تفکیک بلوکهای پرعیار کانسار آهن چغارت براساس شبیه سازی شاخص

مقدمه :

مهمترین خاصیت شبیه سازى زمین آمارى، تولید مجموعه‌اى از مدلها (تصاویر) است که دامنه‌اى از حالتهاى ممکن را به همراه درصد احتمال رخداد آنها شامل مى‌شوند. این تکنیک مى‌تواند تعداد بسیار زیادى از نقشه‌هاى توزیع عیار در یک منطقه (کانسار) را تولید کند; به‌طوریکه همگى شباهت معینى با‌هم و با منطقه مورد بررسى داشته باشند. این شباهت معین به زبان زمین آمارى همان واریوگرام منطقه مى‌باشد[۱]. از آنجا که در اکتشاف معدن نسبت نمونه‌هاى برداشت شده به محیط مورد مطالعه بسیار کوچک مى‌باشد، در اختیار داشتن حالت‌هاى مختلف از کانسار بجاى یک تصویر میانگین (کریجینگ و اکثر روشهاى درونیابى) کمک شایانى در مدلسازى کانسار و همچنین در بهینه سازى برنامه ریزى‌هاى معدنى مى‌نماید. شبیه سازى الگوریتم‌هاى متنوعى دارد که هر کدام در شرایط خاص بهترین جواب را در اختیار مى‌گذارند. در اینجا چون هدف تعیین بلوکهاى پرعیارآهن براى کنترل دقیق بار ورودى به کارخانه است، از روش شبیه سازى شاخص متوالى[۱]  که براى داده‌هاى پیوسته مناسب می­باشد، استفاده شده است[۲].

◊◊◊◊◊◊◊

بحث

روش شبیه سازى شاخص متوالى

    شبیه سازى شاخص متوالى از کریجینگ شاخص براى شبیه سازى استفاده می­کند. این روش نیاز به مدل واریوگرام براى حدود مختلفى که از طرف کاربر مشخص مى شوند دارد. استفاده از این روش براى بدست آوردن توزیع یک متغیر در حدهاى مختلف و یا متغیرهاى قابل تقسیم بندى مناسب مى باشد.  شبیه سازى شاخص متوالى داراى الگوریتم بسیار ساده اى است. الگوریتم به این صورت مى باشد که بعد از انتخاب مسیرى تصادفى براى شبیه سازى بصورت زیر عمل مى کنیم:

۱- تقسیم توزیع داده ها به (k+۱) کلاس با استفاده از k مقدار حدى

۲ـ جایگزین کردن داده ها با اعداد ۱ و صفر بر اساس وضعیتشان نسبت به مقدار حدى طبق رابطه ۱

با استفاده از الگوریتم­کریجینگ­شاخص، k منحنى تجمعى شرطى شده (ccdf) رسم مى شود.

۳ـ انتخاب یک عدد از ccdf بعنوان مقدار شبیه سازى شده در یک گره

۴ـ اضافه کردن مقدار شبیه سازى شده بعنوان یکى از داده هاى شرطى

۵ـ انجام عملیات در گره بعدى در یک مسیر تصادفى و تکرار مراحل فوق

مجموعه عملیات شبیه سازى در شکل ۱ به صورت شماتیک نشان داده شده است .

مشخصات عمومى کانسار چغارت

معدن چغارت در۱۳ کیلومترى شمال شرقى بافق و۱۲۰کیلومترى یزد قرار دارد(شکل ۲). مختصات جغرافیائى مرکز آنومالى عبارت­است از: طول جغرافیایى ً۰۲ و َ۲۸ و ْ۵۵ ، عرض جغرافیایى ً۰۱ و َ۴۲ و ْ۳۱ [۲]. از لحاظ هندسى مى‌توان کانسار چغارت را به شکل یک بیضوى با شیب تند تشبیه کرد. در یک برش طولى با امتداد شمال‌غرب - جنوب شرق و به طول حدود ۸۰۰ متر، ضخامت آن در نواحى مرکزى به حدود ۲۲۵ تا ۲۷۵ متر مى‌رسد(شکل۲) و تنها دنباله کوچک آن در شمال غرب حدود ۳۰ متر ضخامت دارد.

مگنتیت کانه اصلى تشکیل دهنده سنگ معدن بوده و مقدار آن در نمونه‌ها از چندین درصدتا بیش از ۹۰ درصد متغیر مى‌باشد که عمدتاً به صورت مجتمع و پراکنده با دانه‌هاى یکنواخت و غیر یکنواخت در سنگهاى دربرگیرنده جاى گرفته است ‍[۴]. براساس مطالعات زمین شناسى اقتصادى و نیز مطالعات فنى اقتصادى کانسنگ پرعیار به بخشى گفته میشود که عیار آهن آن بالاى ۴۵% باشد. از این رو در این تحقیق زونها و بلوکهائى که عیار آنها فراتر از مقدار حدى ۴۵% باشد توسط روش شبیه سازى شاخص متوالى از سایر بلوکها تفکیک میشوند که این امر مى تواند هم در بخش طراحى معدن و هم تلفیق بار ورودى کارخانه فرآورى مورد استفاده بسیار قرار گیرد[۲].

مطالعات آمارى و زمین آمارى

     پیش از شرح نتایج مطالعات، لازم به ذکر است که کلیه محاسبات آمارى، واریوگرافى و شبیه سازى با استفاده از نرم افزار GSLIB صورت گرفته است. این نرم افزار، مجموعه‌اى از زیربرنامه هاى زمین آمارى و شبیه سازى است که در دانشگاه استنفورد و توسط جورنل و دوچ[۲] برنامه نویسى شده است [۳]. از مجموع ۳۳۳۱ داده اولیه،‌ تعداد ۶۵۲ نمونه داراى عیار کمتر از مقدار حدى (۴۵%) و تعداد ۲۶۷۹ نمونه با عیار بالاتر از حد بود. براى احراز شرط اولیه استفاده از شبیه سازى شاخص کلیه داده هاى بالای مقدار حدى به عدد ۱ و کلیه داده هاى زیر آن به مقدار ۰ تبدیل شدند. اساس مطالعات زمین آمارى، بر وجود ساختار فضایى در داده‌ها بوده و واریوگرام مهمترین ابزار نمایش همبستگى‌هاى فضایى بین داده‌ها است[۵]. براى تعیین ساختار فضائى داده هاى تبدیل شده به صفر و یک، واریوگرام غیر جهتى رسم مى‌شود. طول گام بهینه (فاصله بین جفت نقاط) برابر ۴۰ متر در نظر گرفته شد. دو سرى واریوگرام غیر جهتى و جهت دار شاخص ترسیم شد. واریوگرام غیر جهتى با پارامترهاى آزیموت و شیب برابر صفردرجه و تلرانس برابر ۹۰ درجه مشخص مى‌شود در حالیکه واریوگرام جهت‌دار علاوه بر دارا بودن آزیموت و شیب مشخص، تلرانس بسیار کمترى دارد[۵]. شکل۳  واریوگرام غیر جهتى داده­ها را نشان مى‌دهد. همانطور که مشاهده مى‌شود یک مدل کروى با اثر قطعه‌ای۲(%)۲۸/۰، سقف۲(%)۹۱/۰ و دامنه۲۳۵ متر به این واریوگرام برازش شده است.

تشخیص همسانگردى کانسار

     براى تشخیص همسانگردى یا ناهمسانگردى عیار آهن در کانسار چغارت، واریوگرام‌هاى شاخص جهت دار در آزیموت‌هاى ۰،۴۵،۹۰،۱۳۵ با شیب‌هاى ۰، ۵/۲۲، ۴۵ و ۵/۶۷ و تلرانس ۲۲.۵ درجه ترسیم شدند. جدول۱ پارامترهاى زمین آمارى مدل‌هاى برازش شده به واریوگرام‌هاى ترسیم شده را نشان مى‌دهد. همانگونه که مشاهده می­شود واریوگرام شاخص در جهات مختلف شعاع تاثیرهاى تقریباً یکسان و آستانه‌هاى مشابه را نشان داد. لذا کانسار فاقد آنیزوتروپى تشخیص داده شد. بر همین اساس به منظور تخمین هر بلوک و شبیه سازى آن، به جاى استفاده از بیضوى آنیروتروپى، از کره اى با شعاع تاثیر برابر با دو سوم دامنه واریوگرام غیر جهتى استفاده شد.

شبیه سازى

     براى بدست آوردن ۱۰۰ تصویر، ۱۰۰ بار شبیه سازى بر روى کلیه بلوکها صورت گرفته است.  شکل ۴ افق۹۵۰ مترى این کانسار را پس از شبیه سازى در چهار تصویر(تحقق) ۲۰، ۴۰، ۶۰ و ۸۰ نشان مى‌دهد.

جدول(۱): پارامترهاى زمین آمارى مدل‌هاى برازش شده به واریوگرام‌هاى جهت دار و غیر جهتى

در شکل ۵ واریوگرام غیر جهتى هریک از این تصویرها نشان داده شده است. همانگونه که ملاحظه   می­شود مشخصات هریک از آنها از جمله سقف، محدوده و اثر قطعه­اى بسیار نزدیک به همدیگر میباشد. در شکل۶ نیز نتیجه شبیه سازى افقهاى ۸۰۰، ۸۵۰، ۹۰۰، ۹۵۰، ۱۰۰۰، ۱۰۵۰، ۱۱۰۰ و ۱۱۵۰ مترى (مبنا از سطح آبهاى آزاد می­باشد) مشاهده می­شود. بر اساس شبیه­سازى انجام شده پائین­ترین افق معدن که واجد کانسنگ پرعیار تشخیص داده شد افق ۸۰۰ مترى بدست آمد.

اعتبار سنجى نتایج شبیه سازى

     نتایج شبیه­سازى شاخص متوالى (تصویرها) هنگامى‌قابل قبول هستند که بتوانند واریوگرام شاخص جامعه را دوباره تولید کنند[۷]. از این رو، واریوگرام‌هاى شاخص۱۰۰ تصویر شبیه سازى شده محاسبه شدند. مقایسه واریوگرام‌هاى تصویر‌ها با مدل برازش شده به داده‌هاى اولیه در شکل ۵  بیان کننده این است که تصویر‌ها بخوبى قادر به تولید مجدد پارامترهاى زمین آمارى منطقه بوده‌اند، چرا که تغییرات هریک از اعداد سقف، اثر قطعه اى و محدوده کمتر از۱۰ درصد بدست آمده اند، لذا تمامى ‌آنها معتبر بوده و مى‌توان از آنها در تحلیل‌هاى بعدى استفاده کرد. درشکل ۶ تصویرهاى شبیه سازى افقهاى ۸۰۰، ۸۵۰، ۹۰۰، ۹۵۰، ۱۰۰۰، ۱۰۵۰، ۱۱۰۰ و ۱۱۵۰ متر براى یک نوبت شبیه سازى دیده می­شود.

نقشه‌هاى احتمال

کلید واژه ها: کانسارآهنچغارت زمینآمار واریوگرام شبیهسازی تعیین ارزیابی سایر موارد