03 декабря 2022, Суббота22:33 МСК
Курсы на 03.12.2022
61,25 0,99
Au 3375,52 +81,33%
Ag 40,45 0,86%
59,98 +1,74
Pt 1823,43 +41,21%
Pd 4532,99 +120,07%
Вход/Регистрация
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Применение нетривиального трехмерного моделирования геофизических данных, нацеленного на прирост рудных запасов на примере месторождения Восточный Жайрем (Казахстан)

В.Ф. Каминский — Promiseland Exploration Ltd.
А.А. Ефимов, А.Б. Кирмасов — ТОО «Казцинк».
А.А. Фролов — Seequent.

Введение

В последние десятилетия трехмерное геофизическое моделирование приобретает все большее значение для геологоразведочных работ по всему миру. Возможность конвертировать поверхностные геофизические данные непосредственно в трехмерные модели физических свойств пород, которые могут быть интегрированы с другой геологической информацией, позволяет исследователям извлекать значительно больше информации из геофизических данных. Ниже в статье рассмотрен пример использования продукта Voxi от компании Seequent для уточнения геолого-геофизической модели месторождения и выделения новых перспективных объектов.

Месторождение Восточный Жайрем расположено в пределах Атасуйского рудного района (рис. 1). Над месторождением в сводовой части Жайремской брахиантиклинальной структуры в 2016 г. компанией ТОО «Геокен» были выполнены гравиметрическая и магнитометрическая съемки. Всего было отработано 56 погонных км гравиметрической съемки (1223 станции) в масштабе 1:10 000 (межпрофильное расстояние 100 м) [1, 2].

рис 11.jpg

Рис. 1. Схема размещения месторождений Атасуйского рудного района (на основе геологической карты Казахской ССР м-ба 1:500 000, «Аэрогеология», 1981 г.)

В 2020 г. по участку Восточный Жайрем, содержащему промышленное рудное месторождение была построена трехмерная литологическая модель в формате Leapfrog [3], с привлечением известных ретроспективных данных о плотностных свойствах вмещающих пород и руд. Моделирование и интерпретация геофизических данных производилась специалистами консалтинговой компании Promiseland Exploration, Ltd. На основе этих данных была построена трехмерная плотностная модель, которая в дальнейшем была использована как референтная для высокоточной фокусированной трехмерной инверсии гравиметрических данных с использованием программы VOXI, реализованной в оболочке Geosoft Oasis Montaj (продукты Seequent).

Магнитометрические данные также были проинвертированы с использованием программы VOXI, однако без использования сложных референтных моделей. Моделирование производилось с целью уточнения геолого-геофизической модели месторождения и выделения новых объектов потенциально перспективных для буровой заверки с целью прироста запасов.

Геологическое строение участка

Ядро Жайремской брахиантиклинали, в которой локализовано Жайремское месторождение сложено порфиритами, игнимбритами, конгломератами и песчаниками франского яруса девона. Перекрывающие ее фаменские отложения в жайремском рудном поле состоят из пяти пачек [4].

Нижняя пачка состоит из глинистокремнисто-карбонатных пород с прослоями туфов, туффитов, бедных гематит-магнетитовых и сидеритовых руд. Следующие ритмично-слоистая и флишоидная пачки сложены известняками, глинисто-кремнисто-карбонатными породами с прослоями железистых яшм, бедных гематит-магнетитовых руд, углистых пиритовых и пирит-сфалеритовых (с галенитом) ритмитов, с которым совмещены промышленные свинцово-цинковые руды. Вышележащая пачка сероцветов состоит из чередующихся железорудных и флишоидных горизонтов с углистыми и рудными ритмитами, заключающими промышленные руды свинца и цинка на участке Восточный Жайрем. Продуктивная фаменская толща завершается красноцветной существенно-карбонатной пачкой с прослоями железистых яшм и гематит-магнетитовых руд. Отложения фаменского яруса перекрыты турнейской карбонатной толщей. Из магматических пород среди отложений фамена вскрыты диабазовые и трахибазальтовые порфириты, а также трахитовые порфиры.

 Индекс   Описание  Плотность
   Рыхлые отложения и кора выветривания: глины, разрушенные известняки
и известковистые сланцы
 2200–2400
 C1t2b  Глинисто-кремнистые-карбонатные породы:
песчаники, известковистые сланцы
 2650
  C1t2a2  Пестроокрашенные кремнисто-карбонатные породы,
желваковистые известняки
     2600
  C1t2a1  Седиментационные брекчии с обломками кремнисто-карбонатных пород   2500–2550
  C1t1a2  Флишоидные глинисто-кремнисто-известковистые породы,
углистые известняки
 2600–2630
  C1t1a1  Кремнисто-карбонатные породы с детрисом, кремнистые известняки   2650
 D3fm2b2,3  Красноцветные и сероцветные кремнистые известняки   2650–2750
 D3fm2b1  Красноцветные узловатые известняки с линзами яшм и пластами
железо-марганцевых руд
 2750–2800
 D3fm2a1  Флишоидные глинисто-кремнисто-известковистые породы:
чередование кремнистых известняков и известково-глинистых сланцев,
в т.ч. доломитизированных
 2650–2750
 D3fm1c5  Флишоидные глинисто-кремнисто-известковистые породы  2600–2630
  D3fm1c4  Узловатые и тонкослоистые глинисто-кремнистые-карбонатные породы   2650–2750
  D3fm1c3  Глинисто-кремнистые-карбонатные породы   2600–2650
   D3fm1c2  Черные карбонатно-полевошпато-кремнистые породы  2600
   D3fm1c1  Флишоидные глинисто-кремнисто-известковистые породы  2600–2630
  D3-C1  Ультра-калиевые порфиры   2600–2750
   Полиметаллические руды рядовые  2800–2900
   Полиметаллические руды богатые  3000–3100
   Руды баритовые  3500–4000
   Руды железо-марганцевые  3500–4000
Табл. 1. Литологические единицы, вошедшие в трехмерную литологическую модель месторождения

Физические свойства пород для участка Южный Жайрем были проанализированы на основе работ предшественников. Была составлена сводная таблица значений плотностных характеристик пород (табл. 1). На месторождении Восточный Жайрем развиты руды двух этапов: 1 — слоистые седиментогенные руды железа и марганца, свинца и цинка (пирит-сфалеритовые с галенитом); 2 — метасоматические цинково-свинцово-баритовые (сфалерит-галенит-баритовые). Вмещающие породы — углисто-кремнисто-карбонатные породы с послойной вкрапленностью. Из рудных минералов преобладают пирит, сфалерит, в меньшей степени галенит, арсенопирит и халькопирит.

Построение трехмерной литологической и референтной моделей

В пределах исследуемого участка была построена трехмерная литологическая модель (рис. 2), которая впоследствии была преобразована в трехмерную референтную модель плотностей, использованную для трехмерной инверсии гравиметрических данных. Более детально модель месторождения показана на рисунке 3.

трехмерная.jpg

Рис. 2. Трехмерная литологическая модель месторождения в формате Leapfrog [3]

Все построения были произведены с использованием продуктов Seequent. Литологическая модель была сформирована в формате Leapfrog, далее преобразована в параметрическую воксельную плотностную модель в формате Geosoft Oasis Montaj. Как видно из этой модели, руды месторождения Восточный Жайрем существенно отличаются по своим плотностным характеристикам от вмещающих пород. В частности, баритовые и железномарганцевые руды по плотности значительно превышают (на 500–1000 кг/м3) полиметаллические. На рисунке 4 показана результирующая трехмерная параметрическая (плотностная) модель, переведенная в единицы плотностей на основе значений из таблицы 1.

Трехмерная инверсия гравиметрических данных

Для трехмерной инверсии применялась программа VOXI, которая входит в пакет Geosoft Oasis Montaj. В качестве исходных данных были использованы значения аномального гравитационного поля в редукции Буге с плотностью промежуточного слоя 2670 кг/м3. Всего было использовано 1223 измерения, которые были инвертированы на трехмерной сетке с минимальными размерами воксела 25×25×12,5 м (соответственно в X,Y и Z направлениях). Сетка насчитывала 139×144×33 элементов (всего 660528). Значения невязки подбора были заданы в форме константы (0,07 мГал).

В качестве стартовой модели была использована параметрическая модель (рис. 4). К этой модели были добавлены граничные условия, ограничивавшие минимальные и максимальные значения плотностей литологических единиц в формате воксельных моделей, обладающих той же размерностью, что и у референтной модели.

литологическая модель.jpg

Рис. 3. Детальная литологическая модель месторождения Восточный Жайрем в формате Leapfrog

Средние референтные значения были зафиксированы на уровне величин, указанных в таблице 1, для приповерхностного рыхлого слоя среднее значение было взято равным 2000 кг/м3. Нижние границы возможных значений были заданы на 1000 кг/м3 меньше референтных, верхние границы возможных значений были заданы на уровне 8000 кг/м3, кроме приповерхностного рыхлого слоя, для которого они были заданы на уровне 3000 кг/м3.

плостная модель.jpg

Рис. 4. Трехмерная плотностная модель месторождения

Далее была рассчитана трехмерная инверсия с использованием референтной модели и граничных условий. Результат подбора показан на рисунке 5.

Подбор осуществлялся в результате расчетов, производившихся на мощностях выделенных серверов компании Seequent, оптимизированных под параллелизацию вычислительных процессов. Алгоритмы решения обратной задачи с граничными условиями более подробно описаны в англоязычных публикациях [5]. Основной принцип решения обратной задачи заключается в итерационном подборе, реализуемом за счет регуляризации обратной задачи и линеаризации процесса по дбора с использованием метода сопряженных градиентов. Решение обратных задач реализовано в программе VOXI.

подбор поля.jpg

Рис. 5. Подбор аномального гравитационного поля в результате трехмерной инверсии: а — наблюденное поле; б — рассчитанное поле

Протокол итерационного решения трехмерной обратной задачи показан на рисунке 6.

протокол.jpg


Рис. 6. Протокол итерационного решения обратной задачи на базе программы VOXI

Из протокола видно, что вычисления были параллелизованы на 16 процессорах и общее время рассчетов составило 16 мин. 23 сек. Результирующая воксельная модель показана на рисунке 7. Помимо инверсии гравиметрических данных, в программе VOXI была также рассчитана трехмерная инверсия магнитометрических данных на такой же трехмерной сетке, что и плотностная модель, однако без использования референтных моделей и граничных условий. Результирующая модель магнитной восприимчивости показана на рисунке 8.

воксельная модель.jpg

Рис. 7. Воксельная модель плотностей, полученная в результате трехмерной инверсии в программе VOXI

воксельная модель 2.jpg

Рис. 8. Воксельная модель магнитной восприимчивости, полученная в результате трехмерной инверсии в программе VOXI

Выводы

На рисунке 9 показаны разрезы вдоль 14-го профиля гравиметрической съемки.

разрезы.jpg

Рис. 9. Разрезы вдоль профиля 14, участок Восточный Жайрем: а — плотности референтной модели; б — плотности, полученные в результате трехмерной инверсии; в — магнитная восприимчивость

На рисунках 10 и 11 проанализированы срезы по глубине плотностей, полученных в результате трехмерной инверсии данных гравиметрической съемки с участка Южный Жайрем, привязанные к уровням абсолютных превышений 200 и 100 м.

уровень абс.jpg

Рис. 10. Уровень абс. превышения 200 м: а — геологическая подложка участка Восточный Жайрем; б — референтная параметрическая модель плотностей, использованная в трехмерной инверсии; в — рассчитанная в программе VOXI модель магнитной восприимчивости; г — рассчитанная в программе VOXI модель плотностей

Как видно из рисунков 10 и 11, плотностная модель, полученная в результате трехмерной инверсии содержит заметное влияние референтной параметрической модели, построенной в свою очередь из трехмерной литологической модели [3]. Это свидетельствует о высокой степени точности референтной модели, поскольку подбор был произведен с точностью до заданной невязки.

уровень абс 2.jpg

Рис. 11. Уровень абс. превышения 100 м: а — геологическая подложка участка Восточный Жайрем; б — референтная параметрическая модель плотностей, использованная в трехмерной инверсии; в — рассчитанная в программе VOXI модель магнитной восприимчивости; г — рассчитанная в программе VOXI модель плотностей

Можно также сделать вывод, что магнитная восприимчивость руд зональна и зависит от типа руд. Железно-марганцевые руды обладают высокими значениями магнитной восприимчивости, в то время как цинковые и полиметаллические руды могут быть практически немагнитны.

выделение нового объекта.jpg

Рис. 12. Выделение нового объекта для буровой заверки на основе высокоточной трехмерной плотностной модели, рассчитанной в программе VOXI

Наиболее важным результатом, имеющим практическое значение, является картирование на уровне абс. превышения 100 м нового объекта повышенной плотности (рис. 12), который рекомендован для буровой заверки на этапе доразведки месторождения.

книга.png1. Геокен. Отчет о результатах опытно-методических работ на территории участков Восточный Жайрем, Ушкатын и Рифовое в 2016 г.
2. Геокен. Отчет по гравиметрической и магнитометрической съемке в пределах площади Каражал. 2019 г.
3. Ефимов А.А. Трехмерная литологическая модель месторождения Восточный Жайрем. 2020 г.
4. Daidalinov A.T., Shuvalov I.T., Mdiev E.B., Rekalo V.P., Naumov A.P. Exploration and evaluation of barite-VMS and iron-manganese ores in central and southwestern parts of Zhailminskaya mulda (Central Kazahstan), technical report. 1987.
5. Ellis R., Macleod I. Constrained voxel inversion using the Cartesian cut cell method, ASEG Extended Abstracts (1), 4 pp. 2013.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 3 (53)/сентябрь 2021 г.




Продажа собственной вскрыши чревата привлечением к административной ответственности
Перевод земельных участков из категории земель с/х назначения в земли промышленности может не спасти от взыскания ущерба за причинение вреда таким землям
Правовое регулирование экспорта аффинированного драгоценного металла или сырья, содержащего драгоценные металлы, из Таможенного союза ЕАЭС
Изменения в порядке досрочного прекращения, ограничения, приостановления права пользования недрами с 1 января 2022 года
Заказать журнал
ФИО
Телефон *
Это поле обязательно для заполнения
Электронный адрес
Введён некорректный e-mail
Текст сообщения *
Это поле обязательно для заполнения
Пройдите проверку:*
Поле проверки на робота должно быть заполнено.

Отправляя форму вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.

X