Оптимизация наземной геофизики для поиска кварцевых золотоносных жил в Республике Саха (Якутия)
Е.Ю. Ермолин, А.В. Мельников — ООО «ДЖИ М Сервис»
Г.К. Григорьев — Санкт-Петербургский горный университет
Введение
Работа посвящена оптимизации геофизических исследований при поисках на небольших площадях. Тема данной работы актуальна, поскольку помимо крупных золотодобывающих корпораций на территории России на данный момент существуют и относительно малые предприятия, занимающиеся добычей золота. Как правило, эти компании ведут свою деятельность на небольших лицензионных участках, площадь которых исчисляется первыми квадратными километрами. Бюджеты на проведение геологоразведочных работ у них ограничены. В этом случае адекватный подход к оптимизации работ позволит привлечь новые технологии и повысить шансы для заказчика найти месторождение. Вся идея оптимизации заключается в том, чтобы разделить полевые работы на две стадии и на промежуточном этапе интерпретации применить алгоритмы машинного обучения в дополнение к стандартным технологиям анализа и интерпретации данных.
Первая часть оптимизации заключается в том, что в осенне-весенние периоды сервисные геофизические компании имеют малую нагрузку, в этом случае стоимость работ для ряда методов, которые можно применять в зимний период, будет минимальной. После получения данных на первом этапе можно оптимально спланировать второй этап работ на летний период.
Зимой 2021 г. перед авторами была поставлена задача выполнить поиск золотоносных кварцевых жил на участке площадью 2 км2 в Республике Саха (Якутия). Поисковым объектом в этой области являются так называемые рудные столбы, представляющие собой кварцево-жильные тела, образованные вдоль зоны надвига, имеющей СВ падение под углом от 40 до 70°. Таким образом, целью работ было картирование зоны надвига, определение особенностей проявления в геофизических полях рудных столбов (на основании работ на эталонном объекте), дать прогноз положения рудных столбов в пределах закартированной зоны надвига, назначить детальные работы на участках, в пределах которых наиболее вероятно нахождение рудных столбов, предложить положение буровых скважин.
Было предложено разбить исследования на 2 этапа. Первый этап предполагалось выполнить в ранневесенний период с использованием наземной магниторазведки и гравиразведки.
По результатам интерпретации первого этапа планировалось назначить ограниченное количество электроразведочных профилей с применением методов аудиомагнитотеллуческого зондирования, магнитовариационного профилирования (АМТ-МВП) [1, 3, 4] и электротомографии с измерением вызванной поляризации (ЭТ-ВП) [2].
Полевые работы методом наземной магнитной и гравиметрической съёмки были выполнены в краткие сроки (со 2 марта по 5 апреля 2021 г., включая мобилизацию и демобилизацию команды из г. Санкт-Петербург) тремя сотрудниками сервисной геолого-геофизической компании ООО «ДЖИ М Сервис». Съёмка проводилась на эталонном объекте и на поисковом участке.
Магниторазведочные исследования на поисковом участке выполнены по сети с расстоянием между пикетами — 5 м и расстоянием между профилями — 25 м. В качестве рядовых измерителей и магнитовариационной станции (МВС) использовалось четыре магнитометра MMPOS-1. На рисунке 1 показана итоговая карта аномального магнитного поля для эталонного (слева) и поискового участка (справа). Объём наземной магнитной съёмки составил 112 пог. км. Точность съёмки составила 0,7 нТл.
Работы выполнялись с использованием автоматического микропроцессорного гравиметра CG-5 Autograv, разработанного канадской компанией Scintrex Ltd. В ходе съёмки на каждом рядовом гравиметрическом пункте производились 3 цикла измерений, продолжительностью по 30 сек. каждый. Все 3 значения на рядовом пункте не отличались более чем на 15 мкГал. На опорном гравиметрическом пункте производились от 6 до 9 циклов измерений продолжительностью по 30 сек. Значения на опорном пункте не отличались более чем на 10 мкГал. Каждый маршрут начинался и заканчивался измерениями на ОГП. Контроль измерений осуществлялся путём выполнения повторных измерений на рядовых гравиметрических пунктах, на которых ранее уже были сделаны измерения в предыдущие дни. Среднеквадрати ческое отклонение составило 0,012 мГал.
Топогеодезическое обеспечение (привязка точек наблюдений) осуществлялось при помощи дифференциальной спутниковой системы Spectra Precision ProMark. Для обеспечения дифференциального режима использовалось три GPS-устройства: одно в качестве б азовой станций для определения поправок, ещё два использовались для измерений на рядовых пикетах. Базовая станция устанавливалась на закреплённых на местности точках с известными заранее координатами. Поправки вводились после считывания данных с обоих устройств. Точность определения вертикальной координаты составила 1,3 см.
Анализ и интерпретация данных
Для анализа данных использовались трансформации аномального магнитного поля и аномального гравитационного поля в редукции Буге (далее по тексту «гравитационного поля»). Для количественной интерпретации использовались только данные гравиразведки ввиду очень малых амплитуд локальных аномалий магнитного поля (до 3–4 нТл). 3D-инверсия данных гравиразведки выполнена для поискового участка. В качестве итоговой структурной схемы использовались результаты линеаментного анализа (рис. 2).
В данном алгоритме входными данными является набор матриц геофизических полей и их трансформанты, приведённых к одинаковым координатам и шагу сетки. Как следствие, на вход сети подаётся массив размером a х a х n, где a — размер скользящего окна, n — количество входных матриц.
Данные входного окна параллельно подаются на различные свёрточные блоки, где обрезаются до различных размеров и усредняются. Затем в скрытых блоках формируются наборы последовательных дискретных фильтров (ядра свёртки), формируя тем самым различные зависимости для каждого масштаба. Данный подход позволяет учитывать морфологию входных признаков для аномалий различного масштаба. Параллельно данные признаков из центральной точки окна обрабатываются на отдельном перцептроне, добавляя зависимость для учёта точечных данных.
Выходные данные вышеописанных блоков сети подаются на единый многослойный перцептрон, который находит общую для них зависимость и имеет одно выходное значение от 0 до 1.
В результате севернее явного надвига мы обнаружили зоны, которые по структурным признакам более схожи с известным объектом (рис. 4, синие линии). На рисунке 4 пунктирным овалом обозначена предполагаемая зона надвига, розовыми контурами выделены зоны со степенью схожести с эталонным объектом более 0,8.
Результаты
В результате совместной 2D-инверсии данных АМТ, метода сопротивлений и вызванной поляризации был получен геоэлектрический разрез с явно выраженной зоной повышенного сопротивления (рис. 5Б). Мы рекомендовали эту зону для заверки бурением. В начале 2022 г. в этой перспективной области были проведены буровые работы, по результатам которых найдена кварцево-жильная зона с промышленными содержаниями золота.
Выводы
В труднодоступном районе России (Республика Саха) в краткие сроки сервисной геолого-геофизической компанией «Джи М Сервис» выполнен комплекс геофизических исследований на небольшом лицензионном участке. Работы включали наземную магниторазведку, гравиразведку, аудиомагнитотеллурическое зондирование, магнитовариационное профилирование, метод сопротивлений и вызванной поляризации. Особенностью интерпретации данных было применение метода формализованного прогноза. Результат демонстрирует ситуацию, когда грамотный подход к оптимизации проведения полевых работ и интерпретации данных позволил успешно решить задачу за малый бюджет. По прогнозу геофизических данных была пробурена скважина, которая вскрыла кварцевожильную зону с промышленным содержанием золота.
1. Berdichevsky M.N., Dmitriev V.I. Models and methods of magnetotellurics. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg. 2008
2. Ermolin E., Kulikov V., Melnikov A., Asoskov A. Features of experimentalmethodical electrical exploration studies at the MSU training area (Aleksandrovka village). Engineering and Mining Geophysics 2020 — 16th Conference and Exhibition (аbstract). 2020.
3. Ermolin E., Savichev A., Ingerov I. Additional exploration of gold deposit in Chukotka by AMT and MVP. Proceedings of the Symposium on the Application of Geophyics to Engineering and Environmental Problems, SAGEEP (аbstract). 2016.
4. Ermolin E., Ingerov O., Savichev A. Integration of the AMT in Ls-epithermal Au-Ag Veins exploration in Chukotka region. Engineering and Mining Geophysics 2018 — 14th Conference and Exhibition (аbstract). 2018.
Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 1 (59)/март 2023 г.
Г.К. Григорьев — Санкт-Петербургский горный университет
Введение
Работа посвящена оптимизации геофизических исследований при поисках на небольших площадях. Тема данной работы актуальна, поскольку помимо крупных золотодобывающих корпораций на территории России на данный момент существуют и относительно малые предприятия, занимающиеся добычей золота. Как правило, эти компании ведут свою деятельность на небольших лицензионных участках, площадь которых исчисляется первыми квадратными километрами. Бюджеты на проведение геологоразведочных работ у них ограничены. В этом случае адекватный подход к оптимизации работ позволит привлечь новые технологии и повысить шансы для заказчика найти месторождение. Вся идея оптимизации заключается в том, чтобы разделить полевые работы на две стадии и на промежуточном этапе интерпретации применить алгоритмы машинного обучения в дополнение к стандартным технологиям анализа и интерпретации данных.
Рис. 1. Карта аномального магнитного и гравитационного поля эталонного объекта (слева) и поискового участка (справа)
Первая часть оптимизации заключается в том, что в осенне-весенние периоды сервисные геофизические компании имеют малую нагрузку, в этом случае стоимость работ для ряда методов, которые можно применять в зимний период, будет минимальной. После получения данных на первом этапе можно оптимально спланировать второй этап работ на летний период.
Зимой 2021 г. перед авторами была поставлена задача выполнить поиск золотоносных кварцевых жил на участке площадью 2 км2 в Республике Саха (Якутия). Поисковым объектом в этой области являются так называемые рудные столбы, представляющие собой кварцево-жильные тела, образованные вдоль зоны надвига, имеющей СВ падение под углом от 40 до 70°. Таким образом, целью работ было картирование зоны надвига, определение особенностей проявления в геофизических полях рудных столбов (на основании работ на эталонном объекте), дать прогноз положения рудных столбов в пределах закартированной зоны надвига, назначить детальные работы на участках, в пределах которых наиболее вероятно нахождение рудных столбов, предложить положение буровых скважин.
Рис. 2. Структурная схема поискового участка по результатам линеаментного анализа
Было предложено разбить исследования на 2 этапа. Первый этап предполагалось выполнить в ранневесенний период с использованием наземной магниторазведки и гравиразведки.
По результатам интерпретации первого этапа планировалось назначить ограниченное количество электроразведочных профилей с применением методов аудиомагнитотеллуческого зондирования, магнитовариационного профилирования (АМТ-МВП) [1, 3, 4] и электротомографии с измерением вызванной поляризации (ЭТ-ВП) [2].
Полевые работы методом наземной магнитной и гравиметрической съёмки были выполнены в краткие сроки (со 2 марта по 5 апреля 2021 г., включая мобилизацию и демобилизацию команды из г. Санкт-Петербург) тремя сотрудниками сервисной геолого-геофизической компании ООО «ДЖИ М Сервис». Съёмка проводилась на эталонном объекте и на поисковом участке.
Магниторазведочные исследования на поисковом участке выполнены по сети с расстоянием между пикетами — 5 м и расстоянием между профилями — 25 м. В качестве рядовых измерителей и магнитовариационной станции (МВС) использовалось четыре магнитометра MMPOS-1. На рисунке 1 показана итоговая карта аномального магнитного поля для эталонного (слева) и поискового участка (справа). Объём наземной магнитной съёмки составил 112 пог. км. Точность съёмки составила 0,7 нТл.
Рис. 3. Блок-схема архитектуры нейронной сети
Работы выполнялись с использованием автоматического микропроцессорного гравиметра CG-5 Autograv, разработанного канадской компанией Scintrex Ltd. В ходе съёмки на каждом рядовом гравиметрическом пункте производились 3 цикла измерений, продолжительностью по 30 сек. каждый. Все 3 значения на рядовом пункте не отличались более чем на 15 мкГал. На опорном гравиметрическом пункте производились от 6 до 9 циклов измерений продолжительностью по 30 сек. Значения на опорном пункте не отличались более чем на 10 мкГал. Каждый маршрут начинался и заканчивался измерениями на ОГП. Контроль измерений осуществлялся путём выполнения повторных измерений на рядовых гравиметрических пунктах, на которых ранее уже были сделаны измерения в предыдущие дни. Среднеквадрати ческое отклонение составило 0,012 мГал.
Топогеодезическое обеспечение (привязка точек наблюдений) осуществлялось при помощи дифференциальной спутниковой системы Spectra Precision ProMark. Для обеспечения дифференциального режима использовалось три GPS-устройства: одно в качестве б азовой станций для определения поправок, ещё два использовались для измерений на рядовых пикетах. Базовая станция устанавливалась на закреплённых на местности точках с известными заранее координатами. Поправки вводились после считывания данных с обоих устройств. Точность определения вертикальной координаты составила 1,3 см.
Анализ и интерпретация данных
Для анализа данных использовались трансформации аномального магнитного поля и аномального гравитационного поля в редукции Буге (далее по тексту «гравитационного поля»). Для количественной интерпретации использовались только данные гравиразведки ввиду очень малых амплитуд локальных аномалий магнитного поля (до 3–4 нТл). 3D-инверсия данных гравиразведки выполнена для поискового участка. В качестве итоговой структурной схемы использовались результаты линеаментного анализа (рис. 2).
Рис. 4. Результаты формализованного прогноза
В данном алгоритме входными данными является набор матриц геофизических полей и их трансформанты, приведённых к одинаковым координатам и шагу сетки. Как следствие, на вход сети подаётся массив размером a х a х n, где a — размер скользящего окна, n — количество входных матриц.
Данные входного окна параллельно подаются на различные свёрточные блоки, где обрезаются до различных размеров и усредняются. Затем в скрытых блоках формируются наборы последовательных дискретных фильтров (ядра свёртки), формируя тем самым различные зависимости для каждого масштаба. Данный подход позволяет учитывать морфологию входных признаков для аномалий различного масштаба. Параллельно данные признаков из центральной точки окна обрабатываются на отдельном перцептроне, добавляя зависимость для учёта точечных данных.
Выходные данные вышеописанных блоков сети подаются на единый многослойный перцептрон, который находит общую для них зависимость и имеет одно выходное значение от 0 до 1.
В результате севернее явного надвига мы обнаружили зоны, которые по структурным признакам более схожи с известным объектом (рис. 4, синие линии). На рисунке 4 пунктирным овалом обозначена предполагаемая зона надвига, розовыми контурами выделены зоны со степенью схожести с эталонным объектом более 0,8.
Рис. 5. Намеченный профиль по результатам первого этапа работ (А) и геоэлектрический разрез с фактическим расположением заверочной скважины (Б)
Результаты
В результате совместной 2D-инверсии данных АМТ, метода сопротивлений и вызванной поляризации был получен геоэлектрический разрез с явно выраженной зоной повышенного сопротивления (рис. 5Б). Мы рекомендовали эту зону для заверки бурением. В начале 2022 г. в этой перспективной области были проведены буровые работы, по результатам которых найдена кварцево-жильная зона с промышленными содержаниями золота.
Выводы
В труднодоступном районе России (Республика Саха) в краткие сроки сервисной геолого-геофизической компанией «Джи М Сервис» выполнен комплекс геофизических исследований на небольшом лицензионном участке. Работы включали наземную магниторазведку, гравиразведку, аудиомагнитотеллурическое зондирование, магнитовариационное профилирование, метод сопротивлений и вызванной поляризации. Особенностью интерпретации данных было применение метода формализованного прогноза. Результат демонстрирует ситуацию, когда грамотный подход к оптимизации проведения полевых работ и интерпретации данных позволил успешно решить задачу за малый бюджет. По прогнозу геофизических данных была пробурена скважина, которая вскрыла кварцевожильную зону с промышленным содержанием золота.
1. Berdichevsky M.N., Dmitriev V.I. Models and methods of magnetotellurics. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg. 2008 2. Ermolin E., Kulikov V., Melnikov A., Asoskov A. Features of experimentalmethodical electrical exploration studies at the MSU training area (Aleksandrovka village). Engineering and Mining Geophysics 2020 — 16th Conference and Exhibition (аbstract). 2020.
3. Ermolin E., Savichev A., Ingerov I. Additional exploration of gold deposit in Chukotka by AMT and MVP. Proceedings of the Symposium on the Application of Geophyics to Engineering and Environmental Problems, SAGEEP (аbstract). 2016.
4. Ermolin E., Ingerov O., Savichev A. Integration of the AMT in Ls-epithermal Au-Ag Veins exploration in Chukotka region. Engineering and Mining Geophysics 2018 — 14th Conference and Exhibition (аbstract). 2018.
Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 1 (59)/март 2023 г.
ЕЩЁ ИЗ ЭТОГО РАЗДЕЛА
