ВИКОРИСТАННЯ ГІС K-MINE ПРИ СТВОРЕННІ ЦИФРОВИХ МОДЕЛІВ, Блог KAI

ВИКОРИСТАННЯ ГІС K-MINE ПРИ МОДЕЛЮВАННІ МІСТОРОДЖЕНЬ КОРИСНИХ КОПАЛЬНИХ, ПОВЕРХНІВ КАР'ЄРІВ, ВІДВАЛІВ, ШАХТНИХ ПОЛІВ, ТЕРИТОРІЙ

1. Комп'ютерні моделі, як основний засіб для підрахунку запасів та ресурсів з використанням геоінформаційних систем

Завдання удосконалення методів інтерпретації та повноти використання геологорозвідувальних даних як основи для підрахунку запасів є дуже актуальним. Прийняті ще за часів СРСР та використовувані до нашого часу в країнах СНД системи отримання та інтерпретації геологорозвідувальної інформації не були орієнтовані на сучасні комп'ютерні технології.

Комп'ютерне моделювання родовищ з використанням статистичних та геостатистичних методів найбільш точно та повно відображає просторові закономірності розподілу широкого комплексу параметрів мінералізації для родовищ твердих корисних копалин або флюїдонасиченості для родовищ вуглеводнів. Кількісна оцінка мінеральної сировини на основі комп'ютерних моделей визначає більшу точність у порівнянні з традиційними методами, оскільки дозволяє враховувати довільну кількість показників, що впливають на підрахунок запасів (прямі та непрямі).

Адаптація тривимірного комп'ютерного моделювання та технологій підрахунку запасів для родовищ корисних копалин різного типу до сучасних умов надрокористування дозволяє удосконалити методику створення геологічних моделей, підвищити точність, надійність та правдивість оцінки запасів родовищ. Ці обставини є дуже актуальними у сучасних економічних умовах.

Тривимірні моделі родовищ створюються різними методами та залежать від структуриродовища та виду корисних копалин. У більшості систем реалізовано спосіб просторового моделювання за даними випробування розвідувальних свердловин з можливістю уточнення параметрів розміщення рудних тіл та покладів за результатами геофізичних досліджень (сейсмічних, гравіметричних, магнітних, електромагнітних тощо).

Процес моделювання складається з наступних етапів [1]:

1) розробка структури бази даних (БД) для зберігання первинної інформації щодо даних геологічної розвідки;

2) введення та аналіз вихідної інформації до бази даних геологічних виробок:

підготовка геологічної інформації щодо її введення в систему;
наповнення бази інформацією геологічного випробування, геофізичних та інших вимірів;
статистичний аналіз первинних геологічних даних, коригування помилок, угруповання даних, засвідчення бази, виявлення закономірностей;

3) інтерпретація даних геологічної розвідки, моделювання родовищ:

побудова свердловин у просторі моделі, угруповання по профільних лініях;
визначення та оконтурювання рудних та нерудних інтервалів за стратиграфічним принципом та літологією, уточнення інтервалів за значеннями бортового змісту (інтерпретація геологічних даних);
уточнення меж просторового розміщення порід з урахуванням тектонічних порушень, а також згідно з даними геофізичних досліджень (сейсмо-, електророзвідка, магніто- та гравіметрія);

4) створення каркасних моделей просторових обсягів:

каркасне моделювання родовища (моделювання рудних тіл і порід супутньої розтину, пластів, аномалій, пасток тощо);
каркасне моделювання поверхонь тапідземних виробок;

5) геостатистичні дослідження родовища:

геостатистичний аналіз просторових даних; варіографія; визначення законів просторової мінливості (анізотропії) геологічних характеристик компонентів;
моделювання гідродинамічних систем, розрахунки масопереносу, забруднення, хімічного складу та ін;

6) блочне моделювання родовищ:

7) оцінка та підрахунок запасів:

Етапність формування моделей родовищ різних видів корисних копалин істотно відрізняється на етапі інтерпретації даних розвідки та підрахунку запасів. У всіх інших аспектах методика моделювання практично ідентична і може трохи змінюватися для родовищ, які вже експлуатуються.

2. Основні особливості комп'ютерного моделювання, підрахунку запасів та ресурсів твердих корисних копалин з використанням класифікації CRIRSCO

Загальні положення

Класифікація CRIRSCO через свою спільність не має кількісних вимог та рекомендацій до оцінювання кожного виду мінеральної сировини і не може охопити всі нюанси, пов'язані зі специфікою окремих видів корисних копалин. Всю відповідальність за оцінку бере на себе компетентний експерт, який виконує (підтверджує) розрахунки та звіт. Але все ж таки загальні підходи до підрахунку запасів і ресурсів у класифікації є.

При складанні звіту про підрахунок запасів та ресурсів згідно з класифікацією CRIRSCO широко використовують комп'ютерне моделювання.

Розглянемо основні особливості моделювання родовищ твердих корисних копалин із розрахунками та класифікацією ресурсів та запасів за шаблоном CRIRSCO.

Проектування структури бази даних танаповнення її даними геологічної розвідки

Комп'ютерні системи, що використовуються для підрахунку за класифікацією CRIRSCO, містять функції для проектування структури БД, налаштування параметрів таблиць, реалізації реляцій, накопичення в БД довільних наборів семантичної та фактографічної інформації про геологічні вироблення та дані розвідки. Таким вимогам відповідає ГІС K-MINE.

Як бази даних для первинної геологічної інформації можуть бути використані внутрішні або зовнішні БД. Для більших обсягів інформації доцільно використати промислові реляційні бази даних. До таких, наприклад, відносяться Oracle, MS SQL Server, MySQL, Firebird та інші.

На структуру БД впливає вся наявна документація з геологічної розвідки. Від її обсягу та детальності залежать загальна кількість таблиць у БД та їх структура.

У базовому вигляді структура БД геологічних свердловин складається з таких таблиць:

головної таблиці з координатами усть бурових свердловин чи виробок, їх типом, номером тощо;
підпорядкованої таблиці даних інклінометрії свердловин або виробок з координатами зйомок трас виробок (наземних або підземних);
підпорядкованої таблиці (таблиць) даних випробування (первинних, усереднених та композитних проб) – таких таблиць може бути дещо залежно від виду випробування та їх інтервалів;
підпорядкованої таблиці (таблиць) з іншими характеристиками свердловин (каротаж, вихід керна, гідрогеологічні показники, літологія та стратиграфія, тектоніка та ін);
підлеглих таблиць, призначених для зберігання початкових чи інтерпретованих даних геофізичних досліджень;
довідників, що визначають літологічні та стратиграфічні індексипорід, мінеральні різновиди, марки порід, технологічні сорти, типи виробок, назви розвідувальних профілів тощо

Після розробки структури таблиць виконується налаштування реляційних зв'язків з-поміж них. Спроектована база даних після цього є підготовленою для подальшої роботи та наповнення її матеріалами геологічної розвідки. Введену інформацію перевіряє досвідчений експерт (група експертів).

Первинна статистична обробка даних, композитні проби

Статистичну обробку проводять з метою отримання першого уявлення про основні властивості характеристик вибірки. Щоб отримати коректні результати, проби потрібно заздалегідь привести до однакової довжини: виконати їх композування, інакше значно зросте ймовірність отримання зміщеного середнього за вибіркою [2].

Статистична обробка даних виконується кілька етапів, як первинної інформації, так інформації, отриманої для композитних інтервалів. Серед них:

класичний статистичний аналіз усіх діапазонних даних;
аналіз розподілів досліджуваних величин за допомогою гістограм для подальшого використання геостатистичних досліджень;
коригування ураганних проб;
перевірка правильності відновлення виробок (свердловини).

Завірення бази даних

Кінцевим етапом формування та наповнення бази даних для подальшого використання при моделюванні родовищ та підрахунку запасів та ресурсів є її засвідчення.

Інтерпретація даних геологічної розвідки, оконтурювання рудних тіл та зон мінералізації

Технологія оцінки запасів мінеральної сировини передбачає створення твердотільних моделей рудних тіл та/або родовищ.Рудні тіла та зони мінералізації найчастіше обмежують замкнутими каркасами. Яка саме частина родовища входить до складу каркасних моделей, вирішує компетентний спеціаліст (експерт), який виконує роботи з моделювання [3].

При моделюванні родовищ каркаси включають такий набір об'єктів:

Мал. 1. Сукупність вертикальних розрізів з винесеними контурами рудних тіл та супутніх розкривних порід

Каркасне моделювання

Створення замкнутих каркасів просторових обсягів – одна з найскладніших та найвідповідальніших операцій у процесі геометричного моделювання [3]. Процес полягає у створенні замкнутих каркасних об'єктів між суміжними контурами, які поступово поєднуються у загальний каркас. При моделюванні каркасів враховуються поєднання методів виклинювання, видавлювання та замикання каркасів на точку чи лінію. Внаслідок дій створюється замкнутий каркас (каркаси) (рис. 2).

Мал. 2. Стадія процесу створення каркаса: а – зв'язування суміжних контурів; б – замикання каркасу.

Усі каркаси проходять перевірку та засвідчуються компетентним спеціалістом (експертом). Створені таким чином каркаси можуть бути використані для розрахунків геологічних ресурсів за родовищем без урахування якісних показників та бортового змісту.

Геостатистичні дослідження

Геостатистичні дослідження є основою для визначення мінливості розподілу геологічних показників у просторі та широко застосовуються при моделюванні родовищ корисних копалин, підрахунку запасів та ресурсів згідно з шаблоном CRIRSCO.

В основу геостатистики покладено варіограмний аналіз (крайгінг). Як правило, об'єкти, явища та процеси, які розміщені ближче впросторі, більш схожі між собою, ніж ті, які віддалені один від одного.

Процес вибору моделі варіограми для об'єкта, що досліджується, складається з таких частин:

аналіз, контроль та угруповання вихідної інформації;
побудова експериментальної варіограми;
дослідження одержаних функцій за наявності різних ефектів;
створення просторової моделі варіограми.

Процес вибору моделі варіограми для родовища є одним із основних та важливих процесів у комп'ютерному моделюванні (рис. 3).

Мал. 3. Приклад вибору варіограм за напрямами

Процес варіографії обов'язково виконується кваліфікованими фахівцями (експертами) у цій галузі, ретельно та багаторазово перевіряється. Від надійності, правильності та точності виконання варіографії залежить оцінка всього родовища. Одним із основних методів перевірки обраних моделей варіограм є метод перехресної перевірки [4].

Блочне моделювання родовищ

Основна мета моделювання родовищ корисних копалин полягає у точному відтворенні як якості запасів, а його кордонів, і внутрішньої структури. Ця мета досягається шляхом використання різних методів інтерполяції.

Блокове моделювання виконується у два етапи:

1) створення порожніх блокових моделей з урахуванням певного прототипу;

2) інтерполяція вмісту корисних компонентів та інших показників якості.

Сучасні комп'ютерні системи, що використовуються при моделюванні та підрахунку запасів, дозволяють використовувати блокові моделі невеликого розміру для точного опису замкнутих просторів, навіть для каркасів із досить складною конфігурацією (рис. 4).

Мал. 4.Блокова модель рудного тіла, побудована по каркасу

Розрахунки значень змістів виконуються одним із методів інтерполяції [5]: найближчої проби (метод багатокутників, полігональний); зворотних відстаней; сіток; автокореляційних функцій; звичайний крайгінг; логнормальний крайгінг; простий (ординарний) крайгінг; індикативний крайгінг та інші.

Найчастіше при інтерполяції вмісту корисного компонента (компонентів) у практиці геостатистичного аналізу використовують метод крайгінгу (звичайний чи простий). Приклад інтерполяції значень вмісту корисного компонента для родовища твердих корисних копалин методом ординарного крайгінгу наведено на рис. 5.