Некоторые полезные ископаемые, такие как магнетит, ценятся за их роль в качестве магнитных капсул времени, фиксирующих направление и интенсивность земного магнетизма в то время, когда они сформировались. Эта магнитная память, называемая остаточным магнетизмом, представляет собой полезный инструмент для датирования горных пород и последовательностей их залегания, но может ввести в заблуждение геофизиков, моделирующих магнитные и гравитационные данные.
В 2010 году компания Ivanhoe Mines обратилась за помощью к Барри де Вету и Нику Уильямсу — геофизикам, на тот момент работавшим в Ivanhoe Australia, — за помощью в преодолении этой проблемы остаточного магнетизма в их флагманском проекте Платриф в магматическом комплексе Бушвельд (BIC), расположенном в Южной Африке в 280 км к северо-востоку от Йоханнесбурга.
Платриф, риф с богатым содержанием элементов платиновой группы (ЭПГ), никеля, меди и золота, находится чуть ниже региональной точки контакта в пределах магматического комплекса Бушвельд, который можно проследить более чем на 30 километров по простиранию. Геологи Ivanhoe соотносят риф со знаменитыми рифами Меренского и UG2 PGE (Восточный Бушвельд), на которые приходится 60 % годовой мировой добычи ЭПГ.
С 2007 года компания Ivanhoe Mines («Айвенхоу Майнз») изучала протяженность по падению своего первоначального месторождения Платриф, ныне известного как месторождение Флэтриф. Компания предоставила аэромагнитные данные, базу данных измерений физических свойств в нескольких сотнях скважин и информацию о региональном картировании де Вету и Уильямсу, которые вместе с командой Ivanhoe задались целью выяснить, возможно ли использовать значительную плотность и магнитные аномалии, связанные с точкой контакта, для прогнозирования глубины продолжения залежей Флэтриф в западном направлении.
«Орудненная зона, как было определено в то время, выполаживается на глубине примерно на 800 метров ниже поверхности», — говорит доктор Ник Уильямс, специалист по глобальной геофизике в компании High Power Exploration (HPX), который впервые представил эту работу в основном докладе на 25-й Международной геофизической конференции и выставке в Аделаиде, Южная Австралия.
«Разрешение замеренного любым методом потенциального поля, гравитационного или магнитного, на этих глубинах низкое и способно отображать только действительно большие и мощные рудные тела», — говорит Уильямс. «Было критически важно найти способы максимально увеличить разрешение с учетом слабых сигналов, которые будут задействованы».
Палеомагнитное решение
Решение для удаления этого наложенного отпечатка остаточной намагниченности и моделирования собственной магнитной изменчивости горных пород должно было быть найдено в опубликованных палеомагнитных исследованиях, которые охарактеризовали магнитные свойства горных пород в магматическом комплексе Бушвельд.
Одна из этих работ опубликована самим де Ветом, который окончил Университет Претории в 1972 году и большую часть своей карьеры интересовался поиском решения в отношении интерпретации данных магниторазведки для сложной магнитной сигнатуры комплекса Бушвельд. В 1995 году профессор де Вет и профессор Хаттинг из Университета Претории опубликовали исследование, в котором подробно описывалось, как в некоторых интрузивных породах Бушвельда преобладали инверсии намагниченности.
«Любая прогнозная интерпретация или моделирование должны учитывать эти эффекты, но получение палеомагнитных данных для всех горных пород в комплексе было бы практически невозможно», — говорит де Вет, который ушел с должности главного геофизика в HPX в июне 2016 года. «Единственным решением было исключить все векторные магнитные эффекты из магнитных данных и использовать эти векторные данные для выделения литологии».
Чтобы вывести истинную магнитную структуру геологических разностей на глубине и создать прогностические модели для разведки, им потребовалось объединить стандартные аэромагнитные данные, собранные на этой территории в 2004 году, с другими данными о физических свойствах — таких как плотность, скорость, проводимость и поляризуемость — из буровых журналов и справочной литературы.
«Geosoft VOXI MVI был единственным программным алгоритмом инверсии, который мы могли использовать для моделирования, чтобы учесть высокую остаточную намагниченность, которую мы наблюдали в породах», — говорит Уильямс.
Ivanhoe Australia и Geosoft совместно разработали программное обеспечение Geosoft VOXI Magnetization Vector Inversion (MVI). В отличие от других пакетов ПО для инверсии, предполагающих, что намагниченность горных пород параллельна индуцирующему полю Земли, VOXI определяет намагниченность вдоль любого направления, не принимая данные об остаточной намагниченности как заданные по умолчанию, что позволяет ему учитывать зарегистрированные инверсии магнитного поля и термохимические изменения в магнитных минералах.
Успешное бурение
Истинные аномалии были выявлены путем интеграции всех доступных наборов данных. Первые созданные модели предсказывали продолжение региональной точки контакта и вмещающих пород Флэтриф на значительной глубине на площади около четырех квадратных километров, примерно в 1,5 км к западу от ранее пробуренных скважин. Продуктивный горизонт был пробурен в 2011 году. Точка контакта и риф были достигнуты в пределах 200 метров от прогнозируемой глубины 1300 метров. «Столь масштабная программа бурения за контуром разрабатываемой площади просто не могла быть реализована без поддержки надежного геофизического моделирования», — говорит Уильямс.
Новые данные по скважинам и аэрогравиметрические измерения градиентометром FALCON, проведенные в 2012 году, были использованы для обновления инверсионных моделей и уточнения геометрии горизонтально залегающего рифа. В 2012 году де Вет и Уильямс перешли из компании Ivanhoe Australia на работу в HPX и продолжили работу по месторождению Платриф, создав три основных итерации моделей с использованием Geosoft VOXI за пятилетний период. Инверсионные модели, включающие исследования FALCON, выявили в южном направлении на относительно небольших глубинах продолжение месторождения Флэтриф, которое было пробурено в 2013 году.
«Ivanhoe Mines пробурили около шести скважин и пересекли точку контакта и риф примерно в 50 метрах от прогнозируемой глубины. Все скважины вскрыли оруденение», — говорит Уильямс.
Исполнительный вице-президент по разведке Ivanhoe Mines д-р Дэвид Бротон так прокомментировал ценность комплексного подхода к разведке Платриф на глубину: «Без надежного геофизического моделирования, разработанного Барри и Ником, мы не смогли бы с уверенностью прогнозировать и проводить бурение до значительных глубин для расширения разрабатываемой площади рифа».
В ноябре 2014 года получены права на добычу, в январе 2015 года представлено положительное предварительное технико-экономическое обоснование, и в настоящее время на проекте Платриф продолжается проходка и оборудование шахтного ствола № 1.
Геофизика следующего поколения
Две самые большие проблемы, с которыми пришлось столкнуться в рамках проекта Платриф, заключались в том, чтобы связать мелкомасштабные измерения физических свойств горных пород с большими объемами включенных пород и ограниченным разрешением наборов гравиметрических и магнитных данных на глубине.
«Геофизика следующего поколения будет базироваться на регулярных исследованиях физических свойств на основании данных каротажа каждой скважины — аналогично тому, как это делалось в нефтяной промышленности на протяжении десятилетий», — говорит Уильямс. По его словам, замеры физических свойств являются бесценным инструментом для определения геофизических проблем и принятия решений о том, какие наборы данных обеспечат наилучшие результаты прогнозирования.
Уильямс и де Вет также являются сторонниками использования трехмерной сейсмики и других более мощных методов в качестве инструмента на ранней стадии разведки для лучшего разрешения на глубине. Сейсмические и электрические методы дополняют друг друга, предоставляя больше трехмерных данных о присущих породам свойствах, чем данные о гравитации и магнитном поле, но они дороже и реагируют на изменения различных физических свойств. Геометрические формы, идентифицированные при моделировании этих наборов данных, можно применять для поддержки пересмотренного гравитационного и магнитного моделирования, которое затем может быть использовано для поиска новых продуктивных горизонтов.
«Для истинной интеграции требуются все физические свойства и данные бурения на одной платформе, и достигнуть этого можно только тогда, когда удастся точно смоделировать структуру физических свойств с использованием соответствующих геологических ограничений. Процесс становится управляемым благодаря VOXI MVI и интеграционной платформе Geosoft », — говорит де Вет.