CC BY
52ISSN 2073-8129 (Print) ISSN 2587-8786 (Online)
http://no.ysn.ru
Геология и минералогия алмазоносных провинций
УДК 553.81, 553.078
Методика оконтуривания кимберлитовых полей с применением ГИС-технологий (на примере Якутской алмазоносной провинции)
Н.К. Шахурдина, О.В. Тарских
Научно-исследовательское геологоразведочное предприятие АК «АЛРОСА» (ПАО), г. Мирный, Россия e-mail: TarskikhOV@alrosa.ru
Аннотация. Кратко изложены основные принципы минерагенического районирования Якутской алмазоносной провинции, сложившиеся за 60 лет исследовательских, поисковых и разведочных работ на территории Западной Якутии, и рассмотрен таксономический ряд алмазоносных объектов: «провинция», «субпровинция», «район», «поле», «трубка». Показано, что выделение границ объектов ранга «кимберлитовое поле» и «алмазоносный район» часто имеет субъективный характер. Отражены трудности перехода от аналоговых геологических материалов к цифровым, показаны границы таксономических единиц «алмазоносный район» и «кимберлитовое поле», выделенных разными авторами на цифровых картах в достоверных географических координатах. Изложены результаты формирования базы цифровых данных пространственного положения, морфологии, ориентации осей, возраста (относительного и абсолютного) вещественно-индикационных параметров для каждого тела Якутской алмазоносной провинции, а также показано применение базы данных для картографических построений. Приведены результаты оконтуривания таксономических единиц ранга «кимберлитовое поле» с применением ГИС-технологий на основе «метода буферизации». Показано, что наиболее корректно границы кимберлитовых полей определяет пятикилометровая буферная зона, совпадающая с границами максимальной плотности разрывных нарушений и геофизическими аномалиями. Применение метода позволило в ряде случаев сократить площади полей, а также более достоверно отследить ориентацию основной оси кимберлитового поля. Предложенная методика внедрена и используется в геологоразведочном комплексе АК «АЛРОСА».
Ключевые слова: районирование, кимберлитовое поле, кимберлитовое тело, алмазоносносный район, буферизация, ГИС-технологии.
A Method of Delineation of Diamondiferous Fields with Application of GIS-Technology (in the Case of Yakut Diamondiferous Province)
N.K. Shakhurdina, O.V. Tarskikh
Research Geological Prospecting Enterprise of PJSC «ALROSA », Mirny, Russia e-mail: TarskikhOV@alrosa.ru
Abstract. The basic principles of mineragenic zoning of the Yakut Diamondiferous Province which have been formed for 60 years of search, prospecting and exploration works on the territory of Western Yakutia are briefly reviewed. The taxonomic range of diamondiferous objects («province», «subprovince», «district», «field», «pipe») is considered. It is shown that separation of boundaries of such objects as «kimberlite field»
ШАХУРДИНА Надежда Константиновна - с.н.с.; ТАРСКИХ Оксана Васильевна - к.г.-м.н., с.н.с.
and «diamondiferous district» often has a subjective character. The difficulties of transition from analog to digital geological materials are reflected through demonstration of the boundaries of a diamondiferous district and a kimberlite field determined by different authors on digital maps in relevant geographical coordinates. The results offorming of digital data base of essential kimberlite bodies parameters such as geographic location, morphology, axes orientation, age (relative and absolute), petrological and mineralogical peculiarities for each kimberlite pipe or vein of Yakut Diamondiferous Province are present. Practical application of the base for cartographic representation are demonstrated. The method of delineation of a taxonomic unit «kimberlite field» using «buffering method» with application of GIS-technology is presented. It is shown that the most correctly a kimberlite field boundaries are defined by a five kilometers buffering zone which coincides with the boundaries of the maximum density offaults and geophysical anomalies. The application of the method allowed to reduce a field area and clarify a direction of a main axis for some kimberlite fields. The proposed method is deployed and operated by PJSC ALROSA geological exploration complex.
Key words: zoning, kimberlite field, kimberlite body, diamondiferous district, buffering, GIS-technology.
Введение
Якутская алмазоносная провинция располагается в западной части Республики Саха (Якутия) и охватывает Мирнинский, Оленекский, Булун-ский и частично Анабарский районы (листы Р-49, Q-49, R-49, Р-49, Q-50, R-50). Территория провинции охватывает восточную часть Среднесибирского плоскогорья и северо-западную часть Вилюйской низменности. Активные поиски кимберлитовых тел на этой территории ведутся с 1945 г. [1]. Первые алмазы были обнаружены в 1949 г., первое коренное месторождение «Зарница» открыто в 1954 г. К настоящему моменту открыто более тысячи кимберлитовых тел, из них более двадцати промышленных месторождений алмазов.
В отечественной геологической практике давно и широко применяется минерагеническое районирование [2] с выделением разномасштабных таксонов: «провинция», «субпровинция», «область», «зона», «район», «поле», «месторождение».
Уже к концу 1950-х гг. А.П. Бобриевичем с соавторами была предложена первая схема районирования алмазоносной области [1], выделены таксоны ранга «алмазоносный район» (Мало-ботуобинский, Далдыно-Алакитский, Верхне-мунский, Оленекский и Анабарский) и «обособленные районы распространения кимберлитовых трубок» (кимберлиты р. Далдын и р. Алакит).
В 1970-х гг. В.А. Милашевым были созданы две схемы районирования Якутской алмазоносной провинции: геолого-генетическая и геолого-экономическая [3], со следующим таксономическим рядом: кимберлитовая провинция, ким-берлитовая зона, кимберлитовое поле, кимбер-литовое тело. При этом В.А. Милашев предложил сохранить термин «кимберлитовый район», как «исторически сложившийся термин свободного пользования для обозначения компактных площадей развития кимберлитов без учета особенностей формирования последних» [3].
В 1979 г. Ф.Ф. Брахфогелем составлен кадастр кимберлитовых тел Якутской алмазоносной про-
винции [4], приведены важнейшие характеристики кимберлитовых тел. Автор использует две основных таксономических единицы: «кимбер-литовое тело» и «кимберлитовое поле». Материалы Ф.Ф. Брахфогеля были существенно дополнены (в основном результатами исследования вновь открытых кимберлитовых тел в Далдыно-Алакитском районе) Б.С. Ягнышевым [5, 6].
В работе [7, с. 67] по географическим, геотектоническим и вещественно-индикационным характеристикам выделяется «Якутская кимбер-литовая (алмазоносная) провинция», охватывающая приблизительно 1500 км с юга на север «от Малоботуобинского района почти до моря Лаптевых» и 1000 км с запада на восток «от Ха-рамайского поля в Красноярском крае до р. Лены». Очевидно, что термины «алмазоносная» и «кимберлитовая» авторами принимаются равнозначными. Дальнейший таксонометрический ряд, приведенный А.Д. Харькивым с соавторами, выглядит следующим образом: «субпровинция (область)», «алмазоносный район», «ким-берлитовое поле», «кимберлитовая трубка».
В 2001 г. Н.И. Горевым сформулированы принципы тектонического районирования Сибирской платформы в свете оценки перспектив алмазоносности на основе палеотектонических реконструкций [8], им выделены алмазоносные районы различного возраста и обозначены структуры, наиболее перспективные для поисков месторождений алмазов.
При общем сходстве названий и подразделений границы кимберлитовых полей, алмазоносных районов проводились в соответствии с основными принципами районирования, принятыми тем или иным автором [3-8] (рис. 1) и зачастую координаты не только границ кимберли-товых полей, но и кимберлитовых тел существенно разнились.
Материалы и методы исследований
Современное состояние поисковых работ на алмазы, широкое внедрение цифровой карто-
96°0'0" 100°0'0" 104 СО" 108°0'0" 112°0'0'- 116°0'(Г 120"0'0" 124°0'0" |28и0-0" 132ь0-0"
Рис. 1. Схема минерагенического районирования Якутской алмазоносной провинции:
1 - контур ЯАП; 2 - границы между субпровинциями: ЦСС и ЛАС; 3 - границы алмазоносных районов (Горев, 2015); 4 -границы алмазоносных районов: МБ - Малоботуобинский, М - Моркокинский, СМ - Среднемархинский, ДА - Далдыно-Алакитский, МТ - Муно-Тюнгский, СО - Среднеоленекский, К - Куонамский, А - Анабарский, П - Приленский, НО - Ниж-неоленекский (Зинчук, 2003); 5 - районы распространения кимберлитовых трубок (Бобриевич, 1959); 6 - контуры кимберлитовых полей; 7 - зоны глубинных разломов I порядка
график в практику геологоразведочных работ и переход поисков на так называемые «закрытые территории» потребовали корректной географической привязки разноранговых объектов: как отдельных кимберлитовых тел, так и границ объектов более высокого ранга (кимберлитовых полей и алмазоносных районов). Одной из глав-
ных задач стало создание цифровой базы данных с характеристиками кимберлитовых тел с истинными географическими координатами.
В качестве основы для базы данных использованы фундаментальные работы Ф.Ф. Брахфогеля [4] и Б.С. Ягнышева [5, 6], в итоге была сформирована база цифровых данных характеристик
кимберлитовых тел ЯАП. База содержит название кимберлитового тела или отдельно расположенной жилы (в отличие от внутритрубочных жильных образований), координаты (прямоугольные и географические), форму, размеры, простирание, разновидности кимберлитовых пород, выполняющих тело, абсолютный возраст и метод его
определения, алмазоносность (кар/т). Опираясь на данные Н.И. Горева с соавторами [8], территория ЯАП ограничена с юга Мурбайским районом.
Принадлежность кимберлитового тела к более крупной таксономической единице принята по «Методическим указаниям...» [9]. Итоговая схема районирования приведена на рис. 2, А.
Рис.2. Сводная схема оконтуривания Мирнинского кимберлитового поля (А); пример построения буферных зон с помощью модуля Spatial Analyst (Б)
Границы между алмазоносными субпровинциями и алмазоносными районами проведены с учетом минералогической, магматической, тектонической и глубинной информации [8]. Якутская алмазоносная провинция разделена на две субпровинции: Центрально-Сибирскую и Лено-Анабарскую.
К настоящему моменту в базе данных насчитывается 1052 кимберлитовых проявления из 25 полей. База постоянно пополняется опубликованными и фондовыми материалами Ботуобин-ской и Амакинской ГРЭ АК «АЛРОСА» (ПАО) и позволяет оперативно оценивать по любому из параметров кимберлитовое поле, район, субпровинцию или провинцию в целом.
Для прогнозирования и поисков алмазоносных объектов необходимо достоверное выделение границ кимберлитового поля, притом, что разные авторы под этим таксоном понимают близкие, но не тождественные понятия, ниже приводятся несколько примеров таких разночтений:
Кимберлитовое поле - это обособленный участок развития кимберлитов, формирование которых происходило при близких термодинамических (фациальных) и тектонических условиях в узком возрастном диапазоне. Границы поля устанавливаются по положению ограничивающих разломов [3].
Кимберлитовое поле - это пространственно обособленный одновозрастный рой разнофаци-альных тел кимберлитовых пород, расположенный в пределах магмопроницаемого участка региональной зоны дробления консолидированной коры и опирающийся на крупный массив щелочно-ультраосновных пород [4].
Кимберлитовое поле - это пространственно сближенная, достаточно схожая по своим характеристикам группа магматических тел [10].
При построении карт кимберлитовые поля изображаются в виде окружностей, овалов и сложных многоугольников. Те или иные элементы тектонического строения, водотоки, определяемые в качестве граничных, варьируют от автора к автору и от района к району. Такая интерпретация носит во многом субъективный характер и вносит существенную путаницу в картографические построения (рис. 2, А). Для выхода на новый уровень прогнозирования необходим единый, максимально формализованный, «математический» подход, сочетающий все имеющиеся цифровые и фактографические данные.
В настоящее время географические информационные системы нашли широкое применение в практике алмазопоисковых работ АК «АЛРО-СА», в качестве основного программного про-
дукта использован пакет программ ArcGIS ArcMap 10.4.1, который позволяет структурировать значительный объем информации. В качестве исходных данных использовался цифровой точечный слой «кимберлитовые трубки ЯАП» в географической системе координат «GCS_Pul-kovo_1942». Всего на территории Якутской алмазоносной провинции используются три системы координат: «Pulkovo 1942 GK Zone 19N», «Pulkovo 1942 GK Zone 20N», «Pulkovo 1942 GK Zone 21N». В зависимости от выбранной зоны ArcMap автоматически перепроецирует цифровые данные, в данном случае точечный слой «кимберлитовые трубки ЯАП». С помощью модуля Spatial Analyst (дополнительный модуль ArcGIS для пространственного анализа растровых и векторных данных) были построены буферные зоны с шагом от 1 до 10 км. Буфером или буферной зоной в нашем случае называется область, которая охватывает кимберлитовые тела, расположенные не далее заданного расстояния (рис. 2, Б).
Результаты и обсуждение
Среди принципиально возможных вариантов расположения кимберлитов в пределах поля преобладает линейно-кустовое. Выделение отдельных «кустов» кимберлитовых тел возможно уже при двух- и трехкилометровом буфере. На территории Центрально-Сибирской субпровинции в ходе многолетних исследований выделено шесть кимберлитовых полей с различным количеством кимберлитовых тел, а также расстоянием между кустами и отдельными кимберлито-выми телами. Существуют кимберлитовые поля с компактным расположением тел, так Верхне-мунское поле однозначно оконтуривается при трехкилометровом буфере, а границы Алакит-Мархинского поля выявляются только при ширине буфера в 6 км. Накынское поле выделяется при четырехкилометровом буфере, Мирнинское - при ширине буферной зоны в 5 км. Среднее математическое значение составляет 4800 м.
На территории Лено-Анабарской субпровинции выделено 19 кимберлитовых полей, наиболее компактные из них: Усть-Силигирское, Эбе-ляхское, Верхнемоторчунское и Хорбусуонское (2 км), средние значения у Западно-Укукитского, Лучаканского, Куранахского (4-5 км), максимальные значения буферной зоны у Биригиндин-ского, Чомурдахского, Ары-Мастахского полей (6-7 км). Среднее математическое значение составляет 5400 м.
Практическое применение метода показало, что для северной части провинции буферная зона шириной в 5 км позволяет корректно выделить контур поля, для единообразия такой же
СЕВЕРНЭИСКОЕ ПОЛЕ Г
ЛУЧАКАНСКОЕ ПОЛе
15 22,5 км
Условные обозначения: * кимберлнтовые трубки
границы кимберлитовых поле^выделенные ранее
буферная зона от кимберлитовых трубок (км)
км
Рис. 3. Примеры оконтуривания Севернэйского, Толуоп-ского, Лучаканского кимберлитовых полей методом «буферизации»
буфер был применен для всех изученных кимберлитовых полей. Всего по этой методике было оконтурено 25 кимберлитовых полей Якутской алмазоносной провинции.
В результате исследований было установлено, что при таком подходе площади полей существенно сокращаются (Усть-Силигирского в 4,7 раза, Верхнемоторчунского в 5,8 раза, Верх-немунского в 16,7 раза) и нередко изменяется ориентация основной оси поля (Севернэйское, Толуопское и Лучаканское, рис. 3) [11].
Аналитическое выделение границ кимберлитовых полей подтверждается геологическими (плотность сети разрывных нарушений) и геофизическими (магнитные аномалии ранга «поле») данными. Рассмотрим результаты исследований по Мирнинскому и Накынскому кимбер-литовым полям. Разномасштабные геологосъемочные и поисковые работы, выполняемые АК «АЛРОСА», сопровождаются выделением и картированием разрывных нарушений, по ним авторами с помощью модуля Spatial Analyst Density (ArcGIS) были построены схемы плотности дизъюнктивных дислокаций (рис. 4).
Накынское поле приурочено к узлу пересечения разломов Вилюйско-Мархинской зоны северо-восточного простирания с разломами северо-западной ориентировки, входящими в Сред-немархинскую зону. Кимберлиты поля образуют цепочку сближенных тел, располагающихся
плотность разрывных нарушении
О
0,50
1,0
1,5
2,0
2,5
шш
Рис.4. Схема плотности разрывных нарушений: А - Накынского кимберлитового поля; Б - Мирнинского кимберлитового поля: 1 - контур кимберлитового поля, выделенный методом «буферизации»; 2 - кимберлитовые трубки; 3 - разрывные нарушения, выделенные по геолого-геофизическим данным; 4 - области пониженных значений намагниченности пород фундамента на более глубинных горизонтах; 5 - области пониженных значений намагниченности пород фундамента, приповерхностные к кровле фундамента; 6 - кольцевые структуры, выделенные по горизонтальному градиенту гравимагнитных полей
в зоне диагонального кимберлитовмещающего нарушения северо-восточного простирания, такое же направление имеют и длинные оси ким-берлитовых тел. В целом плотность дизъюнкти-вов не превышает 1,2 км/км2, наибольшее значение в 1,8-2,5 км/км2 локализовано в центральной части, в пределах Дяхтарского куста кимберлитовых тел [12]. В пределах Сред-немархинского района специалистами АК «АЛРОСА» по магниторазведочным данным была выделена аномальная область, которая является комплексной двухуровневой аномалией пониженных значений намагниченности пород фундамента как на глубинных горизонтах, так и приповерхностных к кровле фундамента (рис. 4). Границы максимальной плотности разрывных нарушений и контуры геофизических аномалий уверенно согласуются с аналитически выделенной методом буферизации границей кимберлитового поля.
Мирнинское поле приурочено к узлу пересечения Вилюйско-Мархинской зоны глубинных разломов I порядка и Джункун-Хампинской зо-
ны II порядка. Плотность разрывных нарушений колеблется от 0,05 до 2,5 км/км2, наибольшая плотность (1,7-2,5 км/км2) наблюдается в центре [13]. Специалистами Ботуобинской ГРЭ в центральной части Малоботуобинского района была выделена кольцевая структура фундамента по максимальным значениям градиента поля AG, которая считается наиболее перспективной для проявления кимберлитового магматизма, к этой области приурочены все выявленные кимберлитовые тела.
Выводы
Таким образом, исходя из структурно-тектонических, вещественно-индикационных параметров и дистанционного анализа на территории Якутской алмазоносной провинции авторами уточнены границы кимберлитовых полей и вычислена их площадь (таблица).
Применение ГИС-технологий при прогнозно-поисковых построениях позволило разработать единый методический подход к выделению таксономический единицы «кимберлитовое поле»,
Известные кимберлитовые поля Якутской алмазоносной провинции с номенклатурной привязкой
Субпровинция Район Поле Площадь, км2 Размеры, км Номенклатура м-ба 1:200 000
Малоботуобинский Мирнинское 494 33,8x17,7 P-49-XVIII; P-50-XIII
¡3 S К й Ыгыаттинский Сюльдюкарское 1401 61,5x28 P-49-VI; P-49-XII
Л M е о га ft Среднемархинский Накынское 323 28,7x12,4 Q-50-XXVII, XXVIII
& s й s U г ч Далдыно-Алакитскии Алакит-Мархинское 3091 87,8x46,4 Q-49-XV, XVI, XXI, XXII
Далдынское 1322 57,6x38,4 Q-49-XVII, XVIII
Мунский Верхнемунское 285 22,3x17,4 Q-50-VII, VIII
Усть-Силигирское 139 14x12,2 R50-XXXI,XXXII
Куранахское 1760 60,2x35 R-49-XXIX, XXX; R-50-XXV
Биригиндинское 1520 71,3x27,7 R49-XXIII,XXIV, XXIX,XXX; R-50-XXV,XXVI
Лучаканское 1034 55,4x24,7 R50-XXV,XXVI, XIX,XX
Куонамский Дюкенское 2765 81x49,7 R49-XXIII,XXIV; R50-XIX,XX
Ары-Мастахское 4527 103,8x71 R49-XV-XVIII, XXI-XXIV
Старореченское 1826 62x38,4 R49-XI,XII, XVII,XVIII
M Эбеляхское 138 14x12,2 R49-XI,XII; R50-VII,VIII
& ю й к Верхнекуонамское 290 26,5x12,4 R49-XXI,XXII
Севернэйское 327 26,3x13,2 Q50-III,IV; R50-XXXIII,XXXIV
< 1 о Чомурдахское 2686 82,6x54 Q50-III,IV; R50-XXXI-XXXIV
К щ Ч Среднеоленекский Западно-Укукитское 1806 77,5x26,4 R50-XXV-XXXVIII
Восточно-Укукитское 3882 96x61,2 R50-XXI-XXIV, XXVII-XXX
Верхнемоторчунское 310 24,7x15,2 R50-XXIX,XXX
Мерчимденское 1875 73,6x36,6 R50-XVII,XVIII, XXIII,XXIV; R51 -XIII,XIV,XIX,XX
Нижнеоленекский Куойско-Молодинское 3982 94,7x56 R50-XI,XII,XVII,XVIII; R51-VII,VIII,XIII,XIV
Толуопское 888 52x19,2 R51-XIII-XVI
Хорбусуонское 158 15,2x12 R51-IX,X
Уэле-Уджинский Томторское 1874 58x50 R50-VII-X
при современном состоянии геологической изученности максимально учесть все имеющиеся данные, сократить площади полей с исключением из прогнозных построений бесперспективных территорий, установить оптимальную буферную зону шириной 5 км.
Полученные результаты хорошо согласуются с дизъюнктивной тектоникой и геофизическими данными. В настоящее время выделенные Н.К. Шахурдиной границы кимберлитовых полей используются во всех подразделениях геологоразведочного комплекса АК «АЛРОСА».
Литература
1. Бобриевич А.П., Бондаренко М.Н., Гневу-шев М.А. Алмазные месторождения Якутии. М.: Госгеолтехиздат, 1959. 528 с.
2. Смирнов В.И. Геология полезных ископаемых. М.: Недра, 1989. 326 с.
3. Милашев В.А. Структуры кимберлитовых полей. Л.: Недра, 1979. 183 с.
4. Брахфогель Ф.Ф. Каталог кимберлитовых и ассоциирующих с ними тел восточной части Сибирской платформы. 1979. Фонды НИГП АК «АЛРОСА» (ПАО), №275. Кн. 1. 362 л.
5. Ягнышев Б.С. Атлас кимберлитовых тел Алакит-Мархинского поля Якутской кимберли-товой провинции. 1988. Фонды НИГП АК «АЛРОСА» (ПАО), №159. Кн. 1. 313 л.; кн. 2. 273 л.; кн. 3. 180 л.
6. Ягнышев Б.С. Дополнение к Атласу ким-берлитовых тел Алакит-Мархинского поля Якутской кимберлитовой провинции. 1992. Фонды НИГП АК «АЛРОСА» (ПАО), №260. 62 с.
7. Харькив А.Д., Зинчук Н.Н., Крючков А.И. Коренные месторождения алмазов Мира. М.: Недра, 1998. 556 с.
8. Горев Н.И., Герасимчук А.В., Граханов О.С., Проценко Е.В. Минерагеническое райони-
рование Сибирской платформы на алмазы // Геологическое обеспечение минерально-сырьевой базы алмазов АК «АЛРОСА»: проблемы, пути решения, инновационные разработки и технологии (Материалы V полевого научно-практического семинара). Айхал, 2015. С.44-54.
9. Методические указания по поискам коренных месторождений алмазов на Сибирской платформе (Якутская алмазоносная провинция) / Под ред. В.А. Ерхова, Ю.М. Дауева Л.: НПО «Рудгеофизика», 1989. 64 с.
10. Манаков А.В., Романов Н.Н., Полторацкая О.Л. Кимберлитовые поля Якутии. Воронеж: Воронежский университет, 2000. 82 с.
11. Шахурдина Н.К. Оконтуривание кимбер-литовых полей методом «буферизации» // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Северо-Востока России (Материалы Всероссийской научно-практической конференции). Якутск, 2014. С. 549-552.
12. Шахурдина Н.К., Проценко Е.В. Использование программной среды ArcGIS для анализа разломной тектоники кимберлитоперспектив-ных территорий на примере Накынского ким-берлитового поля (Западная Якутия) // Геологическое обеспечение минерально-сырьевой базы алмазов АК «АЛРОСА»: проблемы, пути решения, инновационные разработки и технологии (Материалы V полевого научно-практического семинара). Айхал, 2015. С. 225-229.
13. Шахурдина Н.К. Анализ разрывных нарушений Малоботуобинского района (Западная Якутия) с применением ГИС-технологий // Геологическое обеспечение минерально-сырьевой базы алмазов АК «АЛРОСА»: проблемы, пути решения, инновационные разработки и технологии (Материалы V полевого научно-практического семинара). Айхал, 2015. С. 221225.
Поступила в редакцию 02.11.2017
