Выход есть!

ООО «Майкромайн Рус»: создание геологической 3D-модели каменноугольного месторождения


Рисунки и диаграммы к статье здесь >>>

В статье описана методика, в которой показаны стандартные решения для угольных месторождений, а также решение ряда затруднительных моментов, связанных с относительно сложным геологическим строением в части разрывной тектоники месторождения и внесением в систему исторических разведочных данных.

Моделирование блочных моделей угольных пластов специалистами консалтингового подразделения ООО «Майкромайн Рус» основывалось на интерпретации геологических данных, подготовленных специалистами компании заказчика, по 276 скважинам исторического геологоразведочного бурения, каркасном и стратиграфическом моделировании блочных моделей пластов с последующим статистическим и геостатистическим анализом и интерполяцией содержаний качественных показателей. Для качественной оценки характеристик угольных пластов использовались значения опробования по керну скважин показателей зольности, кажущейся плотности, толщины пластического слоя, коэффициенту отражения витринита, содержанию серы, выходу летучих компонентов, мощности пласта.

«УК» ПРИМЕЧАНИЕ: Модуль «Стратиграфическое моделирование» идеально подходит для любого пластового месторождения, например месторождений угля, латеритного никеля, олова, фосфатов, бокситов, железной руды и платины. Уникальный процесс моделирования приводит в конечном счете к созданию блочной модели пласта (SBM), являющейся высокоэффективным представлением геологических слоев вместе со всеми их атрибутами.

Работа по трехмерному моделированию изначально осложнялась тем, что преобладающая часть отчетных материалов по геологическому изучению месторождения относятся к периоду середины, второй половины 20-го века. В свою очередь, на методику моделирования влияло относительно сложное геологическое строение в части разрывной тектоники.

Основное нарушение А сопровождается более чем 10 сопутствующими нарушениями. Эти нарушения располагаются в контуре проектного разреза, имеют вертикальную амплитуду смещения угольных пластов от 2 до 50 м и относятся к надвигам с пологим падением поверхностей сместителей на запад и северо-запад.

Угольные пласты имеют мощность от первых метров до максимум 10-15 м и относительно пологие углы падения 25-30 градусов. Всего были построены 16 блочных моделей угольных пластов.

По сложности геологического строения исследуемый участок недр относится ко II группе сложности, согласно инструкции ГКЗ.

Наиболее плотная сеть разведочных выработок сложилась на юго-восточном участке месторождения. Расстояние между профилями 300 м, между скважинами в профиле 150-200 м, в местах сгущения сеть доходит до 125-150 м между профилями и 125 м между скважинами в профиле.

На северо-восточном участке расстояние между профилями увеличивается до 350-500 м и между выработками в профиле до 250-300 м (Рисунок1).

Глубина разведки по площади различна и определяет следующую закономерность: для вышележащих пластов количество пластопересечений больше, чем для нижележащих. Это объясняется тем, что часть разведочных скважин не пересекала всю пачку угольных пластов в разрезе, поэтому для нижележащих пластов разведочная сеть более разряженная, чем для вышележащих.

Методика моделирования включала в себя следующие этапы:

  • • Проверка аналитических данных месторождения и ввод их в систему Micromine;
  • • Подготовка данных к использованию в стратиграфическом модуле системы Micromine;
  • • Классический статистический анализ данных опробования;
  • • Импорт графических данных dxf в систему Micromine, привязка разрезов;
  • • Интерпретация данных (геология, тектоника);
  • • Каркасное моделирование топографической основы;
  • • Каркасное моделирование разрывных нарушений;
  • • Каркасное моделирование юрских отложений;
  • • Каркасное моделирование части угольных пластов;
  • • Композитирование выбранных в пределах угольных пластов литологических разностей (приведение интервалов литологии к мощности угольного пласта);
  • • Геостатистический анализ данных опробования, определение закономерностей пространственного размещения качественных характеристик угля;
  • • Построение блочной модели в пределах угольных пластов;
  • • Интерполяция качественных характеристик угля в блочные модели пластов;
  • • Отчет по запасам угля в планируемых к отработке горах с набором качественных характеристик угля.

База данных состояла из следующих файлов:

  • • Координаты устьев скважин;
  • • Результаты анализов проб в скважинах;
  • • Данные по искривлению (инклинометрии) скважин;
  • • Данные по литологии.

Базы данных были проверены на логические несоответствия, используя встроенные в систему Micromine процессы для проверки на следующие потенциальные ошибки:

• Дубликаты названий скважин;

• Одна или более координат устьев выработок отсутствуют в базе данных;

• Значение поля ОТ или ДО отсутствует в интервальном файле опробования;

• Значение поля ОТ > ДО в интервальном файле опробования;

• Интервалы опробования перекрываются в файле проб;

• Первая проба в интервальном файле начинается не с 0 м;

• Общая глубина скважины меньше, чем глубина опробования;

• В числовых полях имеются символьные записи;

В свою очередь для перекрестной проверки и последующей обработки горно-маркшейдерской и геологической информации в Micromine был произведен импорт данных в рабочий проект. Карта выходов угольных пластов под наносами и часть геологических разрезов была представлена сканированной рабочей графикой в формате JPEG. Она была помещена в соответствующий каталог проекта и привязана в 3-мерной среде.

В процессе привязки растровых изображений, графических материалов и визуальном осмотре выяснился ряд ошибок в базах данных, а именно файлах устьев скважин и инклинометрии, которые были устранены (Рисунок 2,3).

Интерпретация заключалась в оцифровке подошвы юрских конгломератов, зоны окисления, разрывных нарушений. Часть сложных угольных пластов, которые не моделировались с помощью стратиграфического модуля, также были оцифрованы в разрезах.

С целью построения корректной блочной модели в соответствии с амплитудами тектонических смещений угольных пластов проводилось моделирование разрывных нарушений.

Исходные данные о характере разрывных нарушений, азимутах и углах падения сместителей, их пространственном положении были взяты из подсчетных планов по угольным пластам (в формате DWG), разрезов по буровым разведочным линиям (в формате DWG), отсканированных растров изображений разрезов (в формате JPG).

Интерпретация тектоники заключалась в оцифровке номерных и безномерных тектонических нарушений по профилям и построении цифровой модели по каждому разлому (Рисунок 4).

Цифровые модели поверхностей для разрывных нарушений были построены на основе файлов интерпретации (Рисунок 5).

В результате произведенных работ были построены каркасные модели 87 основных тектонических нарушений шахтного поля, по которым документируются вертикальные амплитуды смещения от первых метров до 90-130 м на пологом надвиге А, расположенном ниже подошвы проектного (лицензионного) разреза.

Цифровая модель поверхности ЦМП была построена на основе файла формата DWG. В файле содержалась информация по изолиниям рельефа, точкам съемки поверхности, основных водотоков, дорог, сети разведочных скважин на основе материалов стереотопографической съемки (Рисунок 6).

Для последующего блочного моделирования пласта необходимо создать сетку-грид для маркирующего пласта. Маркирующим пластом обычно является тот пласт, у которого больше всего пластопересечений. В последующем вычисляются мощности всех пластов и межпластовых прослоев пород в границах месторождения и в автоматическом режиме создаются блочные модели пластов.

Как упоминалось выше, сложностью моделирования для месторождения являлось то, что по площади месторождения развита разрывная тектоника, при этом для разных пластов влияние оказывают разные разломы с разными амплитудами смещения и зонами распространения. Ввиду этого моделирование осуществлялось не в целом для формации или группы пластов, а для каждого отдельного пласта последовательно.

Явные разломные нарушения с амплитудами смещения характерны еще тем, что в скважинах отмечается зачастую двойное (тройное) пластопересечение одного и того же пласта, что также требовало поиска решения.

Для построения блочных моделей каждого из пластов была выбрана следующая последовательность:

1) Определяются зоны, для которых выполнялось в дальнейшем построение сеточных моделей (гридов) по отметкам подошвы пласта. Как правило, такие зоны располагались между разломами.

2) Кроме точек с пластопересечениями по скважинам дополнительно включались точки выходов пласта на поверхность, точки тектонических швов с подсчетных планов для определенной зоны;

3) При построении сеточных моделей подошвы пласта и мощностей исключались пластопересечения по скважинам, которые были определены как смещенная часть пласта;

4) В автоматическом режиме создавались блочные модели по отдельным зонам пласта, которые затем объединялись в общую блочную модель пласта.

На рисунках 7-8 отражены основные этапы построения сеточной модели подошвы пласта.

Таким образом были созданы последовательно один за другим все угольные пласты месторождения.

Часть угольных пластов, которые имеют сложную стратиграфическую схему расчленения материнских и дочерних пластов, моделировалась на основе предварительно построенных замкнутых каркасных моделях.

Классический статистический анализ проводился с целью достижения следующих целей:

  •  Выявление экстремальных значений по выборкам данных (ошибочно внесенных данных);
  •  Оценка обоснованности применяемого метода интерполяции содержаний;
  •  Для получения статистических параметров для оценки;
  •  Для определения параметров распределения качественных характеристик угля.

Для проведения статистического анализа использовался файл с данными содержания качественных характеристик угольного пласта (Таблица 1).

На основании данных из таблицы можно сделать вывод, что для качественных характеристик угля по данному пласту характерны такие статистические показатели, как относительно высокие значения дисперсии и стандартного отклонения для зольности, пластометрической усадки и невысокие значения коэффициента вариации для всех характеристик.

На примере нижеприведенного графика (Рисунок 10) гистограммы выхода летучих компонентов (Vdaf) для пласта N видно, что распределение близко к нормальному закону, остальные качественные характеристики также близки к характеру такого распределения.

Поскольку для пластов месторождения был сделан геостатистический анализ, смоделированы вариограммы для основных качественных характеристик угля, основным методом интерполяции содержаний был выбран метод обычного (ординарного) кригинга, как наиболее адекватно рассчитывающего линейные модели распределения компонентов в пространстве.

Для месторождения при расчете тоннажа угля могут использоваться значения кажущейся плотности, определенные как прямым способом, так и в виде зависимостей от зольности угольных пластов. Специалисты консалтингового отдела также проинтерполировали данные значений кажущейся плотности в блочные модели пластов, используя для этого метод ординарного кригинга.

Таким образом, каждой ячейке блочных моделей было присвоено значение по каждому из качественных показателей, а также кажущейся плотности, которое потом было использовано при оценке общего тоннажа угля.

Основные выводы:

1. Блочные модели пластов можно использовать для перспективного долгосрочного планирования добычи угля по предприятию;

2. Блочные модели пластов также можно использовать для опережающего эксплуатационного бурения разведочных скважин;

3. По написанным макросам и сохраненным формам в проекте специалисты компании имеют возможность обновлять данные блочных моделей с учетом уточняющего эксплуатационного бурения скважин и по результатам отработки разреза.

Михаил Буренков, главный геолог  АО «Разрез «Распадский»,
Виктор Осипов, старший геолог-консультант,  ООО «Майкромайн Рус»,
Андрей Панин, технический специалист, региональный представитель по Кузбассу, ООО «Майкромайн Рус»


БИОТ-2019