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【資料】地質建模的經驗法則

前言

地質模型對礦產資源勘查和開采提供指導,是資源模型、品位控制模型的基礎,其重要性非同一般。然而國內的很多礦山,僅僅有見礦連礦的資源模型,很多人對地質模型的認知還很粗淺,更別說建模了。作者Erik Ronald在北美、南美、澳洲眾多項目的地質建模上積累了大量的豐富經驗和心得。本文干貨云集,對廣大從業者,特別是初學者來說是絕對的精品文章。

這篇《經驗法則系列》文章將集中討論地質建模。我想和大家分享一些要點,我覺得這些是成功創建一個強大、有效的地質模型的基本考慮因素。

統計學家George Box曾有一段精彩的臺詞:“對于這種模型,沒必要去問‘這個模型是真實的嗎?’如果‘真實’代表的是‘完全真實’,那么答案將是‘不’!唯一有價值的問題是‘這個模型是否具有啟發性和實用性?’(見參考文獻:Box ,1979)。這甚至可以簡化為“所有的模型都是錯的,但有些是有用的”。當開展地質解譯和地質建模時,這句精辟的總結應該印在所有地質模型報告的封面上作為提醒。地質建模并非追求全面的準確,而是要尊重地質事實數據來建立一個滿足目的要求、人皆可用的模型。

這篇文章的本意不是提供一份詳盡的、關于地質建模的嚴苛規則的列表。需要注意的是,不管你使用隱式建模、顯式建模或其他建模技術,這些經驗法則都是正確的。這份列表是根據我個人在美國西部、中美洲、加拿大和澳大利亞的不同項目的工作經驗總結而來的。

讓我們從地質模型的基本定義開始討論。從本文的角度講,它是一個基于計算機的三維線框模型(有時是二維),對特定區域或礦床的地學數據解譯得來的最終成果。本文只討論地質模型,而不是資源塊模型,后者包括對品位、噸位和其他屬性的估值。地質模型的類型很多,但本文重點關注的是經濟地質領域。

地質模型用處何在?

令人驚訝的是,很多地質師不能全面地回答這個問題。地質模型是為特定的目的而創建的,在開展地質解譯和模型創建之前,清楚的了解建模的目的是至關重要的。例如,用于早期勘探鉆探計劃的模型可能只需要蝕變、礦化和構造的基本輪廓。然而,用于選冶可行性和選廠建設的地質模型將需要更詳盡的數據。這將包括巖石學、磨礦試驗、地球化學、預期回收率、不利因素等等,與傳統意義上的地質要素有所不同。

理解礦床/區域地質

這聽起來好像是一個無知的提法,但它在地質建模的基本法則中至關重要。礦床建模者或團隊應該是經驗豐富、能力突出的、對現場地質有充分了解的地質師。不幸的是,有時公司雇用的咨詢者并不清楚工作區地質情況,或者僅僅在某個礦床類型或對某個項目的地質情況有所了解。這樣的案例,最終很少能夠獲得良好的結果。

地質模型必須遵循礦體成因的地質年代順序,必須從邏輯上具有地質意義。地質單元、構造、蝕變等地質對象的模型,必須尊重地質觀察獲得的切穿關系,以與地質事實相符的方式來建模。

納入所有可信的數據

礦業界有一個令人擔憂的趨勢,地質師僅僅依靠鉆孔數據來進行地質建模。隨著隱式建模技術的出現,一個新手可以迅速的基于任何鉆孔數據庫,生成看起來美觀漂亮的3D形狀,但從本質上卻是垃圾。如果你回想起大家在大學期間接受的培訓,制作一副剖面和建立一個三維地質模型基本上相同的,除了這次你可能要借助復雜和昂貴的軟件,而不是你青睞的彩色鉛筆和印度墨水。

地質模型在數據信息完整且多元時效果最佳。這意味著該模型尊重所有可用的數據源,包括地表填圖、地形分析、地球物理、地球化學、鉆孔數據(勘探孔、圈邊孔、加密孔、爆破孔、甚至水文孔),井巷工程、野外剖面、探槽以及其它任何置信度高的可用數據。歷史資料有可能連續性差或者不完全準確,所以對數據的置信度的判斷是非常重要的;但即使置信度較低的數據,有經驗的地質師也有可能取其精華予以利用。

【編者按】甄選可信的數據對模型的建立是至關重要的,需要對數據質量從地質意義和邏輯意義上嚴格把關。另外地質建模的源數據更需要嚴格控制,優選地質事實型數據,其次是描述性數據,再次是分析結果型數據,最后才是解譯性數據。對解譯性的數據的使用須慎之又慎,因為其本質是一種推斷,而且因人而異。

了解你的基本數據

無論你有多么豪華高大上的多源數據或者少量的地表采樣數據,請確保你對這些數據有一個基本了解。這涉及到對所有的分類數據和數值數據進行探索性數據分析(Exploratory Data Analysis),以理解和測試適當的分組、相互關系和數據域。了解數據本身以及企業基于該地質模型將作出的決策,建模者將能夠對數據的分組和拆分作出最合理的決定。這些數據可以是巖石類型、物理特性、化學分析、礦物分組,或大量的其它數據。

區域地質第一,再縮小到礦床尺度

地質建模應該總是從區域上入手,然后修改和解譯,進一步優化縮小到較小范圍的工作區或者礦床尺度。然而通常情況下,地質師(尤其是礦山地質師)在沒有了解區域大地構造和宏觀地質背景的情況下,由于地質對象的局部復雜性而對礦體內部的特征或構造作出錯誤的解譯。例如,我曾經對一個高度蝕變和變形的矽卡巖礦體進行建模,礦體內含有大量的、由區域構造引起的軟沉積物變形、蝕變而形成的滑石和綠泥石。采坑填圖獲得的信息非常復雜,構造很不連續,在相鄰臺階之間都差異明顯。這項工作一開始就讓人頭疼不堪,無法確定這里究竟發生了什么地質作用。可是,一旦你走出采坑,掌握了區域構造背景,就可以很容易地理解構造控礦特征。因為區域構造延伸進入了礦床內較軟的巖層,礦體表現得像揉褶的牙膏一樣,幾乎不可能在小范圍內厘定清楚。幸運的是,微觀尺度構造和礦床的經濟屬性無關,對地質建模并無影響。

從構造“骨架”開始

繼續討論構造這個話題,建議開展任何地質模型之前要了解構造格局,先建立主要斷裂和褶皺兩翼的骨架,然后再對巖性、地層、蝕變和其它地質要素進行建模。高質量的構造數據缺乏的殘酷現實,可能使這一步說起來容易做起來難;但首先搭建構造骨架將有助于建立一個根本上更符合地質邏輯的地質模型。此外,一旦理解了構造特征,蝕變和礦化的關系通常變得非常清晰。

滿足需求并盡可能保持簡單

愛因斯坦有句名言:“如果你不能簡單地解釋它,說明你了解得還不夠”。進行地質建模應采取類似的理念。對地質復雜性最簡單的解釋,通常比過于綜合和復雜的解釋更正確。另外,我想再次提及第1點,模型必須符合建模的根本目的。例如,礦體內有可能存在的次級褶皺,地質上非常有意思,但和臺階尺度的露天采礦無關。在這樣的情況下,保持簡單,除非它影響礦山計劃或業務,否則不應該納入模型。

不要忘記廢石

在勘探和開采過程中,地質師往往過度關注礦體,未能投入足夠的時間來描述甚至理解主要廢石單元的特征。一個聰明的采礦工程師曾經告訴我“我們采出的廢石比礦石要多,也許你應該像理解礦石一樣理解這些‘狗屎’”。這個問題反映了客觀現狀,即鉆探和評估工作通常集中在礦體,這可能導致廢石信息缺失或者產生過于群簇化的數據。在這些情況下,有時“干孔”是非常有價值的,特別是對地層和巖性的研究。

對你建立的三維形狀進行校驗

我要分享的最后一條經驗法則是確保所有的地質線框在任何剖面方向具有地質意義。對于狹長的礦體,建模者往往使用剖面解譯,但并不返回去在長剖面方向和平面方向上進行檢查。地質模型的要點是對某一工作區或者礦床進行富有代表性的三維演示,因此一個很好的測試是選擇隨機方向的剖面,看看是否仍然具有地質意義。值得慶幸的是,一些軟件如Leapfrog和GoCAD已經在長期研發改善之后能夠保證線框是真正的3D模型,而不僅僅是2D多邊形在第三維度上的擴展。

駐筆于此,但我相信遵循這些簡單的規則將大大有助于確保建模者建立的三維模型是有用的、具有地質意義的、并適用于勘探或開采項目。

來源:行走的石頭 公眾號

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