Обоснование метода многомерной геометризации месторождений твердых полезных ископаемых для повышения достоверности их квалиметрической оценки

Комплексное использование запасов многокомпонентных полезных ископаемых, таких как колчеданно-полиметаллические, медно-молибденовые или золотоурановые месторождения, предполагает достоверную геометризацию типов и сортов руд в массиве с целью обоснования сортовой выемки руд и планирования рудопотоков с определенным качественным составом.

При геометризации месторождений многокомпонентных полезных ископаемых классическая геометрия недр, как метод математического отображения пространственного размещения отдельных показателей, приводит к ситуации, когда каждый показатель имеет свою геометрию, т. е. контуры рудных тел, построенные по разным показателям, не совпадают между собой, что снижает достоверность квалиметрической оценки источника георесурсов и уменьшает эффективность недропользования.

Поэтому разработка многомерной модели геометризации месторождений полезных ископаемых, обеспечивающей оконтуривание однородных участков месторождения сразу по всем показателям качества полезного ископаемого, исключая тем самым неоднозначность при построении границ, является весьма актуальной. Кроме того, модель многомерной геометризации должна обеспечивать наилучшую оценку средних значений параметров рудных тел (содержаний всего комплекса компонентов, мощности и т. д.), причем не только на однородных участках, но и для любого оцениваемого блока месторождения.

Целью настоящей работы является обоснование метода многомерной геометризации месторождений твердых полезных ископаемых для повышения надежности и достоверности их квалиметрической оценки и комплексного использования запасов многокомпонентных полезных ископаемых.

Идея работы заключается в построении вероятностно-статистической модели месторождения с использованием аппарата многомерной математической статистики для разбиения и агрегирования совокупностей наблюдений одновременно по всему комплексу показателей качества руд.

Данная модель подробно описана в главе 1, причем геологические признаки и показатели качества руд рассматриваются как случайные величины, а не как пространственные переменные, что отличает вероятностную модель от получившей широкое распространение геостатистической модели Криге и Матерона. На этой основе дается определение многомерной геометризации как процедуры разграничения совокупности наблюдений на однородные в смысле критерия Родионова группы с последующим анализом пространственного размещения полученных однородных участков. Данные однородные участки представляют собой области стабильного поведения всего комплекса показателей, разделение которых на более дробные области с помощью изолиний или любым другим методом не имеет смысла. С другой стороны, пространственно разобщенные участки, входящие в одну группу и имеющие схожие свойства, могут быть объединены (агрегированы), что создает основу для типизации руд и прослеживания их качественных показателей в пространстве.

Однако практическая реализация метода многомерной геометризации месторождений полезных ископаемых вскрыла и ряд недостатков разработанной ранее процедуры разграничения. Оказалось, что статистический критерий для проверки гипотезы об однородности, построенный с помощью метода максимального правдоподобия, обладает в условиях большого числа наблюдений избыточной чувствительностью. Поэтому в главе 2 дается новое агрегированное решение задачи разграничения, которое не только эффективно устраняет локальные флуктуации в поведении комплекса показателей, но и значительно улучшает регулярность получаемого многомерного изображения.

В главе 3 на примере Орловского колчеданно-полиметаллического месторождения показано, что полученные в результате разграничения и агрегирования однородные группы наблюдений, характеризующиеся устойчивыми средними значениями содержаний и других показателей качества, являются природными типами руд. Это доказывается хорошей сходимостью результатов многомерной геометризации и данных геолого-технологического и минералогического картирования отдельных участков целого ряда рудных объектов. Поэтому многомерная геометризация месторождения по типам руд в массиве создает объективную основу для оценки любого заданного блока путем прослеживания выделенных на месторождении типов руд в его пределах. При этом доказывается, что любой иной подход к оценке средних значений показателей внутри оцениваемого блока, включая и геостатистический, приводит к систематической ошибке.

В главе 4 на примере новых типов серебряного и золотоуранового оруденения Якутии дается определение многокомпонентного месторождения как сложного неоднородного геологического объекта, образованного рудами различных природных типов, обладающих устойчивыми средними значениями геологических показателей в силу единства условий образования, приведших к формированию того или иного природного типа руд. При этом наилучшая оценка средних значений показателей качества оцениваемых блоков достигается прослеживанием выделенных природных типов руд в пространстве месторождения, что становится возможным при помощи агрегированного решения задачи разграничения.

Таким образом, научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:

— многомерная геометризация месторождений полезных ископаемых впервые рассматривается в рамках нового научного направления — квалиметрии недр и призвана путем повышения надежности и достоверности оконтуривания природных типов руд в недрах создать условия для их добычи в режимах, обеспечивающих подачу на обогатительную фабрику стабильных по качественным показателям рудопотоков. впервые разработана вероятностно-статистическая модель геометризации месторождений полезных ископаемых, позволяющая воспользоваться для построения внешних и внутренних границ месторождений математико-статистическим аппаратом разграничения совокупностей наблюдений по комплексу признаков, что обеспечивает математическую точность и геологическую достоверность квалиметрических оценок недропользования.

— задача разграничения по комплексу признаков, лежащая в основе многомерной геометризации, впервые рассматривается не только как математико-статистическая (с точки зрения построения критерия для проверки нулевой гипотезы), но и как оптимизационная, основанная на рассмотрении функции правдоподобия в условиях альтернативной гипотезы и поиске ее максимума. В итоге найдено новое агрегированное решение задачи разграничения, позволяющее перейти к прослеживанию показателей качества руд в пространстве.

— результаты многомерной геометризации рассматриваются в комплексе с данными геолого-технологического и минералогического картирования отдельных участков месторождений полезных ископаемых с целью построения информационной модели месторождения, лежащей в основе управления качеством недропользования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются представленным объемом геолого-статистической информации по рудным месторождениямстрогим логико-математическим подходом к построению моделей и получению выводовхорошей сходимостью результатов разграничения и данных детального минералого-технологического картированияположительной апробацией полученных результатов на ряде рудных месторождений.

Научное значение работы заключается в разработке метода многомерной геометризации месторождений полезных ископаемых для оконтуривания природных типов руд в массиве и повышения достоверности квалиметрической оценки качества источника недропользования.

Практическое значение работы состоит в разработке методики многомерной геометризации, включающей комплекс алгоритмов и программ.

AGATA для платформы Intel, позволяющий выполнять разграничение и прослеживание природных типов руд в оцениваемых блоках месторождения для их посортовой выемки и планирования рудопотоков определенного качественного состава.

Методика многомерной геометризации принята к использованию для оконтуривания и оценки запасов месторождений твердых полезных ископаемых ЗАО «Эльконский ГМК» (Республика Саха, Якутия), ИГА и БМ ЯНЦ СО РАН (Республика Саха, Якутия), ФГУП «ИМГРЭ» (Москва), фирмами DMT GmbH & Co. KG (Эссен, Германия), RAK Geoengineering Ltd. (ОАЭ).

Основные результаты исследований докладывались и получили одобрение на научных симпозиумах «Неделя горняка» (МГГУ, 2009;2012 г. г.), коллоквиуме по альтернативной геостатистике (сентябрь 2009, Эссен, Германия), Съезде Союза маркшейдеров России (октябрь 2009, Москва), семинарах кафедры МДиГ МГГУ (2008 — 2012 г. г.).

По результатам диссертации опубликовано 6 научных работ [42, 62−66].

Первые десять лет своей научной деятельности автор работал под руководством одного из основоположников советской школы математической геологии, профессора Дмитрия Алексеевича Родионова.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору Валентине Владимировне Руденко, создателю нового научного направления — квалиметрии недр.

В процессе работы над диссертацией автор пользовался ценными советами и помощью профессоров В. Н. Попова, Д. В. Яковлева, М. А. Иофиса, Е. В. Кузьмина, A.C. Вознесенского, член.-корр. РАН профессора В. И. Величкина, доктора геолого-минералогических наук A.B. Костина, кандидата геолого-минералогических наук И. В. Ведяевой, а также зарубежных коллегпрофессоров Я. Харффа, X. Бока, Г. Рафата, докторов П. Альтхауза, Б. Домбровского, Ш. Петерса (Германия), профессора Д. Криге (ЮАР), доктора Дж. Грейса (США). Всем им автор выражает глубокую благодарность.

Выводы.

1. Показано, что в надинтрузивной зоне системы Реп-Юрюинских плутонов развито обширное поле Fe-оксидных брекчий, первоначально выявленное средствами GIS как поле окисленных сульфидизированных пород.

2. По результатам рентгенофлуоресцентного анализа в Реп-Юрюинском рудном поле Тарынского рудно-россыпного узла установлена природная Au-U-Pt-Cu аномалия, которая может служить основанием для прогнозирования нового геолого-промышленного типа оруденения северо-востока России.

3. По классификации месторождений IOCG-типа [60] обнаруженная геохимическая аномалия связана с Fe-оксиднымиAu-U-Pt-Cu (±Hg±Co±Ni±Mo±W) брекчиями, приуроченными к кровле щелочныхизвестково-щелочных гранитоидных плутонов, что соответствует подтипу месторождений «Olympic Dam» (Австралия).

Заключение

.

Диссертационная работа представляет собой законченную научную работу, в которой дано решение актуальной научной задачи обоснования метода многомерной геометризации месторождений твердых полезных ископаемых для повышения достоверности их квалиметрической оценки.

Основные научные результаты, практические выводы и рекомендации, полученные автором:

1. Анализ материалов предыдущих исследований и литературных источников показал, что методов классической геометризации месторождений полезных ископаемых уже не достаточно для выполнения требований, предъявляемых квалиметрией недр к точности и достоверности оценок качества недропользования. Разработанная модель многомерной геометризации обеспечивает построение внешних и внутренних контуров рудных тел сразу по всему комплексу показателей качества, исключая тем самым конфликт границ и систематическую ошибку при определении параметров оцениваемых блоков.

2. Материалы минералого-технологического картирования участков Орловского и других месторождений свидетельствуют о том, что однородные совокупности, построенные методом многомерной геометризации по данным опробования керна скважин, в целом соответствуют природным типам руд. При этом многомерная геометризация не только уточняет положение границ типов руд в массиве и значительно упрощает их поиск (поскольку детальное минералого-технологическое картирование весьма трудоемко и не всегда возможно), но и позволяет рассчитать количественные характеристики (средние содержания) для полученных типов руд, что обеспечивает управление качеством рудопотоков при посортовой отработке рудных тел.

3. Во всех случаях, когда число компонентов больше одного, а оценка их средних содержаний в блоках производится раздельно (в том числе и геостатистическими методами), возникает систематическая ошибка, обусловленная тем, что пространство месторождения не однородно, а сложено рудами различных типов. Для правильной оценки блока прежде необходима многомерная геометризация месторождения по типам руд с их последующим прослеживанием внутри оцениваемого блока. Для решения этой задачи было разработано новое агрегированное решение статистической задачи разграничения, которое приводится впервые.

4. Разработанная методика многомерной геометризации реализована в виде комплекса программ AGATA для платформы Intel и принята к использованию в целом ряде научных и производственных организаций для выделения и оконтуривания природных типов руд в массиве с целью управления качеством полезного ископаемого. В дальнейшем предполагается интегрировать эту методику в ГИС-системы для создания компьютерной технологии многомерной геометризации и квалиметрической оценки месторождений полезных ископаемых.