448Y1+0.592Y2+0.398Y3+0.302Y4+

0.134Y5+0.157Y6+0.396Y7

(7)

根據(jù)式(6)和式(7)對(duì)其開(kāi)采難易條件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表8。

對(duì)于表征開(kāi)采難易程度的主成分分析指標(biāo)，地質(zhì)情況越復(fù)雜，穩(wěn)定性越差，評(píng)價(jià)指標(biāo)也相應(yīng)的越大。所以綜合評(píng)價(jià)得分越少，表示目標(biāo)礦體越容易開(kāi)采(表9)。在綜合評(píng)價(jià)中，取該得分的相反數(shù)進(jìn)行自然稟賦綜合評(píng)價(jià)。

表8 開(kāi)采難易條件綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 8 Results of difficult mining conditions comprehensive evaluation

表9 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果及排名Table 9 Results and ranking of comprehensive evaluation

3.4 結(jié)果分析

綜合對(duì)四座金礦主礦體自然豐度指標(biāo)及開(kāi)采難易條件的主成分分析，得到以下結(jié)果。

1) 評(píng)價(jià)自然豐度指標(biāo)的主成分中，與主成分Z1密切相關(guān)的影響因素是X1、X2、X5、X6，這四項(xiàng)影響因素都與礦體蘊(yùn)含資源量有關(guān)；與主成分Z2密切相關(guān)的影響因素是X3、X4，這兩項(xiàng)影響因素與礦體蘊(yùn)含礦石的品質(zhì)以及礦石的集中程度有關(guān)。由這兩個(gè)主成分構(gòu)成自然豐度指標(biāo)。

由表9可知各礦自然豐度的具體情況：B礦蘊(yùn)含的資源總量最大，具有很大的經(jīng)濟(jì)潛力，但其礦石的品質(zhì)以及礦石集中程度不是很高，所以后期加工、管理成本相對(duì)較高；A礦蘊(yùn)含資源總量較少，但礦石品位及集中程度較高，加工、管理比較容易，具有開(kāi)采價(jià)值；D礦蘊(yùn)含資源總量相對(duì)其他礦最少，礦石品位及集中程度也很差，應(yīng)放于最后開(kāi)發(fā)。

2) 評(píng)價(jià)開(kāi)采難易程度指標(biāo)的主成分中，與主成分F1密切相關(guān)的影響因素是Y4、Y5、Y6，這三項(xiàng)影響因素與礦體產(chǎn)狀、穩(wěn)定性等工程地質(zhì)條件有關(guān)；與主成分F2密切相關(guān)的影響因素是Y1、Y2、Y3，這三項(xiàng)影響因素與礦體所處地層的地質(zhì)構(gòu)造條件、水文地質(zhì)條件有關(guān)；Y7因素為礦體的厚度變化率因素，該因素是礦體產(chǎn)狀的影響因素，對(duì)礦體自身穩(wěn)定性有影響，其次，該因素又與所處地層的地質(zhì)構(gòu)造條件存在一定聯(lián)系，對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜、褶曲斷層較多的區(qū)域，礦體厚度變化率較大。故該因素與主成分F1、F2都有較大聯(lián)系。

通過(guò)開(kāi)采難易程度綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表可知各礦開(kāi)采難易的具體情況：對(duì)于表征開(kāi)采難易程度的主成分分析指標(biāo)，地質(zhì)情況越復(fù)雜，穩(wěn)定性越差，評(píng)價(jià)指標(biāo)也相應(yīng)的越大。由表9可知，D礦的工程地質(zhì)條件較好，礦體較穩(wěn)定，傾角較小，但其所處地層情況較復(fù)雜，褶皺、斷層較多，不利于開(kāi)采；B礦所處地層地質(zhì)條件較好，較穩(wěn)定，但礦體產(chǎn)狀具有一定問(wèn)題；A礦的地質(zhì)構(gòu)造條件及工程地質(zhì)條件都不算最好的，但其綜合地質(zhì)條件最好，有利于礦石的開(kāi)采，節(jié)約成本；C礦地質(zhì)情況較復(fù)雜，相較于其他礦體，應(yīng)最后開(kāi)發(fā)。

3) 將上述各類(lèi)因素進(jìn)行綜合分析，自然豐度條件最好的是B礦，開(kāi)采條件最好的是D礦，四座金礦的自然稟賦條件綜合排名(由優(yōu)到劣)為B礦、A礦、D礦、C礦。

5 結(jié) 論

1) 利用主成分分析法評(píng)價(jià)礦產(chǎn)資源，對(duì)主成分分析法進(jìn)行靈活的變通，利用自然豐度和開(kāi)采難易程度兩方面的指標(biāo)，分開(kāi)進(jìn)行主成分分析，進(jìn)而得到最適合的結(jié)果。

2) 對(duì)于不同的礦產(chǎn)資源可根據(jù)礦種的特點(diǎn)選取不同的影響因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，例如對(duì)于煤礦來(lái)說(shuō)，瓦斯含量的影響較大，可將瓦斯含量作為重要影響因素；對(duì)于金紅石而言，鈦精礦的品位直接影響金紅石的價(jià)值，可將礦石品位賦予更大的權(quán)重等。

3) 對(duì)于礦產(chǎn)資源的自然稟賦條件，除了自然豐度、開(kāi)采條件指標(biāo)外，也可將礦區(qū)的地理區(qū)位設(shè)施因素作為自然稟賦的評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)結(jié)果將更加合理。