Моргун С.И., Ведущий ГИС инженер ЗАО «ECOMM Со», г. Киев, тел.: +38 044 502-41-21, e-mail: sm@ecomm.kiev.ua; Web: www.ecomm.kiev.ua
Финчук В.В., Главный геофизик ООО «ВікВіта», г. Киев, e-mail: vikvita@ukr.net, тел.: +38 044 449-26-12
Введение
Эта статья посвящена насущной проблеме природопользовательской отрасли – подсчету запасов полезных ископаемых на основе данных, полученных с применением так называемых «легких методов» геофизики: грави-магнитной разведки, электроразведки, геохимии и других подобных методов.
Выполнив трехмерное моделирование измеренных полей, проинтерпретировав их аномальные значения с учетом данных на эталонных участках, строятся поверхности и тела предполагаемых геологических объектов. В результате этих операций получаем возможность подсчитать оценочные запасы с использованием «легкого» ПО от компании ESRI (ArcView с дополнительным модулем 3D Analyst). Данная методика использовалась уже в течение нескольких лет, в 3-4 проектах, начиная с версии ArcView 9.1, и каждый раз улучшалась с учетом новых возможностей последующих версий ArcGIS.
О методике подсчета запасов
Основные моменты нашей методики рассмотрим более детально на примере одного из интереснейших проектов – определение запасов алмазосодержащей руды требуемой категории при разработке Африканской кимберлитовой трубки.
Рис. 1. Исходные данные.
В качестве исходных для выполнения проекта взяты следующие материалы (рис. 1):
- профили электроразведки, выполненные с использованием оригинальной технологии точечного электромагнитного зондирования недр (ТЭМЗ-Ф), с дискретностью замеров в точках через 25 м;
- таблицы замеров ТЭМЗ-Ф в каждой точке, полученные как в режиме картирования, так и в режиме зондирования.
Несколько слов об оригинальной технологии точечного электромагнитного зондирования недр (ТЭМЗ-Ф). Она базируется на исследовании временных особенностей наведенного электромагнитного поля Земли, возникающих в среде после кратковременного воздействия прямоугольным импульсом постоянного тока передающей установкой, с регистрацией отклика приемной установкой (установки многовитковые, периметр одного витка до 20 см). Использовалась специально разработанная, изготовленная и апробированная аппаратура «Цикл-Микро» и «Feniks».
ГИС-часть проекта предполагала решение нескольких задач:
- 3D моделирование тела карьера трубки для расчета объемов выемки грунта из проектируемого карьера.
- Просчет объемов руды 1-3 категории, полученных по результатам обработки данных ТЭМЗ с учетом данных ТЭМЗ эталонного участка.
Получение твердотельных (каркасных) тел
Первая задача выполнялась путем построения двух TIN поверхностей по данным карт изолиний для разработанной и проектной части трубки. Результат этих построений – объемная модель карьера, которая приведена на рис. 2. С помощью инструментов ExtrudeBetween и TIN Difference модуля 3D Analyst, появившихся в ArcGIS 9.2, и используя эти же две TIN поверхности, а также .shp полигон верхней поверхности карьера, получаем новый трехмерный объект типа MultyPatch (инструмент ExtrudeBetween) и его объем (инструмент TIN Difference), см. рис. 3.
Рис. 2. Создание TIN-поверхностей трубки.
Рис. 3. Объект типа MultiPatch (твердотельное тело) – определение требуемого объема выемки грунта.
Таким образом, мы имеем возможность создать базу геоданных твердотельных тел в используемом рабочем пространстве, с учетом всех возможностей поиска, идентификации, выборки, которые нам предоставляет ArcGIS.
Для решения второй задачи в первую очередь были построены 2D-гриды поверхности, показывающие значение ТЭМЗ на разных глубинах. Шесть поверхностей на глубинах 100, 200, 500, 600, 700, 800м, соответственно, приведены на рис. 4. Весь диапазон значений ТЭМЗ разбит на 9 градаций в соответствии с категорийностью руды (по степени алмазоносности), которые получены по данным с эталонных участков. Уже на этом этапе обработки результатов разведки мы имеем данные, позволяющие скорректировать проект разработки трубки для более производительной добычи искомых ресурсов.
Рис. 4. 2D-grd поверхности, показывающие значение ТЭМЗ -Ф на разных глубинах.
Дальнейшая ГИС-обработка проекта может идти двумя путями в зависимости от типа распределения ископаемого в породе (жильного или россыпного типа), а также с учетом производственно-экономических факторов. В случае жильного типа необходимо из 2D-грида поверхности каждого уровня выделить контур внешней и, если требуется, внутренней границ полигонов выбранной градации и по ним построить ТIN-поверхности, аналогичные поверхностям трубки, то есть выделить верхнюю и нижнюю поверхности. В дальнейшем, как было описано выше, по ним строятся твердотельные тела и находятся их объемные и массовые характеристики.
Построение точечной 3D-grd модели
В случае, если тип месторождения россыпного типа, целесообразно использовать другой подход, позволяющий более точно выполнить конечную задачу. В этом случае строится точечный трехмерный грид (3D-grd, см рис. 5, 6) путем векторизации (растр-точка) полученных растров, при этом предварительно достраиваются промежуточные растры с требуемым вертикальным шагом (например, в нашем проекте это 10 метров). Используя инструменты из набора Raster Math, были достроены дополнительные девять растров на каждую пару интерполированных растров, интервал между которыми был по 100 м.
Рис. 5. Точечный 3D-grd, моделирующий значение ТЭМЗ-Ф на глубинах (100-300м).
Рис. 6. Полная точечная 3D-grd модель трубки (глубины 0-1000м).
Прелесть полученной точечной 3D-grd модели в том, что вы легко можете получить поперечные сечения самого различного вида (рис. 7), и это позволяет вам иметь полную картину исследуемого месторождения.
Выполнив запрос по каждой из требуемых градаций, получаем выборку тел, объемные и массовые характеристики которых можно легко просчитать (рис. 8), так как имеются объемные и массовые характеристики единичного элемента 3D-grd модели.
Рис. 7. Построение сечений различных типов.
Рис. 8. Построение искомых тел и определение их объемных и массовых характеристик.
Заключение
Таким образом, поставленные перед нами задачи были успешно выполнены. Также хотелось бы отметить универсальность данного метода, который с успехом может быть применен не только при поиске полезных ископаемых разной природы, но и в экологии, инженерной геологии, строительстве и других отраслях.
