Применение геостатистических методов для геолого-математического моделирования и решения практических задач доразведки шахтных горизонтов Дальнегорского боросиликатного месторождения Митрофанов, Дмитрий Валерьевич

Введение к работе

В работе проведены геостатистические исследования изменчивости содержания В₂0₃ в рудной залежи Дальнегорского боросиликатного месторождения (в дальнейшем - ДБМ), построена вариограммная модель месторождения и для программных средств GST и Surfer разработан оригинальный алгоритм решения задачи выбора мест заложения дополнительных скважин для дораз-ведки шахтных горизонтов месторождения.

Актуальность темы. Серьезные изменения, происходящие в экономике России, вносят существенные коррективы в работу геологических и горнодобывающих предприятий. Рыночные условия хозяйствования ставят перед любой организацией горно-геологического профиля в первую очередь задачу снижения издержек без потери или даже с одновременным повышением качества произведенной работы.

Максимальной эффективности при решении задач, связанных с разведкой месторождений полезных ископаемых, реально достичь при использовании современных методов математического моделирования геологических объектов, основанных на теории геостатистики,

Главным инструментом применения методов геостатистического моделирования является компьютеризация геологических исследований, позволяющая задействовать достаточно сложный математический аппарат для решения конкретных задач, поставленных перед геологами.

К сожалению в России до сих пор данные методы практически не нашли, широкого применения, что ранее было связано с отсутствием компьютерной базы, а в настоящее время в основном с общим спадом производства и недостатком соответствующих специалистов.

Сегодня, в связи с компьютерным бумом, переживаемым страной, появилась реальная возможность закрыть "информационную дыру" в области геостатистики и проложить путь ее методам, повсеместно успешно используемым на большинстве горных и геологических предприятий мира, к российскому геологу-практику.

Таким образом, разработка и внедрение математических методов и специализированных программных средств в области разведки месторождений полезных ископаемых является актуальной научно-практической задачей.

Выбор в качестве объекта исследования ДБМ обусловлен следующими геологическими и технологическими причинами.

1. ДБМ представляется достаточно удачным объектом для геостатистического моделирования, так как обладает сравнительно невысокой изменчивостью основного параметра - содержания В₂0з, выдержанностью и непрерывностью оруденения, относительно простой формой залежей и наличием достаточно большого массива разведочных данных. Это позволяет добиться максимального эффекта от применения методов геостатистики для его исследования.

2. Намеченная система отработки шахтных горизонтов ДБМ снизу-вверх (камерно-целиковая со стадийной выемкой очистных камер размером 100x15x70м) предъявляет жесткие требования к исходным разведочным данным, так как корректировка положения капитальных и горноподготовительных выработок в дальнейшем невозможна, и определяет необходимость обеспечения одинаковой степени разведанности всего объема недр с одинаковой детальностью. В связи с этим важное значение приобретает оптимизация системы доразведки на количественной основе, что возможно при использовании геостатистики.

Основой проведенных исследований стали данные опробования скважин Центрального участка ДБМ.

Целью работы является разработка на основе методов геостатистики и программных продуктов GST 3.03 В.А.Мальцева и Surfer 6.01 компании Golden Software (США) алгоритма автоматизированного выделения участков, требующих доразведки дополнительными скважинами, в пределах блока шахтных горизонтов ДБМ.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

і. Анализ состояния фактической разведанности месторождения в целом и его шахтных горизонтов.

1. Создание базы данных опробования с контролем и сортировкой исходной информации.

2. Исследование возможности использования для изучения изменчивости содержания В₂0₃ на шахтных горизонтах ДБМ объединенного массива данных по всему месторождению методами статистического, геостатистического и тренд-анализа.

3. Построение и исследование экспериментальных вариограмм в комплексе GST, аппроксимация их модельными функциями и формирование общей пространственной геостатистической модели ДБМ.

5. Анализ возможности решения задачи выбора системы доразведки шахтных горизонтов ДБМ при помощи геометрической вариограммы методом, предложенным В.А.Мальцевым, и по погрешности кригинговой оценки методом, предложенным Л.А.Редци.

6. Разработка методики автоматизированного выделения участков, требующих вскрытия дополнительными скважинами, в условиях геостатистической модели при использовании программных средств GST и Surfer.

7. Анализ результатов применения предложенной методики для определения мест заложения дополнительных скважин при доразведке шахтных горизонтов ДБМ.

Основная идея работы заключается в том, что задачу разработки рациональной схемы доразведки шахтных горизонтов ДБМ можно представить в виде задачи выделения некоторых аномальных участков (блоков), характеризую-

щихся совпадением высокой вероятности того, что содержание В₂0₃ в них превышает бортовое, и высокой погрешности оценки величины этого содержания.

При решении поставленных задач применялись следующие геостатистические методы исследования: вариограммныи анализ - для построения пространственной модели изменчивости содержания В₂0₃ на ДБМ, перекрестный прогноз - для проверки работоспособности модели, точечный и блочный кригинг - для построения интерполяционных карт и блочных схем.

Для отдельных вычислений в диссертационной работе кроме вышеназванных комплексов GST и Surfer использовались следующие программные средства: пакет Grapher 4.3 компании Golden Software (США), Statistica for Windows 4.3 и Microcal Origin 3.5 компаний StatSoft, Inc. и Microcal Origin, Inc. (США), соответственно.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. На основании исследования пространственной изменчивости содержания В₂0₃ построена геостатистическая модель ДБМ.

2. Доказана возможность использования геостатистического моделирования ДБМ для решения задачи определения мест заложения дополнительных скважин при доразведке шахтных горизонтов месторождения.

3. Предложена методика автоматизированного выделения участков, требующих вскрытия дополнительными скважинами, на шахтных горизонтах ДБМ на основании полученной геостатистической модели при помощи программных пакетов GST и Surfer.

Практическая ценность работы состоит в том, что предлагаемый алгоритм автоматизированного выделения участков, требующих постановки до-разведочных работ, позволяет минимизировать количество дополнительных скважин без потери качества разведки. Это особенно важно в связи с тем, что проект подземной отработки месторождения в настоящее время не реализован и данные проведенного исследования имеют не только теоретическое, но и практическое значение. Применение общей схемы данного алгоритма возможно при решении подобных задач и на других месторождениях на основе полученных геостатистических моделей.

На защиту выносятся следующие научные положения:

4. Анализ изменчивости содержания В₂0₃ в пределах рудной залежи ДБМ, выполненный методами статистики, тренд-анализа и геостатистики, показывает возможность использования единой вариограммной модели для описания этой изменчивости по всему объему месторождения. 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 нижние (шахтные) горизонты.

5. В качестве модели пространственной изменчивости содержания В₂0₃ на ДБМ предлагается пространственная (трехмерная) вариограммная модель,

выражающаяся уравнением 1 и параметрами табл. 4. Указанная модель согласуется с имеющимися представлениями о геолого-генетических особенностях месторождения и может быть использована для выполнения кригинговых процедур интерполяции и оценивания и для решения на их основе задачи оптимизации доразведки шахтных горизонтов ДБМ.

3. Характер пространственной изменчивости содержания В₂0₃ на ДБМ таков, что в достаточно большом диапазоне изменения расстояний между скважинами (50-90 м) дисперсия кригинга остается практически постоянной и не превышает значения 20, свойственного детально разведанным запасам. Таким образом, в процессе доразведки шахтных горизонтов месторождения разведочную сеть нет необходимости приводить к идеально равномерной.

4. В условиях принятой геостатистической модели ДБМ разработана методика автоматизированного выделения участков, подлежащих вскрытию дополнительными скважинами, как аномальных зон, отвечающим двум условиям: высокой вероятности превышения кригинговой оценкой заданного лимита содержания и превышению дисперсией этой оценки принятого допустимого предела.

Апробация работы. Публикации. Основные научные положения и выводы диссертационной работы докладывались на научной конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов МГГА (Москва, 1996г.), на "1-й экологической конференции молодых ученых, посвященной 850-летию Москвы", проведенной Московским Союзом научных и инженерных организаций в МГГУ (Москва, 1997г.) и на заседаниях кафедры "Методики поисков и разведки месторождений полезных ископаемых" МГГА (Москва, 1997г.).

По результатам исследований опубликовано 3 работы, одна находится в печати.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит кз введения, трех глав и заключения, изложенных на 168 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 51 наименования.