Оценка запасов кимберлитовых месторождений на основе геоинформационной технологии трехмерного моделирования

Актуальность проблемы.

С развитием вычислительной техники и методов обработки цифровой информации (в первую очередь обработки больших массивов информации и ее визуализации), геонформационные системы должны стать и становятся необходимым инструментом для специалистов, от которых зависит принятие решений в той или иной области развития производства. Средства поддержки принятия решений можно расширить возможностями ГИС, связав с ними также аналитические средства и современные методы геостатистики, инструменты моделирования и визуализации, позволяющие учесть различные варианты развития производства. В процессе изучения кимберлитового месторождения, по мере накопления достаточного объема геологической информации отражающей его строение, представляется возможность создания его трехмерной модели, соответствующей реальной геологической ситуации и распределению изучаемого признака в пространстве рудного тела. Практически наиболее полная реализация данных, характеризующих исследуемый объект, возможна только при создании его цифровой трехмерной геолого-математической модели [32,33,35]. Одной из важнейших задач геолого-математического моделирования является создание достоверной модели, описывающей реальное распределение содержаний алмазов в пространстве рудного тела. Надежность моделирования зависит от многих параметров, включающих качество исходных материалов, выбора математического метода, исследования распределения содержаний алмазов, геометризации, оценки ошибок и их минимизации [38,48,20]. Дискретное распределение алмазов в пределах геологического блока и месторождения в целом, оказывает влияние на подсчет запасов.

В связи с отработкой крупных месторождений, таких как тр. Мир, тр. Удачная и переходом на отработку месторождений средних по размерам (тр. Нюрбинская, тр. Ботуобинская), а также эксплуатации сложных в геологическом строении и распределении содержаний алмазов (тр. Юбилейная) возникает необходимость более точной оценки запасов для планирования горногеологических работ, технико-экономической оценки и оптимизации карьеров.

Цель работы, разработка геоинформационной технологии моделирования кимберлитовых месторождений, являющейся основой для планирования горногеологических работ.

Задачами работы являются: исследование модельно-зависимых параметров, разработка методики и применение методов имитационного моделирования, изучение влияния на расчет распределения содержаний алмазов параметров моделирования, минимизация и определение погрешностей ошибок расчетов для создания в конечном итоге достоверных геолого-математических моделей кимберлитовых месторождений.

Для решения поставленных задач проведены исследования по выбору метода математического моделирования, влияния на вариограмму плотности сети опробования при различных стадиях изучения месторождения, содержания алмазов, композирования проб, лага и т. д. По сравнительному анализу вариограмм месторождений, отличающихся по морфологии и содержанию алмазов определена возможность уточнения запасов на менее изученных и глубоких горизонтах. Результаты исследований по подсчету запасов подтверждены данными эксплуатации.

Применение современных геостатистических методов пространственного распределения алмазов и физико-механических свойств пород, позволяет с высокой точностью проводить подсчет запасов месторождений, а также планирование и проектирование горно-геологических работ. Методы имитационного моделирования дают возможность произвести оценку геометрической переменной, определить достоверность и надежность сети и интервалов опробования, выбрать наиболее экономические размеры сети. Научная новизна.

1. Разработана методика объемного моделирования и геостатистического анализа кимберлитовых месторождений с применением современного программного обеспечения.

2. Для стадий разведки кимберлитовых месторождений определена зависимость вариограммы от параметров сети опробования, содержаний алмазов, композирования проб и лага.

3. Определение подсечений скважин на нижних горизонтах тр. Интернациональная позволило разработать методику оценки погрешности геометризации кимберлитовых тел.

4. Разработана методика применения имитационного моделирования для оценки надежности параметров сети опробования и геометрии рудного тела. Определено минимальное количество точек, необходимых для достоверного моделирования кимберлитового месторождения.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1. Разработанная методика моделирования и геостатистического анализа позволяет создавать достоверные объемные геолого-математические модели кимберлитовых месторождений и использовать их на стадии оценки запасов, проектирования, оптимизации параметров карьера и при планировании горно-геологических работ.

2. Применение методов имитационного моделирования позволяет оценить достоверность модели кимберлитового месторождения с учетом сети разведочных скважин, размеров интервалов опробования и особенностей геометрии рудного тела.

3. Создание геоинформационной основы позволяет уточнять запасы кимберлитовых месторождений.

Защищаемые положения.

1. Геологические особенности кимберлитовых месторождений обусловливают специфику создания базы данных и применяемых при подсчете запасов методов геолого-математического моделирования.

2. Создание геоинформационной основы кимберлитовых месторождений предполагает реализацию модели, для построения которой необходимо изучение: влияния на вариограмму способов композирования проб, параметров и сети опробования, содержаний алмазов и лага- - влияния на достоверность геолого-математической модели количества точек, принимающих участие в расчетах и радиуса расчетовзависимости погрешности геометрии рудного тела от параметров и сети опробованиянеравномерности распределения содержаний алмазов и объемного веса. 3. Разработанная методика имитационного моделирования параметров сети опробования и способов геометризации рудного тела позволяет определить их влияние на достоверность и качество построения модели кимберлитового тела, уточнять запасы месторождения (геологического блока).

Апробация результатов работы.

По теме диссертации в специальных журналах и сборниках опубликовано 13 работ. Основные положения диссертации докладывались на международных конференциях «Новые идеи в науках о земле» (Москва, МГГРУ, 2003г) — «Актуальные проблемы разработки кимберлитовых месторождений: современное состояние и перспективы» (Мирный, 2001 г.) — на научном симпозиуме «Неделя горняка — 2002», (Москва, МГГУ) — на научно-практической конференции «Особенности освоения алмазоносных кимберлитовых трубок Накынского рудного поля» (Мирный, 2002г) — на V-й Мирнинской городской научно-практической конференции (Мирный, 1999 г.), на Седьмом международном симпозиуме «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях» (ВИОГЕМ, Белгород), на республиканской научно-практической конференции «Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых» (Якутск, 2003 г.) Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения. Содержит 121 страницы текста, 42 рисунков, 23 таблицы.

Список литературы

включает 93 наименования.

Выводы.

Подсчет запасов руды и содержания алмазов производится на стадиях оценки, разведки и эксплуатационной разведки месторождения (геологических блоков) для определения их промышленной ценности, проектирования и планирования горно-геологических работ. В любом случае, точность оценки влияет на методы извлечения, способы добычи руды и экономическую эффективность отработки месторождения в целом. Геостатитистический способ — один из методов, применяемый на месторождениях с весьма неравномерным распределением полезного компонента, в частности алмазов. Одним из преимуществ при подсчете запасов месторождения, с применением компьютерных технологий, является возможность учета изменчивости объемного веса и содержаний алмазов в пространстве рудного тела.

Применение методов имитационного моделирования позволяет определить погрешность геометрии геологического блока в зависимости от выбранной сети наблюдения и количества скважин, участвующих в расчетах. Имитационное моделирование является альтернативным подходом пространственной интерполяции. Оно позволяет оценить пространственную изменчивость и неопределенность данных. Цели и задачи моделирования и оценивания различны: моделирование призвано оценить пространственную изменчивость и неопределенность данных путем оценки совместной кумулятивной функции распределения, а также получить вероятностные оценки. Такие оценки, а также анализ неопределенности пространственной оценки, крайне важны для поддержки принятия квалифицированных решений. Для определения достоверности выбранной сети геологического опробования на примере тр. Юбилейной было проведено имитационное моделирование с различными размерами сети буровых скважин для двух различных по общему содержанию и петрографическим характеристикам геологических блоков. Результаты проведенных исследований приведены в виде графиков зависимости, на которых по оси «X» отложены моделируемые сети опробования, а по оси «У» — вероятность определения оценки геологических блоков. Дальнейшие исследования касались точности определения контуров рудного тела и геологических блоков в зависимости от выбранной сети эксплоразведочных скважин. Исследования проводились с использованием пакета программ Datamine и заключались в определении возможных контуров геологических блоков при различных размерах сети горных выработок. Размеры сети буровых скважин изменялись от 80×80 м до 10×10м. Проведенные исследования позволяют определить оптимальные размеры сети геологического опробования и дают возможность применения исходных данных для последующего моделирования и расчета оценки геологических блоков с вероятностью, достаточной для надежного планирования и ведения горногеологических работ.

Немаловажным фактором, влияющим на достоверность оценки геологических блоков, является интервал опробования, равный обычно величине уступа на действующих карьерах предприятий. Для каждого интервала было проведено по 250 реализаций распределения содержаний алмазов с использованием метода имитационного моделирования. Результатом является зависимость вероятности оценки от выбранного интервала опробования.

На месторождениях, где минерализация носит равномерный характер распределения в объеме рудного тела, выбор размеров сети геологического опробования не представляет особых трудностей. Более сложной задачей является определение оптимального размера сети буровых скважин в случае дискретной минерализации месторождения. Наличие богатых и бедных зон минерализации, весьма неравномерное распределение полезного ископаемого в пространстве, вызывает определенные трудности при выборе сети опробования, необходимой для точной оценки месторождения. Сгущение сети буровых скважин невыгодно с экономической точки зрения, и наоборот, разреженная сеть опробования даст заведомо неточную оценку запасов полезного минерала. Для выбора оптимального размера сети буровых скважин на различных стадиях разведки месторождения при минимальных экономических затратах, но с достаточно высокой точностью оценки месторождения разработана методика с применением одного из методов имитационного моделирования Сох point process.

Погрешности определения контуров рудного тела зависят от точности определения пространственного положения скважин и, в целом, насколько правильно выбрана система (сеть) выработок для необходимой на данном этапе точности оценки геометрической переменной. С применением методов имитационного моделирования и программного обеспечения «Datamine», а также с учетом подсечения скважин на различных горизонтах, пройденных по кимберлиту тр. «Интернациональная» разработана методика оценки погрешности определения контуров рудного тела.

Для определения достоверности моделирования кимберлитового месторождения, кроме перекрестной проверки, исследованы зависимости определения значения содержания в зависимости от количества расчетных точек (значений) и зависимости дисперсии и стандартной ошибки от количества расчетных точек (значений).

Применение методов имитационного, математического моделирования и геостатистического анализа, дает возможность более точной и надежной оценки запасов.

Заключение

.

Разработанная методика геолого-математического моделирования кимберлитовых месторождений на основе современного программного обеспечения и методов геостатистического анализа позволяет производить надежное геолого-математическое моделирование кимберлитовых месторождений с расчетом содержаний алмазов, физико-механических свойств и т. п. Достоверность моделирования определяется, прежде всего, верным выбором модельно-зависимых параметров. В соответствии с этим проведены исследования, позволяющие выявить определенные закономерности влияния на вариограмму стадии разведки месторождения, параметров сети опробования, композирования проб, радиуса моделирования и минимального количества точек, необходимых для достоверного расчета исследуемого признака. Выявленные зависимости позволили уточнить параметры вариограммы, что дает возможность создания более точного моделирования распределения содержаний алмазов в пространстве рудного тела, а также уточнение запасов на нижних горизонтах на основании данных эксплоразведки, проведенной на изученной части месторождения. Кроме того, определены закономерности изменения параметров модели вариограммы на различных стадиях исследования и их взаимосвязь для разных кимберлитовых месторождений (отличающихся по геологическому строению, содержанию и морфологии), что позволяет произвести более точную оценку запасов полезного ископаемого уже на стадии детальной разведки.

Методика имитационного моделирования на основании пространственной характеристики исследуемого признака с учетом изменчивости, позволяет произвести оценку исходных параметров с целью определения надежности и достоверности геолого-математических моделей. Оценка погрешности параметров сети опробования и геометрии рудного тела дает возможность определить качество и достоверность исходной информации и, как следствие, достоверность моделирования месторождения. Методика имитационного моделирования определения параметров сети опробования основана на идее, дающей возможность сохранить структуру распределения содержаний алмазов (радиус влияния, вариабельность, среднее содержание, дисперсия). Большое число моделирований.

200−500 равновероятных моделей) имеет минимальные затраты времени и позволяет выбрать оптимальный размер и интервал опробования, а также оценить погрешность оценки при заданных параметрах.

Для оценки погрешности геометрии рудного тела использованы данные, полученные при подсечении ствола скважин на глубоких горизонтах в кимберлитовом месторождений. Уникальность исходных данных определяется тем, что эти скважины пройдены исключительно по кимберлитовому телу. Разработаная методика, на основе имитационного моделирования, позволяет определять погрешность геометризации месторождения при заданной сети буровых скважин. Эта методика впервые применялась при определении погрешности контуров рудного тела тр. Ботуобинской, где было отмечено, что на горизонте -30м погрешность определения контуров достигала 30% и резко увеличивалась с глубиной. Дальнейшее изучения месторождения подтвердило выявленное предположение, причем с высокой достоверностью.

Оценка запасов с применением моделей месторождений дает возможность учесть сложную геометрию рудного тела, пространственную изменчивость распределения содержаний алмазов и физико-механических свойств кимберлитов. Изменчивость содержаний алмазов и объемного веса кимберлитов даже в пределах одного геологического блока дает уточнение запасов от 5 до 10%, что существенно оказывает влияние на технико-экономические показатели и эффективность отработки месторождения.