Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Рудоносность Калужской железорудной области в свете магнитных исследований. Основные типы физико-геологических моделей области

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Рудоносность Калужской железорудной области в свете магнитных исследований. Основные типы физико-геологических моделей области"

На правах рукописи

ИВАНОВ Андрей Александрович

РУДОНОСНОСТЬ КАЛУЖСКОЙ ЖЕЛЕЗОРУДНОЙ ОБЛАСТИ В СВЕТЕ МАГНИТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОБЛАСТИ

Специальность 25.00.10 - геофизика, геофизические методы

поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

МОСКВА 2005

Работа выполнена в Российском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе.

Научный руководитель: академик РАЕН

доктор геолого-минералогических наук, профессор, Бродовон Владимир Васильевич

Официальные оппоненты доктор геолого-минералогических наук, профессор,

Демура Геннадий Владимирович

Ведущая организация. Московский государственный университет им. Ломоносова, кафедра геофизических методов исследований земной коры

Защита состоится «15» декабря 2005 г. в 15°" часов ауд 5-48 на заседании диссертационного совета Д 212.121.04 при Российском государственном геологоразведочном университете. Адрес: 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного геологоразведочного университета.

кандидат геолого-минералогических наук, Абрамов Владимир Юрьевич

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук, доцент

г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Курская магнитная аномалия (КМА) отнесена к уникальным месторождениям железных руд (к уникальным относят месторождения железа с запасами более 2 млрд. тонн при среднем содержании 40 %). Площадь бассейна КМА достигает 120 тыс. км2. В его состав входят четыре железорудных района: Белгородский, Ново-Оскольский, Старо-Оскольский и Курско-Орловский (Григорьев В.М., 1996 г.). Бассейн вытянут в северо-западном направлении на расстояние около 250 км (от г. Белгорода до г. Орла). Самым северным железорудным районом является Курско-Орловский, поэтому принято замыкать бассейн примерно на широте г. Орла.

Исследуемый Калужский район, магнитные аномалии которого были подвергнуты изучению силами Московского государственного геологоразведочного университета в 1999-2002 году (Бродовой В.В., Новиков П.В., Иванов A.A. и др.) в тесном сотрудничестве с преподавателями МГУ, является северным флангом КМА, и таким образом продолжает ее железорудный бассейн на северо-северо-запад на расстояние более чем на 100 км. Это указывает на возможность существенного наращивания ресурсов железных руд в пределах КМА не менее чем в 1,5 раза.

Перспективы бассейна КМА на железо в старых его контурах оцениваются (прогнозные и разведанные запасы) в 850 млрд. т. до глубины 750 м., богатых железных руд до глубины 1200 м - 80 млрд. т. Это при средних содержаниях железа в магнетитовых кварцитах 32-36 %, в богатых мартитовых и железное людково-мартитовых рудах 64-69 % при низких содержаниях вредных примесей (серы и фосфора - несколько сотых долей процента). Исходя из потенциальных ресурсов нового Калужского железорудного района эти запасы можно существенно увеличить Однако нужно учесть, что благодаря значительной закрытости района (мощность платформенного чехла более 500 м), при разведке месторождений района потребуется применение преимущественно подземного способа отработки. Опыт подобной отработки имеется в КМА на Коробковском руднике. По мере отработки месторождений на малых глубинах в обозримом будущем станет вопрос о расширении подобного опыта и вовлечении в разведку рудных залежей на глубинах до 750-1000 м.

Цель работы

Целью работы является наращивание перспектив КМА на север, уточнение геолого-структурной позиции нового рудного района и прогноз размещения железорудных объектов района, создание иерархического ряда прогнозных физико-геологических моделей железорудной области, железорудного района, железорудного узла, месторождения, определение основных поисковых признаков и критериев, создание комплекса геофизических работ рекогносцировочно-поисковой стадии.

Достижение этой цели потребовало решения следующих основных задач: - выявление физико-геологических признаков, определяющих позицию

рудной области в глубинно1«

тр™"""* севера Воронежского

кристаллического массива и перех jJHWfi WrtU1 ft Московской синеклизе;

БИБЛИОТЕКА I

- выделение физико-геологических признаков, характеризующих непосредственно глубинную структуру области, позволяющих распознать ее среди других структур;

- выделение физико-геологических признаков. хараюеризующих особенности строения области, позволяющих локализовать в ее пределах, другие составные элементы иерархического ряда с позиции системного подхода;

- определение места в комплексе поисковых геофизических работ рекогносцировочно-поисковой подстадии, уточнение ее состава и порядка проведения работ.

Фактические материалы

При выполнении диссертационной работы в основу были положены результаты магнитных исследований по региональным маршрутам (1999-2002 г.г), выполненным силами преподавателей и студентов МГГРУ с участием автора. Неоценимую помощь и участие в орг анизации этих работ оказали преподаватели МГУ

Вспомогательными данными являлись материалы геологических работ масштаба 1:200 ООО, гравитационных и магнитных съемок масштаба 1:200 ООО, часть аэромагнитной съемки масштаба 1:50 ООО, результаты маршрутных магнитных работ, проведенных силами МГГРУ с МГУ, электроразведочных работ МТЗ, проведенных МГУ, материалы изучения физических свойств горных пород, опубликованные работы и т.п., материалы интерпретации и решения прямых задач грави- магниторазведки.

Защищаемые положения

1. Исследование и анализ геомагнитного поля к северу от КМА, выделение высокоинтенсивных магнитных аномалий, определенных размеров, морфологии структуры, позволяет выделить новую железорудную область - Калужскую, и выделить в ее пределах три рудных района. Юго-западный Калужский, СевероКалужский (наиболее перспективный на железное оруденение) и Северо-восточный Калужский, продолжающие КМА на север более чем на 100 км и тяготеющие к зоне сочленения Воронежского кристаллического массива и Московской синеклизы 2 Северо-Калужский рудный район включает железорудные узлы трех типов -грабен-синклинальный (Барятинско-Сухиничский), ограниченный линейными зонами тектонического характера; троговый (Дятьково-Жиздринско-Людиновский), приуроченный к линеаментам северо-восточного простирания, синклинально-горловиннный (Ульяновский), являющийся перемычкой (горловиной) соединяющий район с северной оконечностью КМА.

3. Железорудные узлы включают серию высокоинтенсивных аномалий, отождествляемых с прогнозируемыми рудными полями и месторождениями:

- Световским, Барятинским, Мосальским, Заугорским и др. - Барятино-Сухиничский узел.

- Дятьковским, Людиновским - Дятьково-Жиздринско-Людиновский узел

- Южно-Сухиничским и Ульяновским - Ульяновский узел.

К их основным характеристикам относятся интенсивность от 10 тыс. до 20-30 тыс нТл, сложная морфология, "двугорбость" - как признак повышенной перспективности за счет присутствия, наряд}' с магнетитовыми кварцитами, богатых окисленных руд мартитового состава, а также присутствие гравитационных аномалий интенсивностью до 6-8 мГл

4. Совершенствование методики геофизических поисков района намечено следующим путем:

1) включения в стадию поисковых работ наземных рекогносцировочно-поисковых магниторазведочныч работ для установления рудной природы магнитых аномалий выявленных аэросъемкой, их предварительной оценки, изучения геологических условий их размещения;

2) комплексирования магнитной съемки с наземными маршрутными гравиметрическими для подтверждения рудной природы аномалий и электрическим зондированием ЗСБ и 43 для уточнения структурных условий района, с бурением проверочных поисковых скважин с комплексом каротажа (ПС, КС, МСК, ГК, АК) и сквгжинной геофизики (ТСМ, РВП и МЭК) для изучения разреза скважин и околоскважинного пространства.

Новизна работы

По результатам работ Ml ГРУ под руководством Бродового В.В., Иванова A.A.) и участием сотрудников МГУ и МГГРУ, а также студентов МГГРУ, выявлена новая железорудная область - Калужская, являющаяся северным флангом (фрагментом) Курской магнитной аномалии, в составе трех рудных районов: Юго-западного Калужского, Северо-Ка тужского и Северо-восточного Калужского. Рудная область КМА этими работами прослежена на север от ее северного фланга на расстояние около 100 км. Определены типы железорудных узлов: грабен-синклинальный, троговый и синклиналъно-горловинный.

Для Калужской рудоносной области разработан иерархический ряд физико-геологических моделей рудных объектов различного класса Определены основные поисковые признаки и критерии. Предложены комплекс и методика геофизических работ, основные элементы интерпретации материалов для данного района

Теоретическая и практическая ценность работы

1. В разряд рудоперспективных отнесена территория севернее границ КМА. Таким образом существенно увеличен железорудный бассейн КМА.

2. Уточнена методологическая схема стадии поисковых работ, включающих аэромагнитные съемки масштаба 125 *)00, наземные рекогносцировочно-поисковые работы, наземные детализационны г работы методами магниторазведки и гравиразведки. Возможно включение в комплекс электроразведочных работ: ВЭЗ, ЗСБ - для изучения малых глубин. 43, МТЗ - для изучения кристаллического основания. Этот комплекс предшествч ет детальным поискам месторождений.

3. По итогам работ получены новые результаты, уточняющие основные черты геолого-геофизического строения иссгедуемого района, намечена переходная зона от структур Воронежского массива к Московской синеклизе, установлено

ступенеобразное погружение кристаллического основания массива в направлении синсклизы. Выявлены рудоносные грабен-синклинали, троги и "горловина"

4. Составлены физико-геологические модели основных железорудных объектов района по выделенным типам объектов - грабен-синклинального, трогоподобного, синклинально-горловинного и классам объектов - район, рудный узел, рудное поле, месторождение.

5. Определены основные поисковые признаки рудоносности объектов: высокая интенсивность аномалий (от 10 ООО до 30 ООО нТл), сложная морфология аномалий над магнетит-мартитовыми рудами, двугорбость рудоносных аномалий, сопряжение высокоинтенсивных магнитных аномалий с положительными гравитационными аномалиями (4-8 мГл), приуроченность аномалий к трещинно-тектоническим структурам.

6 Разработан комплекс рекогносцировочно-поисковых работ для Калужского железорудного района, включающий высокоточную маршрутную магниторазведку с шагом 40-50 м, маршрутную гравиразведку с шагом 100 м и электрозондирование 43 и ЗСБ с шагом 200 м.

Апробация работы

Основные положения диссертации представлялись на научных конференциях «Новые идеи в науках о Земле», «Молодые наукам о Земле», проходившие в МГГРУ, на международном семинаре им. Успенского в Перми, на Международной конференции молодых ученых и специалистов «ГЕОФИЗИКА-2005» в Санкт-Петербурге.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в которых раскрываются основные теоретические положения, практические рекомендации и результаты проведенных исследований. Также результаты работ опубликованы в отчетах по проекту «Интеграция» при поддержке Мин Образования России

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5-ми глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 100 страниц, 30 рисунков, Список литературы включает 45 позиций.

Введение

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, приводятся защищаемые положения, представлены основные научные результаты, отмечена практическая значимость работы.

Глава 1. Геолого-геофизическая характеристика района исследований

В первой главе рассматривается история изучения территории располагающейся к северу от КМА. Приводятся результаты по геолого-геофизической изученности. Рассматриваются петрофизические свойства пород слагающих

изучаемую территорию Описывается поведение региональных геофизических полей. По результатам геофизических исследований выделяется Калужская железорудная область.

Еще в 30-е годы здесь были выделены высокоинтенсивные магнитные аномалии, включая Барятинскую. Уже в те годы было высказано предположение, что, высокоинтенсивные аномалии являются продолжением Курских магнитных аномалий, и их источником являются круто падающие докембрийские железистые кварциты Позже это предположение было подтверждено Барятинской скважиной, которая вскрыла кварциты на глубине около 750 метров.

В 1959 г. Вся территория была охвачена аэромагнитной съемкой масштаба 1:200 ООО, в этот же год была выполнена геологическая съемка масштаба 1:200 ООО. В 1957 и 1963 гг. Курской геофизической экспедицией были проведены гравиразведочные работы.

На рассматриваемой территории силами МГГРУ под руководством В В. Бродового В.В., Иванова A.A. и др. в содружестве с сотрудниками МГУ с участием студентов во время учебных практик в период 1998-2002 г г. были проведены маршрутные магнитные исследования в объеме 758 пог. км Этими работами была выявлена Калужская железорудная область, магнитные аномалии которой были подвергнуты изучению. Она примыкает на юге к Орловско-Курскому железорудному бассейну КМА. На севере область стыкуется с южным обрамлением Московской синеклизы.

Фундамент области плавно погружается в северном и северо-восточном направлениях, что соответствует медленному погружению кристаллического фундамента в этом направлении под отложения Московской синеклизы Мощность осадочного чехла в этом направлении изменяется от 500 до 1000 м.

Существует несколько источников петрофизических свойств пород, но конкретных по изучаемой территории нет Данные о физических свойствах пород взяты по соседним территориям (Брянская, Курская область) *

Наиболее контрастны по физическим свойствам железистые кварциты и окисленные железные руды, образовавшиеся по железистым кварцитам Так, ае у железистых кварцитов в среднем составляет порядка 2 ед. СИ, что указывает на их магнетитовый состав. Высокие у них и значения плотности, порядка 3,3-3,4 г/см3. Заметно снижаются магнитные свойства у окисленных руд - а; порядка п*10'2 ед. СИ. По плотности мартитовые руды могут превышать железистые кварциты (3,4-3,5 против 3,3 г/см3). Дифференциация образований по скоростным параметрам - Vp у пород фундамента 5500 м/с, железистых кварцитов 4500-5000 м/с, окисленных руд - 3200 м/с, Удельное электрическое сопротивление железистых кварцитов изменяется в широком диапазоне от 100 до п*1000 Ом*м, у богатых руд его значения 10-100 Ом*м. Вмещающие породы (сланцы и гнейсо-мигматиговый комплекс) имеют сопротивление от 1000 до 10 000 Ом*м Из всего изложенного можно заключить, что магнетитовые кварциты наиболее контрастны по своим магнитным и нлотностным свойствам и высокая интенсивность гравимагнитных полей является устойчивым поисковым признаком.

В пределах исследуемой территории характер регионального магнитного поля очень различен. От спокойного, на севере и востоке, крупных локальных

положительных аномалий на западе, до высокоинтенсивных аномалий в центральной и южной частях. Отчетливо заметна региональная высокоишенсивная (п*10 тыс. нТл) кольцевая магнитная аномалия сложной морфологии, в пределах которой выделяются крупные интенсивные локальные аномалии сложного строения., имеющая разрыв на северо-западе, занимающая по площади около 6400 км2, связанная с магнетитовыми кварцитами и развитыми по ним мартитами. Севернее этой аномалии изменение характера регионального магнитного поля, в направлении к Вязьме, примерно севернее линии Угра - Калуга, говорит о смене состава кристаллического фундамента и ее структурных условий Этому соответсвуют пониженные значения магнитного поля, образующие, предположительно, "пролив", разделяющий Московскую синеклизу от Воронежского массива Южнее к кольцевой аномалии подходят высокоинтенсивные полосовые аномалии КМА, меридионального простирания. В западной части исследуемой территории наблюдается более спокойное магнитное поле, чем в центральной части. В региональном поле нашли свое отражение зоны тектонических нарушений в виде цепочек локальных аномалий, как меридионального, так и северо-восточного простираний, интенсивностью от первых тысяч нТл до первых десятков тысяч нТл. Источниками являются как интрузии, так и железорудные объекты Восточная часть территории характеризуется спокойным полем, с крупными в плане, но небольшими по интенсивности аномалиями (до 100— 500 нТл). Судя по интенсивности аномалий, они отвечают малым интрузиям основного и кислого состава, размещенным в пределах разломов.

Глава 2. Геотектоническое районирование Калужской железорудной области

Во второй главе приведены результаты по геотектоническому районированию. Приводятся структурные особенности и элементы строения выделяемых районов, их физико-геологические модели, дается прогноз о металлогении.

Геотектоническое районирование по геофизическим данным основывается на классификации участков земной коры по признакам их строения и истории структурного развития, особенностях глубинного строения земной коры, на определенных характеристиках геофизических полей (региональных и локальных)

В пределах области выделены три рудных райбна - Юго-западный Калужский (I), Северо-Калужский (И) (Барятино-Сухиничский) и Северо-восточный Калужский (III) В основу районирования были положено поведение региональных магнитного и гравитационных полей и их отдельных элементов, линейные области потери регулярных сейсмических волн, отвечающие протяженным зонам повышенной проницаемости земной коры, активного проявления зон разломов, тектонических нарушений (рис. 1). Северные окраины всех трех районов стыкуются с южным флангом Московской синеклизы.

Границами рудных районов являются преимущественно зоны разломов близмеридионального и северо-восточного простираний. К ним нередко приурочены пояса проявления интрузий и даек разного состава, что является характерной особенностью структур подобного типа.

Юго-западный Калужский район вытянут в меридиональном направлении,

Рис. 1. Схема геотектонического районирования Калужской железорудной области: 1 - границы рудных районов; 2 - грабен-синклиналь; 3- поднятия фундамента; 4 - трогообразные структуры; 5 - разрывные нарушения; 6 - габбро-ультрабазитовые породы; 7 - гранитоиды; 8 - железистые кварциты; 9 -железистые кварциты КМА. ,

примерно от г. Ельня на севере до г. Унеча на юге. Наиболее крупная аномалия, свыше 32 тыс. нТл, связанная с магнетитовыми кварцитами, отмечена вблизи пос. Терехово. Менее интенсивные аномалии (интенсивностью до 1,5-3 тыс. нТл) обусловлены, скорее всего, малыми интрузиями или штоками габброидного и гранодиоритового состава. В центральной части выделяется рудоносная зона, наиболее перспективная в Юго-западном районе на железное оруденение промышленного типа Судя по морфологии рудных аномалий и их приуроченности к региональным разломам рудные узлы зоны трогоподобного типа.

Северо-Калужский рудоносный район можно считать основным промышленноценным на железные руды. Простирается этот район в близком к меридиональному направлению на 200 км, на юге от г. Орла и на севере до широты г. Калуга - пос. Ельня Его положение позволяет уверенно говорить, что район является северным флангом железорудного бассейна КМА Основной структурой является рудоносный грабен-синклинорий. В его пределах сосредоточены основные рудные поля района - Световское, Барятинское, Заугорское, Мосальское, Серпейское, Сухиничское, Волое, Асмолово и др. Грабен-синклиналь вызывает аномальное поле, имеющее кольцеобразную форму, вытянутую с юго-востока (от г Сухиничи) на северо-запад в сторону пос. Световка К югу от описанного грабен-синклинального рудного узла в магнитном поле наблюдается, своего рода переходная зона между этим узлом и северным замыканием тектонического блока КМА. Максимальная ширина ее 20-30 км, протяженность более 80 км, что дало основание назвать ее "горловиной". В северной ее части зафиксирована магнитная аномалия, интенсивностью до 15 тыс. нТл и протяженностью около 25 км, которая как бы запирает горловину со стороны Сухиничской рудоносной структуры. Строгая вытянутость аномалии в северо-западном направлении и высокая интенсивность поля позволяют предположить здесь узкую синклинальную структуру на выходе из грабен-синклинали. Борта структуры включают рудные полосы кварцитов магнетитового состава.

Восточно-Калужский район расположен северо-восточнее КМА. Северная его граница проходит севернее г. Калуга и г. Тула и как бы обрамляет с юга структуры основания Московской синеклизы. От границы основания отходит сеть разломов северо-восточного направления, контролирующих цепочки положительных магнитных аномалий небольшой интенсивности (до 100^500 нТл). Судя по интенсивности аномалий, они отвечают малым интрузиям гранитоидного состава, размещенным в пределах разлома. Их можно оценивать, как потенциально перспективные на редкометальное оруденение.

Между г. Калугой и г. Тулой, как бы обрамляя основание Московской синеклизы, проходит полоса отрицательного магнитного поля. Ширина полосы 3040 км. Отвечает она зоне прогиба, выполненного мощными осадочными толщами. В гравитационном поле прогибу отвечает полосовое отрицательное поле, что подтверждает такую трактовку природы магнитного поля. Западнее описанной области в контуре г. Белев - г. Плавск - г. Мценск наблюдается спокойное магнитное поле пониженной интенсивности, отвечающее массиву докембрийских пород центральной части воронежского массива. Только в западном борту можно видеть проявление интрузий габброидного состава, тяготеющих к зоне горловины.

Некоторые из них, судя по интенсивности поля, могут оказаться связанными с рудными проявлениями (редких металлов, никеля).

Существенное различие в строении указанных районов и разный характер магнитного поля в их пределах говорит, скорее всего, об их разной металлогенической специализации, первых двух - железорудной, третьего возможно никеленосной и редкометальной.

Глава 3. Иерархический ряд физико-геологических моделей.

Поисковые критерии и признаки

В третьей главе рассматриваются составленные физико-геологические модели железорудных объектов области, их иерархический ряд. Также приводятся поисковые критерии и признаки.

Для каждой рудной провинции с учетом ее металлогенической специализации и особенностей геологического строения составляется ряд моделей рудных объектов различного класса. В данном случае в качестве рудной провинции мы рассматриваем Воронежский кристаллический массив (ВКМ). В ее пределах можно выделить интересующие нас рудоносную область КМА в центральной части и Калужскую рудоносную область на севере провинции, примыкающую к Московской синеклизе.

В пределах бассейна распространены два типа промышленных руд: раннепротерозойские осадочно-метаморфизованные железистые кварциты и богатые железные руды кор выветривания и зоны окисления железистых кварцитов. Это относится как к бассейну КМА, так и Калужской железорудной области.

Прогнозная модель земной коры Калужской железорудной области (КЖО) выглядит следующим образом (рис. 2). В наиболее погруженной северной части Воронежского массива, относящейся к переходной зоне ВКМ - Московская синеклиза и распространяющейся в пределах Калужской рудоносной области, мощность чехла достигает 500-1000 м. Подстилающие чехол верхнеархейские и нижнепротерозойские образования, соответствующих фаз тектоно-магматической активизации, слагают синклинорные и антиклинорные структуры, ограниченные тектоническими нарушениями Синклинорные структуры окаймляют срединные массивы и купола.

В строении земной коры Калужской рудоносной области участвуют три основных слоя - гранитно-гнейсовый, диоритовый и метабазитовый. Земная кора имеет слоисто-блоковый характер.

Из анализа геосейсмического разреза можно установить следующие закономерности. От зоны к зоне по профилю г. Белогорск - г. Белополье - г. Мценск меняется характер распределения скоростей упругих волн. В центральной зоне можно видеть распространение повышенных скоростей верхних слоев разреза, от поверхности фундамента до глубины в 10 км. Вырисовывается своего рода выступ фундамента, сложенный более плотными породами. Пространственно он тяготеет к Белгородско-Михайловскому синклинорию, выполненному образованиями железисто-кварцевой формации.

Из рассмотрения прогнозной ФГМ земной коры Калужской области можно видеть, что центральная зона этой территории характеризуется определенными осо-

бенностями Наблюдается практически полное отсутствие четко прослеживаемых границ, имеющих место в ее западной и восточной частях, что говорит о специфических структурно-геологических особенностях зоны.

СИЗ1 ЕИ2 ЕЮ3 ЕЕ34 ЕЕЗ5 ЕЕЗ6 И7 ЕЗЗ8

Рис. 2 Прогнозная ФГМ земной коры Калужской железорудной области / - габброиды, 2 - диориты, 3 - гранитоиды, 4 - поверхность диоритового слоя (уверенная, предполагаемая), 5 - поверхность базальтового слоя (уверенная, предполагаемая), 7 - переходный слой земля-мантия, 8 -ослабленная зона земной коры, 9 - глубинные разломы.

Здесь можно предположить зону повышенной проницаемости земной коры шириной 25-30 км, которая инъецирована множеством интрузивных тел малых и больших размеров, нарушена тектоническими разрывами, по которым циркулировали гидротермальные растворы, и вследствие этого геологические образования оказались сильно метаморфизованы Возможно, с этими процессами связано образование мощных толщ железо-кварцевой формации.

Прогнозная ФГМ Калужского железорудного района (КЖР). Основные структуры района представлены синклинориями верхнеархейского и нижнепротерозойского этапа развития и окаймляющими ими срединными массивами и куполами. Особенностью синклинорных мегаблоков КМА является широкое развитие продуктов диабазово-спнлитовой формации Михайловской серии (АЯ;тИ) с преобладанием вулканитов основного состава. К этим же структурам приурочены нижнепротерозойские железистые кварциты (коробковская свита), железисто-кремнисто-сланцевой формации По данным выполненных в районе магнитных исследований МГГРУ наиболее распространены здесь два типа структур

- грабен-синклинали и узкие трогоподобные структуры. Первый тип представлен Сухиничи-Барятинской грабен-синклиналью, являющейся основной структурой района, второй тип - двумя линейными структурами северо-восточного простирания

- южная в районе поселков Людиново-Дятьково-Жиздра, вторая севернее ее между г. Киров и пос. Людиново. Железорудные формации, участвующие в составе структур, определяют интенсивные полосовые магнитные аномалии этих зон или крупные изолированные друг от друга высокоинтенсивные магнитные аномалии. Грабен-синклиналь окаймлена поясами габброидов, отмеченными полосовыми магнитными аномалиями более низкой интенсивности (500-2000 нТл).

Прогнозная ФГМ Калужского железорудного района показана на рис. 3. Отнесение ее к категории прогнозных связано с тем, что в районе при наличии множества пробуренных скважин отсутствуют скважины глубиной 1300 м и более.

Особенностью грабен-синклинальных структур являются ограниченность их контуров линейными зонами тектонического характера, относительно крутым падением их крыльев, проявлением сбросов-взбросов. Ядро структур сложено нижнепротерозойскими образованиями, являющихся в граничных частях с археем рудоносными Распространение протерозойского комплекса в районе таких структур прогнозируется на глубину 5-6 километров. ,

Срединные массивы (антиклинали) сложены архейскими метаморфическими комплексами и окаймлены отрицательными структурами синклинального типа. Нижнеархейские образования развиты преимущественно в ядрах антиклиналей. Их залегание осложнено глубинными разломами, уходящими в толщу диоритового и базальтового слоев земной коры. Этим объясняется активное проявление в пределах района габбро-диорито-гранодиоритового и плагиогранитного магматизма.

Трогоподобные авлакогены - структуры линейного характера - рудоносные структуры 2-го типа, имеющие северо-восточное простирание, прослеживаемые на расстоянии в многие десятки и в первые сотни км. Они тяготеют к глубинным разломам, образующим узкие каналы (шириной в 2-4 км) в верхней части земной коры, в которых нашли развитие преимущественно магматические образования или железисто-кварцевые формации. Поэтому первым из них характерно проявление магнитных аномалий относительно невысокой интенсивности (2000-3000 нТл), вторым - высокоинтенсивные аномалии (10 000-12 000 нТл и более). На северо-востоке эти линейные структуры упираются в рудоносную грабен-синклиналь, в ее жесткое основание, сложенное нижнеархейскими образованиями Локальные магнитные аномалии, отмеченные в пределах трогов, указывают на интервальные проявления в одних случаях интрузий основного состава, в других рудоносных

формаций. Рудные полосы в пределах гаких структур имеют лентопротяженный вид, круто погружаясь на глубину (до 6 км).

ЕЯ» ЕЕ3 ЕИ5 ЕЭ® ШУ ЕЗ9

Ш9

Рис. 2. Прогнозная ФГМ железорудного района: Б - Грабен-синклиналь, Г -трогоподобная структура, А, В, Д, срединные массивы. 1. Аргиллиты, песчаники венда (У).2. Нижнепротерозойские образования (РЯ): сланцево-песчаниковая, железисто-кремнистая, карбонатно-терригенная и др.формации. З.Верхнеархейские образования (АЙгнейсы, кристаллические сланцы. 4. Нижнеархейскиеские образования (АЯ/): серые гнейсы, 5 - габброиды, 6 -гранитоиды, 7 - тектонические нарушения; 8 - платформенный чехол; 9 -железистые кварциты.

Прогнозная ФГМ железорудного узла грабен-синклинального типа

Калужского рудного района показана на рис. 4. Грабен-синклиналь контролирует размещение рудных полей и месторождений Северо-Калужского железорудного узла, являющегося самым северным флангом КМА. Прообразом этой модели послужила кольцевая рудоносная грабен-синклинальная структура, заключенная между пос. Барятино - пос. Мосальск - пос. Сухиничи.

Западный борт структуры имеет близмередианальное простирание и сопрягается с северо-восточным практически под прямым углом. На юге структуры

борт ограничен системой субширогных нарушений, определивших положение южного борта структуры и юго-западного ее замка в районе г. Киров. Этот замок структуры в тектоническом отношении наиболее сложный, благодаря чему в его пределах стыкуются рудоносные полосы близмеридионального и субширотного простираний. Главными рудными фрагментами западного борта рудоносной структуры являются Барятинские аномалии.

Барятинская аномалия известна давно, но имелись нечеткие представления о ее структурном положении, строении и рудоносности. В результате исследований последних лет выяснилось, что состоит она из двух крупных эпицентров - Северо-Барятинской аномалии (22 тыс. нТл) и Южно-Барятинской (25 тыс. н'Гл). К этому же борту структуры несколько восточнее Барятинских рудных полей тяготеет рудная зона тоже близмередионального направления, в которую входят рудные поля Асмоловское (на севере), Волое и Гавриловка (на юге).

Ш. ЕИЬ ¡ЖЬ Ш*

1* % I7 1 I//1'

Рис. 3. Прогнозная ФГМ железорудного узла (грабен-синкли-нального типа)-I. - платформенный чехол (песчано-глинистые отложения, мергели, известняки). 2. - габброиды. 3. - железистые кварциты. 4. - окисленные руды. 5. - рифейские песчаники и аргиллиты. 6 - протерозойские плагиогнейсы и метаморфические сланцы. 7,8 - архейские гнейсы и кристаллические сланцы. 9 - тектонические нарушения.

Наиболее крупным рудным полем южного борта является Западно-Сухиничское. Интенсивность магнитной аномалии сложной морфологии в его пределах достигает 20-25 тыс. нТл. Общее простирание аномальной зоны близкое к широтному, согласуется с положением южного борта структуры. Сложность морфологии магнитного поля связана и с наличием в ее пределах нарушений близмери-дионального простирания. Рудоносная структура со стороны южного борта окаймляется поясом габброидов, отмечаемым слабо повышенным магнитным полем (1-2 тыс. нТл). В районе юго-западного замка структуры пояс переходит (за пределами структуры) в четко выраженный авлакоген (трогоподобную структуру) линейного характера северо-восточного простирания. Здесь отмечены локальные магнитные аномалии в 3-4 тыс. нТл, соответствующие массивам габброидов в пределах трога.

Прогнозная ФГМ железорудного узла трогового типа. Объекты трогоподобного типа широко представлены в пределах юго-западного района Калужской железорудной области, образуя Юго-западный железорудный узел. И если Северо-Калужский рудный узел рассматривать как северный фланг КМА, то Юго-западный Калужский узел составляет ее северо-западный фланг. Площадь узла отделяется от основного блока КМА вытянутой аномальной зоной пониженного магнитного поля и границей положительного гравитационного поля полосового характера, отвечающей системе глубинных разломов. В пределах юго-западного узла в магнитном поле отмечены три трогоподные структуры. Их прогнозная модель представлена на рис. 4.

га- ЕЭ* ЕИЗ' СИЗ5 И* ЕЭ»

Рис. 4. Прогнозная модель железорудного узла объектов трогоподобного типа. / - раннепротерозойские образования; 2 - позднеархейские; 3 - ранеархейские;

4 - гранитоиды; 5 - габброиды; б - железистые кварциты слабо оруденелые; 7 -магнетитовые кварциты, железные руды, 8 - границы трогов; 9 - тектонические нарушения; 10- платформенный чехол

На модели приведены две структуры рудоносные (А, В), одна структура -безрудная (Б), и объект - интенсивного проявления магматизма (Г). Рудные объекты (А и В) - трогоподные структуры ограниченных размеров по ширине (1520 км) и имеющие значительную протяженность - от 50-70 км до 100-150 км. Строение структур определено глубинными разломами. Нередко можно наблюдать сопряжение разломов близкого простирания и значительной протяженности. В местах их пересечения, в тектонических узлах, наблюдаются наиболее крупные и интенсивные магнитные аномалии (13-15 тыс. нТл) и следовательно как более перспективные на оруденение.

Раннепротерозойские образования слагают преимущественно трогоподобные структуры, севернее они встречены в пределах древних синклинальных и грабен-синклинальных структур, рассмотренных выше. Интрузивные комплексы имеют развитие в виде малых интрузий в пределах трогов или тяготеют к крупным интрузивным поясам в периферийной части площади, граничащей с основными структурами КМА. Состав интрузивных образований преимущественно габброидный. Основной пояс габброидов имеет северо-восточное простирание и прослеживается между г. г Козельск - Брянск - Карачев - Дружба. Пояс включает ряд крупных массивов, отмеченных гравитационной съемкой положительными аномалиями до 15-30 мГл. Фрагмент этого пояса виден на прогнозной модели как объект Г.

Отдельные троги (А, В) являющиеся рудоносными, включают крутопадающие слабо оруденелые железистые кварциты и железные руды - магнетитовые кварциты. Распространение руд на глубину прогнозируется до 6-8 км. Ряд трогов райрна (типа Б) безрудные или слабоминерализованные. В их пределах зафиксирована линейная зона с цепочкой локальных магнитных аномалий интенсивностью до 2-3 тыс нТл. Судя по интенсивности аномалий они отвечают габброидным и гранитоидным телам.

К числу основных геофизических признаков железного оруденения в области можно сгнести:

- высокую интенсивность магнитных аномалий, от нескольких до десятков тысяч нТл; наиболее высокая интенсивность характеризует магнетитовые кварциты и магнетитовые сланцы: в случае присутствия окисленных руд, представленных мартитом и гематитом, интенсивность поля заметно падает;

- "двугорбость" перспективных аномалий, вызванная наличием в пределах аномалии нарушенных зон и развитых по ним окисленных руд, более богатых на железо;

- положительные аномалии гравитационного поля, до первого десятка мГл,

- рудные зоны основных рудоносных узлов придают крыльям региональных структур как бы волнистый характер залегания пород по простиранию

крыльев структуры; наличие разрывных нарушений определяет блоковое строение крылу синклинали;

- борта грабен-синклинали и приуроченные к ним рудные зоны нередко осложнены локальными рудоносными синклиналями небольших размеров; учитывая небольшой размер таких структур, залежи в бортах вызывают сближенные максимумы магнитного поля, достигающие интенсивности порядка 20 тыс. нТл.

- трогоподобные рудные объекты размещены в пределах линейных структур, 4 которые имеют вид сильно сплюснутых синклиналей, крылья которой срезаны глубинными разломами.

В числе дополнительных признаков следует обратить внимание на повышенную электропроводность на участках развития богатых окисленных руд и на наличие пониженных граничных скоростей на уровне кор выветривания и зон окисления, сейсмической неоднородности в пределах зон нарушений.

Глава 4. Железорудные объекты Калужской железорудной области.

В четвертой главе рассмотрены результаты интерпретации площадных гравимагнитных работ М 1:200 ООО, выполненные автором при помощи пакета Сигма-ЗБ (ЗАО «ГНПП АЭРОГЕОФИЗИКА») Приведены результаты магнитных и гравитационных рекогносцировочных маршрутов выполненных сотрудниками МГТРУ, при поддержке МГУ, которые охватили Северо-Калужский и Юго-западный районы Эти работы позволили выделить основные рудоносные структуры области.

По результатам комплексной интерпретации площадных гравимагнитных данных выделяются основные структуры - рудоносные грабен-синклиналь и троги. Вертикальное распределение эффективной намагниченности отражает глубинное строение этих структур, которое согласуется с результатами физико-геологического моделирования. Маршрутные работы позволили более детально изучить отдельные высокоинтенсивные магнитные аномалии, уточнить их строение, морфологию.

Железорудные объекты Северо-Калужского района.

Изучение Северо-Калужского района силами МГТРУ и МГУ проводилось в период 1998—2001 г.г с привлечением методов магниторазведки, гравиразведки и электроразведки. Для района характерно проявление множества изолированных высокоинтенсивных магнитных аномалий Отдельные аномалии нашли отражение и в гравитационном поле в виде локальных интенсивных аномалий силы тяжести. Установлены наиболее высокие перспективы северо-восточной окраины этой области, к которой приурочены магнитные аномалии Световская, Северная и Южная Барятинская, Отъезжее, Дубровки, Заугорская, Волое, Серпейская и другие.

Первые интенсивные магнитные аномалии в результате работ МГТРУ были обнаружены в 1999 г. при съемке по маршруту Световка-Барятино. Собственно эти работы и положили начало изучению северной части Калужской области на предмет выявления новых железорудных объектов. Такими аномалиями оказались Световская и Северо-Барятинская.

В 2000 году система маршрутов МГТРУ наращена к востоку и северу от Барятинской аномалии. К этому времени сформировалось более четкое пред-

ставление о физико-геологической модели железорудного месторождения района, что нашло отражение в выполненных построениях. Оказалось возможным высказать соображения и о структурных условиях и размещении железорудных полос в исследуемом районе В результате исследований были полностью подтверждены перспективы района на рудоносность и выдвинуто положение о наличии здесь железорудного узла - Северо-Калужского.

Железорудные объекты Юго-западного района.

Юго-западный железорудный район был выявлен по результатам магнитных исследований, выполненных в 2002 г на юго-западе от Северо-Калужского рудного узла, выявленного и изученного сотрудниками МГГРУ в 1999-2002 гг Были установлены две аномальные зоны северо-восточного простирания, упирающиеся в основание рудоносной Северо-Калужской грабен-синклинали. Северная из них характеризуется наличием аномалий невысокой интенсивности (2000-3000 нТл) и связывается с проявлениями массивов габброидов, южная - с аномалиями высокой интенсивности (10 000-15 000 нТл), обусловленными пластами железистых кварцитов. Сложное строение аномалий свидетельствует о присутствии в их пределах железных руд разных составов Линейный характер аномальных зон указывает на приуроченность к глубинным разломам.

Глава 5. Методика геофизических исследований железорудных объектов области.

В пятой главе описывается методика геофизических работ поисковой стадии. Приводятся рекомендации по ее усовершенствованию, уточнению стадийности; включение в поисковую стадию рекогносцировочно-поисковых работ, а также предлагается сопровождение аэроработ наземным обследованием аномальных зон, определение места в комплексе гравиметрических съемок, наземной электроразведки ЗСП, 43, сейсморазведки.

Поисковую стадию предлагается проводить в два этапа.

На первом этапе это аэромагниторазведка масштаба 1:25 000-1:10 000, гравиразведка масштаба 1.50 000 (возможно в аэроварианте), которые проводятся на площадях развития пород железисто-кремнистых формаций с целью уточнения особенностей распространения и форм залегания пластов железистых кварцитов в пределах Отдельных рудных районов или полей, оценки прогнозных ресурсов, выделения наиболее перспективных участков для дальнейшей детализации.

На втором этапе предлагается проводить рекогносцировочно-поисковые маршруты в пределах выявленных перспективных аномалий в составе наземной магниторазведки и гравиразведки с шагом 50 метров, 43 и ЗСБ с шагом 150-200 » метров, сейсморазведку КМПВ По данным интерпретации в пределах аномалий определяют места заложения скважин поискового бурения с комплексом скважинной магниторазведки, каротажа и изучением физических свойств пород и руд по образцам и керну. В пределах аномальных зон, оцениваемых по совокупности признаков как наиболее перспективные, выделяют площади для детальных поисков масштаба 1:5 000.

На этапе детальных работ особенно большое значение придается количественной интерпретации рассчитываются и уточняются мощность пластов

железистых кварцитов, суммарная мощность пачек, углы падения пород, глубина залегания кристаллического фундамента. Выделяются участки с повышенной плотностью и магнитными свойствами, обусловленные, вероятно, высоким содержанием магнетита в кварцитах: участки пониженной магнитности и упругости пород при высокой плотности, что может быть критерием перспектив на богатые мартитовые руды.

Комплекс геофизических исследований скважин (ГИС) отрабатывается с целью решения таких задач, как литологическое расчленение пород разреза, выделение пород продуктивной толщи, выделение рудных интервалов, определение их мощности, глубины залегания, оценка состава руд, определение содержания железа общего и магнетитового, определение плотности и объемной массы руд и вмещающих пород По всем скважинам и керну изучают физические свойства пород и руд разреза Трехкомпонентные измерения магнитного поля выполняют во всех скважинах с выходом на забое в нормальное поле для уточнения уровня аномального эффекта, наблюдаемого по стволу скважины, и обеспечения правильной оценки морфологии и элементов залегания рудных тел, вскрытых скважиной; обнаружения рудных тел в околоскважинном и призабойном пространстве.

Заключение

В заключение сформулированы основные выводы по проведенным исследованиям:

- по результатам работ МГГРУ (под руководством Бродового В.В., Иванова А А.) и участием сотрудников МГУ и МГГРУ выявлена новая железорудная область - Калужская, являющаяся северным флангом (фрагментом) Курской магнитной аномалии,

- в составе области выделены три рудных района- Юго-западный Калужский, Северо-Калужский и Северо-восточный калужский,

- рудная область КМА этими работами прослежена на север от ее северного фланга на расстояние около 100 км,

- определены типы железорудных узлов: грабен-синклинальный, троговый и синклинально-горловинный.

- для Калужской рудоносной области разработан иерархический ряд физико-геологических моделей рудных объектов различного класса,

- определены основные поисковые признаки и критерии,

- разработан комплекс и методика геофизических работ,

- предложены основные элементы интерпретации материалов для данного района.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1 В В. Бродовой, Б.С Булатов, П.В. Новиков, A.A. Иванов. Новые железорудные объекты в Северо-Капужском районе по результатам магнитных исследований. Изв. вузов. Геология и разведка. 2001. № 4.

2. В В. Бродовой, П В. Новиков, A.A. Иванов. Новые магнитные данные о рудоносности Северо-Калужского района Тезисы докладов V Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Том 2. М.: МГГРУ, 2001.

3. В.В. Бродовой, П.В. Новиков, A.A. Иванов. Рудоносность и структурные условия Северо-Калужского железорудного района в свете новых геофизических данных Тезисы докладов научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МГГРУ «Молодые наукам о Земле». М.: МГГРУ, 2002.

4. В.В. Бродовой, П.В Новиков, А.А Иванов. Строение и рудоносность СевероКалужского рудного узла в свете новых данных магнитных исследований. Геофизика. М.: 2002. № 5.

5. В.В Бродовой, А А Иванов. Рудоносность Калужского железорудного района Тезисы докладов VI Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Том 2. М.: МГТРУ, 2003.

6. В В Бродовой, A.A. Иванов Физико-геологические модели рудных объектов Калужской рудоносной области. Геофизика. М.: 2004. № 6.

7. В.В. Бродовой, А А. Иванов. Физико-геологические модели рудных объектов Калужской рудоносной области. Материалы 32-й сессии Международного научного семинара имени ДГ. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей» Пермь • Горный институт УрО РАН, 2005.

8 В.В Бродовой, А А Иванов Магнитные исследования при изучении геологического строения и перспектив Северо-Калужского железорудного узла. Изв. вузов. Геология и разведка. 2005. № 2.

9 В.В Бродовой, А А Иванов. Геотектоническое районирование Калужской железорудной области по геофизическим данным. Тезисы докладов V Международной научно-практической геолого-геофизической конференции -конкурсе молодых ученых и специалистов «ГЕОФИЗИКА-2005». Санкт-Петербург СПбГУ 2005.

Подписано в печать 44. • 2005г. Объем < .0 п.л. Тираж \00 экз. заказ № 40

Редакционно-издатепьский отдел РГГРУ Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23

05-22624

РНБ Русский фонд

2006-4 28012

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Иванов, Андрей Александрович

Введение

Глава 1. Геолого-геофизическая характеристика района исследований

Геолого-геофизическая изученность

Геологический очерк

Петрофизическая характеристика пород

Геомагнитные поля области

Глава 2. Геотектоническое районирование

Калужской железорудной области

Юго-западный Калужский район

Северо-Калужский район

Восточно-Калужский район

Глава 3. Иерархический ряд физико-геологических моделей объектов области. Поисковые критерии и поисковые признаки

Прогнозная модель земной коры

Калужской железорудной области (КЖО)

Прогнозная ФГМ Калужского железорудного района (КЖР) 40 Прогнозная ФГМ железорудного узла грабен-синкпинального типа Калужского рудного района

Физико-геологическая модель объектов трогоподобного типа

Прогнозная модель железорудной синклинали

Физико-геологическая модель железорудного месторождения

Поисковые критерии и поисковые признаки

Глава 4. Железорудные объекты области

Результаты интерпретации площадных гравимагнитных съемок

Результаты маршрутных магнитных работ

Глава 5. Методика геофизических исследований железорудных объектов области

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Рудоносность Калужской железорудной области в свете магнитных исследований. Основные типы физико-геологических моделей области"

Курская магнитная аномалия (КМА) отнесена к уникальным месторождениям железных руд (к уникальным принято относить месторождения железа с запасами более 2 млрд. тонн при среднем содержании 40 %). Площадь бассейна КМА составляет 120 тыс. км2. К нему принято относить четыре железорудных района: Белгородский, Ново-Оскольский, Старо-Оскольский и Курско-Орловский (Григорьев В.М., 1996 г.). Бассейн вытянут в северо-западном направлении на расстояние около 250 км (от г. Белгорода до г. Орла). Самым северным железорудным районом является Курско-Орловский, поэтому принято замыкать бассейн примерно на широте г. Орла.

Исследуемый Калужский район, магнитные аномалии которого были подвергнуты изучению силами Московского государственного геологоразведочного университета в 1999-2002 году (Бродовой В.В., Новиков П.В., Иванов А.А. и др.) в тесном сотрудничестве с преподавателями МГУ, является северным флангом КМА, и таким образом продолжает ее железорудный бассейн на северо-северо-запад на расстояние более чем на 150 км. Это указывает на возможность существенного наращивания ресурсов железных руд в пределах КМА не менее чем в 1,5 раза.

Перспективы бассейна КМА на железо в старых его контурах оцениваются (прогнозные и разведанные запасы) в 850 млрд. т. до глубины 750 м., богатых железных руд до глубины 1200 м-80 млрд. т. Это при средних содержаниях железа в магнетитовых кварцитах 32-36 %, в богатых мартитовых и железнослюдково-мартитовых рудах 64-69 % при низких содержаниях вредных примесей (серы и фосфора - несколько сотых долей процента). Исходя из потенциальных ресурсов нового Калужского железорудного района эти запасы можно существенно увеличить. Однако нужно учесть, что благодаря значительной закрытости района (мощность платформенного чехла более 500 м), при разведке месторождений района потребуется применение преимущественно подземного способа отработки. Опыт подобной отработки имеется в КМА на Коробковском руднике. По мере отработки месторождений на малых глубинах в обозримом будущем станет вопрос о расширении подобного опыта и вовлечении в разведку рудных залежей на глубинах до 750-1000 м.

Целью работы является наращивание перспектив КМА на север, уточнение геолого-структурной позиции нового рудного района и прогноз размещения железорудных объектов района, создание прогнозных физико-геологических моделей железорудной области, железорудного района, железорудного узла, определение основных поисковых признаков и критериев создание комплекса геофизических работ рекогносцировочно-поисковой стадии.

Достижение этой цели потребовало решения следующих основных задач:

- выявление физико-геологических признаков, определяющих позицию рудной области в глубинном строении севера Воронежского кристаллического массива и переходной зоны к Московской синеклизе;

- выделение физико-геологических признаков, характеризующих непосредственно глубинную структуру области, позволяющих распознать ее среди других структур;

- выделение физико-геологических признаков, характеризующих особенности строения области, позволяющих локализовать в ее пределах, другие составные элементы иерархического ряда с позиции системного подхода;

- определение места в комплексе поисковых геофизических работ рекогносцировочно-поисковой подстадии, уточнение ее состава и порядка проведения работ.

Все месторождения КМА и большинство проявлений полезных ископаемых локализованы в синклинорных зонах. В них распространены все выделяемые в провинции геологические формации, что обусловило разнообразие ^ формационных типов оруденения - месторождения железистых кварцитов генетически связаны с железисто-кремнисто-сланцевой формацией Коробковской свиты и локализованы преимущественно в Михайловской, Тим-Ястребовской и Белгородской грабен-синклиналях [19, 44, 40]. В рассматриваемом железорудном районе (Калужском) это Сухиничско-Барятинская (или Северо-Калужская) грабен-синклиналь и трогоподобные структуры. Рудоносными являются грабен-синклиналь - основная рудоносная структура Калужского рудного узла и трогоподобный авлакоген - Юго-западный рудный узел Калужского района [11, 13].

Особенностью грабен-синклинальных структур являются ограниченность их контуров линейными зонами тектонического характера, относительно крутым ф падением их крыльев, проявлением сбросов-взбросов.

Трогоподобные авлакогены - структуры линейного характера - рудоносные структуры 2-го типа. Характерной их особенностью является приуроченность к линейным линиаментам, имеющим определенное простирание (северовосточное), прослеживаемым на расстоянии в многие десятки и в первые сотни км.

Основной целью работы является создание иерархического ряда физико-геологических моделей рудной провинции. Моделирование позволяет оценить возможность каждого геофизического метода, создать рациональный комплекс геофизических методов, обосновать методику проведения работ, обработку и интерпретацию материалов; определить основные поисковые признаки и критерии.

Физико-геологический ряд Калужской железорудной области представляется в следующем виде: рудоносная область, рудный район, рудный узел (поле), рудное месторождение.

Также целью работы является создание комплекса геофизических исследований рекогносцировочно-поисковой стадии. Который выглядит следующим образом: аэромагнитные работы масштаба 1:25 ООО; аэрогравиразведочные работы масштаба 1:50 ООО, включение рекогносцировочно-поисковых гравимагнитных маршрутов с шагом 50 м, постановка электроразведочных работ методами ЗСБ и 43 для уточнения структурных условий в аномальных зонах и проведение отдельных сейсмических интерпретационных профилей; наземное изучение аномальных магнитных зон магнитной масштаба 1:5000 и гравиметрической съемкой масштаба 1:10 000 на этапе детальных поисков; бурение проверочных поисковых скважин с комплексом каротажа (ПС, КС, МСК, ГК, АК) и скважинной геофизики (ТСМ, РВП и МЭК) для изучения разреза скважин и околоскважинного пространства.

При выполнении диссертационной работы в основу были положены результаты магнитных исследований по региональным маршрутам (1999-2002 г.г.), выполненным силами преподавателей и студентов МГГРУ с участием автора. Неоценимую помощь и участие в организации этих работ оказали преподаватели МГУ.

Вспомогательными данными являлись материалы геологических работ масштаба 1:200 000, гравитационных и магнитных съемок масштаба 1:200 000, часть аэромагнитной съемки масштаба 1:50 000, результаты маршрутных магнитных работ, проведенных силами МГГРУ с МГУ, электроразведочных работ МТЗ, проведенных МГУ, материалы изучения физических свойств горных пород, опубликованные работы и т.п., материалы интерпретации и решения прямых задач грави- и магниторазведки.

Защищаемые положения в работе выглядят следующим образом:

1. Исследование и анализ геомагнитного поля к северу от КМА, выделение высокоинтенсивных магнитных аномалий, определенных размеров, морфологии структуры, позволяет выделить новую железорудную область - Калужскую, и выделить в ее пределах три рудных района: Юго-западный Калужский, СевероКалужский (наиболее перспективный на железное оруденение) и Северовосточный Калужский, продолжающие КМА на север более чем на 100 км и тяготеющие к зоне сочленения Воронежского кристаллического массива и Московской синеклизы.

2. Северо-Калужский рудный район включает железорудные узлы трех типов - грабен-синклинальный (Барятинско-Сухиничский), ограниченный линейными зонами тектонического характера; троговый (Дятьково-Жиздринско-Людиновский), приуроченный к линеаментам северо-восточного простирания; синклинально-горловиннный (Ульяновский), являющийся перемычкой (горловиной) соединяющий район с северной оконечностью КМА.

3. Железорудные узлы включают серию высокоинтенсивных аномалий, отождествляемых с прогнозируемыми рудными полями и месторождениями:

- Световским, Барятинским, Мосальским, Заугорским и др. - Барятино-Сухиничский узел.

- Дятьковским, Людиновским - Дятьково-Жиздринско-Людиновский узел

- Южно-Сухиничским и Ульяновским - Ульяновский узел.

К их основным характеристикам относятся интенсивность от 10 тыс. до 2030 тыс. нТл, сложная морфология, "двугорбость" - как признак повышенной перспективности за счет присутствия, наряду с магнетитовыми кварцитами, богатых окисленных руд мартитового состава, а также присутствие гравитационных аномалий интенсивностью до 6-8 мГл.

4. Совершенствование методики геофизических поисков района намечено следующим путем:

1) включения в стадию поисковых работ наземных рекогносцировочно-поисковых магниторазведочных работ для установления рудной природы магнитых аномалий выявленных аэросъемкой, их предварительной оценки, изучения геологических условий их размещения;

2) комплексирования магнитной съемки с наземными гравиметрическими маршрутами для подтверждения рудной природы аномалий, электрическим зондированием ЗСБ и 43, сейсморазведки для уточнения структурных условий района, с бурением проверочных поисковых скважин с комплексом каротажа (ПС, КС, МСК, ГК, АК) и скважинной геофизики (ТСМ, РВП и МЭК) для изучения разреза скважин и околоскважинного пространства. Новизна работы заключается в том, что по результатам работ МГГРУ (под руководством Бродового В.В., Иванова А.А.) и участием сотрудников МГУ и МГГРУ, а также студентов МГГРУ, выявлена новая железорудная область -Калужская, являющаяся северным флангом (фрагментом) Курской магнитной аномалии, в составе трех железорудных районов: Северного Калужского, Северовосточного Калужского и Юго-западного Калужского. Рудная область КМА этими работами прослежена на север от ее северного фланга на расстояние около 150 км. Определены типы железорудных узлов: грабен-синклинальный, троговый и синклинально-горловинный.

Для Калужской рудоносной области разработан иерархический ряд физико-геологических моделей рудных объектов различного класса. Определены основные поисковые признаки. Предложены комплекс и методика геофизических работ, основные элементы интерпретации материалов для данного района.

Теоретическая и практическая ценность работы заключается в следующих положениях:

1. В разряд рудоперспекгивных отнесена территория севернее границ КМА. Таким образом существенно увеличен железорудный бассейн КМА.

2. Уточнена методологическая схема стадии поисковых работ, включающих аэромагнитные съемки масштаба 1:25000, наземные рекогносцировочно-поисковые работы, наземные детализационные работы методами магниторазведки и гравиразведки. Возможно включение в комплекс электроразведочных работ: ЗСБ - для изучения малых глубин, 43 - для изучения кристаллического основания. Этот комплекс предшествует детальным поискам месторождений.

3. По итогам работ получены новые результаты, уточняющие основные черты геолого-геофизического строения исследуемого района, намечена переходная зона от структур Воронежского массива к Московской синекпизе, установлено ступенеобразное погружение кристаллического основания массива в направлении синекпизы. Выявлены рудоносные грабен-синкпинали, троги и "горловина".

4. Составлены физико-геологические модели основных железорудных объектов района по выделенным типам объектов - грабен-синклинального, трогоподобного, синклинально-горловинного и классам объектов - районы, рудные узлы (поля), месторождения.

5. Определены основные поисковые признаки рудоносности объектов: высокая интенсивность аномалий (от 10 ООО до 30 ООО нТл), сложная морфология аномалий над магнетито-мартитовыми рудами, двугорбость рудоносных аномалий, сопряжение высокоинтенсивных магнитных аномалий с положительными гравитационными аномалиями (4-8 мГл), приуроченность аномалий к трещинно-тектоническим структурам.

6. Разработан комплекс рекогносцировочно-поисковых работ для Калужского железорудного района, включающий высокоточную маршрутную магниторазведку с шагом 50 м, маршрутную гравиразведку с шагом 100-200 м и электрозондирование 43 и ЗСБ с шагом 200 м.

Основные положения диссертации представлялись на научных конференциях «Новые идеи в науках о Земле», «Молодые наукам о Земле», проходившие в МГГРУ, на международном семинаре им. Успенского проходившем в Перми. Результаты работ были опубликованы в отчетах по проекту «Интеграция» при поддержке Мин Образования России, в 9 печатных работах.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Иванов, Андрей Александрович

В заключение можно привести основные выводы по проведенным исследованиям:

- по результатам работ МГГРУ (под руководством Бродового В.В., Иванова А.А.) и участием сотрудников МГУ и МГГРУ выявлена новая железорудная область - Калужская, являющаяся северным флангом (фрагментом) Курской магнитной аномалии,

- в составе области выделены три рудных района: Юго-западный Калужский, Северо-Калужский и Северо-восточный калужский,

- рудная область КМА этими работами прослежена на север от ее северного фланга на расстояние около 150 км,

- определены типы железорудных узлов: грабен-синкпинальный, троговый и синклинально-горловинный.

- для Калужской рудоносной области разработан иерархический ряд физико-геологических моделей рудных объектов различного класса,

- определены основные поисковые признаки и критерии,

- разработан комплекс и методика геофизических работ,

- предложены основные элементы интерпретации материалов для данного района.

Во время работы над диссертацией автор постоянно получал ценные советы, поддержку и помощь в работе от научного руководителя профессора, д.г.-м.н. В.В. Бродового. Большую помощь в организации, проведении магниторазведочных работ оказали сотрудники МГУ, в лице А.Г. Яковлева, В.А. Куликова, Н.Л. Шустова и др. Отдельная благодарность проф. Ю.И. Блоху, П.С. Бабаянцу за предоставленные материалы, за помощь в проведении интерпретации гравимагнитных съемок.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Иванов, Андрей Александрович, Москва

1. Афанасьев А.С. и!др. Связь структур ВКМ с глубинным строением земной коры, ВГУ. 1977 г.

2. Афанасьев Н.С. Петрофизика и геологическое строние докембрия Воронежского кристаллического массива // Петрофизические исследования на щитах иплатформах. -Апатиты, -1985. -С. 34-42.

3. Афанасьев. Н.С. К вопросу петрофизической классификации кристаллических горных -пород (на примере ВКМ). Вестник Воронежского университета. Геология 2001. Вып. 12.

4. Афанасьев Н.С., Кривцов И.И. Петрофизика, эволюция и металлогения земной коры и верхов мантии Воронежского кристаллического массива (ВКМ). // Вестн. Воронеж, ун-та. Геология. 2002. № 1.

5. Благонадежин Б.И. Некоторые проблемы геологии докембрия и металлогении ВКМ. ВГУ.

6. Бродовой В.В, Новиков П.В., Новые данные магнитных исследований о строении и рудоносности Калужского региона. Известия вузов. Геология и разведка, №5.

7. Бродовой В.В., Булатов Б.С., Новиков П.В., Иванов А.А. Новые железорудные объекты в Северо-Калужском районе по результатам магнитных исследований. Изв. вузов. Геология и разведка. 2001. № 4.

8. Бродовой В.В., Новиков П.В., Иванов А.А. Новые магнитные данные о рудоносности Северо-Калужского района. Тезисы докладов V Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Том 2. М.: МГГРУ, 2001.

9. Бродовой В.В., Новиков П.В., Иванов А.А. Строение и рудоносность СевероКалужского рудного узла в свете новых данных магнитных исследований. Геофизика. М.: 2002. № 5.

10. Бродовой В.В., Иванов А.А. Рудоносность Калужского железорудного района. Тезисы докладов VI Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Том 2. М.: МГГРУ, 2003.

11. Бродовой В.В., Иванов А.А. Физико-геологические модели рудных объектов Калужской рудоносной области. Геофизика. М.: 2004. № 6.

12. Бродовой В.В., Иванов А.А. Магнитные исследования при изучении геологического строения и перспектив Северо-Калужского железорудного узла. Изв. вузов. Геология и разведка. 2005. № 2.

13. Бродовой В. В. Геофизические исследования в рудных провинциях. Москва «Недра», 1984 г.

14. Быков И.Н., Канцеров В.А. Полезные ископаемые вулканогенных и вулканогенноосадсчных пород II Полезные ископаемые Воронежской антеклизы. -Воронеж, 1989. С. 100-117.

15. Голивкин Н.И., Кононов Н.Д., Орлов В.П. и др. Железные руды КМА (под редакцией Орлова В.П., Шевырева И.А., Соколова Н.А.).- М., 2001.

16. Демченко Б.М., Кононов Н.Д. Актуальные задачи изучения геологии и рудоносности Воронежского кристаллического массива. Москва. 1984.

17. Дубянский А.И., Груздев В.Н. Некоторые аспекты строения земной коры Воронежского кристаллического массива по данным глубинных сейсмических и электромагнитных исследований. Известия ВУЗов, серия «Геология и разведка», № 5, 1996 г.

18. Дубянский А.И., Силкин К.Ю. Региональные скоростные модели ВКМ. Вестн. Воронеж, ун-та. Геология. 2003. № 2.

19. Егоров А.С. «Отчет о результатах геологических исследований толщи железистых кварцитов КМА в 1951г.»

20. Красовицкая Р.С. «Отчет по обобщению определений физических свойств горных пород кристаллического фундамента КМА.» 1962г.

21. Крестин Е.М. Докембрий КМА и основные закономерности его развития // Изв. вузов. Геол. и разведка. -1980. -№ 3. -С.3-18.

22. Крутиховская З.А., Пашкевич И.К. Региональные магнитные аномалии как источник информации о глубинной структуре коры. // Геофиз. журнал. 1979 г., Т 46, С 301-316.

23. Надежка Л.И., Афанасьев Н.С., Дубянский А.И. Гравитационная модель коры и верхней мантии Воронежского кристаллического массива // Гравитационная модель коры и верхней мантии Земли. -Киев, 1979. -С. 161-168.

24. Новоселицкий В.М. К теории определения изменения плотности в горизонтальном пласте по аномалиям силы тяжести // Известия АН СССР. Физика Земли. 1965. № 5. с. 25-32.

25. Тарков А.П., Базула И.П. Сейсмический разрез по профилю Губкин-Новохоперск. ВГУ. 1977 г.

26. Тарков А.П. Глубинное строение Воронежского кристаллического массива по геофизическим данным. -М.,1974. -170

27. Тарков А.П., Чамо С.С. Глубинное строение литосферы в районе Воронежского кристаллического массива // Докл. советских геологов на XXIV сессии МГК. Проблема 8. М., 1972. - С. 149.

28. Чернышов Н.М., Кравченко Н.В. Некоторые особенности циркона из основных и ультраосновных пород никеленосных интрузий юго-восточной части ВКМ (Воронежского кристаллического массива) // Минералогия и минерал, кристаллография. -Свердловск, 1971. -С.90-94.

29. Чернышева М.Н. Багдасарова В.В. Типы габброидов Подколодновского рудного поля в связи с оценкой его никеленосности. Вестник Воронежского университета. Геология 2002. Вып. 1.

30. Чернышов Н.М. Докембрийские интрузивные комплексы основных и ультраосновных пород Воронежского кристаллического массива и общие черты их рудоносности // Изв. АН СССР. Сер.геол. 1972. - № 4. -С. 35-47.

31. Чернышов Н.М. Типы никеленосных интрузий и медно-никелевого оруденения Воронежского массива // Сов. геология. -1986. № 12.- С. 42-54.

32. Щеголев И.Н. Железорудные формации докембрия Курской магнитной аномалии и Украинского щита // Геол. журн,- 1981.- Т.41, №5. -С.41-49.

33. Щеголев И.Н. Железорудные месторождения докембрия и методы их изучения. -М., 1985. -196 с."

34. Железорудная база России. Ред. Орлов В.П., 1998 г.

35. Магнитные аномалии Смоленской и Орловской областей // Сборник статей, Смоленск, 1938.

36. Петрофизика. Справочник в трех книгах / Под ред. Н.Б. Дортман. М., 1992.

37. Рудные месторождения СССР. Том 1. Недра. Москва 1974 г.

38. Справочник геофизика. Физические свойства горных пород. -Т.1. -М., 1981. -636 с.