تخمین کریجینگ مقاطع به‌منظور مدلسازی و ارزیابی ذخیره معدنی (مورد مطالعه: کانسار سرب و روی عمارت)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی اراک

2 گروه مهندسی معدن، دانشکده مهندسی علوم زمین، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

چکیده

چکیده گسترده

مقدمه

مدلسازی توزیع فضایی عیار و تخمین ذخیره کانسار، مهم‌ترین مسئله و هدف اصلی عملیات اکتشاف است. در شرایطی که ماده معدنی یک کانسار بصورت قائم و یا با شیب زیاد باشد؛ وضعیت ژئومورفولوژی منطقه به‌گونه‌ای باشد که منطقه کوهستانی بوده، دارای ارتفاعات بلند و توپوگرافی خشن باشد؛ استقرار دکل و دستگاه عملیات حفاری و در نتیجه انجام حفاری اکتشافی مشکل یا غیرممکن باشد و نیز میزان ارتفاع و حجم روباره (باطله سطحی) پوشاننده روی سطح ماده معدنی خیلی زیاد باشد، عملیات اکتشاف کانسارها بوسیله کارهای اکتشافی زیرزمینی همانند تونل‌های اکتشافی صورت می‌گیرد. در واقع در چنین شرایطی در مورد اغلب مواد معدنی، در راستای قائم پیوستگی وجود دارد و تغییرات، بیشتر در راستای سطوح افقی است.

در پژوهش حاضر مدلسازی بلوکی و تخمین ذخیره زمین‌آماری کانسار سرب و روی عمارت واقع در استان مرکزی با روش لاگ‌کریجینگ با رویکردی متفاوت و تکنیکی ظریف صورت گرفته است. برای دست‌یابی به هدف ابتدا پردازش، مدلسازی و تخمین زمین‌آماری داده‌های عیارسنجی مجموع سرب و روی حاصل از حفر تونل‌های اکتشافی در ترازهای ارتفاعی مختلف به‌طور جداگانه و بصورت دوبعدی صورت گرفته، سپس به‌کمک نتایج حاصل از این مرحله، فرآیند تخمین برای کل کانسار بصورت سه‌بعدی انجام شده است. چنین رویکردی برای تخمین زمین‌آماری عیار و ذخیره یک کانسار که با کارهای اکتشافی زیرزمینی مورد اکتشاف قرار گرفته است، قبلاً در هیچ پژوهشی گزارش نشده است.



مواد و روش‌ها

در کانسار سرب و روی عمارت فعالیت‌های زیادی شامل حفر تونل‌های اکتشافی و استخراجی افقی و دستک‌ها با طول مجموع 11000 متر در شش تراز ارتفاعی با اختلاف ارتفاع حدود 10 متر صورت گرفته و داده‌های عیارسنجی عناصر سرب و روی 1238 نمونه برداشت‌شده از تونل‌ها در دسترس است.

از نقطه‌نظر ابعادی، در مورد داده‌های برداشت‌شده دوبعدی همانند داده‌های عیارسنجی نمونه‌های سطحی، عملیات پردازش و تخمین زمین‌آماری با روش کریجینگ، بصورت دوبعدی انجام می‌شود. مواردی هم وجود دارند که در آنها اگرچه برداشت داده‌ها بصورت سه‌بعدی است، اما بهتر است تخمین زمین‌آماری ابتدا در راستای یک سری سطوح دوبعدی انجام شود، سپس نتایج تخمین حاصل از سطوح مختلف، با یکدیگر تلفیق شده و مدل سه‌بعدی نهایی تولید گردد. به این نوع از تخمین کریجینگ، کریجینگ مقطعی گفته می‌شود.

اگر توزیع آماری داده‌های مورد استفاده از نوع نرمال نباشد، نمی‌توان روش‌های تخمین کریجینگ خطی را به‌کار گرفت، در این صورت بهتر است که داده‌ها با یک روش تبدیل مناسب همانند تبدیل لگاریتمی نرمال شوند. بعد، عملیات تخمین با روش کریجینگ معمولی (یا ساده) بر روی لگاریتم داده‌ها اعمال می‌شود و سپس مقادیر تخمین‌زده‌شده با یک تبدیل معکوس، به مقادیر واقعی تبدیل می‌گردد. به این روش کریجینگ غیرخطی، لاگ-کریجینگ گفته می‌شود.



بحث و نتایج

بر اساس پردازش آماری داده‌های عیارسنجی مجموع سرب و روی برای ترازهای ارتفاعی 2032، 2024، 1998، 1988، 1978 و 1968-1964 متر به‌طور جداگانه، توزیع داده‌ها از نوع لاگ‌نرمال بود که با تبدیل‌های لگاریتمی دو و سه‌پارامتری به حالت نرمال تبدیل شدند. همچنین رسم نمودار انحراف‌معیار در مقابل میانگین داده‌های عیارسنجی مجموع سرب و روی ترازهای ارتفاعی مختلف کانسار، اثر تناسب واریانس با میانگین را نشان داد. به-کمک واریوگرافی ترازهای ارتفاعی مختلف و تعیین شعاع‌های بیضی جستجو، تخمین عیار هر تراز ارتفاعی با روش زمین‌آماری لاگ‌کریجینگ مقاطع برای بلوک‌های 10×10 متر انجام شد و نقشه هم‌عیار حاصل از فرایند تخمین ترسیم گردید. سپس با رویکرد اعتبارسنجی متقابل به روش کریجینگ جک‌نایف و ترسیم نقشه‌های خطای تخمین هر تراز ارتفاعی، اعتبار فرآیند تخمین اثبات شد. برای ایجاد مدل بلوکی کانسار، ابعاد بلوک‌ها براساس اندازه و ابعاد و مساحت سطح گسترش ماده معدنی در هر تراز ارتفاعی و نیز فاصله بین ترازهای ارتفاعی کانسار، 10×10×10 متر انتخاب شد. درنهایت رده‌های مختلف ذخایر قطعی، احتمالی و ممکن کانسار به‌ازای هفت عیارحد 4، 5/4، 5، 5/5، 6، 5/6 و 7 درصد تعیین شد.



نتیجه‌گیری

در این پژوهش از رویکردی نوین برای تخمین زمین‌آماری عیار و میزان ذخیره کانسار سرب و روی عمارت استفاده شد. نتایج پژوهش حاضر نشان می‌دهند که در برخی از موارد برحسب شرایط کانسار مورد مطالعه و نوع فعالیت‌های اکتشافی انجام‌شده، می‌توان عملیات مدلسازی و تخمین ذخیره کانسار را با استفاده از روش‌های نوین و دقیق زمین‌آماری به‌طور ساده‌تر و البته با دقت مطلوب انجام داد. این فرآیند، با رویکرد کاهش بعد فضای تخمین و سپس تبدیل فضای تخمین از دو به سه‌بعد انجام می‌گیرد. نتایج این پژوهش برای تمام کاربران علوم زمین شامل زمین‌شناسان، مهندسین اکتشاف و استخراج معدن مفید خواهد بود.

واژگان کلیدی: کانسار سرب و روی عمارت، تخمین زمین‌آماری، تراز ارتفاعی، تونل، لاگ‌کریجینگ مقاطع

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Estimation of cross-sectional kriging for modeling and evaluation of ore reserve (Case study: Emarat Pb-Zn deposit)

نویسندگان [English]

  • Reza Ahmadi 1
  • Mohammad Saleh Ahmadi 2
1 Faculty member of Arak University of Technology
2 Faculty of Mining Engineering, College of Earth Sciences Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran
چکیده [English]

Extended Abstract

Introduction

Modeling the spatial distribution of grade and reserve estimation are the most important issues and the main goal of exploration operation. In the following situations, underground exploratory works such as exploration tunnels are carried out: 1- vertical or steep slope mineral deposits, 2- mountainous geomorphology with high altitudes and rough topography, 3- difficult or impossible situation of drilling, and 4- very high thickness or volume of overburden on the mineral deposit. In fact, in such conditions, for the most of mineral deposits there is continuity in the vertical direction whereas the changes are mostly along the horizontal surfaces.

In the present research, block modeling and geostatistical reserve estimation of the Emarat Pb-Zn deposit located in the Markazi province, have been carried out using log-kriging method with a different approach and a delicate technique. To achieve the goal, firstly, processing, modeling and geostatistical estimation of total Pb-Zn assay data obtained from exploratory tunnels drilled at the various elevation levels were performed as two-dimensional, separately. Then, using the gained results, three-dimensional estimation process for whole of the deposit was done. Such an approach for geostatistical estimation of a deposit grade and reserve discovered by underground exploratory works, has not been reported in any research before.



Materials and methods

In the Emarat Pb-Zn deposit, many activities containing drilling of horizontal exploratory- exploitational tunnels and cross-cuts with a total length of 11,000 m in six elevation levels with a height difference of about 10 m have been carried out, whereas 1,238 Pb-Zn assay data of samples taken from the tunnels are available.

From the dimensional viewpoint, in the case of two-dimensional acquisitioned data, such as assay data of surface samples, processing operation and geostatistical estimation with Kriging method is done as two-dimensional. There are also cases in which, although the data acquisition is three-dimensional, it is better to perform the geostatistical estimation first on two-dimensional surfaces, then the estimation results obtained from different levels are combined with each other and the final three-dimensional model is produced. This type of kriging estimation is called cross-sectional kriging.

If the statistical distribution of the used data is not normal, linear kriging estimation methods cannot be employed. In this case, it is better to normalize the data with a suitable transformation method such as logarithmic. Next, the estimation operation is applied on the logarithm of data with the ordinary (or simple) kriging method, and then the estimated values are converted to real values with an inverse transformation. This non-linear kriging method is called log-kriging.



Discussion and results

Based on the statistical processing of total Pb-Zn assay data for the elevation levels of 2032, 2024, 1998, 1988, 1978 and 1964-1968 m separately, data distribution was known log-normal, normalized with two and three parameters logarithmic transformation. Also, plotting standard deviation against the total Pb-Zn assay data of the various elevation levels revealed dependence of the variance with mean. Using variography of the different elevation levels and determination of ellipse search radii, grade of each elevation level was estimated with geostatistical cross-sectional log-kriging method for 10 by 10 m blocks as well as isograde map from estimation process was drawn. Afterward, the estimation process was validated through cross-validation approach with the well-known jackknife kriging method and estimation error maps of each elevation level. To create block model of the deposit, size of the blocks was set to 10*10*10 m based on the size and extension area of mineral deposit in each elevation level, as well as distance of the elevation levels. At the end, different categories of proven, probable and prospected reserves were determined for seven cut-off grades of 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5 and 7 percent.



Conclusion

In this research, a new approach was used for geostatistical estimation of grade and ore reserve, in the Emarat Pb-Zn deposit. The results of the research show that in some cases according to the conditions of the studied deposit and type of carried out exploration activities, modeling and estimation of ore reserve is possible more simply with optimal accuracy through the relatively new and accurate geostatistical methods. This scenario was performed by the approach of dimension reduction of estimation space and then converting the estimation space from two to three dimensions. The results of this research will be useful for all earth sciences users, including geologists, mining exploration and exploitation engineers.



Keywords: Emarat Pb-Zn deposit, Geostatistical estimation, Elevation level, Tunnel, Cross-sectional log-kriging

کلیدواژه‌ها [English]

  • Emarat Pb-Zn deposit
  • Geostatistical estimation
  • Elevation level
  • Tunnel
  • Cross-sectional log-kriging