Моделирование рудных тел. Месторождение алмазов

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине Математические методы моделирования в геологии

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема: Моделирование рудных тел. Месторождение алмазов

Аннотация

Пояснительная записка представляет собой отчет о последовательности выполнении курсовой работы. В ней рассматриваются вопросы по первичной обработке наблюдений исследуемого объекта. При вычислении используются электронные таблицы Microsoft Excel и программа Micromine. Результаты представлены в табличной и графической форме. Проведен анализ результатов.

Страниц , таблиц, рисунков .

The Summary

explanatory note presents a report on the course paper. It deals with primary processing of the object under examination. The calculation is made basing on ungrouped data, on grouped data, the method of the least squares. The calculation is performed using Microsoft Excel application and program Micromine. The results are produced in the form of tables and figures. , tables , pictures .

Введение

Несмотря на то, что большинство объектов исследований геологических наук находится в буквальном смысле у нас под ногами, геологу крайне редко удается увидеть и изучить весь объект целиком. Именно недоступность большинства геологических образований и процессов для непосредственного наблюдения (как в пространстве, так и во времени), обуславливает необходимость применения математических методов в геологических науках.

В начале семестра получено задание на курсовую работу, включающее исходные данные, представляющих собой геологическое описание объекта, планы расположения геологоразведочных выработок, данные опробования по геологоразведочным выработкам: Кимберлитовая трубка разведана вертикальными скважинами по сети 120 на 60 м. По скважинам приводится краткое описание геологического разреза и данные опробования по секционным керновым пробам. Трубка перекрывается осадочными отложениями каменноугольного и четвертичного возраста мощностью 30-50 м. Каменноугольные отложения представлены урзугской (C₂ur), олмугской (C₂ol) и окуневской (C₂ok) свитами.

В данной курсовой работе необходимо:

) построить графическую модель месторождения, включающую геологические, погоризонтные планы, разрезы, рассчет средних содержаний полезного компонента по разведочным сечениям, построение изоконцентрат на геологических разрезах, структурные карты и т.п.;

) построить компьютерную модель месторождения, включающую создание базы данных, визуализацию данных в трехмерной компьютерной среде, построение каркасной модели;

Расчеты были произведены на персональном компьютере с использованием различных стандартных программных пакетов: MS Excel, MS Word, программного пакета Micromine.

На заключительном этапе необходимо, используя полученные количественные результаты, сделать выводы об особенностях изученного объекта, анализировать полученные количественные результаты и сделать соответствующие выводы.

месторождение скважина рудный кимберлитовый

1. 
Краткая характеристика алмазных месторождений

К настоящему времени алмазы найдены на всех континентах Земли, в том числе и в Антарктиде, где обнаружены осколки железного метеорита с алмазами. Возраст природных алмазов, согласно оценкам, насчитывает более 100 млн. лет.

Алмаз относится к числу важнейших и ценнейших полезных ископаемых. Все существенные месторождения алмазов генетически связаны со своеобразной ультраосновной формацией кимберлитов, проявляющейся только на тектонически активизированных участках древних платформ. К ним принадлежат алмазные месторождения Сибирской платформы в Якутии, Африканской платформы в Южной, Западной, Восточной Африке и бассейне Конго, Инлийской платформы в Голконде, Австралийской платформы в Новом Южном Уэльсе, на о. Калимантан и находки алмазов на Северо-Американской платформе в Канаде и США.

Формирование алмазоносных кимберлитов на докембрийских платформах связано с их оживлением в связи с протерозойскими (Южная Африка), позднепалеозойскими (Австралия и Сибирь) или раннемезозойскими (Сибирь, Африка, Калимантан и Северная Америка) тектоническими деформациями. На Сибирской платформе, например, намечены три этапа формирования кимберлитов: 1) ранний-средний карбон, 2) средний - поздний триас, 3) поздняя юра раним мел (В. Ковальский. К. Мокшанцев).

Рис. 1

Петрографически кимберлит представляет собой ультраосновную породу порфировой структуры. Алмазоносные трубки обычно выполнены эруптивной брекчией, сцементированной кимберлитом. Среди ксенолитов выделяются обломки двух типов: 1) чуждых пород (амфиболитов, гнейсов, кристаллических сланцев, песчаников, известняков, углей и др.), 2) родственных пород (оливнновых гипербазитов, кристаллических сланцев из группы эклогита и эйлизита).

В минеральном составе кимберлитов выделяются минералы самих кимберлитов (протомагматическне, а также основной и связующей массы), минералы ксенолитов родственных пород, минералы ксенолитов чуждых пород и вторичные минералообразовання автометаморфического. гидротермального и гипергенного характера (табл. 1).

Алмазы кимберлитовых трубок разнообразны по сортам, кристаллографическому облику, окраске и размерам. Помимо цельных кристаллов алмазов, встречаются их обломки. Включения алмазов находятся в оливине, диопсиде, гранате; с другой стороны, в самих алмазах отмечаются включения оливина, диопсида, граната. Все это свидетельствует об одновременном или близком по времени выделении как породообразующих минералов, так и алмазов. При поверхностном разрушении алмазоносных кимберлитовых трубок в элювиальных и аллювиальных шлихах складывается очень характерная ассоциация оливина, пиропа, пикроильменита и хромдиопсида, являющаяся отчетливым поисковым признаком алмазных месторождений.

На земном шаре выявлено 1600 кимберлитовых трубок, но не все они алмазоносны, трубок с промышленным содержанием алмазов 1-3%. Распределение алмазов внутри трубок более или менее равномерное с тенденцией снижения их количества с глубиной. Количество алмазоносных кимберлитов увеличивается по направлению от периферии к центру платформ. В многофазных кимберлитах алмазоносность нарастает к поздним фазам. Наиболее алмазоносные кимберлиты выделяются низким содержанием минералов титана, пониженным содержанием глинозема, калия и титана, повышенной хромистостыо пиропа и хромдиопсида (Н. Добрецов и др.).

Относительно генезиса алмазов в кимберлитах известны три главные точки зрения (по А. Вильямсу): 1) алмазы образовались в результате ассимиляции кимберлитовой магмой углеродсодержащнх пород. 2) алмазы захвачены кимберлитами вместе с эклогитами из глубоких частей земной оболочки. 3) алмазы выкристаллизовывались в самой кимберлитовой магме как ее естественные породообразующие минералы. Существуют мнения об образовании алмазов в кимберлитах в постмагматическую стадию в связи с пневматолитовыми и даже гидротермальными процессами (В.Лодочников, А. Боткунов), а также точка зрения об их фомировании из глубинных подкоровых флюидов (И. Некрасов, Н. Горбачев). Наиболее вероятно представление о формировании алмазов как естественных породообразующих минералов кимберлитов, в связи с чем рассматриваемые месторождения и относятся к раннемагматическим образованиям.

Схема генезиса алмазоносных кимберлитовых трубок может быть представлена в следующем виде. Судя по новейшим эксприментальным данным, кимберлитовая ультраосновная магма с парагенетически выделявшимися из нее такими минералами, как алмаз, оливин, ильменит, гранат и диопсид, могла зарождаться только в обстановке очень высокого давления на значительной глубине, возможно свыше 100 км, при устойчивом подтоке к местам кристаллизации алмазов углерода или его соединений.

Затем такая магма с некоторым количеством выделившихся в ней кристаллов поднималась вдоль разломов, находившихся в теле платформы и проникавших на большую глубину в период оживления тектонических деформаций. При этом могли создаваться кимберлитовые дайки. По достижении некоторого уровня давление газовой составляющей кимберлитовой магмы превосходило внешнее давление, происходил газовый прорыв слоистой оболочки платформы, с заполнением обломками и несущей их магмой образовашихся таким образом диатремовых трубоообразных полостей. В условиях Сибирской платформы такой прорыв кимберлитовым расплавом перекрывающих пород мог, по-видимому, начаться со значительной глубины, достигавшей 1 и даже 3-4 км.

Какое количество алмазов выпадало на глубине, в области зарождения кимберлитовой магмы, сколько их выделялось на путях ее длительного подъема в промежуточных очагах и происходила ли их кристаллизация в момент газового прорыва, когда давление могло достигнуть предельного значения, сказать пока невозможно.

Алмазоносные кимберлитовые трубки обычно находятся в одной провинции с массивами габбровых пород, содержащими ликвационные сульфидные месторождения. Однако среди обломков кимберлитов находятся материнские породы сульфидных месторождений. Это свидетельствует о более позднем внедрении кимберлитовой магмы из самостоятельных очагов, зарождавшихся, вероятно, значительно глубже очагов габбровой магмы (рис. 2).

Среди кимберлитовых трубок известны очень крупные с запасами алмазов в десятки миллионов карат. Из них в разное время получено от 50 до 90% мировой добычи алмазов. Среднее содержание алмазов в кимберлитах обычно не превышает 0,5 карата на 1 м⁸ породы.*

Рис. 2

2.  Методика создания графической модели

На основе выданной геологической документации и опробования разведочных скважин сперва была составлена схема расположения скважин в масштабе 1:1000. Опробование на данной территории проходило по четырем разведочным линиям, на каждой из которых по 5 скважин, рельеф почти горизонтальный со средними абсолютными отметками +100. (рис. 3)

Рис. 3. Схема расположения скважин.

Кимберлитовая трубка разведана 20 вертикальными скважинами по сети 120 на 60 м.

По результатам бурения было выявлено, что трубка перекрыта осадочными отложениями каменноугольного и четвертичного возраста мощностью более 30 м. Каменноугольные отложения представлены урзугской (C₂ur), олмугской (C₂ol) и окуневской (C₂ok) свитами. Трубка прорывает докембрийские породы (табл. 2).

Таблица 2

Характеристика докембрийских пород

Вторым пунктом работ было построение необходимых геологических разрезов по разведочным линиям и по линии скважин 18-8 (широтный) в масштабе 1:1000. На разрезах указаны линии стволов скважин, границы всех разновидностей пород, изоконцентраты, дневная поверхность.

Благодаря построенным разрезам на схеме расположения скважин провели предположительный контур кимберлитовой трубки.

По построенным изоконцентратам через каждые 40 метров, сравнив их с данными нам минимальным промышленным содержанием алмазов - 0,3 кар/т и бортовым содержанием - 0,1 кар/т можно сделать вывод, что оптимальным содержанием полезного компонента обладает скв. 13. Среднее значение по всей скважине составляет 1,15 кар/т, что при подсчете запасов объемной массы балансовых руд приблизительно равно 8т/м³, это значение является наибольшим, по отношению к другим скважинам.

3. 
Методика создания компьютерной модели

На данном этапе создается база данных в Excel. Она включает в себя координаты устьев скважин и общую глубину скважин, инклиометрию скважин, результаты опробования скважин и т. д.

Далее импортируем данные в среду Micromine, создаем проект. После проверки всех данных, создаем основную базу для моделирования (рис.5). Само моделирование и просмотр данных проводится в среде Визекс.

Рис. 5 . Заполнение формы «База данных скважин/борозд»

Далее, после полного заполнения Базы данных, проводится статистический анализ, в котором по построенным гистограммам и графикам необходимо определить наличие нескольких популяций (подвыборок) рудных элементов, естественные бортовые содержания и мин/макс содержания рудных элементов (рис. 6).

Рис. 6 Построение гистограммы

Следующим этапом, после оцифровки топоповерхности, рельефа и загрузки в Визекс форм «Траектории скважин/борозд» и «Штриховка скважин/борозд» (рис. 7 и 8)

Рис. 7. Траектории скважин/борозд

Рис. 8. Штриховки скважин/борозд

Загрузка топоповерхности осуществляется: Формы Визекса - Стринги.

Построение цифровой модели топоповерхности

Цифровая модель поверхностей (ЦМП), в отличает от сетки (грида), рассчитываемой с помощью математической функции, представляет собой цифровую модель созданную путем триангуляции между точками имеющими 3D координаты (рис. 9).

Рис. 9. Цифровая модель поверхности.

Расчет рудных интервалов (композитов) по кондициям

Меню: Скважины/борозды - Расчет композитов - По содержанию (рис. 10).

Рис. 10. Окно формы «Расчет композитов».

Далее проводится построение Каркаса (рис. 11).

Рис. 11. Каркас

Построение разрезов.

Для оконтуривания рудных тел, мы пользуемся инструментом разреза.

Разрезы, как и в графической части мы строим по разведочным линиям и по широтному разрезу (рис. 12).

Рис. 12. Разрезы

Завершающим этапом в программе Micromine считается построение каркасной модели, которая строится по созданным контурам рудных тел (рис. 13).

Рис. 13. Построение каркасной модели

При проверке каркаса ошибок обнаружено не было, это говорит о том, что он построен правильно и все концы закрыты.

Полная модель данного изображения выглядит так (рис. 14):

Рис. 14. Полная модель в среде Micromine Кимберлитовой трубки.

В результате подсчета объема будет получен файл-отчет с указанием общего объема каркасной модели (рис. 15).

Рис. 15. Расчет объема каркаса

Отчет по содержаниям и тоннажу (рис. 16).

Рис. 16. Отчет по содержаниям и тоннажу

4. 
Геологическая интерпретация полученных результатов

В результате проведенных вычислений в среде Micromine и с помощью построения графической модели, сравнивая их, мы получили одинаковые значения балансовых руд. По построенным изоконцентратам через каждые 40 метров, сравнив их с данными нам минимальным промышленным содержанием алмазов - 0,3 кар/т и бортовым содержанием - 0,1 кар/т можно сделать вывод, что оптимальным содержанием полезного компонента обладает скв. 13. Среднее значение по всей скважине составляет 1,15 кар/т, что при подсчете запасов объемной массы балансовых руд приблизительно равно 8т/м³, это значение является наибольшим, по отношению к другим скважинам. По статистическим данным асимметрия у данного рудного тела имеет правостороннее распределение.

Кимберлитовая трубка представлена крутопадающей овальной полостью, образуя трубообразное тело, имеет сечение приблизительно 300×400 м и глубину более 280 м. Объемное содержание равно: 38,52 т.

Заключение

В данной курсовой работе построили графическую модель месторождения, включающую геологические, погоризонтные планы, разрезы, рассчитали средние содержания полезного компонента по разведочным сечениям, построили изоконцентраты на геологических разрезах, структурные карты и т.п., построили компьютерную модель месторождения, включающую создание базы данных, визуализацию данных в трехмерной компьютерной среде, построили каркасную модель.

Список использованной литературы

1.       Кирьякова И.Н. Методические указания по выполнению курсовой работы «Математические методы моделирования в геологии» 2014.

2.      Поротов Г.С. «Математические методы моделирования в геологии» 2009.