Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблема генезиса золото-кварцевых месторождений и источников золота 17
Глава 2. Геотектоническая позиция Верхне-Колымского региона 23
Глава 3. Принципы создания и анализа региональных геоинформационных систем 30
3.1. Организация информации в ГИС 35
3.2. Анализ данных в ГИС 39
3.3 Подготовка отчетов, карт, схем 45
3.4. Общие принципы разработки и реализации ГИС-проектов 45
3.5. Региональные ГИС, включающие Верхне-Колымский регион, и их практическое применение 47
Глава 4. Геоинформационный анализ золотоносности и интенсивности гранитоидного магматизма в металлогенических провинциях ...63
Глава 5.Пространственное положение золото-кварцевых месторождений Верхне-Колымского региона 78
Глава 6. Типовые рудные узлы и месторождения 88
6.1. Омчакский рудный узел. Наталкинское месторождение 89
6.2. Дегдекан-Арга-Юряхский рудный узел. Дегдеканское месторождение 114
6.3. Пионерский рудный узел. Игуменовское и Родионовское месторождения 140
6.4. Месторождения Ат-Юрях Штурмовского рудного узла 149
Глава 7. Возраст золото-кварцевых жил 241
Глава 8. Источники главных компонентов руд 251
8.1. Источники серы по результатам изотопных исследований 251
8.2. Источники углерода и кислорода по результатам изотопных исследований 256
8.3. Источники золота, мышьяка и сурьмы 265
Глава 9. Модель рудообразования 269
9.1. Механизмы мобилизации рудного вещества и флюидов 270
9.2. Транспорт рудного вещества 274
9.3. Области и факторы разгрузки 275
9.4. Оценка количеств мобилизованных при метаморфизме золота, серы, мышьяка и сурьмы 277
Глава. 10. Пространственная связь аномалий петромагнитных параметров и золото-кварцевого оруденения 282
Заключение 296
Список литературы
- Проблема генезиса золото-кварцевых месторождений и источников золота
- Геотектоническая позиция Верхне-Колымского региона
- Региональные ГИС, включающие Верхне-Колымский регион, и их практическое применение
- Геоинформационный анализ золотоносности и интенсивности гранитоидного магматизма в металлогенических провинциях
Введение к работе
Настоящая работа - результат многолетних региональных и детальных исследований, проведенных автором в юго-восточной части Яно-Колымского металлогенического пояса - крупнейшей золотоносной провинции нашей страны. Исторически юго-восточная часть пояса, или Верхне-Колымский регион, часто рассматривается как обособленная горнодобывающая провинция. Это связано во многом с положением административной границы между Магаданской областью и республикой Саха (Якутия), которая делит Яно-Колымский золотоносный пояс на две части. Промышленное освоение пояса начиналось в 30-х годах XX века именно с его юго-восточной (магаданской) части. В настоящее время здесь наиболее развита хозяйственная инфраструктура и сосредоточены практически все крупные рудные и россыпные месторождения пояса, суммарная добыча золота из которых превысила 2500 т (Недра..., 1996), что ставит Верхне-Колымский регион в ряд с крупнейшими золотоносными провинциями мира. Хотя за период многолетнего промышленного освоения региона из недр извлечено огромное количество золота, потенциал территории в отношении этого металла продолжает оставаться очень высоким.
Актуальность. Работа направлена на решение важной фундаментальной проблемы генезиса и закономерностей размещения золоторудных месторождений. Несмотря на динамичное изменение структуры потребления металлов, благородные металлы сохраняют важнейшее место в мировой экономике. При формулировке целей и задач исследований учтены сегодняшние приоритеты изучения и использования минеральных ресурсов в нашей стране и мире в целом: особое внимание к выявлению крупных и уникальных по запасам месторождений; необходимость создания и эффективного функционирования геоинформационных ресурсов; усиление значимости комплексного освоения недр и рационального использования природных ресурсов.
Рассматриваемая в работе проблема рудообразования в метаморфизо-ванных морских углеродсодержащих терригенных отложениях (турбидитах или черносланцевых толщах) - одна из наиболее актуальных в современной металлогении. Особое значение эта проблема приобретает для Северо-Востока
Азии, где масштабы развития метатерригенных комплексов и их насыщенность месторождениями золота в значительной мере определяют состояние минерально-сырьевой базы региона. В практическом плане уже достаточно давно стоит вопрос об истощении россыпей Верхне-Колымского региона и отсутствии адекватной базы рудных месторождений. На сегодняшний день львиную долю (более 90%) запасов рудных месторождений региона представляет одно Наталкинское месторождение, хотя ресурсы остальной части территории по золоту всегда оценивались очень высоко.
Актуальность создания и анализа геоинформационных систем (ГИС), определяется тем, что информационные ресурсы являются важнейшим национальным достоянием любой страны. Принимая во внимание ресурсную направленность экономики нашего государства, полнота и цельность информации о минерально-сырьевом комплексе будут играть одну из главных ролей в структуре промышленного развития России. В соответствии с законом "О недрах" и постановлениями правительства РФ должна быть создана Единая информационная система недропользования в России, а в перспективе и Единая информационная система природопользования. Региональные геоинформационные системы будут служить составными частями такой системы. Поэтому создание региональных ГИС и научное обеспечение методических основ их развития выдвигаются на первоочередной план при проведении исследовательских работ в сфере геоинформатики. Не менее актуально также получение нового научного знания при помощи ГИС, что решается посредством анализа информации и моделированием на основе геоинформационных технологий. Эти задачи не имеют пока общепринятых путей решения, так как во многих областях научной деятельности геоинформационные системы еще только начинают активно использоваться.
Работа выполнена на стыке научных проблем и, в соответствии с перечнем приоритетных направлений фундаментальных исследований в области наук о Земле, утвержденным постановлением Президиума РАН от 01.07.03 № 233, позиционируется в рамках двух направлений: 6.15. Генетические особенности и условия образования крупных и суперкрупных местороэюдений страте-
6 гических видов минерального сырья и проблемы их комплексного освоения; 6.26. Геоинформатика, создание геоинформационных систем.
Цели и задачи исследований. Главная цель работы - реконструкция геологических условий и процессов минералообразования в метатерригенных породах, приводящих к формированию золото-кварцевых месторождений. Задачи включали: 1) изучение пространственно-временных взаимоотношений золото-кварцевого оруденения с магматическими и метаморфическими образованиями на основе 40Аг/39Аг датировок и пространственного анализа инструментами ГИС; 2) изучение околожильных изменений; 3) определение источников флюидов и металлов на основе исследований минеральных парагене-зисов и анализа стабильных изотопов серы, углерода, кислорода; 4) построение моделей развития сульфидных минеральных систем при метаморфизме терригенных углеродсодержащих пород; 5) компиляцию графических и семантических данных по региону на основе геоинформационных технологий; 6) разработку алгоритмов анализа цифровых карт; 7) выявление статистических зависимостей между распространенностью гранитоидных интрузий и золотоносностью в регионе; 8) расчеты баланса рудных компонентов; 9) сравнительный анализ результатов с данными по другим золотоносным провинциям мира, приуроченным к метатерригенным толщам.
Методика исследований. Для решения поставленных задач был применен комплекс геологических, минералогических, геохимических методов, систематизация и обработка данных проводилась на основе геоинформационных технологий.
Полевые методы исследования сочетали маршрутное картирование, документацию горных выработок и керна с детальным опробованием. В комплексе аналитических работ упор был сделан на изучение сульфидной минерализации и изотопный анализ серы, углерода и кислорода во вмещающих породах, околорудных метасоматитах и рудах. Для изучения сульфидов применялись методы минераграфии, микрорентгеноспектрального, изотопного и нейтронно-активационного анализов. Проведены также термобарогеохимиче-ские исследования жильного кварца, датирование гидротермальных минералов из кварцевожильных образований 40Аг/39Аг методом. Выполнен стандартный
набор химических, рентгенфлюорисцентных и спектральных анализов пород и руд. При изучении пирит-пирротинового преобразования в зонах перехода от зеленосланцевой фации метаморфизма к роговикам использовались петрофи-зические методы.
Для оценки интенсивности рудообразующих, магматических и метаморфических процессов, посредством нормированных площадных расчетов, применены геоинформационные технологии, что позволило провести многовариантные вычисления и проанализировать различные комбинации геологических данных. Геоинформационный анализ проводился на базе программного обеспечения ArcGIS (ESRI, США). Наряду со стандартными операциями ГИС, в работе применены оригинальные алгоритмы анализа распределения геологических признаков, основанные на прорезании полигональных и линейных слоев цифровой геологической карты набором элементарных ячеек различного размера и формы и последующего получения точечного слоя с равномерно распределенной сетью значений. Аналогичные приемы использованы для расчета удельной золотоносности территории.
Фактический материал и личный вклад автора. В основу работы положены материалы, полученные автором при полевых и лабораторных исследованиях в СВКНИИ ДВО РАН в течение 1982-2004 гг. в процессе выполнения академических и международных программ и грантов, а также хоздоговоров. Под руководством автора и при его непосредственном участии проведены специализированные геологические, геохимические и минералогические исследования в пределах крупнейших рудно-россыпных узлов региона - Омчак-ского, Чай-Юрьинского, Ат-Юрях-Штурмовского, Дегдекан-Арга-Юряхского, Пионерского, Утинского. Изучены все самые крупные золото-кварцевые месторождения - Наталкинское, Павликовское, Омчакское, Дегдеканское, Игу-меновское, Родионовское, Штурмовское, Гольцовское, Утинское, Дорожное, Школьное, а также десятки более мелких объектов. Большое значение для интерпретации результатов исследований сыграло знакомство с золоторудными месторождениями Центральной и Юго-Восточной Аляски (США) и Юкона (Канада) в 1995-96 гг.
Всего изучено несколько тысяч полированных препаратов, шлифов, полированных с двух сторон пластинок и сульфидных монофракций. Состав минералов анализировался на рентгеноспектральном микроанализаторе в СВКНИИ ДВО РАН (несколько тысяч анализов), содержания золота и элементов-примесей определялись нейтронно-активационным методом (более 200 определений в лабораториях ИЯФ АН УзССР, Ташкент и ИОЯФ РНЦ "Курчатовский институт", Москва), валовый состав пород определялся химическим (ЦЛ СВПГО, Магадан) и рентгенфлюоресцентным методами (СВКНИИ ДВО РАН, Магадан и ЦХАЛ ВСЕГЕИ, Санкт-Петербург) (несколько сотен анализов), изотопы серы в сульфидах (около 200 определений) анализировались в лабораториях ДВГИ ДВО РАН (Владивосток, Л.В. Боровик) и ЦНИГРИ (Москва, Е.Д. Сынгаевский), изотопы углерода и кислорода (около 200 анализов) измерялись в ЦНИГРИ (Москва, Е.Д. Сынгаевский), датирование 40Аг/39Аг методом (более 20 определений) выполнено Р.Дж. Ньюберри (Университет Аляски, Фэрбэнкс), петромагнитные исследования (50 образцов) проведены в СВКНИИ ДВО РАН под руководством В.М. Шарафутдинова, состав пирротина (45 анализов) определялся на дифрактометре ДРОН-2.0 Т.И. Махоркиной СВКНИИ ДВО РАН, термобарогеохимические измерения (более 100 образцов) выполнены Н.А. Гибшер (ОИГГМ СО РАН, Новосибирск) и В.Э. Титовым (СВКНИИ ДВО РАН).
Геоинформационный анализ и компьютерное моделирование проводилось с помощью региональных геологических ГИС, созданных руководимым автором коллективом. Основные пространственные измерения и анализ были выполнены с использованием слоев ГИС по геологии и полезным ископаемым Верхнее-Колымского региона (1998), графическая и атрибутивная информация которой основана на 25 листах изданной государственной геологической карты масштаба 1:200000.
При проведении исследований автор опирался на основополагающие работы по геологии, генезису, типизации и составу золоторудных месторождений региона, принадлежащие перу Ю.А. Билибина, П.И. Скорнякова, Л.В. Фирсова, Н.А. Шило. При синтезе материала осмыслены многочисленные публикации по тектонике, магматизму, метаморфизму, металлогении, геохи-
мий и минералогии, выполненные И.И. Абрамовичем, А.В. Алыневским, В.А. Амузинским, Б.С. Андреевым, В.И. Бергером, С.Д. Вознесенским, А.В. Волковым, Г.Н. Гамяниным, М.Л. Гельманом, В.И. Гончаровым, Н.А. Горячевым, Р.А. Ереминым, И.А. Загрузиной, Ю.П. Ивенсеном, Л.И. Измайловым, П.П. Колесниченко, И.Н. Котляром, М.П. Крутоус, И.С. Литвиненко, Н.Г. Манна-фовым, Л.М. Парфеновым, В.А. Приставко, Н.Е. Савва, Д.Н. Сафроновым, В.А. Серебряковым, А.А. Сидоровым, А.П. Соболевым, Е.Э. Тюковой, А.Д. Чеховым, В.Г. Шахтыровым и многими другими. Кроме опубликованных, в работе широко использовались рукописные и картографические материалы Государственного территориального фонда геологической информации, фондов производственных предприятий и архива СВКНИИ ДВО РАН.
Научная новизна. В диссертации, на основе методов геоинформатики в сочетании с современными аналитическими исследованиями, решается научная проблема реконструкции условий образования и закономерностей размещения крупных промышленных скоплений золота в провинциях, приуроченных к морским терригенным отложениям.
Разработана геолого-генетическая модель формирования золото-кварцевого оруденения в терригенных углеродсодержащих толщах, базирующаяся на мобилизации флюидов и металлов из терригенных пород на границе зеленосланцевой фации и роговиков. Изучены механизмы пирит-пирротинового перехода и оценены его РТ-параметры. Показана роль этой реакции для мобилизации серы и других компонентов флюида. Проведена оценка общего количества мобилизованных при метаморфизме золота, серы, мышьяка и сурьмы, основанная на разнице в уровнях содержания этих элементов в сульфидах различно метаморфизованных пород, а также объемах этих пород.
Впервые изучены изотопные составы углерода и кислорода в метатурби-дитовых отложениях юго-восточной части Яно-Колымской складчатой системы, указывающие на первично-осадочное происхождение углеродистого вещества и смешанную (осаждение из морской воды и окисление или гидролиз органики) природу карбонатов, а также свидетельствующие об отсутствии значимых поступлений углерода, вызванных дегазацией мантии или магматических расплавов. Аг/39Аг датировки гидротермальных минералов позволили интерпретировать интервалы возраста золото-кварцевых жил. На основе пара-генетического, изотопного анализов и изучения газово-жидких включений
рассчитаны РТ параметры образования продуктивных минеральных ассоциа
ций и жильного кварца. Проведена реконструкция процессов привноса-выноса
вещества при околорудных изменениях. *
Впервые создан комплект геоинформационных систем геологического содержания на территорию Верхне-Колымского региона. Разработаны методические подходы применения геоинформационного анализа для оценки пространственных неоднородностей распределения признаков, считываемых с геологических карт. С помощью сочетания стандартных функций геоинформационного анализа с алгоритмами пространственно-статистического анализа предложена методика выделения площадей, благоприятных для размещения метаморфогенного золото-кварцевого оруденения. Установлены количественные взаимосвязи между золотоносностью различных металлогенических провинций мира, интенсивностью гранитоидного магматизма и экстенсивностью оруденения в них.
Полученный материал позволил сформулировать четыре защищаемых положения:
ПОЛОЖЕНИЕ 1. Функциональные возможности ГИС в сочетании с методами пространственно-статистического анализа позволяют проводить оценку пространственных неоднородностей распределения геологических признаков на карте и получать количественную информацию для верификации геолого-генетических моделей месторождений, металлогенических построений и прогнозирования на разных масштабных уровнях.
ПОЛОЖЕНИЕ 2. Большая часть золото-кварцевых месторождений, проявлений и пунктов минерализации Верхне-Колымского региона локализована вдоль линейных разломов над поверхностью пирит-пирротинового преобразования в метатерригенных породах, которая пространственно близка к зоне перехода от зеленосланцевой фации регионального метаморфизма к контактовым роговикам. Минеральные ассоциации рудных тел, расположенных в зонах пирротинизации, преобразованы в условиях метаморфизма вмещающих пород.
ПОЛОЖЕНИЕ 3. Согласно 40Аг/39Аг датировок гидротермальных минералов золото-кварцевых месторождений и рудопроявлений Верхне-Колымского региона начало формирования оруденения сопряжено во времени
с завершением коллизии Колымо-Омолонского супертеррейна с Северо-Азиатским кратоном. Оптимальные оценки возраста минерализации заключены в интервале 125-140 млн. лет, с которым не связано никаких существенных интрузивных событий.
ПОЛОЖЕНИЕ 4. Источниками золота, мышьяка, сурьмы, серы и углерода для золото-кварцевой минерализации послужили вмещающие терриген-ные породы. Мобилизация флюидов и металлов произошла при метаморфических реакциях включающих преобразование пирита в пирротин. Главным фактором, приводящим к миграции флюидов и рудоотложению, выступает резкое снижение давления во флюиде в результате разгерметизации. Расчеты показывают, что для мобилизации кремнезема, серы, мышьяка, сурьмы и золота, формирующих единицу руды, необходимы разные по объему резервуары источников.
Практическое значение и реализация. Разработанная геолого-генетическая модель может быть использована в рудно-формационном анализе, при поисково-разведочных работах и решении технологических задач в комплексной переработке руд. В результате работы уточнены критерии прогноза золото-кварцевого оруденения Верхне-Колымского региона с помощью петромагнитных параметров, которые основываются на резком изменении магнитных свойств пород при пирит-пирротиновом преобразовании. Основные практические выводы были использованы при выполнении проектов по изучению гранитоидного магматизма и золоторудных месторождений по заказам Комитета природных ресурсов, рудника им. Матросова, производственных геологических организаций.
Опыт проектирования и создания региональных ГИС, отработанный на первой геоинформационной системе по геологии и полезным ископаемым Верхне-Колымского региона (1998), был реализован в последующей работе. За несколько лет под руководством автора завершено еще несколько геоинформационных проектов: ГИС по геологии и полезным ископаемым Анмандыкан-ского и Кубакинского рудных узлов (1999); ГИС по геологии Колымо-Омолонского региона (2001); ГИС по россыпным месторождениям золота Центрально-Колымского региона (2001); ГИС полезных ископаемых муниципального округа Магадана (2002); ГИС по геологии Охотско-Колымского ре-
гиона (2002). Заказчиками выступали: Комитет природных ресурсов по Магаданской области; Главный научно-исследовательский и информационно-вычислительный центр МПР РФ (ГлавНИВЦ); ЗАО Омолонская золоторудная компания; ООО "Станнолит". Две геоинформационные системы вошли в Государственный банк цифровой геологической информации (ГБЦГИ): ГИС по геологии Колымо-Омолонского и Охотско-Колымского региона. С использованием геоинформационного подхода была проведена работа по переоценке запасов россыпных месторождений золота Магаданской области и Чукотского автономного округа и разработана схема мониторинга горнодобывающей отрасли на региональном уровне.
На основе опыта работы с региональными ГИС составлено учебное пособие и созданы учебные проекты, которые используются при проведении теоретических и практических занятий для студентов геологических и экономических специальностей Северного международного университета, Магаданского филиала Санкт-Петербургского института управления и экономики и Магаданского политехникума.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы обсуждались более чем на 20 совещаниях, конференциях и симпозиумах: Всесоюзном совещании "Рудные формации структур зоны перехода континент-океан" (Магадан, 1988); Всесоюзном совещании "Научные принципы прогнозирования эндогенного оруденения в восточно-азиатских вулканических поясах СССР" (Хабаровск, 1988); Международной конференции по Арктическим окраинам (Магадан, 1994); VII Международном платиновом симпозиуме (Москва, 1994); 91-ой ежегодной Кордильерской секции Геологического общества Америки (Фербэнкс, Аляска, США, 1995); Международном симпозиуме "Крупные и уникальные месторождения редких и благородных металлов (проблемы генезиса и освоения)" (Санкт-Петербург, 1996); Всероссийском совещании "Золотое оруденение и гранитоидный магматизм Северной Пацифики" (Магадан, 1997); XV симпозиуме по геохимии изотопов имени академика А.П. Виноградова (Москва, 1998); 1 и 2 научно-практических конференциях "Северо-Восток России " (Магадан, 1998, 2003); Пи 12 Рабочих совещаниях по созданию и развитию Государственного банка цифровой геологической информации (Ко-
ролев, Московская область, 1999, 2000); 3 Всероссийской научно-практической конференции "Геоинформатика в нефтегазовой и горной отраслях" (Москва, 2000); Региональной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Ю.А. Билибина (Магадан, 2001); IX Всероссийском форуме 'Теоинформационные технологии. Управление. Природопользование. Бизнес. Образование" (Москва, 2002); Научной сессии Общего собрания и Президиума Дальневосточного отделения РАН (Владивосток, 2002); 2 сибирской конференции пользователей ПО ESRI и ERDAS: 'ТИС в науке, природопользовании и образовании" (Новосибирск, 2003); 7 и 9 конференциях пользователей программных продуктов ESRI и Leica Geosystems (Го-лицино, Московская обл., 2001, 2003); Всероссийском совещании, посвященном 90-летию академика Н.А. Шило (Магадан, 2003); Международном совещании IAGOD "Металлогения Северо-Западной Пацифики" (Владивосток, 2004); Международных конференциях 'ТИС в геологии" (Москва, 2002, 2004); Ежегодных собраниях Американского геофизического общества (Сан-Франциско, Калифорния, США, 1997, 2004).
Публикации по теме диссертации. Фактический материал и защищаемые положения диссертации опубликованы в 60 научных работах, в числе которых 2 коллективные монографии, 1 учебное пособие, 26 статей в отечественных и зарубежных журналах (11 из перечня ВАК) и тематических сборниках. Кроме того, автор принимал участие в составлении 15 производственных и научно-исследовательских отчетов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 10 глав и заключения, общим объемом 323 страницы текста иллюстрированного 40 таблицами, 87 рисунками. Список литературы - 273 наименования.
Благодарности. Глубокую признательность автор выражает чл.-корр. РАН Н.И. Еремину за консультации и помощь при подготовке диссертации. Постоянную поддержку в проведении исследований оказывали бывшие директора СВКНИИ ДВО РАН - чл.-корр. РАН А.А. Сидоров и акад. В.И. Гончаров,
председатель СВНЦ ДВО РАН - акад. [К.В. Симаков], а также к.г.-м.н. Р.А. Еремин - заведующий лабораторией благородных металлов СВКНИИ ДВО РАН, под руководством которого начиналась научная деятельность диссертан-
та. Внимание и поддержку работе уделяли представители Комитета природных ресурсов по Магаданской области и других организаций и горногеологических предприятий: Ю.В.Прусс, Б.К. Михайлов, Л.Л. Фельдман, В.В. Гаштольд, Д.А. Кудрявцев, Н.В. Цымбалюк, А. Эдварде и многие другие. В совместных исследованиях и обсуждении материала принимали участие В.В.
Акинин, П.Н. Аноров, Н.В. Гальцева, М.Л. Гельман, Н.А. Горячев, [Н.П. Ермо
лаев
, И.С. Литвиненко, Г.А. Меркулов, Р.Дж. Ньюберри, |В.Э. Титов|, Э. Уайлд,
В.Л. Хорошилов, [В.А. Чиненов|, В.М. Шарафутдинов. Особая признательность
автора - коллективам лабораторий геологии рудных месторождений и ГИС-технологий СВКНИИ ДВО РАН, без постоянной помощи Е.Э. Тюковой, В.Г. Шахтырова, В.А. Сидорова, В.Г. Мельника, И.С. Голубенко, А.С. Зинкевича, Ю.А. Ручкина работа вряд ли была возможна.
Проблема генезиса золото-кварцевых месторождений и источников золота
Верхне-Колымский регион - географическое понятие, соответствующее бассейну верхнего течения р. Колымы. Планомерные геологические исследования на Северо-Востоке Азии были начаты именно здесь в 30-х годах прошлого века после организации треста "Дальстрой". Основанием для этого послужил прогноз Ю.А. Билибина о значительных перспективах на золото бассейна верхнего течения р. Колымы.
Все наиболее крупные россыпи и значительная часть золото- и олово-рудных месторождений в регионе были открыты уже в начальный период освоения территории (до 1940 г. по данным М.Е. Городинского (Недра..., 1996)). В 1940 году извлечено из недр 80 т россыпного золота - максимальное количество за всю историю золотодобычи на территории. Три россыпи региона уникальны по своим богатствам: в долине р. Чай-Юрьи было сосредоточено более 205 т, на р. Мал. Ат-Юрях - 145 т на р. Омчак - более 100 т золота. Высокая актуальность проведения научных исследований в пределах богатейших россыпных узлов и месторождений способствовала становлению и развитию теории россыпеобразования. Начало этому научному направлению было положено работами Ю.А.Билибина (1956) и Н.А.Шило (1981, 2000).
В военные и послевоенные годы регион занимал прочное первое место по поставке золота в нашей стране. Наряду с отработкой россыпей значительное внимание уделялось поискам и разведке коренных месторождений. В этот период были открыты, разведывались и эксплуатировались такие месторождения как Наталкинское, Павликовское, Омчакское, Игуменовское, Родионов-ское, Дегдеканское, Штурмовское, Гольцовское, Утинское и другие. Промежуток между открытием месторождений и началом эксплуатации занимал минимальное время. В частности, крупнейшее месторождение региона Наталкин-ское было открыто в 1942, а в 1945 г. был образован рудник им. Матросова, который начал выдавать первое золото. Тем не менее, после ликвидации треста Дальстрой в 1957 г., добыча на большинстве рудников была прекращена, а сами месторождения законсервированы. Исключение составило только Натал-кинское месторождение.
За семь десятилетий освоения Верхне-Колымского региона был выполнен большой объем разномасштабных геологосъемочных, поисковых и разведочных работ. Современные представления о геологическом строении территории основываются на результатах государственной геологической съемки масштаба 1:200000, которая в основном была проведена в 60-70-х годах прошлого столетия. В последующие годы выполнялись крупномасштабные геологосъемочные и геологоразведочные работы, направленные на переоценку известных и поиски новых рудных объектов, как альтернативы истощающейся россыпной золотодобычи. Однако, несмотря на значительный объем горных работ и бурения, новых рудных месторождений, адекватных по запасам россыпным, так и не было найдено. В то же время было выявлено большое количество мелких проявлений и пунктов минерализации, многие из которых, тем не менее, могут представлять интерес для дальнейшего освоения региона.
В истории изучения золотого оруденения Яно-Колымского пояса проблема пространственно-временных соотношений и генетических связей золотого оруденения с магматизмом и метаморфизмом постоянно находилась в центре внимания геологов. По мере накопления фактического материала и изменения теоретических воззрений были высказаны самые разные точки зрения. Генетическая связь золота с гранитными батолитами принималась, вслед за Ю.А. Билибиным (1961, с. 207-212), большинством геологов на самых ранних этапах освоения территории. В более поздний период Ю.А. Билибин (1959, с. 233-236; 1959, с. 238-339; 1961, с. 149-165), на основании многочисленных взаимоотношений, рассматривал золотое оруденение и комплекс самостоятельных добатолитовых малых интрузий диоритового состава как производные одного глубинного магматического очага. Впоследствии, одни исследователи придерживались мнения о генетической или парагенетическои связи золота с разными формациями малых интрузий (Апельцин, 1956; Матвеенко, Шаталов, 1958), другие доказывали его подчиненность исключительно грани-тоидному магматизму (Гавриков, 1976; Гамянин, 1974; Рожков и др., 1971; Соболев, 1989; Шило и др., 1988). В конце 60-х годов XX столетия была сформулирована метаморфогенная гипотеза образования промышленного оруденения (Серебряков, 1965, 1968; Фирсов, 1966, 1985), в противовес которой некоторые исследователи поддерживают идею глубинного источника золота или повышенную золотоносность интрателлурических (транслитосферных) растворов (Аникеев и др., 1976; Гельман, 1976; Абрамович и др., 1999). А.А. Сидоров (1987, 1993) обосновывал генезис золото-кварцевых жил в результате метаморфизма линейных зон сульфидизации, имеющих как гидротермально-осадочную, так и не гидротермальную (газофлюидную) природу. Позднее он (Сидоров, Волков, 2001) доказывал трехэтапное формирование крупнейших месторождений с участием различных источников вещества. В последние годы появились модели, предполагающие образование на ранних стадиях орогенно-го этапа развития Яно-Колымской складчатой системы метаморфогенного, а на заключительных - магматогенного золото-кварцевого оруденения (Гончаров и др., 2002; Горячев, 1998; 2003).
Благодаря хорошей изученности и уникальным геологическим чертам золоторудные объекты Верхне-Колымского региона стали своеобразными генотипами при типизации золото-кварцевых месторождений Яно-Колымского золотоносного пояса, а геологические взаимоотношения оруденения с метаморфическими и магматическими образованиями послужили источником многочисленных идей о генезисе золотой минерализации в регионе. Уже в 1937 г., через год после открытия месторождения Восточного, П.И. Скорняков установил, что золотоносные прожилки рассекаются роговообманково-карбонатно-кварцевыми, которые он интерпретировал как контактовые образования (Скорняков, 19496). В 1938 г. месторождение посетил Ю.А. Билибин. Полевые наблюдения и просмотр шлифов позволили ему поставить вопрос о более древнем, по сравнению с гранитами, возрасте золотоносных кварцевых жил (Билибин, 1940). Впоследствии, развивая эти идеи, П.И. Скорняков детально охарактеризовал преобразования минерального состава жил под действием контактового метаморфизма на месторождении Восточное и рудопроявлении Золотое. Сопоставление полученных данных с материалами по другим золоторудным объектам региона позволило ему выявить общие черты контактово ороговикованных жил. В первую очередь это замещение пирита пирротином, а анкерита - кальцитом, роговой обманкой, пироксеном и гранатом; отсутствие буланжерита и появление биотита, геденбергита, кордиерита, волластонита и т.д. Вопрос об относительном возрасте гранитоидов и золоторудной минерализации оказался необычайно важным для формирования точек зрения на генезис гидротермальных жил. Преобладавшая вначале гипотеза о генетической связи золотоносных кварцевых жил с гранитами была подвергнута ревизии, что способствовало появлению и развитию новых идей, а Пионерский и Ат-Юрях-Штурмовской рудные узлы, где впервые был установлен метаморфизм золото-кварцевых жил, стали одними из главных полигонов при их апробации.
Геохронологические исследования, начатые Л.В. Фирсовым в конце 50-х годов, открыли новую страницу в изучении месторождений региона. Датирование К-Аг методом позволило получить значения абсолютного возраста магматических образований, а известные соотношения гранитов с кварцевыми жилами - дать возрастные интервалы для гидротермального оруденения. Результаты инициировали многочисленные работы по систематике месторождений и магматических тел, а также формационному анализу. Полученные к настоящему времени Аг-Аг датировки позволяют существенно уточнить позицию золото-кварцового оруденения в общей цепи эндогенных событий.
Геотектоническая позиция Верхне-Колымского региона
Верхне-Колымский регион охватывает юго-восточную часть Яно-Колымского золотоносного пояса, который представляет собой крупнейшую ме-таллогеническую единицу на Северо-Востоке Азии и характеризуется обширными ареалами распространения россыпей золота, а также многочисленных рудных месторождений и проявлений золото-кварцевой, золото-сурьмяной и золото-редкометалльной минерализации. Пояс прослеживается на расстояние более 1000 км, при ширине до 200 км (рис. 1). Наиболее значимое золото-кварцевое оруде-нение было сформировано в конце поздней юры-начале раннего мела в результате коллизии Колымо-Омолонского супертеррейна с Северо-Азиатским кратоном и приурочено к структурам пассивной окраины Северо-Азиатского кратона (Верхоянскому складчато-надвиговому поясу), Кулар-Нерскому и Вилигинскому перикратонным турбидитовым террейнам, а также Полоусно-Дебинскому тер-рейну аккреционного клина, сложенному турбидитами (Парфенов и др., 1993; Тектоника..., 2001; Nokleberg et al., 1998).
Верхоянский складчато-надвиговый пояс локализован вдоль восточной окраины Сибирской платформы (рис. 2). Границей с Кулар-Нерским турбидитовым террейном является Адыча-Тарынская (Адыча-Тенькинская в интерпретации В.Г. Шахтырова) зона разломов к юго-западу от которой выделяется Адыча-Эльгинский антиклинорий, шириной около 150 км. Характерной особенностью строения антиклинория является сочетание брахиформных антиклиналей с узкими щелевидными синклиналями. По направлению к границе с Кулар-Нерским террейном интенсивность складчатости увеличивается (Архипов, Парфенов, 1980).
Толщи турбидитов, как составные части терригенного верхоянского комплекса, формировались с возрастным диапазоном от ранней перми до поздней юры включительно (для отдельных участков не исключаются ныне погребенные отложения верхнего карбона). Турбидитонакопление в пределах клинораздвига характеризуется поперечной зональностью: северо-восточная полоса сложена юрским флишем Иньяли-Дебинского синклинория, а юго-западная часть в пределах Аян-Юряхского и Нерского антиклинориев представлена значительно менее ритмичными терригенными образованиями перми и триаса, большая часть которых относится к аспидной формации (Чехов, 1976). Однако, несмотря на некоторые различия во внутреннем строении вмещающих толщ, вещественные характеристики золотого оруденения принципиально не меняются при переходе из одной зоны в другую. Что касается отличий в литологическом составе морских терригенных отложений Индигиро 29
Колымского клинораздвига и ограничивающих его структур (Адыча-Эльгинский антиклинорий на западе; Омулевское, Тас-Хаяхтахское и другие палеозойские поднятия на востоке), то они значительно более существенны. Для структур обрамления характерены мелководные и преимущественно песчаниковые отложения, а для клинораздвига - глубоководные глинисто-песчаниковые. В последнее время появляются материалы по наличию в краевых частях троговых структур хаотических микститовых образований (Ермоленко, 2001).
Более 10% территории клинораздвига, практически не выходя за его пределы, занимают выходы полнокристаллических гранитоидов с возрастом от поздней юры до позднего мела включительно. Широко распространены дайковые комплексы с таким же возрастным интервалом как у гранитоидов, однако с более широкими вариациями состава. Подчиненное значение имеют вулканические породы. Как вулканиты, так и крупнейшие тела субвулканических тел кислого состава (Тарынский и Буордахский субвулканы) и сопровождающие их более мелкие тела локализованы главным образом по ограничению клинораздвига в зонах Адыча-Тенькинского и Улаханского разломов. Наиболее древние массивы (150-160 млн. лет) сложены кварцевыми диоритами, гра-нодиоритами и монцогранитами с повышенным содержанием глинозема (Layer et al., 2001). По геохимическим признакам они интерпретируются как субдукционные, внедрившиеся в период формирования Уяндино-Ясачненской вулканической дуги. В интервале 138-143 млн. лет во время коллизии Северо-Азиатского кратона и Колымо-Омолонского супертеррейна кристаллизовались высокоглиноземистые мусковит-биотитовые граниты, причем наблюдается незначительное омоложение возраста гранитов в северо-западном направлении (Layer et al., 2001). В связи с последним фактом возраст коллизионных гранитов в Верхне-Колымском регионе интерпретируется в несколько более древнем интервале 140-146 млн. лет (Ньюберри и др., 2000). Субдукционные и коллизионные гранитоиды наиболее распространены в пределах Яно-Колымского золотоносного пояса. Массивы с более молодым возрастом имеют геохимические признаки, характерные для гранитоидов из обстановок растяжения.
Пространственное размещение золотоносных площадей в клинораздвиге контролируется в первую очередь продольными зонами глубинных разломов северо-западного простирания. Наиболее крупные по количеству золота рудные узлы располагаются вдоль разломов с закономерным интервалом (шагом) в среднем 60-65 км (Ларин, 1949; Шахтыров, 1997а, б). Менее значительные золотоносные площади приурочены к межразломным блокам, однако и там контроль пространственного размещения оруденения осуществляется более мелкими по масштабу диагональными и поперечными дизъюнктивными структурами, кинематически сопряженными с главными продольными разломами. Закономерности локализации рудных узлов наиболее логично интерпретируются с точки зрения знакопеременных горизонтальных движений на оро-генном этапе развития территории (Шахтыров, 2000).
Региональные ГИС, включающие Верхне-Колымский регион, и их практическое применение
Для проведения металлогенических и других специализированных исследований в Верхне-Колымском регионе, начиная с 1998 г., при участии и под руководством автора было разработано 5 автономных ГИС-проектов (табл. 3, рис. 8): ГИС по геологии и полезным ископаемым Верхне-Колымского региона (1998); ГИС по геологии Колымо-Омолонского региона (2001); ГИС по россыпным месторождениям золота Верхне-Колымского региона (2001); ГИС по геологии Охотско-Колымского региона (2002); ГИС по геологии Северо-Востока России (2004).
Исходными данными для ГИС послужили изданные авторские и государственные геологические карты, данные геохимических и геофизических съемок разного масштаба. В качестве атрибутивной информации, кроме легенд к картам, были использованы опубликованные и авторские материалы. Важнейшими принципами при компиляции проектов было максимально точное соответствие исходным данным и использование только открытой и легитимной информации. Далее приводится краткая характеристика ГИС.
ГИС по геологии и полезным ископаемым Верхне-Колымского региона подготовлена в 1998 г. на основании соглашения о совместных исследованиях между компанией ВНР International и СВКНИИ ДВО РАН в рамках темы "Пространственный анализ размещения золотого оруденения Верхне-Колымского региона (Россия) и районов Западной Виктории и террейна Пайн 49
Крик (Австралия)" (Ворошин, 1998). Графическая и атрибутивная информация основана на 25 листах изданной государственной геологической карты масштаба 1:200000 и выполнена как цельный проект в реальных географических координатах в программе ArcView (рис. 9). Территория, включенная в геоинформационную систему, охватывает крупнейшую золоторудную провинцию России. Структура ГИС представлена: (1) геологическим строением - 9381 полигон; (2) дизъюнктивными нарушениями -4073 объекта; (3) дайками и жилами - 9786 объектов; (4) месторождениями и проявлениями рудных полезных ископаемых - 2471 объект; (5) россыпными месторождениями - 1151 объект.
Атрибутивная информация заключена в нескольких базах данных, связанных с соответствующими геологическими объектами на карте. Первая из них - база данных по стратифицированным подразделениям - включает в себя возраст, литологический состав и мощность отложений, названия свит. Вторая -по интрузивным массивам -состоит из данных по типу, геологическому и абсолютному возрасту, химическому и минеральному составу пород, номенклатуре массивов. Третья - по дизъюнктивным нарушениям -характеризует тип, направление и величину смещения тектонических блоков. В четвёртой - по дайкам и жилам - собраны сведения о геологическом и абсолютном возрасте, типе пород или жил, направлении их простирания. В пятую - по месторождениям и рудопроявлениям - включены номера объектов, их названия, три координаты, номенклатура ведущего и попутных полезных компонентов, их содержания, характеристики вмещающих пород, литературные источники. И шестая из входящих в систему баз данных - база по россыпным месторождениям состоит из номера россыпи, названия, перечня ведущего и попутных металлов, пробности золота и литературных источников.
Данная система изначально проектировалась для решения прогнозных задач. Предполагалось, что анализ графической и атрибутивной информации в совокупности с применением генетических моделей рудообразования позволит составить алгоритмы для прогнозно-поисковых работ. Предварительная обработка показала высокий потенциал этой ГИС, как с точки зрения эвристических возможностей, так и в плане организации оптимального управления недропользованием.
ГИС по геологии Колымо-Омолонского региона и ГИС по геологии Охотско-Колымского региона. Каждый из этих проектов захватывает приблизительно половину территории Магаданской области и соответствует по площади листам авторских геологических карт В.М. Кузнецова и др., 1998 и Н.Г. Маннафова и др., 1999 (Геологическая карта и карта полезных ископаемых Колымо-Омолонского региона (1998, 1:500000, ред. А.С. Симаков); Геологическая карта и карта полезных ископаемых Охотско-Колымского региона (1999, 1:500000, ред. Г.М. Сосунов)). Обе системы проектировались в качестве геологической геоинформационной основы для любых региональных работ на территории Магаданской области и перекрывают всю ее площадь. Они также входят в состав Государственного банка цифровой геологической информации. ГИС по геологии Колымо-Омолонского региона представлена как проект ArcView. Она содержит более 15500 полигональных и более 9000 линейных геологических объектов, кроме того, включает такие слои как речная и дорожная сеть, населенные пункты. ГИС по геологии Охотско-Колымского региона по параметрам примерно соответствует предыдущей системе (см. табл. 3). Области применения данных систем связаны с планированием региональных геологических и геофизических работ, например, составление легенд или проектирование геофизических профилей. Кроме того, они служат основой при составлении карт и схем металлогенического и тектонического содержания и их анализа.
ГИС по геологии Северо-Востока России основана на наиболее мелкомасштабной информации из всех вышеперечисленных проектов (рис. 11). Эта система создана для выполнения информационно-справочных запросов, проведения региональных научно-исследовательских работ и обучения. Предполагается также использовать данную ГИС в качестве основы для ведения региональных баз данных по аналитике (например, изотопные анализы и т.д.), коллекциям образцов, шлифов, аншлифов. Проект охватывает около 20% территории России и определяется в границах Камчатской, Магаданской областей, Чукотского и Корякского АО, частично сюда относятся территории республики Саха-Якутия и Хабаровского края. Географическим ограничением на западе служит реки Лена и Алдан с условным замыканием вдоль меридиана 135в.д. на побережье Охотского моря. Источниками для формирования графической базы данных и определения координатной привязки объектов являлись изданные карты и схемы. Базовой картой послужила Геологическая карта Северо-Востока СССР масштаба 1:1500000, изданная под редакцией М.Е. Городинского (1980). Географическая нагрузка реализована дополнением системы слоями с данными по гидрографии, населенным пунктам, дорожным сетям из Digital Chart of the World (комплект ArcGIS, ESRI). Общая площадь охватываемая ГИС - 3 774 000 км2.
Геоинформационный анализ золотоносности и интенсивности гранитоидного магматизма в металлогенических провинциях
Золоторудные месторождения во многих провинциях мира образуют тесные временные и пространственные ассоциации с гранитоидными интрузивами и зональными метаморфическими комплексами. Эта ситуация типична как для золотоносных зеленокаменных поясов, так и для металлогенических провинций в терригенных толщах (турбидитах) независимо от их возраста (Phillips, Powell, 1993). Большинство исследователей сходятся во мнении, что мобилизация флюидов и рудного вещества в таких структурах происходит в основном в результате метаморфических реакций во вмещающих породах, а их концентрация на локальных площадях является следствием миграции компонентов в ослабленные зоны. Источником энергии для процессов формирования метаморфических комплексов, гранитоидов и оруденения служило тепло как глубинных источников (магматические очаги, радиогенный распад и т.д.), так и экзотермических реакций в минералообразующих системах. Дополнительному разогреву систем способствовали ориентированное давление; высокая скорость кристаллизации и большой объем минеральных новообразований.
Общность энергетических источников, пространственная совмещенность основных участников геологических событий (метаморфитов, магмати-тов, руд), их временная сопряженность позволяет высказать предположение о существовании зависимости между численными значениями площадей металлогенических провинций, насыщенностью их гранитоидами и количеством добытого золота. Соотношение этих параметров на карте каждой провинции отражает современный эрозионный срез, поэтому при сравнении между собой нескольких золотоносных территорий необходимо учитывать их положение по отношению к общему базису эрозии или уровню Мирового океана. Понятно, что от эрозионной вскрытости территории или глубинности формирования фаций метаморфитов, гранитоидов и типов рудоконцентраций зависят размеры площадей их проявления на современной поверхности. Используя показатель вскрытости можно, во-первых, судить о вертикальной зональности распределения продуктов регионального метаморфизма, интрузивного магматизма и рудоконцентратов, а, во-вторых, - о положении той или иной провинции в единой вертикальной шкале, с началом отсчета от общего эрозионного базиса.
Для проверки высказанных предположений были выбраны пять золотоносных провинций мира, приуроченных к турбидитам, - Верхне-Колымский регион (Северо-Восток России), Центральные Кызылкумы (Средняя Азия), Виктория (Австралия), пояс Ашанти (Гана, Западная Африка) и террейн Мед-жума (Новая Шотландия, Канада) (рис. 14). Для них, с использованием методов ГИС, рассмотренных выше, были рассчитаны суммарные площади, приходящиеся на породы рамы, кроющих комплексов и гранитоидов. Вычисления проводились с помощью программы Arc View (ESRI, США). Результаты по регионам суммированы в табл. 10 (Ворошин и др., 2002).
Из-за недостатка равноценной информации по всем провинциям выполненные исследования методически не всегда единообразны: определение границ исследуемых территорий проводилось не одними и теми же способами; гранитоиды не дифференцированы по отношению к оруденению; из подсчетов исключены крупные площади молодых кроющих комплексов пород, под которыми могут быть скрыты и месторождения, и выходы интрузивов; в ряде случаев о золотоносности провинции в целом приходится судить по величине добытого металла только из уникальных объектов, сведения о ресурсах не учтены из-за их не одинаковой достоверности для различных территорий. Однако перечисленные факторы какого-либо серьезного влияния на результаты расчетов удельной золотоносности площадей не оказывают и поэтому принятую методику можно считать в достаточной мере объективной.
Площади метатерригенных пород и гранитоидов были вычислены по данным геологической карты Северо-Востока СССР масштаба 1:1500000 (гл. редактор М.Е. Городинский, 1980). Абсолютные отметки на изученной площади изменяются от 230 до 2337 м. Территория оконтурена по границам распространения промышленных россыпей, с юга - кроющими вулканогенными толщами. Детализация границ проведена с использованием геоинформационной системы по геологии и полезным ископаемым Верхне-Колымского региона, созданной на основе государственных карт полезных ископаемых масштаба 1:200000 (Ворошин, 1998). Суммарная площадь выходов всех гранитоидных массивов составляет 11% от площади региона (Ворошин и др., 2000а). На рассматриваемой территории добыто около 2500 т россыпного золота, добыча из коренных источников составляет незначительную часть этого объема (Недра..., 1996). Нормирование по площади дает значение 23 кг на 1 км2.
Центральные Кызылкумы - одна из крупнейших золоторудных провинций мира. Рудовмещающие породы - терригенные толщи ордовикского-силлурийского возраста. Становление гранитоидных интрузивов произошло в перми, диапазон датировок абсолютного возраста 286-260 млн. лет (Кременец-кий и др., 1990). Возраст золотого оруденения близок к указанному интервалу, хотя опубликованные данные имеют существенные расхождения. Площади пород (осадочных и гранитоидных) рассчитаны по данным геологической карты Средней Азии и прилегающих территорий масштаба 1:1500000 (гл. редактор А.П.Марковский, 1964). Абсолютные отметки площади изменяются от 174 до 927 м. Оконтуривание территории для расчетов проводилось по естественным границам блоков, выходящих на поверхность среди отложений чехла. Гранитоиды занимают около 14% от общей площади провинции. Оценка добытого золота учитывает металл, извлеченный практически только из крупнейшего месторождения Мурунтау (Константинов и др., 2000). По приведенной к единице площади золотоносности это одна из наиболее богатых провин-ций - 179 кг/км .
Виктория характеризуется классическими месторождениями золота в турбидитах. Возрастной диапазон рудовмещающих метатерригенных пород -кембрий-ранний девон. Высокоглиноземистые граниты имеют позднедевон-ский возраст. Однако диапазон датировок абсолютного возраста этих пород очень широк - 420-320 млн. лет, с пиком 420-390 млн. лет (Chappell and White, 1992). Гранитоиды древнее позднего девона считаются дорудными. Вмещающие породы метаморфизованы в фации зеленых сланцев. Наиболее значительные месторождения локализованы в нижнеордовикских отложениях. Площади пород были рассчитаны на основе геологической карты Виктории масштаба 1:1000000 (Douglas, Spencer-Jones, 1993). Интервал абсолютных отметок территории от 186 до 995 м. Оконтуривание территории проведено по распространенности золоторудных месторождений и проявлений. В подсчет не включались площади, перекрытые покровами четвертичных базальтов и аллювиальными отложениями. На долю гранитоидов приходится около 20% площади провинции (Chappell and White, 1992), наши расчеты дали значение около 14%. По сумме добытого золота - около 2500 тонн - провинция Виктория идентична Верхне-Колымскому региону (Phillips and Hughes, 1995). Однако по удельной золотоносности она на порядок выше и находится на первом месте среди рассматриваемых территорий - 214 кг/км .
