CC BY
20
© Б.Ф. Шевченко, Б.Г. Саксин, Г.З. Гильманова, М.М. Довбнич, 2013
УЛК 551.3:553.3(571.55/6)
Б.Ф. Шевченко, Б.Г. Саксин, Г.З. Гильманова, М.М. Довбнич
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РУДНЫХ РАЙОНОВ ЗАБАЙКАЛЬЯ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ
На региональном и локальном уровне проведено исследование геодинамической активности территорий Забайкалья, Верхнего Приамурья и Приморья. Рассмотрены позиции известных рудных районов и отдельных месторождений относительно полей напряжений, полученных в результате расчетов, составлен тренд изменений степени удароопасности горных выработок в зависимости от их расположения в локальной составляющей поля напряжений Амурской литосферной плиты.
Ключевые слова: геодинамической активность, рудные районы, литосфер-ный слой.
Л ля исследований геодинамической активности современных тектонических структур, которая в дальнейшем является базовой для оценки степени удароопасности горных выработок, выбраны три относительно локальных территории (листы масштаба 1:1 000 0000), где на уровне современного среза проявлены тектонические структуры, относящиеся к различным возрастам. Все они входят в состав современной Амурской литосферной плиты. Это Забайкальская (лист М-50), Верхне-Амурская (лист N-51), Приморская (лист Ь-53) территории. Первая охватывает докем-брийский Аргуно-Мамынский микро континент, а также каледонский Северо-Хинганский и позднегерцинский-индосинийский Монголо-Охотский орогенные пояса. Вторая территория, помимо упомянутых тектонических структур, дополнительно включает фрагмент каледонского Селенга-Станового орогенного пояса. Третья охватывает до-кембрийский Ханкайский микро континент и киммерийский Хонсю-Сихотэалинский орогенный пояс (рис. 1).
Ш1 И2Н3 Не га 7 Шб
ЕЕЗ 9 СгЭ 10 В11
Рис. 1. Схема тектонического районирования Амурской литосфер-ной плиты.
Структуры южного обрамления Сибирской платформы (орогенные пояса) (цифры в кружках): позднерифейский (байкальский): 1 — Циркум-Сибирский; раннепалеозойский (каледонский): 2 — Байкало-Патомский; Микроконтиненты с докембрийским фундаментом (буквы в кружках): 3 — ОХ — Охотский, АМ — Аргуно-Мамынский, ЦБ — Цзямусы-Буреинский, ХА — Ханкайский; Структуры Центрально-Азиатского складчатого пояса (орогенные пояса) (цифры в кружках): 4 — раннепалеозойские (каледонские): 3 — Селенга-Становой, 4 — Северо-Хинганский 5 — Шара-Мурэнский, 5 — позднепалеозойский (герцинский): 6 — Ёунцзян-Селемджинский, 6 — позд-непалеозойские-раннемезозойские (позднегерцинские-индосинийские): 7 — Монголо-Охотский, 8 — Солонкерский, 7 — позднеюрско-раннемеловые (киммерийские): 9 — Верхояно-Колымский, 10 — Хонсю-Сихотэалинский, 8 — раннекайнозойские (альпийские): 11 Восточно- Сахалинский и др., молодые орогенные области; 9 — системы разломов; 10 — границы тектонических плит, их наименования: СА — Северо-Американская, ЕА — Евроазиатская, ОХ — Охотоморская, АМ — Амурская, СК — Северо-Китайская; 11 — контур областей исследований: 1 — Забайкальская, 2 — Верхнеамурская, 3 — Приморская
Геодинамическая активность всего дитосферного сдоя и земной коры в частности устанавдивается по данным сейсмодогиче-ских иссдедований, а также измерениями относитедьного горизон-тадьного перемещения дитосферных пдит методами космической геодезии [1, 2], измерениями вертикадьных перемещений земной поверхности [3, 4], изучением напряженного состояния земных недр [1, 5]. При решении тектонических (геодого-геофизических) и горно-геодогических задач и оценки напряженного состояния земных недр также привдекаются данные о морфометрических характеристиках редьефа земной поверхности [6, 7].
В нашей работе проведено иссдедование напряженного состояния земных недр, основанное на данных дистанционных методов иссдедования Земди. Быди привдечены резудьтаты измерений спутниковых аномадий геоида (проект GRACE) и данные спутниковых радарных съёмок земной поверхности. Однородность исподьзуемых данных ддя всей территории иссдедо-ваний обеспечида корректную сопоставимость итоговых ре-зудьтатов по территории иссдедований (рис. 1).
Теоретическим обоснованием исподьзования аномадий геоида ддя расчета подей напряжений явидись разработки одного из соавторов [8, 9].
«'С ВВ*1 1в2'Ё 10В'Е 11 12СГЕ 1M°E И2"Е W>' 1VT
-'.-= "Г- 130*Е IJfl'E iSfi'E
Рис. 2. Модель градиента рельефа земной поверхности. Светлый пунктир — границы Амурской литосферной плиты
По морфологии рельефа земной поверхности выполнена оценка поля напряжений земной коры. Использована цифровая модель рельефа БИТМОЭ (рис. 2), обработанная по специальной методике модулем градиента с разными значениями масштабного параметра £ [10].
Й4'Е №Е 1№Е 1П8-Е 111*Е 120'Е 1М"Е 135'Е 13г'Е 144*Е 150*Е
ИИ .и 120'Е 126'Е 1ЭУЕ 'ЗСЕ 'МГ
Рис. 3. Схема напряженно-деформированного состояния земной поверхности Амурской литосферной плиты (линеаментный анализ модуля градиента рельефа)
Модель градиента является наиболее эффективным инструментом для последующего выделения линейных структур, так как в зонах разрывных нарушений, хребтов и долин (фактор степени напряжений в земной коре) почти всегда присутствуют пространственно вытянутые участки с близкими значениями градиента. В результате получается изображение, готовое для дальнейшей обработки средствами ли-неаментного и структурного анализа. Использование разных масштабных параметров í позволяет выделить как частные особенности, так и крупные тектонические блоки. По обработанным с разными масштабными параметрами снимкам с помощью программы ШтЬеээа [11], были выделены линеа-ментные структуры. Дополнительно проведены расчеты плотности элементарных линейных элементов, как для всей
рассматриваемой территории (рис. 3), так и для отдельных локальных территорий с известными рудными районами, в пределах которых имеются как подземные, так и открытые горные выработки. Полученная таким образом информация о региональных особенностях современного напряженного состояния различных частей земной коры Амурской плиты с привлечением ГИС — технологий была сопоставлена с рудными районами и отдельными горными объектами, где по устоявшимся методикам [12] проведены и продолжают проводиться горно-геологические исследования геодинамического состояния недр.
В качестве опытного полигона для исследований выбрана относительно локальная территория Сихотэалинского ороген-ного пояса (Приморская) где в пределах Центрально-Си-хоэалинская группа рудных районов Приморской металлоге-нической провинции (полиметаллы, редкие металлы) изучаются геодинамические особенности подземных горных выработок с целью оценки их потенциальной удароопасности и совершенствования методов прогнозировании вероятности проявления горно-тектонических ударов.
Центрально-Сихотэалинская группа рудных районов расположена в рассчитанном поле сжатия-растяжения суммы нормальных напряжений (далее поле), значение которого колеблется в пределах 60—90 килопаскаль (рис. 4а). На этом этапе исследования заметен тренд в изменении степени напряженного состояния для известных горных объектов (месторождений) и прилегающих территорий (рудных полей, узлов). Так месторождения Восток 2 и Николаевское находятся в поле с относительно пониженным уровнем поля напряжений, тогда как месторождения Забытое и Южное — в поле с повышенным уровнем. В остаточных (локальных) значениях поля напряжений (рис. 4б) наблюдается более надежное соответствие материалам, которые были получены при натурных наблюдениях в подземных выработках за состоянием напряженно-деформированного состояния массива горных пород исследуемых месторождений [13]. При описываемом редуцировании устанавливается региональная геодинамическая особенность — латеральное распределение месторождений Центрально-Сихо-тэалинской группы рудных районов по относительной величине их напряженного состояния. По мере возрастания напряжений они расположены следующим образом: Восток 2 — Забытое — Николаевское — Южное.
ШЭ? ПЗг ЕЗз ЕМ Е2Ь ВЭб Шг ЕЭв
Рис. 4. Региональных геодинамические характеристики и положение месторождений Центрально-Сихотэалинской группы рудных районов: а) схема тектонического районирования. Структурно-формационные комплексы: 1 — докембрийские (ХА — Ханкайский, ЦБ
— Цзямусы-Буреинский микро континенты), 2 — мезозойские Сихотэ-Алинскогоорогена, 3 — мезозойско-кайнозойские Средне-Амурской впадины, 4 — позднемеловой — палеогеновый Восточно- Сихотэалин-ский вулканический пояс, 5 — неоген — четвертичные вулканиты;, 6 — разломы: 1 — Дахендженский, 2 — Алчанский, 3 — Арсеньевский, 4 — Центрально-Сихотэалинский, 5 — Прибрежный; 7 — месторождения: В
— Восток 2 (Ш, Аи, Си), З — Забытое (Ш, Бп), Ю — Южное £п), Н — Николаевское (2п), 8 — значения поля суммы нормальных напряжений сжатия — растяжения в кПа; б) поле локальных напряжений растяжения
— сжатия в условных единицах; в) линеаментные структуры и элементарные домены модуля градиента рельефа; г) плотность распределения элементарных линеаментов модуля градиента рельефы (увеличение плотности — переход от темных тонов к светлым)
Ёинеаментные структуры, выделенные при помощи примененной процедуры расчетов для всей территории Амурской литосферной плиты, как правило, являются границами крупных тектонических блоков земной коры и подчеркивают неотектоническую структуру основных тектонических элементов, входящих в её состав (рис. 1, 3). При детализации на Приморской территории, помимо ранее выявленных границ крупных блоков коры (Ханкайский, Сихотэалинский), удалось выделить границы более мелких, однородных в геоморфологическом отношении, доменов. Каждая из исследуемых горных выработок (месторождений) расположена в обособленном домене (рис. 4, в). Рассчитанные значения плотности распределения элементарных линеаментов (статистические характеристики модуля градиента рельефа характеризующие степень напряженного состояния верхней части земной коры) в сочетании с элементарными доменами (рис. 4, в, 4, г) позволили построить по этим данным латеральный ряд возрастания степени поля напряжений для изучаемой группы месторождений: Восток 2 — Забытое — Николаевское — Южное.
Таким образом, по различным исходным данным получен однонаправленный тренд изменения регионального состояния поля напряжения для месторождений Центрально-Сихотэа-линской группы рудных районов.
На уровень поля напряжений конкретного рудного района и месторождения оказывает влияние более детальная тектоника территорий исследований и состав горных пород с их механическими свойствами (твердость, хрупкость, предел хрупкого разрушения и т.д.).
Удароопасные месторождения Центрального Сихотэ-Алиня располагаются в пределах одноименного позднемезозойского орогенного пояса, контролируемого глобальной Восточно-Азиатской сдвиговой системой разломов. Система имеет общую северо-восточную ориентировку, согласную с направлением границы Азиатского континента. Считается, что в основании всех седиментанционных циклов Сихотэ-Алиня залегают вулканоген-но-терригенные толщи триаса. В разрезе мезазоид выделяют два структурных яруса. Нижний ярус представлен преимущественно терригенными отложениями раннего мела. Среди этих нормально-слоистых отложений присутствуют горизонты хаотического
135" 136" ¡37*
Рис. 5 Геолого-структурная схема Центрального Сихотэ-Алиня (по Уткину, 1976):
1 — позднемеловые эффузивно-интрузивные образования; 2 — преимущественно терриген-ные раннемеловые отложения; 3 — до меловые кремнисто-вулканогенно-терригенные образования; 4 — альб-раннесеноманские гранитоиды; 5—7 — дизъюнктивные нарушения: 5 — главные блокообразующие разломы: I — Центральный Сихотэ-Алинский сдвиг, II — современный активный разлом (соответствует по положению Ка-валеровскому и Арминскому разломам); 6 — прочие сдвиговые разломы; 7 — надвиги; 8 — местоположение удароопасных месторождений: Н — Николаевское, Ю — Южное, 3 — Забытое, В — Восток-2; замкнутый пунктиром контур — область максимальных значений локального поля напряжений (см. рис. 4б); области ограниченные линементными структурами серого цвета — элементарные домены модуля градиента рельефа соответствующие рудным районам
строения (олистостро-мовые горизонты). На уровне современного эрозионного среза в западной части территории (рис. 5) эти толщи прорваны телами гранитоидов, положение которых контролируется Центральным Сихотэ-Алинским сдвигом и оперяющими его разломами. В пределах описываемой части одноименного металлоге-нического пояса (иногда называемой «плуто-генной») в подземных горных выработках были изучены месторождения Восток-2 и 3абы-тое. Позиция названных месторождений относительно главных сдвиговых структур региона различна. Так месторождение Восток-2 располагается на восточном фланге Центрального Сихотэ-Алинского сдвига, а месторождение 3абы-тое на западной периферии современного межблокового разлома Месторождения Николаевское и Южное располагаются в пределах
Прибрежного вулканического пояса позднемезозойского — кайнозойского возраста. Положение их контролируется менее масштабным Дальнегорско-Восточным сдвигом (Николаевское) или оперяющими разломами (Эльдорадский на месторождении Южном) (рис. 5).
По горно-геологическим параметрам [13] получен следующий латеральный ряд по степени возрастания поля механических напряжений массива горных пород, вмещающих те или иные месторождения и увеличений их степени удароопасности: Забытое — Восток 2 — Южное — Николаевское. Следует оговориться, что динамические проявления горного давления на этих месторождениях начинают явно проявляться на разных глубинных уровнях. Минимальная глубина установлена на месторождении Южном.
Таким образом, на основании проведенного исследования установлено, что геодинамическая активность литосферного слоя может быть выражена в виде распределения аномальных полей напряжений растяжения-сжатия. В сочетании с доменной делимостью земной поверхности и соотнесенные с этими доменами распределения плотности элементарных линеамен-тов (статистическая характеристика рельефа земной поверхности) позволяют выявлять однонаправленный тренд изменения напряжено-деформированного состояния земной коры, который прослеживается до локального уровня (рудный район, месторождение). Следовательно, подобные региональные тренды, отражают разную современную геодинамическую позицию месторождений и рудных районов в региональном поле напряжений. Универсальность предлагаемого подхода оценки региональной составляющей проверялась нами при изучении других относительно локальных площадей — Забайкальской и Верхнеамурской (рис. 6). Эти площади характеризуются иными горно-геологическими условиями и расположены в других блоках Амурской плиты. Тем не менее, получены аналогичные тренды, которые в дальнейшем планируется проверить по данным геодинамических исследований в имеющихся подземных горных выработках Абагатуйского, Южно-Аргунского, Кличкинского, Бал ейского рудных районов (рис. 6, а, 6, б), а для Верхнеамурского — в возможных будущих горных выработках либо по результатам исследований в открытых горных выработках (рис. 6, в, 6, г).
Рис. 6. Позиции рудных районов и месторождений в лннаментных структурах земной поверхности и в локальных аномалиях поля напряжений литосферы: горные выработки: треугольник — подземные, точка — открытые, квадрат — россыпи; рудные районы (рис. а, б): 1 — Абага-туйский (флюорит), 2 — Южно-Аргунский (уран), 3 — Кличкинский (полиметаллы), 4 — Балейский (золото), месторождения, (рис. в, г): 1 — Джалиндин-ское (золото), 2 — Березитовое (золото), 3 — Бамское (золото).
Авторы благодарны М.Г. Гершанович за компьютерное оформление материалов. Работа выполнена в рамках трехстороннего соглашения о совместных исследованиях между институтом горного дела ДВО РАН, институтом тектоники и геофизики им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН и Государственным высшим учебным заведении «Национальный горный университет» Министерства образования и науки Украины от 12.10.2010 г., при частичной финансовой поддержке гранта по интеграционному проекту СО и ДВО РАН № 12-П-СО-08-025 и в рамках интеграционного проекта № 12-11-СУ-08-10.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Карта современной геодинамики Азии масштаба 1:15 000 000 / К.Г. Леви [и др.]. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2007, 1 лист.
2. Леви К.Г. Современная геодинамика Азии: карта, принцип составления, геодинамический анализ / К.Г. Леви, С.И. Шерман, В.А. Саньков // Геотектоника. 2009. № 2. С. 78—93.
3. Карта современных вертикальных движений земной коры по геодезическим данным (карта СВДЗК СССР) масштаба 1:5 000 000 / ред. Л.А. Кашин. ГУГК СССР. 1989. 4 листа.
4. Леви К.Г. Карта неотектоники Северо-Восточного сектора Азии масштаба 1:7 500 000 / К.Г. Леви. — Иркутск: ИЗК СО РАН. ГП «475 Военно-картографическая фабрика», 2008, 1 лист.
5. Довбнич М.М. Аномалии геоида и напряженно-деформированное состояние тектоносферы, обусловленное нарушением геоизостазии / М.М. Довбнич // Фундаментальные проблемы геотектоники: материалы XL Тектонического совещания. — М.: ГЕОС, 2007. — Т. 1. С. 226—211.
6. Рассказов И.Ю. Обоснование расчетной модели для оценки напряженно-деформированного состояния верхней части земной коры Амурского геоблока / И.Ю. Рассказов, Б.Г. Саксин // Проблемы сейсмичности и современной геодинамики Дальнего Востока и Восточной Сибири: материалы научного симпозиума. — Хабаровск: ИТиГ ДВО РАН, 2010. — С. 21—24.
7. Шевченко Б.Ф. Геодинамика и линеаментные структуры Амурской тектонической плиты / Б.Ф. Шевченко, Г.З. Гильманова, О.В. Рыбас // Тектоника, магматизм и геодинамика Востока Азии: VII Косыгинские чтения: материалы Всероссийской конференции. — Хабаровск: ИТиГ ДВО РАН, 2011. — С. 339—341.
8. Тяпкин К. Ф. О напряжениях, возникающих в тектоносфере в результате изменения ротационного режима упруговязкой Земли / К.Ф. Тяпкин, М.М. Довбнич // Геофизический журнал. 2002. № 2. С. 52—70.
9. Тяпкин К.Ф. Новая ротационная гипотеза структурообразования и её геолого-математическое обоснование / К.Ф. Тяпкин, М.М. Довбнич.
— Донецк: Ноулидж, 2009. — 342 с.
10. Рыбас О.Б. Применение теории масштабируемого пространства для выделения и анализа структур рельефа по радиолокационным данным / О.В. Рыбас, Г.З. Гильманова // Исследование Земли из космоса. — 2011. — № 6. — С. 45—52.
11. Zlatopolsky A. Description of texture orientation in remote sensing data using computer program LESSA / A. Zlatopolsky // Computers&Geosci.
— 1997. — Vol. 23. — № 1. — P. 45—62.
12. Инструкция по безопасному ведению горных пород на рудниках и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружений, склонных и опасных по горным ударам (РД 06-329-99). — М.: ГП НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2000. — 66 с.
13. Саксин Б.Г., Рассказов И.Ю. Принципы геодинамической типизации удароопасных рудных месторождений Амурского геоблока / Б.Г. Саксин, И.Ю. Рассказов // Проблемы комплексного освоения георесурсов: материалы IV Всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых (Хабаровск, 27—29 сентября 2011 г.). В 2 т. — Хабаровск: ИГД ДВО РАН, 2011. — Т. 1. — С. 125—131. ИШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Шевченко Борис Фёдорович — кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Государственное бюджетное учреждение науки институт им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН, [email protected], Саксин Борис Георгиевич — доктор геолого-минералогических наук, Государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск, e-mail — [email protected],
Гильманова Гульша Забировна — кандидат геолого-минералогических наук, Государственное бюджетное учреждение науки институт им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН, e-mail — [email protected],
Довбнич Михаил Михайлович — доктор геолого-минералогических наук, Национальный горный университет Министерства образования и науки Украины, e-mail — [email protected].
