DE102009032098A1

DE102009032098A1 - Verfahren zur geologischen Erkundung von Rohstofflagerstätten

Info

Publication number: DE102009032098A1
Application number: DE102009032098A
Authority: DE
Inventors: Roman Lempke; Wolfgang Dreiucker; Rainer Dr. Grimm; Frank Magdeburg
Original assignee: NOYEM KG
Current assignee: NOYEM KG
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2011-01-05
Also published as: WO2011000755A2; DE102010030453A1; WO2011000755A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur geologischen Erkundung von Rohstofflagerstätten, insbesondere von verwitterten, oberflächennah unter Flur anstehenden Erzvorkommen, welches besonders geeignet ist eine sichere und kostengünstige Exploration vererzter, stark zerklüfteter Gesteinskörper zu gewährleisten, die nach dem geologisch-mineralogischen Anfangsbefund erwarten lassen, dass die gesuchten metallhaltigen Minerale in unregelmäßig vorhandenen Rückstandsarealen abgelagert sind. Hierfür wird vorgeschlagen, dass die geologische Erkundung von Rohstofflagerstätten unter Verwendung eines Suchpotentials erfolgt, wobei das Suchpotential zumindest geophysikalische Messverfahren und Bohrungen und/oder Schürfe umfasst, ein Erkundungsraster für die Bohrungen und/oder die Schürfe in Abhängigkeit einer Reichweite a zumindest eines Teils des Suchpotentials, und ein Stichprobenumfang n in Abhängigkeit einer Korrelation r zwischen in einer Vorerkundung gewonnenen ersten Stichproben und einer Ortungswahrscheinlichkeit P(t) ermittelt wird, und zweite Stichproben im Umfang des ermittelten Stichprobenumfangs n zur Erkundung durch die Bohrungen und/oder Schürfe in dem Erkundungsraster gezogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur geologischen Erkundung von Rohstofflagerstätten, insbesondere von verwitterten, oberflächennah unter Flur anstehenden Erzvorkommen, welches besonders geeignet ist eine sichere und kostengünstige Exploration vererzter, stark zerklüfteter Gesteinskörper zu gewährleisten, die nach dem geologisch-mineralogischen Anfangsbefund erwarten lassen, dass die gesuchten metallhaltigen Minerale in unregelmäßig vorhandenen Rückstandsarealen abgelagert sind.
Die geologische Erkundung von Erzvorkommen mit Verwitterungsbefund ist mit den derzeit bekannten und angewendeten Verfahren eine hochriskante und kapitalintensive Investition mit ungewissem Ausgang. Das grundsätzliche Problem der geologischen Erkundung war, ist und bleibt, dass die unter Flur anstehenden vererzten Mineralvorkommen durch das Deckgebirge verhüllt, von der Oberfläche aus nicht einsehbar und damit nur in einer bestimmten Wahrscheinlichkeit erfassbar sind. Die bekannten Verfahren tragen dem Erkundungsrisiko nur durch eine sehr hohe Erkundungsdichte je qkm Erkundungsfläche Rechnung. Dabei wird die Erkundungsdichte ausschließlich über die Reichweite der gesicherten Aussagekraft der Erkundungsaufschlüsse bestimmt. Die daraus folgende sehr hohe Anzahl von Kernbohrungen, Schürfen und Analysen führt zwingend zu exorbitant hohen Erkundungskosten. Die bekannten Verfahren sind statisch, über den gewünschten Wahrscheinlichkeitsgrad der Ergebnisse nicht steuerbar, nicht optimierungsfähig und zu kapitalintensiv.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur geologischen Erkundung von verwitterten, oberflächennah unter Flur anstehenden Erzvorkommen zu entwickeln, welches dem Grundsatz der gegenseitigen Bedingtheit von Genauigkeit und Wirtschaftlichkeit folgend, geeignet ist über ein steuerbares und optimierungsfähiges definiertes Suchmodell einen unbekannten Gesteinskörper zielsicher aufzufinden und ihn nach Größe, Form und Lage zu bestimmen, welches einsetzbar ist zur sicheren Identifizierung der petrographischen, stratigraphischen, chemischen und physikalischen Charakteristika und welches geeignet ist die zufallsabhängigen kausalregressiven Zusammenhänge in der Mineralisation sicher zu bestimmen
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Erkundungsaufwand für Rohstofflagerstätten erheblich reduziert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass bei dem Verfahren zur geologischen Erkundung von Rohstofflagerstätten das eingesetzte Suchpotential neben Bohrungen und/oder Schürfen auch geophysikalische Messverfahren umfasst. Vorzugsweise umfasst das Suchpotential Messverfahren zur Formationsbestimmung, Horizontverfolgung und/oder Unterflurausleuchtung. Insbesondere werden als geophysikalische Messverfahren Geoelektrik und/oder Seismik eingesetzt. Unter Berücksichtigung der Reichweite des jeweils eingesetzten Suchpotentials wird über die Gesamtfläche des zu erkundenden Gebiets ein geophysikalisches Erkundungsraster gelegt, welches in vorzugsweise rechteckige Blöcke eingeteilt ist, wobei die Größe der Blöcke so gewählt wird, dass jeder Block vollständig von dem jeweils eingesetzten Ortungsmittel des Suchpotentials ausgeleuchtet wird. Für jede Art von Ortungsmittel wird erforderlichenfalls eine eigene Aufteilung der Gesamtfläche vorgenommen, d. h. falls die Reichweite der Ortungsmittel für Reflexions-, Refraktionsseismik oder Widerstandsgeoelektrik unterschiedliche Reichweite haben, verschiebt sich das Raster. Es kann sich jedoch (beispielsweise für eine vereinfachte Auswertung der Messergebnisse) als praktisch erweisen, wenn dennoch nur eine Raster gewählt wird; dann wählt man die Aufteilung für das Ortungsmittel mit der geringsten Reichweite. Die Auswertung der Messergebnisse erfolgt beispielsweise über ein definiertes gesteinsbezogenes Widerstandsmodell, ein Geschwindigkeitsmodell und über ein Modell des dynamischen Schub- und Elastizitätsmoduls für die Gesteine. Durch den Einsatz verschiedenartiger Meßmethoden erhält man für ein und dasselbe Profil mehrere, verschiedene Messergebnisse (z. B. drei bei Reflexions-, Refraktionsseismik und Widerstandsgeoelektrik), die durch kombinierte Auswertung die Sicherheit der Ortung erhöhen.
Erfindungsgemäß wird weiter der Stichprobenumfang der für die Erkundung erforderlichen Stichproben unter Auswertung einer Korrelation zwischen Stichproben die in einer früheren Erkundung gewonnen wurden, und in Abhängigkeit einer Ortungswahrscheinlichkeit bestimmt. Die Ortungswahrscheinlichkeit kann dabei vorgegeben werden, was sich als besonders vorteilhaft erweist, wenn die Erkundung der Rohstofflagerstätte in mehreren Stufen erfolgt, beispielsweise in den Stufen Anfangsbefund, Vorerkundung, Übersichtserkundung und Detailerkundung. Für jede nachfolgende Erkundungsstufe kann eine neue, insbesondere höhere Ortungswahrscheinlichkeit vorgegeben werden. Für die Ermittlung des Stichprobenumfangs einer Erkundungsstufe wird erfindungsgemäß die Korrelation zwischen zumindest einem Teil der Stichproben aus einer vorhergehenden Erkundung(sstufe) für die zu erkundende Rohstofflagerstätte berücksichtigt. Die Erkundung der Rohstofflagerstätte erfolgt dann derart, dass Stichproben im Umfang des ermittelten Stichprobenumfangs gezogen werden.
Die für die Ermittlung des Stichprobenumfangs verwendete Korrelation kann beispielsweise die Beziehung zwischen Erzgehalt und den in einer Vorerkundung oder vorhergehenden Erkundung(sstufe) ermittelten physikalischen, petrographischen, stratigraphischen, chemischen, hydrologischen und/oder metallurgischen gemessenen Werten, aus denen sich das Erscheinungsbild des Mineralvorkommens ableiten lässt, angeben.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass bei der Ermittlung des Stichprobenumfangs neben der Korrelation auch die Gesamterkundungsfläche und/oder die Reichweite zumindest eines Teils des Suchpotential ausgewertet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Zielfunktion aufgestellt, welche die Ortungswahrscheinlichkeit beschreibt. Durch Variation des Parameters ,Stichprobenumfang' wird die Zielfunktion optimiert.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Ortungswahrscheinlichkeit P₀(t) durch
beschrieben wird, wobei

– γ(t) die Suchintensität beschreibt, die als
definiert ist,

– a die Reichweite des Suchpotentials,
– G die Erkundungsfläche,
– G₀ die Gesamtfläche,
– n den Stichprobenumfang und
– r die Korrelation zwischen dem Erzgehalt und dem Erscheinungsbild
– t gewünschte Wahrscheinlichkeit der Ergebnisse

Die Lösung des Problems ist ein Verfahren für die Suche mit wachsender Intensität, welches für das organisierte „Spiel gegen die Natur” das Suchpotential, bestehend aus den geophysikalischen Messverfahren zur Formationsbestimmung, Horizontverfolgung und Unterflurausleuchtung, aus den Bohrungen und Schürten zur petrographischen und stratigraphischen Bestimmung und Verprobung und aus der Analytik zur chemischen und metallurgischen Bestimmung, mit den stochastischen Parametern der lagerstättenbildenden, -umwandelnden und -anreichernden Prozesse in einer verwitterten Mineralisation zu einem über die Ortungswahrscheinlichkeit steuerbaren und optimierungsfähigen Erkundungsverfahren verknüpft. Dabei wird in diesem nach der Erkundungsdichte dynamisch optimierungsfähigen Suchverfahren die Suchintensität über die Reichweite des Suchpotentials determiniert. Durch die Anwendung dieses über die Erkundungsstufen steuerbaren und nach dem Rekursionsverfahren dynamisch optimierbaren Suchverfahren kann bei einer gewünschten Wahrscheinlichkeit der Ergebnisse von 90% der Kapitaleinsatz gegenüber herkömmlichen Verfahren um ca. 50% reduziert werden.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass über die aus dem geologisch-mineralogischen Anfangsbefund abgeleitete optimierungsfähige Zielfunktion für einen Wahrscheinlichkeitsgrad von 90% die optimale Erkundungsdichte mit der notwendigen Anzahl von Bohrungen und Schürten und der notwendigen Anzahl mit dem notwendigen Umfang der Stichproben im notwendigen Abstand zueinander für die Vorerkundung mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% und für die Übersichtserkundung mit einer Wahrscheinlichkeit von 75% ermittelt werden kann. Dies wird erreicht, indem schon im Anfangsbefund die Korrelation zwischen dem Erzgehalt und den physikalischen, petrographischen, stratigraphischen, chemischen und metallurgischen gemessenen Werten ermittelt wird und in das Suchpotential u(t) eingeht. Durch den Einsatz geophysikalischer Messverfahren, wie Geoelektrik und/oder Seismik, wird das Erscheinungsbild des gesuchten Mineralvorkommens so ausgeleuchtet, dass die Bohr- und Schürfpunkte gezielt festgesetzt werden können. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Punktmessungen aus Bohrungen und Schürten und ihrer Interpretation für den gesuchten Gesteinskörper wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Mineralisation räumlich erfasst, so dass deutlich größere Bereiche über die größere Reichweite der Ortungsmittel, wie beispielsweise Geoelektrik und/oder Seismik, räumlich bestimmt werden können. In Abhängigkeit vom technischen Suchpotential und von der Korrelation der stochastischen Parameter ist es möglich die Erkundungsdichte für Erkundungsaufschlüsse um ca. 60% zu senken und den Abstand der Erkundungsaufschlüsse zueinander auf ca. 230% zu erhöhen. Mit diesem Verfahren kann die Anzahl der Stichproben je qkm Erkundungsfläche gegenüber den herkömmlichen Verfahren um ca. 60% reduziert und der Stichprobenumfang auf ca. 40% je qkm Erkundungsfläche gesenkt werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die geologische Erkundung des gesuchten Mineralvorkommens aktiv steuerbar und optimierungsfähig ist. Dies wird erreicht indem die Ergebnisse der Vorstufe, d. h. insbesondere die ermittelte Korrelation zwischen den in der Vorstufe gezogenen Stichproben, in das Suchpotential u(t) für die nächstfolgende Erkundungsstufe eingehen und mit den aufgefundenen weiteren zufallsabhängigen Einflüssen des unikatcharaktertragenden Mineralvorkommens, wie z. B. Geländeformationen, verknüpft werden. Das betrifft insbesondere die Korrelation zwischen dem Erzgehalt und den chemischen, physikalischen, petrographischen, stratigraphischen und metallurgischen Parametern.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren für eine Rastersuche nach einem oberflächennah unter Flur anstehenden, unbestimmten Gesteinskörper eingesetzt, der nach dem geologisch-mineralogischen Anfangsbefund mit geophysikalischen Feldtest und kalibriertem geophysikalischen Modell als vererzte Rückstandsmineralisation identifiziert wurde. Dabei wird auf das Suchgebiet ein über die Reichweite des Suchpotentials, vorrangig über die Reichweite der geophysikalischen Messverfahren, und der Kontaktwahrscheinlichkeit definiertes Suchraster gelegt, das das Suchgebiet in Felder und Blöcke gliedert. In dieser Ausführungsform nach P₀(t) = 1 – e^–u(t) (1) ist die Erkundungsdichte je qkm Erkundungsfläche bei einer frei wählbaren Ortungswahrscheinlichkeit P₀(t) nur abhängig vom Suchpotential u(t). Das Suchpotential besteht aus den Suchverfahren der Geophysik, der Bohrungen und Schürfe und der Analytik und wird über die Suchintensität γ(t) als u(t) = ∫ t / 0 γ(t)dt (2) definiert. Dabei ist die Suchintensität γ(t) eine Beziehung zwischen der Reichweite des Suchpotentials, dem notwendigen Stichprobenumfang, der notwendigen Stichprobenanzahl und der Erkundungsfläche.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Suchintensität γ(t) eine mathematische Beziehung aus der technisch determinierten Reichweite a des Suchpotentials u(t), dem notwendigen Stichprobenumfang n, der Erkundungsfläche G und dem Korrelationskoeffizienten r für die Stärke der Abhängigkeit des Erzgehalts von dem physikalischen und chemischen Erscheinungsbild des Mineralvorkommens, und berechnet sich folgendermaßen:
Daraus folgt, dass bei dieser Ausführung der Erfindung die Rasterweite auf einer Erkundungsfläche G ermittelt wird und dass damit die Erkundungsdichte je qkm Erkundungsfläche G und damit der notwendige Abstand der Erkundungsaufschlüsse zueinander über
bestimmbar ist (G₀ stellt dabei die Gesamtfläche des Erkundungsbereichs dar, welche in der Regel in mehrer Blöcke eingeteilt ist, welche jeweils eine Erkundungsfläche G definieren). Der Parameter t kann dabei in Abhängigkeit einer erforderlichen Genauigkeit für das Erkundungsergebnis gewählt werden, beispielsweise für die Vorerkundung auf t = 50%, für die Übersichtserkundung auf t = 75% und für die Detailerkundung auf t = 90% gesetzt werden.
Aus der Gleichung (3) ist ersichtlich, dass der Stichprobenumfang n nach frei wählbar ist. Mit einem anderen, vergleichbaren Ansatz berechnet sich der Stichprobenumfang n gemäß n = (t·s/e_s)²; dabei ist n der notwendige Stichprobenumfang, t die gewünschte Wahrscheinlichkeit, s die Standardabweichung der Stichprobe und es der wahrscheinlich mittlere Fehler des Stichprobenmittels. Wie der Korrelationskoeffizient r leiten sich auch die Standardabweichung s und der wahrscheinlich mittlere Fehler des Stichprobenmittels es aus Stichproben ab, die in einem früheren Schritt genommen wurden. Aus dem Stichprobenumfang n können anschließend in dieser bevorzugten Ausführung der Erfindung für jeden gewählten Wahrscheinlichkeitsgrad t das Erkundungsraster, die Erkundungsdichte für Bohrungen und Schürfe, der notwendigen Abstand der Erkundungsaufschlüsse zueinander, der notwendige Stichprobenumfang und die notwendige Anzahl der Stichproben ermittelt werden. In dieser Ausführung der Erfindung ist eine geologische Erkundung von verwitterten, oberflächennah unter Flur anstehenden vererzten und stark zerklüfteten Gesteinskörpern über die Erkundungsstufen der Vor-, Übersichts- und Detailerkundung steuerbar und als steuerbarer, mehrstufiger Prozess nach der Wahrscheinlichkeit der Ergebnisse P₀(t) oder nach dem Kapitaleinsatz K(E) für eine Erkundung E optimierungsfähig. Dabei wird die optimale Strategie (S°) aus der Matrix aller getroffenen Entscheidungen S und aus der Matrix P_k aller oder zumindest von einem Teil der Korrelationen zwischen Stichproben entwickelt, so dass die Zielfunktion Z nach Z = f(S°) ihr Maximum bzw. ihr Minimum annimmt. Daraus folgt für den beispielhaften vierstufigen Prozess der geologischen Erkundung, dass die Optimierung der Erkundungsstrategie mit der 4-ten Stufe (Detailerkundung mit t = 90%) beginnt. Diese Herangehensweise setzt die Kenntnis der Ergebnisse der (4 – 1)-ten Stufe (Übersichtserkundung mit t = 75%) voraus. Die Ergebnisse der Übersichtserkundung mit t = 75% sind zum Zeitpunkt der Aufstellung der optimalen Erkundungsstrategie unbekannt, aber die Ergebnisse der (4 – 1)-ten Stufe sind durch die Ergebnisse der 1-ten Stufe (Anfangsbefund mit t < 50%) bedingt bekannt. Die Optimierung der 4-ten Stufe erfolgt unter der Bedingung, dass die Ergebnisse der (4 – 1)-ten Stufe eine geringere Wahrscheinlichkeit haben. Demnach kann die Optimierung der Erkundungsdichte (Ed) nach Ed = γ/t erfolgen. Allgemein gesprochen, führt ein rekursives Verfahren zur optimalen Strategie, bei dem die Wahrscheinlichkeit t für die letzte (4-te, oder allgemein n-te) Stufe vorgegeben wird. Ein direktes Vorgehen von der ersten zur 2-ten, und schließlich zur n-ten Stufe führt in der Regel nicht zu einer optimalen Strategie.
Nachdem die optimale Strategie für die Suche mit wachsender Intensität zur geologischen Erkundung des unbestimmten Gesteinskörpers ermittelt wurde, wird das Suchgebiet mit dem Suchpotential abgesucht. Die Ergebnisse der Suche werden zu einem räumlichen Modell des Gesteinskörpers zusammengefasst, das Mengengerüst für die erztragenden Gesteine kann aufgestellt werden, die Bauwürdigkeit für das Mineralvorkommen kann festgestellt werden und der Nachweis der „sicheren Reserven” kann in der Wahrscheinlichkeit von > 90% erbracht werden.
Die Erfindung ist durch die Verknüpfung eines für die geologische Erkundung weiterentwickelten, stochastischen Modells mit den bekannten Erkundungsverfahren ein durchgängiges, in sich geschlossenes, dynamisch steuerbares und über die Erkundungsstufen optimierungsfähiges einheitliches technologisches Verfahren, das über die mathematisch-naturwissenschaftlich determinierten Beziehungen zwischen der Reichweite der Ortungsmittel, den kausalregressiven Abhängigkeiten in der Mineralisation und der Erkundungsfläche bzw. dem Raumvolumen definiert ist.
Die Verfahrensschritte der Erfindung lassen sich wie folgt darstellen:
1. Aufstellung des Suchmodells
Die Aufstellung des Suchmodells für eine Suche mit wachsender Intensität zur geologischen Erkundung von verwitterten, oberflächennah unter Flur anstehenden Erzvorkommen findet in einer bestimmten Suchsituation statt, die von der Genauigkeit des Anfangsbefundes über die Größe, Form und Lage und über das Erscheinungsbild des gesuchten Gesteinskörpers, von den technischen Möglichkeiten des Suchpotentials und von den zufallsabhängigen Einflussgrößen in der Mineralisation bestimmt wird. Danach ist in diesem organisiertem „Spiel gegen die Natur” das durch den Anfangsbefund mit einer Wahrscheinlichkeit der Ergebnisse von < 50% qualitativ beschriebene Mineralvorkommen der „blinde Spieler”, der ohne eine eigene Strategie die Aufstellung des Suchmodells nachhaltig beeinflusst, der über den Einsatz des Suchpotentials und damit letztlich über den Kapitaleinsatz entscheidet. Danach ist die Aufstellung des Suchmodells zur Bestimmung der Erkundungsdichte, zur Bestimmung der Anzahl und des Abstandes der Bohrungen und Schürte und des notwendigen Stichprobenumfanges eine definierte mathematische Beziehung aus der Reichweite des Suchpotentials und der Erkundungsfläche für eine bestimmte Ortungswahrscheinlichkeit
Danach ist die Suchintensität γ(t) im Suchpotential u(t) = ∫ t / 0 γ(t)dt die für die Aufstellung des Suchmodells entscheidende Größe. Somit ist die Ortungswahrscheinlichkeit P₀(t) nur abhängig von der Suchintensität γ(t). Damit ist für jede beliebig bestimmte Wahrscheinlichkeit die Suchintensität über
durch entsprechende Festlegung des Stichprobenumgangs n zu ermitteln. Damit ist die Suchintensität direkt abhängig von der Ortungswahrscheinlichkeit P₀(t).
Das ermöglicht ausgehend vom Anfangsbefund des Erzvorkommens die Zielfunktion für die Suche aufzustellen und das Suchmodell für die Detailerkundung, für die Übersichtserkundung und für die Vorerkundung nach dem Rekursionsverfahren optimal festzustellen. Danach verringert sich die optimale Erkundungsdichte von der Detailerkundung zur Übersichtserkundung um 45% und von der Übersichtserkundung zur Vorerkundung um 40%. Das Erkundungsmodell beinhaltet alle für die Exploration in einer bestimmten Wahrscheinlichkeit relevanten Angaben zur Erkundungsdichte, zu den Erkundungsaufschlüssen und zu den Stichproben.
2. Anwendung des Suchmodells
Die Anwendung des Suchmodells ist eine Kombination aus geophysikalischer Rastersuche, Erkundungsaufschlüssen und notwendiger Analytik. Für die geophysikalische Rastersuche zur Unterflurkartierung und -sondierung, zur Ermittlung der Festgesteins- und Lockergesteinsareale, zur Erstellung des Teufenprofils, des Unterflur- und Fundamentreliefs, zur Erfassung des Verwitterungsgrades und der Anomalien, zur Identifizierung der Formationsmächtigkeiten und zur Horizontverfolgung wird das definierte Suchmodell eingesetzt.
Die Erkundungsaufschlüsse zur Feststellung der Morphologie, Petrographie und Stratigraphie, zur Verifizierung der petrophysikalischen Messwerte und zur Probenentnahme für die Analysen zur chemischen und physikalischen Bestimmung der erztragenden Gesteine sowie zur Bestimmung der metallurgischen Erzeigenschaften werden nach der geophysikalischen Unterflurausleuchtung niedergebracht.
Der Stichprobenumfang und die Anzahl der Stichproben wird nach der im Suchmodell für den bestimmten Wahrscheinlichkeitsgrad P₀(t) ermittelten Beziehung zwischen der Korrelation des Erzgehaltes und dem Erscheinungsbild des Mineralvorkommens, der Standardabweichung der Stichproben, dem wahrscheinlichen Fehler des Stichprobenmittels, und dem wahrscheinlichen Umfang der Gesamtheit ermittelt.
3. Steuerung und Optimierung des Suchmodells
Das aufgestellte Suchmodell nach
ist eine optimale Erkundungsstrategie zum Nachweis der „sicheren Reserven” mit den Optimalitätskriterien Wahrscheinlichkeitsgrad und Kapitaleinsatz in der gegenseitigen Bedingtheit von Genauigkeit und Wirtschaftlichkeit. Aus dem Suchmodell wird die Suchstrategie abgeleitet, z. B. der Einsatz von Rastersuche, Profilerkundung o. dgl. Danach ist die Erkundungsstrategie über die einzelnen Erkundungsstufen und bei jeder Veränderung der Ausgangsbedingungen und in jeder Erkundungsstufe steuerbar und unter den veränderten Bedingungen neu optimierbar. Die Steuerbarkeit und die Optimierbarkeit ergibt sich aus einer Beziehung der axiomatischen Wahrscheinlichkeit zwischen dem Wahrscheinlichkeitsgrad, dem Kapitaleinsatz und der Suchintensität nach H(A) γ(t) ~ K(E), dabei bezeichnet H(A) den Wahrscheinlichkeitsgrad H des Korrelationskoeffizienten der Messwerte A der Stichproben, γ(t) die Suchintensität und K(E) den Kapitaleinsatz.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an dem Ausführungsbeispiel der geologischen Erkundung eines Goldvorkommens im zentralen Hochland des östlichen Ausläufers der Ashanti-Schwelle in Ghana/Westafrika näher erläutert.
Es zeigen:
1: Veranschaulichung des Suchrasters für den Anfangsbefund mit einer Rasterung von 3.500 × 3.500 m bei 48 qkm Erkundungsfläche; Raumvolumen 4,8 Mrd. m³.
2: Veranschaulichung des Suchrasters der Geophysik für die Vorerkundung mit einer Rasterung von 411 × 411 m bei 40,8 qkm Erkundungsfläche; Raumvolumen 4,08 Mrd. m³.
3: Veranschaulichung des Suchrasters der Geophysik für die Übersichtserkundung mit einer Rasterung von 274 × 274 m bei 29,6 qkm Erkundungsfläche; Raumvolumen 2,96 Mrd. m³.
4: Veranschaulichung des Suchrasters der Geophysik für die Detailerkundung mit einer Rasterung von 185 × 185 m bei 28,6 qkm Erkundungsfläche; Raumvolumen 470 Mio. m³.
Die geologische und bergbauliche Historie des Operationsgebietes, das mit der eburianischen Orogenese im Paläoproterozoikum aufgefaltet wurde und in dem seit ca. 150 Jahren Golderz abgebaut wird, lässt in der Oxidationszone des sedimentären Lagenbaus des Noyem Reefs ein Goldvorkommen erwarten.
Der geologisch-mineralogisch und geophysikalische Anfangsbefund (vgl. 1) hat unter Flur des Kwe Karu Beckens einen partiell verwitterten, in den Verwitterungsstufen W4 und W5 vorliegenden, stark zerklüfteten, von zwei Störungen durchzogenen, chemisch und mineralogisch formationsabhängig abgereicherten, horizontal schichtgebunden, zum Teil aus rolligen Haufwerk bestehenden golderztragenden Gesteinskörper aufgefunden, in dem eluvial verwitterten golderztragenden Grobsande von alluvial verwitterten golderztragenden Kiesformationen überrollt sind und der von einem lateritischen Deckgebirge lückenhaft verhüllt wird. Für den Anfangsbefund wurde ein Suchraster 100 mit einer Blockfläche 110 von 3.500 × 3.500 m festgelegt. Das Suchraster 100 überdeckte eine Erkundungsfläche von 48 qkm, die bis in eine Tiefe von 100 m erkundet wurde. Die golderztragenden Gesteine sind zwischen abgesäuerten und silifizierten Sandsteinaufragungen in Taschen, Linsen und Kavernen beheimatet. Die hydrologische Situation wird von den jährlichen Niederschlagsmengen von ca. 2.800 mm/m², von einer Sickerwasserrate von ca. 10% und von 74 Grundwasseraustrittsstellen auf einer Erkundungsfläche für den Anfangsbefund von ca. 48 qkm bestimmt. Die Goldvererzungen sind formationsabhängig vertikal aufsteigend und horizontal gleichmäßig. Das Golderz kommt als Gold-Silberlegierung mit einem Goldanteil von 93,75% in Vergesellschaftung mit den Begleitmineralen Hämatit und Rutil vor. Im Anfangsbefund wurde eine Korrelation der Einflussgrößen von 95% bei einer Standardabweichung von 2,5% und einem wahrscheinlichem mittleren Fehler von 6,7% ermittelt.
Aufstellung des Suchmodells für die Suche mit wachsender Intensität
Das Suchmodell für die geologische Erkundung des in den Reicherzzonen des verwitterten Teils des Noyem Reefs wohnenden Erzkörpers wurde erfindungsgemäß nach
für das Suchpotential Geophysik, Bohrungen, Schürte und Analytik auf Basis der Ergebnisse des Anfangsbefundes aufgestellt. Danach gilt für die Vorerkundung (vgl. 2) ein Suchraster 200 mit einer Blockfläche 210 von 411 × 411 m (das entspricht einer Blockfläche 210 von 168.921 m²) mit einer Erkundungsdichte von 260 Erkundungsaufschlüssen, 1742 Stichproben mit einem Stichprobenumfang von 1676 m³ und einer geophysikalischen Profillänge von 39,9 km, danach gilt für die Übersichtserkundung (vgl. 3) ein Suchraster 300 mit einer Blockfläche 310 von 274 × 274 m (75.076 m²) mit einer Erkundungsdichte von 380 Erkundungsaufschlüssen, 2546 Stichproben mit einem Stichprobenumfang von 2514 m³ und einer geophysikalischen Profillänge von 120,1 km und danach gilt für die Detailerkundung (vgl. 4) ein Suchraster 400 mit einer Blockfläche 410 von 185 × 185 m (34.225 m²) mit einer Erkundungsdichte von 836 Erkundungsaufschlüssen, 5601 Stichproben mit einem Stichprobenumfang von 5518 m³.
Die geologische Erkundung im sedimentären Lagenbau des Noyem Reefs zur Suche und Bestimmung der Bauwürdigkeit der ferrallitisierten Reicherzzonen des Tarkwainian wurde über den Korrelationskoeffizienten der Stärke des Zusammenhanges zwischen dem Erzgehalt und dem petrographischen, physikalischen, chemischen und hydrologischen Erscheinungsbild in der tertiären Verwitterungsstufe des Gesteinsgefüges der Mineralisation gesteuert und nach der notwendigen Anzahl der Erkundungsaufschlüsse und Analysen optimiert. Dabei wurde gegenüber dem ursprünglichen Suchmodell die notwendige Anzahl der Erkundungsaufschlüsse von 1476 auf 592, die notwendige Anzahl der Stichproben von 9989 auf 4020 und der notwendige Stichprobenumfang von 9708 m³ auf 3869 m³ optimiert.
Mit dieser über das Suchpotential optimierten Erkundungsdichte wurde die geologische Erkundung der Lagerstätte Noyem unter Flur des Kwe Karu Beckens von 1997 bis 2004 durchgeführt. Es wurde der Nachweis von 9,6 Mio. oz Rohgold „sichere Reserven” (JORC Code, 1999) in einem Erzkörper 420 mit einem Raumvolumen von ca. 470 × 10⁶ m³, einer Grenzteufe von ca. 80 m, einer durchschnittlichen Mächtigkeit von 16,4 m, einer Neigung von NO/SW um 15° und einer mittleren Vererzung von 5,626 ppm in ca. 160 × 10⁶ m³ erztragenden Gesteins erbracht.
Die mit der geophysikalischen Profillänge von 160 km, mit 592 Erkundungsaufschlüssen, mit 4020 Stichproben und mit einem Stichprobenumfang von 3869 m³ geologisch erkundete Lagerstätte Noyem gestattete bei einer Kosteneinsparung gegenüber den herkömmlichen Verfahren von 55% den Übergang zur Bergbauplanung und zur Aufstellung des Rahmenbetriebsplanes.
Die vorliegenden Gutachten zum Verfahren bestätigen das Suchmodell mit wachsender Intensität, die Steuerbarkeit über das Suchpotential und die Optimierungsfähigkeit über die Wahrscheinlichkeit.
Die vorliegenden Gutachten zum Ausführungsbeispiel bestätigen die mit dem Suchmodell erreichten Ergebnisse und die Einsparung der direkt zurechenbaren Erkundungskosten gegenüber den herkömmlichen Verfahren um ca. 50%. Damit hat das erfindungsgemäße Verfahren bei einer weltweiten Anwendung zur geologischen Erkundung von verwitterten, oberflächennah unter Flur anstehenden Erzvorkommen ein jährliches Kosteneinsparungspotential von ca. US$ 300 Mio.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführungsform nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
Bezugszeichenliste

100: Suchraster
110: Blockfläche
200: Suchraster
210: Blockfläche
300: Suchraster
310: Blockfläche
400: Suchraster
410: Blockfläche
420: Erzkörper

Claims

Verfahren zur geologischen Erkundung von Rohstofflagerstätten dadurch gekennzeichnet, dass die Erkundung unter Verwendung eines Suchpotentials erfolgt, wobei das Suchpotential zumindest geophysikalische Messverfahren und Bohrungen und/oder Schürfe umfasst, ein Erkundungsraster für die Bohrungen und/oder die Schürfe in Abhängigkeit einer Reichweite a zumindest eines Teils des Suchpotentials, ein Stichprobenumfang n in Abhängigkeit einer Korrelation r zwischen in einer Vorerkundung gewonnenen ersten Stichproben und einer Ortungswahrscheinlichkeit P₀(t) ermittelt wird, und zweite Stichproben im Umfang des ermittelten Stichprobenumfangs n zur Erkundung durch die Bohrungen und/oder Schürfe in dem Erkundungsraster gezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkundung in mehreren Stufen erfolgt, wobei die Ermittlung des Stichprobenumfangs n einer nachfolgenden Stufe der Erkundung in Abhängigkeit der Korrelation r zwischen den in einer vorangehenden Stufe gewonnenen Stichproben erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Stichprobenumfangs n einer Erkundung außerdem in Abhängigkeit – einer Erkundungsfläche G, – einer Gesamterkundungsfläche G₀ und/oder – der Reichweite a zumindest eines Teils des Suchpotentials erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in aufeinanderfolgenden Stufen der Erkundung die Ortungswahrscheinlichkeit P₀(t) jeweils verändert wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Suchpotential Messverfahren zur Formationsbestimmung, Horizontverfolgung und/oder Unterflurausleuchtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Suchpotential Messverfahren der Geoelektrik und/oder Seismik umfasst.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Korrelation r zwischen Erzgehalt und chemischen, physikalischen, petrographischen, stratigraphischen und/oder metallurgischen Parametern bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Ortungswahrscheinlichkeit P₀(t) beschreibende Zielfunktion aufgestellt wird und die Zielfunktion durch Variation des Stichprobenumfangs n optimiert wird.
Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortungswahrscheinlichkeit P₀(t) durch
beschrieben wird, wobei – γ(t) die Suchintensität beschreibt, die als
definiert ist, und weiter – a die Reichweite des Suchpotentials, – G die Erkundungsfläche, – G₀ die Gesamtfläche, – n den Stichprobenumfang und – r die Korrelation zwischen dem Erzgehalt und dem Erscheinungsbild des Mineralvorkommens beschreiben.