Подготовка и проверка исходных данных
Подготовка исходных данных заключается в создании базы данных, состоящей из нескольких банков данных. Ниже все примеры приведены при разведке месторождений скважинами, хотя принципиально не отличается работа с данными при разведке горными выработками.
Первый банк данных включает координаты устьев разведочных выработок (табл.1). В нем содержатся номера скважин, координаты их устьев X, У, Z, глубина скважин. Эти данные часто дополняются другими необязательными сведениями: начальный зенитный угол скважины, рудная или безрудная скважина, год окончания бурения и др.
Количество разведочных скважин на месторождениях часто измеряется сотнями, а иногда и тысячами. Номера скважин не обязательно обозначены цифрами. Часто применяются сочетания букв и цифр. Например, скважина 20а или СГП-3.
Таблица 1
Пример реестра разведочных скважин
| Номера порядковые | Номера скважин | Координаты устьев | Глубина скважин | ||
| Х | У | Z | |||
| 1911,2 | 863,0 | 290,6 | 613,0 | ||
| 1577,6 | 794,2 | 279,4 | 383,7 | ||
| 1752,3 | 713,4 | 282,8 | 421,4 |
Напомним, что координата Х в топографии направлена на север, координата У – на восток, координата Z в нашей стране измеряется от уровня мирового океана. Координата Z растет вверх, а с глубиной уменьшается. В некоторых странах, в том числе и в пакете Micromine принято, что координата Z растет с глубиной.
Второй банк данных – это замеры искривлений скважин, которые проводятся гироскопическими инклинометрами регулярно через 20-50м (табл.2). В скважинах указывается глубина замера искривления, азимутальный и зенитный углы в пунктах замера.
|
|
|
Напомним, что азимут отсчитывается по часовой стрелке от направления на север (от оси Х). Зенитный угол – это угол между вертикалью и осью скважины. Дополнением к зенитному углу до 1800 служит угол наклона скважины - угол между горизонтальной плоскостью и осью скважины. Отметим, что при малом зенитном угле (приблизительно до 10) азимутальный угол инклинометром измеряется с большой погрешностью. В практике бурения скважин вместо понятия глубина часто применяют название протяженность, тогда как глубина – это расстояние любой точки скважины от поверхности.
Таблица 2
Пример замеров искривлений скважин
| №№ пп | Номера скважин | Глубина замера, м | Азимутальный угол, град | Зенитный угол, град. |
| - | 0.00` | |||
| 0.30` | ||||
| 1.25` | ||||
| 2.00` | ||||
| 2.45` | ||||
| 3.45` |
Таблица 3
Пример банка рядовых проб
| № | Скв | Интервал | Индекс (сорт) | Состав руды | ||||
| от | до | длина | Cu | Zn | S | |||
| 19.5 | 22.0 | 2.5 | ц | 0.36 | 3.48 | 36.55 | ||
| 22.0 | 23.8 | 1.8 | мц | 1.34 | 2.16 | 38.43 | ||
| 23.8 | 26.0 | 2.2 | мц | 1.45 | 3.11 | 35.17 | ||
| 26.0 | 29.3 | 3.3 | м | 2.14 | 0.88 | 28.66 | ||
| 29.3 | 32.9 | 4.5 | м | 2.09 | 0.65 | 19.78 | ||
| 36.1 | 39.3 | 3.2 | ц | 0.45 | 5.16 | 35.87 | ||
| 39.3 | 42.2 | 2.9 | мц | 1.54 | 4.14 | 40.21 | ||
Третий важный банк – банк опробования, который содержит анализы состава или качества руды. Могут быть данные химического, минералогического, технического и других видов анализа. В банке опробования указывают скважину, интервал опробования и результаты опробования (табл.3). Количество проб на месторождениях нередко составляет тысячи, а иногда и десятки тысяч. В каждой пробе может быть определено от одного до двух десятков компонентов, иногда и больше. Во многих случаях банк дополняется другими сведениями (тип или сорт руды, плотность руды, метропроцент и другие свойства).
|
|
|
Если необходимо отразить на геологических разрезах или картах вмещающие породы, то необходим еще один банк геологической документации (табл.4). Для создания банка необходимо присвоить каждой горной породе, в том числе и руде, индекс (выполнить формализацию типов горных пород и руд). Для руд это может быть природный тип или промышленный сорт. Индекс может быть буквенный, числовой и смешанный. В банке геологической документации отмечаются начало и конец каждого интервала и его длина по скважине. В таком банке могут быть дополнительные необязательные сведения в виде примечаний, отражающих какие-то особенности горных пород.
|
|
|
Банки данных вначале создают по результатам полевых или лабораторных работ, как правило, на бумажной основе. Потом их переносят на машинные носители (компакт-диски, память компьютеров и др.). Оператор, который переносит данные на компьютер, не машина, а человек, который иногда ошибается. Поэтому данные на машинных носителях требуют обязательной проверки, которая может выполняться различными способами.
Одна из распространенных ошибок – неверный набор порядка числа (пропущена или неверно поставлена запятая, разделяющая целую и дробную часть числа, поставлена точка вместо запятой или запятая вместо точки и др.). Могут быть ошибки и в первичных исходных данных.
Таблица 4
Пример банка геологической документации
| № пп | Сква жина | Интервал | Индекс | Примечание | ||
| от | до | длина | ||||
| 0.0 | 5.6 | 5.6 | пг | Песчано-глинистые отложения | ||
| 5.6 | 14.2 | 8.6 | изв | Известняк серый массивный | ||
| 14.2 | 19.5 | 5.3 | ск | Скарн пироксен-гранатовый | ||
| 19.5 | 32.9 | 13.4 | руда | Магнетитовая руда | ||
| 32.9 | 37.6 | 4.7 | ск | Скарн пироксен-гранатовый | ||
| 37.6 | 37.9 | 0.3 | рн | Разрывное нарушение | ||
| 37.6 | 45.0 | 11.4 | изв | Известняк белый массивный | ||
| 45.0 | 50.1 | 5.1 | гр | Гранит серый |
|
|
|
Обычно распечатывают набранные данные и сверяют их с первоисточником, выявляя расхождения. Некоторые виды проверок можно выполнить на компьютере. Можно задать область существования исходных данных (например, содержание полезного компонента не может превышать 100%, азимут не может превышать 3600 и т.д.). Если данные выходят за область существования, то компьютер сообщит об ошибке. В банках рядовых проб и геологической документации (см. табл. 3,4) можно проверить начало, конец интервала и его длину. Они должны соответствовать друг другу. Выявленные ошибки исправляют.
Для построения рудных тел создается банк рудных пересечений. Рудное пересечение – это отрезок от точки входа до точки выхода скважины из рудного тела. В каждом рудном пересечении (или в пересечении промышленного сорта руды) по данным анализа проб рассчитывают средний состав руды по одной из двух формул:
или 
(11)
где m – длина проб, С – состав проб, r - плотность руды. Первая формула применяется, когда плотность руды зависит от ее состава, иначе применяется вторая формула. В результате подобных расчетов создается банк рудных пересечений (табл. 5).
Созданные банки исходных данных подвергают преобразованию, переводя все данные на координатную основу. Кроме того, исходные и преобразованные данные анализируют статистическими методами для получения статистических характеристик и выделения однородных совокупностей.
Таблица 5
Пример банка рудных пересечений
| № | Номер скважины | Интервал | Сорт | Содержание | ||||
| от | до | длина | Cu | Zn | S | |||
| 38,4 | 40,2 | 1,8 | Ц | 0,22 | 6,43 | 32,15 | ||
| 40,2 | 43,6 | 3,4 | МЦ | 1,87 | 4,35 | 33,48 | ||
| 43,6 | 45,8 | 2,2 | М | 1,96 | 0,87 | 32,16 | ||
| 45.8 | 48,4 | 3,6 | МВ | 1,25 | 0,23 | 18,14 | ||
| Рудное пересечение | 38,4 | 48,4 | 10,0 | Р | 1,56 | 2,91 | 30,78 |
В пакетах прикладных программ по моделированию месторождений обычно пересчитывают все результаты опробования (см. табл.3), включая данные опробования вмещающих пород, на пробы одинаковой длины, например, 2 или 3 метра. Эту операцию одни авторы называют компонирование [1], другие – композиция, третьи – группировка проб. Она некорректна с геологической точки зрения, так как игнорирует различия в типах и сортах руд. Но при большом количестве проб данная операция не оказывает существенного влияния на результаты моделирования. При дальнейшей обработке используют центры усредненных компонированных проб.
В операции компонирования есть тонкость, которая, по-видимому, не учитывается в пакетах прикладных программ. Если имеется зависимость между составом руды С и ее плотностью d, то среднее содержание компонента в компонированной пробе C ср нужно определять по формуле (11) с учетом плотности руды, иначе содержание компонента при объединении проб, следовательно, и его запасы будут занижены на несколько процентов. Чем контрастнее состав руды, тем больше эта ошибка, которая может достигать 3-5%.
В банках исходных данных координаты имеются только в реестре скважин (см. табл.1). Необходимо найти координаты всех геологических границ и координаты центров компонированных проб. Если скважины искривлены, то вначале требуется рассчитать координаты ствола скважин в пунктах измерения искривлений. В вертикальных скважины глубиной до 300 м искривления незначительны и ими обычно пренебрегают.
Имея банк координат устьев скважин (см. табл.1) и замеры искривлений в скважинах (см. табл.2), рассчитывают координаты всех пунктов, где произведены измерения искривлений. Расчет ведется от устья скважины. Берется первый отрезок между замерами искривлений, длина его d известна, имеются также замеры зенитных g и азимутальных a углов на концах отрезка. Вначале находят вертикальную dz и горизонтальную dху проекции отрезка:
dz = d cos[(g1 +g2)/2]; dху = d sin[(g1 +g2)/2]; (12)
Здесь (g1 +g2)/2 – полусумма зенитных углов на концах отрезка. Далее вычисляются горизонтальные проекции dx и dу по полусумме азимутов на концах отрезка:
dx = dxу sin[(a1 + a2)/2]; dу = dxу cos[(a1 + a2)/2]; (13)
Проекции отрезков суммируют с координатами устья скважин, получают координаты конца отрезка, т.е. координаты пункта искривления. Подобные операции повторяют для каждого отрезка, в результате определяют координаты всех пунктов измерений искривлений последовательно, начиная с устья скважин:
Хi+1 = Xi + dx; Уi+1 = Уi + dу; Zi+1 = Zi – dz; (14)
Обращает на себя внимание, что приращение dz берется с минусом, так как в России отсчет координаты Z ведется снизу вверх от уровня мирового океана. При работе с пакетом Micromine отсчет координаты Z ведется сверху вниз от уровня мирового океана. Некоторая сложность в расчетах возникает, если азимуты на концах отрезка переходят через 360о, что можно учесть введением отрицательного азимута, если он менее 360о. Если замеры искривлений не доведены до забоя скважины, то оставшаяся часть скважины принимается прямолинейной с последним измеренным зенитным и азимутальным углом.
В результате расчетов получается банк координат искривленных скважин (табл. 6), который позволяет построить показать положение скважин в пространстве на горизонтальной проекции (рис.1) и в любом геологическом разрезе.
Таблица 6
Пример банка координат пунктов искривлений
| № | Скв | Глубина | Координаты | ||
| Х | У | Z | |||
| 0.0 | 1543.7 | 894.2 | 245.1 | ||
| 50.0 | 1544.3 | 895.1 | 195.2 | ||
| 100.0 | 1545.6 | 896.4 | 145.4 | ||
| 150.0 | 1547.2 | 898.2 | 96.5 | ||
| 200.0 | 1549.9 | 900.7 | 48.6 | ||
| 250.0 | 1551.3 | 903.3 | -1.8 | ||
| 300.0 | 1551.2 | 905.0 | -49.3 |
Имея координаты ствола скважины, можно рассчитать в ней координаты любой геологической границы, а также координаты центров компонированных проб, путем линейной интерполяции данных таблицы 6. Для интерполяции достаточно знать глубину пересечения границы в скважине.
Пусть имеются координаты скважины на глубине 150 м: X1 = 1254,2 м, У1 =754,6 м, Z1 = 247,4 м и на глубине 200 м: X2 = 1256,4 м, У2 = 752,8 м, Z2 = 198,6 м. Требуется определить координаты геологической границы на глубине 183 м.
Ответ получаем по формуле линейной интерполяции (путем составления и решения пропорции):
X = 1254,2 + (1256,4 – 1254,2)(183 – 150)/(200 – 150) = 1255,4 м
У = 754,6 + (754,6 – 752,8)(183 – 150)/(200 – 150) = 753,4 м
Z = 247,4 – (247,4 – 198,6)(183 –150)/(200-150) = 215,8 м
Рис.7. Проекции искривленных скважин на горизонтальную плоскость
в северной части апатитового месторождения Коашва (Хибины)
Таблица 7
Пример банка координат геологических границ
| № | Скв | Координаты | Индекс | ||
| Х | У | Z | |||
| 2154.3 | 1457.8 | 236.9 | ПГ | ||
| 2156.2 | 1458.0 | 232.7 | ИЗ | ||
| 2163.5 | 1462.1 | 200.6 | АРГ | ||
| 2165.7 | 1463.5 | 197.6 | Р | ||
| 2168.8 | 1471.4 | 148.9 | ГР | ||
| 23а | 1547.8 | 2175.5 | 233.3 | ПГ | |
| 23а | 1547.2 | 2176.1 | 230.8 | ПОРФ | |
| 23а | 1545.7 | 2187.3 | 208.1 | ИЗ |
В результате получаем банк координат геологических границ (табл. 7). Точно так же можно рассчитать координаты границ рудных пересечений (из данных таблицы 5) и координаты границ отдельных проб или центров компонированных проб.
Расчет координат геологических границ и центров компонированных проб обычно предусмотрен пакетами прикладных программ. По координатам геологических проб можно строить геологические разрезы и объемные изображения геологических тел, в том числе и рудных тел.
Практика показала, что построение геологических разрезов иногда сопряжено с трудностями, обусловленными большим искривлением скважин. При разведке месторождений глубокими скважинами (более 500-1000 м), они самопроизвольно искривляются и не лежат в плоскости геологических разрезов. Достаточно взглянуть на рис. 7, где глубина скважин достигает 1500 м и более. В пакетах прикладных программ не предусмотрены точные методы построения геологических разрезов по искривленным скважинам. Эту задачу в пакетах решают приближенным методом. На геологический разрез проектируют по нормали к нему все близлежащие скважины, удаленные на небольшое расстояние (10-20 м) и по ним строят приближенный геологический разрез. Глубокие скважины обычно отклоняются от точки заложения (от устья) по вертикали на 100-150 м и оказываются вне плоскости геологического разреза. Так, на рис.10 нельзя построить ни одного плоского геологического разреза, потому что все скважины искривлены в разные стороны. Точное решение задачи заключается в построении геологических границ путем интерполяции их координат, определенных в скважинах. Интерполяция геологических границ требует специальных методов, таких как кригинг, метод наименьшей кривизны, метод обратных расстояний и других менее известных методов. Один из возможных вариантов построения геологических границ по искривленным скважинам предложен автором [2]. Он заключается в задании вертикальных псевдоскважин по правильной геометрической сети. В каждой псевдоскважине рассчитывают координаты геологических границ путем интерполяции их координат в фактических скважинах (см. табл. 7). Для интерполяции используют упомянутые выше методы. По псевдоскважинам можно построить достаточно точный геологический разрез.
Статистическая обработка заключается в вычислении статистических характеристик (средних значений, дисперсий и др.), в построении гистограмм, в установлении и анализе связей между различными свойствами.
Гистограмма позволяет оценить степень однородности исходных данных, классифицировать их, выявить аномальные значения (ураганные пробы), иногда обнаружить ошибки в исходных данных, если значения свойств на гистограмме выходят за пределы области их существования. Для выделения однородных совокупностей и тем самым классификации объектов (проб и других количественных свойств) используют также факторный и кластерный анализы, с которыми студенты знакомятся в предыдущих математических дисциплинах.
Например, на гистограмме железа, построенной по нескольким тысячам проб на Качарском железорудном месторождении, выделяются два максимума частот, что свидетельствует о неоднородности исходных данных (рис.8).
Один из максимумов (в диапазоне 45-70%) соответствует богатым рудам, образованных метасоматическим путем по известнякам и ангидритам. Другой максимум (в диапазоне 0-45%) включает в себя бедные (рядовые) руды, образованные по песчаникам и вулканическим туфам, а также прослои пустых или оруденелых пород внутри рудного тела. Для геостатистических исследований необходимо разделить руды на природные типы, которые различаются по остаточным минералам руды (кальцит, ангидрит или альбит и скаполит). Каждый тип руды должен быть подвергнут отдельному геостатистическому анализу. Также раздельно исследуются вариограммы в рудных телах, разделенных крупными разрывными нарушениями, особенно, если они нарушают целостность рудного тела.
 
Рис.8. Гистограмма содержаний железа в рудах Качарского месторождения
|
Рис.9. Распределение содержаний железа по скважине 144,
Внизу шкала глубин расположения проб в метрах.
Рис. 10. Распределение содержаний серы по той же скважине.
Другой способ выявления однородных совокупностей заключается в графическом анализе пространственного размещения изучаемых переменных. Например, в распределении железа и серы по мощности одного из рудных тел на Качарском месторождении выделяются области, различные по своим характеристикам (рис.9,10).
Содержания железа до глубины 351,6 м испытывают сравнительно небольшие колебания около 35% (рядовые руды). Начиная с глубины 351,6 распределение содержаний железа резко меняется – появляется большой разброс содержаний (большая дисперсия), средний уровень содержаний близок к 45% (богатые руды).
 |
Рис.11. Геологический разрез по линии 43 Качарского месторождения.
1 – мезозойско-кайнозойские отложения, 2 – известняки, 3 – вулканические
туфы, 4 – пироксен-скаполитовые скарны, 5 – рядовая магнетитовая руда,
6 – богатая магнетитовая руда, 7 – богатая пирит-магнетитовая руда.
Пунктиром показано разрывное нарушение.
Еще более резкое различие наблюдается в поведении содержаний серы по этой же скважине. До глубины 417,6 м содержание серы низкое – десятые доли процента до полного ее отсутствия. Глубже 417,6 м содержание серы резко возрастает до нескольких процентов, т.е. на два порядка, и испытывает сильные колебания. Аналогичная картина наблюдается и в других скважинах, пересекающих это рудное тело. Поэтому на геологическом разрезе выделены три типа руд: рядовые магнетитовые, богатые магнетитовые и богатые пирит-магнетитовые руды (рис.11).
Следует отметить, что перед построением графиков, подобных рис.9 и 10, проводился пересчет содержаний по пробам на пробы одинаковой длины по 3 метра. Такая операция называется композиция, компонирование, усреднение проб и т.д. Эта операция входит почти во все пакеты по моделированию месторождений, в том числе и в пакет Micromine.
Неоднородное строение рудного тела требует раздельного геостатистического анализа каждой из его частей.
На построение вариограммы и на геостатистические методы исследования заметно влияют ураганные пробы с резко выдающимися содержаниями. Их выявляют различными способами, например, с помощью правила “трех сигм” и исключают из рассмотрения, либо заменяют их повышенными, но не ураганными пробами
Дата добавления: 2016-01-06; просмотров: 42; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!