Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Северо-западная часть Сибирской платформы, как рудоносная медно-никелевая провинция, является ведущей минерально-сырьевой базой по запасам и производству цветных и благородных металлов как а России, так и в мире. Достаточно отметить, что РАО "Норильский никель" является одним из крупнейших мировых производителей никеля, меди, кобальта и металлов платиновой группы. Роль головного предприятий РАО - Норильского горно-мегап-лургического комбината весьма существенна, ибо он дает 85,0 X российского производства никеля (около 25,0 X мирового), 72,1 X - меди, 81,5 X - кобальта (23,5 X мирового) и почти 100 X металлов платиновой группы (42,0 X мирового). Однако потенциальные возможности отой провинции далеко не исчерпаны.
' В настоящее время перед геологами поставлены большие задачи по поискам новых богатых медно-никелевых месторождений для надежного обеспечения все возрастающих потребностей комбината, который в последние годы заметно снизил выпуск продукции на базе богатых руд Талнахского и Октябрьского месторождений. Фонд же легко открываемых месторождений, выходящих на поверхность, в этом районе практически исчерпан, что подтверждается геологическими исследованиями, проведенными на обширной территории рассматриваемого региона, включая Норильский промышленный район. Применение известных визуальных геологических методов поисков затрудняется вследствие залегания сульфидных руд в широком диапазоне глубин. Поиски же подобного типа орудонения о помощью структурного бурения составляют чрезвычайно трудную задачу, требуют больших материальных затрат и не всегда являются эффективными.
Особую актуальность в этих условиях имеет проблема поисков скрытых медно-николевых месторождений, расположенных на значительных глубинах. Это требует постоянного совершенствования геологических основ регионального, средномасштабного и локального прогноза, формирования геопого-поисковых моделей разнорангооых металлогени-ческих категорий, рационального использования и сочетания геологических, геофизических и геохимических методов на базе разработки их эффективных комплексов.
Настоящая работа посвящена одной из актуальных и мало разработанных проблем - выяснению эффективности применения гидрогеохимического метода поисков скрытых месторождений цветных и бпагородиых металлов в условиях многолетней1 мерзлоты.
ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ являлось разработка научно-мето-дических основ прогнозирования скрытого сульфидного оруденения в условиях многолетней мерзлоты на примере северо-запада Сибирской платформы.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ. Достижение поставленной цели выполнялось решением следующих задач:
дать геолого-экономическую характеристику региона и провести типизацию сульфидных модно-никелевых месторождений, залегающих в зоне многолетнемерзлых пород, как в России (Норильский промрайон, Кольский полуостров), так и за рубежом (Канада).
разработать методику гидрогеохимических поисков скрытого оруденения применительно к условиям многолетней мерзлоты и внедрить этот метод в практику поисково-съемочных работ;
изучить химический состав, поверхностных и подземных вод рассматриваемого региона и выявить условия их формирования;
установить закономерности распределения микроэлементов в природных водах, их происхождение и особенности миграции;
разработать гидрогеохимические критерии поисков скрытых месторождений цветных и благородных металлов;
выявить перспективные участки (аномалии) на медь, никель, кобальт и другие полезные ископаемые и составить прогнозно-металло-геническую карту региона по гидрогеохимическим данным масштаба 1:500 000.
ОБЪЕКТОМ ИЗУЧЕНИЯ являлись поверхностные и подземные воды северо-западной части Сибирской платформы, приуроченные к различным литолого-стратиграфическим комплексам пород. В течение 1963-97 гг. под руководством и при непосредственном участии автора были проведены площадные крупно- и среднемасштабные гидрогеохимические поиски на значительной территории рассматриваемого региона (на площади более 100 тыс.кмг) с детализацией на участках известных сульфидных месторождений и рудопроявлений. В процессе полевых работ отобрано и проанализировано более 50 тыс.проб воды, из них около 40 тыс.проб -на спектральный анализ сухого остатка на 30 элементов и 10 тыс. проб - на полный химический анализ, а также 15 тыс. проб почв и 10 тыс. проб растений на спектральный анализ на 32 элемента и 2 тыс. проб свободного и растворенного в воде газа на химический анализ с определением тяжелых углеводородов.
ИСХОДНЫЙ ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ. В основу работы положены результаты 35-летних исследований автора в области разработки, внедрения и широкого применения при поисково-съемочных работах геохими-
ческих методов поисков и, в частности, гидрогеохимичоского, как одного из наиболее глубинных, Работая в течение 1963-80 гг. в Норильской комплексной геологоразведочной экспедиции,автор собрал и обобщил большой фактический материал по геохимии подземных вод северо-западной части Сибирской платформы, в т.ч. по районам сульфидных месторождений и рудопроявлений Норильского промузла. Кроме этого, были собраны и систематизированы материалы по геологии, геокриологии, гидрогеологии, геофизике и металлогении указанного региона.
Для сравнения а последующие годы (1980-1997)были привлечены литературные данные по медно-николевым месторождениям Кольского полуострова (Россия), Канады и других регионов мира. Основные научные выводы автора, содержащиеся в 40 опубликованных им работах, сконцентрированы в 3 монографиях и 20 научно-производственных отчетах, выполненных автором в Норильской КГРЭ.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Как уже отмечалось, гидрогеохимическими исследованиями автором была охвачена территория северо-западной части Сибирской платформы площадью более 100 тыс.км2. Работы проводились в три этапа: '
региональные рекогносцировочные исследования применительно к масштабу 1:500 000;
площадные гидрогеохимичоские поиски масштаба 1:200 000;
детальные гидрогоохимические исследования масштаба 1:50 000.
Основной задачей рекогносцировочных исследований являлась общая метаплогеиическая оценка рассматриваемой территории, среднемас-штабных - определение гидрогеохимического фона и выделение перспективных участков на медь, никель, кобальт, платиноиды и другие полезные ископаемые. Задача детальных гидрогеохимических поисков - выявление гидрогеохимических аномалий, их разбраковка и выделение первоочередных для проверки бурением участков.
Опробованию подвергались скважины, подземные горные выработки, оодники, наледи, ручьи, реки, озера и атмосферные осадки. Количество проб воды на 1 км2 при масштабе исследований 1:50 000 составило 1,5; при м-бе 1:200 000 - 0,25; а при м-бе 1:500 000 - 0,1. Особенно детально опробовались скважины, родники и наледи, приуроченные к зонам тектонических нарушений и контактам изверженных пород.
Впервые в исследуемом регионе автором был разработан и внедрен новый метод опробования - гидрогеохимический каротаж скважин, сущность которого заключается в поинтервальном опробовании подземных (подмерзлотных) вод с помощью глубинных пробоотборников типа ПД-ЗМ.
Значительное количество спектральных, полных и сокращенных химических анализов потребовало широкого использования методов математической статистики для вычисления фоновых и аномальных содержаний макро- и микроэлементов в различных типах природных вод, а также и для решения других вопросов. Обработка аналитических результатов выполнена по специальным компьютерным программам на IBM PC/AT.
Новый метод поисков скрытых сульфидных месторождений (криогид-рогеохимический) позволяет получить глубинную геохимическую информацию о подземных водах - без влияния на них. горных пород -в зоне гипергенеза. Известно, что химический состав подземных вод Формируется за счет процессов разрушения ионно-солевого комплекса пород и перехода растворимой части твердой фазы и поровых растворов е подземные воды . В верхней гидродинамической зоно химизм подземных вод претерпевает существенные изменения за счет процессов ионного обмена на кислородном барьере. Если из суммы геохимической информации, приобретенной подземными водами на пути их транзита, исключить информацию, накопленную водами в области разгрузки, то можно получить сигнал глубинной природы. Фазовый анализ проб подземных вод и вытяжек из литохимических проб производился на главные элементы и элементы-индикаторы оруденения. Ноу-хау касается'технологии отбора и анализа проб, а также методики обработки аналитических данных. Особенно важным для поисков является тот факт, что трещинные воды коренных пород можно рассматривать с гидродинамической точки зрения, как единый водоносный комплекс, поскольку взаимопересекпюциеся трещины и разломы связывают эти воды в общую гидравлическую систему.
Отбор проб воды из родников, наледей, поверхностных водоемов и водотоков производился в процессе проведения маршрутов по глубоко врезанным долинам рек, ручьев, озер, а также вдоль подножий плато, где происходит интенсивная разгрузка подземных вод в виде восходящих родников. При маршрутных исследованиях выполнялась соответствующая геолого-гидрогеологическая документация водопунктов.
Систематизация собранного фактического материала произведена на основе классификации О.А.Алокина (1953) с дополнениями Е.В.Посо-хова (1965).
По низкому уровню трудозатрат гидрогеохимический метод не имеет себе равных среди известных методов поисков глубокозалегающих рудных месторождений.
В качестве методов исследования использовались:
- научное изучение природных условий региона, факторный анализ и обобщение результатов;
аналитические и статистические исследовании с целью установления закономерностей распределения геохимических и гоолого-оконо-мических показателей по рассматриваемой территории, их взаимосвязи и взаимообусловленности;
системный анализ и комплексный подход к оценке минеряо.но-сырьевых ресурсов;
методы качественно-количественного анализа, экономики-мате-матического моделирования и картографирования;
геолого-экономическая оценка месторождений цветных и благородных металлов.
Научными и практическими предпосылками для проведения исследований послужили труды отечественных и зарубежных ученых и специалистов в области разработки теоретических основ геохимических методов поисков и, в частности, гидрогеохимического (С.П.Албул, 13. Л. Барсуков, Е.А.Басков, Е.Е.Белякова, А.А.Беус, В.П.Боровицкий, А.А.Бродский, Э.К.Буренков, Г.А.Вострокнутов, А.И.Гавришин, А.И.Германов, И.И.Гинзбург, Г.А.Голева, С.О.Григорян, Д.А.Додин, Н.И.Долуханова, Р.И.Дубов, И.К.Зайцев, В.П.Карпова, Б.А.Колотое , Г.С.Коновапов, А.Э.Конторович, С.Р.Крайнов, Г.Ф.Ларионов, О.М.Матусевич, и.и.Оби-дин , Л.Н.Овчинников, Н.А.Озерова, И.П.Онуфриенок, А.И.Порельман. Е.В.Посохов, О.П.Разгонов, А.А.Резников, Д.А.Родионов, М.А.Садиков, Ю.В.Сает, А.А.Сауков, Н.И.Сафронов, Г.Б.Свешников, С.И.Смирной. А.П.Соловоа, В.Б.Страдомский, П.А.Удодов, А.М.Черняев, С.Л.Швярцеп, Н.Г.Шубенин, А.В.Щербаков, В.В.Щербина, Е.М.Янишевский и другие).
НАУЧНАЯ НОВИЗНА положений и выводов диссертации заключается в следующем:
разработана и внедрена в практику геологоразведочных работ методика гидрогеохимических поисков скрытого сульфидного оруденения применительно к условиям многолетней мерзлоты;
на основе изучения природных вод известных сульфидных месторождений и рудопрояалений - Талнахского, Норипьск-11, Имангды и других установлены прямые и косоенные поисковые гидрогеохимическир критерии на рудную минерализацию, даны рекомендации по их использованию при поисково-съемочных работах;
разработаны способы интерпретации гидрогеохимических данных, в т.ч. методика составления прогноэно-металлогенической карты масштаба 1:500 000, гидрохимических карт масштабов 1:100 000-1:500 000 и карт гидрогеохимических аномалий масштабов 1:50 000-1:100 000;
изучены закономерности распределения макро- и микрокомпонеи-тов в природных водах региона и особенности их миграции:
установлена четко выраженная вертикальная гидрохимическая зональность, что позволило выяснить степень пригодности подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения;
произведено детальное изучение факторов, определяющих образование водных ореолов рассеяния рудообраэующих элементов в глубинных условиях;
определены приоритетные направления проведения работ по геолого-геохимическому изучению недр и составлены карты гидрогеохимических аномалий с выделением на них наиболее перспективных участков на медь, никель, кобальт, платиноиды и другие полезные ископаемые, рекомендуемых для проверки бурением;
определены основные принципы факторного анализа природ-но-экономических условий региона, на основе которых построены схемы геолого-экономического и промышленного районирования территории северо-западной части Сибирской платформы;
обоснованы гидрогеохимические критерии прогнозирования скрытого оруденения и методики геолого-экономической оценки медно-нике-левых месторождений региона (с выдачей конкретных рекомендаций).
-
Исходя из комплексной оценки минерально-сырьевой базы, анализа и перспектив развития предприятий Норильского горно-металлургического комбината, с учетом программ социально-экономического развития, дана геолого-экономическая характеристика региона и типизация сульфидных медно-никелевых месторождений, расположенных в зоне многолетнемерзлых горных пород Норильского промрайона, Кольского полуострова (Россия) и Канады.
-
На основе анализа большого фактического материала по геохимии вод 10 сульфидных месторождений и рудопроявлений характеризуемого региона разработана и внедрена в практику поисково-съемочных работ Норильской КГРЭ методика гидрогеохимических поисков скрытого оруденения в условиях многолетней мерзлоты. Эта методика может успешно применяться и в других регионах Крайнего Севера.
-
Впервые дано широкое обобщение по гидрохимии поверхностных и подземных вод северо-западной части Сибирской платформы, приуроченных к различным литолого-стратиграфическим комплексам пород. Изучены закономерности формирования химического состава этих вод.
-
Освещены особенности геохимии микроэлементов в природных водах, их происхождение и особенности миграции. Приводится описание водных ореолов рассеяния рудных элементов. Отмечено, что наиболее
четкие ореолы, протяженностью 0,5-1 км, образуют никель, медь, кобальт, хром и серебро. Аномально высокие содержания серебра в подземных водах автор рассматривает в качестве индикатора возможного наличия глубинных разломов, в том число рудоконтролирующих.
5. Для сульфидных месторождений и рудопроявлений рассматриваемого региона установлена отчетливая поисковая ассоциация рудных элементоа о природных водах: никель, медь, кобальт, хром. Наличие в водах этой ассоциации элементов, а также часто элементов-спутников: серебра, цинка, титана и ванадия в аномальных количествах можог служить прямым поисковым гидрогоохимическим признаком на сульфидные медно-никелевые руды. Наиболее контрастными и достоверными считаются такие водные ореолы рассеяния, где зафиксирован в аномальных количествах весь комплекс перечисленных микроэлементов.
Иэ косвенных критериев на сульфидную медно-никелевую минерализацию наибольший интерес представляет аномальное содержание сульфат-иона в слабоминералиэованных водах, а также наличие хлоридных натриево-кальциевых (тип II1-6) вод с минерализацией 1 - 3 г/л. 8 формировании химического состава этих вод главная роль принадлежит рудоносным интрузивам, что доказано большим фактическим материалом по геохимии вод сульфидных месторождений Талнах и Норильск-1.
8. Произведена прогноэно-металлогеническая оценка территории северо-западной части Сибирской платформы по гидрогеохимическим данным. Базируется она на составленных автором 12 картах гидрогеохимических аномалий масштаба 1;50 000 - 1:100 000 и на прогиозно-металлогеничоской карто региона масштаба 1:500 000. На основании установленных поисковых критериев за период 1963-1997 гг. обнаружено 34 гидрогеохимических аномалии, 10 из которых связаны с известными сульфидными медно-никеловыми месторождениями и рудопроявлени-ями, в большинстве случаев залегающими на эначиольной глубине. 8 аномалий проверены бурением; остальные аномалии разбракованы по степени очередности, причем б иэ них являются наиболее контрастными и рекомендуются для проверки поисковым бурением. Кроме этого, на основании собранного гидрогеохимического материала выделены участки, перспективные на стронциевую и редконеталльнум минерализацию, а также на нефть и газ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТ. Практическая ценность разработанных автором поисковых гидрогеохимических критериев no,l>T»«jpn4,i?'?v пря проверке бурением 9 выявленных гидроге-iiiWiчіОхид аномалий. В резуль'тате пробуренными скважинами на раз-
личных глубинах (от 100 до 500 м) вскрыты интрузивы с сульфидным модно-никелевым оруденением.Наиболее яркий пример этому - открытие в 1965 г. вблизи г.Норильска уникального, крупнейшего 8 мире. Октябрьского месторождения богатых медно-никелевых и платиновых руд, а также Гравийского медного месторождения. Автор является одним из первооткрывателей этих месторождений. В настоящее время Октябрьское месторождение разрабатывается 4-мя гигантскими подземными рудниками, отрабатываются сплошные (богатые) руды, причем по запасам этих руд оно эначитемьно превышает уникальное Талнахское месторождение. Ежегодная прибыль поставляет около 12 триллионов руб.По Гравийскому месторождению утверждены запасы в ГКЗ СССР, разработано ТЭО, в котором дана оценка его промышленного значения с применением кондиций. В ближайшие годы начнется эксплуатация и этого месторождения.
Кроме этого, автор является одним из первооткрывателей Ерга-лахского и Амбарнинского месторождений подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения гг.Норильска и Кайеркана. Под его руководством и при непосредственном участии проведены пред-внпитольная и детальная разведки этих месторождений, составлены отчеты с подсчетом запасов и утверждены в ГКЗ СССР.
Автором выявлены перспективные участки на стронциевую и редко-металльную минерализацию, а также на нефть, газ и минеральные воды. Следует отметить, что отдельными скважинами, расположенными в Но-рильско-Рыбнинсксй долине, уже вскрыты минеральные воды, причем на небольших глубинах. Эти воды могут представлять бальнеологический интерес и, несомненно, заслуживают дальнейшего изучения.
Гидрогеохимический метод поисков скрытых сульфидных месторождений в условиях многолетней мерзлоты, разработанный и внедренный автором, зарегистрирован в Международной ассоциации авторов научных открытий, как научное открытие. В 1996 г. он награжден серебряной медалью Российской Академии Естественных Наук "Автор научного.открытия" .
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты проведенных исследований доложены автором на: Второй Сибирской конференции по вопросам микроэлементов в водах и почвах в г.Красноярске (1964г.), Третьей Всесоюзной конференции по гидрогеохимическим методам поисков рудных месторождений в г.Томске (1965 г.), конференции Норильских геологов в 1965 г., Первой Таймырской научно-производственной геологической конференции в г.Норильске (1966 г.). Четвертой краевой научно-производственной геологической конференции в г.Красноярске (1966 г.), конференции по геологии и полезным ископаемым Норильского гор-
но-лромышленного района в 1967 и 1968 гг., Пятом сооещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока в г.Иркутске (1967 г.). межвузовской конференции по гидрогеохимическим методам исследований в целях поисков месторождений полезных ископаемых в г.Томске (1969 г.), научном совещании по проблеме: "Геохиическиа поиски полезных иокопаемых в областпх криогенеза" в г.Ленинграде (1970 г.), совещании по изучению режима подземных вод в районах распространении мно-голетнемерэлых пород в г.Москве (1971 г.), Седьмом совещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока в г.Иркутске (1973 г.), Всесоюзной конференции по проблеме: "Гидрогеохимические методы иоследоваий в целях поисков глубокоэалегающих рудных месторождений" в г.Томске (1978 г.), Всесоюзном симпозиуме по проблеме: "Петрологические основы формирования сульфидных медно-никелевых месторождений и критерии их прогноза" в г.Петрозаводске (1979 г.), Сибирской конференции по проблеме: "Гидрогеохимические методы поисков рудных месторождений и прогноз землетрясений" в г.Новосибирске (1983г.), Всероссийской конференции по проблеме:"Геохимические поиски месторождений нефти и газа" в г.Калуге (1989 г.), Всероссийской конференции по проблеме: "Экология и экономика недропользования" в г.Калуге (1995 г.) и Международной конференции: "Актуальные проблемы современного естествознания" (ИНТЕРНАС-97) в г.Калуге (1997 г.), а также ряде научно'-технических совещаний в Норильской КГРЭ, норильском горно-металлургическом комбинате, ПГО "Красноярскгеоло-гия", ГКЗ СССР, Мингео СССР, Минцветмете СССР,Госкомгидромете СССР, Правительстве Российской Федерации и Министерстве природных ресурсов РФ.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 40 работ, в т.ч. 3 монографии, а также составлено 20 научно-производственных отчетов.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложена на *Ц" страницах машинописного текста, содержит_Н__ рисунков, " таблиц и ^ графических приложений. Список литературы насчитывает 2 6 0 наименований.