Вопросы поисков и прогнозирования золоторудных месторождений рассматривались многими специалистами (А.Ф. Коробейников, А.Г. Баранников, В.Н. Сазонов, Г.П. Дворник, Г.А. Соловьев, М.И. Пахомов, Л.Я. Ерофеев и другие). Трудности истолкования геофизических полей зон метасоматических изменений обусловлены сложной мозаичной структурой изменчивости состава горных пород, которая проявляется как метасоматическая и петрофизическая зональность в сочетании с увеличением дисперсии физических свойств и измеряемых полей. Решение этой задачи в разных регионах имеет свои особенности и требует адаптации методики обработки и интерпретации к конкретной геологической обстановке [4, 5].
Цель работы: разработать методику выделения литологических комплексов с помощью данных магниторазведки и электроразведки золоторудных месторождений Амурской области золото-кварц-сульфидного типа.
Материалы и методы исследования
В районе работ наиболее широко распространены вулканогенно-терригенные образования условно ранне-позднепалеозойского и раннеюрского возраста. Наиболее древними и метаморфизованными являются нижнепалеозойские образования, объединенные в афанасьевскую свиту, вмещающую рудную зону. В составе резко преобладают мусковит-кварц-альбитовые и мусковит-альбит-кварцевые сланцы. В меньшем количестве присутствуют альбит-хлорит-эпидот-амфиболовые сланцы. Породы повсеместно подвергнуты гидротермально-метасоматическому окварцеванию. Кварц образует маломощные жилы и линзы непостоянной мощности до 10 м, а также заполняет сближенные зоны дробления общей мощностью до 150 м. Все виды метасоматитов содержат вкрапленность сульфидов (пирит, арсенопирит, галенит и др.), шеелита и зачастую золотоносны. Кроме того, присутствуют алевролиты и песчаники с пластами и линзами органогенных известняков, яшм, метабазальтов, седиментационных брекчий, мелкогалечниковых конгломератов [6].
Геологическое строение района осложнено различно ориентированными разрывными нарушениями, среди которых в качестве главного выделяется субширотная система. Кроме того, широко проявлены нарушения субмеридионального и северо-восточного направлений.
Основным нарушением субширотной системы является Унгличиканский разлом, служащий границей между Удско-Шантарской и Селемджино-Кербинской зонами Амуро-Охотской системы. Нарушение легко картируется по резкому перепаду метаморфизма разграничиваемых им пород и обилию вдоль его зоны разнообразных тектонитов шириной 0,6–0,8 км, представленных брекчиями, перемятыми, гофрированными и будинированными породами. По морфологии разлом относится к сбросам. Еще одним крупным разломом субширотного простирания является Курумканский, проходящий в центральной части описываемой площади. Зона разлома характеризуется рассланцеванием, милонитизацией, трещиноватостью и окварцеванием пород мощностью до 0,5 км.
Субмеридиональные разрывные нарушения немногочисленны, относятся к сбросо-сдвигам, имеющим значительные вертикальные составляющие. Нарушения этой системы контролируют размещение образований селитканского интрузивного комплекса.
Из других разрывных нарушений отмечаются фрагментарно изученные тектонические контакты выходов пород афанасьевской свиты. По зонам этих нарушений приходят в соприкосновение породы разных формаций, по морфологии они напоминают зоны глубинных срывов [6].
Золоторудные месторождения расположены в пределах северного крыла Эльгоканского купола, относящегося к нижнему раннепалеозойскому структурному подэтажу. Гидротермалиты месторождения локализованы в метабазитах афанасьевской свиты, которые контролируются подошвой надвига. Другое месторождение образовано жилами северо-восточного субширотного простирания, которые являются трещинами скола в аллохтоне надвига.
Месторождения локализованы в северном крыле куполовидной антиклинальной структуры, сложенной образованиями златоустовской и афанасьевской свит, прорванными дайками и силлами среднего состава мелового возраста. Рудоносные кварцевые жилы имеют преимущественно южное падение под углами 25–80 ° и приурочены к системе широтных тектонических нарушений мощностью 5–10 м. Большей частью жилы секущие по отношению к напластованию вмещающих пород, но отмечаются и согласные. Практически все золоторудные тела связаны с кварцевыми жилами. Протяженность тел от 50 до 1000 м, мощность 0,05–2,0 м, изучены на глубину от 5 до 320 м. Золото встречается как в свободном состоянии, так и в сульфидах. Месторождения относятся к метаморфогенно-гидротермальному типу золото-сульфидно-кварцевой формации больших глубин.
На участках общей площадью более 100 км2 выполнены комплексные геофизические работы. На них проведены площадные магниторазведочные работы по сети 200*10 м и электроразведочные (СЭП-ВП) по такой же сети. Приёмный диполь MN = 10 м, питающие линии AB = 4000 м. Работы проводились переменным током на частоте 1,22 Гц (форма сигнала – меандр) с определением фазового сдвига и кажущегося сопротивления. По результатам измерений построены карты DТ, ρк и hк масштаба 1:50000. Фактический материал представлен в табл. 1.
Таблица 1
Фактический материал
|
ΔТ, нТл |
ρк, Ом*м |
φ, ° |
|
38,2 |
1136,6 |
2,9 |
|
42,2 |
1045,7 |
3,1 |
|
43,9 |
972,4 |
3,3 |
|
… |
… |
… |
|
– 29,2 |
88,6 |
1,7 |
Интенсивность искомых аномалий на золоторудных месторождениях мала, поэтому всегда применяют комплекс геофизических методов. При совместном истолковании геофизических полей для проведения процедур распознавания образов и литологического расчленения горных пород в каждой точке измерения i их преобразуют к относительному (безразмерному) [1, 2] виду по
где f – поле, h – уровень относимости, a – коэффициент нормировки, который позволяет перевести f в заданный диапазон. Например, если принять, a = fmax – fmin, то диапазон изменения поля в относительном виде равен 1. Если h принять равным ожидаемой интенсивности поля искомого объекта, то площади с fi близкими к 0 будут перспективными на наличие объекта поисков. Г.С. Вахромеев предложил вид такого преобразования:
,
где fi – измеренное значение магнитного поля, fСР – среднее по площади значение, Sf – стандартное отклонение. Среднему по площади значению поля часто нельзя придать какое-либо содержание. Оно не относится к какому-либо геологическому объекту, поэтому данный вид поля относимости неудачен.
Если измерены три физических поля T, ρk, ηk, то объекту поисков соответственно присущи значения полей близкие к h, v, q [3]. Выберем нормирующие коэффициенты равными одной трети величины диапазона изменения поля:
, 
, 
,
тогда обобщенный показатель в i точке примет вид
.
Диапазон изменения представленного W приблизительно равен 1, а значения близкие к 0 выявляют перспективные площади. Среди выделенных участков необходимо исключить те, где происходит компенсация полей fОТН разного знака.
Такой подход позволяет обнаружить участки метасоматических околорудных изменений (окварцевания, аргиллитизации, сульфидизации, пропилитизации, фенитизации и др.) путем подбора коэффициентов W. Расчет W с разными параметрами преобразования для выделения участков разными типами метасоматических процессов напоминает процедуру расчета аномалий с разным радиусом осреднения с целью выделения аномалий источников разных размеров и плотностей. Пример применения приведен на рис. 1.
а) б)
Рис. 1. План изолиний W для выявления целевых комплексов: а – сланцев; б – метабазитов
При проведении процедуры распознавания расстояния между центрами классов вычислим на основе полученных полей в относительном виде по формуле
,
где i и j – индексы классов, fОТН1 – центр класса поля f.
Результаты исследований и их обсуждение
На первом этапе были выявлены четыре преобладающие ориентировки простирания изолиний геофизических полей. Для них проведена оценка частости четырех ориентировок направлений изолиний, намечены по геофизическим данным предполагаемые тектонические нарушения. При совместном рассмотрении карт трех полей по морфологии и интенсивности геофизических аномалий площади были намечены пять основных блоков: северо-западный (СЗБ), северо-восточный (СВБ), центральный (ЦБ), юго-западный (ЮЗП) и юго-восточный (ЮВБ).
В центральной части каждого блока были выделены участки площадью 8 км2. В каждом из них оценивалась интенсивность поля и преобладающая ориентировка изолиний (плотность тектонических нарушений разной ориентировки). Участки существенно отличаются по набору этих признаков. В СВБ преобладают разломы широтной и северо-западной ориентировки. В СЗБ преобладают разломы широтной и северо-восточной ориентировки. Этот блок соответствует области распространения акриндинской области. В ЦБ преобладают разломы меридиональной ориентировки, а интенсивность поля самая низкая. ЦБ соответствует области распространения златоустовской свиты. На основе выявленных закономерностей были уточнены границы выделенных блоков. Каждый из вышеназванных блоков состоит из блоков меньших размеров.
Два северных блока характеризуются высокими значениями кажущегося сопротивления, магнитным полем высокой интенсивности и значительными площадными аномалиями фазового угла (вызванной поляризации) φ как низких, так и высоких значений. Блоки сложены образованиями златоустовской свиты, представленными метаалевролитами, метапесчаниками и насыщены горизонтами альбит-актинолит-эпидотовых, альбит-хлорит-актинолит-эпидотовых сланцев (метабазитов). На карте графиков фазового угла φ отчетливо прослеживаются альбит-актинолит-эпидотовые, альбит-хлорит-актинолит-эпидотовые сланцы (метабазиты), которые выделяются отрицательными значениями φ; метапесчаники, метаалевролиты с прослоями филлитизированных сланцев выделяются положительными значениями φ.
Южные блоки характеризуются мозаичными полями сопротивления и поляризуемости (фазового угла φ), высоким дифференцированным магнитным полем в северной части и слабо дифференцированными площадными положительными и отрицательными полями в центральной и южной частях. Блоки сложены преимущественно графитистыми сланцами афанасьевской свиты. Для выделения графитистых сланцев с прослоями двуслюдяных сланцев (альбит-слюдяно-кварцевых) применялся комплекс полей: положительные значения и φ. На границе измененных пород геофизические поля были равны нулю (Т, φ) или выделялись градиентом φk.
Далее в пределах каждого блока проведена процедура распознавания образов в модификации естественного расслоения данных. Все три параметра были переведены в относительный вид. По аналогичным формулам были вычислены относительные значения кажущегося сопротивления и аномалий вызванной поляризации.
Тектонические нарушения на геофизических картах выделяются линейными минимумами и линейными градиентами φк, в магнитном поле и на картах фазового угла – зонами градиентов, цепочками аномалий и перерывами корреляции DТ. Широтные и меридиональные разломы образуют сетку 1000*1000 м. В изучаемом районе в геофизических полях наиболее ярко проявлены разломы субширотного простирания. По геофизическим данным меридиональные разломы более древние. Их сочетание приводит к появлению аномалий северо- западного и северо-восточного простирания. Интенсивность окварцевания проявляется в уменьшении намагниченности пород и в увеличении кажущегося сопротивления.
На этапе качественной интерпретации было выделено семь СВК и проведено литологическое расчленение внутри блоков. Проведена оценка расстояний между выделенными СВК dij.
Переслаивание графитистых (углеродсодержащих) сланцев и серых алевритовых филлитизированных сланцев с карбонат-глинистыми (карбонат-слюдяно-кварцевыми) углеродистыми и карбонат-кремнистыми сланцами выделяется низкими значениям φk.
Для семи классов, выделенных на этапе количественной интерпретации, в трехмерном пространстве относительных величин были определены центры классов и расстояния между ними. Расстояния были вычислены в предположении одинаковой надежности всех трех методов. Центры классов оказались достаточно удалены друг от друга. Однако пересечение классов осталось значительным, что указывает на выделение дополнительных классов.
Контактовая часть пород выделяется ярко выраженными аномалиями геофизических полей. С северной части площади это отрицательная аномалия фазового угла (поляризуемости) (0,5*1,0 °), приуроченная к градиентной части поля сопротивлений и соответствующая протяжённому телу метабазитов выдержанной мощности (100*500 м). Со стороны южной части площади это протяжённая аномалия низких значений кажущегося сопротивления, соответствующая верхней подсвите афанасьевской свиты. Видимая мощность зоны около 200 м. Западнее мощность зоны равномерно увеличивается до 800 м и в ней появляются локальные линейные аномалии повышенного сопротивления, обусловленные телами метабазитов.
В целом можно отметить, что геофизические аномалии смещены относительно зоны метасоматитов. О направлении падения говорит характерная асимметрия графиков наблюдаемых полей. Виды кривых высокого магнитного поля (магнетитсодержащие метасоматиты), низкой поляризуемости (альбитизация, окварцевание, мусковитизация) и низкого сопротивления (дробление, интенсивная трещиноватость и глинизация) указывают на падение аномалиеобразующих объектов в северном направлении. Характер аномалии высокого сопротивления в интервале 115*140 м свидетельствует о падении высокоомного объекта (прожилковое окварцевание) на юг.
В процессе выделения структурно-вещественных комплексов был выделен новый комплекс в юго-западной части участка (рис. 2). Его выделение произошло путем качественной интерпретации геофизических карт T, ρk и φ. Данный комплекс характеризуется отрицательными значениями T (от –15 до –30 нТл), положительными ρk (от 3500 до 5000 Ом*м) и φ (от 3,8 до 4,8 °). Это дополнительный литологический комплекс, выделенный авторами. Для проверки данного литологического комплекса на золотоносность было высчитано поле корреляции, т.к. выявлено, что золоторудные объекты имеют тесную корреляционную связь между электрическим сопротивлением и магнитным полем [2] (рис. 2).
а) б)
Рис. 2. а – комплекс геофизических полей T, ρk и φ; б – поле корреляции зависимости электрического сопротивления и магнитного поля ρk(Т) зоны метасоматоза. Красный пунктир – низкие значения T, зеленый – высокие ρk, синяя сплошная – φ
Для подтверждения выделения нового СВК строим карты ρ (φ, Т) (рис. 3). Анализ этой карты проводится совместно с рассмотрением гистограммы полей, что позволяет по количеству измерений обоснованно судить о надежности построения изолиний в разных областях карты. На карте область нового СВК отображается максимальными значениями.
а)
б) в)
г)
Рис. 3. а – план изолиний ρkотн (ΔTотн, φотн) для площади, на которой выделен (черная линия) новый СВК; б, в, г – гистограммы T, ρk и φ нового СВК
Пример расчетов представлен в табл. 2.
Таблица 2
Пример расчетов
|
ΔТ’ |
ρк’ |
φ’ |
|
0,32 |
0,31 |
0,15 |
|
0,32 |
0,33 |
0,13 |
|
0,34 |
0,36 |
0,12 |
|
… |
… |
… |
|
0,09 |
0,22 |
0,03 |
Выводы
Полученная методика является эффективным способом выделения блоков, структурно-вещественных комплексов и позволяет провести литологическое расчленение пород в пределах выделенных блоков. С помощью данной методики установлено, что золоторудные месторождения Амурской области золото-кварц-сульфидного типа формируются в основном в зонах разломов, либо на их контакте, которые уверенно выделяются по комплексным геофизическим данным.