Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Перспективы алмазоносности восточной части Балтийского щита по данным дистанционного зондирования
ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения
Автореферат диссертации по теме "Перспективы алмазоносности восточной части Балтийского щита по данным дистанционного зондирования"
На правах рукописи УДК 553.81:528.8(470.2)
ГРОМЦЕВ Кирилл Владимирович
ПЕРСПЕКТИВЫ АЛМАЗОНОСНОСТИ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ БАЛТИЙСКОГО ЩИТА ПО ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
Специальность 25.00.11. - геология, поиски и разведка твёрдых полезных ископаемых, минерагения
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук
Москва-2010
4843575
Работа выполнена в ООО «Институт дистанционного прогноза руд»
Научный руководитель
Доктор геолого-минералогических наук Серокуров Юрий Николаевич
Официальные оппоненты:
Доктор геолого-минералогических наук, профессор Игнатов Петр Алексеевич
Доктор геолого-минералогических наук Зуев Владимир Миронович
Ведущая организация:
Санкт-Петербургское государственное геологическое унитарное предприятие «Специализированная фирма «Минерал» (ГГУП СФ «Минерал»)
Защита состоится 23 декабря 2010 г. в 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д216.016.01 при ФГУПЦНИГРИ по адресу: 117545. Москва, Варшавское шоссе, 129, корп. 1
С. диссертацией можно ознакомиться в геолфонде ФГУП ЦНИГРИ
Автореферат разослан
2010 г.
Ученый секретарь _—
диссертационного совета Кряжев С.Г.
Актуальность исследовании. Современный подход к проведению прогнозно-поисковых работ на алмазы предусматривает локализацию перспективных площадей. Одними из экспресс-методов, позволяющих выделить положение минерагенических таксонов ранга прогнозируемых кимберлитового района, кимберлитового поля, являются дистанционные. Их базу составляют данные дистанционного (космического и геофизического) зондирования, как наиболее доступные, а в ряде случаев, и единственные источники информации для отдалённых и неосвоенных регионов планеты. Эти положения и определяют актуальность данной работы, которая посвящена совершенствованию технологий выделения площадей, перспективных на коренные месторождения алмазов, на базе космических съёмок разного вида и детальности.
Цели и задачи исследования. Целью настоящего исследования является совершенствование методов анализа материалов дистанционного зондирования новых поколений для выделения структурных факторов, которые в совокупности позволяют оконтуривать благоприятные для миграции гцелочно-ультраосновных магм (в том числе алмазоносных) участки в пределах северо-западной части Восточно-Европейской платформы.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1) изучалось состояние проблемы прогнозирования алмазов в пределах восточной части Балтийского щита; 2) анализировалось современное состояние дистанционного зондирования Земли в мире и методы анализа получаемой информации; 3) совершенствовались приёмы обработки дистанционной информации с использованием ГИС-технологий и оригинальных приёмов трансформации первичных данных; 4) анализировались особенности ландшафтного и геологического строения оцениваемого региона для понимания форм их проявления в дистанционных материалах; 5) проводился анализ дистанционных материалов низкого разрешения в пределах всей восточной части Балтийского щита для выделения структур, позволяющих в совокупности оконтуривать участки, благоприятные для локализации «районов кимберлитового магматизма» с оценкой их потенциальной алмазоносности; 6) проводился анализ дистанционных материалов среднего разрешения в пределах Костомукшской площади для выделения структур, позволяющих в совокупности оконтуривать участки, благоприятные для локализации «полей кимберлитового (лампроитового) магматизма» с оценкой их потенциальной алмазоности.
Фактический материал, методы исследования. В основу работы положен материал, полученный автором в процессе выполнения тематических работ ООО «Институт дистанционных исследований окружающей среды» по восточной части Балтийского щита в 2005 -2008 гг. Базой для исследований стали: а) зональные космические снимки низкого и среднего разрешения, полученные с американских искусственных спутников Земли «Terra» и «Landsat» за последние 10 лет (около 30 сцен); б) цифровая модель рельефа СТОРОЗО, полученная по результатам радарной разновысотной космической съёмки на весь регион и локальные участки; в) схемы речной сети различной детальности, построенные по данным космических съёмок; топографические планшеты, геологические и тектонические карты различной детальности; г) цифровые матрицы аномального магнитного и гравитационного полей, данные сейсмического профилирования; д) изданная и фондовая
специализированная литература по геологическому строению региона и отдельных его площадей, истории развития, особенностям общей металлогении и алмазоноспостн.
Все исследования проводились с помощью современных вычислительных комплексов и разнообразных специализированных программных продуктов (ERDAS Imagine, и Arc-View Image Analysis, GRID ARC/INFO, Spatial Analyst Arc View, ERMapper, Idrisi, ENVI, Adobe Photoshop), позволяющих получать исходную информацию из сети Интернет и визуализировать в выбранных форматах, считать с бумажных и цифровых носителей, провести первичную обработку и координатную их привязку, выполнить различного рода трансформации как для единичных изображений, так и для нескольких спектральных каналов, провести выделение (дешифрирование) интересующих объектов; сравнить полученную информацию между собой; построить промежуточные и результирующие карты и схемы.
Личный вклад автора. Автор непосредственно участвовал в анализе доступной информации о геологическом строении, истории развития и металлогении региона, содержащейся в фондовых и опубликованных работах. Осуществлял получение (обработка поступающей информации) и подготовку дистанционных и традиционных материалов для последующего анализа (более 500 компьютерных преобразований космических снимков, цифрового рельефа, речной сети, оцифровка геологических карт и геофизических полей и их трансформации). Проводил визуальный и компьютерный анализ первичных и преобразованных материалов с целью выделения интересующей информации (более 100 схем промежуточного дешифрирования). Участвовал в совместной обработке результатов дешифрирования и интерпретации геологических и геофизических данных. Были составлены специализированные космоструктурные и структурно-геофизические карты и схемы, содержащих сведения об особенностях строения региона в целом и десяти участков, на которых проведены более детальные дистанционные работы. На основе этого материала с использованием дистанционных прогнозно-поисковых моделей разного ранга выделены перспективные участки для проведения более детальных дистанционных и наземных работ.
Научная новизна результатов исследованиия. В работе автором совершенствуются приёмы визуализации структурных элементов, контролирующих размещение кимберлито-вого магматизма, во вновь появившихся в последние годы материалах дистанционного зондирования с помощью современных компьютерных технологий применительно к специфическим ландшафтам области в пределах восточной части Балтийского щита. Модернизирована технологическая схема обработки материалов дистанционного зондирования, позволяющая повысить объективность выделения искомых признаков. Впервые проведена дистанционная оценка крупной области восточной части Балтийского щита (1 500 000 кв.км) с оконтуриванием перспективных площадей для локализации кимберлитов в ранге «район кимберлитового магматизма». Проведено изучение этих площадей с использованием более детальных дистанционных материалов и на примере одной из них (Костомукш-ской) показаны возможности локализации перспективных участков для поисков кимберлитов и близких к ним пород в ранге «поле кимберлитового магматизма».
Практическая значимость работы. Работа направлена на решение важной и актуальной задачи по локализации перспективных на алмазы площадей в восточной части Балтийского щита. В анализ вовлечены новые дистанционные материалы, ранее либо доступ-
ные ограниченно, либо совсем не доступные российским потребителям. Повышена эффективность обработки дистанционных данных путем разработки и применения новых алгоритмов обработки. В результате анализа дистанционных материалов с применением современных ГИС-технологий получены новые оригинальные сведения о глубинном строении восточной части Балтийского щита. Впервые для достаточно обширной территории составлена специализированная космоструктурная схема, на основе которой выделены благоприятные участки для локализации таксонов в ранге «район проявления кимберлитового магматизма». Их размер не превышает 15% от вовлечённой в оценку площади. В большинстве из них уже установлены признаки проявления мантийного магматизма (кимберлиты, ламнроиты), что свидетельствует о дееспособности использованной дистанционной прогнозно-поисковой модели. На остальных целесообразно провести более детальные дистанционные исследования. Результат такого анализа продемонстрирован на примере Косто-мукшской площади, где оконтурены участки для поисков «полей кимберлитового магматизма», размер которых также не превышает 10 - 15% от вовлечённой в анализ.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на конференциях Института космических исследований РАН в Москве «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов» в 2006, 2008 и 2009 гг, МГГРУ «Новые идеи в науках о Земле» (2007). Результаты исследований изложены в двух научно-производственных отчётах и восьми опубликованных статьях.
Структура н объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Текст диссертации (136 сгр.) сопровождается' 79 иллюстрациями и 9 таблицами. Такое большое количество иллюстраций обусловлено спецификой работы, где основной объём информации заключён именно в изображениях ландшафтов, рельефа, особенностях физических полей. Библиография включает 156 наименований.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д. г.-м. н. Ю.Н. Серокурову за постоянное внимание, помощь и поддержку при написании диссертации. Выполнение этой работы так же было бы невозможно без сотрудничества с В.Д. Калмыковым, И.В. Калмыковым (ООО «Институт ДПР»), к. г.-м. н. Ю.К. Голубевым, к. г.-м. н. H.A. Прусаковой, д. г.-м. н. В.И. Вагановым (ФГУП ЦНИГРИ), которым автор благодарен за ценные советы и замечания. Также автор благодарит д. г.-м. н. H.A. Божко (МГУ) за любезно предоставленные материалы.
Основные защищаемые положения.
1. Созданы новые алгоритмы преобразований цифровых космических снимков - высокочастотной и градиентной фильтрации, фильтрации яркостных минимумов. Повышена надёжность выделения линейных и дуговых элементов ландшафта. На этой основе оптимизирована технология выделения на современной поверхности радиально-кольцевых структур, которые несуг следы волновых деформаций твёрдой среды под влиянием разноглубинных очагов разгрузки энергии в земной коре и отражают положение кимберлито-контролирующих структур.
2. На основе анализа дистанционных материалов низкого разрешения (зональные космические снимки, цифровой рельеф и рисунок речной сети) по оригинальным технологиям в пределах восточной части Балтийского щита выделено 10 площадей, благоприятных для формирования районов кимберлитового магматизма. С учётом их позиции в геологической и геофизической структуре региона, присутствия прямых признаков и наличия неблагоприятных факторов они разделены на 4 группы по очерёдности вовлечения в более детальные исследования.
3. На основе специализированного анализа дистанционных материалов среднего и высокого разрешения в контурах Костомукшской площади с использованием дистанционной прогнозно-поисковой модели поля кимберлитового магматизма выделено и ранжировано по степени соответствия эталонной модели 11 перспективных участков площадью от 400 до 1700 кв.км.
Глава 1. Состояние проблемы прогнозирования коренных месторождений алмазов в пределах восточной части Балтийского щита
История поисков алмазов на севере Восточно-Европейской платформы насчитывает более 100 лет и началась с находок кристаллов алмаза в рыхлых отложениях. В 1968 году в районе Неноксы бурение выявило присутствие трубок взрыва, выполненных эруптивными брекчиями. В 1974 году на Зимнем Берегу Белого моря Е.М. Веричевым в нижнем течении р. Мела среди толщи сланцев венда были обнаружены пластовые тела кимберлитов, а в базаль-ных горизонтах терригенных отложений урзугской свиты среднего карбона - весовые содержания хромшпинелидов, хромистых пиропов и осколки алмаза. При их заверке Юрасской экспедиции ПГО «Архангельскгеология» открыта первая алмазоносная трубка Поморская, а до конца 1982 года обнаружен ещё ряд алмазоносных тел, в том числе трубки Ломоносовская, Пионерская, Карпинского-2, Карпинского-1, Архангельская, Снегурочка. Они сформировали месторождение им. Ломоносова, запасы которого были защищены уже в 1987 году.
В 1986 году на Терском Берегу Белого моря геологами Центрально-Кольской геологической экспедиции ПГО «Севзапгеология» было вскрыто 60 эксплозивных объектов, сложенных мелилититами и ультраосновными фоидитами, кимберлитами.
В феврале 1996 года АО «Алмазный Берег» открыло промышленно алмазоносную кимберлитовую трубку им. В. Гриба. В 2005-2007 годы специалистами ФГУП ЦНИГРИ и «АЛРОСА-Поморье» было вскрыто ещё несколько слабо алмазоносных кимберлитовых тел. К настоящему времени общее число магматических проявлений Зимнего Берега достигло 70. Достаточно детальное всестороннее их изучение позволило разделить их по времени образования на две группы - позднебайкальского (венд) и каледонского (верхний девон) этапов активизации.
Недалеко от границы с Финляндией геологами КГЭ и ГП «Севзапгеология» выявлен Костомукшский лампроитовый район, где магматические тела представлены дайками и жилами среди кристаллических сланцев и железистых кварцитов верхнеархейского зеле-нокаменного пояса. Дайки лампроитов рифейского возраста установлены также в пределах западной части Ветрешюго пояса и на Кольском полуострове.
На территории Карелии австралийской компанией Эштон Майнинг Лимитед проведены поиски алмазных месторождений на основе шлихо-минералогического опробования и
выделено девять перспективных площадей концентрации минералов-индикаторов кимберлитов, в пределах которых намечено около 30 участков (индивидуальные ореолы и потоки рассеяния) для поисков кимберлитшых полей. Выявлены два кимберлитовых тела ранне-протерозойского возраста - Кимозерское и Пряжи в центральной части Заонежского полуострова.
На сопредельной территории Финляндии обнаружен ряд кимберлит-лампроитовых полей, возраст которых оценивается (O'Brien, М. Tyni, 1998 г) в 1100, 594, 450 и 434 млн. лет.
Все эти данные свидетельствуют о том, что кимберлитовый (лампроитовый) магматизм в регионе проявлялся неоднократно и связан с несколькими эпохами теетоно-магматической активизации. Голубев Ю.К. и др. (2004) выделяют три эпохи (рифейскую, венд-кембрийскую и средне-позднедевонскую), Загайный А.К. и др. (2005) - пять (поздне-архейскую, раннепротерозойскую, позднепротерозойскую, раннепалеозойскую, среднспа-лсозойскую), Щукин B.C. и др. (2000, 2001) добавляют ещё и пермь-триасовую. Промышленная алмазоносность установлена только в связи со среднепалеозойской (средне-позднедевонской)эпохой.
Проблемами прогнозирования коренных месторождений алмазов севера ВосточноЕвропейской платформы на протяжении многих лет занимались и продолжают заниматься многие геологические организации СССР и РФ - ВСЕГЕИ, ЦНИГРИ, НИИКАМ, «Минерал», ПГО «Севзапгеология», «Невскгеология», «Архангельскгеология», «AJIPOCA-Поморье» и специалисты (Андросов Е.А. и др, 2005; Ваганов В.И., 2000; Вержак В.В., 2001, 2004; Голубев Ю.К.. 2004; Добрынина М.И., 1991, 2001; Милашев В.А., 1979, 1989; Морален В.М., 1998; Минчеико Г.В. и др., 2001, 2004, 2006; Саблуков С.М., 1990, 1995; Синицын A.B., 1973, 1992; Сорохтин О.Г., 1996; Станковский А.Ф., 1973, 1979, 1986; Ушков В.В„ 2001; Францессон Е.В., 1986; Хазов P.A., 1998; Чистова З.Б., 1991, 1996; Широ-боков В.Н., 1997; Устинов В.Н., 2004; Щукин B.C. и др, 2001 и др.) Большинство работ соответствует уровню регионального и среднемасштабного прогноза (1:2 500 000 - 1:200 000).
В связи с тем, что общепринятых критериев для выделения позиции разноранговых минерагенических таксонов не существует, в литературе присутствуют разные взгляды.
ФГУП ЦНИГРИ с 80-х гг. прошлого столетия занимается прогнозированием кимберлитовых полей в пределах Восточно-Европейской платформы (Ваганов В.И., 2000; Голубев Ю.К., Фельдман A.A. и др., 2000; Голубев Ю.К. и др., 2004, 2005; Прусакова H.A., 2004) на основе разработанных прогнозно-поисковых моделей. Основной упор при выделении перспективных площадей сделан на глубинное геолого-геофизическое районирование. За последние годы ЦНИГРИ составлены карта прогноза алмазоносности Северо-запада масштаба 1:1 000 000 (Голубев Ю.К., Фельдман A.A. и др., 2000), карта прогноза алмазоносности Восточно-Европейской платформы масштаба 1:2 500 000 (Голубев Ю.К., Ваганов В.И., Прусакова H.A., 2008). Разработана технология ведения прогнозно-поисковых работ, сущность которой заключается в последовательной локализации перспективных площадей от кимберлитовых субпровинций и кимберлитоконтролирующих зон к перспективным площадям ранга кимберлитовых полей и кустов. Прогнозно-поисковые критерии, разработан-
ные авторами для разномасштабных алмазоносных таксонов, успешно применяются многими организациями при проведении прогнозно-поисковых работ.
ГГУП СФ «Минерал» выполнены работы ГМК-500 на алмазы для территории Республики Карелия (Пугинцева Е.В. и др., 2007). В результате выделены площади ранга прогнозируемых кимберлитовых полей. Прогнозирование осуществлялось на основе структурно-геофизического, структурно-геологического районирования с использованием дистанционных данных.
Геологи «АЛРОСА-Поморье» (Андросов Е.А. и др., 2005) выделяют в регионе две алмазоносных субпровинции - Карело-Финскую и Архангельскую (Беломорскую). В их пределах определяющее значение в локализации районов проявления щелочно-ультраосновного магматизма они отводят субмеридиональным зонам разломов, прослеженным по данным интерпретации геофизических полей. В качестве благоприятных структурных факторов размещения кимберлитовых полей авторы рассматривают участки: а) блоковых поднятий фундамента и их приграничных частей; б) повышенной расслоенности консолидированной земной коры; в) увеличения граничных скоростей распространения продольных волн на разделе Мохо; г) повышенной анизотропии гравитационного и магнитного полей; д) усложнения структурного плана в рудовмещающей толщи осадочного чехла; з) наличия кольцевых и дугообразных линеаментов в ландшафте.
ЯНИГП ЦНИГРИ АК «АЛРОСА» (Устинов В.Н. и др., 2003) выделяют здесь Карело-Кольскую алмазоносную субпровинцию, а в ее пределах районы с установленными проявлениями алмазоносных и потенциально алмазоносных пород - Онегозёрский, Западно-Карельский, Ветреного пояса, Центрально-Финляндский, Терскобережный, Кандалакшский, Онежский и Зимнебережньш.
Анализ космических снимков с российских спутников, проведённый в начале 90-х годов прошлого века на ряде алмазоносных площадей мира (Серокуров Ю.Н. и др., 1993, 1994, 1996), показал, что в их ландшафтах присутствуют следы радиально-кольцевых структур диаметром от 200 до 20 км. В качестве причин их образования (Маракушев A.A., 1996; Томсон И.Н., 1968; Фаворская М.А., 1974) рассматриваются глубинные взрывы, обусловленные импульсивными подъёмами углеродно-водородных потоков к земной поверхности вследствие дегазации ядра Земли. Предполагается, что процесс носил пуль-сационный характер, что и объясняет многофазность магматизма в пределах изученных алмазоносных площадей. Модель процесса была рассмотрена ещё в работах В.В.Соловьёва в 1978 году. Вновь полученные данные сейсмического и электрического зондирования, гравитационного и магнитного моделирования на известных алмазоносных площадях Якутии и Архангельской области подтверждают эти предположения (Суворов В.Д. и др., 2003; Прусакова H.A., 2006; Егоркин A.B., 2001; Караев H.A. и др., 2003; Биезайс Я.Я. и др., 2001, 2004). На базе изучения материалов дистанционного зондирования алмазоносных площадей России, Африки и Австралии (Серокуров Ю.Н., Калмыков В.Д., Зуев В.М., 2001) предложена технология выделения признаков разноглубинных активизационных процессов и оконтуривания на этом основании участков, благоприятных для миграции мантийных магм к поверхности планеты. Дальнейшее совершенствование этой технологии на
базе вновь появившихся дистанционных материалов и способов их обработки с применением современных вычислительных технологий является основной задачей этой работы.
Глава 2. Современное состояние дистанционного зондирования Земли и методов анализа получаемой информации в геологии
Во многих странах мира на базе космических аппаратов функционируют системы дистанционного зондирования, предназначенные для изучения природных ресурсов. Это российский «Ресурс-ДК», французские «SPOT», американские «Terra», «Landsat», «Ikonos», «Orbview» и др. При решении задач на низких уровнях генерализации привлекаются данные с метеорологических спутников типа «NOAA» и «GOES» (США), «Метеор» (Россия) и других.
Каталоги съёмок имеются в Интернете, что позволяет получать информацию о наличии снимков определенного типа, оценивать их качество, определять цену продукта и заказывать его поставку в выбранной конфигурации.
Информация, получаемая при дистанционном зондировании, подразделяется на группы: 1) изображения земной поверхности в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах; 2) интегральная картина температурного поля земной поверхности в инфракрасном диапазоне; 3) интегральные характеристики рассеяния, поглощения и отражения радиоволн от объектов земной поверхности и подповерхностных горизонтов в микроволновом диапазоне; 4) характеристики рельефа поверхности в цифровой форме. Наличие нескольких систем с разным разрешением даёт возможность получать на один и тот же участок поверхности информацию с различной степенью генерализации, что и позволяет выделять новые закономерности в иерархии природных образований.
Процесс обработки космических изображений, независимо от задачи, стоящей перед исследователем, включает в себя стандартные технологические стадии: а) выбор и подготовка изображений; б) дешифрирование; в) обработка и интерпретация результатов.
Изображение природной среды, полученное любым типом сенсора, складывается из образов объектов, расположенных на дневной поверхности - ландшафтной мозаики. Геологическое строение, обычно, не находит прямого отражения на изображениях и его основные черты могут быть прослежены опосредовано - через изменение компонентов ландшафта. Процесс геологического дешифрирования сводится к ряду этапов: а) установление взаимосвязей между ландшафтами и геологическими процессами на исследуемой территории и определение ландшафтных индикаторов искомых геологических объектов; б) выделение на изображении аномалий фототона и их ландшафтной интерпретации; в) выделение отдельных геологических структур на основе установленных закономерностей.
Современный технологический подход к реализации этой схемы базируется на сочетании экспертных и автоматизированных методов оценки информации.
Визуальное дешифрирование для получения интегральных фотографических характеристик изучаемых объектов предваряется специализированной обработкой изображений-преобразованием и комтексированием спектральных каналов. Её сущность - в применении к изображению формальных вычислительных операций. В результате можно зафикси-
ровать набор наиболее часто используемых операций и дать рекомендации относительно области их применения.
Линеаментный анализ позволяет выделить линейные аномалии в распределении фототона на изображении. Все ныне используемые автоматические методы выделения линеа-ментов основаны на отслеживании протяженных линейных перепадов контраста заданной длины (иногда в заданном угле). Результатом является все множество найденных «штрихов», дающее, как правило, лишь общее представление о распределении линеаментов, их превалирующем направлении и т.п. Выделение же в нем конкретных структур и их интерпретация по-прежнему остается за экспертом.
Выделение площадных аномалий предполагает проведение анализа характеристик пространственного распределения пикселов изображения (фототон, структура, текстура, форма и т.д.). Распространён метод классификации, основанный на выборе участков, удовлетворяющих определенному правилу, которое формулирует геолог.
Заключительный этап геологических исследований всегда остается за экспертом, который проводит его на основе собственного опыта и модельных представлений, сформированных на этапе предварительного анализа материалов. Для определения характеристик выделенных структур часто используется статистический анализ полученных результатов. Завершением этапа является построение результирующих документов (карт и схем космо-структурного районирования), а также отбор данных, интересных для проведения дальнейшего интегрированного анализа. На этом этапе очень важна роль геоинформационных систем (ГИС), как инструмента, обеспечивающего увязку разнородных данных и удобный интерфейс для работы с пространственной информацией.
Полный комплекс операций цифровой обработки изображения представлен в специализированных пакетах: ERDAS Imagine и ArcView Image Analysis. Также используются модули GRID ARC/INFO или Spatial Analyst ArcView., пакеты ERMapper, Idrisi, ENVI, Adobe Photoshop.
Глава 3. Совершенствование технологии выделения очаговых активизацион-н ых структур с использованием материалов дистанционного зондирования
Технология использования дистанционных материалов с целью выделения признаков разноглубинных структур очаговой активизации земной коры, которая стабилизирована сотни миллионов лет назад, включает несколько этапов работ, которые проводятся последовательно на основе материалов всё повышающейся детальности (Серокуров, 1996, 2001). Дальнейшее развитие и совершенствование съёмочной аппаратуры и программных средств обработки поступающей информации потребовало её совершенствования и адаптации к новым условиям работ. В графическом виде усовершенствованная автором технологическая схема приведена на рисунке 1. Основные этапы работ следующие:
1. Анализ наличия и качества дистанционной и традиционной информации, её приобретение и формирование ГИС-проектов в оболочке ArcView.
Использовались зональные космические снимки «Модис» и «Ландсат» малого и среднего разрешения; цифровой рельеф, построенный по результатам обработки радар-
ной космической съёмки ОТОРОЗО, схемы водотоков, созданные при обработке космических снимков.
г 3
Анализ литерачурныхданныхо факторах контроля искомых руд, формирование их перечня"*
Анализ наличия дистанционных, геологических, геофизических и других материалов на оцениваемую территорию Подбор и приобретение материалов
Создание цифровых копий карт с бумажных носителей_______
Традиционная информация
(геологическая, геофизическая. минералогическая, геохимическая и т.д.)
геометрическая и радиометрическая (для КС) коррекция КС. ЦМР. растровых и векторных материалов, полученных с бумажных носителей;
- трансформация имеющихся материалов в выбранную единую проекцию __
Формирование базы исходных данных в оболочке Агс\Чеп
создание матриц геофизических полей;
- трансформирование геофизичесих полей;
- оцифровка требуемой геологической.тектонической.
метаалогенической и другой традиционной информации
построение ЦМР;
- трансформации ЦМР пространственные фильтрации, классификация);
построение "объёмных моделей";
- создание перспективных изображений местности;
генерализация речной сети
Дополнение Разы данных результатами проведённых преобразовании и трансформаций
- районирование по характеру геофизических полей;
- анализ магматизма площади;
- анализ геологических, минералогических данных;
сопоставление, корреляция структурно-тектонических данных по изданным материалам
- визуальное дешифрирование первичных данных н результатов их преобразований;
- дешифрирование тоновых аномалий;
- структурное дешифрирование
- оценка проявленности РКС в исходных рельефе и речной сети;
трассировка и дешифрирование высотных минимумов рельефа, анализ других трансформатов матрицы ЦМР;
классификация речной сети по различной протяжённости её генерализованных элементов
Обработка результатов визуального дешифрирования качественными и количественными методами (фильтрация п заданным направлениям, плотность и анизотропия линеаментов). Анализ получетых данных
Дополнение базы данных схемами первичного дешифрирования и результатами их анализа
Составление промежуточных схем основных структурных элементов РКС по материалам первичного дешифрирования н
результатам их анализа
Дополнение базы данных полученными результатами
Формирование перечня благоприятных признаков, определяющих локализацию искомых таксонов кимберлитового
магматизма
Построение специализированной кос.моструктуряой схемы, информирующей о позиции благоприятных структурных
факторов
Дополнение базы данных полученными результатами
Выделение площадей, благоприятных для локализации искомых таксонов кимберлитового магматизма
Рис. Л Технологическая схема дистанционной оценки перспектив алмазоносности. Серым цветом отмечены модернизированные элементы.
Для интерпретации данных дешифрирования и обоснования полученных построений к анализу на каждом этапе работ привлекались геологические и тектонические карты, аномальные гравитационное и магнитное поля соответствующего масштаба, данные о магматизме и металлогении региона в целом и отдельных его участков. Вся информация организовывалась в электронные банки данных в оболочке Arc View.
Сетевые проекты каждого уровня исследований объединяли множество слоев различной информации, что позволяло оперативно в процессе дальнейшего анализа находить необходимые материалы, проводить их обработку в различных программных оболочках и возвращать полученные данные в сетевой проект.
2. Подготовка материалов к анализу.
Космическая информация в настоящее время поступает в цифровой форме в виде серии слоев, количество которых достигает нескольких десятков. В цифровую форму переводится также доступная традиционная информация (геологические и тектонические карты, данные геофизических съёмок). Для максимально полного извлечения необходимых сведений выполняются различные трансформации первичных данных (синтез, цветовое кодирование, разнообразные фильтрации, сегментации, сглаживание, выделение локадей и градиентов, составление геоморфологических профилей, создание перспективных изображений и т.д.).
В результате получаются сотни промежуточных изображений (композит), которые призваны усилить различные особенности строения ландшафтов, рельефа, гравитационного и магнитного полей, которые прямо или косвенно связа!ш с геологическим строением поверхности изучаемых площадей, структурами земной коры и мантии.
Здесь существуют огромные возможности для совершенствования технологии, так как количество различных операций велико и выбор наиболее приемлемых остаётся за человеком. Примеры приведены в диссертации, в том числе и основанные на предложенных автором алгоритмах.
3. Дешифрирование космических снимков, рисунка речной сети и цифрового рельефа.
Анализ дистанционной информации (дешифрирование) проводился целенаправленно в трёх направлениях. Первое было нацелено на выявление тоновых аномалий, которые можно интерпретировать как следы площадных преобразований приповерхностных участков земной коры. Второе предусматривало структурное дешифрирование, где главными объектами были линеаменты разных рангов. Третье проводилось с целью выявления ради-ально-концентрических структур заданного размера. В результате составлено несколько десятков первичных схем, сводный анализ которых информировал о позиции и характере проявления искомых структур. При необходимости результаты первичного дешифрирования подвергались качественной и количественной обработке с применением различных компьютерных программ.
4. Создание специализированных структурных схем.
По результатам совместного анализа дистанционных материалов составлялись специализированные космоструктуркые схемы региона в целом и отдельных его участков. Специализация схем заключалась в том, что на них отражались только те благоприятные
структурные признаки, которые в совокупности давали информацию о возможных местах проявления кимберлитового магматизма искомого ранга.
5.Выделение благоприятных участков.
Благопиятные для локализации таксонов кимберлитового магматизма участки выделялись по аномальным суммам присутствия благоприятных структурных факторов соответствующего ранга. Величина степени аномальности косвенно свидетельствовала о потенциале площади.
Использованные прогнозно-поисковые модели открыты для включения в них и других благоприятных признаков, которые известны по традиционным данным и имеют надёжную площадную выраженность на всей площади анализа. Это позволяет вносить коррективы в планы дальнейших прогнозных и поисковых работ, оценивать надёжность выполненных построений.
Основной задачей анализа материалов дистанционного зондирования при изучении геологического строен™ разнообразных территорий является установление информативных для различных геологических процессов признаков, проявляющихся в той или иной мере в современном ландшафте.
Большой вклад в это направление делается специалистами ГУЛ НИИКАМ, где с начала 1970-х гг. развиваются методы геоиндикационного анализа материалов дистанционного зондирования (МДЗ), основанные на изучении взаимосвязей элементов геологического строения с элементами ландшафта. Реализация такого подхода заключается в построении гипотезы о характере связей элементов и компонентов ландшафта с геологическими объектами и её дальнейшей проверки на тестовых участках.
Таким образом, частью геоиндикационного дешифрирования можно считать формальное выделение определённого элемента из интегрального изображения по одной или нескольким характеристикам, проявляющим ту или иную особенность геологического строения территории. В связи с этим получаемые схемы рассматриваются как графические поля, которые можно анализировать различными качественными или количественными методами, что в конечном счёте уменьшает субъективизм при выделении того или иного геологического объекта или явления (Серокуров Ю.Н., Калмыков В.Д., Зуев В.М, 2001).
Дешифрирование космических изображений значительно облегчается, если природные объекты и единицы ландшафтов, важные в рамках решаемых задач, точно привязаны к местности, дифференцированы, контрастированы, различным образом окрашены и т.д. В рамках данной работы с целью визуализации образов структур и их элементов, индицирующих проявления кимберлитового и лампроитового магматизма в регионе было проведено дешифрирование как исходной космической информации, так и преобразованной различными методами. Применённые в работе вида преобразований можно свести в следующие группы:
• фильтрация с целью получения каких-либо элементов исходного изображения (ли-неаменты, площадные аномалии с одинаковыми характеристиками), связанных с особенностями геологического строения территорий;
• схематизация (генерализация) с целью устранения второстепенных деталей изображения;
• детализация с целью подчёркивания высокочастотной составляющей, связанной с искомой деталью геологического строения изучаемого района;
• квантование с целью перевода изображения в цифровую форму,
• континуализация для перевода дискретных элементов изображения в непрерывное;
• квалификация для замены количественных показателей изображения качественными (цветовое кодирование, контрастирование);
• дискретизация для перевода непрерывного изображения в дискретную форму (сегментация изображения по градиенту плотности тона, обработка операторов дифференциации - Лапласа, Собелла и др.).
Для повышения объективности и эффективности последующего анализа дистанционных материалов был модернизирован блок обработки дистанционной информации. Совершенствование приёмов преобразования первичных изображений позволяет более уверенно выделять разноранговые очаговые структуры, которые пространственно контролируют разномасштабные алмазоносные таксоны. Перечень нововведений сведен в таблиц)'. Остальные использовавшиеся преобразования подробно охарактеризованы и проиллюстрированы в основной работе.
Перечень основных нововведений в блок обработки дистанционных материалов
Таблица 1
Вид обработки Положение в технологической схеме Область применения
Космоснимки Рельеф
Сглаживающая и медианная фильтрации Подстадия предобработки + +
Гистограммные преобразования Обработка синтезированных изображений + -
Высокочастотная фильтрация Стадия непосредственной обработки + -
Классификация без обучения Элемент алгоритмов градиентной, высокочастотной, фильтрации яркостных минимумов, арифметических операций + +
Таким образом, в качестве выводов но данной главе следует перечислить основные усовершенствования, затронувшие некоторые этапы технологического процесса и позволившие более уверенно выделять очаговые структуры разных рангов, способные контролировать разномасштабные алмазоносные таксоны:
1) Предварительное применение медианных и сглаживающих фильтров, формирующих внедрённую в технологическую схему стадию предобработки, частично решает задачу схематизации изображений, ликвидируя нежелательные шумы и незначительные детали, а последующая кластеризация изображений с цветовым индексированием позволяет достаточно уверенно выделить РКС требуемого ранга на общем фоне.
2) Применение высокочастотного фильтра в большинстве случаев подтверждает дешифрируемые по другим композитам элементы радиально-концентрических структур (РКС) разного ранга. По аналогии с градиентными фильтрами он усиливает те элементы, которые на исходных изображениях визуально не фиксировались или по спектральной яркости были близки к фону.
3) При применении гистограммных преобразований стало возможным усиление образа картируемых структур за счёт искусственной генерализации изображений.
12
4) Внедрённая автором в схемы фильтраций (градиентной, высокочастотной, минимумов спектральной яркости) и арифметических операций со спектральными каналами кластеризация решает задачу автоматизированного дешифрирования фильтруемых элементов и их подготовке к последующему анализу, а результаты такой обработки так же уверенно визуализируют РКС.
На основании приведенных выводов сформулировано первое защищаемое положение.
Глава 4. Дистанционная оценка перспектив алмазоносности восточной части Балтийского щита
Регион расположен на северо-западе Восточно-Европейской (Русской) равнины, в пределах двух природных зон — тундры и лесов умеренного пояса, между которыми расположена лесотундра. С севера он омывается Баренцевым и Белым морями, на юго-западе - Финским заливом Балтийского моря. Реки принадлежат к бассейнам этих морей. На площади присутствует десятки тысяч средних и мелких озёр, два крупнейших озера Европы - Ладожское и Онежское.
Современный рельеф обусловлен длительной эрозией и ледниковой абразией. На западе и в центре Кольского полуострова развиты многочисленные горные массивы, рассеченные глубокими ущельями и долинами. На востоке северную часть полуострова занимает плато, которое повышается к югу п резко обрывается к центральной болотистой низине (гряда Кейвы). В центре расположена Центральная болотистая равнина, а южная часть плавно и террасами спадает к берегам Белого моря. Запад Карелии занят Западно-Карельской возвышенностью, а восток низменный.
Геологическое строение региона характеризуется выходами на поверхность древних (докембрийских) разновозрастных комплексов в центральной и северной частях. На юго-востоке распространены осадочные комплексы фанерозойского чехла. Повсеместно на всех образованиях развиты четвертичные осадки, большая часть которых имеет ледниковый генезис.
Тектоническое строение региона, особенно в области развития кристаллических пород на Балтийском щите, исследуется на протяжении последнего столетия, и, несмотря на присутствие остро дискуссионных моментов, описано достаточно детально в целом ряде публикаций. В строении докембрийского кристаллического фундамента площади выделяют (Божко H.A., 2007) несколько крупных мегаблоков (Карело-Кольский, Свекофенский и Каледонский), которые разделены на блоки второго и третьего порядков.
В строении фанерозойского чехла выделяют три структурных яруса. Рифейский сложен слабометаморфизованными отложениями среднего и верхнего рифея мощностью до 2 км. Вендский - толщей переслаивания алевролитов, аргиллитов и песчаников общей мощностью 0,5-1 км. К верхнепалеозойскому ярусу относятся карбонатные отложения среднего и верхнего карбона, нижней и верхней перми. Они образуют пологую моноклиналь, где мощность отложений увеличивается от 50 до 200 м в юго-восточном направлении до 3 км.
В архей-раннепротерозойскую эпоху в регионе происходило формирование большого количества интрузивных формаций, среди которых: а) перидотито-пироксенито-
норитовая формация расслоенных интрузий (PRi); б) базальт-долеритовая формация (PRi2) иластообразных интрузий и кругопадающих даек габбро-диабазов; в) габбро-верлитовая формация (PRi2) пластообразных (силлы) и линзообразных тел, редко даек перидотитов (верлитов), пироксенитов и габбро; г) щёлочно-габброидная формация (PR|3), представленная трещинно-кольцевой интрузией Елетьозёрского массива, сложенной пироксенита-ми, габбро-норитами, габбро, эссекситами, плагиоклазитами, нефелиновыми сиенитами, гранитами, а также дайковым комплексом спессартитов, вогезитов и др.; д) формации габбро-анортозитов и гранитов-рапакиви (Выборгский, Салминский, Улялегский) на юге Финляндии и в Карелии. Кроме того, именно к этой эпохе относятся первые проявления коренной алмазоносности - кимберлитовые тела Кимозеро и Пряжи с возрастом около 1760 млн. лет. Примерно в то же время были сформированы и щелочные породы Приладожья.
Для рифейского этапа характерны проявления магматизма в виде даек долеритов (Центральноскавдинавская долеритовая группа) и лампроятов (Костомукшский дайковый комплекс) с возрастом около 1200 млн. лет. Рифейский (около 1200 млн. лет) возраст имеют также кимберлиты и лампроиты полей Кухмо и Лентиира, расположенных на востоке Финляндии, а также кимберлиты Куусамо, датируемые 760 млн. лег (Lehtonen М., O'Brien Н.Е., 2009).
Проявления вендского магматизма в настоящее время известны в виде кимберлитово-го поля Куопио-Каави в Восточной Финляндии. Их возраст колеблется в пределах 589-626 млн. лет (O'Brien, Н.Е., Peltonen P. et al., 2005). В пределах восточной части Балтийского щита также известны вендские вулканиты: они представлены трубками лампрофиров, вскрытыми в районе Зимнего Берега.
Каледонский этап тектоно-магмагматической активизации (ТМА) в исследуемом регионе характеризуется проявлениями кимберлитового магматизма в районе Терского Берега. Возраст трубок составляет 457-465 млн. лет (O'Brien, Н.Е., Tyni, М., 1999).
Магматизм герцинской эпохи ТМА представлен кимберлитами и родственными им породами Зимнего Берега, а также щелочным массивом Ляваара с возрастом 365 млн. лет в Финляндии близ границы с Россией севернее Костомукши. Кроме того, в северной части региона отмечается значительные проявления ультраосновного (оливиниты, пироксениты, щелочных пироксениты) и щелочного (мельтейгиты, ийолиты, уртиты, нефелиновые сиениты, карбонатиты) состава. Породы этих серий слагают многофазные плутоны центрального типа, а карбонатиты часто формируют самостоятельные массивы. По результатам определения абсолютного возраста К-Ar и Rb-Sr методами возраст ультраосновных и щелочных пород установлен как средне-позднедевонский.
Подавляющая часть глубинных разломов региона сформировалась в позднеархей-ско-раннепротерозойское время. Это крупные, морфологически чётко выраженные и длительно развивающиеся нарушения сдвигового, покровно-надвигового, сбросового и раздви-гового характера, проникающие в земную кору и верхнюю мантию. В среднем и верхнем протерозое в регионе широко проявились горизонтальные подвижки, превратившие карельские подвижные пояса в систему крутопадающих чешуйчатых моноклиналей. В платформенную стадию территория Балтийского щита характеризовалась общим поднятием и образованием мощных зон разломов (длина 250 - 500 км, ширина - 30 - 40 км), сопровож-
дающихся внедрением интрузий разного состава и возраста, формированием небольших впадин-грабенов с вулканогенно-осадочным и осадочным наполнением (рифей, венд, палеозой).
Поскольку прогнозируемая в регионе алмазоносность связана с фанерозойским этапом развития - в связи с этим, основная цель дистанционных работ должна заключаться в поиске форм проявления в древнем структурном плане наложенных активизационных процессов фанерозоя, с которыми пространственно связана миграция глубинных флюидов и магм к поверхности.
На первом этапе анализировались материалы космических съёмок низкого разрешения, а также многочисленные их трансформации, созданные для более чёткой «визуализации» элементов осложнений ландшафта различного рода. Все данные о пространственной позиции линейных и кольцевых элементов, выявленных при анализе всего комплекта дистанционных материалов, суммированы, а полученные градации позволили ранжировать их по степени проявленности в современных ландшафтах (рис. 2.А). Всего установлены следы тринадцати очагов глубинной активизации диаметром 180 - 220 км. размеры которых позволяют отнести их к подкоровым.
анализа всего комплекса дистанционных материалов (А) и позиция участков, которые изучались с привлечение.» фотопланов «ЛанЬсат» (В)
Более тщательное изучение этих структур проведено с привлечением фотопланов, составленных из космических снимков «Ландсат» (90м/п) в контурах 12 участков (рис. 2.Б).
Пример такого анализа в диссертационной работе приведён только для участка 5, который расположен на границе Мурманской области и Республики Карелия. Кристаллическое основание здесь полностью выходит на поверхность и представлено верхнеархейскими и нижнепротерозойскими формациями с останцами верхнепротерозойских пород. Участок на четверть расположен в пределах Кандалакшского грабена, сформировав-
шегося после консолидации фундамента в позднем докембрии (рифее - венде). В ордовикское время здесь внедрялись трубки взрыва, сложенные оливиновыми мелилититами, ультраосновными фоидитами и кимберлитами. В девонское время внедрились щелочно-ультраосновные интрузии Турьего мыса, сложенные ийолитами, мелилититами, пироксе-Iштамп и карбонатиггами, а также многочисленные дайки ультраосновных-щелочных пород. В конце мезозоя большая часть участка представляла собой выровненную область с небольшими перепадами высот и здесь были сформированы площадные коры химического выветривания. В палеогене происходило выравнивание рельефа с периодической активизацией тектонического режима. В неогене преобладало физическое выветривание пород, а речные долины врезались глубже современного уровня до отметок минус 40-60 м. К концу неогена море проникло в пределы Беломорской депрессии. В плиоцене произошло значительное похолодание и в начале четвертичного периода началось оледенение гористых частей суши.
Для участка выполнен полный комплекс работ по дешифрированию дистанционных материалов среднего разрешения, направленный на выделение тектонических нарушений разного ранга, а также признаков подкоровой и нижнекоровой активизации.
После интерпретации и обобщения все эти материалы легли в основу космоструктур-ной схемы участка, где уточнена позиция подкоровой структуры активизации и выделены контуры нижнекоровых структур, способных контролировать «мегаполя» мантийного магматизма (по аналогии с Зимнебережным районом). Там же показана позиция линейных зон регионального ранга, пересекающих участок, а также крупнейшие линеаменты.
Проведён специализированный анализ гравитационного и магнитного полей с целью оценки форм отражения выделенных структур в геофизических полях.
Результаты детального изучения всех 12 участков зафиксированы на множестве промежуточных схем дешифрирования, которые явились основой для составления сводной космоструктурной схемы региона, на которой и определены окончательные контуры проявления глубинных активизационных процессов на современной поверхности.
Количественные оценки интенсивности проявления различных признаков подкоровых активизационных очаговых процессов в современных ландшафтах (размер и геоморфологическая выраженность соответствующих кольцевых структур, элементы структурной и площадной выраженности в дистанционных материалах, особенности внутреннего строения) и потенциальных геофизических полях (особенности морфологии полей) позволили уверенно разделить выявленные структуры подкорового заложения на четыре группы. В первой с высоким показателем более 14 баллов оказалась лишь одна структура - Зимне-бережная. Вторую группу с показателями в интервале 11-13 баллов составили шесть структур - Терскобережная (5), Костомукшская (7), Ветреннобережная (8-а), Плесецкая (9), Каави-Куопийская (10) и Онежская (11). К третьей группе (интервал 9-10) отнесены 4 структуры - Среднекольская (2), Восточнокольская (3), Онежского залива (8-6), Ладожская (12). Ещё две структуры - Западнокольская (1) и Кемиярвиская (4) набрали наименьшее количество баллов (менее 9). Структуры первых трёх классов рассматриваются автором как отвечающие поставленным условиям, а четвёртая группа исключена из
дальнейшего анализа, так как не обладает минимально необходимым набором благоприятных признаков.
Для прогнозной оценки территории использовалась дистанционная прогнозная модель. разработанная ранее (Серокуров и др., 2006) при изучении алмазоносных площадей в различных регионах мира и ориентированная на выделение участков, благоприятных для локализации таксонов в ранге «район кимберлитового магматизма». Её составными частями являются:
площади в пределах региональных линейных зон деструкции длительного развит!« и глубинности, обеспечивающие сквозькоровую проницаемость для магм и флюидов;
площади над очагами активизации, расположенными в подошве земной коры и обеспечивающими мантийную энергетическую подпитку процесса (с учётом оценки степени активизации); ^ площади ядерных частей этих структур, как максимально проницаемые для мантийных флюидов
^ площади над более локальными очагами активизации в пределах первых, которые расположены в нижних частях земной коры и обеспечивают пульсационное продвижение магм к дневной поверхности.
Компьютерное суммирование благоприятных признаков дало картину пространственного размещения 11 -ти аномалий присутствия благоприятных признаков разной интенсивности (рис. 3). Изолиниями со значениями, Хср+а, Хср+20 и выше, кратными стандартному отклонению, выделены площади, которые рассматриваются в качестве благоприятных для миграции мантийных магм в нижних частях земной коры к поверхности. Их площадь составила около 1520% от всей вовлечённой в оценку.
Рис. 3. Позиция участков, перспективных по дистанционной прогнозно-поисковой модели для локализации «районов К1шберлитового.\шгматизм»и 1 - аномалии присутствия благоприятных факторов, 2 - известные кимберлш?овые тела
х^-о х„+3а
г: 1: г хгтгжжи1
17
Наиболее интенсивной и контрастной (до 4а) оказалась аномалия, пространственно совпавшая с известным Зимнебсрежным районом кимберлитового магматизма. Ещё в трёх аномалиях значения превысили За, а в четырёх - 2<т. Для трёх небольших по размерам аномалий значения аномальности не превышают 1,5а.
Для оценки позиции выделенных аномалий относительно косвенных и прямых признаков алмазоносного процесса дополнительно использовались составленные автором (на основе сбора и систематизации литературных и фондовых материалов):
а) «Схема районирования земной коры по материалам интерпретации поля Фая», где выделены стабильные и переработанные области земной коры региона;
б) «Схема магматических комплексов основного и ультраосновного состава северо-запада России», где собраны все доступные сведения о находках кимберлитов в районе восточной части Балтийского щита, о телах щелочных и ультращелочных пород, карбона-титов, толеитовых базальтов, долеритов, ферродолеритов, лампроитов, ладогалитов, нефелиновых сиенитов и т.д.;
в) «Схема распространения потенциально посткимберлитовых толщ в регионе», где с учётом трёх эпох кимберлитообразования (нижнепротерозойской, рифейской и средне-протерозойской выделены области перекрытия потенциально вмещающих толщ. Также учтены результаты геотектонического районирования территории, выполненные H.A. Божко (2007).
С учётом этой дополнительной информации к более детальному дистанционному анализу предложено десять площадей, разделённых по перспективности на 4 группы.
Первую группу с наиболее высоким потенциалом составила Зимнебережная площадь, где уже известны промышленно алмазоносные кимберлиты среднего палеозоя. Во вторую группу отнесены Костомукшская площадь, где уже известны кимберлиты и лам-проиты рифея, и Плесецкая площадь на борту Мезенской синеклизы. К третьей группе отнесены площади Каави-Куопийская, Терского Берега, Ветреного пояса и Онежского залива Белого моря, пределах которых известны слабоалмазономгые кимберлитовые поля, дайки лампроитов, трубки мелилититов. Четвёртая группа включает Центральноколь-скую и Восточнокольскую площади на Кольском полуострове, Ладожскую и Онежскую в Карелии.
Выводы по результатам работ регионального этапа следующие:
1) в результате анализа дистанционных материалов низкого разрешения в регионе установлены следы тринадцати очаговых структур подкорового заложения и оценена их позиция относительно структур более низких порядков;
2) в контурах этих структур по материалам более высокого разрешения получены данные о позиции очаговых активизационных структур нижнекорового заложения;
3) по результатам интерпретации данных дешифрирования построена специализированная космоструктурная схема области в пределах восточной части Балтийского щита, на которой отражена позиция всех подкоровых и нижнекоровых структур активизации, показаны линейные зоны разломов регионального ранга, а также крупнейшие линеаменты;
4) с использованием дистанционной прогнозно-поисковой модели «район кимберли-тового магматизма» локализовано одиннадцать разновеликих участков с аномальным присутствием благоприятных признаков, где наиболее вероятно достижение кимберлитовыми магмами поверхности;
5) для дальнейших более детальных дистанционных работ предложено 10 площадей, которые ранжированы на четыре группы по интенсивности проявления благоприятных признаков и степени их перспективности на алмазы.
Таким образом, на основании приведённых выше выводов формулируется второе защищаемое положение.
Глава 5. Дистанционная оценка перспектив алмазоиосностн Костомукшскон площади
На примере Костомукшской площади, которая вошла во вторую группу перспективности по результатам предшествующих работ, показана эффективность анализа более детальных дистанционных материалов с целью выделения признаков среднекоровых структур активизации и участков, благоприятных для локализации «полей кимберлитового магматизма». Следует отметить, что особое внимание было уделено дешифрированию структур, контролирующих положение трубок Куусамо и Кухмо-Лентиира на сопредельной территории Финляндии. После этого был выполнен сравнительный анализ территории Финляндии и Карелии с учётом данных по Зимнему Берегу с целью выявления аналогичных кимберлитоконтролирующих структур на российской части площади.
Площадь расположена на границе Финляндии и северо-западной Карелии и обладает размерами в 60 ООО кв. км. Основным геоморфологическим её элементом является Западно-Карельская возвышенность с высотами до 417 м, протягивающаяся в меридиональном направлении на 130 км. Речная сеть достаточно густая, много озёр. Значительная часть площади покрыта таёжными еловыми и сосновыми лесами.
Площадь расположена на архейском кратоне, сложенном гранито-гнейсами нижнего архея при подчиненной роли вулканогенно-осадочных пород гимольской серии (верхний архей), которые выполняют ряд узких зеленокаменных прогибов.
На финской части площади известны проявления кимберлитов (Куусамо и Кухмо) и лампроитов (Лентиира). На российской части в районе Костомукши распространены дайки лампроитов, прослеженные скважинами до глубин в 680 м.Для выявления признаков проявления разноглубинных активизационных процессов на площади использовались фрагменты мозаики из космических снимков «Ландсат» и отдельные сцены этой съёмки, содержащие шесть спектральных каналов с разрешением от 30 до 60 м/п и один панхроматический канал с разрешением 15 м/п. Дешифрировались как исходные спектральные каналы, так и многочисленные их композиты, полученные путём синтеза, классификации, арифметических операций, градиентной, высокочастотной, фильтрации яркостных минимумов и т.д. Также анализировались цифровой рельеф ОТОРОЗО, рисунок речной сети (рис. 4).
По результатам суммирования данных дешифрирования всего комплекса дистанционных материалов среднего разрешения подтверждено присутствие на площади радиально-кольцевой структуры диаметром около 240 км купольной морфологии, а также кольце-
вых структур диаметром 75 - 90 км. Установлены признаки 24 кольцевых объекта диаметром 17 - 45 км, часть из которых способна маркировать среднекоровые очаги активизации (рис. 4). Количественная оценка степени проявленности этих структур в дистанционных и геофизических материалах позволила разделить их на две группы.
Рис. 4. Варианты суммирования результатов дешифрирования различных блоков дистанционной информации с целью визуализации нижне- (1) и среднеко-ровых (2) очагов активизации на участке: А -схемы дешифрирования различных блоков дистанционной информации, Б - их сумма, В -схема суммирования результатов дешифрирования (для среднекоровых очагов (2) активизации линейные и дуговые элементы на схемах А и Б представлены раздельно)
По
итоговым
результатам анализа составлена специализированная космо-структурная схема Костомукшской площади, где отражена позиция структур, способных влиять на процессы проникновения кимберлитов (лампрои-тов) к поверхности. Площадная визуализация этой информации и компьютерное суммирование полученных данных с использованием дистанционной прогнозно-поисковой модели «поле кимберлитового магматизма» позволили оконтурить участки аномального присутствия благоприятных признаков. Изолиниями со значениями более одного стандартного отклонения (Хср+о) на Костомукшской площади выделено 11 аномалий разной величины и конфигурации. Их общая площадь составляет не более 15% от вовлечённой в оценку. Значения более (Хср+2о) отмечены только в двух аномалиях, а более (Хср+За) - в одной.
Следует отметить, что в целом контрастность аномалий низкая, а все относительно интенсивные аномалии расположены на территории Финляндии. С двумя из них пространственно совпадают известные поля кимберлитов Куусамо и Кухмо, лампроиты Лентиира. Таким образом, остальные аномалии могут указывать на позицию неизвестных ещё полей мантийного магматизма и требуют наземной заверки.
Совмещение информации, полученной при анализе материалов малого и среднего разрешения (рис. 5), позволяет качественно оценить алмазоносный потенциал известных и прогнозируемых полей проявления мантийного магматизма. Как известно, наибольшим потенциалом рудоносности обладают участки, где пространственно совмещены региональные. районные и локальные благоприятные факторы. С этих позиций поля Кухмо, Лентиира и Куусамо обладают относительно низким потенциалом алмазоносности, так как все располагаются в периферической части подкоровой очаговой структуры активизации. К наиболее перспективной следует отнести аномалию юго-западнее кимберлитового поля Куусамо, где наблюдается максимальное совпадение разномасштабных благоприятных факторов.
Рис. 5. Схема пространственного совмещения перспективных аномалии, полученных при анализе дистанционных материалов низкого и среднего разрешения
Перспективные аномалии, полученные в результате анализа дистанционных материалов: 1 - низкого разрешения. 2 - среднегораз-решения, 3 - кимберлито-вые трубки, 4 - дайки лам-проитов, 5 - государственная граница. Цифрами показаны известные кгшберли-пювые и пампроитовые поля: ! - Куусамо; 2 - Косто-муюиское; 3 - Кухмо; 4 -Лентиира
В пределах российской части площади расположено 4 аномалии более низкой
(Хср+о) интенсивно-
г----------------сти £ 0дН0Й из
пространственно совпадает Костомукшское поле лампроитов, расположенное в краевой части подкоровой структуры и за пределами нижнекоровых структур. Все 4 перспективных участка можно рекомендовать для постановки дальнейших детальных дистанционных ра-
Выводы по результатам работ локального этапа на Костомукшекой площади следующие:
1) по результатам анализа дистанционных материалов среднего разрешения уточнена позиция подкоровых и нижнекоровых структур активизации;
2) по результатам анализа дистанционных материалов высокого разрешения получены данные, указывающие на позицию очагов среднекоровой активизации в пределах Костомукшекой площади;
3) построена специализированная космоструктурная схема площади масштаба 1:200 ООО, где отражена позиция и элементы всех разноглубинных структур активизации и основные линейные зоны нарушений земной коры;
4) С использованием дистанционной прогнозно-поисковой модели в ранге «поле кимберлитового магматизма» локализовано одиннадцать разновеликих участков с аномальным присутствием благоприятных признаков, где наиболее вероятно достижение ким-берлитовыми (лампроитовыми) магмами поверхности.
5) аномалии ранжированы по вероятной степени алмазоносности на три группы. В пределах российской части присутствуют лишь четыре аномалии, потенциал алмазоносности которых достаточно низок.
На основании приведённых выше выводов формулируегся третье защищаемое положение.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведённые исследования позволили сделать следующие выводы:
1. Анализ материалов дистанционного зондирования низкого разрешения по усовершенствованной технологии для восточной части Балтийского щита позволил установить элементы ландшафтов, которые в совокупности информируют о позиции 13 очаговых структур подкорового заложения (мантийных диапиров), линейных и дуговых зои вертикальной проницаемости земной коры континентального и регионального ранга. Детализация внутреннего строения этих очаговых структур проведена в пределах 12 участков, для чего были задействованы многочисленные приёмы компьютерных трансформаций более детальных снимков, а также вспомогательные информационные материалы. Итоговые специализированные космоструктурные карты для каждого участка позволили оценить характер и степень проявленности основных благоприятных факторов, признанных в качестве информативных при изучении эталонов.
2. По результатам региональных работ с помощью дистанционной прогнозно-поисковой модели «район кимберлитового магматизма» в регионе оконтурено одиннадцать аномалий разной величины и интенсивности, указывающие на участки возможной локализации таксонов в ранге «район кимберлитового магматизма». Интенсивность и размер аномалий предварительно информирует о возможном алмазоносном потенциале этих районов. Дополняют эту информацию существующие геологические, геофизические и минералогические данные. Для дальнейшего более детального дистанционного анализа предложены площади с очень высоким потенциалом (Зимнебережная), высоким (Костомукш-ская и Плесецкая), средним (Каави-Куопийская, Терского Берега, Ветреного пояса,
Онежского залива) и низким (Центральнокольская, Восточнокольская, Ладожская, Онежская) алмазоносности.
3. На примере одной из предложенных перспективных площадей (Костомукшской) показаны результаты анализа дистанционных материалов среднего разрешения с целью выявления признаков, уточняющих позицию подкоровых и нижнекоровых структур активизации, а также позволяющих выявить элементы, информирующие о позиции сред-некоровых структур активизации. Составлена специализированная космоструктурная схема площади, на которой отражена пространственная позиция благоприятных структур. С использованием дистанционной прогнозно-поисковой модели «поле кимберлитового магматизма», оконтурено 11 аномалий, где возможна локализация таксонов в ранге «поле кимберлитового (лампроитового) магматизма». Оценена их возможная продуктивность.
Список опубликованных работ по теме диссертации:
1. Серокуров Ю.Н., Калмыков В.Д., Громцев К.В. Дистанционная оценка золотоносного потенциала Северной Бурятии - Руды и металлы (перечень ВАК), 2008, № 1. С. 45-51
2. Серокуров Ю.Н., Калмыков В,Д., Громцев К.В. Дистанционная региональная оценка перспектив алмазоноености Анголы - Отечественная геология (перечень ВАК), 2008, № 3. С. 91-94
3. Серокуров Ю.Н., Калмыков В.Д., Громцев К.В. Дистанционная оценка алмазоносного потенциала северо-западного региона России - Отечественная геология (перечень ВАК), 2009, № 1.С. 48-52
4. Серокуров Ю.Н., Калмыков В.Д., Громцев К.В. Дистанционный прогноз районов кимберлитового магматизма в Северо-Западных Территориях Канады - Изв. вузов. Серия «Геология и разведка» (перечень ВАК), 2009, №3. С. 27-32
5. Громцев К.В. Оценка перспектив алмазоноености Куусамо-Костомукшской площади по данным дистанционного зондирования - Руды и металлы (перечень ВАК), 2010, № 6. С.37-40
6. Серокуров Ю.Н., Калмыков В.Д., Громцев К.В. Технология дистанционного картирования очаговых активизационных процессов в земной коре восточной части Балтийского щита - Сборник научных статей: Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, вып. 4, том 2, 2007. С.156 - 162
7. Серокуров Ю.Н., Калмыков В.Д., Громцев К.В. Опыт использования дистанционной информации для оценки золотоносного потенциала Восточных Саян - Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов. Сборник научных статей. Выпуск 5, том 1. - М,; ООО «Азбука-2000», 2008. С.386 -390
8. Громцев К.В. Потенциал мантийного магматизма Куусамо-Костомукшской площади по данным дистанционного зондирования - Седьмая всероссийская открытая ежегодная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 16-20 ноября 2009 г. Сборник тезисов конференции.
Подписано в печать 22.П.2010 г. Формат бумаги 60x90/16 Тираж 100 экз. Заказ № £ Полиграфическая база ФГУП ЦНИГРИ 117545, Москва, Варшавское шоссе, 129, корп. 1.
Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Громцев, Кирилл Владимирович
Введение.
Глава 1. Состояние проблемы прогнозирования коренных месторождений алмазов в пределах восточной части Балтийского щита.
Глава 2. Современное состояние дистанционного зондирования
Земли и методов анализа получаемой информации в геологии.
Глава 3. Совершенствование технологии выделения очаговых активизационных структур с использованием материалов дистанционного зондирования.
Глава 4. Дистанционная оценка перспектив алмазоносности восточной части Балтийского щита.
4.1. Особенности ландшафтного и геологического строения восточной части Балтийского щита.
4.2. Перспективы коренной алмазоносности восточной части Балтийского щита по дистанционным материалам низкого разрешения.
Глава 5. Дистанционная оценка перспектив алмазоносности Костомукшской площади.
Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Перспективы алмазоносности восточной части Балтийского щита по данным дистанционного зондирования"
Актуальность работы, цели и основные задачи исследований. Современный подход к проведению прогнозно-поисковых работ на алмазы предусматривает локализацию перспективных площадей. Одними из экспресс-методов, позволяющих выделить положение минерагенических таксонов ранга прогнозируемых кимберлитового района, ким-берлитового поля, являются дистанционные. Их базу составляют данные дистанционного (космического и геофизического) зондирования, как наиболее доступные, а в ряде случаев, и единственные источники информации для отдалённых и неосвоенных регионов планеты.
Эти положения и определяют актуальность данной работы, которая посвящена совершенствованию технологий выделения площадей, перспективных на коренные месторождения алмазов, на базе космических съёмок разного вида и детальности.
Целью настоящего исследования является совершенствование методов анализа материалов дистанционного зондирования новых поколений для выделения структурных факторов, которые в совокупности позволяют оконтуривать благоприятные для миграции щелочно-ультраосновных магм (в том числе алмазоносных) участки в пределах северо-западной части Восточно-Европейской платформы.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1) изучалось состояние проблемы прогнозирования алмазов в пределах восточной части Балтийского щита; 2) анализировалось современное состояние дистанционного зондирования Земли в мире и методы анализа получаемой информации; 3) совершенствовались приёмы обработки дистанционной информации с использованием ГИС-технологий и оригинальных приёмов трансформации первичных данных; 4) анализировались особенности ландшафтного и геологического строения оцениваемого региона для понимания форм их проявления в дистанционных материалах; 5) проводился анализ дистанционных материалов низкого разрешения в пределах всей восточной части Балтийского щита для выделения структур, позволяющих в совокупности оконтуривать участки, благоприятные для локализации ' «районов кимберлитового магматизма» с оценкой их потенциальной алмазо-носности; 6) проводился анализ дистанционных материалов среднего разрешения в пределах Костомукшской площади для выделения структур, позволяющих в совокупности оконтуривать участки, благоприятные для локализации «полей кимберлитового (лампрои-тового) магматизма» с оценкой их потенциальной алмазоносности.
Фактический материал, методы исследований и личный вклад автора. В основу работы положен материал, полученный автором в процессе выполнения тематических работ ООО «Институт дистанционных исследований окружающей среды» по восточной части Балтийского щита в 2005 - 2008 гг. Базой для исследований стали: а) зональные космические снимки низкого и среднего разрешения, полученные с американских искусственных спутников Земли «Terra» и «Landsat» за последние 10 лег (около 30 сцен); б) цифровая модель рельефа GTOP030, полученная по результатам радарной разновы-сотной космической съёмки на весь регион и локальные участки; в) схемы речной сети различной детальности, построенные по данным космических съёмок; топографические планшеты, геологические и тектонические карты различной детальности; г) цифровые матрицы аномального магнитного и гравитационного полей, данные сейсмического профилирования; д) изданная и фондовая специализированная литература по геологическому строению региона и отдельных его площадей, истории развития, особенностям общей металлогении и алмазоносности.
Все исследования проводились с помощью современных вычислительных комплексов и разнообразных специализированных программных продуктов (ERDAS Imagine, и ArcView Image Analysis, GRID ARC/INFO, Spatial Analyst Arc View, ERMapper, Idrisi, ENVI, Adobe Photoshop), позволяющих получать исходную информацию из сети Интернет и визуализировать в выбранных форматах, считать с бумажных и цифровых носителей, провести первичную обработку и координатную их привязку, выполнить различного рода трансформации как для единичных изображений, так и для нескольких спектральных каналов, провести выделение (дешифрирование) интересующих объектов; сравнить полученную информацию между собой; построить промежуточные и результирующие карты и схемы.
Автор непосредственно участвовал в анализе доступной информации о геологическом строении, истории развития и металлогении региона, содержащейся в фондовых и опубликованных работах. Осуществлял получение (обработка поступающей информации) и подготовку дистанционных и традиционных материалов для последующего анализа (более 500 компьютерных преобразований космических снимков, цифрового рельефа, речной сети, оцифровка геологических карт и геофизических полей и их трансформации). Проводил визуальный и компьютерный анализ первичных и преобразованных материалов с целью выделения интересующей информации (более 100 схем промежуточного дешифрирования). Участвовал в совместной обработке результатов дешифрирования и интерпретации геологических и геофизических данных. Были составлены специализированные космоструктурные и структурно-геофизические карты и схемы, содержащие сведения об особенностях строения региона в целом и десяти участков, на которых проведены более детальные дистанционные работы. На основе этого материала с использованием дистанционных прогнозно-поисковых моделей разного ранга выделены перспективные участки для проведения более детальных дистанционных и наземных работ.
Научная новизна работы. В работе автором совершенствуются приёмы визуализации структурных элементов, контролирующих размещение кимберлитового магматизма, во вновь появившихся в последние годы магериалах дистанционного зондирования с помощью современных компьютерных технологий применительно к специфическим ландшафтам области в пределах восточной части Балтийского щита. Модернизирована технологическая схема обработки материалов дистанционного зондирования, позволяющая повысить объективность выделения искомых признаков. Впервые проведена дистанционная оценка крупной области восточной части Балтийского щита (1 500 ООО кв.км) с оконтуриванием перспективных площадей для локализации кимберлитов в ранге «район кимберлитового магматизма». Проведено изучение этих площадей с использованием более детальных дистанционных материалов и на примере одной из них (Костомукшской) показаны возможности локализации перспективных участков для поисков кимберлитов и близких к ним пород в ранге «поле кимберлитового магматизма».
Практическая значимость. Работа направлена на решение важной и актуальной задачи по локализации перспективных на алмазы площадей в восточной части Балтийского щита. В анализ вовлечены новые дистанционные материалы, ранее либо доступные ограниченно, либо совсем не доступные российским потребителям. Повышена эффективность обработки дистанционных данных путём разработки и применения новых алгоритмов обработки. В результате анализа дистанционных материалов с применением современных ГИС-технологий получены новые оригинальные сведения о глубинном строении восточной части Балтийского щита. Впервые для достаточно обширной территории составлена специализированная космоструктурная схема, на основе которой выделены благоприятные участки для локализации таксонов в ранге «район проявления кимберлитового магматизма». Их размер не превышает 15% от вовлечённой в оценку площади. В большинстве из них уже установлены признаки проявления мантийного магматизма (кимберлиты, лампроиты), что свидетельствует о дееспособности использованной дистанционной прогнозно-поисковой модели. На остальных целесообразно провести более детальные дистанционные исследования. Результат такого анализа продемонстрирован на примере Костомукшской площади, где оконтурены участки для поисков «полей кимбер-литового магматизма», размер которых также не превышает 10 - 15% от вовлечённой в анализ.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на конференциях Института космических исследований РАН в Москве «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов» в 2006, 2008 и 2009 гг., МГГРУ «Новые идеи в науках о Земле» (2007), кафедре методики и поисков МГГРУ. Результаты исследований изложены в двух научно-производственных отчётах и восьми опубликованных статьях.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Текст диссертации (136 стр.) сопровождается 79 иллюстрациями и 9 таблицами. Большое количество иллюстраций обусловлено спецификой работы, где основной объём информации заключён именно в изображениях ландшафтов, рельефа, особенностях физических полей. Библиография включает 156 наименований.
Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения", Громцев, Кирилл Владимирович
Выводы по результатам работ локального этапа на Костомукшской площади следующие:
1) по результатам анализа дистанционных материалов среднего разрешения уточнена позиция подкоровых и нижнекоровых структур активизации;
Совмещение информации, полученной при анализе материалов малого и среднего разрешения (рис. 5.14), даёт возможность качественно оценить алмазоносный потенциал известных и прогнозируемых полей проявления мантийного магматизма. Как известно, наибольшим потенциалом рудоносности обладают участки, где пространственно совмещены региональные, районные и локальные благоприятные факторы. С этих позиций поля Кухмо, Лентиира и Куусамо обладают относительно низким потенциалом алмазоносно-сти, так как все располагаются в периферической части подкоровой очаговой структуры активизации. К наиболее перспективной следует отнести аномалию юго-западнее кимбер-литового поля Куусамо, где наблюдается максимальное совпадение разномасштабных благоприятных факторов.
Рис. 5.14. Схема пространственного совмещения перспективных аномалий, полученных при анализе дистанционных материалов низкого и среднего разрешения
Перспективные аномалии, полученные в результате анализа дистанционных материалов: 1 - низкого разрешения, 2 - среднего-разрешения, 3 — кимберлитовые трубки, 4 - дайки лампроитов Цифрами показаны известные кимберлитовые и лампроитовые поля: 1 - Куусамо; 2 - Косто-мукшинское; 3 - Кухмо; 4 - Лентиира
В пределах российской части площади расположено 4 аномалии более низкой (Хср+о) интенсивности. С одной из них про
2) по результатам анализа дистанционных материалов высокого разрешения получены данные, указывающие на позицию очагов среднекоровой активизации в пределах Костомукшской площади;
3) построена специализированная космоструктурная схема площади масштаба 1:200 ООО, где отражена позиция и элементы всех разноглубинных структур активизации и основные линейные зоны нарушений земной коры;
4) С использованием дистанционной прогнозно-поисковой модели в ранге «поле кимберлитового магматизма» локализовано одиннадцать разновеликих участков с аномальным присутствием благоприятных признаков, где наиболее вероятно достижение кимберлитовыми (лампронтовыми) магмами поверхности.
5) аномалии ранжированы по вероятной степени алмазоносности на три группы. В пределах российской части присутствуют лишь четыре аномалии, потенциал алмазоносности которых достаточно низок.
На основании приведённых выше выводов формулируется третье защищаемое положение:
На основе специализированного анализа дистанционных материалов среднего и высокого разрешения в контл рах Костомукшской площади с использованием дистанционной прогнозно-поисковой модели поля кимберли гового магматизма выделено и ранжировано по степени соответствия эталонной модели 11 перспективных участков площадью от 400 до 1700 кв.км.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе выполнен анализ современных взглядов на прогнозную оценку восточной-части Балтийского щита, где обнаружены кимберлиты, лампроиты и близкие к ним породы от рифейского до среднепалеозойского возраста. Алмазы обнаружены во многих телах, но в промышленных количествах присутствуют лишь в Архангельской области на Зимнем Берегу.
Отмечено, что существуют различные методологические подходы к прогнозированию коренных месторождений алмазов, основанные либо на авторских теоретических концепциях, либо на методе аналогий - выделении, в геолого-геофизических, геохимических, шлихо-минералогических и других полях аномалий, соответствующих таковым у известных объектов. В последнем случае прогнозно-минерагенические исследования осуществляются с использованием системы прогнозно-поисковых моделей, которые соответствуют прогнозируемым объектам (минерагеническим таксонам соответствующего ранга) и суммируют (в идеальном случае) все основные факторы прогноза. Такой подход требует значительных материальных и временных затрат на проведение подготовительных работ.
В отличие от традиционных прогнозных работ автором развивается направление, основанное на выделении признаков разноглубинных очагов активизации, которые обуславливали импульсное продвижение мантийных магм к поверхности и, следовательно, пространственно контролировали таксоны кимберлитового магматизма в ранге от «района до куста» кимберлитовых тел. Прогрессивность этого направления заключается в использовании для прогнозных построений относительно дешевого и доступного для любых участков планеты материала - космических снимков разного вида и разрешения. Это доказывается приведённым в работе обзором рынка космической информации и методов её обработки с использованием вычислительных систем и специального программного обеспечения.
Резервы повышения информативности дистанционных материалов сосредоточены в появлении новых видов съёмок и новых продуктов на базе их обработки (цифровой рельеф, рисунок речной сети). Совершенствуются и способы их анализа. В последнем случае крайне важным является интерактивный способ анализа первичных материалов специалистом, способным правильно подобрать и применить весь арсенал компьютерных трансформаций, а при необходимости его усовершенствовать.
Проведённые исследования позволили сделать следующие выводы:
1. Оцениваемый регион расположен на северо-западе Восточно-Европейской (Русской) равнины и стабилизация его кристаллического фундамента происходила неравномерно в течение архея и нижнего-среднего протерозоя, что привело к образованию геоблоков с различными характеристиками коры. С поздним протерозоем связано формирование авлакогенов, образующих единую палеорифтовую систему, частично наследующую более древние разломы. В фанерозое возникновение и активизация разломов сопровождалась образованием небольших впадин-грабенов с вулканогенно-осадочным и осадочным наполнением. Специфику рудоносности территории определяют особенности метаморфизма формаций архея и протерозоя, а также проявления протерозойского и палеозойского магматизма основного и ультраосновного состава, обусловленные несколькими этапами фанерозойской очаговой активизации.
2. Взгляды исследователей на генезис и структурный контроль алмазоносных таксонов в регионе различаются существенным образом, что связано, прежде всего, с качеством и видом используемых ими исходных материалов. В выполненной работе автор развивает взгляды на миграцию к поверхности мантийных магм, с которыми пространственно связано алмазное оруденение, с серией разноглубинных очагов активизации, оставляющих специфические следы в хрупкой земной коре. Визуализация этих следов, как показывает анализ литературы [116, 108,2,11, 13, 20, 29,37,47,54, 59, 74, 76, ,122, 79, 113, 32] наиболее эффективна по материалам дистанционного зондирования Земли с учётом данных геологических и геофизических съёмок.
3. Анализ состояния современного рынка дистанционной информации свидетельствует о его возросшем потенциале в связи с появлением и доступностью на любой участок планеты многозональных космических снимков низкого (MODIS), среднего (Landsat TM и ЕТМ+, SPOT ) и высокого (ASTER, ALOS, 1RS, Ikonos, Quickbird, Orbview ) разрешения, а также цифрового рельефа в форматах GTOP030 и srtm. Существенно возросли и возможности цифровой обработки этой информации, представленной в многочисленных специализированных пакетах (ERDAS Imagine, ArcView Image Analysis, ERMapper, Idrisi, ENVI, Adobe Photoshop и др.). Использование этого программного обеспечения открывает широкие возможности для разнообразных трансформаций, уменьшает затраты времени и сил за счет удобных интерфейсов и единого формата данных. В то же время, роль специалиста, способного грамотно выстраивать технологию обработки первичных данных и выделять на заключительных этапах только нужную для решения той или иной-задачи информацию, возрастает. В работе демонстрируются некоторые новые приёмы обработки дистанционной, информации и её анализа.
4. Анализ материалов дистанционного зондирования низкого разрешения по усовершенствованной технологии для северо-западного региона России и прилегающих территорий Финляндии (около 1 500 ООО кв. км) позволил установить элементы ландшафтов, которые в совокупности информируют о позиции 13 очаговых структур подкорово-го заложения (мантийных диапиров), линейных и дуговых зон вертикальной проницаемости земной коры континентального и регионального ранга. Детализация внутреннего строения этих очаговых структур проведена в пределах 12 участков, для чего были задействованы многочисленные приемы компьютерных трансформаций более детальных снимков, а также вспомогательные информационные материалы. Итоговые специализированные космост руктуриые карты для каждого участка позволили оценить характер и степень проявленности основных благоприятных факторов, признанных в качестве информативных при изучении эталонов.
5. По результатам региональных работ с помощью дистанционной прогнозно-поисковой модели «район кимберлитового магматизма» в регионе оконтурено одиннадцать аномалий разной величины и интенсивности, указывающие на участки возможной локализации таксонов в ранге «район кимберлитового магматизма». Интенсивность и размер аномалий предварительно информирует о возможном алмазоносном потенциале этих районов. Дополняют эту информацию существующие геологические, геофизические и минералогические данные. Для дальнейшего более детального дистанционного анализа предложены площади с очень высоким потенциалом (Зимнебережная), высоким (Кос-томукшская и Плесецкая), средним (Каави-Куопийская, Терского Берега, Ветреного пояса, Онежского залива) и низким (Центральнокольская, Восточнокольская, Ладожская, Онежская) алмазоносности.
6. На примере одной из предложенных перспективных площадей (Костомукш-ской) показаны результаты анализа дистанционных материалов среднего разрешения с целью выявления признаков, уточняющих позицию подкоровых и нижнекоровых структур активизации, а также позволяющих выявить элементы, информирующие о позиции среднекоровых структур активизации. Составлена специализированная космост-руктурная схема площади, на которой отражена пространственная позиция благоприятных структур. С использованием дистанционной прогнозно-поисковой модели «поле кимберлитового магматизма», оконтурено 11 аномалий, где возможна локализация таксонов в ранге «поле кимберлитового (лампроитового) магматизма». Оценена их возможная продуктивность.
Аналогичные работы могут быть проведены и на других предложенных к оценке площадях.
Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Громцев, Кирилл Владимирович, Москва
1. Андросов Е.А., Вержак В.В, Ларченко В.А., Минченко Г.В. "О структурном контроле размещения кимберлитовых тел (на примере Архангельской алмазоносной провинции)", сб. ст-й "Геология алмазов настоящее и будущее", Воронеж, гос. ун-т, 2005. С. 31-43
2. Арапов В.А. Кольцевые вулканоплутонические структуры Чаткало-Кураминского региона / Труды II Всес. вулканолог, совещ. М.: Наука, 1966, т. И, с. 204-212
3. Арзамасцев A.A. Эволюция палеозойского щелочного магматизма северо-восточной части Балтийского щита: Автореф. дис. . докт. геол.-мин. наук. Апатиты: Кольский НЦ РАН, 1998. 58 с.
4. Архангельская алмазоносная провинция (геология, петрография, геохимия и минералогия) под ред. академика O.A. Богатикова. М., Из-во МГУ. 2000. 522 с.
5. Аэрокосмические методы геологических исследований / Под ред. А. В. Перцова. СПб.: Изд-во СПб картфабрики ВСЕГЕИ, 2000
6. Баянова Т.Б. Возраст реперных геологических комплексов Кольского региона и длительность процессов магматизма. С. Петербург, Наука, 2004
7. Биезайс Я.Я., Караев H.A., Лебёдкин П.А. Региональная сейсморазведка МОВ-ОГТ при решении прогнозно-поисковых задач на алмазы -Сб. Геология алмаза настоящее и будущее - Воронеж, 2005. С.1111-1123
8. Божко H.A., Постников A.B., Щипанский A.A. Геодинамическая модель формирования фундамента Восточно Европейской платформы. Доклады Академии Наук, 2002, т.386, N5, с. 651 - 655
9. Боровко H.H. Статистический анализ пространственных геологических закономерностей // Л.: Недра, 1971
10. Брюханов В.Н., Глуховский М.З., Ставцев А.Л. Кольцевые структуры Земли / Природа, 1977, №10, с. 54-65
11. Бурдэ А.И. Картографический метод исследований при региональных геологических работах // М.: Недра, 1990
12. Буш В.А., Яхимович H.H., Терехов В.И. О возможном происхождении кольцевых структур закрытых районов / Исслед. Земли из космоса, 1983, №2, с. 5-13
13. Буш В.А. Проблема кольцевых структур Земли. / Итоги науки и техники. Общая геология, т.22. М., ВИНИТИ, 1986
14. Ваганов В.И. Алмазные месторождения России и мира (основы прогнозирования). М.: ЗАО Геоинформмарк, 2000, 371 с.
15. Ваганов В.П., Голубев Ю.К., Прусакова H.A. Стадийная технология ведения геологоразведочных работ на алмазы на Восточно-Европейской платформе Сб. Геология алмаза — настоящее и будущее - Воронеж, 2005. С.1124-1135
16. Варданянц Л.А. Геологическая карта кристаллического фундамента Русской платформы масштаба 1:2 500 000. М. Недра, 1964
17. Володичев О.И. Беломорский пояс Карелии (геология и петрология) основные события геологической истории JL, 1990., 251 с.
18. Волчанская И.К., Кочнева Н.Т., Сапожников E.H. Морфоструктурный анализ при геологических и металлогенических исследованиях / М.: Наука, 1975, 149 с.
19. Гавриленко Б.В. Минерагения благородных металлов и алмазов северо-восточной части Балтийского шита диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук, М., 2003.
20. Гавриленко Б.В., Митрофанов Ф.П., Зозуля Д.Р., Чикирёв И.В., Сорохтин Н.О., Калачев В.Ю., Басалаева В.И. Перспективы россыпной алмазоносности Кольского региона. Вестник МГТУ, том 3, №2, 2000 г. стр.235-244
21. Гавриленко Б.В., Никитин И.В., Зозуля Д.Р., Кудряшов Н.М , Петровский М.Н. , Корсакова О.П., Галкин H.H. Геологи я, тектоника, возраст и металлогения архейской шовной зоны Колмозеро-Воронья, Кольский регион. Вестник МГТУ, том 5, №1,2002 г. стр.43-60
22. Геологическая карта Кольского региона, масштаб 1:500000. Под реакцией Ф.П. Митрофанова. Апатиты, 2001
23. Геология и петрология Свекофеннид Приладожья. Изд-во С.-Петербург. Ун-та. 2000. 50с.
24. Глебовицкий В. А , Миллер Ю. В., Другова Г. М. и др. Структура и метаморфизм Беломорско-Лапландской коллизионной зоны . Геотектоника. 1996. № 1. С. 63-75.
25. Глубинное строение и эволюция земной коры восточной части Фенноскандинавского щита: профиль Кемь-Калевала. Петрозаводск 2001.193 с.
26. Глуховский М.З., Кац Я.Г., Моралев В.М. О нуклеарах континентов мира / Изв. вузов. Геол. и разведка, 1983, №8, с. 14-19
27. Голубев Ю.К., Ваганов В.И , Прусакова H.A. Принципы прогнозирования алмазоперспективных площадей на Восточно-Европейской платформе. //Руды и металлы. 2005 №1. С 55-70.
28. Громцев К.В. Оценка перспектив алмазоносности Куусамо-Костомукшской площади по данным дистанционного зондирования Руды и металлы (перечень ВАК), 2010, № 6. С. 37-40
29. Добрынина М.И. Особенности размещения палеозойского магматизма северной части Русской плиты с позиции континентального рифтогенеза. //Геология и полезные ископаемые севера Европейской части СССР. Архангельск. 1991. С. 5-22.36.
-
Громцев, Кирилл Владимирович
-
кандидата геолого-минералогических наук
-
Москва, 2010
-
ВАК 25.00.11
- Активизационные радиально-кольцевые структуры Ладожско-Онежской площади и ее перспективы на золотое, медно-никелевое оруденение и алмазы
- Геолого-геофизическая прогнозно-поисковая модель Зимнебережного кимберлитового поля
- Выявление информативных признаков распространения кимберлитовых тел Восточной Сибири и сейсмогенных структур Горного Алтая на основе обработки дистанционных данных в авторской программе "Lineament"
- Типизация и особенности состава кимозерских алмазоносных кимберлитов Онежского прогиба Карелии
- Геохимические поисковые признаки золоторудной минерализации восточной части Балтийского щита
