ارزیابی ذخیره کانسار سنگ آهن میشدوان

مقدمه :

   در روشهای کامپیوتری از مدل بلوکی  برای تخمین ذخیره استفاده می‌شود. در این روش کانسار به مجموعه بلوکهای سه‌بعدی تقسیم می‌شود. هر بلوک نشان دهنده خواص کانسار شامل عیار عناصر مختلف، ژئولوژی، ارزش اقتصادی و غیره، در آن منطقه می‌باشد]۱[. عیار هر بلوک با توجه به عیار نمونه‌های معلوم معین می‌شود. برای این کار از روشهای مختلفی مثل نزدیکترین نقطه، معکوس فاصله، کریجینگ، شبکه‌های عصبی و منطق فازی استفاده شده است. شبکه عصبی شامل سه مرحله آموزش، تعمیم و اجرا می‌باشد. در مرحله آموزش، شبکه الگوهای موجود در داده‌هایی که در سری آموزشی قرار دارند را یاد می‌گیرد. تعمیم به معنای قدرت شبکه عصبی در ایجاد پاسخهای قابل قبول برای داده‌هایی است که در آموزش به کار نرفته‌اند. در مرحله اجراء، شبکه عصبی برای انجام عملکردی که به آن منظور طراحی گردیده است، استفاده می‌شود]۲[. یکی از کاربردهای شبکه عصبی تخمین ذخیره می‌باشد. در شبکه عصبی الگوی بین مختصات به عنوان ورودی و عیار در آن مختصات به عنوان خروجی، به شبکه آموزش داده می‌شود. سپس به ازای هر مختصات جدید، خروجی متناظر که عیار تخمینی در آن نقطه می‌باشد، بدست می‌آید]۳[. کریجینگ و عکس مجذور فاصله روشهایی هستند که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش کریجینگ بهترین تخمینگر خطی نااریب می‌باشد. این روش علاوه بر تخمین عیار، خطای تخمین را هم محاسبه می‌کند. بنابراین برای هر تخمین می‌توان دامنه اطمینان آن را به دست آورد. از دیگر مزایای کریجینگ رفع اختلالات ناشی از تمرکز زیاد نمونه‌ها می‌باشد. برای استفاده از این روش، توزیع داده‌ها باید نرمال باشد و یا بتوان عملیات نرمال سازی را روی آن انجام داد. توزیع نرمال به شکل یک منحنی زنگی شکل است که با پارامترهای آماری میانگین متناظر با حداکثر فراوانی، واریانس، چولگی صفر و کشیدگی سه مشخص می‌شود]۴[. در بسیاری موارد، مخصوصاً در ذخایر با عیار پایین نمودار توزیع نمونه‌ها متقارن نبوده بلکه دارای یک چولگی در جهت مثبت می‌باشند. این توزیع‌های دارای چولگی می‌تواند نشانه خوبی برای توزیع لاگ نرمال باشد. اگر توزیع متغیر x دارای چولگی بوده و log(x) توزیع نرمال داشته باشد، متغیر x دارای توزیع لاگ نرمال با دو پارامتر خواهد بود و اگر log(x+B) دارای توزیع نرمال باشد، توزیع x لاگ نرمال با سه پارامتر خواهد بود]۵[. در شکل۱ توزیع نرمال و لاگ نرمال نشان داده شده است. برای داده‌هایی که توزیع آنها نرمال می‌باشد از کریجینگ معمولی و برای داده‌هایی که دارای توزیع لاگ نرمال می‌باشد از کریجینگ لگاریتمی استفاده می‌شود. برای داده‌هایی که توزیع آنها نرمال نمی‌باشد و قابلیت نرمال شدن را هم ندارد، استفاده از روش کریجینگ صحیح نمی‌باشد و باید از سایر روش‌ها فاصله استفاده شود]۴[. 

فسفر و گوگرد از مهمترین ناخالصیهای سنگ آهن می‌باشد. حد مجاز فسفر ۰.۲ درصد و حد مجاز گوگرد ۰.۳ درصد می‌باشد]۶[.

سنگ آهن میشدوان (آنومالى شماره IX) در استان یزد و در فاصله ۲۷ کیلومترى شمال شهرستان بافق قرار دارد. فاصله این آنومالى از معدن سنگ آهن چغارت ۱۷ کیلومتر است. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار دیتاماین کانسار مدلسازی و ارزیابی شده است.

◊◊◊◊◊◊◊

بحث :   

۱-       مدلسازی کانسار: در کانسارهای توده‌ای مانند مس پرفیری ژئولوژی کانسنگ و باطله یکسان می‌باشد و عیار مشخص می‌کند که هر قسمت از کانسار ماده معدنی و یا باطله می‌باشد. اما در کانسارهای رگه‌ای و یا لایه‌ای مثل سنگ آهن هیدروترمال، باطله و ماده معدنی دارای ماهیت متفاوت می‌باشند. در این کانسارها باید شکل ماده معدنی با استفاده از داده‌های اکتشافی مدلسازی شود تا فقط عیار بلوکهای درون لایه تخمین زده شود. برای معین کردن شکل کانسار با توجه به گمانه‌ها، گسلها، رخنمون‌ها، توپوگرافی و اطلاعات زمین‌شناسی ابتدا شکل رگه‌ها در مقاطع ساخته شده و سپس مدل وایرفرم سه‌بعدی آن تشکیل شده است.

   در مجموع در آنومالی میشدوان ۱۹ حلقه گمانه در زمانهای مختلف حفر شده است. برای مدل کردن گمانه‌ها ابتدا فایلهای ورودی با استفاده از نرم افزار Excel ساخته شده است. فایلهای ورودی شامل فایلهای ,Collar ,Survey Assay و Geology می‌باشد. فایل Collar نشان دهنده مختصات گمانه‌ها، فایل Survey شامل آزیموت و شیب گمانه‌ها، فایل Geology شامل سنگ شناسی و فایل Assay شامل عیار آهن و دیگر ناخالصیهای ذکر شده در نمونه ها می‌باشد. این فایلها در نرم افزار دیتاماین به هم ملحق شده تا مدل گمانه‌ها بدست بیاید. سپس عمل ترکیب کردن(Compositing) روی گمانه‌ها انجام می‌شود. طول نمونه‌هایی که از گمانه‌ها بدست می‌آید متفاوت می‌باشد. این نمونه‌ها در عمل ترکیب کردن به نمونه‌های ترکیبی با طول یکسان تبدیل می‌شود. برای تعیین عیار نمونه‌های ترکیبی، از عیار نمونه‌های مختلف میانگین‌ وزنی گرفته می‌شود. چگالی سنگ آهن به عیار آن وابسته است. به همین علت در تعیین وزن میانگین‌گیری علاوه بر طول نمونه‌ها، چگالی آنها نیز منظور می‌شود. از آنجا که طول اکثر نمونه‌ها برابر دو متر می‌باشد، طول نمونه‌های ترکیبی برابر این مقدار گرفته شد تا نمونه‌ای از دست نرود. در ادامه از این مدل منظم شده، برای تحلیل‌‌های آماری و تخصیص عیار استفاده می‌شود.

توپوگرافی بوسیله وایرفرم مدلسازی شده است. رخنمونها و گسلهای برداشت شده ابتدا به صورت استرینگهای دو بعدی به دیتاماین وارد شده‌ و سپس با یافتن تصویر آنها روی توپوگرافی به مدل سه‌بعدی تبدیل شده‌اند. کلیه مدلهای ساخته‌شده به صورت دو بعدی و سه بعدی در دیتاماین قابل نمایش می‌باشد و می‌توان تنظیمات نمایشی گسترده‌ای را بر روی آنها اعمال کرد. با استفاده از این قابلیت و با توجه به اطلاعات زمین شناسی، شکل مقاطع ترسیم و سپس با اتصال مقاطع به یکدیگر لایه‌ها به صورت وایرفرم‌های سه‌بعدی مدل شده‌اند. بر اساس مدل ماده معدنی ساخته شده ذخیره میشدوان شامل سه زون مجزای غربی،شرقی و مرکزی می‌باشد. در شکل ۲ مدل توپوگرافی، رخنمونها و گسلها نشان داده شده است.

مدل بلوکی برای ماده معدنی و باطله به طور جداگانه ساخته و سپس دو مدل با هم ترکیب می‌شود. ابتدا یک بلوک مادر با ابعاد ۳۶۰×۹۵۰×۱۷۵۰ متر تعریف شده که کل ذخیره را در بر می‌گیرد. برای ساخت مدل بلوکی ماده معدنی، درون مدل وایرفرم از بلوک‌های اصلی پر می‌شود. معمولاً طول و عرض بلوک‌ها را برابر یک چهارم فاصله متوسط گمانه‌ها در نظر می‌گیرند]۱[. استفاده از ابعاد بزرگتر شکل کانسار را دقیقاً مدل نمی‌کند. استفاده از ابعاد کوچکتر از این مقدار موجب بالا رفتن خطا می‌شود. فاصله متوسط بین گمانه‌ها تقریباً برابر صد متر می‌باشد. بنابراین طول و عرض بلوکها برابر ۲۵ متر در نظر گرفته شده است. ارتفاع بلوک‌ها برابر ارتفاع پله یعنی ۱۲ متر در نظر گرفته شده است. برای مدلسازی از بلوکهای فرعی با ابعاد ۳×۵×۵ متر استفاده شده تا ماده معدنی در حاشیه لایه ها به خوبی مدل شود. به این ترتیب یک مدل بلوکی ماده معدنی با ۴۶۴۷۸ بلوک اصلی و فرعی ساخته می‌شود. سپس این مدل بهینه سازی می‌شود. در این عملیات تا آنجا که ممکن است بلوکهای فرعی به هم متصل شده و تشکیل بلوکهای اصلی یا بلوکهای فرعی بزرگتر را می‌دهد. با این کار تعداد بلوکها به ۱۷۱۲۲ بلوکی کاهش یافته و بر سرعت محاسبات افزوده می‌شود، سپس نوبت به تخصیص عیار می‌رسد.

۲-             تخصیص عیار به بلوکها: با تحلیل نمونه‌های ترکیبی هیستوگرام توزیع آهن در سنگ آهن، فسفر و گوکرد در شکل۳ رسم شده است. همانطور که در شکل دیده می‌شود توزیع آهن و گوگرد نرمال و یا لاگ نرمال نمی‌باشد. بنابراین روش کریجینگ قابل استفاده نمی‌باشد. به همین علت از روش عکس مجذور فاصله برای تعیین عیار آهن و گوگرد استفاده شده است. توزیع فسفر لاگ نرمال می‌باشد، به همین علت از روش کریجینگ لاگ نرمال برای تعیین عیار آن استفاده شده است.

برای ساخت مدل بلوکی باطله درون بلوک مادر و در زیر مدل توپوگرافی از بلوکهای اصلی و فرعی پر می‌شود. به این ترتیب مدل بلوکی باطله با ۱۲۵۰۵۳ بلوک ساخته می‌شود. با ترکیب مدل باطله و مدل ماده معدنی مدل بلوکی با ۱۷۱۹۱۷ بلوک تهیه می‌شود. پس از بهینه سازی مدل، تعداد بلوکها به ۹۵۹۲۰ بلوک می‌رسد. به این ترتیب مدل بلوکی نهایی تهیه می‌شود. این مدل را می‌توان ارزیابی کرده و با آن تخمین ذخیره را انجام داد.

۳-       ارزیابی مدل بلوکی و تخمین ذخیره:  در جدول ۱ نتایج تخمین ذخیره برای زون‌های سه‌گانه میشدوان و برای کل ذخیره نشان داده شده است. همان طور که دیده می‌شود بیش از ۹۰ درصد ذخیره در قسمت مرکزی واقع است. ذخایر قسمت غربی پرعیار می‌باشد. در شکل ۷ نمودار تغییرات عیار متوسط و تناژ بر حسب عیار حد نشان داده شده است.

جدول ۱ نتایج تخمین ذخیره

عیار متوسط فسفر در کل ذخیره ۲۳/۰ درصد می‌باشد که بیشتر از حد مجاز است. بنابراین ذخیره میشدوان پر فسفر مى‌باشد. عیار متوسط گوگرد ۰۴/۰ درصد بوده و در هیچ منطقه‌ای عیار گوگرد از حد مجاز تجاوز نکرده است. بنابراین ذخیره میشدوان را می‌توان بدون گوگرد محسوب کرد.

◊◊◊◊◊◊◊

نتیجه گیرى :

در ذخیره میشدوان روش کریجینگ برای تعیین عیار آهن و گوگرد قابل استفاده نبوده و باید از روشهای دیگر مثل معکوس فاصله استفاده کرد. برای تعیین عیار فسفر می‌توان از روش لاگ کریجینگ استفاده کرد.  شعاع تاثیر آهن در امتداد طولی، عرضی و عمود بر کانسار به ترتیب برابر ۱۷۰، ۱۵۰، ۱۲۰ متر می‌باشد. شعاع تاثیر فسفر و گوگرد به ترتیب برابر ۷۰ و ۹۰ متر می‌باشد. ذخیره میشدوان شامل سه زون مجزای غربی،شرقی و مرکزی می‌باشد که بیش از ۹۰ درصد ذخیره در قسمت مرکزی می‌باشد. در کل در ذخیره میشدوان بیش از ۱/۲۸ میلیون تن ماده معدنی با عیار متوسط ۶۰/۳۱ درصد وجود دارد که از این مقدار ۸/۲۴ میلیون تن سنگ آهن کم عیار با عیار متوسط ۷۴/۲۸ و ۳/۳ میلیون تن سنگ آهن پر عیار با عیار متوسط ۷۴/۵۲ می‌باشد. ار لحاظ عناصر مزاحم سنگ آهن میشدوان از نوع فسفردار و بدون گوگرد می‌باشد.

◊◊◊◊◊◊◊

منابع فارسى :

۳- شهابی‌فر، مریم، ۱۳۸۳، "تخمین ذخیره کانسار با تکنیک شبکه عصبی مصنوعی"، کنفرانس مهندسی معدن، ج۱ ، ص۱۵۵-۱۶۷

۴- حسنی پاک، علی اصغر، ۱۳۷۷، زمین آمار(ژئواستاتیستیک) ، انتشارات دانشگاه تهران

۵- خدایارى، على اصغر، ۱۳۷۱، اصول زمین آماری ،

کلید واژه ها: مدلسازی میشدوان دیتاماین سنگآهن کانی شناسی یزد