Кейс №5
Введение
В Казахстане для профессий связанных с геофизическим моделированием доступен продукт Voxi от Seequent и пакет Geosoft Oasis Montaj. Это значит, что геологическое и геофизическое моделирование стало возможным, обеспечивая точные решения для инженеров и геологов.
В последние десятилетия трехмерное геофизическое моделирование приобретает все большее значение для геологоразведочных работ по всему миру.
Возможность конвертировать поверхностные геофизические данные непосредственно в трехмерные модели физических свойств пород, которые могут быть интегрированы с другой геологической информацией, позволяет исследователям извлекать значительно больше информации из геофизических данных
Ниже в статье рассмотрен пример использования продукта Voxi от компании Seequent для уточнения геолого-геофизической модели месторождения и выделения новых перспективных объектов.
В последние десятилетия трехмерное геофизическое моделирование приобретает все большее значение для геологоразведочных работ по всему миру.
Возможность конвертировать поверхностные геофизические данные непосредственно в трехмерные модели физических свойств пород, которые могут быть интегрированы с другой геологической информацией, позволяет исследователям извлекать значительно больше информации из геофизических данных
Ниже в статье рассмотрен пример использования продукта Voxi от компании Seequent для уточнения геолого-геофизической модели месторождения и выделения новых перспективных объектов.
Схема размещения месторождений Атасуйского рудного района (на основе геологической карты Казахской ССР м-ба 1:500 000, «Аэрогеология», 1981 г.)
Месторождение ВосточныйЖайремрасположено в пределах Атасуйского рудного района (рис. 1). Над месторождением в сводовой части Жайремской брахиантиклинальной структуры в 2016 г. компанией ТОО «Геокен» были выполнены гравиметрическая и магнитометрическая съемки.
Всего было отработано 56 погонных км гравиметрической съемки (1223 станции) в масштабе 1:10 000 (межпрофильное расстояние 100 м) [1, 2]. В 2020 г. по участку Восточный Жайрем, содержащему промышленное рудное месторождение была построена трехмерная литологическая модель в формате Leapfrog [3], с привлечением известных ретроспективных данных о плотностных свойствах вмещающих пород и руд.
Трехмерная литологическая модель месторождения в формате Leapfrog [3]
Моделирование и интерпретация геофизических данных
производилась специалистами консалтинговой компании Promiseland Exploration, Ltd. На основе этих данных была построена трехмерная плотностная модель, которая в дальнейшем была использована как референтная для высокоточной фокусированной трехмерной инверсии гравиметрических данных с использованием программы VOXI, реализованной в оболочке Geosoft Oasis Montaj (продукты Seequent).
Магнитометрические данные также были проинвертированы с использованием программы VOXI, однако без использования сложных референтных моделей. Моделирование производилось с целью уточнения геолого геофизической модели месторождения и выделения новых объектов потенциально перспективных для буровой заверки с целью прироста запасов
Магнитометрические данные также были проинвертированы с использованием программы VOXI, однако без использования сложных референтных моделей. Моделирование производилось с целью уточнения геолого геофизической модели месторождения и выделения новых объектов потенциально перспективных для буровой заверки с целью прироста запасов
Геологическое строение участка
Ядро Жайремской брахиантиклинали, в которой локализовано Жайремское месторождение сложено порфиритами, игнимбритами, конгломератами и песчаниками франского яруса
девона. Перекрывающие ее фаменские
отложения в жайремском рудном поле
состоят из пяти пачек [4].
Нижняя пачка состоит из глинистокремнисто-карбонатных пород с прослоями туфов, туффитов, бедных гематит-магнетитовых и сидеритовых руд.
Следующие ритмично-слоистая и флишоидная пачки сложены известняками, глинисто-кремнисто-карбонатными породами с прослоями железистых яшм, бедных гематит-магнетитовых руд, углистых пиритовых и пирит сфалеритовых (с галенитом) ритмитов, с которым совмещены промышленные свинцово-цинковые руды. Вышележащая пачка сероцветов состоит из чередующихся железорудных и флишоидных горизонтов с углистыми и рудными ритмитами, заключающими промышленные руды свинца и цинка на участке Восточный Жайрем. Продуктивная фаменская толща завершается красноцветной существенно-карбонатной пачкой с прослоями железистых яшм и гематит-магнетитовых руд. Отложения фаменского яруса перекрыты турнейской карбонатной толщей. Из магматических пород среди отложений фамена вскрыты диабазовые и трахибазальтовые порфириты, а также трахитовые порфиры.
Следующие ритмично-слоистая и флишоидная пачки сложены известняками, глинисто-кремнисто-карбонатными породами с прослоями железистых яшм, бедных гематит-магнетитовых руд, углистых пиритовых и пирит сфалеритовых (с галенитом) ритмитов, с которым совмещены промышленные свинцово-цинковые руды. Вышележащая пачка сероцветов состоит из чередующихся железорудных и флишоидных горизонтов с углистыми и рудными ритмитами, заключающими промышленные руды свинца и цинка на участке Восточный Жайрем. Продуктивная фаменская толща завершается красноцветной существенно-карбонатной пачкой с прослоями железистых яшм и гематит-магнетитовых руд. Отложения фаменского яруса перекрыты турнейской карбонатной толщей. Из магматических пород среди отложений фамена вскрыты диабазовые и трахибазальтовые порфириты, а также трахитовые порфиры.
Детальная литологическая модель месторождения Восточный Жайрем в формате Leapfrog
Физические свойства пород для
участка Южный Жайрем были проанализированы на основе работ предшественников. Была составлена сводная
таблица значений плотностных характеристик пород (табл. 1). На месторождении Восточный Жайрем развиты
руды двух этапов: 1 — слоистые седиментогенные руды железа и марганца,
свинца и цинка (пирит-сфалеритовые
с галенитом);
2 — метасоматические
цинково-свинцово-баритовые (сфалерит-галенит-баритовые). Вмещающие
породы — углисто-кремнисто-карбонатные породы с послойной вкрапленностью. Из рудных минералов преобладают пирит, сфалерит, в меньшей
степени галенит, арсенопирит и халькопирит.
Построение трехмерной литологической и референтной моделей
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В пределах исследуемого участка была построена трехмерная литологическая модель (рис. 2, с. 54, [3]), которая впоследствии была преобразована в трехмерную референтную модель плотностей, использованную для трехмерной инверсии гравиметрических данных. Более детально модель месторождения показана на рисунке 3 (с. 55).
Все построения были произведены с использованием продуктов Seequent. Литологическая модель была сформирована в формате Leapfrog, далее преобразована в параметрическую воксельную плотностную модель в формате Geosoft Oasis Montaj.
Как видно из этой модели, руды месторождения Восточный Жайрем существенно отличаются по своим плотностным характеристикам от вмещающих пород. В частности, баритовые и железномарганцевые руды по плотности значительно превышают (на 500–1000 кг/м3) полиметаллические. На рисунке 4 показана результирующая трехмерная параметрическая (плотностная) модель переведенная в единицы плотностей на основе значений из таблицы 1 (с. 55).
Трехмерная плотностная модель месторождения
Подбор аномального гравитационного поля в результате трехмерной инверсии:
а — наблюденное поле;
б — рассчитанное поле
Воксельная модель плотностей, полученная в результате трехмерной инверсии в программе VOXI
Протокол итерационного решения обратной задачи на базе программы VOXI
Воксельная модель магнитной восприимчивости, полученная в результате трехмерной инверсии в программе VOXI
Разрезы вдоль профиля 14, участок Восточный Жайрем: а — плотности референтной модели; б — плотности, полученные в результате трехмерной инверсии; в — магнитная восприимчивость
Уровень абс. превышения 200 м: а — геологическая подложка участка восточный Жайрем; б — референтная параметрическая модель плотностей, использованная в трехмерной инверсии; в — рассчитанная в программе VOXI модель магнитной восприимчивости; г — рассчитанная в программе VOXI модель плотностей
Трехмерная инверсия гравиметрических данных
Для трехмерной инверсии применялась программа VOXI, которая входит в пакет Geosoft Oasis Montaj. В качестве исходных данных были использованы значения аномального гравитационного поля в редукции Буге с плотностью промежуточного слоя 2670 кг/м3. Всего было использовано 1223 измерения, которые были инвертированы на трехмерной сетке с минимальными размерами воксела 25×25×12,5 м (соответственно в X,Y и Z направлениях). Сетка насчитывала 139×144×33 элементов (всего 660528). Значения невязки подбора были заданы в форме константы (0,07 мГал). В качестве стартовой модели была использована параметрическая модель (рис. 4). К этой модели были добавлены граничные условия, ограничивавшие минимальные и максимальные значения плотностей литологических единиц в формате воксельных моделей, обладающих той же размерностью, что и у референтной модели.
Средние референтные значения были зафиксированы на уровне величин, указанных в таблице 1 (с. 55), для приповерхностного рыхлого слоя среднее значение было взято равным 2000 к г/м3. Нижние границы возможных значений были заданы на 1000 кг/м3 меньше референтных, верхние границы возможных значений были заданы на уровне 8000 кг/м3, кроме приповерхностного рыхлого слоя, для которого они были заданы на уровне 3000 кг/м3. Далее была рассчитана трехмерная инверсия с использованием референтной модели и граничных условий. Результат подбора показан на рисунке 5.
Подбор осуществлялся в результате расчетов, производившихся на мощностях выделенных серверов компании Seequent, оптимизированных под параллелизацию вычислительных процессов. Алгоритмы решения обратной задачи с граничными условиями более подробно описаны в англоязычных публикациях [5]. Основной принцип решения обратной задачи заключается в итерационном подборе, реализуемом за счет регуляризации обратной задачи и линеаризации процесса
Средние референтные значения были зафиксированы на уровне величин, указанных в таблице 1 (с. 55), для приповерхностного рыхлого слоя среднее значение было взято равным 2000 к г/м3. Нижние границы возможных значений были заданы на 1000 кг/м3 меньше референтных, верхние границы возможных значений были заданы на уровне 8000 кг/м3, кроме приповерхностного рыхлого слоя, для которого они были заданы на уровне 3000 кг/м3. Далее была рассчитана трехмерная инверсия с использованием референтной модели и граничных условий. Результат подбора показан на рисунке 5.
Подбор осуществлялся в результате расчетов, производившихся на мощностях выделенных серверов компании Seequent, оптимизированных под параллелизацию вычислительных процессов. Алгоритмы решения обратной задачи с граничными условиями более подробно описаны в англоязычных публикациях [5]. Основной принцип решения обратной задачи заключается в итерационном подборе, реализуемом за счет регуляризации обратной задачи и линеаризации процесса
подбора с использованием метода сопряженных градиентов. Решение обратных задач реализовано в программе VOXI
(Пакете Geosoft Oasis Montaj).
Протокол итерационного решения трехмерной обратной задачи показан на рисунке 6 (с. 56).
Из протокола видно, что вычисления были параллелизованы на 16 процессорах и общее время расчетов составило 16 мин. 23 сек. Результирующая воксельная модель показана на рисунке 7 (с. 56).
Помимо инверсии гравиметрических данных, в программе VOXI была также рассчитана трехмерная инверсия магнитометрических данных на такой же трехмерной сетке, что и плотностная модель, однако без использования референтных моделей и граничных условий. Результирующая модель магнитной восприимчивости показана на рисунке 8 (с. 56).
(Пакете Geosoft Oasis Montaj).
Протокол итерационного решения трехмерной обратной задачи показан на рисунке 6 (с. 56).
Из протокола видно, что вычисления были параллелизованы на 16 процессорах и общее время расчетов составило 16 мин. 23 сек. Результирующая воксельная модель показана на рисунке 7 (с. 56).
Помимо инверсии гравиметрических данных, в программе VOXI была также рассчитана трехмерная инверсия магнитометрических данных на такой же трехмерной сетке, что и плотностная модель, однако без использования референтных моделей и граничных условий. Результирующая модель магнитной восприимчивости показана на рисунке 8 (с. 56).
Уровень абс. превышения 100 м: а — геологическая подложка участка восточный Жайрем; б — референтная параметрическая модель плотностей, использованная в трехмерной инверсии; в — рассчитанная в программе VOXI модель магнитной восприимчивости; г — рассчитанная в программе VOXI модель плотностей
Выделение нового объекта для буровой заверки на основе высокоточной трехмерной плотностной модели, рассчитанной в программе VOXI
Выводы
На рисунке 9 (с. 57) показаны
разрезы вдоль 14-го профиля гравиметрической съемки.
На рисунках 10 и 11 (рис. 10 на
с. 57) проанализированы срезы
по глубине плотностей, полученных
в результате трехмерной инверсии
данных гравиметрической съемки
с участка Южный Жайрем, привязанные к уровням абсолютных превышений 200 и 100 м.
Как видно из рисунков 10 и 11 (рис. 10 на с. 57), плотностная модель, полученная в результате трехмерной инверсии содержит заметное влияние референтной параметрической модели, построенной в свою очередь из трехмерной литологической модели [3]. Это свидетельствует о высокой степени точности референтной модели, поскольку подбор был произведен с точностью до заданной невязки.
Можно также сделать вывод, что магнитная восприимчивость руд зональна и зависит от типа руд. Железно-мар ган цевые руды обладают высокими значениями магнитной восприимчивости, в то время как цинковые и полиметаллические руды могут быть практически немагнитны.
Наиболее важным результатом, имеющим практическое значение является картирование на уровне абс. превышения 100 м нового о бъекта повышенной плотности (рис. 12), который рекомендован для буровой заверки на этапе доразведки месторождения.
Как видно из рисунков 10 и 11 (рис. 10 на с. 57), плотностная модель, полученная в результате трехмерной инверсии содержит заметное влияние референтной параметрической модели, построенной в свою очередь из трехмерной литологической модели [3]. Это свидетельствует о высокой степени точности референтной модели, поскольку подбор был произведен с точностью до заданной невязки.
Можно также сделать вывод, что магнитная восприимчивость руд зональна и зависит от типа руд. Железно-мар ган цевые руды обладают высокими значениями магнитной восприимчивости, в то время как цинковые и полиметаллические руды могут быть практически немагнитны.
Наиболее важным результатом, имеющим практическое значение является картирование на уровне абс. превышения 100 м нового о бъекта повышенной плотности (рис. 12), который рекомендован для буровой заверки на этапе доразведки месторождения.
