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钴元素在国民经济和国防科技等各个方面都有广泛的用途,我国陆地上的钴资源量远远不能满足人口日益增长的需要,为此我们很有必要去探索、开采海洋钴资源,这也是世界各国矿产资源发展战略的方向。
在富钴结壳资源量评估方面,以美国为首的一些国家进行了一些尝试。1983年美国利用“S·P·Lee”号调查船,对Necker海脊的Horizon和S·P·Lee两座海山的结壳进行了系统的地质采样、海底照相和摄像调查,然后根据地质采样、海底照相和录象资料所反映的结壳分布特征,将要评价的Horizon和S·P·Lee两座海山分别分成若干个块段,再根据各块段的面积、覆盖率、厚度以及结壳的密度等,求出各种金属的资源量,最后将各块段的金属资源量相加,求出整座海山的资源量。利用同样的方法,美国还对其它太平洋岛屿部分海山区的结壳资源量进行了评估。俄罗斯和法国也都对资源量评估方法作过研究,俄罗斯主要研究了邻近区域法,法国主要研究了克里格方法。但是,算术平均法是各国都通用的方法。
上述这些方法虽能一定程度上解决资源量计算的问题,但由于当前大洋富钴结壳勘测调查程度较低,所采集的样本数据极其有限,所以采用上诉传统方法进行资源评价,得出的资源量评价精度较低,达不到我们的应用要求。这样,在目前的客观研究条件限制下,传统的储量计算方法已不能满足我们的要求。我们就想在传统储量计算中引入新的理论和方法来解决采样样本数量不足,分布不均的问题。
本文中首先应用传统的未加改进的算术平均法进行了结壳资源量的计算,即简单的依据水深对海山划分块段,每个块段的品位值即为落在块段内所有采样点的平均值,整个海山的资源量即为各个块段资源量之和。随后,我们尝试了第二种方法,即分形地质统计学的方法,在传统的计算方法中引入了分形理论。在这种方法中,我们首先研究了海山地形的分形特征。把海山依据采样点的间距划分为规则的网格,应用分形盒子算法给出每个网格的地形分形值。有了这些分形值,再对落在各个网格的采样点数据进行统计,结果发现三个海山都可以找到一个分形值的特征值。即小于这个特征值的网格中几乎都没有采样样本分布。这样,我们可以把这个特征值作为一个临界点,认为分形值小于这个临界点的网格区域为不生长结壳的区域,而大于这个临界点的区域我们认为是含结壳的区域。
通过上面的工作,我们把整个海山划分成了规则的网格。其中每个网格都是一个待估区域。而通过对各个网格的分形特征的研究并结合采样点的统计,我们进一步把这些网格划分为有效网格(即产结壳的区域)和无效网格(不产结壳的区域)。
最后,我们利用采样样本数据,采用距离反比法,对有效网格区域进行资源量的计算。
整个海山的资源量即为所有有效网格资源量的总和。可以看到,在第二种方法中我们做了如下改进:首先,采用划分网格的方法限制了待估区域的面积,减少了估计误差。其次,通过分形特征的研究剔除了无效区域,避免了把无效区域作为有效区域进行估计,这大大提高了我们的计算精度。再者,通过距离反比法的搜索区域的大小,初步给出了一个可供参考的资源评价精度,即可将评价结果划分为三级精度。
总的来说,本文所采用的新方法对传统计算结壳的方法进行了很大的改进,其最为重要的改进有两点:一是在计算前根据分形特征区分了有效区域和无效区域,并剔除了无效区域。二是计算时应用距离反比法代替了算术平均法,这又使我们的估计精度得以提高。通过这两个方面的改进,结壳评价的精度基本可以达到我们现阶段的应用要求。