SỬ DỤNG PHẦN MỀM SURPAC VISION 5.1 TRONG TÍNH TRỮ LƯỢNG, TÀI NGUYÊN KHOÁNG SẢN RẮN VÀ ÁP DỤNG CHO TÍNH TOÁN TRỮ LƯỢNG QUẶNG SA KHOÁNG TITAN KHU MỸ THÀNH 1, PHÙ MỸ (BÌNH ĐỊNH)

¹NGUYỄN MAI QUÂN, ¹LÊ VĂN LƯỢNG, ²ĐỖ NGỌC TRUNG

¹Văn phòng Hội đồng Đánh giá trữ lượng khoáng sản, 6 Phạm Ngũ Lão, Hà Nội
²Công ty Gemcomsoftware, A11 Nghĩa Tân, Cầu Giấy, Hà Nội

Tóm tắt: Ứng dụng công nghệ thông tin là một nội dung quan trọng trong Chương trình cải cách hành chính của Chính phủ nói chung và của từng cơ quan nhà nước nói riêng. Văn phòng Hội đồng Đánh giá trữ lượng khoáng sản được Bộ Tài nguyên và Môi trường quan tâm và tạo điều kiện cho phép sử dụng bản quyền phần mềm Surpac Vision trong công tác kiểm tra, đánh giá trữ lượng khoáng sản. Sau thời gian nghiên cứu áp dụng thử nghiệm ở một số mỏ khoáng sản rắn, Văn phòng Hội đồng Đánh giá trữ lượng khoáng sản đánh giá phần mềm này có nhiều ưu điểm như mô hình hoá thân quặng sát với điều kiện thực tế của mỏ, tính toán nhanh và chính xác. Bài báo này giới thiệu một số khái niệm cơ bản sử dụng trong phần mềm và thí dụ tính trữ lượng khoáng sản một mỏ cụ thể để minh họa cách sử dụng phần mềm này.

Phần mềm Surpac Vision do Công ty Surpac Minex Group của Australia phát triển (nay sát nhập với Công ty Gemcom thành Gemcomsoftware). Nhiều công ty thăm dò và khai thác khoáng sản ở các nước có nền công nghiệp khai khoáng phát triển như Trung Quốc, Inđonesia, Ấn Độ, … sử dụng phần mềm này.

Văn phòng Hội đồng Đánh giá trữ lượng khoáng sản đã khai thác và bước đầu áp dụng thành công phần mềm Surpac Vision trong kiểm tra, đánh giá trữ lượng khoáng sản rắn trong một số báo cáo thăm dò khoáng sản trình duyệt tại Hội đồng Đánh giá trữ lượng khoáng sản. Dưới đây sẽ trình bày việc áp dụng phần mềm Surpac Vision để tính toán trữ lượng quặng sa khoáng titan khu Mỹ Thành 1, huyện Phù Mỹ (Bình Định) đã được Hội đồng Đánh giá trữ lượng khoáng sản phê duyệt trữ lượng.

I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG PHẦN MỀM SURPAC VISION [2]

“String” là thuật ngữ dùng để chỉ đối tượng hình học cơ bản trong Surpac Vision. String có thể là một hoặc nhiều điểm (point), đoạn thẳng (line) hay đường (polyline).

“Segment” tương tự như string, nhưng segment chỉ có thể là 1 điểm, 1 đoạn thẳng hay 1 đường. Segment luôn thuộc về một string nào đó.

“String file” là file dữ liệu của Surpac Vision lưu trữ dữ liệu của string. String file có phần mở rộng là .str.

Mô hình số bề mặt địa hình DTM (Digital Terrain Modelling) được tạo ra từ string. Tên của DTM giống như tên của string file, nhưng khác phần mở rộng là .dtm.

“Solid Model” là mô hình khối hình học khép kín. Solid Model có thể được tạo ra từ các string hoặc từ các DTM. Solid Model còn được gọi là 3DM. Tên của 3DM file giống như tên của DTM file.

“Block Model” là mô hình khối vi phân. Block Model dùng để mô hình hoá thân quặng bằng cách chia thân quặng thành các vi khối block hoặc các phụ vi khối subblock hình lập phương. Mỗi block có toạ độ, kích thước và được gán các thông số như hàm lượng các thành phần có ích và có hại, chiều dày chứa quặng bằng nội suy từ cơ sở dữ liệu kết quả phân tích mẫu.

Cơ sở dữ liệu (database) trong Surpac Vision sử dụng 4 file dữ liệu cơ bản là Collar, Servey, Lithology và Sample. 4 file dữ liệu này có chung môt trường dữ liệu là tên lỗ khoan hoặc tên công trình thăm dò. Mỗi file có một số trường dữ liệu cơ bản cần thiết như sau:

File Collar.str bao gồm: 1) Tên lỗ khoan; 2) Toạ độ miệng lỗ khoan X, Y, Z; 3) Loại lỗ khoan: thẳng (linear) hoặc cong (curved).

File Servey.str bao gồm: 1) Tên lỗ khoan; 2) Hành trình khoan (To); 3) Góc lệch (Dip); 4) Phương vị lệch (Azimuth).

File Lithology.str bao gồm: 1) Tên lỗ khoan; 2) Chiều sâu từ, đến (From, to); 3) Tên đá.

File Sample.str bao gồm: 1) Tên lỗ khoan; 2) Ký hiệu mẫu; 3) Chiều sâu lấy mẫu từ đến (From, to); 4) Kết quả phân tích thành phần hoá cơ bản.

Ngoài ra, các file dữ liệu nêu trên có thể được bổ sung các trường dữ liệu phục vụ tính trữ lượng khoáng sản, như tuyến thăm dò, khoảng chiều sâu gặp quặng, …

II. TÍNH TRỮ LƯỢNG QUẶNG SA KHOÁNG TITAN VEN BIỂN KHU MỸ THÀNH 1 [1]

1. Sơ lược về quặng sa khoáng titan ven biển khu Mỹ Thành 1

Bình Định là một trong những tỉnh có tiềm năng lớn về quặng sa khoáng titan ven biển và nằm trong Quy hoạch tổng thể về thăm dò, khai thác, chế biến, sử dụng quặng titan giai đoạn 2007-2015, định hướng đến năm 2025, đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt. Nhằm thu hút đầu tư để phát triển kinh tế của địa phương đẩy mạnh phát triển các ngành công nghiệp của tỉnh, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã cấp phép thăm dò quặng sa khoáng titan khu Mỹ Thành 1 cho Công ty TNHH Phú Hiệp chuẩn bị nguồn nguyên liệu cho chế biến sâu quặng sa khoáng titan.

a. Đặc điểm thân quặng sa khoáng titan

Khu thăm dò gồm chủ yếu các thành tạo trầm tích Đệ tứ phân bố thành các dải cát chạy song song với đường bờ biển. Theo tài liệu thu nhận được trong quá trình thăm dò, đối chiếu với tài liệu đã nghiên cứu trước đây, có thể xếp các thành tạo này thuộc Holocen trung-thượng, nguồn gốc hỗn hợp biển-gió (mvQ₂^2-3). Ngoài ra, ở gần trung tâm khu thăm dò còn có mặt thành tạo granitoiđ được các nhà địa chất xếp vào phức hệ Đèo Cả (gd, gx, gK đc).

Các thành tạo trầm tích hỗn hợp biển-gió chiếm diện tích chủ yếu, phân bố bao trùm gần toàn bộ diện tích thăm dò, tạo thành các dải cát với chiều rộng từ 1,5 đến 1,8 km. Ranh giới trên chỉnh hợp với bề mặt địa hình, ranh giới dưới là không chỉnh hợp trên các thành tạo cổ hơn, đôi khi gặp các trầm tích này phủ trực tiếp trên bề mặt đá gốc cổ (QS.241, 242, ...). Dựa vào đặc điểm thạch học, màu sắc và vị trí phân bố, có thể chia các thành tạo này ra làm 2 tập như sau:

- Tập 1: phân bố ở phần dưới của mặt cắt, chỉ gặp trong các lỗ khoan sâu. Thành phần chủ yếu là cát xám trắng, xám xanh, hạt nhỏ, lẫn sét, chứa rất ít khoáng vật nặng màu đen. Tập cát này có thể phủ trực tiếp trên các thành tạo có thành phần và tuổi khác nhau. Theo tài liệu thu nhận tại các lỗ khoan sâu (MTM.0319, MTM.0330, MTM.0711, MTM.0733), tầng này phân bố trong khoảng độ sâu từ 14 đến 25 m. Chiều dày thay đổi từ 5 đến 10 m.

- Tập 2: nằm trực tiếp trên tập 1, chủ yếu gồm cát vàng sẫm, vàng nâu, có nơi màu vàng nhạt, xám trắng; trên mặt có màu xám vàng nhạt, chứa nhiều khoáng vật quặng màu đen. Cát chủ yếu có thành phần thạch anh, hạt nhỏ đến vừa, lẫn sét, bột, đôi khi cả mảnh đá, dăm, sạn. Các hạt quặng thường nhỏ, tròn. Đây là tập chứa quặng titan sa khoáng và các khoáng vật có ích khác, và cũng là đối tượng thăm dò. Bề dày của tập biến đổi từ 1 đến 16 m.

Các kết quả thi công các công trình khoan tay, lấy và phân tích mẫu trọng sa xác định hàm lượng ilmenit và các khoáng vật có ích đi kèm cho thấy thân quặng sa khoáng titan nằm trong tập 2 có nguồn gốc biển-gió, tuổi Holocen muộn. Thân quặng sa khoáng titan nằm ngang, lộ ngay trên bề mặt địa hình và trải rộng trên diện tích khảo sát. Tầng cát chứa quặng chủ yếu là cát hạt nhỏ và hạt vừa, màu xám, xám vàng đến vàng nhạt. Thân quặng có chiều dày thay đổi từ 1 đến 16 m, trung bình 10,31 m. Bề dày thân quặng khá ổn định với hệ số biến đổi là 29,5 %. Theo phương song song với bờ biển, bề dày thân quặng có xu hướng giảm từ TB xuống ĐN. Theo phương vuông góc với bờ biển, bề dày thân quặng có xu hướng giảm dần từ TN ra biển.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, thành phần các khoáng vật có ích trong quặng sa khoáng tại khu Mỹ Thành 1 chủ yếu là ilmenit, ít hơn có zircon, rutil, leucoxen, anatas và monazit. Nhìn chung, hàm lượng các khoáng vật quặng từ trung bình đến giàu, với tổng hàm lượng khoáng vật quặng trong thân quặng công nghiệp dao động từ 5,22 đến 125,32 kg/m³, trung bình: 33,34 kg/m³, hệ số biến thiên: 55,76 %.

Theo mẫu đơn, hàm lượng tổng các khoáng vật quặng dao động từ 0,202 đến 549,44 kg/m³, trung bình: 31,4 kg/m³, hệ số biến thiên: 107,04 %. Như vậy, ta thấy sự biến đổi hàm lượng các khoáng vật quặng theo mẫu đơn rất không đồng đều, còn trong thân quặng công nghiệp sự biến đổi khá đồng đều.

Kết quả nghiên cứu cho thấy các khoáng vật quặng trong sa khoáng Mỹ Thành 1 có sự biến đổi khá mạnh về hàm lượng, và sự biến đổi này có tính quy luật khá rõ. Nhìn chung, hàm lượng các khoáng vật quặng có sự biến đổi mạnh theo chiều vuông góc với đường bờ biển và theo chiều sâu. Kết quả thi công các công trình khoan tay, lấy mẫu và phân tích mẫu trọng sa cho thấy theo chiều song song với đường bờ biển, hàm lượng các khoáng vật quặng có xu hướng giảm dần từ phía TB xuống ĐN. Còn theo chiều vuông góc với đường bờ biển thì hàm lượng các khoáng vật quặng có xu hướng giảm dần từ TN ra biển.

Theo chiều sâu, hàm lượng các khoáng vật quặng biến đổi không đều, thường gặp các mẫu đạt giá trị hàm lượng biên ở trên mặt, xuống sâu hàm lượng tăng cao và sau đó giảm dần. Các tài liệu thăm dò cho thấy, khoáng vật quặng đạt chỉ tiêu công nghiệp tồn tại chủ yếu trong khoảng độ sâu từ 1 đến 16 m, xuống sâu hơn thường gặp quặng nghèo.

b. Tính trữ lượng quặng sa khoáng titan khu Mỹ Thành 1 bằng phần mềm Surpac Vision

Việc tính trữ lượng quặng sa khoáng titan khu Mỹ Thành 1 bằng phần mềm Surpac Vision có thể mô tả ngắn gọn theo sơ đồ trên Hình 1.

1. Lập cơ sở dữ liệu: Đối với sa khoáng titan khu Mỹ Thành 1, đã tiến hành xây dựng cấu trúc CSDL cho 135 lỗ khoan, gồm 1314 mẫu phân tích hoá cơ bản có đầy đủ các thông tin về tọa độ, phương vị, mô tả thạch học và các kết quả phân tích mẫu trọng sa cơ bản.

Bản đồ địa hình khu vực thăm dò đã được đo vẽ và số hóa ở tỷ lệ 1:2000. Trên cơ sở tài liệu đo vẽ địa hình, đã xây dựng mô hình số địa hình cho toàn khu vực thăm dò. Địa hình này là cơ sở cần thiết cho việc mô hình hoá và tính toán trữ lượng thân quặng (Hình 2).

Hình 1. Quy trình tính toán trữ lượng, tài nguyên cho các khoáng sản
bằng phần mềm Surpac Vision

Hình 2. Địa hình vùng thăm dò quặng sa khoáng titan Mỹ Thành 1

Các lỗ khoan được bố trí như sau: trên diện tích khối trữ lượng cấp 121, các lỗ khoan được bố trí theo mạng lưới 100×25 m, tuyến cách nhau 100 m, lỗ khoan trên tuyến cách nhau 25 m. Trên diện tích khối trữ lượng cấp 122, các lỗ khoan được bố trí theo mạng lưới 200×50 m, tuyến cách nhau 200 m, lỗ khoan trên tuyến cách nhau 50 m.

Các tuyến thăm dò bố trí vuông góc với tuyến trục (phương vị tuyến trục là 150° gần song song với đường bờ biển, phương vị tuyến ngang là 60°). Tổng số có 14 tuyến thăm dò.

Xây dựng 4 file dữ liệu cơ bản gồm Collar.csv, Servey.csv, Lithology.csv và Sample.csv đối với 135 lỗ khoan. Sau đó tạo file cơ sở dữ liệu và hiển thị trên màn hình của Surpac Vision (Hình 3).

Hình 3. Vị trí phân bố các lỗ khoan

Chiết xuất dữ liệu kết quả phân tích mẫu vào file mau3.str để chuẩn bị cho việc nội suy hàm lượng các khoáng vật quyết định chất lượng quặng sa khoáng titan và theo chỉ tiêu tính trữ lượng như tổng khoáng vật quặng, ilmenit, rutil, anatas, leucoxen, zircon và monazit.

2. Xây dựng mô hình số bề mặt địa hình các bề mặt vách và trụ thân quặng: Xây dựng mô hình số bề mặt địa hình (DTM) bề mặt địa hình bằng số liệu đo chi tiết các điểm trắc địa (Hình 4). Do không có lớp phủ nên bề mặt địa hình được xem là bề mặt vách thân quặng.

Hình 4. DTM bề mặt địa hình là mặt vách thân quặng

Xây dựng DTM mặt trụ thân quặng theo số liệu về bề dày thân quặng tại các lỗ khoan hoặc vị trí trụ thân quặng tại lỗ khoan đó. Sau đó tạo solid các thân quặng này (Hình 5, 6).

Hình 5. DTM mặt trụ thân quặng

Hình 6. DTM chung toàn thân quặng

3. Xây dựng mô hình vi khối Block Model: Xây dựng mô hình vi khối cho thân quặng sa khoáng titan Mỹ Thành 1. Xác định vị trí điểm gốc X, Y, Z và khoảng mở rộng 3200 m theo trục Y và 3000 m theo trục X cho mô hình trong không gian 3 chiều. Xác định khối vi phân có kích thước 10×10×1 m. Các khối này có thể chia nhỏ gấp đôi thành các phụ vi khối subblock có kích thước 5×5×0,5 m. Bề dày khối 1 m phù hợp với chỉ tiêu bề dày tối thiểu thân quặng tính trữ lượng (Hình 8 và 9).

Hình 8. Hộp thoại định nghĩa mô hình
khối thân quặng

Hình 9. Mô hình các khối vi phân thân quặng

4. Nội suy hàm lượng các khoáng vật quặng cho từng khối: Đối với các phương pháp nội suy, thì tùy thuộc vào từng loại khoáng sản mà người ta sẽ lựa chọn phương pháp nội suy thích hợp. Đối với đá vôi, phương pháp nội suy phổ biến được sử dụng là nghịch đảo khoảng cách mũ.

Đối với quặng sa khoáng titan Mỹ Thành 1 đã sử dụng phương pháp kriging ordinary để nội suy hàm lượng các thành phần khoáng vật cơ bản gồm ilmenit, rutil, anatas, leucoxen, zircon, tổng khoáng vật quặng và monazit.

Đối với phương pháp nội suy kriging ordinary, để nội suy hàm lượng các thành phần có ích thì các thông số quan trọng nhất ảnh hưởng tới kết quả nội suy chính là các thông số về phạm vi tìm kiếm và các tham số đầu vào tham gia vào quá trình nội suy.

Trong Surpac Vision sử dụng ellipsoiđ tìm kiếm. Việc xác định các thông số của ellipsoiđ tìm kiếm rất quan trọng. Các thông số này thường liên quan đến bán kính quét theo trục X, Y, Z; góc quay tìm kiếm theo trục X, Y, Z; số mẫu tối thiểu và tối đa trong bán kính quét theo trục X, Y, Z.

Sau quá trình khảo sát variogram đã xác định được các thông số đối với quá trình nội suy cho thân quặng như sau: 1) Trục dài là 460 m; 2) Trục ngắn là 125 m; 3) Trục cao là 10 m; 4) Đường phương thân quặng: 150^o; 5) Góc dốc thân quặng: 0^o; 6) Số lượng mẫu tối thiểu: 3; 6) Số lượng mẫu tối đa: 8.

Sau khi quá trình nội suy kết thúc, mỗi vi khối được gán các giá trị như kích thước và thể tích mỗi khối hoặc phụ khối, tỷ lệ thể tích phụ vi khối so với thể tích vi khối định nghĩa, hàm lượng các thành phần khoáng vật chứa quặng.

5. Tính trữ lượng quặng sa khoáng titan - zircon khu Mỹ Thành 1: Dựa vào chỉ tiêu tính trữ lượng quặng sa khoáng titan-zircon khu thăm dò, khai báo các thông số tính trữ lượng như trên Hình 10.

6. So sánh kết quả tính toán với kết quả đã tính trong báo cáo thăm dò quặng sa khoáng titan-zircon Mỹ Thành 1: Trữ lượng tổng khoáng vật quặng tính theo phương pháp khối địa chất trong báo cáo thăm dò quặng sa khoáng titan Mỹ Thành 1 là 880.000 tấn. Dùng phần mềm Surpac Vision 5.1 tính được là 860.000, chênh lệch 20.000 tấn. So sánh các giá trị tính được thấy rằng, sai số giữa hai phương pháp tính xấp xỉ 2,3 %. Sai số tính toán này chấp nhận được. Kiểm tra bằng phần mềm chấp nhận kết quả tính trong báo cáo thăm dò quặng sa khoáng titan-zircon khu Mỹ thành 1, Phù Mỹ (Bình Định).

Sự khác nhau về kết quả tính toán giữa phương pháp dùng phần mềm Surpac Vision và phương pháp truyền thống là việc bình thường. Sự khác biệt về kết quả trữ lượng có thể lớn hoặc nhỏ trong từng trường hợp cụ thể tùy thuộc nhiều yếu tố khách quan và chủ quan, trong đó sự khác nhau rõ ràng nhất đó là nội suy hàm lượng các thành phần trong thân quặng. Thông thường, hàm lượng các thành phần trong thân quặng được tính theo trung bình cộng hoặc gia quyền với bề dày thân quặng của hàm lượng thành phần đó trong khối trữ lượng. Như vậy, hàm lượng các thành phần phân bố trong quặng thường đơn giản và có độ chính xác không cao. Phần mềm Surpac Vision nội suy sự phân bố hàm lượng các thành phần trong quặng chính xác hơn. Ngoài ra, sự phân bố hàm lượng các thành phần trong từng vi khối và phụ vi khối của thân quặng có thể sử dụng để thiết kế khai thác.

Hình 10. Hộp thoại định nghĩa thông số tính trữ lượng tổng khoáng vật quặng

III. KẾT LUẬN

Phần mềm Surpac Vision hiện đang được nhiều Công ty thăm dò và khai thác khoáng sản trên thế giới sử dụng có hiệu quả trong việc đánh giá trữ lượng khoáng sản cũng như thiết kế khai thác mỏ. Một số ưu điểm nổi bật của phần mềm này trong nghiên cứu đánh giá trữ lượng khoáng sản rắn như sau:

1. Dễ dàng sử dụng và hỗ trợ hữu hiệu cho người sử dụng trong xây dựng và hiệu chỉnh số liệu cơ sở dữ liệu (ký hiệu lỗ khoan, hào, giếng, lỗ khoan cong, địa hình, số hiệu mẫu, kết quả phân tích mẫu);

2. Phần mềm có công cụ mô hình hóa mạnh, các thuật toán sử dụng để nội suy hàm lượng có độ chính xác cao;

3. Tương thích hoàn toàn với cấu trúc dữ liệu của các phần mềm thông dụng như AutoCad, MapInfor, MS.Office: Excel, Access, …;

4. Cấu trúc dữ liệu đơn giản, thống nhất giữa các mođul, tạo sự thuận tiện trong tác nghiệp giữa các bộ phận chức năng cũng như công tác quản lý dữ liệu.

Các đơn vị thực hiện công tác thăm dò khoáng sản rắn, trường đại học, các cơ sở đào tạo cán bộ cho lĩnh vực thăm dò khoáng sản nên và cần đưa việc áp dụng phần mềm Surpac Vision vào chương trình giảng dạy để sinh viên và những người làm công tác thăm dò nắm bắt và thực hành, sử dụng tốt phần mềm trong thực tế.

VĂN LIỆU

1. Công ty TNHH Phú Hiệp, 2008. Báo cáo Thăm dò quặng sa khoáng titan-zircon tại khu vực Mỹ Thành 1 thuộc xã Mỹ Thành, huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định. Lưu trữ Công ty.

2. Surpac Minex Group, 2004. Hướng dẫn sử dụng phần mềm Surpac Vision. Gemcomsoftware, Australia.