CC BY
70
Д.В. Митрофанов, к.г.-м.н., В.А. Дрындин, к.т.н., Т.В. Михина, к.т.н., ИПМ РАН Российский университет дружбы народов
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ГЕОСТАТИСТИКИ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ
В современных условиях основной проблемой, связанной с разведкой месторождений рудных полезных ископаемых, является проблема снижения производственных издержек без потери качества выполняемых работ. Для ее эффективного решения представляется логичным использование современных методов математического моделирования геологических объектов, основанных на теории геостатистики [1,2]. Задействовать достаточно сложный математический аппарат для решения конкретных задач, поставленных перед геологами, позволяет компьютеризация геологических исследований.
В данной работе представлено математическое решение задачи выбора оптимального расположения разведочных скважин при до-разведке шахтных горизонтов Дальнегорского боросиликатного месторождения в Приморье.
Это уникальное месторождение боросиликатных руд относится к скарновой формации. Как многие скарновые месторождения, оно отличается достаточно сложной структурой и представляет собой крупное, ветвящееся линзообразное тело вкрапленных руд, имеющее в центральной части седловидную в поперечном сечении форму [3].
Главная рудная залежь месторождения интенсивно эксплуатируется открытым способом и в настоящее время рассматривается вопрос о переходе к подземной отработке его глубоких горизонтов.
Блок подземной отработки разведан системой вертикальных разрезов, отстроенных по сериям буровых скважин, пройденных с поверхности. Сеть разрезов и скважин в разрезах неравномерна. Достигнутая степень разведанности может считаться приемлемой с
точки зрения оценки общего количества запасов и достоверности технико-экономического обоснования целесообразности строительства подземного рудника. Эта разведанность, однако, недостаточна для составления проекта отработки шахтных горизонтов [4].
Предполагается, что для отработки подземных горизонтов месторождения будет использоваться камерно-целиковая система с поочередной выемкой рудных камер и закладкой отработанного пространства от нижних этажей к верхним. При намеченной системе никакая корректировка положения капитальных и горно-подготовительных выработок, запроектированных по данным доразведки, оказывается в дальнейшем невозможной. Порядок отработки определяет необходимость обеспечения одинаковой степени разведанности всего объема недр намечаемой подземной отработки с одинаковой детальностью [4].
Предварительно может быть намечена система доразведки шахтных горизонтов равноотстоящими разведочными разрезами вкрест простирания рудной залежи. При этом требуется разбур-ка новых разведочных профилей, определяемых положением отрабатываемых камер. Хотя при создании новых разрезов могут быть частично использованы пройденные скважины, располагающиеся на небольшом расстоянии от них, подобная схема предполагает достаточно большой объем доразве-дочного бурения с необходимым и неизбежным дублированием ряда существующих скважин. Соответственно, возникает вопрос о возможности сокращения этого объема без существенной потери общего качества доразведки за счет выбора оптимального расположения дополнительных скважин.
Главная идея предложенного решения заключается в том, что задачу разработки рациональной схемы доразведки можно представить в виде задачи выделения некоторых аномальных участков (блоков), характеризующихся совпадением высокой вероятности того, что содержание В2О3 в них превышает бортовое, и высокой погрешности оценки величины этого содержания. Решение таким образом сформулированной задачи возможно при использовании методов геостатистического моделирования.
В основе геостатистического моделирования лежит процедура вариограммного анализа - анализа связей величины некоторых параметров оруднения (в данном случае - содержания В2О3), соответствующих конкретным элементарным объемам пространства недр, с взаимным расположением этих объемов. Подбирая математическую модель пространственной изменчивости параметра, геостатистика позволяет максимально использовать имеющуюся разведочную информацию с точки зрения правдоподобия оценок средних значений и оценить погрешности распространения оценок на те или иные объемы недр.
Геостатистические методы дают возможность оценить разведанность исследуемых объектов, оперируя не условными понятиями категорийности запасов, а сравнением количественных показателей этой разведанности для шахтных горизонтов и изученных горизонтов открытой отработки месторождения, где качество выполненной разведки подтверждено экспериментальными работами.
Совместное использование оценок максимального правдоподобия и их погрешностей должно
позволить выявить в объеме исследуемого участка такие элементарные блоки, принадлежность которых к контуру промышленных запасов оценивалась бы с погрешностью, превышающей некоторый заданный предел. Рассматривая затем такие блоки в качестве участков, подлежащих вскрытию дополнительными скважинами, можно подойти к построению оптимальной системы доразведки в смысле достоверности построения промышленного объема залежей при минимальном количестве новых скважин.
Анализ изменчивости содержания В2О3 в пределах рудной залежи месторождения, выполненный методами статистики, тренд-анализа и геостатистики, показывает возможность использования единой вариограммной (геоста-тистической) модели для описания этой изменчивости по всему объему месторождения [5]. При этом использование данных по хорошо изученным верхним горизонтам открытой добычи позволяет построить полноценную модель, а выводы, получаемые на основании этой модели, могут экстраполироваться на слабо изученные шахтные горизонты.
Основной задачей при проектировании доразведки шахтных горизонтов может считаться выделение в исследуемом объеме недр некоторых участков, вскрытие (пересечение) которых дополнительными скважинами позволит добиться требуемой степени разведанности. Для выделения в объеме рудной залежи определенных участков с заданными характеристиками, необходимо воспользоваться процедурой оценивания и интерполяции значений этих характеристик. В условиях имеющейся геостатистической модели в качестве такой процедуры используется линейный кригинг.
Так как процедурой кригинга обеспечивается наименьшая
ошибка сортировки элементарных объемов недр на промышленную и непромышленную части и наиболее достоверная оценка погрешно-
5 і 1999
стей значений переменной в данных объемах, то, определив с помощью этой процедуры максимально правдоподобные оценки содержаний В2О3 в элементарных объемах недр и сравнивая их с заданной величиной бортового, а также рассчитав дисперсии этих оценок и сравнивая их с некоторым допустимым пределом, можно подойти к решению сформулированной выше задачи. При этом есть основания полагать, что подобный механизм, в силу оптимальности процедуры кригинга, должен оптимизировать систему доразведки или, во всяком случае, исключить бурение “излишних” скважин.
Таким образом, для решения задачи выделения участков (блоков) в разрезах, подлежащих вскрытию дополнительными скважинами, необходимо построить и сопоставить схемы изолиний значений вероятности превышения кригинговой оценкой содержания В2О3 в элементарном объеме (зоне, блоке) бортового содержания и точности этой оценки.
Выделение участков месторождения, требующих доразведки, достаточно легко автоматизировать. Значениям низкой вероятности и относительно низкой дисперсии кригинга присваивается значение 0, а значениям высокой вероятности и большой дисперсии
- 1. Затем полученные значения обоих параметров для каждой точки сети перемножаются. Понятно, что итоговое значение 1 будет соответствовать точкам, которые характеризуются высокой вероятностью промышленного оруденения и большой погрешностью (недостаточной точностью) определения содержания В203 в них, а значение 0 всем остальным, в том числе точкам, находящимся в непосредственной близости от скважин, керновые пробы в которых вскрывают богатое оруденение, т.е., где велика вероятность промышленного оруденения и высока точность его оценки. Таким образом по изолинии 0,5 выделяются аномальные участки, рассматри-
ваемые как требующие доразвед-ки. По наличию и положению таких аномальных участков в разрезах могут быть намечены дополнительные скважины.
По смыслу применяемой процедуры автоматизированного выделения участков, требующих до-разведки, участки, требующие до-разведки, представляются как “зоны неопределенности”, отвечающие заданной вероятности развития промышленных руд на фоне большой погрешности оценки содержаний В2О3. Указанные участки имеют вид либо “точечных” аномалий, либо более или менее протяженных полей, чаще ориентированных параллельно имеющимся скважинам. В последнем случае, наличие протяженных “зон неопределенности” между имеющимися скважинами свидетельствует о том, что расстояние между ними слишком велико для уверенной интерполяции промышленных руд в межскважинном пространстве.
Каждый выделенный участок должен быть вскрыт дополнительными скважинами. Т.к. указанные аномальные участки имеют вероятностный, а не геологический смысл, их форма и ориентировка не могут служить критериями для выбора ориентировки скважин. Поэтому бурение дополнительных скважин должно осуществляться с расчетом максимальной протяженности вскрытия аномалий, т.е. по направлению “вытянутости” аномальных участков.
Результаты применения данной методики решения поставленной задачи для Дальнегорского боросиликатного месторождения не противоречат результатам, полученным при использовании метода экспертной оценки разведки. В то же время, задача решается на основе количественных критериев и независимо от субъективных факторов (квалификации эксперта), что позволяет говорить о перспективе применения геостатисти-ческого моделирования в разведке месторождений.
Для решения задачи можно
41
использовать стандартные программы, написанные на языке FORTRAN [2], программные пакеты, как более простые типа GST [6] и SURFER, так и более сложные типа DATAMINE.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. - М.: Мир,1968. -408 с.
2. Давид М. Геостатистические методы при оценке запасов руд. - Л.:
Недра, 1980. - 360 с.
3. Геологический отчет и подсчет запасов датолитовых руд центральной части Дальнегорского борного месторождения, расположенного в Приморском крае по состоянию на 1.01.1988г. (в 5 томах) / Отв. исп. Носенко Н.А. -Дальнегорск: ППО “Бор”, 1988
4. Геологическая записка и подсчет запасов датолитовых руд Дальнегорского борного месторождения, залегающих на шахтных горизонтах. (Исходные данные для подсчета временных кондиций по результатам предварительной разведки в 1990-
1993 гг.). / Отв. исп. Носенко Н.А. -Дальнегорск: ППО “Бор”, 1993.
5. Митрофанов Д.В. Опыт построения геостатистической модели Главной рудной залежи Дальнегорского месторождения бора // Изв. вузов. Геология и разведка. - 1998 - №1
- С. 85-90.
6. Мальцев В.А. Программный комплекс геостатического моделирования и оценивания GST 3.02.: Учебник и руководство пользователя. - М., 1993. - 153 с.
© Д.В. Митрофанов, В.А. Дрындин, Т.В. Михина
