بررسی تأثیر پارامتر‌های واریوگرام بر مدل عیاری کانسار مس سونگون

گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و پنجمین گردهمائی علوم زمین
نویسنده احمدر ضا صیادی
تاريخ برگزاری ۰۹ خرداد ۱۳۸۶

 

مقدمه :

 

در ارتباط با فرآیند‌هاى مدل‌سازى کانسار چالش‌هاى متعدّدى وجود دارد. در حالت کلى، این چالش‌ها را مى‌توان به دو دسته تقسیم کرد. دسته‌اى مربوط به تئورى و الگوریتم ساخت نرم‌افزار‌هاى مدل‌سازى و دسته‌اى دیگر شامل قضاوت‌هاى مهندسى و کاربرى نرم‌افزار‌هاى مدل‌سازى مى‌باشد. ترنر[۱]  چالش‌هاى دسته نخست را به صورت زیر عنوان مى‌کند [۱]:

-   چالش‌ها و روند‌هاى تکنولوژیکى مانند مفاهیم مدیریت اطّلاعات، پایگاه داده‌ها و سیر تکاملى آنها، نحوه عملکرد نسبت به هزینه سخت‌افزار و انتقال اطّلاعات

-   مدل‌سازى هندسى یا تعریف اسکلت مدل مانند مدل‌سازى لایه‌هاى رسوبى، مدل‌سازى به کمک گمانه‌هاى اکتشافى، مدل‌سازى گسل‌ها، مدل‌سازى عوارض پیچیده

-      مدل‌سازى عیارى یا تخصیص توزیع ویژگى‌ها که مى‌تواند به کمک مش‌هاى ساخت‌یافته[۲]  یا مش‌هاى بى‌شکل۲ انجام گیرد.

-      مدل‌سازى زمین‌شناسى در ارتباط با سیستم‌هاى مدیریت اطّلاعات یا ساختار تصمیم‌گیرى

دسته دیگرى از چالش‌ها که مرتبط با قضاوت‌هاى مهندسى و کاربرى نرم‌افزار مى‌باشد غالباً به شرایط خاص مدل‌سازى کانسار برمى‌گردد که برخى از شرایط عبارتند از [۱]:

-      هندسه و توپولوژى پیچیده

-      مرز‌هاى نامعلوم با تغییرات فضایى پیچیده

-      استفاده از درون‌یابى فضایى به دلیل تعداد کم نمونه‌هاى اولیّه

این شرایط موجب تنوّع برداشت و تفاوت در قضاوت‌هاى مهندسین زمین‌شناس و معدن شده و در نتیجه مدل‌هاى مختلفى از همان دسته اطّلاعات توسّط کارشناسان مختلف ارائه مى‌شود. هدف تحقیق بررسى پارامتر‌هاى مدل واریوگرام در ارتباط با دسته دوم چالش‌ها مى‌باشد. تحلیل حسّاسیّت مدل کانسار نسبت به این پارامتر‌ها و شناخت پارامتر‌هاى بحرانى مى‌تواند طرّاحان را در زمینه مدل‌سازى کانسار یارى کند.

تخمین زمین‌آمارى ذخایر معدنى شامل دو مرحله مى‌باشد. مرحله اول، شناخت و مدل‌سازى ساختار فضایى عیار و ضخامت ماده معدنى مورد تخمین است. در این مرحله مفهوم پیوستگى و ناهمگنى و ساختار فضایى ذخایر معدنى به وسیله واریوگرام بررسى مى‌شود. مرحله دوم، تخمین زمین‌آمارى ذخایر معدنى به روش کریجینگ است که به مشخّصات مدل واریوگرام برازش شده در مرحله اول وابسته است [۲]. در این تحقیق به تحلیل حسّاسیّت پارامتر‌هاى مرحله دوم پرداخته و تأثیر تغییرات این پارامتر‌ها بر مدل عیارى کانسار مس سونگون بررسى شده است [۳].

در این کانسار سه زون کانى‌سازى لیچ، سوپرژن و هیپوژن قابل مطالعه هستند. مطالعه عیار مس در نمونه‌هاى به دست آمده از بخش لیچ رابطه فضایى مشخّصى را نشان نمى‌دهند بنابراین، تنها دو بخش سوپرژن و هیپوژن مورد بررسى قرار گرفته‌اند. پارامتر‌هاى مختلفى در این ارتباط قابل بررسى هستند از جمله: دامنه واریوگرام، واریانس فضایى و تصادفى واریوگرام، نوع و تعداد ساختار واریوگرام.

 

 

◊◊◊◊

 

بحث :

 

۱- روش تحقیق

براى ارزیابى پارامتر‌هاى واریوگرام، هر یک از پارامتر‌ها را یکبار به عنوان متغیّر در نظر گرفته در حالیکه، مقدار پارامتر‌هاى دیگر ثابت بوده و برابر مقادیر نظیر در مدل مبنا مى‌باشند. تا حد امکان سعى شده است تغییرات پارامتر‌ها و تأثیر آنها بر میزان محتوى فلزى و متناظر با آن عیار متوسّط، به صورت نسبى و به درصد بیان شود تا امکان تحلیل بهترى فراهم شود. تغییرات براى پارامتر‌هاى «دامنه تأثیر»، «واریانس فضایى» و «واریانس تصادفى» ۵۰± مى‌باشد. دلیل بزرگى دامنه تغییرات به هدف این تحقیق مربوط است. از آنجا که هدف تحقیق، تحلیل حسّاسیّت عیار متوسّط نسبت به پارامتر‌هاى واریوگرام است، حدود تغییرات پارامتر‌ها بزرگ در نظر گرفته شده است و این مسأله پر‌واضح است که در عمل چنین تغییراتى دور از ذهن مى‌باشد. در ارزیابى پارامتر‌هاى «نوع واریوگرام» و «تعداد ساختار واریوگرام» چون محدوده‌اى براى تغییرات وجود ندارد، سه حالت بررسى شده است. تغییرات پارامتر "نوع واریوگرام" به ترتیب براى مدل‌هاى نمایى، کروى و گوسى برابر  ۵۰- ، ۰ و ۵۰ درصد فرض شده (براى مدل مبنا نوع کروى منظور شده است) و تغییرات پارامتر "تعداد ساختار واریوگرام" به ترتیب در حالات یک، دو و سه ساختاره برابر ۰، ۵۰ و ۱۰۰ درصد فرض شده است (واریوگرام مدل مبنا تک ساختاره است). انتصاب پارامتر‌ها براى مدل مبنا مطابق جدول ۱ مى‌باشد.

 

جدول ۱: دامنه واریوگرام در سه امتداد اصلى زون‌هاى لیچ، سوپرژن و هیپوژن

بخش (زون)

دامنه واریوگرام در جهت X

دامنه واریوگرام در جهت Y

دامنه واریوگرام در جهت Z

سقف واریوگرام

اثر قطعه‌اى

مدل واریوگرام

تعداد ساختار

سوپرژن

m ۵/۱۸۶

m ۵/۱۸۶

m ۴/۲۷

۳۲/۰

۰۴/۰

کروى

یک

هیپوژن

m ۱۶۰

m ۱۶۰

m ۱/۴۰

۱۲/۰

۰۱/۰

کروى

یک

 

۲- واریوگرافى

واریوگرافى به طور مجزا در هر بخش انجام شده است. در بخش لیچ ارتباط فضایى مشخّصى بین نمونه‌ها به دست نیامده و در نتیجه از روش تخمین عکس مجذور فاصله استفاده شده است، در ضمن مدل‌سازى این بخش از اهمّیّت بالایى برخوردار نیست و غالب این زون به عنوان باطله و روباره محسوب مى‌شود. واریوگرام‌هاى نهایى بخش‌هاى سوپرژن و هیپوژن در امتداد قائم و سطح افق انجام شده است. واریوگرام تجربى و مدل کروى برازش شده در هر کدام از بخش‌ها در شکل‌ ۱ آورده شده است. واریوگرافى توسّط فرآیند VGRAM به کمک نرم‌افزار DATAMINE انجام شده و پارامتر‌هاى این مرحله به صورت زیر است:

 


جهت قائم

LAG=۶.۲۵ m    NLAGS=۱۵    AZI=۰ HORANG=۱۵    DIP=۹۰    VERANG=۱۵    CYLRAD=۵

جهت افق:

LAG=۲۵ M    NLAGS=۲۰    AZI=۰ HORANG=۹۰    DIP=۰    VERANG=۲۰    CYLRAD=۵۰


 

 

در واریوگرافى بخش لیچ از عیار‌هاى بالاتر از ۵/۰ درصد مس صرف‌نظر شده است. در واریوگرافى بخش سوپرژن از عیار‌هاى کم‌تر از ۱/۰ درصد صرف‌نظر شده است.

 

۳- تأثیر تغییرات پارامتر‌هاى واریوگرام بر مدل‌سازى کانسار مس سونگون

در این بخش به بررسى تأثیر پارامتر‌هاى مختلف مدل واریوگرام بر مدل کانسار مس سونگون پرداخته شده است.

۳-۱- دامنه واریوگرام

براى یک متغیّر ناحیه‌اى با ساختار فضایى، توزیع طورى است که تشابه مقدار متغیّر ناحیه‌اى براى نقاط نزدیک به هم نسبت به نقاط دور از هم بیشتر است. لذا با افزایش فاصله زمانى یا مکانى بین نمونه‌ها به حدى مى‌رسیم که از آن به بعد مقدار متغیّر ناحیه‌اى در نقاط اطراف یکدیگر بر هم تأثیر چندانى ندارند و با افزایش فاصله، مقدار واریوگرام تغییر معنى‌دارى نمى‌کند. به این فاصله، دامنه یا شعاع تأثیر مى‌گویند [۲].

تأثیر دامنه واریوگرام بر مدل در جهات اصلى X، Y و Z  بررسى شده است. طول گام تغییرات ۱۰% در نظر گرفته شده و ۵- تا ۵+ گام بررسى شده است.

از شکل‌هاى ۲ تا ۴ پیدا است که حسّاسیّت مدل نسبت به دامنه واریوگرام اندک است و در تمامى حالات، تغییرات محتوى فلزى کمتر از ۱% مى‌باشد. امّا آنچه که در ارتباط با یافتن دقیق دامنه واریوگرام یا ارتباط فضایى مهم است به دست آوردن دامنه تأثیر یا فاصله جستجو از روى دامنه واریوگرام است که این پارامتر همانطور که در بالا مشاهده شد تأثیر بسیار زیادى بر مدل دارد. پس باید در یافتن دامنه تأثیر حساس بوده و از تخصّص و تجربه کافى در این زمینه بهره برد. آنچه که در این بخش بررسى شده تأثیر دامنه واریوگرام بدون تغییر فاصله جستجو بوده و در تمامى مدل‌ها دامنه جستجو مطابق با مدل مبنا مى‌باشد. همانطور که در نمودار‌ها دیده مى‌شود به دست آوردن ارتباط بین تغییرات دامنه واریوگرام و درصد تغییرات محتوى فلزى دشوار است و تنها در امتداد X ارتباط قوى به چشم مى‌خورد. در این امتداد با کاهش دامنه واریوگرام، عیار متوسّط و طبیعتاً مقدار محتوى فلزى افزایش یافته است و بالعکس با افزایش دامنه واریوگرام میزان محتوى فلزى کاهش یافته است. به عنوان مثال در زون سوپرژن به ازاى کاهش ۴۰ درصدى دامنه واریوگرام در جهت X، مقدار محتوى فلزى به میزان ۱۳/۰ درصد افزایش مى‌یابد که این میزان در امتداد Z، ۵/۰ درصد مى‌باشد که نشان از حسّاسیّت بیشتر این پارامتر در امتداد Z است.

۳-۲- واریانس فضایى واریوگرام (C)

همچنانکه طول گام‌هاى واریوگرام (h) افزایش مى‌یابد مقدار هر واریوگرام از مقادیر کم شروع شده و پس از فراز و نشیب‌هایى ممکن است به سمت ثابتى میل کند. بنابراین بعضى از واریوگرام‌ها به مقدار نسبتاً ثابتى مى‌رسند که بعد از آن هر چه فاصله بیشتر شود مقدار واریوگرام تغییر معنى‌دارى نمى‌کند. به این مقدار نسبتاً ثابت که تغییرات آن فقط تصادفى است سیل یا سقف گفته مى‌شود [۴]. اختلاف بین مقدار سقف با اثر قطعه‌اى را واریانس فضایى گویند.

نتایج تأثیر واریانس فضایى واریوگرام بر مدل در نمودار‌هاى شکل ۵ آورده شده است. طول گام تغییرات واریانس فضایى ۱۰% در نظر گرفته شده و ۵- تا ۵+ گام بررسى شده است. به دلایلى از جمله عدم تخمین بسیارى از بلوک‌ها به خاطر ساختار ماتریس‌هاى حل کریجینگ، در تمام جهات از یک واریانس فضایى استفاده شده است. نمودار‌هاى حاصله وجود رابطه توانى با درجه ۲ را بین تغییرات واریانس فضایى و درصد تغییرات محتوى فلزى نشان مى‌دهند. کاهش مقدار واریانس فضایى افزایش عیار و بالتّبع افزایش محتوى فلزى را در پى داشته و افزایش آن کاهش محتوى فلزى را به همراه دارد. با کاهش مقدار واریانس فضایى آهنگ تغییرات محتوى فلزى با سرعت بیشترى افزایش مى‌یابد. به عنوان مثال در بخش سوپرژن با ۲۰ درصد افزایش واریانس فضایى، مقدار محتوى فلزى به میزان ۰۳۷/۰ درصد کاهش مى‌یابد.

 

 

 

۳-۳- واریانس تصادفى واریوگرام (۰‍‍C)

از نظر تئورى مقدار واریوگرام به ازاء h=۰ باید به حداقل مقدار خود یعنى به صفر تنزّل کند ولى در عمل واریوگرام‌هاى واقعى که محصول تجربه مى‌باشند، معمولاً از چنین شرایطى تبعیّت نمى‌کنند. به مقدار واریوگرام به ازاء h=۰، اثر قطعه‌اى گفته مى‌شود [۵].

نتایج تأثیر واریانس تصادفى واریوگرام بر مدل در نمودار‌هاى شکل ۶ آورده شده است. طول گام تغییرات واریانس فضایى ۱۰% در نظر گرفته شده و ۵- تا ۵+ گام بررسى شده است. نمودار‌هاى به دست آمده (شکل ۶) ارتباط قوى بین متغیّر و تابع را نشان مى‌دهند. مى‌توان این ارتباط را خطى فرض کرد و مى‌توان از درجه ۲ نیز استفاده کرد، زیرا آهنگ تغییرات محتوى فلزى با کاهش واریانس تصادفى رو به افزایش است. نتایج نشان مى‌دهند که با افزایش واریانس تصادفى میزان محتوى فلزى افزایش یافته و کاهش واریانس تصادفى کاهش محتوى فلزى را در پى دارد. به عنوان مثال در بخش سوپرژن با ۲۰ درصد افزایش واریانس تصادفى، مقدار محتوى فلزى به میزان ۰۴/۰ درصد افزایش مى‌یابد.

 

 

۳-۴- نوع واریوگرام

شکل ۷ مدل‌هاى مختلف برازش شده بر واریوگرام تجربى بخش هیپوژن را نشان مى‌دهد. واریوگرام برازش شده بر مدل مبنا نوع کروى مى‌باشد. تأثیر دو نوع دیگر واریوگرام یعنى نمایى و گوسى بر مدل بررسى شده و نتایج آن در جدول ۲ گزارش شده است. با توجّه به نتایج به دست آمده، حسّاسیّت مدل نسبت به این پارامتر کم است. در کل، مدل نمایى برازش بهترى داشته است و میزان محتوى فلزى به دست آمده در آن مدل نیز بیشتر است.

۳-۵- ساختار واریوگرام

واریوگرام به کار برده شده در مدل مبنا نوع یک ساختاره مى‌باشد. براى بررسى تأثیر ساختار واریوگرام فرض شده است که واریوگرام دو و سه ساختار دارد و با این فرض مدل مناسب برازش شده و نتایج تأثیر این تغییرات در جدول ۳ گزارش شده است. نتایج، حسّاسیّت کم این پارامتر را بر مدل نشان مى‌دهند امّا همین حسّاسیّت در بخش سوپرژن چند برابر زون هیپوژن است و این پارامتر مى‌تواند در کانسار‌هاى دیگر از حسّاسیّت و اهمیّت بیشترى برخوردار باشد.

 

جدول ۲: تأثیر نوع واریوگرام اسفاده شده (برازش شده) بر روى مدل

بخش (زون)

سوپژرن

هیپوژن

نوع واریوگرام

کروى

نمایى

گوسى

کروى

نمایى

گوسى

احمدر ضا صیادی، استادیار دانشگاه تربیت مدرس

ابراهیم اژدری شبستری، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی استخراج معدن دانشگاه تربیت مدرس

مهرداد حیدری، عضو هیئت علمی دانشگاه امام خمینی قزوین

 

◊◊◊◊

 

چکیده:

 

مدل‌سازی کانسار از مقدّمات اصلی برآورد ذخیره می‌باشد. مدل‌سازی کانسار‌ها غالبآ طیّ دو فرآیند مدل‌سازی هندسی و مدل‌سازی عیاری با استفاده از الگوریتم‌ها و روشهای مختلف صورت می‌گیرد. از عمده روش‌های به کار رفته در این فرآیند‌ها، استفاده از روش‌های زمین‌آماری برای درون‌یابی می‌باشد. تخمین زمین‌آماری به روش کریجینگ وابسته به پارامتر‌های مدل برازش شده بر واریوگرام تجربی می‌باشد. با توجّه به تئوری مدل‌سازی و نرم‌افزار مورد استفاده و همچنین قضاوت‌های مهندسی کاربر چالش‌های متعدّدی می‌تواند در خلال مدل‌سازی به وجود آید. شناخت نوع و میزان تأثیر این چالش‌ها می‌تواند صحّت و دقّت مطالعات برآورد ذخیره را بهبود بخشد. در این تحقیق، پارامترهای مؤثّر بر مدل‌سازی عیاری نظیر دامنه تأثیر، سقف، اثر قطعه‌ای، ساختار و نوع واریوگرام بررسی شده و حسّاسیّت مدل کانسار مس سونگون به ویژه از نقطه نظر عیار متوسط و محتوای فلزی نسبت به این پارامتر‌ها ارزیابی شده است. پارامتر "دامنه تأثیر در جهت Z" متغیّر بحرانی بوده و تغییرات پارامتر «واریانس تصادفی» کمترین تأثیر را بر مدل داشته است.

واژه‌های کلیدی: مدل‌سازی، چالش، واریوگرافی، تحلیل حسّاسیّت، مس پورفیری، معدن سونگون

کلید واژه ها: مدلسازی واریوگرافی مسپورفیری معدنسونگون تعیین ارزیابی سایر موارد