Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Концентрация неоднородности в оловорудных телах

ВАК РФ 04.00.11, Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения

Автореферат диссертации по теме "Концентрация неоднородности в оловорудных телах"

Р Г Б О Д На правах рукописи

2 7 ОКТ 1998

Кирьяков Георгий Артурович

КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ НЕОДНОРОДНОСТИ В ОЛОВОРУДНЫХ ТЕЛАХ

Специальность 04.00.11 Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений; металлогения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте им.Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Лир Юрий Владимирович

доктор геолого-минералогических наук

академик РАЕН

Попов Виктор Евгеньевич

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Гульбин Юрий Леонидович

Ведущая организация:

Государственный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела, лаборатория геологического обеспечения горных работ

Защита состоится 20 ноября 1998 г. в 15час. ЗОмин. на заседании диссертационного Совета Д.063.15.02 в Санкт-Петербургском государственном горном институте им.Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199026, Санкт-Петербург, В.О., 21-я линия, д. 2, ауд.7320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПГГИ (ТУ).

Автореферат разослан" " гУ _ 1998 года

Ученый секретарь .

диссертационного Совета,

д.г.-м.н., доцент А.Г.Марченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ оггрсделястся тем, что во многих месторождениях полезных ископаемых большая часть запасов (до 2/3 и более) содержится в участках, которые в совокупности занимают весьма незначительную часть рудного тела (около 10-15% объема). Выявление уже на стадии разведки факторов, определяющих локализацию таких участков, называемых рудными столбами, позволяет избежать погрешностей при оценке запасов рудных объектов.

Традиционно рудные столбы принято представлять на продольных проекциях рудных тел в виде областей, ограниченных изолиниями содержания полезного компонента. Использование для оконтуривания рудных столбов метропроцента - показателя, характеризующего как степень концентрации металла, так и объем рудной массы, на которую распространяется данное содержание, позволяет более объективно представить распределение полезного компонента в объеме рудного тела.

Разработка критериев, предоставляющих возможность оценить достоверность данных разведки, позволяет избежать пропуска участков обладающих как повышенной, так и пониженной рудонасыщенностью (концентрационных неоднородностей). Использование логистической функции дает в руки исследователю простой и, вместе с тем, довольно мощный инструмент для решения этой проблемы.

Рассмотрение геологических объектов с позиций синергетики позволяет подняться на новый уровень генерализации таких систем, что даег возможность описания их состояния с помощью небольшого количества управляющих параметров.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Цели, решаемые данной работой, формулируются следующим образом:

1. Определение факторов, влияющих на локализацию концентрационных

неоднородностей;

2. Изучение возможности применения логистической функции для решения геологических задач;

3. Изучение явлений самоорганизации в рудных системах.

Для достижения указанных целей был определен соответствующий круг задач:

1. Сопоставление результатов геометризации концентрационных неоднородностей по данным эксплуатации и по данным разведки.

2. Анализ факторов, определяющих размещение, форму и ориентировку рудных столбов в оловорудных жилах месторождений касситерит-силикатно-сульфидной формации.

3. Проверка соответствия распределения значений метропроцента логистической функции.

4. Расчет параметров логистического распределения и анализ связей между ними и показателем рудонасыщенноста

5. Разработка методики определения относительной информационной энтропии по данным разведочного опробования,

6. Исследование связи величины рудонасьпценности и степени самоорганизации системы.

ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ. В качестве исходных данных для выполнения данной работы были использованы следующие материалы:

a. Опубликованные данные по геологическому строению ряда оловорудных месторождений Северо-Востока Якутии, а также аналогичные сведения, предоставленные Ю. В. Лиром (рассмотрено 7 рудных тел шести месторождений).

b. Комплект графических материалов, включавший в себя продольные вертикальные проекции некоторых рудных тел масштаба 1:1000 и 1:2000, планы горных выработок масштаба 1:200 с вынесенными на них данными опробования (рассмотрено 12 рудных тел восьми месторождений, в анализе участвовало более 6000 проб).

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Постановка указанных выше задач определила комплекс используемых при этом методов:

1. Анализ данных документации горных выработок.

2. Математическое и компьютерное моделирование.

3. Анализ изменчивости степени самоортанизации рудных систем с привлечением данных фрактального анализа.

4. Геологическая интерпретация полученных данных.

Обработка исходных данных проводилась с использованием современной электронно-вычислительной техники ПЭВМ IBM - 486, Pentium и дигитайзера GRAPHTEC KD 4300. Программный комплекс разработан таким образом, что его использование возможно на любом IBM-совместимом компьютере с процессором не ниже 286, с установленным математическим сопроцессором и видеоадаптером VGA, поддерживающим разрешение 640*480 пикселей при 16-цветовой палитре.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Традиционно в качестве ключевой характеристики при выделении рудных столбов используется величина содержания полезного компонента в руде. Предлагается использовать для этих целей величин)' метропроцента - показателя,

характеризующего не только степень концентрации металла, но и объем рудной массы, на которую она распространяется.

Разведка оловорудных месторождений осуществляется горизонтальными выработками на нескольких горизонтах при минимальном количестве восстающих. При этом расстояние между пунктами опробования в пределах горизонта составляет около 2м. тогда как расстояние между горизонтами превышает эту величину минимум на порядок. Сделан вывод о принципиальной невозможности детальной геометризации рудных столбов по данным разведки.

Впервые в геологической практике предложено использовать логистическую функцию, которая предоставляет возможность удобного и компактного описания распределения значений метропроцента.

В геологических исследованиях известны лишь единичные примеры изучения явлений самоорганизации. В результате проведенных исследований впервые выявлена зависимость между степенью самоорганизации рудной системы и величиной продуктивности в определенном диапазоне иерархических уровней.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в том, что изложенные в ней идеи и методические приемы создают реальную основу для решения многих важных в практическом отношении задач изучения рудных месторождений, в числе которых отметим следующие.

1. Использование значений метропроцента для выделения рудных столбов позволяет выявлять и изучать размещение именно повышенного количества рудного вещества, а не повышенных концентраций, которые могут быть связаны, например, с очень маломощными прожилками, состоящими целиком из рудного минерала.

2. Возможность оценить достоверность данных разведки и предотвратить ошибки при оценке запасов, связанные с пропуском концентрационных неоднородностей. возможно содержащих значительные количества полезного компонента, а также оценить величину удельного линейного запаса по объекту в этом случае.

3. Возможность на основании изучения структуры запасов предположить наличие невскрытых концентрационных неоднородностей.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Результаты работы докладывались на Ежегодной научных конференциях молодых ученых "Полезные ископаемые России и их освоение" (Санкт-Петербург, 1996), а также на Научной студенческой школе «Металлогения древних и современных океанов» в г.Миасс (1996 г). По теме диссертации опубликовано 3 научные работы, еще одна находится в печати.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем текстовой части - 171 страница. Внутритекстовые приложения содержат 96 рисунков и 12 таблиц. Список литературы содержит 132 наименований, в том числе 12 - на иностранном языке.

В первой главе дается краткий исторический обзор изучения рудных столбов, определяется используемая терминология. Во второй главе рассматривается геологическое строение ряда месторождений касситеригг-силикатно-сульфидной формации. В третьей главе рассматриваются примеры концентрационных неоднородностей в оловорудных телах, факторы, определяющие их локализацию и примеры геометризации рудных столбов; обосновывается первое защищаемое положение. В четвертой главе выполнено исследование возможностей применения логистической функции для описания распределения значений метропроцента на различных иерархических уровнях строения оловорудных объектов; обосновывается второе защищаемое положение. В пятой главе выполнено изучение явлений самоорганизации в рудных телах; обосновывается третье защищаемое положение.

БЛАГОДАРНОСТИ. Диссертация написана под научным руководством д.г.-м.н., профессора Ю.В.Лира на кафедре Геологии и разведки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета). Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю, в первую очередь за бесконечную терпеливость и доброжелательность, за предоставленные материалы, полезные и своевременные советы. Автор также благодарен коллективу кафедры геологии .месторождений полезных ископаемых СПГГИ за предоставленную возможность повышения квалификации и всестороннее содействие. Отдельную благодарность автор выражает к.г.-м.н.И.А.Карякину за консультации полученные в ходе проведения исследований, а также к.г.-м.н.И.Г.Савиной за всестороннюю поддержку и дружеское участие.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ.

Первое защищаемое положение.

Концентрационные неоднородности в оловорудных жилах, выделяемые на основе определения значений метропроцента, могут быть детально геомегризованы только на основе данных эксплуатации. Тем не менее, материалы разведки позволяют определить главные черты их

локализации и пространственной ориентации на основе выявления ведущих факторов, определяющих распределение металла в области рудообразования. прежде всего, положения линии пересечения и сочленения рудоконтролирующих разрывов, горизонтов «благоприятных» пород, характера предрудных смещений вдоль пространственно искривленных поверхностей смесгителя.

По сложившейся традиции рудные столбы принято выделять на продольных проекциях рудных тел в виде областей, ограниченных изолиниями повышенного содержания полезного компонента. При акцентировании внимания только на участках повышенной концентрации металлов от внимания исследователей ускользает другая сторона этого явления, а именно распределение участков с оруденением пониженного (вплоть до некондиционного) качества. Вместе с тем, наличие участков, обладающих как повышенной, так и пониженной рудонасыщенностью отражает общую закономерность неоднородного распределения полезного компонента. Представляется целесообразным рассматривать их в рамках единого подхода и ввести в употребление обобщающий термин -

« ко щ^ентра 1^итшые__теодноррдадсти>>А__под.__которыми_ _ донимаются

гео^стризо^анные области ик_высокой_ (рудные_ столбы)._ так _и _низкой рудонасьщенмста

Рудными столбами называют участки богатых руд внутри рудных тел. Часто, но не всегда они действительно имеют столбообразную форму. Фигурирующая в принятом определении степень концентрации металла (металлов), как ключевой характеристики рудного столба, лишено реального содержания без указания масштаба этого явления. Под определение рудного столба попадает, например, гнездовое скопление зерен касситерита в шлифе. Очевидно, что помимо указания на интенсивность рудообразующего процесса, отражением которой является содержание металла в руде, необходимо определить величину рудной массы, на которую распространяется это содержание. В качестве такого экстенсивного показателя следует учесть мощность рудного тела, и тогда в качестве, обобщающей _характ^)истжи_ может Аьаь_п£инят_метрргфоцентд т.е^ произведение мощности рудного тела в „метрах на срз^жание_металла

5 процентах1МС1

При проведении изоконценграт используется прием линейной интерполяции, когда изучаемый признак представляется в виде топографической поверхности. Вместе с тем нередки случаи, когда в пределах ячейки сети отбора проб по одним и тем же данным можно по-разному провести изоконцентраты.

Принципиально важным при проведении изолиний метропроцента является как общее количество точек наблюдений и опробования, так и характер их распределения на продольной проекции рудного тела. Специфика разведки оловорудных жил состоит в том, что их вскрытие и прослеживание осуществляется горизонтальными выработками на нескольких горизонтах с высотой этажа 40-60 м при минимальном количестве (а иногда и отсутствии) восстающих. Располагая такой схемой размещения проб, геолог инстинктивно стремится объединить в контуре концентрационной неоднородности точки с определенным уровнем значения МС. расположенные на смежных горизонтах друг под (над) другом. Это приводит к рисовке полей концентрационных неоднородностей в виде вертикальных или крутосклоняющихся областей, что далеко не всегда соответствует действительности. В качестве примера рассмотрим жилу №2 месторождения Индустриальное (Колыма). На рис.1,а показаны контуры концентрационных неоднородностей, построенные по данным разведки. Создается впечатление, что наиболее продуктивное оруденение сосредоточено между вторым и третьим горизонтами и рудные столбы представляют из себя крутонаклонные области. Вместе с тем, в результате эксплуатации установлено, что главный рудный столб, располагаясь практически горизонтально, залегает между третьим и четвертым горизонтами (Рис. 1,6). Достаточно многочисленные примеры подобного рода убедительно свидетельствуют о том, что

объективное.___представление____конфигурации___концещрадаонных

неодаородностей _ _и _ оп^деление _ _их _ JIpo<щш^cтвeннpй_ _ориентации вотможны .только по_ данньш.этегщаташогаогр. опробования очистных блоков^ данные разведки в этом о1нощени^явш_недостэтрчны.

Тем не менее, по данным разведки оловорудных тел жильного типа возможно определить основные черты размещения и ориентации концентрационных неоднородностей. Решение этой задачи должно опираться не на формальные приемы интерполяции данных замеров МС, а на понимание роли основных факторов, влияющих на размещение руд с разной степенью продуктивности. В большинстве случаев материалы разведки с привлечением аналогий предоставляют такую возможность. В качестве примера снова рассмотрим жилу № 2 Индустриального месторождения.

Наиболее интригующим моментом является именно субгоризонтальное расположение, как области концентрации, так и отдельных рудных столбов - явление, вообще говоря, довольно редкое в оловорудных жилах. Возможности объяснения этого факта появляются с

показом на продольной вертикальной проекции контуров фациальных разностей рудовмещающих гранитов.

50м

50м

□ЛОзШзШбН?

Рис. 1. Контуры концентрационных неоднородностей, проведенные по данным разведки (А) и по данным эксплуатации (Б).

1-4 - содержание олова (1 - свыше 15%; 2 - от 4% до 15%; 3 - от 0,4% до 4%;

4 - менее 0,4%); 5 - мелкозернистые граниты; 6 - среднезернистые граниты;

7 - горные выработки.

Как видно на рис. 1а. верхняя рудная зона с уникально богатыми рудными столбами расположена в среднезернистых гранитах. Такие же граниты вскрыты горными выработками на горизонтах 6 и 7, где в них залегает нижний ярус оруденения, правда, сильно уступающий и по масштабам и по качеству верхнему.

Важную роль в размещении концентрационных неоднородностей (а для многих оловорудных жил. вероятно, самую важную) играет форма поверхности рудолокализующих разрывных нарушений, прежде всего, их волнистость. Характер рельефа поверхности разрыва зависит от:

- способа возникновения (отрывы или сколы);

- условий деформации;

- свойств пересекаемой разрывом геологической среды.

Сложная, пространственно искривленная форма поверхности

разрывов скалывания, в том числе, играющих роль рудовмсщающих, является результатом объединения ранее возникших мелких нарушений, нередко имеющих кулисообразное (эшелонированное) расположение. Каждая такая кулиса ведет себя, как разрыв в целом: по мере увеличения напряжений она разрастается как по простиранию, так и по падению и восстанию, соединяясь со смежными кулисами. На концах кулис при этом возникают и растут сколовые трещины второго порядка, одни из которых направлены на соединение смежных кулис, другие отклоняются в противоположную сторону и после объединения кулис в единый тектонический шов образуют так называемые трещины оперения. В центральных, наиболее древних по времени возникновения, частях кулис, будут концентрироваться наиболее богатые оловянные руды, поскольку в касситерит-силикатно-сульфидных месторождениях наиболее

продуктивными в отношении олова являются именно ранние стадии рудообразующего процесса.

Речь идет о подвижках, проявляющихся в период, непосредственно предшествующий рудоотложению, даже точнее: предшествующий продуктивным стадиям рудного процесса.

Даже при неизменном направлении внешнего, по отношению к деформируемому массиву, усилия имеет место сложное перераспределение предельных напряжений внутри развивающейся зоны скалывания, что определяет разнообразие сочетаний кинематических типов смещений в пределах этой зоны.

Изменения ориентации линий скольжения в разрывах скалывания коррелируется с пространственными искривлениями поверхности сместитсдя. Если одна из осей главных нормальных напряжений вертикальна, то напряжения по этой оси увеличиваются сверху вниз. Поэтому для образования сколов на глубине требуются большие напряжения и по другим осям, т.е. угол скалывания ф возрастает с глубиной (рис.2).

Отсюда следует, что сместители сбросов с глубиной становятся более пологими, сместагели взбросов - более крутыми, а сместители

сдвигов с глубиной меняют простирание и их поверхность становится винтообразной. Такие искривления представляют собой общую и характерную особенность сколовых разрывов, проявляющуюся как на уровне отдельных кулис, так и жил в целом.

Рис. 2. Изменение залегания сместителя с глубиной у различных типов дизъюнктивов: I - сброс, II - взброс, III - сдвиг (в плане).

Эти особенности кинематики предрудных смещений и пропеллерообразное искривление поверхности определяют размещение и ориентацию приоткрытых и открытых участков разрывов, в которых позднее локализуются рудные столбы.

Таким образом, рассмотрение вопросов геометризации концентационных неоднородностей позволяет сформулировать следующие выводы.

Концентрационные неоднородности могут быть выделены и геометризованы на основе оценки значений метропроценга - показателя, отражающего как интенсивность, так и экстенсивность процесса рудообразования.

Необходимый и достаточный объем информации по замерам метропроцентов для геометризации концентрационных неоднородностей может быть получен лишь на основе густой сети пунктов опробования, достижимой лишь на стадии эксплуатации.

Основные черты пространственного расположения концентрационных неоднородностей могут быть выявлены на стадии разведки при условии выявления и учета главнейших факторов, управляющих распределением металла в области рудообразования. В оловорудных телах жильного типа к их числу относятся, прежде всего:

• положение линий пересечения и скрещения рудоконтролирующих разрывов;

• наличие «благоприятных» для рудообразования элементов строения вмещающей геологической среды (горизонты осадочной толщи, фациальные разновидности магматических образований и др.);

• кулисообразное строение рудных жил;

• характер предрудных смещений вдоль рудолокализующей зоны скалывания, сочетающийся с искривлением поверхности сместителя.

Второе защищаемое положение.

Распределение запасов олова на различных масштабных уровнях строения рудных объектов уверенно аппроксимируется логистической функцией. Факт соответствия эмпирического распределения значений метро процента логистической функции может рассматриваться в качестве необходимого критерия достаточной степени разведанности оловорудного объекта.

В практике геологических исследований при изучении распределения измеренных значений какого-либо параметра обычно оценивается соответствие его тому или иному закону. При этом вне внимания геологов остался так называемый логистический закон (логистическая функция), широко используемый, например, в биологии. Уравнение логистической функции (рис. 3) имеет вид:

7 =-_+С а)

Соответствие распределения запасов логистическому закону было проверено на данных оценки запасов в оловорудных месторождениях России.

Обработка данных по месторождениям производилась следующим образом.

1. Все месторождения были ранжированы по запасам металла, затем запасы каждого месторождения логарифмировались.

2. Строились графики в координатах: логарифм запасов металла в конкретном месторождении (абсцисса) - сумма логарифмов запасов (в процентах) ранжированного ряда месторождений (ордината).

3. Через полученные точки проводилась кривая, наилучшим образом аппроксимирующая эмпирические данные (рис.4).

Востока Якутии (по данным Ю.В.Лира).

На первый взгляд, полученный график отличается от логистической кривой. Для выяснения соответствия распределения запасов месторождений логистическому закону выполнено дифференцирование исходного ряда и получена вторая производная (рис. 5), которая затем сравнивалась со второй производной идеальной логистической функции (рис. 6).

Рис. 5. Вторая производная функции распределения запасов в 19 месторождениях Северо-Восточной Якутии.

Рис. 6. Вторая производная идеальной логистической функции.

Видно, что для исходного ряда характерно наличие двух пиков на графике второй производной, по форме идентичных графику второй производной идеальной логистической функции. Таким образом, можно утверждать, что данная выборка неоднородна и состоит из двух

подмножеств, каждое из которых подчиняется логистической зависимости. Соответствие логистическому закону убедительно подтверждается при построении графиков распределения значений метро процента по ряду оловорудных тел, как в целом, так и по отдельным горизонтам их вскрытия и прослеживания (рис. 7).

Сравнение рассчитанных значений критерия Колмогорова-Смирнова с их критическими величинами позволяет утверждать, что с вероятностью 0,98 распределение значений метропроцента по всем изученным рудным телам подчиняется логистической зависимости.

ДесяшчныА логарифм &етр оороцента

Рис. 7.1 Аппроксимация распределения величины метропроцента логистической функцией для жилы №34 месторождения Депутатское.

Аналогичные результаты получены при исследовании распределения величины метропроцента на уровне концентрационных неоднородностей.

Таким образом, на основании полученных результатов можно сделать вывод, что распределение олова _ на _ различных _ ^исщтабных уршшяхизученияфота

Использование логистической функции для аппроксимации распределения значений метропроцента позволяет оценить его среднее значение в случае пропуска в ходе опробования участков с высокой концентрацией полезного компонента. В качестве примера рассмотрим жилу Оловянная Дубровского месторождения. Предположим, что в ходе опробования по каким-либо причинам не были изучены участки, обогащенные оловом. График распределения величин метропроцента в этом случае выглядел бы так, как это отражено на рис. 8. На приведенном рисунке видно, что на графике отсутствует нижняя асимптота, характерная для логистической функции. При этом среднее значение метропроцента по жиле составляет 0,428 м%, что почти вдвое ниже значения, установленного при разведке жилы - 0,863 м%.

1.1

0.9 0.7

I 0-5

т

о.з 0.1 -0.1

-4 -3 -2-10 1

МС

Рис. 8. Распределение величины метропроцента по жиле Оловянная, месторождение Дубровское при пропущенных в ходе разведке положительных концентрационных неоднородностях.

Достраивание полученного графика до логистической кривой позволило получить оценку среднего значения (0,84м%) очень близкую к оцененному по результатам разведки. Аналогичные результаты получены и для других исследованных рудных тел. Отсюда следует, что распределение значений олова соответствует логистической функции только в случае достаточно полного изучения объекта. Необходимо отметить, что обратное утверждение верно далеко не всегда. Таким образом, фает. соответствия эмшщическог_о_ распределения .значений _ мещопррценга_ .логистической функции _ может _ рассматриваться. _в _ качестве .необходимого, .критерия удоадств^тельноАстспени разведанности оловорудно го_ о бъе кта.

Третье защищаемое положение.

Величина информационной энтропии как показатель степени самоорганизации связана с продуктивностью рудного тела. В некотором оптимальном интервале значений величины продуктивности рост рудонасыщенности сопровождается увеличением степени самоорганизации рудной системы. Ниже этого интервала увеличение количества привнесенного вещества не ведет к повышению степени самоорганизации системы. После превышения величиной продуктивности верхнего порогового значения начинается деструктурирование рудной системы.

Многие процессы, идущие в земной коре, могут рассматриваться как процессы самоорганизации. На это указывают, в частности, результаты

исследований Ф.А.Летникова, изучавшего явления самоорганизации в различных геологических системах. Свидетельством того, что процессы рудообразования могут рассматриваться с тех же позиций, служит установленный рядом исследователей факт соответствия рудных образований модели фрактала.

Геологические системы, являясь открытыми, постоянно получают «подпитку» веществом и (или) энергией из внешней среды, причем самоорганизация и пространственное структурирование системы происходит лишь в случае, когда подводимый к системе энергетический поток достигает определенного порогового значения, при этом переход «от хаоса к структуре» осуществляется скачкообразно.

Важность качественной и количественной оценки степени упорядоченности системы не вызывает сомнений. При этом представляется целесообразным воспользоваться основными положениями подхода, развиваемого Г.Хакеном и используемого в системном анализе. По мнению Ф.А.Летникова «...используя математический аппарат системного анализа применительно к геологическим системам, можно выйти на уровни высокой генерализации таких систем, исключив из рассмотрения обширный класс параметров». В основу подхода к теории процессов самоорганизации Г.Хакен положил так называемый «принцип максимума информационной энтропии». Информационная энтропия есть мера информации, которую мы получаем при полном выяснении того, какое именно состояние реализовывалось. Информационная энтропия не тождественна энтропии термодинамической.

Рассмотрим какую-либо сложную систему, состояние которой может быть охарактеризовано набором некоторых величин с($=Т ...п). Все с(, мы можем объединить в вектор состояния я=[яь q2, Яз', • .; Чр]. Поскольку величины ^ могут изменяться со временем, одновременно с нийи меняется и вектор я. В процессе самоорганизации системы вектор яф стремится выйти на аттрактор, т.е. устойчивое состояние, которое может рассматриваться как некоторое энергетически выгодное значение вектора При наличии флуктуирующих сил вектор, характеризующий состояние системы, может «перепрыгивать» из одного аттрактора в другой. Припишем каждому аттрактору величину р, - вероятность наховдения вектора в данном аттракторе. Тогда величина информационной энтропии (Н) определяется выражением:

п

Во многих случаях удобнее пользоваться величиной относительной информационной энтропии, измеряемой в. процентах от максимально возможного значения:

Н = ——*100% (3)

г Ьп(п)

Для изучения структуры распределения запасов была использована величина относительной информационной энтропии (Нг), рассчитываемая для значений метропроцента.

Основные результаты исследования явлений самоорганизации в рудогенерирующих системах заключаются в следующем: 1. Степень фрактальности распределения запасов резко уменьшается в области перехода от бедных руд к рудным столбам (рис.9). Нарушение степени фрактальности в зоне перехода «рудный столб - область рядовых руд» свидетельствует о перестройке структуры запасов. В переходной зоне рудная система находится в неустойчивом состоянии - на «полпути» между двумя стабильными состояниями - бедными и богатыми рудами. После того, как система перешла в новое устойчивое состояние, распределение запасов вновь соответствует модели фрактала.

Рис. 9. Нарушение фрактальности распределения запасов в области перехода от рядовых руд к рудным столбам (месторождение Алыс-Хая, жилаМаккас, горизонт 1020м.)

2. Во всех изученных нами рудных телах наблюдается квантование величины метропроцента (МС) и ее группирование вблизи некоторых «точек притяжения» - аттракторов. Количество аттракторов (Иа) и величина информационной энтропии служат мерой степени самоорганизации рудной системы. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что в некоторых пределах

величины метро процента существует прямая связь между величинами Нг, Ыа и МС, которая носит нелинейный характер (Рис.10).

70,00

:

§ 60.00 * * ♦ *

I 50.00 • # * ♦ * ♦♦* ♦ •

, * ' « * ♦

| 40.00 «

X * о Л

1 30.00 Ж 20.00 ♦ "

*

*

|> 10.00 н

х 0.00

0.00 020 Q .40 0.60 0.80 1.00 120 1.40

M*iponpeu«»fT

Рис. 10. Нелинейный характер связи между величиной метропроцента и относительной информационной энтропии (жила Террасовая, III горизонт вскрьггия)

Выше и ниже этого интервала связь между перечисленными величинами либо обратная, либо отсутствует. Положение границ интервала, вероятно, зависит от энергетики процесса рудообразования и связано с продуктивностью рудного тела. Наиболее ярко разделение на участки с различными характером зависимости между Hr, Na и MC проявлено на примере жилы Оловянная, где эта закономерность отмечена для четырех горизонтов из семи (Рис. 11).

Рис. 11. Разделение на участки с различным характером зависимости между Нг и МС на третьем горизонте вскрытия жилы Оловянная (месторождение Дубровское).

При превышении некоторого порогового значения МС (что, вероятно, сопровождается также увеличением потока энергии на «входе») начинается деструкгурирование системы и дальнейшее поступление вещества и энергии вводит систему в состояние хаоса. В участках, где

наблюдалась прямая связь между Нг, № и МС изменение структуры запасов идет по пути появления новых аттракторов при сохранении старых, тогда как после перехода черз верхнее пороговое значение метропроцента при увеличении продуктивности наблюдается исчезновение старых аттракторов, появление новых, которое также часто исчезают. В некоторых случаях при максимальных значениях величины удельного линейного запаса на графике первой производной логистической функции распределения присутствует лишь один аттрактор, и соответственно, Нг = 0.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие

основные выводы:

1. Концентрационные неоднородности могут быть выделены и геометризованы на основе оценки значений метропроцента -показателя, отражающего как интенсивность, так и экстенсивность процесса рудообразования, причем необходимый и достаточный объем информации по замерам метро процентов может быть получен только на основе густой сети пунктов опробования, достижимой лишь на стадии эксплуатации.

2. Основные черты пространственного расположения концентрационных неоднородностей могут быть определены на стадии разведки при условии выявления и учета главнейших факторов, управляющих распределением металла в области рудообразования.

3. Распределение запасов металлов (в гом числе олова) на различных масштабных уровнях строения рудных объектов уверенно аппроксимируется логистической функцией. Это позволяет объективно определять границы концентрационных неоднородностей в контурах рудных тел для участков весьма низкой и весьма высокой рудонасыгценности, а также для многочисленных объектов среднего класса.

4. Распределение значений метропроцента подчиняются логистической зависимости только в случае достаточно полного изучения рудного тела, то есть факт соответствия распределения значений метропроцента логистической функции может использоваться как необходимый показатель хорошей разведанносги объекта.

5. Сравнение рудонасьпценности (МС) оловорудных тел, отдельных горизонтов их прослеживания и концентрационных неоднородностей позволило однозначно установить прямую корреляционную связь МС с дисперсией этого показателя.

6. Процессы концентрирования полезных компонентов в земной коре могут раасматриваться как явления самоорганизации.

7. Степень фрактальности распределения запасов резко уменьшается в области перехода от бедных руд к рудным столбам. Нарушение степени фрактальности в зоне перехода рудный столб - область рядовых руд свидетельствует о перестройке структуры запасов в этой области.

8. Во всех изученных рудных телах наблюдается квантование величины удельного линейного запаса (метропроцента) и ее группирование вблизи некоторых «точек притяжения» - аттракторов.

9. Количество аттракторов и величина информационной энтропии служат мерой степени самоорганизации рудного вещества. Анализ результатов изучения явлений самоорганизации в рудных телах позволил сделать вывод, что в ходе своего развития рудная система проходит через три этапа:

I. Поток вещества (и энергии) на входе в рудную систему не превысил некоторого порогового значения. Повышение продуктивности (величины удельного линейного запаса) не сопровождается увеличением степени самоорганизации рудной системы. Этот случай иллюстрируется примерами участков Жилы Оловянная с низкими значениями метропроцента, где отсутствует связь между величинами Нг, Ыа и МС. И. Поток вещества (и энергии) на входе в рудную систему превысил пороговое значение, после которого рост продуктивности сопровождается повышением степени самоорганизации системы. Здесь наблюдается отчетливая прямая связь между величинами Нг, Ма и МС. Причем, эта связь носит нелинейный характер - при повышении величины МС скорость роста удельной информационной энтропии и количества аттракторов падает и в некоторых пределах повышение величины метропроцента не сопровождается появлением новых аттракторов и ростом информационной энтропии.

III. Поток вещества (и энергии) на входе превысил пороговое значение, после которого система переходит в состояние хаоса. Дальнейшее увеличение продуктивности рудного тела или не сопровождается изменением степени самоорганизации рудной системы, или ведет к уменьшению ее структурированности. Зависимость между величинами Нг, № и МС либо отсутствует, либо обратная.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

1. Кирьяков Г. А. К вопросу о строении руд месторождения Безымянное. / Тез. докл. конф. молодых ученых СПГГИ, 2425 апреля 1996, с.27.

2. Кирьяков Г.А. Некоторые особенности состава и строения месторождения серебряных руд Безымянное (Западное Верхоянье). II В сб. Металлогения древних и современных океанов - 96. Информационные материалы. Научное издание. Миасс: ИМинУрОРАН, 1996. с. 160-162.

3. Кирьяков Г. А. Изучение структуры запасов металла и формы рудных тел оловорудных месторождений методом фрактального анализа. // Тез. докл. конф. молодых ученых СПГТИ, 15-16 апреля 1998, с.41