Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Анализ латеритов месторождений КМА на основе литологических, геоморфологических, стохастических методов

ВАК РФ 04.00.21, Литология

Автореферат диссертации по теме "Анализ латеритов месторождений КМА на основе литологических, геоморфологических, стохастических методов"

министерство общего и профессионального образования рф воронежским государственный университет

ггз с л

на правах рукописи

Шатров Владимир Анатольевич

анализ латеритов месторождении кма на основе литологических, геоморфологических, стохастических методов.

Специальность 04. 00. 21 - литология

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого—минералогических наук

Воронеж - 1997

Работа выполнена на кафедре общей геологии геологического факультета Воронежского государственного университета

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических

наук, профессор В.И.Сиротин

Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогических

наук Ю.Ю.Бугельский (ИГЕМ РАН) - доктор геолого—минералогических наук, профессор В.Л.Бочаров

(ВГУ)

Ведущее предприятие: государственное геологическое

предприятие "Белгородгеология"

Защита состоится " 1997 г. в час.

на заседании Диссертационного совета Д 063.48.04 при Воронежском государственном университете по адресу: 394693, г.Воронеж, Университетская пл., 1

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного университета

Автореферат разослан _____1997 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим присылать ученому секретарю Диссертационного совета по адресу: 394693, Воронеж, Университетская пл. , 1

Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор геолого-минералогических наук, проф.

Г.В.Холмовой

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В связи с увеличением мировых цен на алюминий и увеличивающемся спросе, значение бокситов, как сырья для получения этого металла, остается огромным. В связи с сокращением объемов геологических работ, их удорожанием, необходимо введение новых, простых и более дешевых методов поиска кор выветривания и связанных с ними полезных ископаемых на территории Восточно-Европейской платформы.

Цель и задачи работы. Представленная работа носит многоплановый характер. Одной из мелей является изучение распределения гиббсита и бемита в зависимости от уровней захоронения и морфоскульптуры рельефа. Большое внимание уделяется применению новых методов прогноза погребенных кор выветривания путем построения стохастических моделей ряда месторождений бокситов КМА Белгородской группы, хорошо изученных в геологическом плане и используемых в качестве эталонов. В работе рассматривается и проблема применения крупномасштабных литологических карт для анализа месторождений бокситов юго-западного склона Воронежской антеклизы.

В соответствии с поставленной целью определены основные конкретные задачи исследований:

- определение.системы методов математического анализа, методики построения крупномасштабных литологических карт;

- выяснение характера распределения гиббсита и бемита в зависимости от уровней захоронения•и морфоскульптуры рельефа;

- построение математических моделей рельефа времени бок-ситообразования изучаемых месторождений;

- выбор оптимального числа данных для построения стохастических моделей при прогнозе месторождений полезных ископаемых погребенных кор выветрйвания;

- построение крупномасштабных литологичесюлх карт времени бокситообразования исследуемых месторождений;

- установление связи вещественного состаеза месторождений и рельефа с позиций стохастического анализа-.

Научная новизна. Установлен характер распределения гиббсита и бемита в зависимости от уровня захоронения и морфос-

кульптуры рельефа, впервые описан латеритный профиль с мета-коллоидным бемитом и таким образом окончательно решен вопрос о его первичности при формировании латеритного профиля, отмечена зависимость мощности и характера 1У зоны коры выветривания в стратиграфического уровня захоронения.

Особенностью работы является и подход и: ряду важнейших факторов образования, захоронения и качества бокситов - тектоническому режиму территории и рельефу с позиций математического анализа, что позволяет построить стохастические модели рельефа и условий бокситообразования хорошо изученных в геологическом плане месторождений для создания эталонного банка информации, а также применения компьютерной обработки результатов исследования. Применение методики построения крупномасштабных литалогических карт позволяет значительно ускорить процесс палеореконструкций, а также дает возможность обработки полученных результатов с помощью математических методов.

Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается:

- в выяснении закономерностей распределения минералов свободного глинозема в зависимости от морфоскульптуры рельефа и от уровней захоронения, а также выявления первичного минерала свободного глинозема латеритного профиля силикатного карста;

- в применении комплексного подхода к вопросам изучения и сохранения бокситовых месторождений Белгородского района КМА;

- в возможности использования предложенной методики предварительной оценки перспективности территорий на бокситы и другие полезные ископаемые коры выветривания по данным анализа стохастических моделей рельефа времени бокситообразования, а также рельефа поверхностей несогласий, приуроченных к стратиграфическим перерыва;

- в возможности создания базы данных эталонных месторождений бокситов Восточно-Европейской платформы;

- в рекомендации применения крупномасштабных литологи-ческих карт, построенных по методике Крумбейна Б. и Слосса Л. при изучении месторождений бокситов.

Фактический материал. При работе над диссертацией в распоряжении автора был огромный фактический материал (описание скважин, карты и схемы Белгородского района КМА, графические материалы по отдельным месторождениям бокситов, образцы парод и руд, данные различны« анализов и т.д.), собранный за многие годы коллективом под руководством проф. В.И.Сиротина.

В процессе работы автором проводились полевое описание керна скважин, ревизия ранее изученного материала (керновый материал, шлифы, просмотр латеритных профилей коры выветривания) , изучались породы коры выветривания. При построении карт погребенного и восстановленного рельефов Мелихово-Шебе-кинского, Висловского, Белгородского и Олимпийского участков, а также изучения Корочанско-Большетромцко-Мухинской площади и части листа М - 37 -XIII был рассмотрен и использовался материал по 1212 скважинам, при построении литоло-го-фациальных карт - данные по 487 скважинам. В процессе работы автором построены математические модели геологическим объектов по программам, предложенных Б.П.Дьяконовым (Дьяконов В.П., 1987), 40 карт погребенного и восстановленного рельефов, 8 литологических карт на алексинское и михайловс-кое время раннекаменноугольной эпохи исследуемых месторождений .

Апробация работы. По теме диссертационной работы опубликовано 7 статей. Результаты исследований, полученные авторам при выполнении работы, неоднократно докладывались на научных конференциях сотрудников университета.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения общим объемом 224 страницы, включает 23 рисунка, 20 таблиц. Список литературы включает 74 наименования.

Исследования по теме диссертации автор проводил с 1990 г. Диссертация выполнена на кафедре общей геологии и геодинамики Воронежского государственного университета под научным руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора В.И.Сиротина.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю работы доктору геолого-минералогических наук, профессору В.И.Сиротину за консультации и помощь, оказанные в ра—

боте, а также доценту А.И.Трегубу и старшему преподавателю Г.В.Войиеховскому за постоянную помощь и поддержку при проведении научных исследований и оформлении работы.

методика исследования

В процессе работы при изучении состава бокситов и бокси-томатеринских парод широко использовались цитологические методы изучения вещественного состава .(изучение минералов и пород в шлифах, иммерсионный метод, химические и ренгеност-руктурные анализы, пересчет химического состава на минеральный и т.д.) (1 защищаемое положение, глава 3 диссертационной работы: "Распределение гиббсита и бемита (Белгородский район КМА) в зависимости от уровней захоронения и морфоскульптуры рельефа").

Большое внимание уделялось и математическим методам при изучении восстановленного и погребенного рельефа месторождений бокситов, как на момент их формирования, так и на длительном временном интервале (от карбона до палеогена включительно) (2 защищаемое положение, глава 4 диссертационной работы; "Стохастические модели рельефа месторождений Белгородской группы КМА, их геологическая интерпретация, прогнозирование нахождения бокситов путем использования методов математического анализа"). Применение математических методов возможно потому, что геологическое пространство можно представить как конечное множество точек, в каждой из которых возможно изучение любых его свойсте* (Косыгин И). А., 1974). Поле высотных отметок рельефа или морфоструктуры представляется в виде топографической поверхности, графическим изображением которой могут быть гипсометрические или батиметрические карты, к: анализу такого поля возможно применение веек математических операций от сложения и вычитания до дифференциации и интегрирования.

Одним из математических методов, применяемых в геологии, является морфоструктурный анализ, ставящий своей целью изучение морфоструктур, под которыми понимают формы земной поверхности, являющиеся суммарным результатом эндогенных и экзогенных воздействий на рельеф.

Под рельефом в дальнейшем будет подразумеваться сложная иеар«ически построенная динамическая система, состояние которой может определяться взаимосвязью характеризующих ее и воздействующих на нее величин (параметров) и их производных по времени. Так как процесс рельефообразования очень сложный и учат всех факторов, участвующих в его создании и-развитии невозможен, то вполне приемлим вероятностный (стохастический) подход к решению этой проблемы. Методы, применяемые к открытому рельефу, вполне приемлимы и к скрытому под толщей горных пород палеорельефу или геологической структуре (Поря-дин Б.С., 19В2; Шарапов И.П., 1967).

Представив такой параметр системы "рельеф" как высоту или высотную отметку маркирующего горизонта системы "геологическая структура" в качестве случайной величины (СВ), можно показать, что на определенном участке существует некоторое распределение вероятностей, которое характеризуется функцией распределения.

Практически часто невозможно полностью охарактеризовать случайную величину полностью, исчерпывающим образом. Зачастую следует указать только отдельные числовые параметры (характеристики) , которые в сжатой форме выражают существенные особенности распределения (Дэвис Дж.С., 1990). В теории вероятностей и математической статистике большое количество различных числовых характеристик. Из ник являются важнейшими: математическое ожидание, дисперсия, мода, коэффициент асимметрии и стандарт. С их помощью можно определить среднюю высоту рельефа, расчлененность, преобладающие высоты, соотношение малых и больших высот, соотношение средних высот с малыми и большими, то есть дать характеристику рельефа. Аналогичными характеристиками можно описать и геологическую структуру.

На основании числовых характеристик рядом авторов разработана классификация типов рельефа (Порядим B.C., 1982; Шарапов И.П., 1967). По наличию или отсутствию моды выделяют три группы рельефа (антимодальный, модальный, амодальный), которые в свою очередь по значению коэффициента асимметрии (симметричный, положительно м отрицательно асимметричный) подразделяются на три класса. В итоге выделено девять типов

рельефа, которые отличаются прежде всего наличием и широтой развития выровненных поверхностей (таблица 1).

Таблица 1. Типы рельефа, выделяемые на основании значений параметров простых распределений (Стохастические модели..., 1985)

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТИПОВ РЕЛЬЕФА (на основании значений числовых характеристик распределений)

Тип 1. Абсолютно расчлененный рельеф, образованный плоскими склонами, не содержащий поверхностей выравнивания <ПВ>

Тип 2. Рельеф с базисной ПВ, над которой возвышаются отдельные разновысокие останцы. Рельеф тем ближе к идеально ровной горизонтальной поверхности, чем большие значения принимает Е и чем меньшие - б

Тип 3. Рельеф с вершинной ПВ, слабо расчлененной редкими долинами. Рельеф тем ближе к идеально ровной горизонтальной поверхности, чем большие значения принимает Е и чем меньшие - б

Рельеф с одной ПВ Тип А. Рельеф с ПВ, расположенной на уровне средней высоты. Объемы возвышающихся над ней останцов и эрозионного вреза равны. Г1В развита тем более широко, чем большие значения принимает Е и чем меньшие — б

Тип 5. Рельеф с Г1В, расположенной в нижнем ярусе, но выше базиса денудации. Объем остаточного рельефа превышает объем денудационного вреза, причем это тем значительнее, чем большие значения принимает А. Рельеф тем ближе к идеально ровной горизонтальной поверхности, чем большие значения принимает Е и чем меньшие — б

Тип 6. Рельеф с ПВ, расположеной в верхнем ярусе, но ниже вершинной поверхности. Объем вреза в ПВ превышает таковой остаточного рельефа, причем тем значительнее, чем меньшие значения принимает А. Рельеф тем ближе к идеально ровной горизонтальной поверхности, чем большие значения принимает Е и чем меньшие - б

Рельеф с двумя (вер -■шинной и базисной) ПВ Тип 7. Соотношение базисной и вершинной поверхностей равно. Поверхности развиты тем более широко, чем менылше? значения принимают Е и б

Тип'В. Базисная поверхность развита более широко, нежели вершинная. Преобладание первой над второй тем значительнее, чем большие значения принимает А

Тип 9. Вершинная поверхность развита более широко, нежели базисная. Преобладание первой над второй тем значительнее, чем меньшие значения принимает А

Б процессе работы использовались литологические построения, основанные на методике В.Крумбейна и Л.Слосса (Крум-

бейн. В., Слосс Л., 1960), в дальнейшем разрабатываемые Н.А.Михайловой (Михайлова H.A., 1973) (3 защищаемое положение, глава 5 диссертационной работы: "Крупномасштабные лито-логические карты месторождений бокситов Белгородской группы КМА").

В основе методики лежит принцип литологического треугольника. Этот способ, являющийся одной из разновидностей метода изолиний, основан на строгой количественной градации картируемых объектов, на положении о непрерывности' и постепенности литологических изменений. Он предусматривает картирование толщ, в которых все слагающие их разности пород могут быть сведены в три близких по составу и генезису комплекса. Это не исключает возможности картирования способом треугольника одна- и двухкомпонентных разрезов, а при некоторых дополнительных построениях и более, чем трехкомпонент ных. В последнем случае при каждой вершине основного треугольника, а которой могут быть объединены несколько типов пород, можно построить дополнительный треугольник для индивидуализации каждого из типов, если они представляют для этого какой-либо интерес.

Все многообразие пород, слагающих участки выбранных месторождений, разбито на три группы : первая группа - железистые и глиноземные породы, представляющие собой переотложенные продукты коры выветривания; вторая - карбонатные порода, к которым отнесены различные типы известняков и отдельные прослои мергелей; третья группа - "терригенные" породы, включающие обломочные (алевролиты, пески, песчаники, конгломераты) , глинистые породы и угли, имеющие аллохтонное происхождение. Для построения литологической карты данные о породах группировались по образцу стандартного треугольника: левый нижний угол соответствует карбонатным породам, правый нижний угол - "терригенным", верхний угол - переотложенным продуктам коры выветривания.

Литологический треугольник (Срумбейна и Слосса применялся для изображения отложений водного генезиса (морские и лагунные образования). Отложения континентального происхождения по данным, полученным в результате бурения, разбиты на две группы: первая - области отсутствия отложений исследуемого

- а -

горизонта, по-видимому, срезанных процессами денудации; вторая - отложения элювиального, делювиального и пролювиального генезиса, представленные продуктами коры выветривания, как в коренном, так и переотложенном виде.

Надо отметить, что в основе предложенной методики большее значение уделяется не признакам фаций, а литологическому (то есть вещественному) составу отложений, и поэтому построенные по этой методике карты более корректно, применительно к изучаемым объектам, называть литологическими, что и будет сделано в дальнейшем.

обоснование защищаемых положении

Положение 1. Минералы свободного глинозема бокситов КМА распространены закономерно в зависимости от морфоскульптуры рельефа (пологие или более крутые склоны, карст) - первичное распределение, и от уровня захоронения - вторичное распределение. Метаколлоидный (скрытокристаллический) бемит - первичный минерал свободного глинозема латермтного профиля силикатного карста. Все бокситовые тела приурочены к нескольким стратиграфическим уровням: тульскому (преимущественно "гиббситовому"), алексинскому ("бенитовому"), михайлоескому (преимущественна "гиббситовому"), веневскому ("бемитовому"> и серпуховскому <"гиббситовому11). При захоронении усиливается роль отчетливо кристаллического бемита.

Интегрированный латеритный покров Белгородского района КМА в геоморфологическом отношении представляет собой сочетание пологих склонов небольшой крутизны (1-7 градусогз), часть которых можно считать ступенями. Более крутые склоны <7-9 градусов и более) характеризуются гиббситовым (реже -бемит-гиббситовым) составом бокситов, более пологие склоны (ступени) - бемитовым составом. Большинство бокситоносных ступеней осложнены силикатным карстом, развитым над толщей остаточных железных руд и (или) в зоне контакта последних с бокситами-латеритами. Заполняющие впадины силикатного карста переотложенные железные руды, железно-алюминиевые руды и бурые бокситы, характеризуются бемитовым составом свободного глинозема представленным всегда в скрытокристаллической, ме-

такаллоидной форме (Сиротин В.И., Дедов B.C., 1970).

Отчетливо выделяются тульский (бобриковска-тульский), алексинский (алексинско—Михайловский), веневский (михайловс-кр-ееневский) и серпуховской (преимущественно тарусский) уровни захоронения. Представляется очевидным, что к тульскому времени (тульской трансгрессии) все морфоскульптурные формы бокситоносного рельефа были сформированы. Поэтому важно рассмотреть их распределение по этим уровням захоронения.

По стратиграфическому фактору (возрасту перекрывающей кровли) и гипсометрическим отметкам профиль на выклинивании представляет собой "серпуховский" (гиббситового состава) -вверху, и "тульский" (гиббситового состава) - внизу, склоны. Все промышленные месторождения бокситов относятся к трем гипсометрическим уровням захоронения - алексинскому, михай-ловсаму и вемевскому.

И хотя вещественный состав бокситовых месторождений хорошо изучен и освещен в литературе, в том числе и па уровням захоронения, в процессе работы решалась задача - существует ли связь в распределении гиббсита, бемита и диаспора по гипсометрическим уровням захоронения, если она существует, то как зависит от элементов рельефа (морфоскульптуры) каждого уровня. Выполнение этих задач потребовало дополнительного исследования некоторых спорных профилей и просмотра ранен изученных (но без жесткой привязки к уровням захоронения) профилей. Все уровни захоронения были рассмотрены на большом количестве материала, ранее полученные выводы подвергнуты ревизии, в результате которой некоторые, ранее сделанные заключения подтвердились и были получены новые материалы, проливающие в значительной степени свет на условия образования бемита в латеритной коре выветривания (Яковлевское месторождение, скв 1123, профиль IV + 1200),

На основании описания разреза силикатного карста (скв. 1123) вытекает несколько важных выводов:

1. Латеритная глиноземная кора выветривания, развитая в самом днище силикатного карста, венчается бурым бокситом-ла-теритон с безусловно доказанной метаколлоидной формой бемита.

2. Образование метаколлоидного бемита как первичного ми-

нерала латеритной коры выветривания совершенно автономно от образования бертьерина, который в коре выветривания практически отсутствует, и таким образом, как и в коре выветривания Обоянского участка, не является стадийным минералом.

3. Отсутствие бертьерина в рассмотренном профиле коры выветривания является скорее исключением, чем правилом, но оно говорит о многом: латеритный профиль в данной конкретной обстановке оказался защищенным большой толщей железных руд-Как: в вертикальном, так и в латеральном направлениях от фа-циальной обстановки, рождающей бертьерин, для образования которого, кроме того, необходим еще, как показано ранее, свободный глинозем (Сиротин В.И., 1966 и др.).

4. Обращает внимание так же, что зона не разделена на подзоны, она едина, компактна, поскольку не затронута вторичными процессами дезинтеграции.

Гиббситавый состав характерен для тульского и серпуховского склонов, а также и для Михайловской ступени, которую по величинам углов можно отнести к склонам. Алексинекая и ве-невская гипсометрические ступени характеризуются бемитовым составом бокситов. При изучении вещественного состава месторождений отмечается, что смешанные бемит-гиббситовые разности встречаются довольна редко.

Таким образом, чем выше стратиграфический уровень захоронения, тем сильнее идет "размазывание" IV зоны по мощности, усиливаются процессы бертьериниэации, приводящие к разу-боживанига бокситов и ухудшению их качества. Оптимальный уровень захоронения — алексинский, реже - Михайловский. Тульский уровень захоронения характеризуется отсутствием бокситов, а в случае их появления - сильной вторичной каолинити-зацией.

Положение 2. Разработанные стохастические модели месторождений Белгородской группы КМА адекватна описывают выявленные геоморфологические условия образования бокситов, позволяя определить среднюю высоту рельефа, расчлененность, преобладающие высоты, форму склонов и др., и полностью охарактеризовать тип бокситоносного рельефа <как современного, так и погребенного). Одновременно стохастические методы яв-

ляются экспресс-анализом как для предварительной оценки перспективности территорий на полезные ископаемые погребенных кор выветривания, так могут применяться и при доизучении флангов ранее разведанных месторождений.

& качестве эталонных бокситовых месторождений выбраны следующие: Висловское, Мелихово - Шебекинское и Олимпийское, причем Висловское подразделяется на два участка: Белгородский и Висловский. Этот выбор обусловлен хорошей геологической изученностью месторождений, наличием бокситов высокого качества, литолого-фациальных карт времени бокситообразова-ния, а также близкими размерами площадей участков.

Развитие рельефа месторождений прослежено на большом временном интервале — от визейского века ранмекаменноуголь-ной эпохи до настоящего времени. Основным материалом исследования на этом этапе послужили гипсометрические карты рельефа подошвы визейского яруса нижнего карбона, подошвы не-расчлененных байосского и батского ярусов средней юры, подошвы нерасчлененных неокомского и аптского ярусов нижнего мела, подошвы нерасчлененных туронского и коньякского ярусов верхнего мела, подошвы и кровли палеогеновых отложений и современной дневной поверхности. По возможности в качестве маркирующих поверхностей использовались границы стратиграфических перерывов в осадконакоплении.

В процессе работы построены стохастические модели погребенного и восстановленного рельефа четырех исследуемых участков. Типы рельефа, определенные с помощью числовых характеристик, показаны в таблице 2.

В соответствии с классификацией по характеру распределения высоты преобладающими являются 5 и 6 типы рельефа, относимые к модальным асимметричным (Стохастические модели..., 1985).

В ходе работы была проведена оценка параметров распределения стохастических моделей погребенного и восстановленного рельефов маркирующих горизонтов путем применения доверительных интервалов, границы которых вычислялись с помощью основных ошибок. Вычисленные по выше приведенным формулам доверительные интервалы показывают, что ошибки не превышают первых

процентов от полученных результатов.

Таблица 2. Типы погребенного и восстановленного рельефов

для территории месторождений бокситов Белгородской группы КМА

N Стратиграфический интер- Т И П Р Е Л Ь Е Ф А

вал (маркирующая повер- Мелихо- Висловское м-ие Олим-

хность ) во-Шебе- Вислов- Ьелго- пийское

кинское с кий родскии м-е

м-ие у-к у-к

1 Дневная поверхность 5 5 з 6

П О Г" Р Е Б Е Н Н Ы И Р Е Л ь е Ф

подошва палеогена 8 6 6

т подошв а верхнего мела 5 5 6 6

4 подошва нижнего мела 6 5 5 6

5 подошва юры 6 5 6 6

6 подошва карбона Ь 6 5 6

В 0 С С ТАНОВЛЕННЫИ Р Е Л Ь Е Ф

7 конец палеогена 5 5 5 6

8 конец верхнего мела 5 6 6 6

Ч конец нижнего мела 6 6 6 6

10 конец юры 5 6 5 5

11 конец карбона 5 6 6 5

В результате проверки правдоподобия стохастических гипотез било установлено: осе распределения выборок можно считать нормальными; территория Олимпийского месторождения развивалась на протяжении верхнепалеозойской и мезозойской зр в несколько отличных тектонических условиях, чем другие месторождения (то есть в данном временном интервале имеющиеся выборки не принадлежали к одной генеральной совокупности); отмечается равенство средних высот Мелихово-Шебекинского, Вис-лов ского и Белгородского участков и различия в их средних высотах можно считать несущественными; Олимпийское месторождение отличалось несколько другим (по контрастности) типом рельефа; на основании проверки равенства дисперсий отмечается, что поверхности месторождений по расчлененности имеют существенные различия, за исключением современного рельефа, то есть характер расчлененности рельефа на ряду с общими тенденциями развития зависит от индивидуальных особенностей (литологический состав, характер геологических структур и т.д.).

Важное внимание в работе уделялось изучению палеорельефа времени бокситообразования с целью применения стохастических моделей для бокситообразования с целью решения ряда задач!

1. Сравнение параметров распределения и проверка правдоподобия математическим гипотез моделей месторождений бокситов .

Стохастические модели месторождений бокситов построены для восстановленного и погребенного рельефов алексинского и Михайловского времени. На основании вычисленных числовых характеристик восстановленный и погребенный рельефы участков относятся к 5 и 6 типам (таблица 3). Также для стохастических моделей проведена проверка ряда гипотез и оценка параметров распределения.

Для восстановленного рельефа установлено: все распределения выборок можно считать нормальными; все эмпирические распределения относятся к одной генеральной совокупности; вероятность согласованности распределения высоты очень велика (0,9 - 1,0); различия в средних высотах участков считать несущественными; по расчлененности исследуемые участки именп-существенные различия.

Таблица 3. Типы погребенного и восстановленного рельефов для территории месторождений бокситов Белгородской группы КМА (на раннекаменноугольное время)

Стратиграфический интервал (маркирующая поверхность )

Т И П

РЕЛЬЕФА

Мелихово—Шебе-кинское м-ие

Висловское м-ие

Вислов-

ский

у-к

Белгородский у-к

Олимпийское м-ие

ВОССТАНОВЛЕННЫЙ

Р

Л

Е Ф

1 конец алексинского

времени 5 5 5 5

конец Михайловского

времени 5 6 6 з

ПОГРЕБЕННЫЕ 1 Р Е л ь е ф

з начало алексинского

времени 6 6 5 6

4 начало Михайловского

времени Ь 6 5 6

Ь начало веневского

времени 5 5 Ь 6

Для погребенного рельефа установлено: все распределения можно считать нормальными; на начало веневского времени эмпирические распределения не относятся к одной генеральной совокупности, то есть имеются различия в тектоническом режи-

не между Олимпийским и остальными месторождениями, наиболее ярко проявившиеся при сравнении с Мелихово-Шебекинским месторождением; гипотеза о согласованности распределения высот участков ез целом отвергается; различия в средних высотах участков можно считать существенными; по значению дисперсии участки существенно отличаются и гипотеза о равенстве дисперсий участков отвергаются.

2. Проверка адекватности стохастических моделей реальным геологическим объектам.

Для проверки совпадения стохастических моделей с реальными геологическими объектами проведено сравнение графических материалов (карты восстановленного рельефа времени бок-ситообразования выбранных месторождений) с результатами математических вычислений.

В целом стохастические модели адекватно описывают восстановленный рельеф, отмечая этапы развития (переход стадии продольного расчленения в стадию поперечного), усиление денудационных процессов (увеличение значений числовых характеристик) , позволяют определить форму склонов, наличие поверхностей выравнивания и дать краткую характеристику типа рельефа.

Необходимо отметить, что описание рельефа, полученное на основании изучения геологического строения разными авторами (Критерии и методика ..., 1980) полностью совпадает с типами рельефа, полученными при составлении математических моделей.

3. Характеристика стадий развития рельефа с позиций структурно-морфологического анализа.

Благоприятные условия для образования латеритного покрова обеспечиваются относительным тектоническим покоем на протяжении длительного времени или же на территориях, характеризующихся медленным эпейрогеническим поднятием.

При изучении рельефа выделяется 4 стадии его развития: 3 - конденудационная (тектонические движения полностью уравновешиваются денудационными процессами); 2 - стадия продольного расчленения; 3 - стадия поперечного расчленения; 4 - стадия пенепленизации (Костенко Н.П., 1985).

Стадия развития рельефа, на которой произошло образование и захоронение бокситоносных кор выветривания, играет

- 15 -

важную роль для сохранения и качества бокситов.

Проводя аналогию между структурно-морфологическим анализом и стохастическим моделями можно сказать, что 2 стадия развития рельефа сопоставима с 5 типом рельефа, а 3 стадия -6 типу рельефа по предложенной классификации.

4. Применение и возможности стохастических моделей а качестве экспресс-анализа для прогнозировании месторождений бокситов.

Применение стохастических моделей относятся к площадному локальному прогнозированию, которое можно проводить на более узких участках: при региональном прогнозировании оказавшихся перспективными, или же в окрестностях известных месторождений бокситов (учитываются данные о соседнем бокси-тоносном участке).

Методы математической статистики относятся к методу аналогий, так как в их основу в данном случае положена морфологические критерии (рельеф), которые в оценке территорий на бокситы являются первостепенными. Строится стохастическая модель рельефа уже известного месторождения, а затем исследуемые территории (находящиеся в пределах географических расстояний), проверяются по выбранным критериям на соответствие этой модели.

Объем выборки обусловлен точностью, с которой требуется определение законов и числовых параметров распределения случайной величины. Известно, что чем большей по объему будет выборка, тем точнее будут определены математические характеристики распределения высоты рельефа (маркирующей поверхности). Однако на практике получение очень больших выборок неэкономично и не всегда целесобразно, так как уже по выборке ограниченного объема часто можно получить достаточно полное представление о генеральной совокупности.

Для Белгородского участка (выбранного в качестве примера) выполнены расчеты стохастических моделей рельефа времени бокситообразования при различных объемах выборки. Уменьшение числа замеров в среднем на сорок-пятьдесят единиц не вносит существенных искажений, характеры распределения близки между собой и однозначно описывают рельеф определенного типа. Оптимальным объемом выборки следует признать пятьдесят сква-

жин. Такое количество скважин, при сохранении достаточной точности вычисления основных параметров распределения, обеспечивает возможность применения результатов бурения по разреженной сети, использование данных ранее проведенных работ без дополнительных материальных затрат.

Положение 3. Крупномасштабные ' литологические карты, построенные на основе треугольника В.Крумбейна и Л.Слосса, применимы для фациальных реконструкций в пределах лагунных и морских фациальных обстановок прибрежно-морской аккумулятивной равнины и позволяют делать вполне корректные генетические выводы.

Выбор □лимпийского, Мелихово-Шебекинского и Белгородского месторождений для литологических реконструкций обусловлен наличием комплекта литолого-фациальных карт разного масштаба, построенных по общепринятой методике (Условные обозначения ..., 1962), что позволяет сравнить полученные результаты с уже имеющимися.

В процессе работы применялись карты восстановленного рельефа, чтобы снять послемихайловский наклон территории в юго-западном направлении и поставить разные участки месторождений и сами месторождения в равные условия.

При литологических реконструкциях построены карты общего типа, характеризующие пространственные изменения ¿чбсолютного содержания разных типов пород вне зависимости от их положения в разрезе. Для увеличения точности реконструкций древних обстановок, а также для детального рассмотрения времени и условий бакситообразования использовались достаточна узкие стратиграфические интервалы (алексинский и Михайловский горизонты визейского яруса нижнего карбона).

Анализируя построенные литологические карты, можно отметить следующие:

- территория месторождений находится на трансгрессивной стадии развития, и в алексинское и михайловское время представляла собой мелководное море с отдельными островами и архипелагами;

- переотложенныв руды (литологические поля IX, VIII,

У1I) большей частью повторяют форму островов (оконтуривают территорию предполагаемого нахождения суши) и соответствуют изопахите в 5 метров, реже 10 — 15 метров;

- более глубоководные морские участки (изопахиты 20 и более метров) представлены I и II литологическими полями, по составу — преимущественна карбонатными породами и относятся, по всей видимости, к области открытого морского бассейна;

~ мелководные участки (изопахиты 10 - 20 метров) представлены III литологическим полем (более 50 7. "терригенных" пород) или У полем (более 50 V. карбонатных пород с примесью переотложенных продуктов кор выветривания), и относятся к менее удаленным от суши морским участкам (прибрежно—морским или лагунным);

- рисунки изопахит и литологических полей в целом повторяют друг друга, что связано с фациальными замещениями по мере углубления морского бассейна, и тем самым подтверждают правильность графических построений;

- мелководные участки морского бассейна (лагуны?), соседствующие с территорией суши, на которой широко развиты продукты коры выветриеания, представлены, как правило, IX, У111, УН литологическими полями с большим количеством рудного материала, принесенного за счет его выноса с близлежащих островов. Участки моря, примыкающие к суше с отсутствием континентальных отложений данного возраста (преобладание процессов денудации), характеризуются II, III, 1У литологическими полями, с преимущественным развитием карбонатно-тер-ригенных отложений;

- наличие в мелководных морских отложениях переотложенных продуктов коры выветривания зависит и от палеофациальнах обстановок осадконакопления: мелководные протоки и западины рядом с сушей, на которой широко развиты коры выветривания, представлены IX литологическим полем с большим содержанием рудного компонента, а более углубленные проливы, с существующими в них сильными течениями, даже при наличии соседствующей рядом островной суши с развитой корой выветривания - I, II, III литологическим полями с карбонатно-терригенныии отложениями.

По условиям образования и литологическому составу морс-

кие отложения рассматриваемых месторождений можно отнести к слабоопресненным и с водой нормальной солености мелководно-морским и лагунным типам.

Б целом данные не только не противоречат ранее проведенным исследованиям, но и существенно дополняют их, детализируя распределение осадочного материала, более точно вырисовывая форму островов и проливар, выясняк>т направление сноса терригенного материала (в частности продуктов коры выветривания) .

В процессе работы проводилось сравнение различных методик построения литологических карт. В качестве участка выбрано Олимпийское месторождение Св частности карта алексинс-кого времени). Зтот выбор обусловлен наличием уже построенной литолого-фациальной карты данного масштаба, компакт— ностьх) месторождения, а также довольно пестрой литолого-фациальной обстановкой.

При сравнении литологических карт, построенных по разным методикам, отмечается их похожесть. И на одной и на другой карте в центральной части месторождения выделяется зона переотложенных продуктов коры выветривания (IX, УIII, УН поля или континентальные озерно-болотные (У АБ) и делювиаль-но-пролювиальные (У ДП) фации. Также в юго-западной части участка наблюдается сходная рисовка литологической обстановки (фации заболоченных озер и мелководных опресненных лагун (IV А) или поля 1У (почти 100 7. терригенного материала) и У (продукты переотлаженной коры выветривания составляют от 10 до 50 V. объема отложений данного возраста) .

Надо отметить, что предлагаемая методика позволяет давать более детальную характеристику отложений. Так в южной части района месторождения показана более детальная прорисовка отложений алексинского возраста (выделяются I, II, III литологические поля, отличающиеся процентным соотношением карбонатных и терригенных пород, что позволяет сопоставить между собой значения изопахит (то есть оценить мощность) и литологических типов разрезов.

Преимуществом методики Крумбейна и Слосса является и то, что при разбивке на генетические группы используются все типы пород, слагающих разрез (при классической методике - по-

роды, представляншие менее 10 разреза на картах не показываются) (в приведенных построениях - это угли, хотя отнесение их в литологическом треугольники к терригенным породам проблематично).

заключение.

Результаты проведенных исследований сводятся и: следующему:

1. Изучение распределения гиббсита и бемита в соответствии со стратиграфическими уровнями захоронения привело V. выводу, что в пределах Белгородского района КМА в интегрированном виде намечается своеобразная "гиббсит—бемитовая лест— ница" - имеются гиббситовые склоны: "серпуховские", "Михайловские", "тульские", которые чередуются с бемитовыми ступенями: "веневской" и "алексинской", изредка "тульской"; склоны и ступени осложнены "силикатным карстом". В пределах этих же ступеней встречаются профили бемит-гиббситового (бемит внизу, гиббсит вверху) и гиббсит—бемитового (гиббсит внизу, бемит вверху) состава.

2. При ревизии кернового материала по Яковлевскому месторождению (скв. 1123) уаапоч^ установить латеритный профиль с абсолютно доказанным первичным метаколлоидныи беиитои а области "силикатного " карста, что показало прямую зависимость минералов свободного глинозема от морфоскульптуры первичного рельефа. Метаколлоидный первичный бемит сохраняется лишь изредка в профилях силикатного карста. Кристаллический вторичный бемит и диаспор развиты в преобразованных профилях ступеней, гиббсит - в преобразованных профилях склонов.

3. На основании представления ряда авторов ой устойчивости определенных тектонических движений во времени, и связанных с ними ландшафтов земной поверхности, определен методологический подход возможности применения структурно—функционального и морфоструктурного методов для характеристики палеорельефов исследуемых месторождений и прогноза месторождений бокситов путем построения и анализа математических (стохастических) моделей.

4. Обоснована методика применения крупномасштабных лито— логических построений по методике Крумбейна В. и Слосса Л.,

в основе которой лежит принцип объединения многообразных типов отложений, слагающих исследуемые месторождения, в более крупные генетические группы.

5. При анализе мощностей коры выветривания разных уровней захоронения отмечается тенденция зависимости мощности 1У зоны в профиле выветривания от стратиграфического уровня, то есть: чем выше стратиграфический уровень , тем сильнее идет "размазывание" 1У зоны по мощности, усиливаются процессы бертьеринизации, приводящие к разубожизанию бокситов и ухудшению их качества (веневский и серпухоаский уровни захоронения) . Оптимальным уровнем надо признать алексинский, реже — Михайловский. Тульский уровень захоронения характеризуется отсутствием бокситов, а в случае их появления - сильной вторичной каолинитизацией.

6. При выяснении условий образования бокситов необходимо учитывать и значение "показателя нарезанности" территории (соотношение между суммарной длиной водораздельных пространств и их площадью). Чем больше значение показателя (территория представляет собой небольшие водоразделы или маленькие плато), тем более вероятность обнаружения бокситов.

7. Б результате изучения стохастических моделей рельефов ряда месторождений Белгородской группы КМА на значительном временном интервале (каменноугольный - четвертичный периоды) установлена:

- преобладающими являются 5 и 6 типы рельефа по предложенной классификации;

- месторождения в структурном плане представляют собой устойчивые, консервативные блоки;

- изучаемые месторождения по условиям тектонического развития разбиваются на две группы: первая - Белгородское, Висловское и Иелихово-Шебекинское месторождения, вторая -Олимпийское месторождение.

В. На основании изучения стохастических моделей времени бокситоабразоаания (алексинско—михайловскоа время нижнемело— вой эпохи каменноугольного периода) проведена геоморфологическая характеристика стадий развития рельефа, в результате чего сделаны следующие выводы:

- рельеф месторождений относится к 5 и 6 типам предло-

женной классификации;

- на время образования бокситов территория месторождений характеризовалась соотношением основных рельефообразующих факторов близким к равновесию, что соответствует конденуда— ционнаму ¡этапу развития структурных форм.

9. В процессе работы выполнены расчеты стохастических моделей рельефа времени бокситообразования при различных объемах выборки (количестве скважин). Обоснован оптимальный объем выборки, равный 50 скважинам, который достаточно полно характеризует параметры распределения и сохраняет точность вычисления.

10. На основании результатов работы предлагается методика прогноза бокситоносных кор выветривания с позиций стохастического анализа, которая разбивается на два этапа:

Первый этап (региональное прогнозирование). Изучение факторов, обеспечивающих формирование латеритной коры выветривания в континентальных условиях (благоприятный- климат, материнский субстрат, палеотектонический и палеогеоморфоло-гический факторы, стратиграфический контроль и др.), то есть набор всех тех условий, которые классически применялись при прогнозировании бокситов.

Второй этап (локальное прогнозирование). Поисковые (оценочные) факторы, полученные о процессе построения математических моделей (тип рельефа, полученный в результате стохастического анализа, значения коэффициента асимметрии для характеристики формы склонов, определение консервативности па-леорельефа и др. ) .

11. На основании проведенного анализа карт погребенного и восстановленного рельефов месторождений бокситов КМА сделаны следующие выводы:

- исследуемые участки сохранили в своем развитии структурные планы кристаллического фундамента;

- направления зон активных нарушений в пределах изучаемых площадей не претерпели серьезных изменений.

12. На основании методики Крумбейна В. и Слосса Л. построены литологические карты общего типа изучаемых месторождений. После геологической интерпретации построенных литологи-ческих карт и сравнении с результатами ранее проведенных

исследований установлено, что полученные материалы не только не противоречат ранее проведенным реконструкциям, но и существенно дополняют их, детализируя условия образования различных типов осадков

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Неотектоническая структура Онежской площади, ее соотношение с неотектонической структурой среднего карбона и блоковой структуры фундамента / Трегуб А.И., Лукьянов В.Ф., Шишов В.В., Бунеев В.Н., Сиротин В.И., Макаров С.А., Шатров В.А. - Воронеж, гас. ун-т - Воронеж, 1993. - 24 с. - Деп в ВИНИТИ 07. 04. 93, N В94 - В 93.

2. Трегуб А.И., Сиротин В.И., Шатров В.А. Статистический анализ палеорельефа в связи с формированием бокситов месторождений КМА / Воронеж. гос. ун — т - Воронеж, 1993. -8 с. - Деп. в ВИНИТИ 07. 04. 93, N 875 - В 93.

3. Шатров В.А. Использование стохастических методов для прослеживания развития рельефа на примере месторождений бокситов Белгородской группы / Воронеж. гос. ун-т - Воронеж, 1995. - 16 с. - Деп. в ВИНИТИ 04. 05. 95, N1231 - В 95.

4. Шатров В.А., Сиротин В.И., Трегуб А.И. Крупномасштабные литолого—фациальнае карты Белгородского месторождения бокситов КМА // Вестн. Воронеж, ун - та. Сер. геол. - 1996. - N 2. - С. 70 - 74.

5. Шатров В.А. Литолого-фациальные карты Олимпийского месторождения бокситов КМА / Воронеж. гос. ун - т. - Воронеж, 1997. - 12 с. - Деп в ВИНИТИ 01.04.97, N 1020 - В 97.

6. Шатров В.А., Сиротин В.И., Трегуб А.И. Методика составления крупномасштабных литолого-фациальных карт для месторождений бокситов Белгородской группы КМА / Воронеж. гас. ун-т. - Воронеж, 1997. - 21 с. - Деп в ВИНИТИ 01.04.97, N 1021 - В 97.

7. Шатров В.А., Трегуб А.И., Сиротин В.И. Стохастические модели рельефа времени бокситообразования (на примере месторождений КМА) // Литология и геохимия осадочных отложений Воронежской антеклизы. - Воронеж, 1993. - С. 124 - 133.