Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Многоцелевое геохимическое картирование как основа комплексной оценки территорий

ВАК РФ 04.00.13, Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Головин, Аркадий Александрович, Москва

Ii v-' Ч . ' / / / W ./

Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов

На правах рукописи

Головин Аркадий Александрович

МНОГОЦЕЛЕВОЕ ГЕОХИМИЧЕСКОЕ КАРТИРОВАНИЕ КАК ОСНОВА КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ТЕРРИТОРИЙ

Специальность: 04.00.13.

Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых

.■ ДИССЕРТАЦИЯ

в виде научного доклада на соискание ученой степени - л

доктора г^лого-ммнералоги«ео<их наук л г)

: -, V •' jL" OL- 1SLP О

, :v-'r. уъ&аую степень ДО л4-.; , '«:

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук Н.В.Межеловскии

доктор геолого-минералогических наук Н.Г.Патык-Кара

доктор геолого-минералогических наук, проф. А.Н.Роков

Ведущая организация: Кафедра геохимии геологического

факультета Московского Государственного университета им. М.В.Ломоносова

Защита состоится 11 февраля 1999 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.071.09.01. Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов (ИМГРЭ) по адресу: 121357 Москва, ул.Вересаева, 15. Факс: (095) 443-90-43; e-mail: kva@imgre.iitp.ru

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке ИМГРЭ.

Диссертация в виде научного доклада разослана 29 декабря 1998 г.

РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ

БИБЛИ0ГЫСА

о 12282 - .99

Ученый секретарь CJ диссертационного совета

В.А.Легейдо

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований

Главная тенденция развития геохимических исследований в мире в последнее десятилетие заключается в том, что геохимические методы в общем комплексе геологоразведочных и экологических работ вообще и региональных, в частности, играют все возрастающую роль, создавая объективную основу как фундаментальных, так и прикладных разработок в геологии и экологии.

Известно, что ценность любой территории определяется, с одной стороны, минеральными, сельскохозяйственными, лесными, водными, рекреационными и другими ресурсами, а с .другой стороны, ее экологическим состоянием, обусловливающим безопасность, комфортность условий проживания человека. Вместе с тем, в современном обществе существует антагонизм двух противоположных тенденций. С одной стороны, - это неуемное желание деловых людей получать максимальную прибыль, извлекая ее из хищнической эксплуатации природных ресурсов. С другой, -это безоглядное желание различных общественных сил ввести практически полный мораторий на любую хозяйственную деятельность в условиях резкого ухудшения экологической обстановки в большинстве развитых стран. Очевидно, что оба эти направления ведут в тупик: либо полное вымирание людей в результате катастрофического загрязнения окружающей среды, либо прозябание в условиях первобытной нищеты. Оптимальным является подход, положенный в основу концепции устойчивого развития, закрепленной в Рио-де-Жанейрской декларации по окружающей среде и развитию (июнь, 1992 г.), предусматривающей комплексное решение всей совокупности социально-эколого-экономических задач рационального природопользования. Такой подход позволяет минимизировать негативные экологические последствия и максимизировать экономическую эффективность рационального использования природных ресурсов.

Опыт прошлых лет показал, что решение проблемы рационального природопользования невозможно без применения результатов региональных геохимических исследований. Вместе с тем стало ясно, что в этом аспекте наработанные ранее методы прикладной геохимии не являются достаточными. Назрела необходимость как в совершенствовании существующих методов, так и в создании новых научно-прикладных разработок, отвечающих современным требованиям геохимической оценки природных ресурсов и экологического состояния природной среды.

История развития и некоторые проблемы прикладной геохимии

Геохимические методы возникли впервые в нашей стране под ■ нем научных идей В.И.Вернадского, В.Гольдшмидта, Ф.Кларка и Ферсмана. Начиная с 1932 г. работами Н.И.Сафронова, В.А.Соколо-V А.П.Соловова, Е.А.Сергеева, С.Д.Миллера, Д.П.Малюги, А.П.Виногра-А.А.Саукова, И.И.Гинзбурга, В.И.Красникова и других исследователей адываются основы применения геохимических методов для поисков

рудных и нефтяных месторождений. На десятилетие позже эти методы начинают развиваться за рубежом - T.S.Lovering, H.T.Morris, L.C.Huff, J.RCopper, K.Rankama и др.

Наиболее широкое развитие работ по разработке геохимических методов поисков месторождений полезных ископаемых приходится на последние 35-40 лет: Э.Н.Баранов, В.Л.Барсуков, А.А.Беус, С.В.Григорян, Е.М.Квятковский, Л.Н.Овчинников, А.И.Перельман, В.В.Поликарпочкин,

A.П.Соловов, Н.Н.Сочеванов, Л.В.Таусон, N.L.Barnes, R.W.Boyle, E.M.Cameron и др. В это время интенсивные исследования проводились на площадях рудных полей и месторождений основных геолого-промышленных типов. Изучались первичные (С.В.Григорян, Л.Н.Овчинников, Э.Н.Баранов,

B.Л.Барсуков, Е.М.Квятковский, Э.К.Буренков, Г.Я.Абрамсон, А.А.Головин и др.), вторичные литохимические ореолы и штоки рассеяния (С.П.Албул, А.П.Соловов, В.В.Поликарпочкин, Ю.Е.Сает, В.И.Морозов, Б.А.Досанова, Л.В.Антропова, Г.И.Хорин, В.Ф.Митрофанский и др.), гидрогеохимические (А.А.Бродский, А.М.Овчинников, П.Л.Удодов,

C.Л.Шварцев, С.Р.Крайнов, Г.А.Голева, Б.А.Колотов, R.Allan, Н.Е. Hawkes, J.S.Webb и др.), биогеохимические (Д.А.Малюга, Л.А.Ковалевский, Л.И.Грабовская, P.P.Bruks, H.L.Cannon, H.V.Warren и др.), ат-могеохимические ореолы (В.А.Соколов, Н.А.Озерова, В.П.Федорчук, А.И.Фридман, В.З.Фурсов, А.А.Волох, J.H.McCarthy и др.), их комплек-сирование (Л.С.Галецкий, И.И.Гетманский, М.И.Воин, Ю.Н.Ермаков, Н.В.Межеловский и др.). Эти исследования позволили открыть универсальное явление геохимической зональности (Л.Н.Овчинников, С.В.Григорян), обосновать критерии выявления геохимических ореолов, интерпретации минерально-геохимического типа связанного с ними оруденения, отбраковки зон рассеянной минерализации и количественной оценки прогнозных ресурсов, разработать технологии полевых, аналитических и камеральных работ. Была установлена важнейшая роль ландшафтно-геохимических условий в проявляемое™ и особенностях строения и состава вторичных геохимических ореолов, созданы подходы к учету этих условий при выборе эффективных геохимических методов (А.И.Перельман, М.А.Глазовская, Ю.В.Шарков, В.В.Добровольский, И.А.Морозова и др.). Были разработаны и внедрены математические методы обработки и интерпретации геохимической информации (А.Б.Вистелиус, Р.И.Дубов, Д.А.Родионов, А.Н.Бугаец, В.Н.Бондаренко, Г.А.Вострокнутов, Б.С.Коган, Л.Н.Гинзбург, Л.А.Верховская, А.И.Бураго, В.И.Мишин, G.Matheron, L.H. Ahrens, F.Chayes, F.Wilcoxon и др.).

Геохимические методы эффективно применялись на различных стадиях геологоразведочных работ с 1937 г. В основе их лежали последовательно совершенствуемые инструкции (С.Д.Миллер, 1937; АП.Ссшовов, 1951; Н.И.Сафронов, А.П.Соловов, А.А.Бродский и др., 1965; С.В.Григорян, А.П.Соловов и др., 1983). Возникнув как поисковый метод, геохимическое картирование и было нацелено почти исключительно на выявление рудных тел и месторождений. Правда, в последние три десятилетия проводились исследования, нацеленные на применение методов прикладной геохимии для изучения геохимической специализации геологических комплексов и использования этих результатов для решения задач типизации, расчленения, корреляции осадочных и метаморфических толщ, оценки тектонических условий формирования, металлогенической специализации и потенциальной рудоносности горных пород (А.А.Беус, А.П.Виноградов, Л.В.Таусон, П.В.Коваль, В.Л.Барсуков, Д.П.Сердюченко, Л.С.Бородин,

Г.С.Гусев, Е.И.Филатов, В.В.Иванов, Ю.К.Кудрявцев, Э.АЛанда, В.С.Певзнер, T.N.Irvine, J.A.Pearce, D.A.Wood и др.). Лишь редкие работы были направлены на комплексное решение геолого-съемочных и поисковых задач (А.А.Смыслов, Д.А.Додин, Г.М.Беляев, Б.И.Бурдэ, В.Н.Казьмин и др.).

Начавшись в 1948 г., в Центральном Казахстане, геохимическое картирование проводилось преимущественно в крупном, реже среднем масштабах (А.П.Соловов, АН.Еремеев, С.А.Григоров, Ф.Л.Думлер, Е.В.Плющев, В.В.Шатов, А.А.Головин, Г.И.Хорин, М.Г.Кокшарский и др.). При этом, как правило, применялась регулярная, по большей части, правильная геометрическая излишне плотная сеть геохимического опробования. Поиски базировались на довольно детальных моделях геохимических ореолов рудных тел и месторождений, но модели более высокого иерархического уровня были разработаны слабо и поэтому редкие работы касались рудных полей и узлов (А.Н.Еремеев, Е.В.Плющев, В.В.Шатов, С.А.Григоров, С.В.Соколов, Г.Т.Скублов, А.Б.Каждан, И.З.Мессерман, И.Н.Крицук,

A.А.Головин и др.). Интересные исследования проведены В.М.Притулько, в основу которых был положен иерархический подход и представление о строгой физико-химической структурированности аномальных геохимических полей.

Следует отметить также работы по мелко-среднемасштабному геохимическому картированию, базирующиеся на преимущественном изучении коренных горных пород (А.А.Беус), на сопряженном опробовании поверхностных вод и донных отложений (И.А.Лучин, В.С.Козлов) или на дистанционном аэрокосмическом зондировании (Г.Б.Свешников и др.).

Использование методов прикладной геохимии для оценки экологического состояния окружающей среды началось в 1976 г. с исследований, проводимых под руководством Ю.Е.Саета и Э.К.Буренкова. Эти исследования опирались, с одной стороны, на разработки А.П.Виноградова,

B.В.Ковальского, В.А.Ковды и их последователей, а с другой стороны, на опыт поисковой геохимии. Эколого-геохимические работы сразу же развернулись довольно широко как в нашей стране, так и за рубежом (А.А.Беус, Л.И.Грабовская, М.А.Глазовская, В.В.Добровольский, В.К.Лу-кашев, К.И.Лукашев, В.В.Иванов, В.В.Ковальский, В.А.Алексеенко, А.И.Пе-рельман, Б.А.Ревич, Е.П.Янин, Н.С.Касимов, Б.Ф.Мицкевич, В.А.Рудник, П.В.Коваль, И.А.Авессаломова, Е.П.Сорокина, С.Ф.Покровская, E.Goldberg, U.Forstner, J.A.C.Fortescue, H.J.M.Bowen, E.I.Hamilton, D.H.Pirson, G.-T.W.Wittmann и др.). Они были нацелены как на оценку загрязнения отдельных компонентов окружающей среды (ландшафтов, поверхностных и подземных вод, атмосферы, снега, растений, биологических субстратов), так и на комплексную оценку загрязнения окружающей среды территорий различного функционального использования (селитебных, прежде всего, крупных городских агломераций, горно-рудных, сельскохозяйственных и т.д.). За два прошедших десятилетия эколого-геохимические исследования позволили изучить закономерности трансформации потоков вещества от различных источников в компонентах окружающей среды, разработать критерии оценки ее состояния, обосновать технологию проведения этих работ. В результате были предложены методы разномасштабного эколого-геохимического картирования территорий различного хозяйственного использования. (Р.С.Смирнова, Л.Н.Алексинская, И.А.Морозова, В.В.Ерма-

ков, ДА.Додин, Л.С.Соколов, Б.А.Колотов, А.В.Мирнова, Е.П.Сорокина, Н.П.Солнцева, С.В.Бордон, Л.Н.Гинзбург, V.Kadunas, M.Duris, J.Lis, К.Marsina, A.Pasieczna, R.Taraskevicius, K.Vrana и др.). Эколого-геохими-ческие технологии имеют важное значение, однако они, как и работы по поисковой геохимии, обладают узкой направленностью.

С конца прошлого десятилетия комплексное решение природоохранных и ресурсных задач составляет цель ряда международных проектов по геохимическому картированию. К числу таких проектов относятся: IGCP-259 «Международное геохимическое картирование»; 360 -«Глобальные геохимические данные»: проекты «Nord Collot» и «Midi Norden» Швеции, Финляндии, Норвегии; проект 17-ти европейских стран (AG.Darnley, J.APlant, R.Salminen, A.J.Björklund, B.Bolviken, N.Gustevsson, Э.К.Бу-ренков, П.В.Коваль, Xie Xuejing и др.). Однако во всех этих проектах при весьма тщательной проработке методов сопряженного опробования компонентов .природно-геологической среды, использовании современной аналитической базы, обоснованности методов обработки геохимических данных, создания баз и банков данных и метрологического обеспечения результатов, недостаточное внимание уделено решению задач обоснования расположения площадок пробоотбора, интерпретации геохимических аномалий, дифференциации природных и техногенных аномалий, их прогнозной оценке. В соответствии с этим в рассматриваемых работах практически отсутствуют интегральные, интерпретационные и оценочные геохимические карты, потребность в которых возрастает в практике региональных отечественных работ.

Таким образом, в последние годы в применении методов прикладной геохимии наметился ряд проблем:

- отсутствие в процессе геохимического картирования решения всего комплекса задач на основе исследований геохимических полей как единых техногенно-природных систем;

- недостаточная разработанность критериев дифференциации и интерпретации природных и техногенных аномалий, чем обусловлены значительные ошибки в прогнозной оценке вторичных геохимических ореолов;

- слабая разработанность методических вопросов средне-мелкомасштабного геохимического картирования;

- отсутствие унифицированного подхода к геохимической картографии.

Содержание перечисленных проблем определило направление настоящих исследований.

Цель и задачи исследований

Разработка научно-методологических принципов и технологии нового вида региональных геохимических исследований, основанного на реализации системного подхода к изучению природно-геологической среды и отображения полученных результатов на картах многофункционального назначения.

Поставленная цель достигалась выполнением следующих задач:

1) обоснование объектов комплексного геохимического изучения;

2) разработка его научно-методологических принципов и технологии;

3) разработка методологических основ комплексной геохимической картографии (обоснование видов создаваемых геохимических карт, оптимизация технологии картографирования;

4) разработка научных основ комплексной ресурсно-эколого-эконо-мической оценки территорий.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1) впервые обоснован и реализован новый научный подход к геохимическому изучению природно-геологической среды как единой геоэкосистемы на основе ее комплексного исследования и разработана технология нового вида региональных работ - многоцелевого геохимического картирования;

2) разработаны методологические основы комплексной геохимической картографии на основе оптимизации критериев выявления, дифференциации, интерпретации и оценки геохимических аномалий, позволившие оптимизировать и унифицировать содержание, легенды и макеты взаимоувязанных карт единого комплекта, являющихся основой решения широкого комплекса научных и практических задач в области геологии, минерагении, экологии, сельского хозяйства.

3) на основе системного подхода впервые разработаны научные основы, комплексной ресурсно-эколого-экономической оценки территорий, позволяющие принимать решения по совокупности задач рационального природопользования.

Основные защищаемые положения

1. Объектами многоцелевого геохимического картирования являются геоэкосистемы, фиксируемые интегральными геохимическими полями, которые формируются в результате взаимодействия и трансформации потоков веществ природного и антропогенного происхождения.

2. Технология многоцелевого геохимического картирования базируется на системе новых научно-методологических принципов и отличается от стандартных геохимических съемок детерминированным расположением пунктов пробоотбора на основе многофакторного районирования и выделения квазиоднородных площадок, сопряженным опробованием нескольких компонентов геоэкосистемы, анализом проб на широкий комплекс индикаторных, токсичных и биофильных химических элементов.

3. Синтез материалов многоцелевого геохимического картирования позволяет создавать комплект карт, нацеленных на решение фундаментальных и прикладных задач регионального геологического, геохимического, эколого-геологического изучения территорий, их прогнозно-минера-геническую, эколого-геохимическую и агрогеохимическую оценку.

4. Материалы многоцелевого геохимического картирования являются научной и практической базой комплексной эколого-ресурсной оценки и рационального природопользования на исследуемых территориях.

Практическое значение работы определяется созданием технологии нового вида региональных работ - многоцелевого геохимического картирования и ее реализацией в шести регионах России. Разработанная технология позволяет получить объективную картографическую базу комплексных кадастров природных ресурсов, а также картографическую основу планирования практических мероприятий по геологическому изучению страны, по расширению минерально-сырьевой базы территорий и оздоровлению условий обитания населения.

Установлена высокая экономическая эффективность многоцелевого геохимического картирования на шести полигонах - Кольском, Московском, Алтайском, Байкальском, Восточно-Забайкальском, Приморском. В ме-т