XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Введение

 

Человечество тысячелетиями извлекает полезные ископаемые из земных недр. В 2600 году до нашей эры древние египтяне начали добывали медь на Синайском полуострове, а в 1400 году до нашей эры древние греки нашли серебряные залежи к югу от Афин. Однако с течением времени люди истощили большинство легкодоступных поверхностных месторождений, и начали искать способы разведки ресурсов, залегающих глубоко в недрах земли. С ростом научно-технического прогресса появляется все больше способов и возможностей добычи полезных ископаемых, однако их разведка до сих пор остается тяжелой и экономически затратной.

Огромную роль в поиске и разведке полезных ископаемых играют ГИС. Геоинформационные системы позволяют решать широкий спектр задач разведки, добычи, транспортировки полезных ископаемых, составления и ведения геологических карт и атласов, оценки запасов и составления отчетности, а также в вопросах охраны природы и при оценке воздействия на окружающую среду. Массовое распространение и внедрение ГИС началось в начале 1990-х годов, и существенно уменьшило время и затраты на поиск новых месторождений и контроль за уже освоенными ресурсными базами.

Цель работы: изучение способов применения ГИС технологий для проведения геологоразведочных мероприятий. Поставленная цель определяет задачи исследования:

изучить возможности ГИС;

рассмотреть динамику и перспективы развития ГИС в области разведки полезных ископаемых;

выяснить преимущества и недостатки;

Глава 1. Применение ГИС в геологоразведке.

Геологи, специализирующиеся на разведке полезных ископаемых, используют для поиска новых экономически эффективных месторождений разнообразные наборы данных — от геологических карт, гиперспектральных аэрофотоснимков и мультиспектральных спутниковых снимков до баз данных различных форматов. Геоинформационная система является идеальной платформой для объединения такой разнородной информации. [4]

Одно из первых применений ГИС при добыче руд цветных металлов было зафиксировано в середине 1990-х гг. на шахтах компании Brimstone Mining Inc, которая приобрела шахту Mayflower в юго-западной части штата Монтана1. Шахта Mayflower была основным производителем золота в 1930-х гг., соответственно, вся информация была устаревшая (чертежи на холсте, старые бумажные карты и данные геодезической съёмки различной степени подробности и точности). Компания DTM Consulting of Bozeman перевела все исторические данные в цифровой формат для последующей визуализации в ГИС и для оценки ресурсов шахты. Всё это позволило сделать выводы о целесообразности проведения геологоразведочных работ.

Ещё одним примером является использование ГИС компанией Eaglecrest Exploration LTD, которая занималась разработкой золоторудного месторождения «Сан-Симон» на северо-востоке Боливии2. С помощью ГИС-технологий компания построила трёхмерные модели существующих буровых разрезов (модели разрезов, построенные по буровым скважинам); с помощью этих моделей была выявлена прежде не замечаемая закономерность: золото концентрировалось в вертикальных рудных телах. Немедленно были пересмотрены планы буровых работ с учётом новых данных по залеганию металла, и с тех пор, как минимум, каждая третья скважина на основных залежах позволяла добывать более 10 г золота на 1 т руды. Таким образом, 3D-моделирование показало свою эффективность при разработке месторождения. Кроме того, трёхмерные модели позволяют интегрировать данные топографии, данные полевых проб, геофизической съёмки, архивные данные, что делает модель более детальной и пригодной для анализа и планирования.

В современных условиях, для определения благоприятных на обнаружение залежей полезных ископаемых площадей и анализ большого объема накопленных данных эффективней использовать современные ГИС-системы. Современные ГИС могут использоваться не только, как картосоставительский инструмент, но и для сбора, хранения, организации, математической обработки и трансформации данных, производить анализ и интеграцию геопространственной информации из разных источников. Из всех этих возможных функций первостепенное значение имеют анализ и интеграция информации, поскольку конечной целью является разработка прогнозных пространственных моделей, позволяющие включать и комбинировать соответствующие переменные, связанные с месторождения и проявления полезных ископаемых. [2]

Задачи ГИС в добывающей промышленности.

Задачи Гис в добывающей промышленности:

Разведка новых месторождений

Оценка запасов

Оптимизация добычи уже разведанных

Упрощение логистических цепочек

Прогнозирование и оценка влияния на окружающую среду

Еще до начала непосредственных геологоразведочных мероприятий на интересуемой территории проводятся геохимические и геофизические анализы. В первую очередь геологов интересуют тепловые и магнитные аномалии, скачки гравитационного поля и резкие изменения температурного градиента. Затем полученная информация заносится в специальную геоинформационную систему, где соотносится с региональными или глобальными базами данных. Таким образом, первостепенная задача ГИС в геологоразведке – это анализ геохимических и геофизических аномалий, и поиск закономерностей, на основе которых можно сделать приблизительную оценку запасов полезных ископаемых.

Точность оценки запасов зависит от множества факторов, к ним можно отнести параметры разведочной сети, качество производства разведочных работ и дальнейшего анализа проб, объективность геолога при интерпретации данных на разрезах, принятые геологом параметры блочного моделирования и метод интерполяции и многое другое. Наиболее часто используемые ГИС: QGIS, ArcGis, MapInfo.

Преимущества и недостатки ГИС в геологоразведке.

Главным достоинством ГИС является экономия временных ресурсов, которая достигается за счет автоматизированного структурирования полученных данных и их комплексного анализа. Геоинформационные системы объединяют данные, накопленные в различных подразделениях компании или даже в разных областях деятельности организаций целого региона, и сопоставляют их с глобальными базами данных. Коллективное использование накопленных данных и их интеграция в единый информационный массив дает существенные конкурентные преимущества и повышает эффективность эксплуатации геоинформационных систем. [1]

Для геологоразведки полезных ископаемых огромным преимуществом является возможность использовать обширный функционал ГИС без доступа к сети интернет. Для проведения работ в полевых условиях используют специальные портативные устройства, позволяющие делать предварительные выводы о наличии месторождений на основе свежеполученных данных. [9]

Недостатками ГИС можно назвать дороговизну и сложность создания специализированных ГИС и необходимость постоянных поддержки и обновлений функционала. Важным недостатком является большая зависимость ГИС от четкости сбора и интерполяции данных, а значит пользователи должны обладать необходимой квалификацией, что создает дополнительные экономические трудности. [5]

Глава 2. Горно-геологические информационные системы.

ГГИС – это отдельный вид геоинформационных систем, используемый горнорудными компаниями и заточенный специально для решения геологоразведочных задач. Основным отличием ГГИС является возможность моделирования и визуализирования 3-х и 4-х мерных объектов, то есть при привязке растровых данных в ГГИС можно учитывать не только координаты X, Y, но и координату Z, а также временные параметры. Таким образом можно создать объёмные модели месторождений, скважин, разрезов, а также модели рудного тела. Сформированная трехмерная модель месторождения в дальнейшем может быть использована для подсчета запасов месторождения или его участков, геолого-экономической оценке, задачах календарного планирования и определения экономически целесообразных контуров отработки. [7]

Рис. 1. Сравнение ГИС и ГГИС

Для создания цифровых карт и картографической базы данных целесообразно использовать функционал ГИС, а для решения геологических задач при геологоразведочных работах (от проектирования скважин до подсчёта ресурсов месторождения) — ГГИС. В результате комплексного использования компьютерных технологий создаются уникальные информационные продукты — горно-геологические информационные системы. Совокупность аппаратных, программных средств и хранимых моделей месторождения, карьера, отвалов, топографии и ситуации называют геоинформационным обеспечением горного производства или горно-геологической информационной системой (ГГИС) [3]

В любой ГГИС в базе данных должны храниться информация о координатах скважин и их глубинах, а также инклинометрия скважины, которая определяет ее положение в пространстве, данные опробования, данные литологии, характеризирующие типы пород на определённых глубинах.

Рис. 2. Структура геоинформационного обеспечения
геологической разведки полезных ископаемых на примерах ГГИС MICROMINE и ГИС QGIS

2.1. Перспективы ГГИС.

Использование ГГИС в геологоразведке зарекомендовало себя как практичный и экономически выгодный инструмент. При активной поддержке добывающих компаний горно-геологические информационные системы постоянно развиваются. Самые передовые ГГИС уже способны спрогнозировать смещения и перемешивания горных пород при взрыве, что позволяет моделировать качественные показатели полезных компонентов во взорванной горной массе. Также наблюдается тенденция использования нейросетей ИИ для мониторинга и анализа аномалий, что сильно расширяет возможности геологов.

До недавнего времени данные о залежах полезных ископаемых получались исключительно благодаря наземным геологоразведочным работам. Однако в настоящее время разрабатывается технология обнаружения и подсчёта запасов полезных ископаемых на основе специальной обработки материалов ДДЗ и использования аналитических технологий ГИС. В основе технологии лежит применение уникальных математических методов обработки следов влияния ядра Земли на её поверхность. Этот анализ осуществляется при обработке ДДЗ и называется структурометрический метод прогнозирования минерального сырья. Данный метод позволяет повышать успешность разведочного бурения, строить детальную геологическую модель и производить подсчёт запасов месторождений. Самые функциональные ГГИС на данный момент: Micromine, ГЕОМИКС, GEOVIA и Maptec. [11]

Перспективой развития прикладных аспектов ГИС является расширение спектра учитываемых и контролируемых параметров, в том числе современной геодинамической активности, данных экологического мониторинга, в том числе радиационного – основы прогнозов динамики опасных природных процессов, спровоцированных техногенным влиянием горнодобывающих предприятий, текущих оценок и обоснование экологического и социального рисков при планировании экономического развития региона. [6]

Заключение

В заключение хочу отметить, что потребность человечества в ископаемых ресурсах со временем только увеличивается, это толкает все страны мира развивать новые более эффективные и экономически выгодные способы геологоразведки и глубинной добычи. Еще сто лет назад люди не могли представить, что в будущем станет возможным определять новые месторождения с помощью аэро- и космозондирования, и что искусственный интеллект будет способен моделировать целые скважины и предсказывать наличие полезных ископаемых глубоко в недрах земли. Все это стало возможным благодаря развитию ГИС технологий.

Список литературы

Александрова В.И. Моделирование и ГИС-технологии. 2013. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-i-gis-tehnologii-1 Дата обращения: 29.11.22 г

Андреев Д. В., Данилов Ю. Г. Применение ГИС-технологий для решения задач поиска полезных ископаемых на территории Республики Саха (Якутия) // Мониторинг. Наука и технологии. 2019. № 2(40). С. 37–42. URL: http://csmos.ru/download/mnt/mnt_v040_art06.rar Дата обращения: 29.11.22 г

Басаргин А. А. Методика создания трехмерных геологических моделей месторождений с использованием геоинформационной системы Micromine // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2015. Т. 1. № 1. С. 15-20. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metodika-sozdaniya-trehmernyh-geologicheskih-modeley-mestorozhdeniy-s-ispolzovaniem-geoinformatsionnoy-sistemy-micromine Дата обращения: 01.12.22 г

Демура Г. В. Разведка месторождений полезных ископаемых, ГИС и геофизическое опробование // Недропользование XXI век. 2014. № 2(46). С. 32-37. Дата обращения: 01.12.22 г

Корнилков С. В. О прикладных аспектах развития геоинформационных систем горнодобывающих предприятий // Проблемы недропользования. 2016. № 4 (11). С. 131-140. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/o-prikladnyh-aspektah-razvitiya-geoinformatsionnyh-sistem-gornodobyvayuschih-predpriyatiy Дата обращения: 29.11.22 г

Коросов А.В. Слово о ГИС в экологии // Принципы экологии. 2017. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/slovo-o-gis-v-ekologii Дата обращения: 25.11.22 г

Маммедов А.А., Мусаев Ш. Д. Геоинформационное обеспечение геологоразведки месторождений руд цветных металлов // Географические информационные системы и технологии. 2020 № 2. С. 120–136. URL: http://intercarto.msu.ru/jour/articles/article785.pdf Дата обращения: 25.11.22 г

Новопашин А. В. Геоинформационные технологии в решении прикладных задач алмазопоисковой геологии (Якутская алмазоносная провинция) // Науки о Земле и недропользование. 2015. № 2 (51). С. 77-87. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/geoinformatsionnye-tehnologii-v-reshenii-prikladnyh-zadach-almazopoiskovoy-geologii-yakutskaya-almazonosnaya-provintsiya Дата обращения: 29.11.22 г

Перелыгин В. Т. и др. Актуальные разработки ОАО НПП" ВНИИГИС" и ООО НПП" ИНГЕО": аппаратура и комплексы для геофизических исследований скважин на месторождениях твердых полезных ископаемых и подземных вод // Каротажник. 2016. № 7. С. 24-51. Дата обращения: 29.11.22 г

Пешкова А. А., Мироманов А. В. Концептуальная модель геоинформационного проекта для хранения комплексных геофизических данных и управления ими // Науки о Земле и недропользование. 2017. Т. 40. № 4 (61). С. 77-85. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kontseptualnaya-model-geoinformatsionnogo-proekta-dlya-hraneniya-kompleksnyh-geofizicheskih-dannyh-i-upravleniya-imi Дата обращения: 01.12.22 г

Попов М. А. и др. Принципы геоинформационного обеспечения задач дистанционного поиска полезных ископаемых // Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. География. Геология. 2012. Т. 25 (64). № 1. С. 177-190. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/printsipy-geoinformatsionnogo-obespecheniya-zadach-distantsionnogo-poiska-poleznyh-iskopaemyh Дата обращения: 02.12.22 г

Код для цитирования: Скопировать