Spatial disposition simulation of alteration zones based on cellular automata

Abstract

Debido a la creciente dificultad y costos asociados a la exploración y operación en la minería, modelos numéricos basados en diferentes metodologías son cada vez más comunes en la simulación de procesos geológicos complejos. Es por esto que a principios del año 2018 ALGES inicia el proyecto Simulación de Disposición Espacial y de Zonación de Alteraciones de un Pórfido Cuprífero Basada en Autómatas Celulares. Este proyecto busca simular a través de sistemas numéricos el emplazamiento espacial y zonación de alteraciones hidrotermales en un sistema de pórfido cuprífero con una litología y contexto estructural definidos para así poder desarrollar una herramienta de guía en la exploración minera. Esta modelación numérica se basa en autómatas celulares, metodología ya usada en trabajos como Castro, 2006 y Miranda 2017. El trabajo asociado a este proyecto está programado a realizarse durante el segundo semestre del año 2018 de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. El objetivo principal de este trabajo es simular a través de un modelo computacional discreto, la distribución espacial y las zonaciones de alteraciones hidrotermales de un sistema de pórfido cuprífero. Este objetivo se desarrolla a través del modelamiento de la variación de pH de un fluido que fluye por una grilla porosa de roca. Debido a esta interacción de fluido/roca, también se simula la variación de porosidad en la roca a lo largo del tiempo. Además, se analiza la variación termal de un fluido cuando este fluye a través de una roca caja con una temperatura distinta. La validación de este modelo se adquiere al comparar los resultados de las simulaciones con los modelos tradicionales de pórfido cuprífero. A través de los resultados adquiridos se espera producir datos cualitativos con los cuales comparar los modelos tradicionales. El trabajo comienza introduciendo el marco teórico en el cual se explica en qué consiste un modelo geológico. Luego se dan a conocer los modelos tradicionales de pórfido cuprífero junto con los tipos de alteraciones hidrotermales asociados a estos. Se realiza una introducción a los modelos computacionales en general, con hincapié en el tipo de modelo usado en este trabajo (autómatas celulares). Se contextualizan las aplicaciones de estos modelos computacionales en la geología y se mencionan algunos ejemplos. El modelo es generado usando el lenguaje de programación Python, utiliza una programación orientada a objetos y está basado en autómatas celulares. El modelo propuesto consiste en grillas que interactúan entre sí de acuerdo a tres relaciones principales. Estas relaciones son el intercambio térmico, variación de pH y la posición del fluido. Basado en estas variables un mapa de zonas de alteración es generado. Los resultados de las simulaciones realizadas sobre el modelo generado difieren levemente a lo que se encuentra en modelos de pórfido cuprífero tradicionales. Esto se asocia a la simplificación de la variabilidad de algunas constantes termales el dominio por sobre el cual ciertas relaciones están definidas.

Due to the growing difficulty and expenses associated to mineral exploration and mine operation, numerical models based on different methodologies are progressively more common when modeling complex geological processes. Responding to these needs, on 2018 ALGES starts the project named Spatial Disposition Simulation of Alteration Zones Based on Cellular Automata. This project seeks to simulate how a hydrothermal generates the alteration zones of a porphyry copper system through a numerical system. This numerical modeling is based on cellular automata which has been previously used in mining modeling. The main objective of this project is to simulate through a discrete computer model the spatial distribution and the zoning of hydrothermal alterations in a porphyry copper system. This is achieved through the modeling of the pH variation of a fluid that flows through a porous rock grid. The porosity variation of the rock grid is also modeled together with the thermal variations associated to the heat exchange between the fluid and the rock. This model is validated by comparing it to traditional porphyry copper models. This thesis starts by introducing the theoretical framework in which the concept of geological model is explained. Traditional porphyry copper models are introduced as well to provide contextualization. The concepts of computer models and simulations are introduced, focusing on discrete models specifically cellular automata. The model is created in Python programming language, uses object-oriented programming and is based on cellular automata. The proposed model consists in grids that interact with each other according to three main relationships. These relationships are thermal exchange, pH variation and the fluid s position. Based on these variables an alteration zone map is generated. The results of the simulations done over the generated model slightly differ to what is found in traditional porphyry copper models. This is associated to the simplification of the variability of some thermal constants and the domain in which some relationships are defined.