Основные элементы глубинного строения Северо-Енисейского и Гонжинского золоторудных районов и региональные критерии прогноза

Актуальность темы

исследования.

Вопросам взаимосвязи неоднородностей глубинного строения земной коры с неравномерностью распределения рудных объектов в последние годы уделяется все большее внимание. Этот факт, в частности, отразился в организации в рамках конференции БОА в Лондоне в августе 1999 года семинара 1АОСЮ на тему «Роль глубинной структуры литосферы в образовании крупных и сверхкрупных рудных месторождений». Вопрос о зависимости масштабов оруденения от глубинных структур впервые был поставлен на международном уровне. Поиски такого рода зависимости направлены на определение глубинных структур, благоприятствующих поступлению в верхнюю кору энергии и вещества, обеспечивающих процессы рудообразования.

В СССР в 1985 году проводилось Всесоюзное совещание «Глубинный прогноз в эндогенных рудных районах» с рассмотрением проблемы по четырем направлениям:

• связь эндогенного рудообразования с глубинным строением земной коры;

• геологическая позиция рудных районов в связи с глубинной структурой;

• глубинное строение типовых рудных районов;

• принципы глубинного прогноза эндогенного оруденения.

По результатам совещания издана монография («Глубинные условия.», 1986), достаточно полно характеризующая представления о глубинных характеристиках как собственно рудных объектов, так и рудообразующих системсформулированы основные принципы изучения этих характеристик (Казанский и др., 1986).

При этом в вопросе о связи эндогенного рудообразования с глубинным строением земной коры мнения исследователей расходятся. Так, В. С. Сурков и др. (1986) для Алтае-Саянской складчатой области отмечают отсутствие строгой корреляционной связи рудных формаций с современным глубинным строением земной коры. Л. Н. Овчинников (1986) связывает распределение золоторудных месторождений Урала с глубиной поверхности Конрада (мощностью «базальтового» слоя), объясняя такую связь парагенетической общностью процессов формирования «базальтового» слоя, метаморфизма, магматизма и рудообразования. И. Б. Серавкин (1986) указывает на отсутствие определенной зависимости типов колчеданных месторождений Магнитогорского мегасинклинория от глубинного строения конкретных зон, подтверждая в то же время их связь с формационной принадлежностью и внутренней структурой рудовмещающих толщ.

В последующие годы благодаря созданию и применению многоволновой методики глубинного сейсмического зондирования в рамках комплексной программы изучения глубинного строения территории СССР (Козловский, 1982) были установлены: а) связь между отношением скоростей продольных и поперечных волн (Ур/Уэ) и содержанием кремнезема в блоках земной коры (Алейников, 1986), б) стохастическая связь между аномалиями Ур/У в в земной коре и положением рудных районов и металлогенических зон на уровне современного эрозионного среза (ВиПп, Egorkin, 1995). Для золоторудных районов такая связь заключается в том, что позиция целого ряда районов совпадает с проекцией на дневную поверхность краевых частей среднекоровых блоков земной коры, характеризующихся аномально низким отношением Ур/У е.

Отмечается также приуроченность золоторудных месторождений к краевым частям глубинных зон разуплотнения, интерпретируемых в кровле верхней мантии и в основании коры как астеносферные диапиры, а на разных уровнях внутри коры — как их трансформированные производные (Константинов, 1999).

В настоящей работе с помощью применения оригинальной методики обработки сейсмических разрезов на примере Северо-Енисейского и Гонжинского золоторудных районов демонстрируется принадлежность большей части вышеперечисленных неоднородностей земной коры к единым транскоровым аномальным зонам, подтверждается возможность их изучения и детализации с привлечением данных ГСЗ и космической фотосъемки. На основании результатов, полученных для СевероЕнисейского и Гонжинского районов, устанавливается пространственная корреляция верхне-, среднеи нижнекоровых элементов выделенных транскоровых аномалий с положением металлогенических зон и рудных районов.

Практическое выполнение работы в целом стало возможным только в последнее время благодаря проведенным Центром «ГЕОН» в 1980;1996 годах уникальным глубинным сейсмическим зондированиям с использованием многоволновой методики и с применением подземных ядерных взрывов (в литературе — «большие промышленные взрывы»). Отличие результатов этих работ от более ранних исследований заключается в том, что при использовании многоволновой методики концентрация точек трансформаций сейсмических волн в разрезе становится несоизмеримо большей. Под трансформациями сейсмических волн в данном случае понимаются как отражение, так и преломление, и образование обменных волн. При этом регистрируются как поперечные, так и продольные волны, источником которых могут служить как обычные, так и ядерные взрывы, и удаленные землетрясения.

Развитие методики глубинного сейсмического зондирования сопровождалось усложнением модели земной коры. Слоистая модель сменилась сложнослоистой за счет увеличения детальности исследований, и регистрации большего количества субгоризонтальных границ, затем, с появлением возможности определять поблочные скорости сейсмических волн — блоково-слоистой. Позже, начиная примерно с 1988 года, увеличение детальности и надежности определения поблочных скоростей позволило рассчитывать отношение скоростей продольных и поперечных волн (Ур/Уэ) для каждого выделяемого блока.

В проведенном автором исследовании скоростные характеристики среды используются только в качестве дополнительных данных при интерпретации полученных результатов. Значительно большее внимание уделяется изучению неравномерности распределения точек трансформаций сейсмических волн в разрезе. До начала 80-х годов такая задача просто не могла быть поставлена, поскольку отражающих площадок, регистрируемых традиционным ГСЗ, было недостаточно для проведения какой-либо статистической обработки. Однако, уже первые опыты применения многоволновой методики, (на основе этих материалов автором проводилось исследование глубинного строения Северо-Енисейского золоторудного района) дали материал, достаточный для применения статистических методов.

Выбор объектов исследования произведен автором исходя из их принадлежности к разным рудным формациям, различного геолого-структурного положения, а также — в зависимости от наличия первичных материалов (геотраверсы ГСЗ). Месторождения Северо-Енисейского района принадлежат к золото-мышьяковисго-сульфидной и золото-кварцевой формациям миогеосинклиналей, а Гонжинского — к золото-серебряной формации интрузивно-купольных поднятий вулканических поясов. Северо-Енисейский район пересекается геотраверсами «Шпат» и «Батолит», Гонжинский — геотраверсом «Базальт-^». Такой выбор объектов исследования дает возможность применить предлагаемую методику к различным типам золоторудных районов и позволяет сопоставить результаты, полученные для разных геолого-структурных обстановок. При отработке методики использовались также данные ГСЗ по геотраверсу «Базальт — 2», проходящему через район Мурунтау (см. главу 2), а при интерпретации — и результаты, полученные по геотраверсу «Базальт-1 в».

В целом актуальность работы определяется а) вновь полученной возможностью применения статистических методов для обработки сейсмических разрезов ГСЗ, б) необходимостью выяснения вопроса о принадлежности различных неоднородностей глубинного строения земной коры, которым ранее придавалось металлогеническое значение, к единой транскоровой системе (аномальной зоне), в) необходимостью как можно более полного использования уникальных данных, полученных при проведении работ по комплексной программе изучения глубинного строения территории СССР для проведения глубинного прогноза на полезные ископаемые, в т. ч. — на золото.

Цель работы:

Целью работы является выявление основных элементов глубинного строения земной коры, коррелирующих с положением Северо-Енисейского и Гонжинского золоторудных районов, и определение на этой основе региональных критериев прогноза на золотоносность, для чего решаются следующие задачи: 1П Определение комплекса методов обработки геолого-геофизической информации для выделения глубинных неоднородностей земной коры. 20 Выявление основных элементов глубинного строения земной коры, коррелирующих с положением Северо-Енисейского и Гонжинского золоторудных районов на уровне современного эрозионного среза. ЗП Определение глубинных критериев прогноза на золотоносность на основе полученных результатов. Основные защищаемые положения.

1. Методика выделения зон сейсмической прозрачности на основе построения изолиний концентрации точек трансформаций сейсмических волн (ТТВ) в разрезе позволяет выделять и оконтуривать транскоровые (сквозные) неоднородности с корнями мантийного заложения.

2. Основными элементами глубинного строения Северо-Енисейского и Гонжинского золоторудных районов являются объединяемые транскоровой зоной сейсмической прозрачности верхне-, среднеи нижнекоровые неоднородности, различающиеся по геофизическим характеристикам, а на уровне современного эрозионного среза коррелирующие с крупными тектоническими элементами, зонами интенсивного проявления интрузивного и эффузивного магматизма и с позицией золоторудных районов.

3. Наиболее вероятной моделью, объединяющей выделяемые на разных уровнях земной коры неоднородности, является модель палеосистемы тепломассопереноса.

4. Региональными глубинными геофизическими критериями прогноза являются: а) для металлогенических зон или групп рудных районов — участки отсутствия границы Мохо и сопряженные с ними зоны сейсмической прозрачности в нижней коре (каналы поступления мантийного вещества и энергии в земную кору), б) для рудных районов — периферийные области среднекоровой части палеосистемы тепломассопереноса и сопряженные с ними верхнекоровые зоны дефицита плотности, коррелирующие с зонами аномально низкого отношения Ур/Ув и характеризующие каналы поступления вещества и энергии из средней коры к поверхности.

Научная новизна.

Работа основана на методике статистического анализа сейсмических разрезов, разработанной автором. Предлагаемая методика впервые позволила выделить транскоровые аномальные области, включающие в себя большую часть выделявшихся ранее глубинных неоднородностей земной коры, связываемых различными исследователями с позицией золоторудных районов и месторождений. Установлены геолого-геофизические характеристики верхне-, среднеи нижнекоровых неоднородностей земной коры, коррелирующие с пространственным распределением золоторудных проявлений.

Практическая ценность.

1. Предлагаемый подход к комплексной обработке и интерпретации геолого-геофизических данных позволил выявить ранее неизвестные особенности глубинного строения Северо-Енисейского и Гонжинского золоторудных районов. Опробование подхода на этих и других объектах (Мурунтау, «фоновые» участки геотраверсов) демонстрирует возможность его применения в самых разных геологических обстановках.

2. Выявлена взаимосвязь геофизических характеристик разных частей разреза земной коры, с пространственным распределением золотого оруденения. Установленные закономерности могут быть использованы в качестве глубинных геолого-геофизических критериев прогноза золотоносности вдоль системы геотраверсов.

Фактический материал.

Для проведения исследований использованы: государственная карта силы тяжести масштаба 1:1 000 000 листы 0−46, Р-46, N-52, К-41- государственная геологическая карта и карта полезных ископаемых масштаба 1:1 000 000 листы 0−46, Р-46, N-52, К-41- сейсмические разрезы по геотраверсам ГСЗ «Батолит», «Шпат», «Базальт», «Базальт-4», «Базальт-2», «Базальт-1б», выполненные в 1982 — 1996 г. г. Центром «ГЕОН» — опубликованные и фондовые материалы по геологии, металлогении и глубинному строению исследуемых районовРезультаты интерпретации космических снимков. Личный вклад автора.

Автором собран большой фактический материал по геотраверсам глубинного сейсмического зондирования, произведена обработка и переинтерпретация данных ГСЗ по более чем 6000 км геотраверсов (с привлечением гравиметрических, геологических данных, и данных по металлогении), разработана методика выделения транскоровых глубинных неоднородностей земной коры, проведена геологическая интерпретация полученных результатов, их систематизация и обобщение, сопоставление с литературными данными.

Апробация работы.

Непосредственно по теме работы автором опубликовано 3 статьи в российских и международных журналах (Доклады РАН, Геология рудных месторождений, Global Tectonics and Metallogeny), 5 тезисов докладов, включая материалы SEG International Exposition and Sixty-Ninth Annual Meeting. 31 October — 5 November, 1999, Houston. Отдельные результаты докладывались на международной конференции «Новые идеи в науках о Земле», МГГА, 1999 г., на заключительном заседании Комиссии по тектонике рудных месторождений по проекту 354 IAGOD/CTOD (Лондон, август 1999), на совещании «Методология и методы металлогенического анализа и прогноза рудных объектов — состояние и перспективы применения для воспроизводства фонда недропользования» ЦНИГРИ, ноябрь, 1999, а также — на конференции «Плюм-литосферные взаимодействия» в Страсбурге, 9−11 апреля 2000 г. Предлагаемая методика применяется при выполнении работ по проекту РФФИ 99−05−65 631.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

В первой главе охарактеризованы современные представления о глубинном строении рудных районов. На этой основе, с учетом возможностей современных геофизических методов, формулируется задача исследований. Вторая глава содержит обоснование предлагаемой автором методики обработки геолого-геофизической информации на примере данных геотраверса «Базальт-2». В третьей главе характеризуется геологическое строение Северо-Енисейского и Гонжинского золоторудных районов и излагаются результаты изучения их глубинного строения. Четвертая глава посвящена обобщению полученных автором результатов, их сопоставлению с математическими и физическими моделями эндогенных процессов. На основе такого обобщения и сопоставления предлагается вариант интерпретации выделяемых геолого-геофизических неоднородностей глубинного строения земной коры, а также — формулируются региональные глубинные критерии прогноза на золотоносность. Каждая глава завершается краткими выводами. Текстовой и иллюстративный материал изложен на 113 страницах и включает 31 рисунок, 3 таблицы.

Список литературы

 — 72 наименований.

Автор выражает благодарность научному руководителю профессору М. М. Константинову за руководство работой, академику РАН Д. В. Рундквисту и зав. Отделом ГИС Геологического музея им. В .И.Вернадского В. М. Ряховскому за поддержку и внимание. Работа не могла бы быть проведена без оригинального материала, предоставленного Центром «ГЕОН», и консультаций с А. В. Егоркиным. Автор крайне признателен А. Н. Барышеву, А. В. Бражнику, А. Г. Горелову, Р. Ф. Данковцеву, А. И. Кривцову, В. П. Новикову, С. А. Светлову, Г. С. Симкину (ЦНИГРИ) за советы и критические замечания, которые были крайне полезны при осмыслении.

13 полученных результатов и при оформлении работы, А. В. Перцову, Г. В. Гальперову и A.A. Рукояткину (ВНИИКАМ) за большую работу, проделанную по интерпретации космических снимков Енисейского кряжа. Результаты, полученные сотрудниками ВНИИКАМ, позволили дополнительно подтвердить некоторые выводы автора. Большую помощь в работе на всех ее стадиях оказала Н. А. Вишневская, а в части применения ГИС-технологий — Е. И. Чесалова (ГГМ РАН).

1. ОБЗОР РЕЗУЛЬТАТОВ ПРЕДЫДУЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

Обзор имеющихся данных по геологическому строению исследуемых районов приводится в главе 3 вместе с описанием вновь полученных результатов, что облегчает восприятие последних. В данной главе в целом характеризуется состояние проблемы изучения глубинного строения земной коры рудных районов. Обоснование постановки задачи исследований производится на основе анализа возможностей имеющихся методов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведенные исследования доказывают возможность определения положения, морфологических и геолого-геофизических характеристик систем тепломассопереноса, определяющих локализацию процессов рудообразования, и, как следствие, позицию перспективных на эндогенное оруденение и, в частности, на золото районов. Для разных полезных ископаемых прогнозные критерии, связанные со среднекоровыми и, особенно, с верхнекоровыми частями систем тепломассопереноса, могут отличаться от критериев, установленных для золоторудных объектов.

Перспективным видится применение для прогнозных целей такого метода интерпретации космических снимков, как метод линеаментного зондирования. Первый опыт продемонстрировал возможность картирования по космоснимкам рельефа кровли среднекоровой части систем тепломассопереноса, а именно особенности этого рельефа имеют большое значение для решения прогнозных задач.

Построенная по результатам комплексной интерпретации геолого-геофизических данных эмпирическая модель палеосистемы тепломассопереноса во многом совпадает с генерализованной моделью флюидно-магматической рудообразующей системы, предложенной Ю. Г. Сафоновым (2000) для крупных месторождений золота.

В целом, результаты проведенных исследований позволяют поставить задачу выполнения прогноза золотоносности вдоль всех геотраверсов глубинного сейсмического зондирования, проведенного с применением многоволновой методики.