Территория исследований представляет собой коллаж террейнов, объединённых последовательностью и условиями формирования геологических комплексов Сихотэ-Алинского горно-складчатого сооружения и Ханкайского массива, осложнённых на востоке перекрывающими и сшивающими образованиями Восточно-Сихотэ-Алинского вулкано-плутоногенного пояса (ВСАВПП) [1]. В пределах территорий распространения производных мезо-кайнозойского вулканизма, степень и тип рудной минерализации во многом обусловлен составом и парагенезисом подстилающих и вмещающих осадочно-метаморфических пород и прорывающих их магматических комплексов [2]. Это подтверждается вертикальной зональностью оруденения и коррелируется с глубиной денудации минерализованных площадей.
Целью настоящего исследования является изучение локальных геоморфологически выраженных поднятий, их классификация и прогнозное минерагеническое районирование Сихотэ-Алинской орогенной системы. Достижение этой цели обеспечивается подбором дистанционной основы на территорию исследования (юг Сихотэ-Алиня в пределах Приморского края), включающей цифровую модель рельефа и результаты гравиметрической съемки; разработкой вычислительного аппарата для дешифрирования порядков водотоков, расчета поверхностей базиса эрозии и их разностей; построением карт локальных максимумов разности базисных поверхностей; районированием (кластеризацией) территории исследования по геоморфологическим аномалиям; интерпретацией выделенных районов и определением их благороднометалльного потенциала.
Геологическое строение и историко-минерагенические особенности Сихотэ-Алинского горно-складчатого сооружения
Площадь исследуемой территории Приморского края, соответствующая листам L-(52), 53 и (K-52, 53), в геологическом отношении представляет собой Ханкайский массив, супертеррейновое сооружение Сихотэ-Алиня и ВСАВПП, сформированные в результате активного взаимодействия системы «континент – океан» с эпизодами субдукционного и трансформного режимов. Несмотря на полуторавековую историю наблюдений и геологического изучения, разведанные запасы благородных металлов здесь существенно ниже, чем на сопредельных территориях [3]. На площади Сихотэ-Алинского горно-складчатого сооружения описаны Нижне-Амурский и Кемский благороднометалльные пояса, а также Благодатненский, Аскольдовский, Нижнетаежный рудные узлы, как и отдельные Au-Ag месторождения и рудопроявления [1; 4] (рис. 1). Благороднометалльные месторождения и проявления приурочены к грейзенизированным и скарнированным интрузивным массивам, а также к субвулканическим телам и малым интрузиям и обладают выраженной латеральной и вертикальной зональностями. Примером такого зонального распределения многометалльной минерализации является месторождение серебра Кумирное, детально описанное в работе [4].
Площадная дифференциация территории Сихотэ-Алинского супертеррейна по степени интенсивности производных рудообразующих процессов возможна анализом вещественного состава и возраста до-, син- и пострудных геологических комплексов. Сведения об унаследованной позднекайнозойской тектонической активности, распределении препарированных денудацией или перекрытых рудоносных интрузивов могут быть получены анализом значений разности базисных поверхностей эрозионной сети.
История формирования южной и центральных частей ВСАВПП, длящаяся около 90 млн лет, включает три главных этапа магматической активности: позднемеловой (~90–70 млн лет), маастрихт-раннемиоценовый (~69,4–19,0 млн лет) и поздний миоцен-плиоценовый (~16–4 млн лет). Первый и второй магматические этапы связывают с субдукцией, заключительный – с рифтогенезом [5].
Материалы и методы исследования
Связь металлогении и локальных поднятий, в том числе неотектонических, обосновывалась многими исследователями, в том числе А.А. Гавриловым, Н.Т. Кочневой, Р.И. Никоновой, Ю.Н. Размахниным, И.Н. Томсоном, Г.И. Худяковым, Ю.П. Юшмановым и другими [6]. Однако следует отметить, что данные исследования использовали методологический аппарат, лишенный современных ГИС-технологий, особенно в части обнаружения локальных поднятий, их картографирования и дальнейшего районирования.
Для детектирования зон новейшей активизации и площадной дифференциации Сихотэ-Алинского горно-складчатого сооружения автором используется модернизированный метод анализа базисных поверхностей Философова [7; 8], на основе анализа спутниковой цифровой модели рельефа (ЦМР), обрабатываемой с помощью научных языков программирования Python (включая библиотеки Gdal, Numpy и Pandas) и Matlab.
Современная гидросеть, отраженная на ЦМР SRTM, содержит информацию об интенсивности эрозионного процесса территории и ее изменениях, вызванных колебаниями уровня моря, активизацией складчатого горообразования, а также рифтогенезом.
В соответствии с методом базисных поверхностей наиболее древние водотоки территории имеют наивысший, а менее древние – меньший порядок, при этом современные водотоки, не имеющие притоков, представляют первый порядок. Заложение гидросети территории отражает время наиболее значительных тектонических или климатических изменений, приведших к смене циклов осадконакопления.
Алгоритм детектирования локальных поднятий и районирования описан ниже (таблица).
Рис. 1. Структурно-вещественные комплексы исследованной территории юга Дальнего Востока России и ее благороднометалльная минерагения
Алгоритм расчета разности базисных поверхностей и нахождения локальных неотектонических поднятий
|
Шаг |
Процедура |
|
1 |
Подбор спутниковой ЦМР SRTM и геологических данных на обширную территорию южного и центрального Сихотэ-Алинского складчатого сооружения |
|
2 |
Детектирование эрозионной сети на ЦМР, использован Matlab Topo Toolbox, отличающийся высоким качеством распознавания ЦМР SRTM для залесенных территорий |
|
3 |
Выделение водотоков 2-го и 3-го порядка |
|
4 |
Интерполяция поверхностей базиса эрозии 2-го и 3-го порядков |
|
5 |
Расчёт разностной поверхности 2–3 порядков |
|
6 |
Оконтуривание положительных аномалий базисных поверхностей пороговым отсечением |
|
7 |
Нахождение точек центроидов локальных аномалий разности базисных поверхностей и присвоение им значений площади кластера |
|
8 |
Классификация положительных локальных аномалий базисных поверхностей по значениям площади |
|
9 |
Кластеризация пространственного распределения центроидов с учетом класса площади |
|
10 |
Нахождение границ кластеров и районирование территории исследования |
|
11 |
Интерпретация выделенных районов с учетом анализа развитых в их пределах магматитов и реконструируемых тектонических событий |
Рис. 2. Карта разности базисных поверхностей 2-го и 3-го порядков (A) и положение локальных максимумов поднятий. Шкалирование точек проведено пропорционально площади выделенных поднятий (B)
Применение указанного алгоритма позволило получить карту разностей базисных поверхностей 2-го и 3-го порядков (рис. 2).
Результаты исследования и их обсуждение
Анализом карты разности базисных поверхностей и локализованных поднятий проведено районирование территории (рис. 2, A, B).
Базисные эрозионные поверхности [6] и их разность демонстрируют проявление неотектонических движений в течение времени формирования порядков гидросети и неравномерность развития процессов денудации. Генезис выявленных в пределах площади исследований поднятий раскрывается их сопоставлением с подстилающими структурно-вещественными комплексами, а также геофизическими данными.
Так, положительные аномалии разности базисов эрозии, соответствующие линейным зонам пониженных значений поля силы тяжести, пространственно сопряжённые с разломами, предположительно связаны с изостатическим процессом воздымания разуплотненных пород зон дробления. Локальные изометрические поднятия, выраженные в положительных аномалиях силы тяжести и контрастных линейных аномалиях магнитного поля, связаны с обнаженными и, вероятно, слабо перекрытыми интрузивными массивами основного состава. Остаточные поднятия выражены в локальных максимумах разности базисных поверхностей на фоне погружения сопряжённых блоков.
Миоцен-четвертичный диапазон возрастов оцениваемых структур соответствует времени формирования эрозионной сети, начало развития которой означает для Сихотэ-Алиня завершение этапа крупных структурно-тектонических перестроек территории [9]. Квартер ознаменовался развитием локальных структур и заключительными эпизодами вулканизма на юго-западе Сихотэ-Алинского пояса [10].
Анализ карты разности базисных поверхностей второго и третьего порядков в сопоставлении с известными полями позднекайнозойских вулканитов, препарированными раннемеловыми интрузиями и глубинными разломами, позволил уточнить роль процессов активного воздымания и денудации в формировании современного рельефа Сихотэ-Алинского складчатого пояса. Дешифрированные локальные аномалии включают эрозионные останцы, магматогенные или изостатические поднятия в разуплотненных приразломных зонах, метасоматически изменённые изостатически флотирующие массивы среди дислоцированных комплексов. Для дальнейшего определения генезиса картированных положительных аномалий использовался набор формальных признаков: структурно-вещественные ассоциации пород, близость крупных разломов, геоморфологические характеристики эрозионного рельефа, а также материалы авторских полевых наблюдений. Локальные поднятия, связанные с изостатическим (гравитационным) вязкопластическим перераспределением масс в земной коре, вызываются изменением плотности пород при меланжировании в сосдвиговых зонах и взаимодействии с подземными водами и гидротермальными растворами. Грейзенизация приводит к уменьшению объема и увеличению плотности изначальной породы [11], аргиллизация, каолинизация, альбитизация – к существенному снижению плотности [12–14].
Для районирования территории по уровню ее денудации применялся метод k-средних (k-means) [15]. Этот метод позволяет учитывать данные точек-центроидов локальных поднятий, содержащих значения максимума разностной поверхности в ее пределах. Районирование производится на основе заданного произвольного количества кластеров до сходимости с принятым геодинамическим районированием территории. Для центроидов детектированных локальных поднятий были выделены 4 зоны (рис. 3, а), различающиеся плотностью структур и их площадью (рис. 3, б). Они типизируются по вероятному происхождению поднятий: 1 – бимодальные вулканогенно-осадочные покровы олигоцен-миоцена на северо-востоке территории; 2 – эродированные раннемеловые абиссальные массивы с наличием вулканогенных поднятий и плато на юго-западе; 3 – эрозионные останцы на территории Ханкайского массива (северо-запад); 4 – глыбовые деформации, эродированные абиссальные интрузии в центральной части площади исследований.
Рис. 3. Районирование территории (k-means) по положениям центроидов и амплитуде локальных поднятий (a), статистика счета и площадей локальных поднятий в пределах отдельных зон (б)
Высотная амплитуда базисных поверхностей территории составила около 300 м. Например, на месторождении Кумирное, находящемся в зоне 1, такой перепад высот обеспечил последовательную смену олово-медно-серебряной минерализации (Sn-Cu-Ag) на отметках 150–200 м полиметалльно-серебряной (Zn-Pb-Ag) на отметках 200–500 м, и золото-серебряной (Au-Ag) (отметки 500–700 м) в приводораздельной части [4]. Выполненное нами районирование территории исследований в общем виде описывает уровень эрозионного среза и возраст структур, а следовательно, имеет минерагеническое значение.
Выводы
В результате проведённого исследования установлена латеральная зональность Сихотэ-Алинского горно-складчатого сооружения, обусловленная плотностью и взаимным расположением положительных аномалий разности базисных поверхностей 2-го и 3-го порядков. Выявленные с помощью алгоритма k-средних зоны получили свою геодинамическую интерпретацию, для чего учитывалось преобладание и взаимное расположение объектов определённой площади в пределах рассматриваемой зоны. Также устанавливалось их соответствие таким объектам магматических поясов, как эродированные абиссальные интрузивы или вулканические центры. Выделенные зоны соответствуют участкам Сихотэ-Алинского подвижного пояса, в пределах которого в разной степени проявились горообразовательные процессы и коровое гравитационное перераспределение масс, способствующее формированию локальных аномалий разности базисных поверхностей, рассматриваемых в качестве поднятий.