Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткая геологическая характеристика Накынского кимберлитового поля 9
Глава 2. Выделение структур, вмещающих кусты и тела кимберлитов 27
2.1. Анализ рудоконтролирующих структур с учетом влияния сети бурения 30
2.2. Особенности кимберлитоконтролирущих структур дайково-жильных тел 35
2.3. Площадной анализ локальных особенностей рудоконтролирующих структур 46
2.4. Выводы 51
Глава 3. Фотолюминесцентный анализ вторичных кальцитов 52
3.1. Методика качественного фотолюминесцентного анализа 58
3.2. Данные площадного картирования красной и голубой фотолюминесценции 59
3.3. Спектральный фотолюминесцентный анализ вторичных кальцитов Накынского поля 64
3.4. Люминогены в кальцитах 69
3.5. Изотопный анализ кальцитов 72
3.6. Выводы 75
Глава 4. STRONG Ореолы импрегнированного углекислого газа Майского месторождения и Озерного
рудопроявления алмазов STRONG 78
4.1. Методические вопросы 80
4.2. Исходные фактические данные 83
4.3. Результаты определений СО2 85
4.4. Возможные источники СО2 98
4.5. Выводы 102
Заключение 104
Список литературы
- Особенности кимберлитоконтролирущих структур дайково-жильных тел
- Данные площадного картирования красной и голубой фотолюминесценции
- Изотопный анализ кальцитов
- Исходные фактические данные
Особенности кимберлитоконтролирущих структур дайково-жильных тел
Вмещающая толща (нижний структурный ярус) Кембрийская система изучена по керну скважин и геофизическим данным и представлена мархинской свитой. Нижняя часть свиты сложена известняками, доломитами, аргиллитами, алевролитами и мергелями. В средней части разреза развиты тонко переслаивающиеся аргиллиты известковистые и известняки глинистые, с тонкимипропластамибуровато-коричневых мергелей. Верхняя часть разреза кембрийских отложений представлена переслаиванием терригенных (преимущественно аргиллитов) и карбонатных (известняков) красноцветных и сероцветных пород. Общая мощность мархинской свиты составляет 780-840 м.
Ордовикская система в районе работ включает нижний и средний отделы. Нижний отдел представлен олдондинской свитой. Среднеордовикские отложения, сохранившиеся в узких грабенах, представлены станской свитой[72]. Олдондинские отложения, залегающие согласно на нижележащей мархинской свите, распространены на территории Накынского поля повсеместно и не выходят на поверхность. Олдондинскаясвита представлена терригенно-карбонатными пестроцветными и сероцветными породами, причем нижняя и средняя части сложены преимущественно карбонатами (доломитами), а в верхней части преобладают алевропесчанистые породы. Встречаются внутриформационные конгломераты и брекчии с карбонатным цементом. Доломиты сгустковые, водорослевые и оолитовые. Полная мощность свиты составляет около 470 м.
Средний отдел ордовикской системы представлен станской свитой, которая в свою очередь включает верхнюю и нижнюю подсвиты. На дневную поверхность отложения станской свиты не выходят и вскрыты поисковыми скважинами на юго-западе площади.
Нижняя подсвита сложена пестроцветными (бордово-красными, вишнево-красными) мергелями, аргиллитами, реже алевролитами. Мощность подсвиты составляет 20 м. Верхняя подсвита сложена пятнистыми, зеленовато-серыми мергелями и алевролитами и серыми доломитами. В подошве прослеживается прослой кварцевых песчаников с гравием карбонатных пород, выше по разрезу содержание песчаного материала уменьшается. Вскрытая мощность верхней подсвиты составляет 36 м.
Перекрывающая толща (верхний ст руктурный ярус) Верхний структурный ярус представлен мезозойско-кайнозойскими образованиями триасовой, юрской, меловой и четвертичной систем.
Нижняя часть верхнего структурного яруса представляет собой погребенные триасовые и юрские коры выветривания на поверхности осадочных (терригенно-карбонатных, карбонатных) и магматических (траппов, кимберлитов) пород нижнего-среднего палеозоя и имеет широкое площадное распространение при мощности от 0 до 20 м и характеризуется пятнистыми и линейными формами. Отложения нижней юры сложеныизвестковистыми и слабо известковистыми глинисто-песчаными угленосными породами. Среди кайнозойских образований можно выделить неогеновые водораздельные галечники, четвертичные отложения надпойменных речных террас и современные осадочные образования.
Мощность мезозойско-кайнозойской перекрывающей толщи в Накынском кимберлитовом поле составляет от 40 до 100 м и более. Магматические образования в Накынском кимберлитовом поле представлены траппами, кимберлитами и эруптивными брекчиями базитов. По данным геологов БГРЭ [67,68], магматизм проходил в три этапа: сначала внедрялись силлы и дайки среднепалеозойских траппов, затем кимберлиты, и, самыми последними, - эруптивные брекчии. Дайки и силлы трапповой формации представлены долеритами тёмно-серыми, с зеленоватым оттенком, среди них по структурным признакам выделяются крупнозернистые, среднезернистые, мелкозернистые, тонкозернистые (афанитовые) и миндалекаменные разновидности. В некоторых интрузивах отчётливо выражено зональное строение: в центральной части преобладают крупно- и среднекристаллические долериты, а в краевых частях – мелкокристаллические, афанитовые и миндалекаменныедолериты. По химическому составу магматические интрузивные породы исследуемого района относятся к группе основных пород нормального щелочного ряда [72,87,58,59,79].
В Накынском поле кимберлитовые тела имеют различную морфологию (рис. 1.3)[93]. В настоящее время известны трубки Ботуобинская и Нюрбинская; тело дайковидной формы – Майское; образованное серией кимберлитовых даек тело Мархинское, а также известны два жильных проявления (Д-96 и Озерное).
Данные площадного картирования красной и голубой фотолюминесценции
В ряде работ [1,4,12,73,74и др.] показано, что размер ячейки сети бурения (сети наблюдений) соответствует определенным рангам структурных элементов. Для условий Накынского поля, которое является закрытой поисковой территорией, использование методики картирования геологических признаков в керне при разных сетях бурения имеет различную информативность и целевое назначение. Сеть 800800 м может ограниченно применяться только при анализе кимберлитовых районов и полей в масштабах от 1:200 000 до 1:100 000; сеть 400400 м позволяет уточнить геологическое строение района работ и используется для изучения кимберлитовых кустов в масштабах от 1:100 000 до 1:50 000; 200200 и 100100 – 1:25 000 – 1: 10 000 и крупнее используется для выявления структур, вмещающих кимберлиты [43,73].
При исследованиях на масштабном уровне рудного поля (1:100 000 – 1:50 000) основной проблемой, осложняющей анализ закономерностей распределения признаков, является неравномерная сеть бурения. Так, за счёт участков с более густой сетью наблюдений может создаться иллюзия множественности проявлений какого-либо признака.
Участки локализации кимберлитов изучены достаточно детально, как по латерали, так и на глубину, в отличие от поисковых участков с редкой сетью бурения. Поэтому для интерпретации всего имеющегося материала необходимо «уравнивание» плотности сети наблюдений по анализируемым площадям. Анализ рудоконтролирующих структур с учетом влияния сети бурения
Существует ряд методик, позволяющих минимизировать влияние дифференцированной плотности сети бурения.Они основаны на рассмотрении количества признаков или доли скважин с наличием признака на единицу площади или единицу объёма от общего числа изученных скважин или на приведении сети к единому размеру ячейки путем искусственного разряженияили взвешивания.
Для минимизации влияния плотности сети бурения, глубины буровых скважин и других факторов в данной работе применялся метод, основанный на нормировании плотности скважин с наличием признака на плотность сети изученных скважин. Для вычислений использовались ячейки размером 200200 м с радиусом поиска 600 м, в каждой ячейке считалось количество признаков, деленное на количество скважин, попадающих на изучаемую единицу площади. В результате из всех изученных скважин рассчитана доля скважин с признаком, приходящихся на единицу площади.
При вычислениях учитывалось то, что подавляющее большинство поисковых скважин вскрывает всего лишь 40-50 м пород карбонатного цоколя. Кроме того, в большинстве случаев плоскости сместителей и прожилков, контакты флюидизитовых брекчий и брекчий базитов имеют крутое, зачастую субвертикальное падение. Поэтому для анализа использовалось площадное распределение признаков. Объёмные модели распределения признаков целесообразно применять только для анализа морфологии тел и собственно рудовмещающих структур, когда проведено разведочное наклонное бурение, где скважины проходят карбонатные породы осадочного чехла глубиной до нескольких сотен метров. Данная методика позволяет избавиться от увеличения числа признаков за счёт большей плотности сети наблюдений, однако она имеет существенный недостаток. Он выражен в так называемом «эффекте самородка»: если на единицу изучаемой площади попадает всего одна изученная скважина, содержащая обрабатываемый признак (группу всех или большинства признаков), то такие участки получают максимальную плотность признака. Но в Накынском кимберлитовом поле подобныеучастки являются единичными.
По указанной методике была построена схема соотношения признаков сжатия и растяжения для центральной части Накынского поля(рис. 2.2). В зоне Диагонального рудовмещающего разлома также выявлены участки с преобладанием признаков сжатия и растяжения. В этих зонах локализованы известные тела кимберлитов.
Центральная часть Накынского поля находится в зоне регионального сжатия.Кимберлитовые тела локализованы в частях локального растяжения в сдвиге Диагонального разлома [8,35]. В целом это находит подтверждение в результатах проведенного анализа взвешивания признаков растяжения и сжатия на единицу площади. Это увязывается с теорией тектонических сдвиговых условий возникновения эндогенных месторождений[82]. Рис. 2.2. Соотношение признаков сжатия и растяжения в центральной части Накынского поля. Структурная основа [42].
Цветовой шкалой показано количественное отношение признаков: «1» – все скважины в ячейке имеют признаки растяжения без признаков сжатия; 0 – в ячейке признаки растяжения и сжатия имеют равное количество; «-1» – все скважины ячейки имеют признаки сжатия без признаков растяжения.
Рассмотрим применение методики последовательного разнорангового анализа с использованием нормирования на примере детально изученного участка Озерный.
На участке Озерный бурение силами Мархинской партии Ботуобинской ГРЭ начато в 2007 г. В 2008 г. после проведения полевых исследований по результатам специальной документации керна поисковых скважин был выделен перспективный участок, вытянутый вдоль Южного
разлома (рис. 2.3 А). Перспективы здесь обуславливались наличием как структурных предпосылок - пересечениями Южного разлома со швами рудовмещающего Диагонального и поперечными разломами, так и проявлениями флюидного магматизма. Кроме того, в рамках участка была выделена наиболее перспективная площадь, представляющая собой узел пересечения трёх разломов – Южного, Диагонального и Поперечного. Его перспективность подкреплялась наличием эруптивной брекчии базитов и проявлениями флюидизитов.
Перспективы участка были подтверждены обнаружением здесь в 2010 г. Мархинской ГРП россыпного проявления алмазов в делювиально-карстовых отложениях дьяхтарской свиты триасово-юрского возраста, непосредственно перекрывающих цоколь карбонатных пород нижнего палеозоя. В этом же году по методике, разработанной коллективом МГРИ-РГГРУ[8,25,26,44,54,57,73,95],были уточнены контуры зоны проявления флюидного магматизма, связанного с кимберлитами (рис. 2.3 Б). Очевидно, что имеющаяся плотная сеть поисковых скважин не позволяетделать выводыо наличии крупного изометричного тела, однако, по полученным результатам можно предположить присутствие достаточно протяженного сложного по морфологии тела дайковой или жильной формы.
Наклонным бурением в 2011–2012 гг. были вскрыты жильные проявления алмазоносных кимберлитов. Стало возможным построить прогнозную модель для уже обнаруженной части Озёрного проявления кимберлитов (рис. 2.3 В).
Изотопный анализ кальцитов
Для площадного анализа распределения признаков, задокументированных в наклонных скважинах, автором выбран метод нормированияколичества встреченных признаковна погонный метр с разделением скважин на равные интервалы, в которых и было осуществлено взвешивание признаков. Окно исследований составило 20 м. Вертикальные же скважины были оценены как единый интервал, с нормировкой количества признаков по всей длине изученности.
Важным условием для анализа является фактор равенства положения этих скважин относительно рудовмещающей структуры. Таким образом, для корректного анализа необходимо учитывать лишь те скважины, которые вскрывают изучаемую рудовмещающую структуру.
Для изучения площадного распространения признаков в околокимберлитовом пространстве исключены из расчетов участки с кимберлитами, поскольку, как отмечено выше, кимберлиты при внедрении уничтожили домагматическую вмещающую структуру, и распределение признаков, в первую очередь тектонических, в кимберлитах не сопоставимо с распределением признаков во вмещающих породах.
Результаты площадного анализа распределения признаков суммарной трещиноватости по дайковым и жильным телам Накынского кимберлитового поля показаны на рис. 2.10.
Мархинское тело характеризуется относительно низкой суммарной трещиноватостью (рис. 2.10 а), однако очевидно, что имеющиеся на этом объекте раздувы локализованы в зонах максимальной трещиноватости.
Рудовмещающая структура Майского тела кимберлитов отличается относительно большой нарушенностью, проявленной высокими плотностями тектонических трещин.Особенностями структуры объясняется появление раздува на юго-западном фланге дайки (см. рис. 2.10Б). По северо-восточной части уточнено положение основных швов Диагонального и Поперечного разломов (рис 2.11).
Рис. 2.11 Скорректированная модель разломов структуры Майского месторождения по К.В. Новикову [73] с дополнениями. 1 – сечение кимберлитовой дайки Майского месторождения; 2 –проекции основных швов Дьяхтарского, Поперечного и Диагонального разломов (по К.В. Новикову), 3 – уточненный шов Диагонального разлома, 4 – уточненный шов Поперечного разлома. Цветовой шкалой показана суммарная трещиноватость (см. рис 2.10). Рудопроявление Озерное характеризуется относительно небольшой трещиноватостью в участках локализации кимберлитов (рис. 2.10В), однако отмечается уверенное повышение значений рассматриваемой группы признаков, совпадающее с раздувами. Это можно объяснить недостаточной сетью изученности для столь мелких объектов.
Суммарная тектоническая нарушенность на всех исследуемых объектах сопоставима (см. табл. 2.4). Площадное распределение тектонических признаков показало, что тектоническая нарушенность в местах раздувов кимберлитов выше, чем в пережимах и на периферии (рис. 2.10). Этот показатель характеризует проницаемость среды для флюидного магматизма.
Как показано выше, протяженность кимберлитовых тел коррелируется с проявлениями признаков сдвига – зеркалами скольжения. Построение изолиний данного признака нецелесообразно ввиду его ограниченного линейного распространения вдоль швов Диагонального разлома. В связи с этим на рис. 2.12 показано площадное положение этого признака, а взвешенное количество показано на диаграммах.
Следует отметить, что для площадного анализа на рисунках приведена лишь центральная и южная часть Мархинского объекта ввиду его большой протяженности, что в целом не искажает всю картину. Рис. 2.12 Соотношение признаков сжатия и растяжения на изучаемых объектах:А – Мархинское, Б – Майское, В – Озерное. Цветовой шкалой показано распределение интенсивности сжатия ирастяжения: 0- силы сжатия и растяжения равны, оттенки синего – преобладание растяжения, оттенки красного – преобладание сжатия. Зеркала скольжения показаны стандартным значком (). Точками показаны центры расчетных интервалов
Если рассматривать соотношение сжатия и растяжения на уровне тел (рис 2.12А и Б) вместе с зеркалами скольжения с субгоризонтальным расположением борозд, то видно, что раздувы кимберлитов приурочены к зонам преобладания растяжения над сжатием. Исключение составляют небольшие по мощности раздувы Озерного жильного проявления (рис. 2.12 В), что может быть связано с пострудными тектоническими процессами, в результате которых происходило обновление вмещающей его структуры.
Разработанная методика позволяет за счет ряда косвенных признаков увеличить информативность геологоразведочных работ на закрытых территориях.
При картировании признаков, фиксируемых в керне, использование методики нивелирования влияния неравномерности сети, основанной на нормировании количества скважин с признаком на плотность сети изученных скважин, позволяет проводить объективную интерпретацию полученных данных и выделять структурные участки на уровне поля и уровне кустов/группы тел кимберлитов.
Дайка Майская и жильные телаМархинское и Озерное локализованы в существенно разных условиях локального растяжения-сжатия.
Размеры дайково-жильных кимберлитовых тел прямо связаны с проявлением сдвиговых микросмещений и соотношением зон растяжения и сжатия.
Площадное распределение плотности тектонических признаков в ранге рудовмещающей структуры позволяет уточнить положение основных швов разрывных нарушений и прогнозировать морфологию тела.
Вышеизложенный материал позволил обосновать сформулированное первое защищаемое положение: количественный анализ распределения микротектонических признаков показал, что линейные параметры кимберлитовых даек и жил прямо связаны с интенсивностью сдвиговых смещений и соотношением растяжения и сжатия. Глава 3. Фотолюминесцентный анализ вторичных кальцитов
Вопрос об использовании фотолюминесценции кальцитов как индикаторов околотрубочного пространства впервые был поставлен во второй половине 90-х годов прошлого века [5,6,7,21,23,53,55,95].
В магматических образованиях и вмещающих их породах нижнего палеозоя Накынского поля широко развиты постмагматические гидротермальные минеральные образования, называемые вторичной прожилковой минерализацией, представленные жеодами, прожилками и щетками кальцита, доломита, барита, целестина, кварца, пирита, сфалерита и минералами скарноидов. Кальцит – наиболее распространенный минерал в Накынском кимберлитовом поле (рис. 3.1), пригодный для фотолюминесцентного анализа. В базе данных поНакынскому полю имеются сведения более чем о 1500 проявленияхвторичных прожилковых кальцитов.
Исходные фактические данные
Методика отбора образцов достаточно проста. Из керна поисковых, разведочных или оценочных скважин через каждые 10-15 м из нижнепалеозойских пород отбирались однотипные по составу и генезису образцы однородных оолитовых известняков, оолитовых и пелитоморфных доломитов, красноцветных доломитистых мергелей или глинистых доломитов. Штуфы не имели видимых трещин, пор и каверн или каких-либо других нарушений сплошности горной породы. В абсолютном большинстве образцов нет видимой примеси или примазок органического вещества и минеральных новообразований.
Состав газовой фазы определялся в лаборатории ЦНИГРИ под руководством канд. геол.-мин. наук С.Г.Кряжева. Анализы выполнены на хроматографе Agilent 6890 (США), с пламенно-ионизационным детекторами (FID) и катарометром (ТСО). Для одновременного анализа углеводородов и углекислоты хроматограф снабжен делителем потока. Использованы трехметровые металлические набивные колонки. Углеводородные газы (от СН4 до С5Н12) разделяются на колонке, заполненной модифицированной окисью алюминия, и определяются детектором FID. Содержание СО2 и Н2О определяется на колонке, заполненной «Полисорбом-8», детектором TCD. В качестве газа-носителя в хроматографе применяется гелий (полный поток 70 мл/мин.). Температура термостата колонок задается программно и меняется от 50 до 170С. Весь ход анализа, измерения и расчеты результатов осуществляются в автоматическом режиме штатной программой прибора[64,66].
Предварительная подготовка проб заключалась в дроблении и отсеивании фракции -0.5+0.25 мм, промывке и высушивании при 120С. Дегазация и газохроматографический анализ проводились после ввода пробы в предварительно нагретый реактор [66].
Поэтому для определения фоновых значений использовались скважины, находящиеся на относительно большом удалении от известных разломов и с минимальными проявлениями минералов гидротермального происхождения, в которых вероятна минимальная дегазация от магматических образований. Для этого выбран ряд скважин, пройденных на участке Россыпном. значение CO2 можно определить как 66.1 мл/кг (рассчитано как Xср. + 3 [13]). Помимо этого значения, на каждом из изученных объектов надо ориентироваться на свои средние значения, поскольку тектоническая нарушенность, проявления магматизма и гидротермальной деятельности на отдельных участках Накынского поля весьма неравномерные и специфические. Следовательно, интенсивность древних газовых потоков на них также должна быть своеобразной.
Исследования проводились на участках месторождения Майское, рудопроявлении Озерное и поисковом участке Россыпной.
Пробы из нижнепалеозойских пород ордовика и верхнего кембрия для газогеохимического анализа на Майском месторождении были отобраны из керна разведочных скважин. Сеть отбора газогеохимических проб неравномерная. Это связано с тем, что до их отбора керн частично был выбран при рядовом опробовании, либо сокращен. Однако освещены все экзоконтакты Майского тела кимберлитов. Всего проанализировано 29 образцов, представленных в основном оолитовыми известняками и доломитами.
На участке Озерного рудопроявления образцы отбирались из пород нижнего ордовика и также представлены оолитовыми известняками и доломитами. Сеть опробования здесь относительно равномерная и более плотная по сравнению с Майским месторождением. Максимальная глубина отбора меньше и достигает 170 м. Всего проанализировано 30 проб. На участке Россыпном также опробовались оолитовые известняки и доломиты нижнего ордовика из поисковых скважин. Здесь пробы отбирались из единичных скважин, расположенных равномерно на достаточно обширном участке. Всего проанализировано 25 проб. 4.3. Результаты определений СО2 4.3.1. Майское месторождение На Майском месторождении главным образом пробы взяты с верхних его горизонтов, охватывающий интервал в 150 м, лишь одна проба - из нижнего уровня (рис. 4.2).
Положение проб, взятых для проведения газогеохимических исследований, на Майском месторождении.
Типичное распределение значений по вертикали по разведочным скважинам Р-1/1 и Р-8/4 приведено на рис 4.3. Эти скважины вскрыли вмещающие породы с северо-западного (Р-1/1) и северо-восточного (Р-8/4) флангов дайкового тела кимберлитов (см. рис. 4.2). Максимальное расстояние от кимберлитов составило 26 м.
В обоих разрезах повышенные содержания CO2 наблюдаются на некотором удалении от кимберлитов. Низкие содержания газа в породах ближнего экзоконтакта, вероятнее всего, связаны с температурным фактором. Рис. 4.4. Изолинии содержаний CO2 на Майском месторождении по горизонтам: а – горизонт 150, б – горизонт 95, в – горизонт 35, г – разрез. скважин (на разрезе). Трехмерное моделирование распределения СО2 в околокимберлитовом пространстве выполнено с использованием горно-геологического программного обеспечения GeoviaSurpac и его модуля DynamicShells. Установлено, что морфология газогеохимической аномалии во вмещающих породах корреспондируется с формой кимберлитовой дайки и рудовмещающими разломами, что показано на погоризонтных планах и профиле, построенных по 3D модели (рис. 4.4).
Анализ распределения содержания газа по всем уровням позволяет выявить существование отчетливого локального уменьшения содержания примерно в середине кимберлитового тела (рис. 4.5). Этот "пережим" совпадает с местом пересечения Диагонального разлома с Поперечным (рис. 4.5).
