Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Трехмерное геолого-геофизическое моделирование Озернинского полиметаллического рудного узла по результатам комплексной геологической интерпретации геофизических данных

ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Трехмерное геолого-геофизическое моделирование Озернинского полиметаллического рудного узла по результатам комплексной геологической интерпретации геофизических данных"

На правах рукописи

ШЕЛЕХОВ Антон Никитич

ТРЕХМЕРНОЕ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКОЕ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОЗЕРНИНСКОГО ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО РУДНОГО УЗЛА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ КОМПЛЕКСНОЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Специальность 25.00.10 - Геофизика, геофизические

методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

1 4 ОКТ ?ою

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2010

004610217

Работа выполнена в государственном образовательном учремздении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель -

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Егоров Алексей Сергеевич

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Холмянский Михаил Аркадьевич,

кандидат геолого-минералогических наук, доцент

Шатов Виталий Витальевич

Ведущая организация - ФГУНПП «Геологоразведка».

Защита диссертации состоится 29 сентября 2010 г. в 18 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 27 августа 2010 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета кандидат геолого-минералогических наук, доцент И.Г.КИРЬЯКОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На современном этапе исследований центральной части Байкальской складчатой области, в условиях исчерпания фонда расположенных вблизи дневной поверхности колчеданно-полиметаллических месторождений, необходимо решение задачи изучения глубинного строения, тектонических и геодинамических условий формирования рудных узлов и разработка новых геолого-геофизических критериев их локализации.

Исследования в районе были начаты с региональных геофизических работ: аэромагнитная съемка масштаба 1:1000000 (Прытов А.И.), 1:200000 (Сусленников П.Р.), 1:50000 (Шпильков K.M.); гравиметрическая съемка масштаба 1:1000000 (Попов Н.М), 1:20000 (Городнов О.В.). По результатам этих работ рекомендован для наземной проверки с целью поисков железорудных месторождений ряд интенсивных аэромагнитных аномалий. Наземные крупномасштабные геофизические работы были начаты с магнитометрической съемки масштаба 1:25000 (Дуденков П.М.), гравиметрической съемки масштаба 1:50000 (Борисова Н.В., Вмельяненко И.Б., Нефедьев В.И.). По результатам общих поисков оконтурена продуктивная эффузивно-осадочная толща, определено положение Озернинского рудного узла в общей структуре региона, выявлены грави-магнитные аномалии над магнетитовыми и полиметаллическими месторождениями, крупными структурными блоками и разломами. Недостатком этих работ явилась низкая точность увязки съемок, длившихся более 20 лет по уровню полей.

Следует отметить, что весь комплекс геофизических исследований был ориентирован на поиски рудных объектов с небольшой глубиной залегания до 300 - 400 м. К концу 70-х годов большинство месторождений залегающих в верхней части разреза были выявлены и частично опоискованы. Недостаточность разведанных запасов полиметаллических руд для строительства крупного ГОКа послужила стимулом для перехода на глубинные геофизические методы поисков.

Крайняя сложность геологического строения района обусловила неоднозначность интерпретации имеющихся материалов, вследствие чего геологические карты, составленные разными исследователями, существенно различаются между собой (Панов K.M., Малаев В.И.,

Тарасова Н.К.).

Работы по переинтерпретации материалов геофизических съемок выполнены с использованием современных технологий съемки, обработки и интерпретации данных, в том числе методик трехмерного геолого-геофизического моделирования и многофакторного прогнозирования (алгоритмы распознавания образов с обучением).

Результаты исследований глубинных геолого-структурных особенностей рудовмещающей структуры и разработанные методические приёмы интерпретации материалов картирования потенциальных полей могут быть использованы при решении задач структурной геологии, как в пределах Озернинского рудного узла, так и в других районах центральной части Байкальской складчатой области.

Цель работы. Повышение эффективности геологоразведочных работ при поиске слабо проявленного на поверхности оруденения на основе применения полимасштабного подхода к изучению геолого-структурной позиции Озернинского рудного узла.

Основные задачи исследований:

Региональный этап исследований

• Разработка региональной геолого-структурной схемы центральной части Байкальской складчатой области;

• Обоснование последовательности и характера проявления палеозойских и мезозойских геодинамических обстановок, определяющих характер структуроформирующих процессов на территории рудного узла;

• Построение генерализованной геолого-структурной схемы Озернинского рудного узла.

Детальный этап исследований

• Анализ и обобщение материалов ранее выполненных геологических и геофизических съемок, создание рабочего банка данных геолого-геофизической информации в цифровой форме;

• Обработка и интерпретация геофизических полей с использованием современных алгоритмов геолого-геофизического моделирования.

• Разработка комплексной трехмерной геолого-геофизической модели Озернинского рудного узла.

• Изучение мирового опыта комплексных исследований месторождений колчеданно-полиметаллического типа, поиск природных аналогов и использование их свойств для обоснования историко-эволюционной и геолого-структурной моделей рудного узла;

• Разработка новых геолого-структурных критериев локализации месторождений колчеданно-полиметаллического типа.

Идея работы. С целью уточнения параметров залегания кембрийских вулканогенно-осадочных отложений Озернинского рудного узла следует применять алгоритм расчета плотности распределения особых точек аномального магнитного поля в скользящем окне.

Научная новизна:

• На основе обобщения, обработки и интерпретации региональных геолого-геофизических данных на территории центральной части Байкальской складчатой области (в пределах восточной части листа N-49 и западной части листа N-50) обоснована геолого-структурная позиция, характер и последовательность проявления геодинамических обстановок формирования в ранне-, позднепалеозойское и мезозойское время, что позволило обосновать генерализованные черты глубинного строения рудовмещающей вулканогенно-осадочной депрессии.

• На основе детального геолого-геофизического моделирования установлена рифтогенная природа вулканогенно-осадочной депрессии и изучены параметры ее глубинной морфологии.

Практическая значимость. На основе выполненного геолого-геофизического моделирования выделены параметры, которые могут быть использованы для локализации оруденения заданного типа. Разработанный методический подход позволяет расшифровать строение сложной рудовмещающей структуры и может быть применен для подобных объектов в пределах Байкальской складчатой области.

Защищаемые положения

1. На основе интерпретации комплекса региональных геофизических съемок и историко-эволюционного анализа центральной части Байкальской складчатой области установлено, что основные черты глубинного строения Озернинского рудного

узла определяются: формированием вулканогенно-осад очной депрессии в условиях раннепалеозойской активной континентальной окраины; гранитоидным плутонизмом позднепалеозойской континентальной окраины, определяющим его латеральные границы и тыловодужным рифтогенезом мезозойской активной континентальной окраины, сформировавшей клавишно-блоковое строение рудного узла.

2. Объемное моделирование рудного узла, выполненное на основе комплексной интерпретации детальных геофизических съемок, позволило обосновать рифтогенную природу депрессии и оценить главные черты ее глубинного строения: северо-восточное простирание глубинных рифтогенных дислокаций, дискордантных по отношению к внешним границам депрессии, асимметричную морфологию с максимальной мощностью осадочно-вулканогенных отложений более 3.5 км в осевой части и уменьшением глубины подошвы до 0.5-1.5 км на флангах структуры.

3.С целью локализации поисковых площадей на рудные объекты аналогичные Озерному месторождению следует использовать геолого-структурные и геофизические факторы, полученные в результате объемного моделирования Озернинского рудного узла.

Методика исследования. Для решения поставленных задач на региональном и детальном этапах исследований была проведена обработка и комплексная геологическая интерпретация данных геофизических съемок с использованием современных алгоритмов. Обработка материалов потенциальных полей в латеральном измерении производилась с использованием трансформаций исходных полей, (программный пакет Oasis Montaj). Их последующая качественная интерпретация выполнялась с использованием приемов линеаментного анализа. Главным этапом методики моделирования является поиск хорошо изученных аналогов Озернинского рудного узла и использование их свойств для оценки генезиса и морфологии изучаемой рудоконтролирующей структуры.

Достоверность. Достоверность выполненных исследований определяется развернутым научным обоснованием параметров рифтогенной депрессии, применением современных технологий обработки и интерпретации геофизических материалов и

использованием данных научно-теоретических обобщений и фактических материалов геологических съемок.

Реализация результатов работы. Результаты, полученные в настоящей работе, рекомендованы для использования в геологоразведочном подразделении ООО «МВС».

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования, сборе и систематизации материалов геолого-геофизических исследований на региональном и детальном этапах, формирование рабочего банка данных, выборе оптимального способа обработки и интерпретации потенциальных полей, проведении регионального и детального геолого-геофизического моделирования.

Апробация работы. Основные результаты, полученные автором, докладывались на международных форумах: «Санкт-Петербург 2007», 15 международный электроразведочный научно-практический семинар, 16 международный электроразведочный научно-практический семинар.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д. г.-м. н., профессору Егорову Алексею Сергеевичу.

Автор благодарен коллективу кафедры геофизических и геохимических методов поисков и разведки за участие в обсуждении основных результатов и советы по рассматриваемым в диссертации вопросам. Решение задачи многофакторного прогнозирования, поставленной в работе, велось при активном участии Атакова А.И., автор благодарен ему за ценные советы.

Автор выражает благодарность руководителю группы компаний «Теллур» Сергееву С.П. и главному геофизику Блинову К.В. за помощь и консультации на протяжении всего периода обучения в аспирантуре Горного института.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав и заключения, изложенных на 100 страницах машинописного текста, содержит 29 иллюстраций, 5 таблиц, библиографический список из 84 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит общую характеристику работы. Первая глава посвящена обзору научных представлений о геологическом строении, тектонике и геодинамике территории центральной части Байкальской складчатой области, анализу истории формирования и разработке геолого-структурного каркаса Озернинского рудного узла. В главе обосновывается первое защищаемое положение. Во второй главе, описывается методический подход к моделированию рудного узла, проводится обоснование параметров глубинного строения рудовмещающей рифтогенной структуры с использованием современных алгоритмов геолого-геофизического моделирования по данным материалов детальных съемок потенциальных полей и аудио магнитотеллурического зондирования. В главе обосновывается второе защищаемое положение. Третья глава посвящена разработке и обоснованию информативности новых геолого-геофизических критериев локализации колчеданно-полиметаллического оруденения. В главе обосновывается третье защищаемое положение. Заключение содержит общие выводы по результатам исследования.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

1. На основе интерпретации комплекса региональных геофизических съемок и историко-эволюционного анализа центральной части Байкальской складчатой области установлено, что основные черты глубинного строения Озернинского рудного узла определяются: формированием вулкаиогеино-осадочной депрессии в условиях раннепалеозойской активной континентальной окраины; гранитоидным плутонизмом позднепалеозойской

континентальной окраины, определяющим его латеральные границы и тыловодужным рифтогенезом мезозойской активной континентальной окраины, сформировавшей клавишно-блоковое строение рудного узла.

Территория исследуемой центральной части Байкальской складчатой области занимает восточную половину листа Государственной геологической карты N-49 и западную половину листа N-50. На территории распространены образования различных этапов развития региона от архея до кайнозоя.

Изучение структурно-вещественного каркаса Озернинского рудного узла выполнялось на основе обработки и качественной интерпретации потенциальных геофизических полей с учетом данных геологического картирования и научных обобщений. Материалы по аналогичным исследованиям западной половины листа N-50 были заимствованы из работ A.C. Егорова. По листу N-49 подобные исследования проводились впервые. Автором была составлена база данных гравитационного и аномального магнитного полей, обработка и интерпретация которых выполнялась с использованием стандартных алгоритмов, широко применяемых в работах ФГУ НПП «Геологоразведка» и «ВСЕГЕИ».

На начальном цикле качественной интерпретации потенциальных полей автором был выполнен линеаментный анализ карт гравитационного и аномального магнитного полей в форме псевдорельефа с заданным расположением искусственных источников света. Линеаменты на этих схемах проводились по наиболее контрастным особенностям цветотональной картины поля. В первую очередь территория исследований делится на отдельные участки по характеру изменения и общей структуре поля. В результате сопоставления с региональными схемами тектонического районирования проведено ранжирование линеаментов с выделением структур высшего порядка, трассирующих границы основных блоков и зон и линеаментов подчиненных рангов. Построенная сеть линеаментов корректировалась по исходным картам гравитационного и аномального магнитного поля. Тектоническая интерпретация сети линеаментов выполнена на основе их сопоставления с данными геологического картирования. Результаты исследований были использованы при построении структурно-тектонической схемы региона (Рис. 1)

Согласно полученным данным, доминирующая группа моделируемых разрывных нарушений имеет северо-восточное простирание. Кроме того, отчетливо проявляется группа дислокаций, простирающаяся ортогонально относительно доминирующих дислокаций. Анализ пространственного распределения линеаментов и их общей инфраструктуры подтверждает выводы многих исследователей этого региона о лево сдвиговой кинематике доминирующих разрывных нарушений

северо-восточного простирания. Это подтверждается наличием у них характерно расположенных оперяющих дислокаций растяжения и сдвига.

Для расшифровки глубинного строения рудного узла, формирование доминирующих черт которого происходило в ходе длительной фанерозойской эволюции региона, автор применил прием регионального историко-эволюционного анализа, который позволил обосновать последовательность и условия заложения и последующего преобразования рудовмещающей вулканогенно-осадочной депрессии, и построить историко-эволюционную модель формирования структур центральной части Байкальской складчатой области в форме набора палеореконструкций.

На первой схеме представлено расположение закартированных выходов вулканогенно-осадочные комплексов венд-кембрийского возраста и намечены границы главных структурно-вещественных подразделений этого возраста (блоки, межблоковые зоны, разрывные нарушения). В соответствии с классификацией Г.С. Гусева, центральная часть современной Байкальской складчатой области в это время развивалась в режиме активной континентальной окраины. Площадь Озернинского рудного узла приурочена к зоне задугового рифтогенного бассейна, что обуславливает особенности осадконакопления в пределах последнего.

Следующая палеореконструкция относится к позднему палеозою. В это время регион так же развивается в режиме вулканоплутонических дуг активной континентальной окраины. В это время субдукционная зона располагалась на месте Монголо-Охотского шва. На схеме представлены магматические образования карбонового и пермского возрастов. Из рассмотрения схемы следует, что в пределах территории Озернинского рудного узла в это время активно проявлялся гранитоидный магматизм вулканоплутонической дуги. Для последующих построений важен вещественный состав комплекса, который по оценкам Г.С. Гусева представлен гранитами, граносиенитами, сиенитами, гранодиоритами, кварцевыми диоритами, диоритами.

Следующая палеореконструкция отражает развитие региона в юрское и меловое время в геодинамической обстановке

Условные обозначения

СП)1 Е32Е21з [ГШ4И51Ж]6 ЕЕЗ7 [38®9Ш110[Ш111Ш112в131®]14Э1151^116^)17

Рис. 1. Структурно-тектоническая схема территории исследований.

1 - тектонические блоки с корой континентального типа, причлененные к Сибирскому кратону в Рг^ 2 -тектонические блоки с корой континентального типа приуроченные к Сибирской платформе; 3 - Байкало-Витимская межблоковая сутурная зона; 4 - Борщовочная зона Монголо-Охотского шва; 5 - глубинные тектонические границы блоков и сутурных зон; 6 - глубинные сдвиговые дислокации; 7 - закартированные второстепенные разрывные нарушения; 8 - второстепенные разрывные нарушения, выделенные по геофизическим данным; 9 - контуры раннепалеозойских гранитоидных массивов коллизионного генезиса; 10 - контуры интрузивных массивов сиенит-гранодиорит-гранитовой, моноцит-сиенит-гранитовой ассоциации позднепалеозойской активной континентальной окраины (С); 11 - контуры интрузивных массивов гранодиорит-гранитовой, моноцит-гранитовой ассоциации позднепалеозойской активной континентальной окраины (Р); 12 - контуры интрузивных массивов гранитовой, монцонит-гранодиорит-гранитовой, монцонит-гранитовой, лейкогранитовой ассоциации мезозойской активной континентальной окраины (Д); 13 - контуры вулканогенно-осадочных пород энсиматических островных дуг (Я-У): 14 -контуры вулканогенно-осадочных пород активной континентальной окраины раннего палеозоя (V- С); 15 -контуры структур тыловодужного рифтогенеза активной континентальной окраины; 16 - контуры молассоидных депрессий позднего мела; 17 - контуры вулканической впадины неогена (базальтовая формация).

тыловодужного рифтогенеза активной континентальной окраины. На данном этапе закладывается система сдвиговых зон северовосточного простирания, к которым приурочены грабены, выполненные осадочно-вулканогенными комплексами. Эти структуры формируют северо-восточную и юго-западную границу изучаемой автором раннепапеозойской рудоконтролирующей депрессии. Изучение их морфологии свидетельствует о том, что на формирование структурного каркаса Озернинского рудного узла в это время влияли не только доминирующие сбросо-сдвиговые восток-северо-восточные деформации, но и оперяющие их сбросы север-северо-восточного простирания.

Суммируя результаты приведенного историко-эволюционного анализа можно говорить, что структурно-вещественный каркас Озернинского рудного узла (Рис. 2) включает следующие элементы:

Рис. 2. Структурно-тектоническая схема района Озернинского рудного узла. (Условные обозначения смотри рис. 1)

1. Образования вулканогенно-осадочной депрессии, выполненные породами олдындинской свиты, границами которой являются разрывные нарушения сдвиго-сбросовой кинематики, северо-восточного простирания и оперяющие сбросы север-северовосточного простирания.

Условные обозначения

V V V V V V > .... V V.....V 1 # 2 = пи = и 3 * X ; 4 + 5 .V .V V V 6

8 | | ...................>] ____/ { 9 ^ 10 / 1 х |_____—^ 12 .......................... • 13 6 ч

Рис. 3. Геолого-структурная схема Озернинского рудного узла.

1 - 6 доминирующие структурно-вещественные комплексы: 1 - раннепалеозойские вулканогенно-осадочные отложения; 2 - автомагматические брекчии плагиориолитовых порфиров; 3 - риолиты и их брекчии; 4 -кварцевые диоритовые порфириты; 5 - граниты лейкократовые; 7—11 разрывные нарушения: 7 -доминирующие разрывные нарушения предположительно мезозойского возраста; 8, 9 - секущие доминирующие дислокации; 10-11 разрывные нарушения предположительно палеозойского возраста: 10 -главные глубинные разрывные нарушения; 11 - второстепенные разрывные нарушения; 12 - контур детальных геофизических работ; 13 - линия геофизического профиля №2; 14 - положение главных месторождений Озернинского рудного узла: (а) Озерное колчеданно-полиметаллическое месторождение, (б) прочие месторождения.

2. Мезозойские впадины, имеющие общее северо-восточное простирание. Особенности их морфологии определяются, помимо доминирующих сдвиговых северо-восточных дислокаций, сбросами север-северо-восточного простирания.

3. В качестве вмещающей среды в посдующих геолого-геофизических построениях рассматриваться гранитоидный плутон сиенит-гранодиорит-гранитового состава. Для таких образований характерны: плотность - 2,58 - 2,67 г/см3, удельное электрическое сопротивление - 25000 - 30000 Ом*м.

2. Объемное моделирование рудного узла, выполненное на основе комплексной интерпретации детальных геофизических съемок, позволило обосновать рифтогенную природу депрессии и оценить главные черты ее глубинного строения: северовосточное простирание глубинных рифтогенных дислокаций, дискордантных по отношению к внешним границам депрессии, асимметричную морфологию с максимальной мощностью осадочно-вулканогенных отложений более 3.5 км в осевой части и уменьшением глубины подошвы до 0.5-1.5 км на флангах структуры.

Фактологическая база моделирования.

В основу исследования глубинного геологического строения рудного узда положен следующий набор фактических материалов: данные геологического картирования и геолого-структурных исследований, данные детальных гравиметрических и магнитометрических съемок сведенных в карты масштаба 1:25000, геоэлектрический разрез, построенный по материалам съемки АМТЗ вдоль линии опорного геофизического профиля №2, опорный геологический разрез, построенный до глубины 1500 м с использованием данных бурения.

Изучение закономерностей распределения линеаментов детальных гравитационного и магнитного полей и их трансформаций выявил интересную закономерность. Наряду с выявленными на региональном уровне исследований трендами восток - северо-восточного и север - северо-восточного простираний, отражающих проявления структур мезозойского возраста заложения, четко проявились тренды северо-восточного простирания. Причем последние соответствуют границам ареалов

развития наиболее крупных аномалеобразующих масс раннепалеозойской вулканической депрессии. Анализ карт геофизических полей и результатов их качественной геологической интерпретации позволил обосновать вывод о том, что наиболее контрастно проявленные в полях мезозойские дислокации наложены на более древние структуры северо-восточного простирания.

Для изучения геологической природы, выявленных особенностей геофизических полей автору потребовалось обращение к данным хорошо изученных природных аналогов -рудных узлов того же типа. Были изучены опубликованные материалы обобщения данных по крупнейшим мировым месторождениям массивных сульфидов, выполненных канадской геологической службой. Согласно этому обобщению Озерное месторождение относится к месторождениям типа «БЕБЕХ», которые развивается в условиях задуговых бассейнов активной континентальной окраины на коре континентального типа, что согласуется с результатами выполненного автором историко-эволюционного анализа, представленного в главе 1. Согласно этой модели заложения рудовмещающей структуры главные черты ее глубинного строения закладываются в обстановке тыловодужного рифтогенеза на коре континентального типа. Обобщенная модель рудовмещающей рифтогенной структуры, составленная автором, характеризуется следующими особенностями: рудные тела в виде линзовидных субгоризонтальных и крутопадающих тел локализуются согласно с литолого-стратиграфическими и тектоническими границами в пределах ассиметричного рифтогенного грабена мощностью от 1 - 2 до 3 - 5 км. В рамках этой теоретической модели автором была построена серия интерпретационных геолого-геофизических разрезов до глубины 7 км. В отличие от канадских аналогов, принципиальной особенностью Озерного месторождения является то, что наиболее значимые для прогнозно-поисковых работ параметры рудоконтролирующих раннепалеозойских структур искажены проявлениями более поздних тектонических процессов. Для восстановления древнего структурного плана необходимо было решить несколько принципиальных научно-методических задач:

1. определение морфологии границ и вещественного состава геологической среды, вмещающей изучаемую рифтогенную структуру;

2. изучение характера проявления раннепалеозойской структуры на интерпретационных геофизических разрезах вдоль опорных сечений.

Определение морфологии границ и вещественного состава вмещающей среды

Региональный этап выполненных исследований показал, что вдоль границ изучаемой вулканогенно-осадочной депрессии картируются грабены юрско-мелового возраста и позднепалеозойские интрузивные массивы кислого-среднего составов.

Для оценки генерализованных характеристик их глубинного строения и оценки их роли в формировании внешних границ раннепалеозойской структуры автором были выполнены расчеты «эффективной плотности» и «эффективной намагниченности» разрезов вдоль условного регионального профиля с использованием алгоритма вейвлет-анализа. В сечении разреза по этим данным выделяется три типа областей: фланги рассматриваемого участка проявляются пониженными значениями плотности и магнитных свойств; центральная часть до глубины 5 км, отвечающая области развития вулканогенно-осадочной депрессии, характеризуется повышенными плотностями и дифференцирована по магнитным свойствам разреза; этот ареал подстилается слабонамагниченными высокоплотными массами. Электрические свойства глубинной части разреза тоже существенно отличны от параметров, наблюдаемых на его флангах. Эти особенности распределения аномальных источников позволяют выдвинуть предположение о том, что в основании кембрийского вулканогенно-осадочного останца залегают образования древнего кристаллического фундамента. В пользу этого заключения свидетельствует и характерная для рифтов асимметричная морфология подошвы этой структуры, устанавливаемая по данным аудио магнитотеллурического зондирования.

Сводная геолого-структурная схема.

При построении геолого-структурной схемы (Рис. 3) учитывались данные геологического картирования и выводы, полученные на стадии качественной интерпретации потенциальных геофизических полей. При этом базовые элементы структурного мезозойского каркаса были заимствованы с геолого-структурной схемы построенной на региональном этапе исследований. Основные усилия в этом цикле работ автором были сосредоточены на изучении особенностей проявления наиболее древней -раннепалеозойской структуры. На основе выполненной автором качественной геологической интерпретация гравитационного и магнитного полей обоснованы следующие главные особенности глубинного строения рудного узла, представленные на построенной геолого-структурной схеме:

• наиболее контрастно проявленные в полях главные разрывные нарушения и рифтогенные структуры восток - северо-восточного и север - северо-восточного, заложение которых связывается с мезозойским этапом эволюции региона, маркируют контуры развития рудоконтролирующей раннепалеозойской вулканогенно-осадочной депрессии, второстепенные разрывные нарушения играют роль секущих деформаций, формирующих ее внутреннюю блоковую структуру;

• определяющую роль в заложении раннепалеозойской рудоконтролирующей депрессии играет рифтогенная структура северо-восточного простирания. Ее главные глубинные швы имеют фрагментарный характер прослеживания.

Таким образом, обработка геофизической информации, выполненная в рамках обоснованных геолого-структурной и историко-эволюционнОй моделей, позволила вычленить из состава разновозрастных образований раннепалеозойскую рифтогенную структуру - главный рудоконтролирующий объект площади исследований.

Изучение морфологии останца вдоль опорного геофизического

сечения.

Опорный геофизический профиль №2 расположен в северовосточной части площади исследований. Он пересекает структуры

Озерного рудного узла в направлении с северо-запада на юго-восток и проходит через одноименное месторождение.

Принципиальная роль при построении интерпретационного геолого-геофизического разреза придавалась данным магнитотеллурической съемки методом АМТЗ, выполненной в 2007 г группой из СПГГИ с участием автора. Эти данные дополнялись результатами решения обратной задачи гравиметрии и магнитометрии. При построении цифровой матрицы автор использовал материалы детальных съемок потенциальных полей, на флангах цифровые массивы дополнялись материалами региональных съемок.

Анализ особенностей геоэлектрического разреза, выполненный с учетом площадных геолого-структурных построений, позволил сделать вывод о том, что ареалу развития вулканогенно-осадочной толщи отвечает зона пониженных кажущихся удельных электрических сопротивлений. По этим данным устанавливается грабенообразная морфология изучаемой рифтогенной структуры. Ареалы развития вмещающей среды - гранитоидных массивов на флангах структуры и подстилающих пород кристаллического фундамента в ее основании проявляются высокоомными значениями. При этом значения удельного электрического сопротивления в основания разреза отличаются на несколько порядков от фланговых, что говорит о разном вещественном составе. С этими особенностями геоэлектрического разреза наилучшим образом коррелируется распределение особых точек магнитного поля: ареалам развития низкоомных толщ отвечают облака сгущения особых точек. Коррелируемость других интерпретационных разрезов значительно хуже, и в ходе дальнейших построений они были использованы для оценки отдельных характеристик изучаемой геологической среды

С помощью установленных закономерностей, выполнено моделирование параметров морфологии рудоконтролирующей вулканогенно-осадочной депрессии вдоль системы регулярных профилей.

3. Для локализации поисковых площадей на рудные объекты аналогичные Озерному месторождению следует использовать геолого-структурные и геофизические факторы, полученные в

результате объемного моделирования Озершшского рудного узла.

Параметры разработанной модели Озернинского рудного узла могут быть положены в основу новых нестандартных геолого-геофизических критериев локализации рудных месторождений заданного типа. В своей работе автор сосредоточил внимание на колчеданно-полиметаллическом оруденении, наиболее крупным объектом на территории исследований является Озерное месторождение.

Учет значительного числа факторов, не являющимися прямыми поисковыми признаками месторождений и оценка их информативности в ходе прогнозных построений, может быть выполнен с использованием алгоритмов распознавания образов с обучением. В качестве объектов обучения задаются эталонные объекты, т.е. объекты, о которых известно, к какому классу заданной классификации они относятся. По эталонным объектам на этапе обучения строится решающее правило, с помощью которого узлы равномерной сети территории исследований классифицируется по значениям некоторых функций, характеризующих их близость к эталонной выборке. Одной из наиболее интересных и апробированных на практических материалах является программа А.И. Атакова, которая испытана на большом числе задач на широкий комплекс полезных ископаемых.

На основе анализа научно-теоретических обобщений месторождений типа БЕБЕХ и результатов объемного моделирования Озернинского рудного узла, сформирован набор факторов, который положен в основу задачи распознавания образов с обучением, с использованием в качестве объекта обучения контура Озерного месторождения (табл. 1)

Главным геолого-структурным элементом площади исследований является контур развития образований кембрийской вулканогенно-осадочной депрессии (Е9). За пределами области развития этого признака по условиям задачи распознавания образов выполняется обнуление прогнозного решения.

В качестве важнейших факторов в выборку были включены такие характеристики модели глубинного строения рудного узла как

Таблица 1

Геолого-структурные и геофизические факторы локализации колчеданно-_полиметаллических месторождений Озернинского типа_

№ Индекс признака Название признака Тип признака

1 Р1 Главная ось раннепалеозойской рифтовой зоны линейный

2 ¥2 Глубинные тектонические дислокации фланговых частей рифтовой зоны линейный

3 ¥3 Комплексные литохимические ореолы рассеяния контурный

4 ¥4 Ареал развития аномалий эффективной плотности со значениями более 0,1 у.е. контурный

5 ¥5 Ареал развития аномалий эффективной плотности со значениями более 0,05 у.е. контурный

6 ¥6 Ареал развития положительных аномалий магнитного поля контурный

7 ¥7 Осевая часть рифтогенной впадины с мощностью вулканогенно-осадочных толщ более 3000 м контурный

8 ¥8 Прилегающая к осевой части зона рифтогенной впадины с мощностью вулканогенно-осадочных толщ более 2500 м контурный

9 Б9 Контуры раннепалеозойской вулканогенно-осадочной депрессии контурный

положение главной оси раннепапеозойской рифтовой зоны (И) и пространственно приуроченные к ней области максимального погружения подошвы депрессии - боле 3000 м и 2500 - 3000 м, соответственно VI и Р8. Фактор Р2 отражает развитие глубинных тектонических дислокаций на фланговых частях рифтогенной зоны, где глубина подошвы картируется на глубинах от 0,5 до 1,5 км. Результаты поисково-разведочных геохимических исследований представлены контурами ГЗ. Геофизические признаки представлены тремя факторами, выбор которых определялся на основе

визуального сопоставления ареалов их развития с объектом обучения. Факторы Р4 и Б5 отражают положение структур повышенной плотности, выделенных методом вейвлет-анализа. Фактор ¥6 отражает распределение комплексов с повышенными магнитными свойствами.

Рассмотрение результатов факторного анализа показывает невысокие значения взаимных коэффициентов корреляции большей части факторов, что позволяет сделать вывод об их независимости. Это обстоятельство является благоприятным условием для решения задачи многофакторного прогнозирования.

В результате выполненных расчетов было получено прогнозное решение. Совпадение полученных прогнозных решений с известными месторождениями в пределах рудного узла свидетельствует о корректности использования полученных факторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой завершенную научно-квалифицированную работу, в которой решена актуальная задача объемного моделирования рифтогенной вулканогенно-осадочной депрессии, обеспечивающей выделение новых геолого-структурных критериев локализации месторождений колчеданно-полиметаллического типа.

Для проведения моделирования Озернинского рудного узла была создана рабочая база данных, включающая материалы гравиразведочных, магниторазведочных исследований и данные аудио магнитотеллурического зондирования. Обработка и геологическая интерпретация этих материалов выполнена с учетом параметров глубинного строения хорошо изученных природных аналогов.

Анализ результатов моделирования позволяет заключить следующее:

1. На основе материалов региональных геолого-геофизических съемок обоснованы параметры региональной геолого-структурной позиции рудовмещающей вулканогенно-осадочной депрессии, определяющейся последовательностью проявления

геодинамических режимов, ранне-, позднепалеозойского и мезозойского этапов эволюции.

2. Разработана генерализованная геолого-структурная модель Озерниноского рудного района, которая положена в основу последующих детальных исследований.

3. Установлены параметры глубинного строения рудовмещающей рифтогенной депрессии Озернинского рудного узла.

4. Составлена модель глубинного строения Озернинского рудного узла, отражающая закономерности распределения в трехмерном пространстве вулканогенно-осадочной толщи, рифтогенных границ и разновозрастных разрывных нарушений.

5. На основе объемной модели Озернинского рудного узла выделены новые геолого-структурные факторы локализации Озерного колчеданно-полиметаллического месторождения.

Территория рудного узла классифицирована в составленном признаковом пространстве относительно объекта обучения (Озерное месторождение). Совпадение полученных прогнозных решений с известными месторождениями свидетельствует о корректности использования полученных факторов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Печенкин М.М. Результаты профильных магнитотеллурических работ на территории Озернинского рудного узла в Республике Бурятия / М.М. Печенкин, А.Н. Шелехов, Л.И. Богатырев // Записки Горного института/ СПб. СПГГИ (ТУ) им. Г.В.Плеханова. 2009. Т. 183 С. 268-271.

2. Шелехов А.Н. Особенности глубинного строения Озернинской рифтогенной структуры по данным комплексной геологической интерпретации геофизических полей // Нефтегазовая геология. Теория и практика: электрон, науч. журнал, 2010. - Т.5. - №3. -http://www.ngtp.ru

3. Shelekhov A.N. Efficiency of Electroinvestigation by The Method of Magnitotelluric Sounding During Search Geophysical Works. XLVIII Students Scientific Session, Горная академия. Тезисы докладов. Краков, 6 декабря 2007. С. 102.

4. Shelekhov A.N. Efficiency of Magnitotelluric Sounding For Geophysical Exploration // Expanded absracts of EAGE&SEG Saint-Petersburg Conference, 7-10 April 2008, Saint-Petersburg, Russia. Электронное издание на компакт-диске (CD).

РИЦ СПГГИ. 12.08.2010. 3.479. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2.

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Шелехов, Антон Никитич

Введение.

Глава 1. Особенности геологического строения Байкальской складчатой области и геолого-структурная позиция Озернинского рудного узла.

1.2. Научные представления о геологическом строении и истории развития региона.

1.3. Изучение блоковой структуры и системы разрывных нарушений на основе обработки потенциальных геофизических полей.

1.4. Региональная позиция, история формирования и геолого-структурный каркас Озернинского рудного узла.

Глава 2. Объемная модель Озернинского рудного узла.

2.1. Анализ ранее проведенных геолого-геофизических исследований.

2.1.1. Геологосъемочные работы.

2.1.2. Геофизические исследования.

2.1.3. Результаты поисково-разведочных работ.

2.2. Анализ мирового опыта комплексных геолого-геофизических исследований колчеданных месторождений.

2.3. Методический подход к объемному моделированию рудного узла.

2.3.1. Формирование банка данных геолого-геофизической информации

2.3.2. Качественная интерпретация потенциальных геофизических полей

2.3.3. Способы решения обратной задачи гравитационного и магнитного полей, использованные при моделировании глубинного разреза Озернинского рудного узла.

2.4. Объемная геолого-геофизическая модель Озернинского рудного узла.

2.4.1. Определение морфологии границ депрессии и вещественного состава вмещающей среды.

2.4.2. Геолого-структурная схема Озернинского рудного узла.

2.4.3. Изучение морфологии вулканогенно-осадочной депрессии вдоль опорного геофизического профиля.

2.4.4. Регулярная система интерпретационных разрезов Озернинского рудного узла.

Глава 3. Глубинные геолого-структурные факторы локализации колчеданно-полиметаллического оруденения.

3.1. Алгоритм распознавания образов по критерию максимума правдоподобия

3.2. Геолого-структурные и геофизические факторы положенные в основу многофакторного прогнозирования.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Трехмерное геолого-геофизическое моделирование Озернинского полиметаллического рудного узла по результатам комплексной геологической интерпретации геофизических данных"

Актуальность темы

На современном этапе исследований центральной части Байкальской складчатой области, в условиях исчерпания фонда расположенных вблизи дневной поверхности колчеданно-полиметаллических месторождений, необходимо решение задачи изучения глубинного строения, тектонических и геодинамических условий формирования рудных узлов и разработка новых геолого-геофизических критериев их локализации.

Исследования в районе были начаты с региональных геофизических работ: аэромагнитная съемка масштаба 1:1000000 (Прытов А.И.), 1:200000 (Сусленников П.Р.), 1:50000 (Шпильков K.M.); гравиметрическая съемка масштаба 1:1000000 (Попов Н.М), 1:20000 (Городнов О.В.). По результатам этих работ рекомендован для наземной проверки с целью поисков железорудных месторождений ряд интенсивных аэромагнитных аномалий. Наземные крупномасштабные геофизические работы были начаты с магнитометрической съемки масштаба 1:25000 (Дуденков П.М.), гравиметрической съемки масштаба 1:50000 (Борисова Н.В., Емельяненко И.Б., Нефедьев В.И.). По результатам общих поисков оконтурена продуктивная эффузивно-осадочная толща, определено положение Озернинского рудного узла в общей структуре региона, выявлены грави-магнитные аномалии над магнетитовыми и полиметаллическими месторождениями, крупными структурными блоками и разломами. Недостатком этих работ явилась низкая точность увязки съемок, длившихся более 20 лет, по уровню полей.

Следует отметить, что весь комплекс геофизических исследований был ориентирован на поиски рудных объектов с небольшой глубиной залегания до 300 - 400 м. К концу 70-х годов большинство месторождений залегающих в верхней части разреза были выявлены и частично опоискованы. Недостаточность разведанных запасов полиметаллических руд для строительства крупного ГОКа послужила стимулом для перехода на глубинные геофизические методы поисков.

Крайняя сложность геологического строения района обусловила неоднозначность интерпретации имеющихся материалов, вследствие чего геологические карты, составленные разными исследователями, существенно различаются между собой (Панов K.M., Малаев В.И., Тарасова Н.К.).

Работы по переинтерпретации материалов геофизических съемок выполнены с использованием современных технологий съемки, обработки и интерпретации данных, в том числе методик трехмерного геолого-геофизического моделирования и многофакторного прогнозирования (алгоритмы распознавания образов с обучением).

Результаты исследований глубинных геолого-структурных особенностей рудовмещающей структуры и разработанные методические приёмы интерпретации материалов картирования потенциальных полей могут быть использованы при решении задач структурной геологии, как в пределах Озернинского рудного узла, так и в других районах центральной части Байкальской складчатой области.

Цель работы. Повышение эффективности геологоразведочных работ при поиске слабо проявленного на поверхности оруденения на основе применения полимасштабного подхода к изучению геолого-структурной позиции Озернинского рудного узла.

Основные задачи исследований:

Региональный этап исследований

• Разработка региональной геолого-структурной схемы центральной части Байкальской складчатой области;

• Обоснование последовательности и характера проявления палеозойских и мезозойских геодинамических обстановок, определяющих характер структуроформирующих процессов на территории рудного узла;

• Построение генерализованной геолого-структурной схемы Озернинского рудного узла.

Детальный этап исследований

• Анализ и обобщение материалов ранее выполненных геологических и геофизических съемок, создание рабочего банка данных геолого-геофизической информации в цифровой форме;

• Обработка и интерпретация геофизических полей с использованием современных алгоритмов геолого-геофизического моделирования.

• Разработка комплексной трехмерной геолого-геофизической модели Озернинского рудного узла.

• Изучение мирового опыта комплексных исследований месторождений колчеданно-полиметаллического типа, поиск природных аналогов и использование их свойств для обоснования историко-эволюционной и геолого-структурной моделей рудного узла;

• Разработка новых геолого-структурных критериев локализации месторождений колчеданно-полиметаллического типа.

Идея работы. С целью уточнения параметров залегания кембрийских вулканогенно-осадочных отложений Озернинского рудного узла следует применять алгоритм расчета плотности распределения особых точек аномального магнитного поля в скользящем окне.

Научная новизна:

• На основе обобщения, обработки и интерпретации региональных геолого-геофизических данных на территории центральной части Байкальской складчатой области (в пределах восточной части листа N-49 и западной части листа N-50) обоснована геолого-структурная позиция, характер и последовательность проявления геодинамических обстановок формирования в ранне-, позднепалеозойское и мезозойское время, что позволило обосновать генерализованные черты глубинного строения рудовмещающей вулканогенно-осадочной депрессии.

• На основе детального геолого-геофизического моделирования установлена рифтогенная природа вулканогенно-осадочной депрессии и изучены параметры ее глубинной морфологии.

Практическая значимость. На основе выполненного геолого-геофизического моделирования выделены параметры, которые могут быть использованы для локализации оруденения заданного типа. Разработанный методический подход позволяет расшифровать строение сложной рудовмещающей структуры и может быть применен для подобных объектов в пределах Байкальской складчатой области.

Защищаемые положения

1. На основе интерпретации комплекса региональных геофизических съемок и историко-эволюционного анализа центральной части Байкальской складчатой области установлено, что основные черты глубинного строения Озернинского рудного узла определяются: формированием вулканогенно-осадочной депрессии в условиях раннепалеозойской активной континентальной окраины; гранитоидным плутонизмом позднепалеозойской континентальной окраины, определяющим его латеральные границы и тыловодужным рифтогенезом мезозойской активной континентальной окраины, сформировавшей клавишно-блоковое строение рудного узла.

2. Объемное моделирование рудного узла, выполненное на основе комплексной интерпретации детальных геофизических съемок, позволило обосновать рифтогенную природу депрессии и оценить главные черты ее глубинного строения: северо-восточное простирание глубинных рифтогенных дислокаций, дискордантных по отношению к внешним границам депрессии, асимметричную морфологию с максимальной мощностью осадочно-вулканогенных отложений более 3.5 км в осевой части и уменьшением глубины подошвы до 0.5-1.5 км на флангах структуры.

3. С целью локализации поисковых площадей на рудные объекты аналогичные Озерному месторояадению следует использовать геолого-структурные и геофизические факторы, полученные в результате объемного моделирования Озернинского рудного узла.

Методика исследования. Для решения поставленных задач на региональном и детальном этапах исследований была проведена обработка и комплексная геологическая интерпретация данных геофизических съемок с использованием современных алгоритмов. Обработка материалов потенциальных полей в латеральном измерении производилась с использованием трансформаций исходных полей, (программный пакет Oasis Montaj). Их последующая качественная интерпретация выполнялась с использованием приемов линеаментного анализа. Главным этапом методики моделирования является поиск хорошо изученных аналогов Озернинского рудного узла и использование их свойств для оценки генезиса и морфологии изучаемой рудоконтролирующей структуры.

Достоверность. Достоверность выполненных исследований определяется развернутым научным обоснованием параметров рифтогенной депрессии, применением современных технологий обработки и интерпретации геофизических материалов и использованием данных научно-теоретических обобщений и фактических материалов геологических съемок.

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения", Шелехов, Антон Никитич

Заключение

Структура и содержание диссертационной работы определяется базовой научной идеей исследования, предусматривающей развитие научного обоснования для геолого-структурной и геодинамической классификации Озернинского рудного узла, выбора его природных аналогов и использования их свойств для выполнения глубинного моделирования рудоконтролирующей структуры с использованием современных технологий обработки и интерпретации потенциальных геофизических полей.

В работе реализован полимасштабный методический подход, который включает в себя региональный и детальный этапы исследований. На основе геолого-геофизических построений регионального этапа исследований аргументировано отнесение главного колчеданно-полиметаллического месторождения «Озерное» к хорошо изученному в мировой геологической практике типу SEDEX. Детальный этап исследований ориентирован на изучение закономерностей локализации месторождений колчеданно-полиметаллического типа в пределах Озернинской рудоконтролирующей вулкано-тектонической структуры с использованием свойств хорошо изученных природных аналогов - структур, вмещающих крупнейшие в Мире месторождения типа SEDEX (Sullivan, Faro, Grum и др.).

Диссертационная работа структурирована в виде глав, каждая из которых содержит аргументацию защищаемого положения.

В первой главе содержится подробная характеристика геологических образований центральной части Байкальской складчатой области и рассматривается строение и тектоническое положение Озернинского рудного узла. Блоковое строение региона, распределение в их пределах индикаторных комплексов и разрывных нарушений иллюстрируется оригинальной геолого-структурной схемой, составленной с использованием материалов ВСЕГЕИ и территориальных производственных организаций. Авторский научный вклад заключается в уточнении блоковой структуры региона исследований и систематизации разрывных дислокаций. При этом основные усилия были сосредоточены автором на картировании тектонических структур обрамляющих Озернинский рудный узел.

Для изучения блоковой структуры и разрывных нарушений автор выполнил обработку гравиметрических и магнитометрических материалов и провел их качественную геологическую интерпретацию. Это позволило уточнить закономерности распределения разрывных дислокаций и оценить их пространственно-временные соотношения.

В работе рассмотрены современные научные плейт-тектонические представления об истории формирования центральной части Байкальской складчатой области и исследована последовательность проявления в ее пределах геодинамических обстановок для трех временных этапов: ранний палеозой, поздний палеозой, средний - поздний мезозой.

На основе этих региональных построений автором создан структурно тектонический каркас Озернинского рудного узла в виде обобщенной геолого-структурной схемы, включающей следующие структурно-вещественные подразделения:

1. Озернинская вулканогенно-осадочная депрессия, выполненная породами олдындинской свиты, границами которой являются разрывные нарушения сдвиго-сбросовой кинематики северо-восточного простирания и оперяющие сбросы север-северо-восточного простирания.

2. Мезозойские впадины, имеющие общее северо-восточное простирание. Особенности их морфологии определяются, помимо доминирующих сдвиговых северо-восточных дислокаций, сбросами север-северовосточного простирания.

3. Гранитоидный плутон сиенит-гранодиорит-гранитового состава, ограничивающий рудоконтролирующую депрессию с северо-западного и юго-восточного направлений. Для гранитоидов характерны значения л плотности 2,58 — 2,67 т/см и удельного электрического сопротивления

25000 - 30000 Ом*м.

Охарактеризованные выше особенности строения и вещественного состава доминирующих геологических образований Озернинского рудного узла свидетельствуют об эффективности использования гравиразведочного, магниторазведочного и электроразведочного методов для изучения глубинного строения рудного узла.

Вторая глава посвящена объемному моделированию Озернинского рудного узла. В ней приведен анализ ранее проведенных геолого-геофизических исследований и излагаются основные результаты поисковых работ. Для решения задачи объемного моделирования автор создал рабочий банк данных, включающий в себя оцифрованные данные геологического картирования, матрицы гравитационного и магнитного полей. С учетом сложной многоэтапной истории формирования структурно-вещественного каркаса рудного узла был выполнен расчет трансформаций геофизических полей, позволяющих повысить контрастность проявления изучаемых геологических объектов. При проведении качественной интерпретации потенциальных геофизических полей и их трансформаций автором была применена методика линеаментного анализа. Это позволило проследить доминирующие деформации разного простирания и оценить их взаимные пространственно-временные соотношения. Главным результатом этого цикла исследований явилось выделение на фоне наиболее контрастных север - северовосточных и восток - северо-восточных относительно более слабо проявленной глубинной шовной зоны северо-восточного простирания, которая, по мнению автора, имеет рифтогенную природу, определяющую заложение в раннем палеозое Озернинской вулканогенно-осадочной депрессии.

Для изучения морфологии вулканогенно-осадочной структуры в вертикальных сечениях была построена система опорных разрезов с использованием алгоритмов решения обратной задачи потенциальных полей.

На подготовительном стадии этого этапа работ автор выполнил оценку информативности различных алгоритмов интерпретации профильных кривых гравитационного и магнитного полей и обосновал выбор способов «вейвлет-преобразования» и «особых точек методом расчета аналитического сигнала». Ключом к последующей геологической интерпретации результатов решения обратной задачи, полученных с использованием этих способов, явились результаты обработки теоретических кривых гравитационного и магнитного полей имитационной модели изучаемой рифтогенной структуры.

Одной из узловых проблем при моделировании Озернинского рудного узла явилось определение вещественного состава вмещающей среды. Расчет параметров «эффективной плотности» и «эффективной намагниченности» в сечении условного регионального профиля позволил обосновать предположение о том, что в основании кембрийской вулканогенно-осадочной депрессии залегают образования древнего кристаллического фундамента; разрез ее флангов выполнен гранитоидами позднепалеозойского возраста и рифтогенными структурами юрско-мелового периода, которые картируются на дневной поверхности.

При построении геолого-структурной схемы учитывались данные геологического картирования и выводы, полученные на стадии качественной интерпретации потенциальных геофизических полей. При этом базовые элементы мезозойского тектонического каркаса были заимствованы с генерализованной геолого-структурной схемы, выполненной на региональном этапе исследований. При изучении закономерностей распределения потенциальных полей относительно контуров развития Озернинской вулкано-тектонической депрессии, автором было аргументировано предположение о структуроформирующей роли раннепалеозойского рифта северо-восточного простирания, положение которого по косвенным геофизическим признакам намечено на фоне более контрастных мезозойских дислокаций восток - северовосточного и север - северо-восточного простираний.

Детальное изучение морфологии вулканогенно-осадочной депрессии в вертикальном сечении выполнено вдоль опорного профиля №2, обеспеченного данными аудио магнитотеллурического зондирования. Было показано, что на электроразведочном разрезе областям развития раннепалеозойских вулканогенно-осадочных образований отвечают ареалы пониженных значений кажущегося удельного электрического сопротивления. Согласно этим данным моделируется грабенообразная морфология изучаемой рифтогенной структуры с глубоко погруженной осевой частью (мощность образований депрессии до 4 км) с воздыманием подошвы структуры в сторону флангов. Сопоставление особенностей геоэлектрического разреза с материалами, полученными после обработки данных потенциальных полей, показало, что наиболее уверенно они коррелируются с распределением особых точек аномального магнитного поля: ареалам развития низкоомных толщ отвечают облака сгущения особых точек типа «контакт». Эта закономерность позволила автору выполнить моделирование рифтогенной структуры вдоль регулярной системы интерпретационных сечений, не обеспеченных электроразведочными данными. Эти разрезы были положены в основу объемной модели вулканогенно-осадочной депрессии, представленной в виде системы регулярных разрезов и связующей геолого-структурной схемы. На последней характеристика морфологии подошвы депрессии охарактеризована системой изолиний, заданных с шагом 250 м. Общее простирание изолиний отвечает выделенной раннепалеозойской рифтогенной структуре.

При проведении объемного моделирования Озернинской депрессионной структуры, расположенной в пределах центральной части Байкальской складчатой области, заложение и эволюция которой происходила в ходе длительной фанерозойской эволюции, автору пришлось использовать нестандартные подходы к обработке и интерпретации геолого-геофизической информации:

1. Региональные геолого-структурные построения были направлены на изучение тектонической позиции рудовмещающей вулканогенно-осадочной депрессии и создание генерализованной модели ее глубинного строения.

2. Результаты регионального историко-эволюционного анализа позволили обосновать выбор природных аналогов с целью использования их свойств для оценки главных особенностей строения изучаемой структуры. Принципиальное значение для последующих построений имело обоснование рифтогенной природы этой структуры.

3. Выполненная на этапе детальных исследований качественная интерпретация потенциальных геофизических полей позволила выделить древний структурный план предположительно раннепалеозойского времени заложения, имеющий северо-восточное простирание и не согласующийся с параметрами наиболее контрастных тектонических границ, заложение которых связывается с мезозойскими тектоно-магматическими процессами.

4. Определяющие черты морфологии Озернинской структуры установлены вдоль опорного сечения №2, обеспеченного материалами аудио магнитотеллурического зондирования и результатами специализированной обработки потенциальных геофизических полей. Согласно особенностям геоэлектрического разреза и интерпретационным разрезам, рассчитанным по потенциальным геофизическим полям удалось оценить морфологию рифтогенной депрессии вдоль всех сечений и построить объемную модель ее строения.

В третьей главе содержится обоснование геолого-структурных и геофизических факторов локализации колчеданно-полиметаллических месторождений. При выделении этих параметров автором были изучены закономерности локализации колчеданно-полиметаллических месторождений типа SEDEX, находящихся на завершающей стадии эксплуатации - Sullivan, Faro, Grum и другие. Оценка минерагенической информативности факторов на площади детальных исследований выполнена автором с использованием алгоритма распознавания образов с обучением. В качестве «объекта обучения» был задан контур Озерного колчеданно-полиметаллического месторождения. В работе использован алгоритм А.И. Атакова, который ранее был апробирован на большом числе прогнозно-минерагенических задач на широкий комплекс полезных ископаемых. В качестве главных признаков были рассмотрены такие параметры, как положение главной оси раннепалеозойской рифтовой зоны, пространственно приуроченные к ней области максимального погружения подошвы депрессии (более 3000 м и 2500 - 3000 м), зоны глубинных тектонических дислокаций на фланговых частях рифтогенной зоны, где глубина подошвы картируется на глубинах от 0,5 до 1,5 км. В исследовании был задействован ряд геофизических факторов, таких как: положение ареалов повышенной «эффективной плотности», расчет которых выполнен методом «вейвлет-преобразования», распределение ареалов с повышенными магнитными свойствами.

В результате выполненных расчетов было получено решение задачи распознавания образов с обучением, которое классифицирует территорию по параметру «близости» к объекту обучения. Наиболее интересно положение Звездного месторождения, которое рядом исследователей относится к тому же типу что и Озерное месторождение. Его параметры не были включены в выборку, и оно рассматривалось автором в качестве контрольного объекта. Полученное решение, в котором Звездное месторождение находится в центре аномальной области, свидетельствует о корректности проведенных построений.

Выполненные построения позволяют рекомендовать в качестве важнейших факторов локализации колчеданно-полиметаллического оруденения такие геолого-структурные параметры рифтогенной депрессии как: положения осей рифтогенной структуры, наиболее погруженные зоны депрессии, а также геофизические характеристики отражающие развитие наиболее плотных и магнитных образований.

Результаты исследований глубинных геолого-структурных особенностей рудовмещающей структуры и разработанные методические приёмы интерпретации материалов картирования потенциальных полей могут быть использованы при решении задач структурной геологии, как в пределах Озернинского рудного узла, так и в других районах центральной части Байкальской складчатой области.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Шелехов, Антон Никитич, Санкт-Петербург

1. Аргунчинцев В.К., Демьянович Н.И, Коноваленко З.П. Моделирование и прогнозирование геофизических процессов / Новосибирск, «Наука» Сибирское отделение, 1987. С. 15 74.

2. Арсентьев В. П., Хренов П. М. Структурно-металлогенические зоны центральной части Саяно-Байкальской складчатой области // Вопросы генезиса и закономерностей размещения эндогенных месторождений. М., Наука, 1966, С. 257-276.

3. Беличенко В. Г. Нижний палеозой Западного Забайкалья. М., Наука, 1969, 207 с.

4. Беличенко В. Г., Гелетий Н. К. К проблеме выделения Баргузинского микроконтинента в палеоазиатском океане // Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту). Т. 1. Иркутск: ИГ СО РАН, 2004, С. 30-34.

5. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И., Новиков Д.Б., Пастуцан В.В. Анализ и интерпретация магнитотеллурических данных. М: Диалог-МГУ. 1997.

6. Биковский Л.З., Кудрин B.C. Промышленные типы месторождений редких металлов// Геология, методы поисков, разведки и оценки месторождений полезных ископаемых. М: "Геоинформмарк", 2001, С. 61.

7. Бородаевская М.Б., Кривцов А.И., Ширай Е.П. Основы структурно-формационного анализа колчеданоносных провинций. М.: Недра, 1977, 153 с.

8. Бородаевская М.Б., Горжевский Д.И., Кривцов А.И. и др., Под ред. акад. В.И. Смирнова Колчеданные месторождения мира / М.: Недра, 1979, 284 с.

9. Ю.Бродовой B.B. Геофизические исследования в рудных провинциях. М.: Недра, 1984, С. 12-56.

10. П.Бродовой В.В. и др. Геофизические методы разведки рудных месторождений. М.: Недра, 1990.

11. Васильев И. Л., Перинова Э. П., Язмир М. М. Корреляция нижнекембрийских отложений Еравнинского рудного района (Центральная Бурятия)// Доклады АН СССР, 1973, т. 210, № 6, С. 1405-1408.

12. Гордиенко И. В. Геодинамическая эволюция поздних Байкалид и Палеозоид складчатого обрамления юга Сибирской платформы// Геология и геофизика, 2006, т. 47, №1, С. 53-70.

13. Государственная геологическая карта СССР. Карта дочетвертичных образований. Масштаб 1: 1 000 000 (новая серия), лист N-49, (50). Чита. Сост. Ефимов А. Н., Козубова Л. А., Старченко В. В., Л.: ВСЕГЕИ, 1986.

14. Дистанов Э.Г., Ковалев K.P., Тарасова P.C. Геологическое строение и генезис Озерного свинцово-цинкового колчеданного месторождения (Западное Забайкалье)// Геология рудных месторождений , 1972, № 2, С. 322.

15. Еремин Н.И., Дергачев A.JL, Сергеева Н.Е., Позднякова Н.В. Типы колчеданных месторождений вулканической ассоциации // Геология рудных месторождений, Т.42; №2, 2002, С.177-190.

16. Еремин Н.И., Дергачев А.Л., Позднякова Н.В., Сергеева Н.Е. Эпохи вулканогенного колчеданного рудообразования в истории Земли // Геология рудных месторождений, Т.44, № 4, 2002, С.259-275.

17. Материалы 36-й сессии Международного научного семинара им. Д.Г.Успенского, Казань: Казанский ГУ, 2009, С. 164-166.

18. Логачев Н. А. История и геодинамика Байкальского рифта // Геология и геофизика, т. 44, № 5, 2003, с. 391-406

19. Ломтадзе В.В. Программное и информационное обеспечение геофизических исследований. М.: Недра, 1993, 268 с.

20. Марченко В.В. Человеко-машинные методы геологического прогнозирования. М.: Недра, 1988, 232 с.

21. Нефедьев М.А. Строение и оценка перспектив рудных полей и месторожденгий Бурятии по геофизическим данным. // Улан-Удэ, БНЦ СО РАН, 2003, 206 с.

22. Нефедьев М.А. Из истории становления и развития рудной геофизики и открытия месторождений Бурятии (На примере Озернинского рудного узла) // Разведка и охрана недр №12, 2007.

23. Нефедьев М.А. Объёмная модель и оценка перспектив Озёрнинского рудного узла по геофизическим данным. // Разведка и охрана недр №11, 2008, С. 11-20.

24. Нефедьев М.А. Тектоническое и металлогеническое районирование Озернинского рудного узла по геофизическим данным (Западное Забайкалье). //ВестникИрГТУ №3 (23), Иркутск, 2005, С. 42-45.

25. Нефедьев М.А. Физико-геологическая модель и оценка перспектив Озернинского рудного узла по геофизическим данным. // Разведка и охрана недр №12, 2007.

26. Поротов Г.В. Математические методы моделирования в геологии. С-Пб, 2006.

27. Постников А. А., Журавлева И. Т., Терлеев А. А. Стратиграфия кембрийских отложений Озернинского рудного узла (Западное Забайкалье) // Геология и геофизика, № 3, т. 38, 1997, С. 608-619.

28. Резниченко С.С. Математические методы и моделирование в горной промышленности, М.: Издательство Московского горного университета, 2001,404 с.

29. Решения Всесоюзного стратиграфического совещания по докембрию, палеозою и четвертичной системы Средней Сибири. Новосибирск, 1983, 83 с.

30. Рундквист Д.В. Фактор времени при формировании гидротермальных месторождений: периоды, эпохи, этапы и стадии рудообразования // Геология рудных месторождений, Т.39, №1, 1997, С. 11-24.

31. Салоп Л. И. Геология Байкальской горной области. Т. II. Магматизм, тектоника, история геологического развития. М: Недра, 1967, 700 с.

32. Скобло В. М., Лямина Н. А., Руднев А. Ф. Континентальный верхний мезозой Прибайкалья и Забайкалья (стратиграфия, условия осадконакопления, корреляции). Новосибирск: Издательство СО РАН, 2001, 332 с.

33. Феофилактов Г.А. О генетическом родстве и связи разнотипного оруденения Озернинского рудного узла с тектономагматической активизацией. // Тектоника и металлогения областей орогенной активизации, 1986, С. 127136.

34. Флоренсов Н. А. Мезозойские и кайнозойские впадины Прибайкалья. М.- Л.: Изд-во АН СССР, 1960, 258 с.

35. Франклин Дж.М., Лайдон Дж.У., Сангстер Д.Ф. Колчеданные месторождения вулканической ассоциации И Генезис рудных месторождений. М.: Мир, 1984. С.39-252.

36. Хаин В. Е., Гончаров М. А. Геодинамические циклы и геодинамические системы разного ранга: их соотношение и эволюция в истории Земли// Геотектоника,, № 5, 2006, с. 3-24.

37. Цыганков А. А. Магматическая эволюция Байкало-Муйского вулканно-плутонического пояса в позднем докембрии. Новосибирск, Изд-во СО РАН, 2005, 306 с.

38. Шуметов В. Г., Шуметова JL В. Факторный анализ: подход с применением ЭВМ. ОрелГТУ, Орел, 1999, 88 с.

39. Язмир M. М. К вопросу о происхождении кембрийской скелетной фауны и границы между протерозоем и кембрием // Материалы по геологии и полезным ископаемым Бурятской АССР. Улан-Удэ, Вып. 9, 1965, С 21-23.

40. Язмир М.М., Далматов Б.А., Язмир И.К. Атлас фауны и флоры палеозоя и мезозоя Бур. АССР. Палеозой. М.: Недра, 1975. 184 с.

41. Язмир M. М. О распределении ископаемых форм в разрезах олдындинской свиты западной части Еравнинской зоны // Материалы по геологии и полезным ископаемым Бур. АССР. Улан-Удэ, Вып. XV, 1972, С. 57-65.

42. Ярмолюк В. В. Ангаро-Витимский батолит: к проблеме геодинамики батолитообразования в Центрально-Азиатском складчатом поясе // Геотектоника, № 5, 1997, С. 18-32.

43. Ярмолюк В. В. Геохронология и геодинамическая позиция Ангаро-Витимского батолита// Петрология, т. 5, № 5, 1997, С. 451-466.

44. Alireza M. 3D Geophysical and Geological Modeling in the Skellefte District: Implications for Targeting Ore Deposits // ACTA UNIVERSITATIS UPSALIENSIS UPPSALA, 2007, p. 11 50.

45. Briskey J.A. Descriptive model of sedimentary exhalative Zn-Pb, in Сох, D.P., and Singer, D.A., eds., Minerai deposit models: U.S. Geological Survey Bulletin 1693, 1986, p. 211-212.

46. Carne R.C., Cathro R.J. Sedimentary-exhalative (Sedex) Zn-Pb-Ag Deposits, Northern Canadian Cordillera; Canadian Institute of Mining and Metallurgy, Bulletin, Volume 75, 1982, p. 66-78.

47. Cecile M.P., Morrow D.W. Williams G.K. Early Paleozoic (Cambrian to Early Devonian) tectonic framework, Canadian Cordillera. Bulletin of Canadian Petroleum Geology, v. 45, 1997, p. 54-74.

48. Chiles J.P., Aug C., Guillen A., Lees T. Modelling the Geometry of Geological Units and its Uncertainty in 3D From Structural Data: The Potential-Field Method // Orebody Modelling and Strategic Mine Planning, Perth, WA, 2004, p. 313 -320.

49. Cooke D.R., Bull S.W., Large R.R., McGoldrick P J. The importance of oxidized brines for the formation of Australian Proterozoic stratiform sediment-hosted Pb-Zn (SEDEX) deposits // Economic Geology, v. 95, 2000, p. 1-18.

50. Essam A., Ahmed S., Keisuke U., Subsurface structural mapping of Gebel El-Zeit area, Gulf of Suez, Egypt using aeromagnetic data // Earth Planets Space, 57, 2005, p. 755-760.

51. Galley A.G., Hannington M.D., Jonasson I.R. Volcanogenic massive sulphide deposits. // Mineral Deposits of Canada, Mineral Deposits Division, 2007, p. 141 -161

52. Galley A.G., Syme R., Bailes A.H. Metallogeny of the Paleoproterozoic Flin Flon Belt, Manitoba and Saskatchewan // Mineral Deposits of Canada, Mineral Deposits Division, 2007, p. 509 531

53. Gibson H.L., Galley A.G. Volcanogenic massive sulphide deposits of the Archean, Noranda district, Quebec // Mineral Deposits of Canada, Mineral Deposits Division, 2007, p. 533 552

54. Gibson H.L., Kerr D.J. Giant volcanic-associated massive sulfide deposits: with emphasis on Archean examples // Giant ore deposits workshop. Kingston, 1992. p. 491-522.

55. Goodfellow W.D., Jonasson I.R., Morin J.A. Environment of formation of the Howards Pass (XY) Zn-Pb deposit, Selwyn Basin, Yukon // Canadian Institute of Mining and Metallurgy, Special Volume, v. 37, 1986, p. 19-50.

56. Goodfellow W.D., Lydon J.W. Sedimentary exhalative (SEDEX) deposits // Mineral Deposits of Canada, Mineral Deposits Division, 2007, p. 163-183

57. Goodfellow W.D., Lydon J.W., Turner R.W. Geology and genesis of stratiform sediment-hosted (SEDEX) Zn-Pb-Ag sulphide deposits // Geological Association of Canada, Special Paper 40, 1993, p. 201-251.

58. Hamilton J.M., Bishop D.T., Morris H.C., Owens O.E. Geology of the Sullivan orebody, Kimberley, B.C., Canada // Geological Association of Canada, Special Paper 25, 1982, p. 597-665.

59. Hsu S. K., D. Coppens, Shyu C.T. Depth to magnetic source using the generalized analytic signal. // Geophysics, 63, 1998, p. 1947-1957.

60. King A., Pesowski M. Environmental applications of surface airborne geophysics in mining // Canadian Institute of Mining and Metallurgy Bulletin, v. 86, 1993, p. 58-67.

61. Koo J., Mossman D.J. Origin and metamorphism of the Flin Flon stratabound Cu-Zn sulfide deposit, Saskatchewan and Manitoba // Economy Geology, V.70, 1975, p.48-62.

62. Large D.E. Geological parameters associated with sediment-hosted, submarine exhalative Pb-Zn deposits // An empirical model for mineral exploration: Geologisches Jahrbuch, v. D40, 1980, p. 59-129.

63. Large D.E. Sediment-hosted submarine exhalative lead-zinc deposits A review of their geological characteristics and genesis. // Wolf, K.H., ed., Handbook of stratabound and stratiform ore deposits, Amsterdam, Elsevier, v. 9, 1981, p. 469508.

64. Large D.E. Sediment-hosted massive sulfide lead-zinc deposits: an empirical model // Sangster, D.F., ed., Sediment-hosted stratiform lead-zinc deposits, Mineralogical Association of Canada Short Course Handbook, v. 8, 1983, p. 1-30.

65. MacIntyre D.G. Sedex Sedimentary-exhalative Deposits, in Ore Deposits, Tectonics and Metallogeny in the Canadian Cordillera, McMillan, WJ. // Coordinator, B. C. Ministry of Energy, Mines and Petroleum Resources, Paper 1991-4, 1991, p. 25 -69.

66. McClay K.R. Deformation of stratiform lead-zinc deposits, in Sangster, D.F., ed., Sediment-hosted stratiform lead-zinc deposits // Mineralogical Association of Canada Short Course Handbook, v. 8, 1983, p. 283-309.

67. Meju M.A. Geoelectromagnetic exploration for natural resources: models, case studies and challenges // Surv. Geophys., V. 23., 2002, P. 133-205.

68. Nabighian M. N. The Analytic Signal of Two-Dimensional Magnetic Bodies with Polygonal Cross-Section: Its Properties and Use for Automated Anomaly Interpretation // Geophysics, vol. 37, no. 3, 1972, p507-517

69. Nabighian M. N. Additional Comments on the Analytic Signal of Two-Dimensional Magnetic Bodies with Polygonal Cross-Section // Geophysics, vol. 39, no. 1, 1974, p. 85-92

70. Nelson J., Paradis S., Christensen J., Gabites J. Canadian Cordilleran mississippi valley-type deposits; A case for Devonian-Mississippi back-arc hydrothermal origin//Economic Geology, v. 97, 2002, p. 1013-1036.

71. Phillips J. D. Potential-Field Geophysical Software for the PC, version 2.2 // USGS open-File Report, 1997, 97-725

72. Salem A., Ravat D., Mushyandebvu M., Ushijima K. Linearized least-squares method for interpretation of potential-field data from sources of simple geometry // Geophysics, 69, 2004, p. 783-788.

73. Sangster D.F. Classifications, Distribution and Grade-Tonnage Summaries of Canadian Lead-Zinc Deposits, Geological Survey of Canada // Economic Geology Report 37, 1986, p. 68.

74. Sangster D.F., Hillary E.M., SEDEX lead-zinc deposits—Proposed subtypes and their characteristics // Exploration and Mining Geology, v. 7, 2000, p. 341-357.

75. Thurston J. B., Smith R. S. Automatic conversions of magnetic data to depth, dip, and susceptibility contrast using the SPI (TM) method // Geophysics, 62, 1997, p. 807-813.