CC BY
26
УДК 551.4.012 Д.В. Лопатин1
ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ИНДИКАЦИЯ ГЛУБИННЫХ РУДОНОСНЫХ СТРУКТУРНЫХ ФОРМ2
В статье изложена методика исследований геоморфологической инфраструктур глубинных неоднородностей литосферы на разных организационных уровнях. Она охватывает как создание простых тонометрических моделей на снимках, так и выявление сложных взаимодействий тонометрических, морфоструктурных, геофизических и геохимических аномалий, рассмотренных на количественном уровне. Применение методики на мегаструктурном уровне построения сложных структурных моделей может дать неожиданный новый результат в изучении их генезиса и размещении новых рудоперспективных площадей. На уровне изучения малых структурных форм методика предусматривает поиски новых продуктивных структурных узлов при до-изучении старых рудных районов.
Ключевые слова: геоморфологическая геоиндикация, инфраструктура, криптоморфные, глубинное, строение, рудоносные, дистанционные, морфометрия, картометрия, тонометрия, моделирование, прогнозирование.
Введение. В течение многих лет для решения прогнозно-минерагенических задач автор разрабатывает и успешно применяет методику геоморфологической индикации структурно-геологических неоднородностей литосферы на разных организационных уровнях. В основу методики положены индикаторы непрерывного морфотектонического ряда. На одном конце этого ряда находятся морфоструктуры и их элементы, конформные новейшим тектоническим неоднородностям и формам денудационной препари-ровки древних структурных образований земной коры, на противоположном конце ряда — квазидвумерные структуры в виде отдельных форм малоконтрастного рельефа, их рои, зоны и поля, активизированные энергией мантийных и коро-мантийных процессов, которые угасают по направлению к земной поверхности и по этой причине не образуют морфоструктуры. Обычно они не выделяются традиционными методами структурно-геоморфологического и тектонического анализа и представляют с морфоструктуой несогласные соотношения, так как стимулируются геодинамическими процессами разных литосферных слоев.
В некоторых случаях они диагностируются карто-метрическими и дистанционными методами, успешно применявшимися в области рудного прогнозирования М.А. Фаворской, И.Н. Томсоном [14], Н.Т. Кочневой, И.К. Волчанской, Я.Н. Белевцевым, С.С. Быстревской [2], Я.Г. Кацем [3, 11], а особенно Ю.Г. Сафоновым, В.И. Микляевым [10], В.В. Соловьевым [13], Я. Кути-ной [16]. Много сделано в области изучения глубинных структурных форм нефтегазоносных бассейнов П.В. Флоренским [14], Д.М. Трофимовым [15], В.И. Гри-диным, В.И. Лялько, В.В. Боровским, А.Л. Клоповым, Л.И. Соловьевой, В.А. Козловым [5], Д.В. Лопатиным [6], А.Л. Яншиным [2] и многими другими. А.А. Смыс-
лов, А.В. Козлов, Ю.Р. Вяхирев [12] с позиции диссипации глубинной энергии, а О.В. Петров, И.Б. Мовчан [9] с современных позиций многомерного анализа множества данных рассматривают бассейны, содержащие подвижные углеводороды. Но лучше всего эти структуры можно увидеть на космических снимках в виде тонометрических аномалий. К ним применим термин "криптоморфные геоморфологические образования", или "инфраструктуры глубинных неоднородностей" [7].
Материалы и методы исследований. Для изучения природы тонометрических аномалий изображения и получения с их помощью практических знаний можно использовать некоторые приемы моделирования. Наиболее простой из них связан с прямым сопоставлением яркостных моделей изображенеия со структурно-геологическими и минерагеническими данными, это прямой аналоговый метод. Сложнее представить яркостные характеристики изображения в виде простых ориентированных линеаментных моделей и сопоставить их в пространстве и времени с рудными узлами, полями и месторождениями-гигантами в зависимости от масштаба поставленной задачи. С помощью этих моделей проводится локализация площадей прогнозирования в узлах пересечения линеаментных зон, где возникают ослабленные места или структурные ловушки. Тип продуктивной минерагении в них определяется геохимической специализацией тектонических блоков, в которых эти ловушки возникают. Обе задачи решаются на качественном уровне познания.
Еще сложнее задача сопоставления сложного ли-неаментного ансамбля, обладающего центрозональной симметрией, с геодинамикой региональных очаговых тектономагматических структурных неоднородностей. В этом случае прибегают к их качественному корре-
1 Санкт-Петербургский государственный университет, географический факультет, кафедра геоморфологии, доцент; e-mail: lopa-tin12@yandex.ru
2 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 09-05-00-397).
ляционному анализу с магматизмом и минерагенией, используя сопоставления образа с аномальным гравитационным полем и магматическими телами разной геохимической специализации, локально проявленными на поверхности в виде не связанных пока системно с образами интрузивных тел. Для системной увязки их с малыми кольцевыми тонометрическими аномалиями на снимках используется статистический анализ, устанавливающий количественную связь между ними [7]. Важный результат этих сопоставлений — выявление центробежной магматической и рудной зональности, связывающей форму тонометрической аномалии с ее внутренним строением и магматическим очаговым процессом. В краевой части очага возникает кольцевая зона из кислых гранитоидных штоков с редкометальным оруденением, а в центре находится поле гранитоидов среднего состава с золото-молибденовым оруденением. Наиболее перспективны для поисковой геологии и геофизики не вскрытые денудацией тела, которые диагностируются на общей тоно-метрической модели малыми кольцевыми аномалиями. Такие модели характерны для областей тектономаг-матической активизации и исследованы нами на примере Агинской региональной очаговой структурной формы позднемезозойского возраста в Восточном Забайкалье [8].
Самое сложное методическое действие — анализ флюидно-тепловой модели койлогенных областей [1] или активных синеклиз, являющихся крупными нефтегазоносными бассейнами. В качестве эталонной площади была исследована Обская радиально-концент-рическая линеаментная структура надрегионального масштаба изображения, охватывающая всю ЗападноСибирскую плиту. Для ее анализа и создания приемлемой геодинамической концепции взяты данные геомагнитного спутника POGO, согласно которым вся центральная часть Западно-Сибирской плиты охватывается круговой геомагнитной аномалией интенсивностью —3 нТл, полученной с высоты 400^500 км.
Для сопоставления ее значений с гравиметрическим аномальным полем необходимо было найти формулу пересчета гравитационного поля на высоту съемки, при которой их телесные углы охватывали бы одну и ту же площадь. Затем была собрана обобщающая информация о характеристике теплового поля, совпадающая по размерности с линеаментной моделью и другими аномальными геофизическими полями. Методом парных корреляций получены значения коэффициента корреляции между всеми аномальными полями в площади Обского линеаментного ансамбля. Они оказались весьма представительными, их значения близки к ±1. Далее сделаны сопоставления с изменениями значений мощности земной коры. Выявилось, что дуговые геотермические аномалии коррелируют с круговым уступом в мантии, а мощность коры уменьшается к центру кольцевой структурной формы от 50 км на Урале до <35 км в ее геометрическом центре. Положительные аномалии гравиметриче-
ского и теплового полей, а отрицательные — геомагнитного поля свидетельствуют о наличии на границе кора—мантия рифтогенного процесса [4] (рис. 1). А.А. Смыслов называл это явление полигональным риф-тогенезом, не выраженным в виде контрастной риф-товой зоны типа Великого Африканского рифта [12].
Такой процесс можно связать с диссипацией мантийной энергии [9] и ее трансформацией в виде флюидно-тепловых потоков, переносящих информацию о глубинном строении на поверхность, которая преломляется в ландшафтные неоднородности, обусловливающие тонометрические аномалии оптики ландшафта [2]. Если обратить внимание на закономерности размещения нефтегазоносных брахискладок, то получается картина их вихревого взаиморасположения, возможно, отображающая форму организации мантийного плюма, физические параметры которого прочитываются из взаимосвязей аномальных геофизических полей (рис. 2). Этот тип моделирования основан, таким образом, на органическом единстве качественных и количественных характеристик. Его можно использовать при прогнозировании новых площадей подвижных углеводородов.
Обсуждение результатов. Методика исследования флюидно-тепловой модели организации вещества и структуры предназначена для изучения наиболее общих закономерностей геодинамики литосферы. Она, по-видимому, применима и к другим мегаструктур-ным формам койлогенной природы, функционирующим с раннего мезозоя (а в ряде случаев и с позднего палеозоя) до нашего времени. Аналогично геодинамика отображается в оптике ландшафта Прикаспийского, Амазонского койлогенов, впадины Конго и др. [7]. Множество койлогенных синеклиз разной формы и возраста объединены Урало-Африканским "линеамен-том" в зону, где сосредоточено 75% всех подвижных углеводородов Земли и находятся все их месторождения-гиганты [12]. Это обстоятельство дает поддержку результатам нашего моделирования Обской крипто-морфной мегаструктуры центрального типа как структурной формы плюмтектонической природы. Методика исследования таких образований применима лишь на глобальном уровне изучения организации структуры и вещества литосферы Земли.
На противоположном фланге ряда изменения дискретности продуктивных структурных форм расположены локальные нефтегазоносные брахисклад-ки, вулканоструктуры и рудоносные штоки районов тектономагматической активизации. К ним применимы совсем иные методики исследования. Их тоже давно и успешно изучают с помощью геоморфологических индикаторов. Остановимся на некоторых результатах применения методики, разработанной автором и внедренной в поисковую практику на примере Орловско-Спокойненского рудного поля. Она связана с поисками не вскрытых денудацией гранитоидных штоков с редкометальным оруденением в условиях полузакрытой территории Ага-Хилинского междуречья Онон-
Рис. 1. Линеаментная модель глубинной флюидно-тепловой Обской структурной формы Западно-Сибирского койлогена. Схема индикационных признаков дешифрирования глубинного строения Обской криптоморфной мегаструктурной формы Западно-Сибирской синеклизы: 1—7 — геоморфологические индикаторы: 1 — структурные уступы; 2 — скульптурные уступы; 3 — подножья брахиформных поднятий; 4 — оси водоразделов; 5 — вариастраты на склонах брахиформных поднятий; 6 — линеаменты, составленные малыми формами рельефа разного происхождения; 7 — линеаменты, составленные геометризованными участками долин гидросети; 8 — фототоновые линеаменты, проявляющиеся в низкочастотных диапазонах спектра (а — разломы, б — локальные грабены, в — глубинные разломы); 9 — оси складчатых дислокаций фундамента; 10 — уступы поверхности Мохо (по данным [13]); 11 — изодинамы магнитного поля по данным спутниковой съемки POGO (нулевые значения — пунктир, отрицательные — штрих-пунктир); 12 — глубина залегания поверхности Мохо в км; 13 — индексы центрозональных криптоморфных структурных форм, охарактеризованных в работе [16]; 14 — блок
фундамента с наименьшей мощностью земной коры (<35 км)
Торейской денудационно-аккумулятивной равнины, осложненной островным крупносопочным рельефом между Даурским и Борщовочным низкогорными хребтами Юго-Восточного Забайкалья [8].
Методика построена на структурном дешифрировании дистанционных данных в масштабе от 1 : 5000 до 1 : 60 000 и представляется в виде 4-х операций:
Рис. 2. Схема размещения малых брахиформных образований покрова Западно-Сибирской синеклизы по данным комплексного дешифрирования КС: 1 — ограничительные разломы; 2 — линеаменты в пределах синеклизы; 3 — сквозные рудоконцентрирующие линеа-ментные зоны в пределах Уральского складчатого пояса; 4 — шарьяже-надвиговые разломы там же; 5 — рифтогены фундамента, читающиеся на КС; 6 — зоны сочленения плитного чехла и складчатого основания на поверхности или с незначительным перекрытием платформенным чехлом; 7 — линеаменты, ограничивающие овал геометрического центра линеаментной системы; 8—9 — поля распространения малых овоидных образований в пределах: 8 — складчатых структурных образований, 9 — плитного чехла; 10 — предполагаемое южное ограничение Карско-Новоземельской центрозональной мегаструктурной формы
1)для получения структурно-геоморфологических индикаторов отображения условий залегания не вскрытых денудацией штоков на территории всего рудного поля выполняется геоморфологическая съемка. Она проводится на полигонах геофизической съемки с топогеодезической привязкой визирных профилей, заложенных с запада на восток через каждые 100 м. В пределах площади полигона для более точного картографирования проводятся магистральные визирки через каждый километр с севера на юг. Для осуществления точности наблюдений на профилях их разбивают через каждые 50 м на пикеты. Между пикетами проводится дополнительная разбивка на отрезки по 10 м. На полигонах выполняется площадная геоморфологическая съемка с фиксацией всех элементов структурного и скульптурного мезо- и микрорельефа
с точностью до 1 м на местности. Геоморфологическая карта строится на основе морфодинамической концепции с выделением на склонах продольных положительных и отрицательных перегибов и токовых линий транзита склонового материала, направленного поперек склонов. Потоки склонового рыхлого материала разбивают по генезису (цвет или знак вектора) и по морфодинамике, обозначающейся — согласно крутизне склона — длиной вектора тока. Водораздельные поверхности обособляют в виде поверхностей с отображением на них современного микрорельефа. Они отделяются от сходящихся положительных или отрицательных точек гребневидными или валовидными линиями;
2) проводится дешифрирование структурных линий и ориентированных линеаментов по прямым
Рис. 3. Сводная схема прогнозирования редкометального оруденения Орловско-Спокойненского рудного поля А — металлогенические зоны, выделенные по данным качественных методов прогнозирования: 1 — границы Орловской геоморфологической структуры; 2 — линейные зоны сгущения центрозональных структурных форм; 3 — линейные зоны трещиноватости северосеверо-западной и ортогональной систем; 4 — узлы центрозональных структурных форм; 5 — месторождения и рудопроявления; 6 — контуры гравиметрических отрицательных аномалий, соответствующих продуктивным гранитоидам; 7 — границы съемочных участков; 8 — границы участков (и их номера), перспективных на обнаружение редкометальной минерализации и рекомендуемых для
производства разведочных работ; 9 — границы участков для детальной разведки. Б — перспективные участки, выделенные по данным количественных методов прогнозирования: 10 — по эталону Орловского месторождения; 11 — по эталону Спокойненского месторождения. В — прогнозируемые поисково-разведочные площади, поисково-разведочные скважины и их номера: 12 — первоочередные; 13 — второй очереди; 14 — третьей очереди; 15 — контуры аллохтонных гранитоидных массивов кукульбейского комплекса позднего мезозоя
геометрическим и фотограмметрическим признакам. Эти данные совмещают с геоморфологической картой. По косвенным структурно-геоморфологическим, геоботаническим и гидрогеологическим признакам определяют генезис линеаментов и структурных линий. Создают базу признакового поля и делают предположения о вероятности залегания в том или ином месте потенциально рудоносного штока;
3) после завершения съемочных и дешифровоч-ных работ на генерализованной геоморфологической основе в масштабе 1 : 25 000 проводится морфометри-ческий и картометрический анализ всей территории рудного поля с целью выявления структурно-геоморфологического потенциала предполагаемых продуктивных точек, выявленных на втором этапе работ.
Затем составляется схема качественного прогнозирования. На нее выносят линеаменты, пересекающие трассы малодиаметровых центрозональных структур, а в узлах их пересечения выделяют перспективные площади;
4) на основе данных кластерного анализа количественных характеристик рельефа, выявленных в результате морфометрических, дистанционных, геохимических и геофизических данных, составляют схему количественного прогнозирования погребенных тел по кластеру каждого типа выявленных месторождений. На основе совместного рассмотрения схем количественного и качественного прогнозирования определяют участки вероятного нахождения геометрических центров погребенных потенциально рудоносных тел и проектируют скважины поисково-разведочного бурения (рис. 3).
Выводы. 1. Методика изучения геоморфологической инфраструктуры глубинных неоднородностей литосферы на разных уровнях пространственной организации предусматривает проведение (по крайней мере) четырех типов моделирования: от простого к сложному и от самого общего к частному уровню пространственной организации. Методика базируется
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глубинное строение и геодинамика литосферы. Л.: Недра, 1983. 273 с.
2. Дистанционные исследования при нефтегазопоиско-вых работах / Под ред. А.Л. Яншина. М.: Наука, 1988. 224 с.
3. Кац Я.Г. Линеаментная тектоника. М.: Недра, 1987. 120 с.
4. Корреляция геофизических полей. М.: Наука, 1991. 254 с.
5. Космическая информация в геологии. М.: Наука, 1983. 534 с.
6. Лопатин Д.В. Линеаментная тектоника и месторождения-гиганты // Исследование Земли из космоса. 2002. № 2. С. 77—90.
7. Лопатин Д.В. Дистанционные исследования крип-томорфных геоморфологических структур // Геоморфология. 2006. № 2. С. 6—20.
8. Лопатин Д.В., Шавель Н.И. Агинская центрозональ-ная криптоморфная тектоно-магматическая структурная
на комплексном геолого-геоморфологическом подходе, где геоморфологические модели играют системообразующую роль. Каждый тип призван решать свои задачи, используемые при минерагеническом прогнозировании.
2. Внимание необходимо акцентировать лишь на двух крайних членах пространственного ряда: глобальном, когда геоморфологические криптоморфные модели коррелируют с геофизическими, и на самом локальном, когда с помощью геоиндикаторов можно выявить наименьшие не вскрытые денудацией продуктивные структурные формы. Эти методики являются оригинальными авторскими разработками.
3. В качестве примера мегаструктурного уровня рассмотрены основные положения методики изучения Обской вихревой плюмтектонической структуры Западно-Сибирской плиты как составной части Урало-Африканского "линеамента".
4. Методика прогнозирования глубинных продуктивных структурных форм самого локального уровня организации рассмотрена на примере не вскрытых денудацией рудоносных штоков Орловско-Спокой-ненского рудного поля в Восточном Забайкалье.
5. Общее для моделей всех уровней — использование информации геоморфологических и дистанционных методов в виде морфологических и яркостных образов, линеаментных систем и численных спект-рально-яркостных характеристик. В результате опыта установлено, что эти данные наиболее четко коррелируют не с геолого-тектоническими характеристиками земной коры, а с аномальными геофизическими полями, что позволяет делать принципиально новые построения.
6. Использование методики на мегаструктурном уровне сложных моделей может дать неожиданный результат при изучении их генезиса и поисках новых продуктивных площадей. На уровне малых структурных форм методика предусматривает поиски новых структурных узлов при доизучении старых рудных районов.
форма Юго-Восточного Забайкалья // Исследование Земли из космоса. 2009. № 1. С. 1—9.
9. Петров О.В., Мовчан И.Б. Диссипативные структуры земной коры и мантии как отражение волновых процессов // Региональная геология и металлогения. 2003. № 17. С. 53—65.
10. Сафонов Ю.Г., Микляев В.И. и др. Использование данных дистанционного зондирования при изучении гидротермальных рудных полей // Тез. докл. XXVII МГК. Вып. 8. М.: Наука, 1984. С. 249—250.
11. Сквозные рудоконцентрирующие структуры. М.: Наука, 1986. 217 с.
12. Смыслов А.А., Козлов А.В., Вяхирев Ю.Р. Проблемы нефтяной отрасли России в XXI веке и пути ее решения. Актуальные проблемы минерально-сырьевого комплекса // Зап. Горного института (Приложение). 2003. С. 1—12.
13. Соловьев В.В. Структуры центрального типа на территории СССР по данным геолого-морфологического анализа. Л.: Недра, 1978. 110 с.
14. Томсон И.Н., Фаворская М.А. Рудоконцентрирую-щие структуры территории СССР и принципы локального прогнозирования эндогенного оруденения // Сов. геология. 1968. № 10. С. 5—15.
15. Трофимов Д.М. Глубинное строение Восточно-Европейской платформы по данным дешифрирования кос-
моснимков // Изв. вузов. Геология и разведка. 1981. № 3. С. 39—44.
16. Kutina J. Regularities in the distribution of ore deposits along "Mondocino latitude" // Western United States Global tectonics and metallogeny. 1980. Vol. 1, N 2. Р. 134—193.
Поступила в редакцию 24.05.2010
D.V. Lopatin
GEOMORPHOLOGIC INDICATION OF DEEP ORE-BEARING STRUCTURAL FORMS
Techniques of the investigation of geomorphologic infrastructure of deep lithosphere non-uniformities of different organizational levels are described. The procedures include both the ordinary tonometric modeling on images and examination of complex interactions of tonometric, morphostructural, geophysical and geochemical anomalies analyzed in quantitative terms. Application of the procedures at the megastructural level of complex modeling could provide unexpected new results on the genesis and location of new potentially ore-bearing areas. At the level of small structural forms the procedures could be applied to prospect for new productive structural units within already developed ore-bearing areas.
Key words: geomorphologic indication, infrastructure, cryptomorphic, deep structure, morphometry, tonometry, modeling, forecasting.
