Термоэнергетика и термоструктуры интрузивных рудообразующих систем Золотарев, Владимир Георгиевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. Достигнутый в настоящее время уровень знаний в области геологии рудных месторождений, ассоциированных о интрузивным магматизмом, настоятельно требует вести поиск новых направлений в познании условий и механизмов возникновения руд в различных геолого-структурных обстановках. Статичность геологических данных, однако, не позволяет вскрыть всей картины протекания процессов, определяющих рудообразование, т.е.- динамики их в пространстве и во времени. Методы компьютер -ного моделирования позволяют получить принципиально новую информацию о формировании рудных месторождений, понять ход воспроизводимых процессов и обладают большими прогностическими возможностями. .'

моделирование термальных процессов, порожденных интрузией магматических масс и включающих кристаллизационные, тепловые, температурные, энергетические и термоструктурные режимы, направлено на решение вопросов рудогенеза и прогнозирование скрытого оруденения и проводится на конкретных рудоносных объектах разного масштаба. Получаемые данные полностью оригинальны и не могут быть достигнуты иным образом. Их актуальность отвечает 3-ей проблеме Комплексной программы скоординированных научно-исследовательских работ институтов АН СССР, Ыингео СССР, отраслевых министерств, тематических работ ПК) и ВУЗов, разработанной Ыингео СССР и АН СССР: "Создание научно обоснованных моделей процессов формирования месторождений руд и углеводородов в различных геолого-етрунтурных обстановках на основе обобщения опыта изучения месторождений и экспериментальных исследований, изучение механизма миграции и концентрации рудных веществ и углеводородов". Первым кз двух главных направлений в области новых концепций поисков и оценок минерального сырья в отчетном докладе за 1984 г. Геологической службы США названо обнаружение палеотемпературных анома-лий, повлиявших на образование минеральных месторождений. Разрабатываемая проблема отвечает перспективным направлениям, отмеченным в "Основных направлениях экономического и социального развитие СССР на 1966-1990 годы и на период до 2000 года" и задачам по повышению эффективности и конкурентоспособности геологоразведочных работ за рубежом.

Цель и задачи работы. Цель диссертационной работы состояла в выяснении особенностей и закономерностей протекания термальных процессов в интрузивных системах, выявлении факторов рудоконтро-ля и причин возникновения и пространственного распределения руд-

- г -

ных концентраций, разработке количественных основ оценки потенциальных ресурсов металлов в прогнозных участках ив создании эффективного аппарата прогнозирования перспективно-металлоносных зон в областях интрузивного магматизма. Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

1. Усовершенствована программа расчета термического режима модельной области Ю.И.Демина и М.С.Красса'и разработана новая методика анализа и обработки расчетных данных для решения прогнозных задач и изучения термоэнергетики и термоструктур интрузивных систем.

2. Проанализированы и обобщены многочисленные данные по геологии и условиям образования рудных месторождений в интрузивных системах, по поведению металлов в этих условиях, термобарогеохи-шш рудного процесса, по развитию трещиноватости и распределению напряжений в земной коре, по фильтрации флюидов, а также результаты математического модачировакия разных авторов.

3. Изучено значение термальных процессов в контактовом мета морфизме руд без Еыноса и с выносом рудного вещества, в концентрировании вынесенных.металлов, в образовании оруденения порфирового и жильного типов в различных геолого-структурних обстановках внутри и вне интрузивных массивов, в образовании рудоносных зон в пределах крупной рудной провинции, вмещающих разнообразные рудные месторождения.

4. Выявлены общие закономерности возникновения рудных конце: траций в термоградиентных полях интрузивных тел и специфика проя ления факторов рудоконтроля в зависимости от обстановок рудогене

5. Разработана технология прогнозирования перспективно-рудо носнах участков в областях интрузивного магматизма и количествен ной оценки их потенцк&чьнои металлоноскости.

Научная новизна и зачищаемые положения. Научная новизна дис с<^ ?г.- ионной работы заключена, в совершенно оригинальном подходе изуче:и:.о динашки їермоснергетических и термоструктурннх процесс в двучленных и трехмерных палеореконструкциях реальных и модельны интрузльлых систем, в получении данных и развитии положений, отсутствующих в работах других авторов. 3 итоге сформулированы слє дующие новые научные положения: .

I. Формирование оруденения в интрузивных системах определяй ся совокупным влиянием режимов смещения фазовой границы расплав раскрі-істаллизованная порода, стока тепла через интрузивный контакт и фазовую границу, возникновения в изменчивых терлоградиещ ных'нолях локальных стационарных режимов, их энергетических peq сов и особенностям термического трещикообразования, определящег

іути фильтрации флюидов, их взаимодействие с породами и измеие-1ие Р-Т условий растворов.

2. Условия концентрирования металлов характеризуются аномальными, длительно существующими режимами постоянных температур ^изотермическими), стационарных термоградиентов в пределах оіфє-^ел енного температурного интервала и минимальных-нулевых термо-'радиентов при постепенно снижающихся температурах. Ка-адому из 'казанных режимов отвечает формирование определенных типов ору-'енения.

3. Онергетика интрузивной камеры характеризуется двумя максимумами, один иу которых 'приурочен к постоянно-сужающейся облас-'и расплава, стягиваясь к участку завершающей кристаллизации, а іругой, периферический максимум - к зоне недавней консолидации ідоль смещающейся фазовой границы. Масштабы концентрирования ме- > аллов в твердой фазе интрузиза н во, вмещающих породах опредетя-ітся энергетическими ресурсам конкретных участков в течение пе-іиода концентрирования, а градиенты концентраций - анизотропией інергетических полей.

4. Трещинообразование под действием термических напряжений :вляется наиболее универсальным механизмом возникновения мощных он повышенной проницаемости,-захватывающих обширные пространст-а интрузива и'окружающих пород. Конкретная динамика зон термо-рещиноватости и их внутренняя анизотропия являются факторами, іпределяющими структурную позицию оруденения в зонах эндо- и эк-оконтактов плутонов. Ориентировка систем микро- и Макротрещин юдчинена ориентировке максимальных термонапряжений, совпадающей і осью dg - максимальных сжимающих напряжений.

5. Термальные режимы* выступающие в качестве факторов рудо-ібразования, функционируют или одновременно или последовательно, Ю строго фиксированно в пространстве в течение времени, взаимосвязанного с масштабами интрузивных камер и оруденения. Определяя іозможности миграции и концентрирования металлов, они создают [еобходимые, но не достаточные 'условия для возникновения, рудных іесторождений, зависящие также от геохимического потенциала кон-ретных рудных районов.

Реализация результатов исследований и практическая значи-дсть работы. Отдельные научные выводы автора использованы при ипизации преобразований колчеданных руд (монография "Зулкано-'енные колчеданно-полиметаллические г-деторождения" (Г37Е). Ряд [оложений диссертации вошел в доклады Мингео СССР о наиболее вожак'отечественных и зарубежных достижениях в области геологкч-т;-:их наук и техники за І.985-І9Б7 гг. Конкретные-'практические ре-

комендации представлялись в Лениногорекую ГРЭ, ГГХК МСМ СССР и. * Геолого-методичеекул экспедицию ПО "Груэгеология". Результаты исследований, имеющие высокую геологическую эффективность за счет уменьшения площадей опоискования в областях развития медно-пор-фировогооруденения на Малом Кавказе в 6-7 раз, внедрены в НИР КВДС и переданы по договору о внедрении в Геолого-методическую экспедицию с предварительно оцененным экономическим эффектом 84,5 тыс.руб. Построения автора для рудного поля Ноайяк - Сен-Саль-ви (Тарн, Франция), рассматривавшиеся в качестве ориентировочных, подтверждены геохимическими работами французских исследователей в 1987 г. Главная практическая ценность работы заключена в отработке способа прогнозирования перспективно-рудоносных участков в областях интрузивного магматизма и количественной оценки потенциальных ресурсов металлов в них.

Апробация работы. Основные материалы и теоретические положения диссертации представлялись на 13 Всесоюзных и б Международных симпозиумах и совещаниях и опубликованы в их материалах; в тон числе были доложены на: Всесоюзном отраслевом геологическом совещании (Степногорск, 197?), 1-ом Международном симпозиуме по методам геохимических поисков (Острава, ЧССР, 1979), 1-ом Всесоюзном совещании "Физико-химическое моделирование в геохимии и петрологии" (Иркутск, І9ЄС), 1-ом Всесоюзном совещании "Генетические модели эндогенных рудных формаций" (Новосибирск,. 1981), б-ом Международном симпозиуме МАГРМ (Тбилиси, 1982), Международных симпозиумах по поисково-разведочной геохимии - симпозиумах по геохимическим методам поисков: 10 ЮРТ - З СМГП (Хельсинки, Финляндия, 1983) и 12 МСПРГ - 4 СМГП (Орлеан, Франция, 1987), 1-ом Всесоюзном совещании "Системный подход в геологии" (Москва, 1983), Всесоюзном совещании "Региональные и локальные метасома-титы Кавказа и критерии их рудоносности" (Цхалтубо, 1985), симпозиуме ^ТТ.ГГОДАТА по применению ЭВМ для прогноза и оценки ресурсов (Хельсинки, Финляндия, 1988). Прочитаны лекции: в 1982 г. сотрудникам Бюро горно-геологических исследований (БРЗШ) Франция (г.Орлеан); Центра петрографических и геохимических исследований, Центра по изучению геологии урана и Высшей национальной школы прикладной геологии (г.Нанси); регионального отделения ЕРШ и университета П.Сабатьё (г.Тулуза); в 1988 г. - Центрального геологического института (г.Прага).

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 40 печатных работ.

ЇІсходше данные и личный вклад автора в решение проблемы. В основу диссертационной работь' положены исследования автора, вы-.

полненные в период IS74-I987 гг., начатые на кафедре геологии и геохимии месторождений полезных ископаемых геологического факультета МГУ к продолженные в Институте геохимии и аналитической хи-' мни им.В.И.Вернадского АН СССР и во Всесоюзном научно-исследовательском институте.геологии зарубежных стран Микгео СССР. Они включали геологические, петрографические, минералогические и геохимические работы на отдельных месторождениях и численное моделирование 7 конкретных геологических обстановок И '1-Х ТЄЄТОВИХ задач, объединивших целые серии моделей. Общий объем исследованных 7Л0ДЄЛЄЙ равен 18.100 блокам, дчя которых выполнен анализ динамики кристаллизации, развития поля температур в разные периода времени, положенил зон аномальных режимов, проведены модачирующие расчеты термоградиентов, тепловых потоков, термальной энергии и термонапряжений, сопоставленных с величинами прочности пород, пе~ ресчитаннъ&м для соответствующих глубин. Моделирование включает в себя следующие процедуры: изучение геологического строения и истории геологического развития области для создания научно обоснованной палеореконструкции, подбор физических параметров модели, создание модели, подготовка данных для ввода в ЭВМ, проведение расчетов на ЭВМ, анализ результатов, дополнительные моделирующие расчеты по методике автора, анализ, сопоставление с фактііческими данными, выявление факторов рудолокализации и прогноз скрытого оруденения, написание текста и прогнозных рекомендаций. По всем моделям указанные процедуры были выполнены автором лично за исключением процедуры расчетов на ЭВМ для моделей Стрежанского месторождения, многометальной рудной провинции и трехмерной тестовой задачи, проведенных Ю.И.Демшп:м и М.С.Крас-сом на НИВЦ МГУ и ВЦ Института механики №ГУ по материалам, подготовленным автором; в создании моделей Шнох-Кохбского интрузива и порфировых тел месторождения Техут автор участвовал вместе с А.Г.Тзалчрелидзе и В.Г.Русадзе, а также обеспечивал научно-методическое руководство обработкой данных модели порфировых тел (1:10.000) Техутского месторождения,-осуществлявшейся ІЗ.Г. Ру-садзе. Модифицирование программы расчетов Ю.И.Д.ем::па и И.С.Крас -са в плане ввода и вывода данных, включения hcbljx процедур, струь турнбй реорганизации и перевода на язики АЛГОЛ НС и ПАСКАЛЬ выполнено З.М.Деменчуком и автором. В работе проанализированы и обобщены данные других авторов по различным вопросам геологии рудных месторождений, экспериментальных и вычислительных исследований.

Структура и объем работы. Диссертация состоит иа вводной части, включающей анализ современного состояния проблеми и по- .