Введение к работе
Актуальность работы. Главной задачей и главным результатом геологических исследований было и остается открытие месторождений полезных ископаемых, которые служат материальной основой существования и развития человечества. Ни в ближайшей, ни в отдаленной перспективе альтернативы минеральному сырью нет. Поэтому проблема поисков и разведки месторождений является чрезвычайно важной и в научно-практическом, и в социальном отношениях.
Открытию месторождений предшествует длительный, многоплановый и многостадийный процесс прогнозирования, заключающийся «в выявлении на основе анализа свойств и качеств геологических тел, перспективных для размещения полезного ископаемого, и предсказание свойств и качеств самого полезного ископаемого, которое в этих позициях может быть обнаружено» (Бабенко, Коцуба, 2001).
Основу прогнозирования составляют поисковые признаки или критерии, в которых отражаются наиболее существенные факторы, способствующие аномально высокой концентрации рудного вещества в локальных областях геологической среды. К сожалению, современное состояние методологии, теории, методики и методов прогнозирования далеко от совершенства. Надежность геологических прогнозов пока невелика. Вероятность обнаружения месторождений при проверке результатов прогнозирования составляет
0,005-0,00001 (Шехтман и др., 1979) и даже меньше (Овчинников, 1992). По мнению Н. С. Кузнецова (1994), такое положение обусловлено тем, что многочисленные признаки и критерии, применяемые при прогнозировании, отражают различные иерархические уровни процессов рудообразования, и потому их совокупность играет скорее роль «шума», заглушающего «полезный сигнал», несущий информацию о процессах, благоприятствующих локализации оруденения.
В связи с этим продолжает оставаться весьма актуальной задача совершенствования существующих и разработка новых методов геологического прогнозирования с целью повышения его эффективности.
В современном комплексе разнообразных методов прогнозирования важное место принадлежит тектонофизическому методу, позволяющему изучать напряженно-деформированное состояние геологической среды. Многие исследователи (Гзовский, 1975; Фатхуллаев, 1976; Старостин, 1979, 1984, 1985; Калинин и др., 1989; Кривцов 1988; Мораховский, 1990; Филатов, 1990 и др.) отмечают тесную связь процессов рудоотложения с напряженно-деформированным состоянием геологической среды, потому что направленность, характер и интенсивность диффузионных потоков рудоносных флюидов, формирующих рудные поля и месторождения, зависят от распределения напряжений в массивах горных пород. А наиболее благоприятными путями миграции рудоносных флюидов и местами рудоотложения служат зоны разуплотнения, проницаемости (дилатации) в геологической среде.
В классическом тектонофизическом анализе (Гзовский, 1975; Гущенко, 1973; Паталаха, 1970 и др.) для оценки палеополей напряжений изучают разнообразные деформационные элементы в геологической среде: трещины скола, отрыва, плойчатость, складчатость и другие структурно-тектонические образования при условии их хорошей обнаженности и наличия отчетливо выраженных маркеров деформации – тензодатчиков. Поэтому на закрытых территориях этот метод неприменим. Не применяют его и при обычной геологической съемке (Лукьянов, 1984).
От этих ограничений свободен метод тектонофизического анализа гравитационного поля (Филатов, 1990), который позволяет изучать деформационные характеристики геологической среды, используя для этого аномальные значения поля силы тяжести, получаемые при обработке результатов гравиметрических съемок различных масштабов.
Целью работы является изучение деформационной структуры рудных месторождений различного генезиса методом тектонофизического анализа гравитационного поля для установления их отличительных признаков, которые можно было бы использовать при прогнозировании.
Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:
– выполнен анализ современного состояния проблемы геологического прогнозирования месторождений;
– изучены закономерности деформирования горных пород и дана количественная оценка дилатации;
– исследовано проявление временных деформаций геологической среды в аномалиях силы тяжести конкретных геологических объектов;
– проанализированы геолого-геофизические материалы по Березовскому золоторудному и Ново-Шемурскому медноколчеданному месторождениям;
– осуществлена геологическая интерпретация результатов тектонофизического анализа гравитационного поля Березовского золоторудного месторождения;
– выполнена качественная интерпретация и тектонофизический анализ аномалии силы тяжести Ново-Шемурского медноколчеданного месторождения.
Объект исследования. Объектами исследования являются рудные месторождения различного генезиса и промышленного типа: Березовское золоторудное и Ново-Шемурское медноколчеданное.
Предмет исследования. Предметами исследования являются аномальное гравитационное поле и деформационная структура Березовского золоторудного и Ново-Шемурского медноколчеданного месторождений.
Идея работы заключается в том, что деформирование геологической среды и связанные с этим процессы обусловлены преимущественно силой тяжести.
Фактический материал и методы исследования. В основу диссертационной работы автором были положены результаты гравиметрических съемок в виде карт аномалий силы тяжести в редукции Буге различных масштабов; геолого-геофизические, геохимические и петрофизические карты, разрезы, схемы и таблицы, приведенные в производственных и научно-исследовательских отчетах по Ново-Шемурскому медноколчеданному месторождению и в монографиях и статьях по Березовскому золоторудному месторождению.
При выполнении исследований автор использовала методы математической статистики, программы решения обратной задачи гравиметрии, численные методы при определении главных значений и главных направлений тензора чистой деформации и дилатации, средства информационных систем для графического представления результатов тектонофизического анализа гравитационного поля месторождений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
– впервые дана оценка дилатации как физической предпосылки применения гравиметрии для изучения деформации геологической среды;
– впервые изучено влияние всестороннего сжатия на изменение величины дилатации для магматических, метаморфических и осадочных пород и установлены корреляционные зависимости;
– впервые показано, что количественные характеристики деформации (дилатация, главные значения и главные направления тензора чистой деформации) района Березовского рудного поля и Ново-Шемурского медноколчеданного месторождений отличаются от таковых за их пределами;
– впервые сформулированы деформационные прогнозно-поисковые критерии, характеризующие зону промышленного оруденения Березовского рудного поля;
– впервые доказан аномальный характер поля деформации района Ново-Шемурского медноколчеданного месторождения;
– впервые установлено, что дайковый комплекс северо-западного простирания сформировался на Ново-Шемурском медноколчеданном месторождении в трещинах отрыва в режиме сжатия;
– впервые установлено, что геологическая среда Ново-Шемурского медноколчеданного месторождения с находящимися в ней рудными залежами характеризуется отрицательной дилатацией.
Личный вклад. Автор лично участвовала в сборе, анализе, интерпретации и обобщении фактических материалов, на основе которых написана диссертационная работа, а также в формулировке выводов, заключения и защищаемых положений.
Практическая значимость работы. Деформационные характеристики различных генетических типов месторождений, установленные традиционным тектонофизическим анализом и тектонофизическим анализом, основанным на результатах интерпретации аномалий поля силы тяжести, в основных чертах одинаковы. Поэтому метод тектонофизического анализа гравитационного поля может быть включен в комплекс существующих методов геологического прогнозирования. Достоинством этого метода является то, что его можно применять для изучения закрытых районов, а при использовании результатов гравиметрических съемок различных масштабов с его помощью можно изучать деформирование геологической среды на разных уровнях иерархии.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на ХХХVI, ХХХVII, ХХХVIII сессиях Международного семинара им. Д. Г. Успенского (Казань, 2009; Москва, 2010; Пермь, 2011), на VIII Международной конференции «Геоiнформатика: теоретичнi та прикладнi аспекти» (Киев, 2009), на «Неделе горняка – 2010» (Москва, 2010), на Международном научно-промышленном симпозиуме «Уральская горная школа – регионам» (Екатеринбург, 2010), на ХХХ Российской школе по проблемам науки и технологий, посвященной 65-летию Победы (Миасс, 2010), на IV чтениях памяти С. Н. Иванова (Екатеринбург, 2011), на Международной заочной научно-практической конференции (Тамбов, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе пять работ – в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией.
Основные защищаемые научные положения:
1. Дилатация магматических, метаморфических и осадочных пород прямо пропорциональна пределу их прочности на сжатие для динамических условий верхней части земной коры мощностью в первые километры, что создает предпосылки для изучения деформаций геологической среды с помощью гравиметрии.
2. Зона промышленного оруденения Березовского золоторудного поля характеризуется режимом растяжения, невысоким уровнем положительной дилатации и небольшими значениями ее горизонтального градиента, что является благоприятными факторами для образования месторождений данного генетического типа.
3. Динамический режим формирования Ново-Шемурского медноколчеданного месторождения, установленный методом тектонофизического анализа гравитационного поля, запечатлен в его строении, пространственном положении и типах руд, в тектонике и других чертах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка, содержащего 90 источников.
