Введение к работе
Актуальность темы. Интенсивное промышленное освоение Дальнего Вотока, определенное решениями ХХУІІ съезда КПСС, обусловливает необходимость постановки здесь массированных поисков минерального и энергетического сырья, проведение которых на этой огромной и труднодоступной территории сопряжено со значительными затратами. По этой причине на Дальнем Востоке повышенное внимание уделяется геофизическим методам исследования региональных закономерностей глубинного строения земной коры и верхнє?» мантии, знание которых, в совокупности с характеристиками палеотектоничес-ких и рудных процессов, способствует сокращению ареалов поисков.
' В связи с редкой сетью и пространственной разобщенностью сейсмических, электромагнитных и термометрических наблюдений глубинные исследования литосферы Дальнего Востока опираются на гравиметрические данные. Подавлявшая часть гравитационных моделей земной коры и верхней мантии, построенных А.А.Николаевским, Н. А.Беляевским, Э.Н.Липяевсккм, Г. Д. Бабаяном, Ю.Я.Вавиловым, Б. М. Письмен ныгл, В.В.Пу-рингом, А.Г.Гайяановым, П.А.Строевым, С.А.Павловым, В.Ю.Косыгиным, Э.Л-Рейплибом, Н.П.Романовским, Р.Г.Кулиничем, А.А.Терешенковш, Л.И. Брянским и др., основывается на детерминированное (аналитическом) и корреляционном (статистическом) подходах. Реализация детерминированного подхода связана с необходимость*: определения множества заранее не известных параметров ''количество слоев и блоков, их плотность, фермы залегания, латеральные и вертикальные вариации плотностей), что осуществить с требуемой точностью в условиях Дальнего Востока почти никогда не удается. Часть априорных данных обычно формируется путем подстановки в плотностнуи модель структурьих (лилейная задача) либо вещественных (нелинейная задача) параметров скоростных моделей, большинство же других выбирается произвольно. По причине неоднозначности обратной задачи гравитационного потенциала такое моделирование служит здесь, в основном, для подтверждения тех или иных геологических гипотез/привнося минимум новой геологической информация. Корреляционно-регрессионные способы моделирования плотностных границ по данным опорных сейсмических профилей являются здесь в различной степени эффективными при изучении'рельефа кровли и подошвы консолидированной коры, однако изучение строения промежуточных и нижележащих слоев, по причине редкой сети глубинных сейсмических зондирований (ГСЗ) и сложности разделения полей, этими способами затруднено, чаще невозможно.
Третий, функционально-статистический, подход к интерпретации гравитационных аномалий, необходимость и перспективы развития которого определены достаточно давно (Страхов, 1970), в регионе наименее развит и представлен работами Ю.Я. Вавилова и автора. Такой подход основывается на выявлении статистических, объективно существующих, связей между значениями гравитационного поля и особыми точками плотностных неодаородностей, определяемыми по аналитическим или спектральным выражениям гравитационных аномалий- Главной проблемой функционально-статистического подхода является выбор модельного класса источников (плоская граница, пласт или блок, материальная точка, горизонтальный или вертикальный стержень и др.), расчетные же процедуры, по сравнению с детерминированными, реализуются в значительно более узком континууме физической'неопределенности и слабо, либо совсем не зависят от входных петрофизических и геологических данных. Поэтому они могут быть использованы не только для получения дополнительной геологической информации о известных ила недостаточно изученных структурах, но и для поиска неизвестных структур определенного тектонического класса и генезиса. Тектоническая гипотеза - основной источник противоречия в детерминированных моделях -при функционально-статистическом подходе к интерпретации гравитационных аномалий оказывает минимальное влияние на результат, а в ряде случаев с помощью статистических проце- ' дур можно оценивать достоверность тех или иных гипотез о строении и эволюции тектонических структур.
Такім образом, актуальность разработки и применения функционально-статистических способов интерпретации гравитационных аномалий в слабо исследованных районах Севера, Дальнего востока, акваторий морей и океанов, а также в рудных районах, характеризующихся интенсивным развитием сложных и многоэтапных тектоно-магматкческих процессов, определяется, с одной стороны, дефицитом априорной ге-олого-гесфизической информации, с другой - необходимостью увявки разномасштабных геофизических, тектонических и металлогенических построений на единой формализованной методической основе и выявления наиболее объективных, устойчиво повторяющихся, особенностей глубинного строения земной коры и верхней мантии с целью ориентировки поисково-разведочных работ.
Цель и задачи и с с лед о в а н и я. Целью работы является изучение глубинного строения типовых'структурных элементов земной коры и верхней наитии Дальнего Востока Я их ме-таллогеническая оценка яа основе разработки и реализации функцио-
нально-статистических способов гравитационного моделирования. Задачи исследования:
разработка методики статистического моделирования пространственных распределений плотностных неоднородностей земной коры (ЗК) и верхней мантии (Ш) с целью диагностики и параметрического описания типовых тектонических и рудно-магматических структур;
разработка программных средств автоматизированной интерпретации гравитационных аномалий;
построение моделей статистического рельефа опорных плотностных границ раздела ЗК и ВМ Западно-Тихоокеанского сегмента, выявление сходства и различий плотностных структур тектоносфері океанов
и материков: Северо-Востока Азии, Австралии и Тихого океана;
построение объемных статистических гравитационных моделей типовых структурных элементов земной коры Дальнего Востока: Восточной части Сибирской платформы, складчатых систем, срединных массивов, тектоно-магматических структур активизаций и выявление на этой- основе пространственных и ретроспективных вэанмоотнокзннй между ними; разработка статистических признаков-индикаторов типовых тектонических структур (элементов структур);
изучение связей пространственного распределения плотностных неоднородн остей с размешенпем полезных ископаемых и оценка на этой основе перспектив рудоносности глубинных структур ншой части Дальнего востока;
.- построение глубинных моделей типовых рудных районов, выяснение-структурной позиции и генезиса рудных полей, выработка поисковых критеояев и рекомендаций.
Научная новизна. Автором разработана группа новых функционально-статистических методик интерпретации гравитационных аномалий, реализуемых в условиях минимума априорной информации (достаточно лишь общих представлений о доминирующем классе модельных элементов), математические и физико-геологические предпосылки этих методик таковы, что высокая сложность геологического строения и, соответственно, высокая ди$ференцированностъ гравитационных аномалий ке являются помехами, как в случае с детерминированными моделями, а наоборот - используется для выработки характеристических параметров геологического пространства. При реализации разработанных интерпретационных процедур по заданному распределению поля можно получить только одно распределение глубинных плотностных неоднородностей, что сужает область неопределенности гее- ,
логических результатов моделирования.
Впервые па единой идеалогической и формализованной методичео-кой основе проанализированы пространственные-и эволюционные связи непрерывного ряда тектонических структур континентальной и океанической литосферы Дальнего Востока, на большем фактическом материале исследована проблема совместимости статистических (частотных} и де-термиьлровакных (аналитических) гразитационных моделей, показаны их достоинства, недостатки и условия применения.
В результате широкого апробирования разработанных методик выявлены новые критерии диагностики глубинных структурных несогласий (границ структурно-Ееществендах комплексов литосферы), областей повышенной палее- и современной эндогенной активности, структур растяжения к сжатия, выделены и описаны новые структурные элементы Алданского щита, Буреинского, Ханкайсчого, Нижне-Амурского и Охотского срединных массивов, выявлены клшеформные корово-мантийные структуры на границах континентальных и океанических (субскеавических) микро-плит. В рудных районах южной части Дальнего Востока выделены и опи- . саны новые глубинные тектоно-магматические структуры, охарактеризованы особенности их эволюции и перспективы рудоносности. ""'
Практическое значение и реализация результатов исследования.
Практическое значение работы определяется её металлогенической. и поисковой направленностью. Автором проанализирована металлогени-? чеекая характеристика и выполнена прогнозная оценка сгатистпчеоких гравитационных моделей структур различного масштаба (ранга),.тектонического класса и генезиса.
В рудных провинциях (Северо-Восток СССР, регион Байкало-Амурской'магистрали) выявлена глубинная металлогеническая зональность, определен вертикальный диапазон рудне-магматических систем -я сравнительные перспективы рудных поясов и районов. В шести рудных узлах к районах откартированы пространственные границы рудных полей, предложены новые поисковые признаки рудной минерализации, даны конкретные рекомендации для постановки геолого-разведочных работ.
Методика исследований внедрена в производственно-геологических объединениях: Пркморгеология., Таёжгеология, Дальгеология и институте СахалинШШИморнефть. Геологические результаты проведенных исследований нэхсдят в этих организациях применение при научно-тематических исследованиях и выработке направления поисковых работ. Пакет разработанных автором программ автоматизированной интерпретации гравиметрических данных используется в ПГО Приморгеологш, в учебном
процессе на геолого-раэведочном факультете Дальневосточного политехнического института и при обучении иностранных аспирантов в Московском геолого-разведочном институте.
Исходные материалы и личный эклад автора в решение проблемы.
Диссертация является итогом 25-летних исследований автора, принимавшего непосредственное участие в гравиметрических съёмках Якутской АССР, Амурской области, Хабаровского и Приморского краёв, по результатам которых им составлены и сданы во Всесоюзный геологический фонд 13 геологических отчетов (І967-І983). В I98C-IS89 гг з содружестве с коллегами в институтах Тектоники и Геофизики ДІЮ АН СССР и СахалинНШИморяефть автор осуществлял обработку и интерпретацию гравиметрических материалов по территориям Дальнего Востока СССР и прилегающих морей при выполнении госбюдтетных научных работ.
По территориям окраинных морей Тихого океана и Австралии автор использовал опубликованные данные Государственного астрономического института им. Штернберга, Всесоюзного геологического института (ВСЕГЕИ), ЕНИй Зарубежгеология и Бюро Минеральных ресурсов Австралии, а также геологические и гравиметрические карты в зарубежных периодических изданиях.
Программное обеспечение автоматизированной обработки и интерпретация гравиметрических данных на ВС-ЭВМ разработано под руководством и лично автором. Им же выполнен основной объём вычислений.
Достоверность и обоснованность результатов исследования. Анализ условий и результатов применения разработанных функционально-статистических методик интерпретации гравиметрических данных проведен на большем фактическом материале, в разнообразных геолого-гесфизических районах, а методика исследований опробована в различных масштабах гравиметрических карт, на структурах различного ранга, генезиса и глубинности. Выполнен большой объём модельных экспериментов, основывающийся на статистической интерпретации предварительно вычисленных гравитационных аномалий от детерминированных плотностных моделей.
Критериями надежности внполієяних тектонических построений являются: формальные статистические оценки распределений плотностных неоднородностей ЗК и ВМ на основе теории математической статистики; воспроизводимость результатов статистической интерпретации гравиметрических данных вне зависимости от типа расчетных процедур,
шага и объёмов исходных выборок; сопоставимость результатов,- полученных без априорной информации, с данными стратиграфии, геохимии, структуркс-форлационного анализа и других геофизических методов ОЯГЗ, ВЭЗ, КШВ, МОВЗ, МОВ ОГТ, термометрии и магниторазведки); непротиворечивость и пространственная совместимость детерминированных и статистических моделей.
Апробация работы и публикации.. Основные защищаемые положения и геологические результата диссертационной работы докладывались автором на ХНИ, ХХІУ, ХХПІІ и XXX научно-технических конференциях Дальневосточного политехнического института (Владивосток: 1975, 1977, 1984, 1988), Всесоюзном симпозиуме "Глубинное строение, магматизм и металлогения Тихоокеанских вулканических поясоэ" (Владивосток, 1976), "Дальневосточном математическом семинаре (Хабаровск, 1981), Всесоюзном совещании Теологическая интерпретация гравитационных и магнитных полей Востока СССР и Тихого океана" (Хабаровск, 1983), I Тихоокеанской школе по морской геологии и геофизике (Владивосток, 1983), Международном симпозиуме "Строение и динамика переходных зон" (Сочи, 1983), Международном геологическом конгрессе (Москва, 1984), XIII, ХТУ и ХУТ всесоюзных семинарах по теории и методике интерпретации гравитационных и магнитных аномалий им. Г.Д.Успенского (Ташкент, 1984; .. Москва: 1985, 1988), Всесоюзном совещании "Структуры рудных полей ' вулканических поясов" (Владивосток, 1985), У Советско-Японском симпозиуме (Хабаровск, 1985), III Тихоокеанской школе по морской геологии, геофизике и геохимии (Владивосток, 1987), Всесоюзном совещании "Региональные геофизические исследования на Дальнем Востоке" (Хабаровск, 1987), Всесоюзном совещании 'Научные, принципы прогнози-* рования ендогенного оруднения в Восточно-Азиатских вулканических поясах СССР (Хабаровск, 1988), международном симпозиуме Теология, геофизика, геохимил и металлогения зоны перехода от Азиатского континента к Тихому океану" (Благовещенск, 1988), III Советско-Китайском симпозиуме (Благовещенск, 1989) и Международном симпозиуме "Тектоника, энергетические и минеральные ресурсы Северо-западной Пацифики" (Хабаровск, 1989).
По теме диссертации автором опубликовано 47 печатных работ, в том числе 3 монографии, 27 статей и 3 учебно-методических руководства для студентов и инженеров геолсго-геофизических специальностей.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из Введения, семи глав и Заключения на 266 страницах машя-
яописного текста, содержит III рисунков, 17 таблиц и список использованных литературных источников из 350 названий. К диссертации прилагаются программы автоматизированной обработки и интерпретации гравитационных аноілалай на ЕС-ЭВМ.
В первой главе характеризуются глубинная структура литосферы и строение сиалической оболочки земной коры Северо-Востока Азии, Австралии и окраинных морей западной части Тихого океана по материалам предшественников, формулируются выводы и проблемы дальнейших исследований.
Во второй главе более подробно описываются стратиграфия, магматизм, тектоника, петрофизика и рудоносность Нигае-Амурского, Верхие-АМУрского (Сергеевский рудный узел), Дальнегорского, Лермонтовского, Вознесенского и Синегорского рудных районов в южной части Дальнего востока, показываются сложность и неоднозначность их гравитационного моделирования.
В третьей главе рассматриваются физико-математические основы методик моделирования глубинных структур по распределениян элементарных масс (шар, горизонтальный цилиндр), вытекающие из теорем единственности и эквивалентности обратных задач гравитационного потенциала и преобразования Хинчина-Винера, приводятся расчетные алгоритмы и программы автоматизированной интерпретац"-*'' г; пвитаци-онных аномалий, описывается технология расчетов, анализируются результаты модельных экспериментов и оценки точности построений, формулируются цели и геологические задачи интерпретационных процедур-
В четвертой главе описываются и анализируются статистические гравитационные моделі литосферы Северо-Востока Азии, Австралия и . прилегающих, к ним районов Тихого океана: схемы статистического рельефа подопвн литосферы, подошвы земной коры и промежуточных горизонтов на глубинах 15-30 и 70-110 км, приводятся и интерпретируются вертикальные разрезы, статистических распределений плотност-ных неоднородностей в литосфере коптинентов и переходных зон к океану, осуществляется ретроспективная тектоническая интерпретация гравитационных моделей.
В пятой главе характеризуются и сравниваются глубинные статистические и детерминированные модели типовых тектонических структур Дальнего Востока:- срединных массивов (Охотский, Буреинский, ханкайский) и складчатых систем (Монголо-Охотская, Сихотэ-Алянская).
В шестой главе рассматриваются связи пространственного размещения рудных месторолздений с глубинными плотностными структурами
литосферы Дальнего Востока в масштабах рудных провинций, поясов и районов, выявляются вертикальные ряды рудных элементов, дискретно связанные с плотностными неоднородностями определенных слоев земной коры.
В седьмой главе описываются и анализируются детальные плот-ностные статистические и детерминированные модели типовых рудно-магаэтических систем 1РМС) южной части Дальнего Востока (раннеоро-генных, поаднеорогенных н автономных очаговых), выявляются общие и индивидуальные особенности их глубинного строения и эволюция, даются прогнозные рекомендации.
Автор глубоко благодарен й.Ф.Малышеву, Г.М.Власову, Р.Г.Кули-ничу, с.А.Косыгину, Н.П.Романовскому, Э.Л.Рейнлибу, А.А.Никитину, Ю.И-Блоху, Б.А.Натальину, Л. А.Иэосову, Б.Ф.Шевченко, А-И-Бураго, А. А.Терещенкову и В.Л. Безверхнему за внимательное, требовательное и доброжелательное обсуждение исследований автора, которое ориентировало и стимулировало его в процессе научной работы.
Автор благодарен В. А.Смолину, П.П.Дойтеру и Д. Е.Резнику за техническую помощь в разработке программного обеспечения автоматизированной интерпретации гравитационных аномалий, А.Й.Седыху, ' В.М.кулдоишну и Т.В.їуравлевой - за помощь в оформлении диссертации.