Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Математическое моделирование рудных тел как фактор разведки и оценки месторождений

ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Яцунов, Дмитрий Николаевич

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1 8

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ХИБИНСКОМ МАССИВЕ

1.1 КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХИБИНСКОГО МАССИВА 8

1.2. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ АПАТИТО-НЕФЕЛИНОВЫХ 20-37 МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЮГО-ВОСТОЧНОГО И СЕВЕРО-ВОСТОЧНОГО ПОЛЯ ХИБИН выводы 37

Глава 2 40

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ КОАШВА

2.1. ИСТОРИЯ РАЗВЕДКИ И ОСВОЕНИЯ 40

2.2 ХАРАКТЕРИСТИКА РУДНОЙ ЗОНЫ. 41

2.3 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ РУДНЫХ ГОРИЗОНТОВ 43-49 2.4. ХАРАКТЕРИСТИКА АПАТИТО-НЕФЕЛИНОВЫХ РУД 49

2.5 ТЕКТОНИКА РУДНОЙ ЗОНЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ 53

2.6 КОМПЛЕКС ДАЙКОВЫХ ПОРОД 58-59 ВЫВОДЫ

Глава 3 60

НОВЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КОАШВА

3.1 КРАТКИЙ ОБЗОР ГИПОТЕЗ ФОРМИРОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КОАШВА 60

3.2 ИЗУЧЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ 67

3.3 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА СТРОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ 73-85 Первое защищаемое положение

3.4 АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТЕЙ МЕЖДУ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ 86-89 РУДНЫХ ЗОН

Второе защищаемое положение

3.5 ТИПЫ СТРОЕНИЯ РУДНОЙ ЗОНЫ ВЫВОДЫ

Глава

РАЙОНИРОВАНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ГЕОЛОГО-СТРУКТУРНЫЕ БЛОКИ

Третье защищаемое положение выводы

97 98

98-106 106

Глава 5. 108

ОПЫТ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КОАШВА

5.1. АКТУАЛЬНОСТЬ И ОСОБЕННОСТИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 108

5.2. СЛОЖНОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КОАШВА 109

5.3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 11 \.\

5.4. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ПРИКЛАДНЫМ ПАКЕТОМ 117-118 ПРОГРАММ «ПОСТРОЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ГРАНИЦ» (в ред. Г.С. Поротова).

5.5 ГЕОСТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НА ОСНОВЕ ПРИКЛАДНОГО ПАКЕТА 118-128 ПРОГРАММ «МЮЯОМПЧЕ».

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Математическое моделирование рудных тел как фактор разведки и оценки месторождений"

Актуальность работы. Высокая степень отработки месторождений Юго-Западного и ухудшение геологических условий эксплуатации на месторождениях Юго-Восточного рудного поля Хибин определяют необходимость постоянного совершенствования методики разведки и разработки апатито-нефелиновых руд для обеспечения долгосрочной, стабильной и рентабельной работы ОАО «Апатит».

Характерной особенностью Коашвы является сложное строение месторождения, состоящего из множества разобщенных тел апатито-нефелиновых руд. Уже на первом этапе эксплуатации объекта геологической службой ОАО «Апатит» были выявлены значительные ошибки геометризации рудных тел на стадии разведки, что привело к неподтверждению балансовых запасов. При ограниченных возможностях региона по приросту запасов апатито-нефелиновых руд установление новых закономерностей локализации оруденения и повышение точности оконтуривания рудных тел приобретает большое практическое значение. Эта особенность строения месторождения определила необходимость ведения опережающих разведочных работ по сети 25x25 м. Однако, даже такая сеть не позволяет надежно оконтурить рудные тела. Объемная компьютерная модель месторождения, модели геологических блоков и составляющих их элементов позволят более достоверно оконтурить рудные тела и снизить потери руды при добыче. Эти модели должны базироваться на глубоком изучении геологических условий строения месторождения и рудных тел, сложенных прослоями апатито-нефелиновых руд и рудных брекчий.

Применявшиеся ранее методы геометризации рудных тел недостаточно надежны, так как не учитывают разнородное строение месторождения. Они основаны на концепции субпластовых рудных тел имеющих достаточно выдержанные элементы морфологии на всей площади месторождения. В условиях неравномерной разведочной сети необходимо привлечение новых геолого-математических моделей структуры месторождения и современных компьютерных методик обработки массивов геологических данных.

Цель работы. Выявить новые особенности геологического строения месторождения и создать его компьютерную модель, для обеспечения более эффективной разведки и более полной отработки рудных тел.

Задачи исследований:

• анализ и теоретическое обобщение (систематизация) характерных особенностей геологического строения месторождения Коашва;

• выявление структуры изменчивости месторождения с учетом неоднородности геологического строения;

• объемное моделирование месторождения;

Защищаемые научные положения:

1. На месторождении Коашва по комплексу признаков могут быть выделены три типа рудных зон:

Первый тип: компактные плитообразные тела значительной мощности, расщепляющиеся на флангах и на глубине;

Второй тип: мощные линзовидные и грубоизометричные рудные блоки;

Третий тип: единичные выдержанные пластовые и уплощенно-линзовидные тела значительной протяженности по падению.

2. Рудные тела всех трех типов допускают возможность достаточно надежного прогнозирования среднего содержания пятиокиси фосфора и коэффициента рудоносности по разведочному сечению на основе уравнений множественной регрессии.

3. Месторождение Коашва разделяется на четыре структурно разнородных блока, для каждого из которых характерен свой тип рудных тел: в I и III блоках преобладает первый тип, во II блоке - второй тип, в IV блоке -третий тип. Границы между блоками выражены резкими пережимами рудных тел и участками дробления вмещающих пород и руд.

Методы исследований: Выполнялись анализ и обобщение предшествующих работ и изучались геологические условия локализации апатито-нефелиновых руд Коашвинского месторождения и месторождений аналогов; проводилась экспериментальная увязка геологических разрезов как методами традиционной геологической графики, так и с применением ЭВМ; применялись современные методы математической и компьютерной обработки результатов разведки с получением объемной модели месторождения. Привлечение компьютерного моделирования для изучения особенностей морфологии рудных тел и рассмотрение месторождения как совокупности геологических блоков обеспечит более эффективную работу рудника. Научная новизна работы:

1. Выявлены новые особенности строения Коашвинского месторождения, осуществлено выделение различных типов рудных зон.

2. Установлены линейные и множественные зависимости между геологоразведочными параметрами в пределах выделенных рудных зон.

3. Выполнено разделение месторождения на геолого-структурные блоки различного строения, отображающие сложную структуру изменчивости месторождения.

4. Построена объемная компьютерная модель месторождения, позволяющая визуализировать размещение оруденения при разном бортовом содержании полезного компонента.

Практическая значимость работы.

• Выделены зоны и блоки, которые являются иерархическими уровнями строения месторождения.

• получены линейные зависимости между геолого-разведочными параметрами, что может быть использовано при геологоразведочных работах;

• при помощи математических методов уточнены особенности геологической эволюции месторождения.

Достоверность полученных результатов обосновывается представительным объемом проанализированной и обобщенной исходной информации, корректностью выполненных экспериментальных исследований по моделированию с применением методов вариационной статистики, факторного и кластерного анализа, профессионального геологического программного пакета "Micromine".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научных конференциях молодых учёных СПГГИ(ТУ) "Полезные ископаемые России и их освоение" (СПб, 1999, 2000, 2001 гг.), семинарах кафедры ГРМПИ СПГГИ(ТУ).

Личный вклад автора. Сформулированы цель и задачи исследований, разработан алгоритм проведения исследований, выполнен анализ полученных результатов исследований, выявлены новые закономерности строения Коашвы, создана объемная компьютерная модель месторождения.

Публикации: Основное содержание диссертационной работы изложено в 4 статьях.

Структура и объём работы. Диссертационная работа общим объёмом 139 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 71 источника, включает 38 рисунка и 16 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения", Яцунов, Дмитрий Николаевич

ВЫВОДЫ

Компьютерное моделирование позволяет визуально наблюдать месторождение в трехмерном пространстве, т.е. рассматривать рудоносный горизонт в разных ракурсах, перемещать и вращать его, для того, чтобы лучше увидеть геологические особенности месторождения и увязать границы рудоносного горизонта в толще вмещающих пород.

В этом исследовании не ставилась задача получения новых данных по геологии месторождения. Компьютерное моделирование кровли и подошвы рудоносного горизонта месторождения Коашва позволило получить лишь графическую интерпретацию параметров оруденения в виде объемной модели рудоносного горизонта.

130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации предлагается новое решение актуальной научной и прикладной задачи расшифровки структуры Коашвинского месторождения апатито-нефелиновых руд. В работе детально рассмотрены особенности геологического строения месторождения Коашва. Проведен анализ причин неоднозначной трактовки геологической информации, приводящих к потерям руды на ряде участков месторождения. Выполнен геологический анализ неоднородности строения месторождения и математическая обработка разведочных данных с целью выделения геологически однородных элементов строения месторождения. Для этого проведено сопоставление разрезов и обработаны математическими методами данные по 28 разведочным сечениям. Выделенные с помощью математических методов типы рудных зон оказались относительно однородными, позволяющими рассматривать их как самостоятельные объекты с определенными особенностями геологического строения.

Основные научные и практические результаты, полученные в процессе выполнения работы, заключаются в следующем.

1. В ходе работы были выявлены данные, подтверждающие и уточняющие гипотезу Е.А. Каменева об условиях становления месторождения Коашва. Согласно этой гипотезе первоначально единая рудная залежь была разобщена внедрившимися уртитами. Это усложнило морфологию рудных тел и привело к неоднозначной трактовке особенностей пространственного размещения промышленно значимого оруденения. Рудные тела были не только разобщены безрудными прослоями, взломаны, но и обогащены дополнительными порциями фосфатного материала, что привело к нарушению первоначальной структуры их строения. Было выявлено, что эти изменения неравнозначно проявились на разных участках месторождения.

2. Проведено выделение относительно однородных геолого-структурных блоков на площади месторождения.

3. В пределах рудных зон были выявлены линейные и множественные зависимости геологоразведочных параметров, что позволит более эффективно осуществлять разведку и качественную отработку рудных тел. Геологическая модель рудных зон и выявленные зависимости между геологоразведочными параметрами удовлетворительно учитывают сложную геологическую среду, различную степень пространственной неоднородности участков месторождения.

4. Осуществлено объемное компьютерное моделирование месторождения Коашва на основе данных геолого-разведочных работ, проведенных в 1961-2001 гг.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Яцунов, Дмитрий Николаевич, Санкт-Петербург

1. Апатитоносность щелочных массивов Кольского региона. Апатиты, КНЦАН СССР, 1991,92 с.

2. Арзамасцев A.A., Смирнов В.В. Перспективы апатитоносности комплекса ультраосновных фоидолитов Хибин: геолого-минералогические критерии. В кн: Геология и минералогия месторождений апатита Кольского п-ва. Апатиты, КФ АН СССР, 1987, с.23-29.

3. Арзамасцев A.A., Иванова Т.Н., Коробейников А.Н. Петрология ийолит-уртитов Хибин и закономерности размещения в них залежей апатита. М., Наука, 1987, 110 с.

4. Балаганская Е.Г. Многостадийные брекчии апатит-нефелиновых месторождений Хибин. В кн: Геология и минералогия месторождений апатита Кольского п-ва. Апатиты, КФАН СССР, 1987, с. 14-22.

5. Богацкий В.В. Математический анализ разведочной сети. М.: Госгеолтехиздат,1963. 212с.

6. Бородин JI.C. Основные особенности строения и состава жильных образований Хибинского массива (пегматитов) в связи с вопросами их генезиса и классификации. Труды ИМГРЭ, 1957, вып.1, с. 123-137.

7. Вещественный состав апатит-нефелиновых руд и вмещающих пород Хибинских месторождений. В кн: Нефелиновое сырье. М.,Наука,1978,с.44-9. (Б.Н.Мелентьев, Делицын JI.M. и др.).

8. Викентьев В.А., Карпенко И.А., Шумилин М.В. Экспертиза подсчета запасов рудных месторождений. М.: Недра. 1988. 198 с.

9. Вировлянский Г.М., Ноздря В.И. Изменение морфологии и строения массивных уртитов и апатитовых залежей Хибин с глубиной. ДАН СССР, 1984, т.279, N5, с.1168-1172.

10. Вировлянский Г.М.,Ноздря В.И. Строение интрузии массивных уртитов Хибин и прогноз апатитовых залежей на глубину. Изв.АН СССР,сер.геол., 1986,N 2,с.94-106.

11. Возраст и происхождение щелочных пород Хибинского массива (изотопия рубидия и стронция). ДАН СССР, 1981, т.260, с.1001-1004. (Когарко Л.Н., Крамм У., Грауерт Б., Петрова E.H.).

12. Галахов A.B. Петрохимия естественных рядов магматических пород и эволюция щелочной магмы Хибинского массива. В кн.: Геологическое строение, развитие и рудоносность Кольского п-ва. Апатиты, 1968, с.97-114.

13. Геология месторождений апатита, методика их прогнозирования и поисков. М.,Недра, 1980,267 с. (Под ред. A.C.Зверева и Р.М.Файзуллина).

14. Геолого-промышленная оценка месторождений апатита. М.,Недра,1985, 196с, (Под ред. А.С.Филько и др.).

15. Главнейшие черты структуры Хибинских месторождений и их поисковое значение. В кн.: Хибинские апатитовые месторождения.

16. М.,Недра, 1965, с.5-124. Авт.: Г.М.Вировлянский, Ю.Н.Благодетелева, Ф.М.Онохин, Н.Г.Карташов.

17. Давид М. Геостатические методы при оценке запасов руд. Л.: Недра, 1980,215 с.

18. Дудкин О.Б., Балаганская Е.Г., Арзамасцева Л.В. К проблеме формирования Хибинских месторождений апатита. В кн: Месторождения неметаллического сырья Хибинского п-ва. Апатиты, КФАН СССР, 1986, с.4-10.

19. Дудкин О.Б. Условия формирования щелочных массивов Кольского п-ва в связи с их апатитоносностью. В кн: Геология и минералогия месторождений апатита Кольского п-ва. Апатиты, КФАН СССР, 1987, с.4-8.

20. Дудкин О.Б., Поляков К.И. Прогнозирование поисков и обоснование комплексного использования апатитового сырья. В кн: Апатитоносность щелочных массивов Кольского региона. Апатиты, КНЦ АН СССР, 1991, с.74-82.

21. Дудкин О.Б., Скиба В.И. Источники вещества щелочных плутонов и возможные процессы образования богатых апатитом пород. В кн: Апатитоносность щелочных массивов Кольского региона. Апатиты, КНЦ АН СССР, 1991, с.67-74.

22. Иванова Т.Н. Апатитоносность Кольского п-ва. В кн.: Апатиты,М., 1968, с.59-85.

23. Иванова Т.Н. Итоги многолетнего изучения апатитовых месторождений Хибин и задачи дальнейших исследований. В кн.: Геологическое строение, развитие и рудоносность Кольского п-ва. Апатиты, 1968, с.85-96.

24. Иванова Т.Н. К вопросу о структуре апатито-нефелинового рудного поля Хибинского щелочного массива. В кн: Щелочные породы Кольского п-ва. Л., Наука, 1974, с.3-9.

25. Иванова Т.Н., Арзамасцев A.A., Кондратович И.И. Линзовидно-полосчатые породы ийолит-уртитовой интрузии Хибинского массива. -В кн: Щелочные породы Хибинского массива и их апатитоносность. Апатиты, КФАН СССР, 1978, с. 16-36.

26. Ийолит-уртитовый продуктивный комплекс северо-восточного сектора Хибин. Вестник ЛГУ, 1989, вып.2, с.37-44. (Серебрицкий А.И., Сергеев A.B. и др.).

27. Ийолит-уртиты Хибинского массива. Л., 1970, 180 с. Авт.: Т.Н. Иванова, О.Б.Дудкин, Л.В.Козырева, К.И. Полякова.

28. Каждан. А.Б., Гуськов О.И. Математические методы в геологии. М.: Недра, 1990. 251 с.

29. Казаковский Д.А. Оценка точности результатов в связи с геометризацией и подсчетом запасов. М.: Углетехиздат, 1948. 131 с.

30. Калинкин М.М. К прототектонике апатито-нефелиновых тел в Хибинах. -Зап.ЛГИ, 1967, вып.2, с.46-52.

31. Калинкин М.М. О тектонике Кукисвумчорр-Юкспорского и Расвумчоррского апатит-нефелиновых тел в Хибинах. Геология рудных месторождений, 1969, N3, с.64-72.

32. Калинкин М.М. О закономерностях размещения и условиях образования апатито-нефелиновых руд в юго-западном рудном поле Хибин. Изв. АН СССР, сер. reo л., 1971, N 10, с.98-113.

33. Калинкин М.М. Новые данные о глубинном строении продуктивного комплекса ийолит-уртитов в Хибинском массиве. Геология рудных м-ний,1976,Ы 5,с.15-25

34. Калинкин М.М. О глубинном апатитоносном горизонте в Хибинском массиве. Изв. вузов, геол. и разв. 1978,N 11 ,с. 112-117.

35. Каллистов П. Л. Изменчивость оруденения и плотность сети наблюдений при разведке и опробовании. Советская геология, 1956, с. 118-151.

36. Каменев Е.А. Особенности структуры Коашвинского апатитового месторождения. В кн.: Щелочные породы Кольского п-ва. М-Л.,1966, с.55-64.

37. Каменев Е.А. О позднем апатите Коашвинского месторождения. В кн.: Материалы по минералогии Кольского п-ва, вып,6. Л., 1968, с.265-268.

38. Каменев Е.А., Михеичев A.C. Коашвинское месторождение апатита в Хибинах. Разведка и охрана недр, 1970, N 10, с.7-11.4¡.Каменев Е.А. Геология и структура Коашвинского апатитового месторождения. Л.,Недра, 1975,128 с.

39. Каменев Е.А. Геология и структура Коашвинского апатитового месторождения. Л.,Недра, 1979, 128 с.

40. Каменев Е.А. Структурно-морфологическая классификация Хибинских апатитовых месторождений. В кн: Месторождения неметаллического сырья Кольского п-ва. Апатиты, КФАН СССР, 1986, с.22-27.

41. Каменев Е.А. Поиски, разведка и геолого-промышленная оценка апатитовых месторождений Хибинского типа. (Методические основы). Л.,Недра, 1987, 188с.

42. Капутин Ю.Е. Геостатистическое исследование месторождений полезных ископаемых. Петрозаводск, КФАН СССР, 1988, с 48.

43. Когарко Л.Н. Типоморфизм породообразующих минералов в связи с проблемой генезиса месторождений Хибин. В кн: Научные основы и практическое использование типоморфизма минералов. М.,Наука, 1980, с. 124-131.

44. Козырева Л.В. Особенности породообразующих минералов пород, вмещающих Коашвинское апатито-нефелиновое месторождение в Хибинах. В кн: Материалы по геологии и металлогении Кольского п-ва, вып.4. Апатиты, КФАН СССР, 1972, с. 151-157.

45. Комлев Л.В., Михалевская А.Д., Данилевич С.И. О возрасте щелочных интрузий Хибинских и Ловозерских тундр. ДАН СССР, 1961, т. 136, N 1, с.1722-174.

46. Кравченко С.М., Каменев Е.А. Минаков Ф.В. Способ определения глубины залегания скрытого апатитового оруденения. 1979, N 2638793/18-25(065027).

47. Крамбейн У., Грейбилл Ф. Статистические модели в геологии. М.: Мир. 1969. 397с.

48. Куличихин С.Н. К вопросу об ошибках оконтуривания в сб. Статистические методы геологических исследований. 1971. вып. 3. с. 32-43.

49. Матерон. Ж. Основы прикладной геостатистики. М.: Мир, 1968. 408 с.

50. Минаков Ф.В. Связь апатитовых месторождений с ийолит-уртитовой интрузией Хибинского массива. В кн.: Апатиты. М., Наука, 1968, с.85-90.

51. Перекрест И.И. К вопросу об условиях формирования и внутренней структуре рудной зоны Коашвинского апатито-нефелинового месторождения. В кн.: Промышленность горнохимического сырья и природных солей, вып.4. М.,1970, с.10-15.

52. Перекрест И.И., Смирнов В.В. Геологическая и структурная позиция апатитового месторождения Снежный цирк. В кн: Структурныйконтроль оруденения в магматических и метаморфических комплексах Кольского п-ва. Апатиты, КФАН СССР, 1985, с.3-13.

53. Поротов Г.С. Основы статистической обработки материалов разведки месторождений. Л., ЛГИ, 1985. 97 с.

54. Руденко Н.И. О некоторых приемах количественного прогноза в геологоразведочном деле. В кн. Теоретические основы разведки. Л., ЛГИ. 1973. с 36-52.

55. Смирнов Ф.Л. Роль фосфора и условия его концентрации в магматических горных породах. В кн.: Апатиты. М., 1968, с. 15-25.

56. Сняткова О.Л., Пронягин Н.И. Новые данные о структуре апатито-нефелиновых месторождений. Разв. и охрана недр, 1983, N 7, с.10-14.

57. Строение глубоких горизонтов месторождений апатито-нефелиновых руд юго-восточной части Хибинского массива. Разведка и охрана недр, 1986, N 7, с.15-19.

58. Хибинский щелочной массив. Л.,1972, 175 с. Авт.: С.И.Зак, Е.А.Каменев,Ф.В.Минаков и др.

59. Четвериков Л.И. Теоретические основы моделирования тел твердых полезных ископаемых. Воронеж, изд-во Воронеж, университета, 1968, 152 с.

60. Шарапов И.П. Применение математической статистики в геологии. М.: Недра, 1965. 260 с.

61. Шатагин H.H., Щеглов В.И. Моделирование месторождений и рудных тел. М. Недра. 1989. 150 с.

62. Шумилин М.В., Викентьев В.А. Подсчет запасов урановых месторождений. М.: Недра. 1982.

63. Шухман Л.Н. Верхняя контактная зона апатито-нефелиновых месторождений Хибин. В кн.: Вопросы геологии, минералогии и петрографии Хибинских тундр. М-Л., АН СССР, 1961, с.53-76.1.G