Введение к работе
Состояние проблемы и ее актуальность.
По мере исчерпания фонда легкооткрываемых месторождений градиционные методики геохимических поисков стали сталкиваться : трудностями как в плане возможностей выявления первичных, вторичных ореолов и потоков рассеяния скрытых рудных объектов, гак и в плане интерпретации выделяемых аномалий, из которых далеко не все связаны с локальными рудными телами и месторождениями и вообще не всегда имеют рудную природу. Поэтому возникла необходимость переосмысления научных основ прикладной геохимии и их развития применительно к задачам прогнозирования и поисков месторождений в сложных геологических и ландшафтных условиях проведения работ.
Начали развиваться новые подходы, основанные на выявлении и изучении не только отдельных локальных аномалий, но и бо-іее сложных аномальных геохимических полей (АГХП). Все шире ;тали применяться нетрадиционные методы, использующие явления дальней миграции химических элементов в подвижных формах нахождения и обладающие поэтому повышенной глубинностью. По пере накопления эмпирического материала появилась потребность в ;го обобщении и подведении соответствующей научно-георетической базы, которая строится в основном как совокупность сонцептуальных (геолого-ландшафтно-геохимических) и формали-юванных (физико-математических), а в последнее время и компьютерных моделей изучаемых объектов. Такие модели могут относить-;я и к АГХП элементарных объектов (отдельным геохимическим )реолам или потокам рассеяния), и к сложным структурированным \ГХП рудообразующих систем. В обоих случаях именно модели :аключают в себе в концентрированном виде суть теоретических іредставлений об изучаемых объектах и лежат в основе решения ірямьіх (проектных) и обратных (интерпретационных) задач.
Таким образом, актуальность темы заключается в назревшей готребности обобщения теории и практики использования моделей в ірогнозно-поисковой геохимии и, главное, в необходимости разра-
4 ботки моделей АГХП для сложных нетрадиционных условий геохи мических поисков рудных месторождений. Это нужно для повыше ния эффективности поисковых работ, в том числе для полученш количественных критериев перспективности территорий и оценка прогнозных ресурсов по геохимическим данным.
Цель и задачи работы.
Цель заключалась в разработке моделей АГХП как главны? объектов изучения при прогнозно-поисковых геохимических рабо тах, а также основанных на этих моделях способов анализа и интер претации геохимических данных, получаемых в различных геологи ческих и ландшафтных обстановках на разных стадиях работ, длз повышения эффективности геохимических исследований.
Основное внимание было сосредоточено на решении следую щих задач.
-
Обобщение и критический анализ накопленного к настоя щему моменту опыта моделирования АГХП, а также результате! использования моделей при решении прямых и обратных задач про гнозно-поисковой геохимии.
-
Формулирование обобщенных математических моделей на блюденных геохимических полей, выявляемых в результате геохи мических съемок. Разработка, в качестве методических следствий частных моделей и способов для эффективного выделения и анализе тех составляющих первичных и вторичных полей, которые несуі основную прогнозно-поисковую и другую полезную информацию.
-
Анализ свойств АГХП рудоносных объектов различных ие рархических уровней с позиций концепции их формирования каї сложных самоорганизующихся систем, а на этой основе - выявление их общих признаков, проявляющихся в аномальных полях разны> рангов и природы и допускающих количественную оценку.
4. Разработка концептуальных, физико-математических \
компьютерных моделей экзогенных АГХП, выявляемых при геохи
мических поисках по вторичным ореолам, уделяя главное внимание
специфическим районам с менее благоприятными условиями прове
дения поисков (территории былых материковых оледенений, закры
тые территории с повышенной мощностью рыхлого покрова).
-
Развитие концептуальных представлений о формировании геохимических потоков рассеяния и разработка соответствующих математических моделей, включая, во-первых, углубление физико-математической теории традиционных механических потоков рассеяния в активно денудируемых районах, и во-вторых, создание моделей потоков рассеяния для территорий, где преобладает раство-эенный сток или потоки рассеяния формируются в существенно нестационарном режиме.
-
Проверка адекватности разрабатываемых теоретических моделей реальным геолого-геохимическим данным, оценка возможностей использования моделей АГХП при решении прямых и обрат-1ых задач поисковой геохимии, рассмотрение интерпретационных іспектов модельного подхода на примерах конкретных геохимических исследований.
Исходные материалы и методы исследований.
Диссертация базируется главным образом на материалах ра-5от, выполнявшимся автором в 1980-1997 гг. по хоздоговорной и госбюджетной тематике в сотрудничестве с коллегами на кафедре геохимических и радиоактивных методов (ГХРМ) и, после струк-гурной реорганизации, на кафедре геофизических и геохимических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых ГФХМР) Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) им. Г.В.Плеханова (СПбГГИ). Ос-говной объем геохимических исследований выполнялся на террито-ши Карелии в рамках договоров с Карельской геологической экспе-іицией (КГЭ) и был нацелен как на совершенствование методики еохимических поисков в специфических условиях данного региона, ак и на решение конкретных прогнозно-поисковых задач поисков олота и других рудных полезных ископаемых на перспективных 'частках в пределах Лехтинской, Костомукшской, Хаутаваарской, 'ыбозерской и других структур восточной части Балтийского щита. к.втор диссертации лично участвовал в полевых работах и занимал-я компьютеризированной обработкой и интерпретацией результа-ов анализа более 30 тысяч геохимических проб, отобранных в ходе тих работ и проанализированных эмиссионным спектральным ана-
лизом на широкий круг элементов, химико-спектральным анализов на золото и, частично, рентгеноспектральным и другими методами.
Часть материалов, использованных в диссертации, была получена автором в период его научной стажировки в Университете им Дж. Вашингтона (г.Вашингтон) и Национальном центре Геологической службы США в 1987-1988 гг. Широко использовались опубликованные материалы - как отечественные, так и зарубежные.
Основные методы исследований, выполнявшихся лично автором диссертации, включали полевые поисково-геохимические съемки с отбором проб коренных пород и рыхлых отложений, компьютеризированную обработку и интерпретацию геохимических данных, теоретические разработки, математическое и компьютерное моделирование. При обработке данных и моделировании АГХП использовались разработанный лично автором в 1991 г. пакет прикладные программ по статистической обработке геохимических данные "ГЕОБАС", отдельные программы, составленные по алгоритмам автора СВ.Вдовенко и К.И.Олейниковым, а также другое программное обеспечение для IBM-совместимых персональных компьютеров.
Наиболее существенные научные результаты, полученньн лично автором диссертации, и их новизна.
-
По-новому сформулированы обобщенные математические модели геохимических полей и вытекающие из них методические принципы выделения информативных составляющих поля по результатам геохимического изучения первичных и вторичных сред.
-
Разработаны новые способы картирования и учета сингенетической (породной) и ландшафтной составляющих геохимические полей, повышающие эффективность выделения аномальной составляющей, которая несет основную поисковую информацию.
-
С позиций концепции формирования АГХП рудоносных объектов различных рангов как сложных самоорганизующихся систем обоснованы многоуровневая структура концентраций рудные элементов и новый способ использования относительной информационной энтропии геохимических систем как меры их организованности и, следовательно, потенциальной рудоносности.
-
Обоснована возможность и необходимость применения геохимического коэффициента рудоносности при оценке прогнозных ресурсов по геохимическим данным на всех стадиях прогнозно-поисковых работ и впервые установлена среднестатистическая зависимость этого коэффициента от ранга или размеров АГХП для иерархической последовательности рудоносных объектов в целом.
-
Развиты концептуальные представления о формировании поля рассеяния в процессах гляциогенеза и впервые созданы математические модели ореолов ледникового рассеяния в главных разновидностях моренных отложений, на базе которых становится возможным количественное решение прямых и обратных задач.
-
Разработаны новые физико-математические модели наложенных ореолов восходящей миграции, позволившие дать их целостное количественное описание в перекрывающих оруденение толщах, адекватное реально наблюдаемым аномалиям.
-
Разработаны новые математические модели геохимических потоков рассеяния в донных осадках современной гидросети, которые, в частных случаях согласуясь с известными моделями, охватывают более широкий круг природных условий, в том числе различные соотношения твердого и растворенного стока, позволяя осуществить более универсальный и в то же время гибкий подход к моделированию и интерпретации потоков рассеяния.
-
Впервые построены математические модели для палеопото-ков рассеяния в гляциофлювиальных отложениях; получила развитие количественная теория нестационарных потоков рассеяния и в генетически иных потоковых образованиях.
-
Получены геохимические характеристики ряда рудных проявлений и перспективных территорий восточной части Балтийского щита; на основе интерпретации геохимических данных уточнены и конкретизированы оценки их потенциальной рудоносности.
Достоверность научных результатов диссертационной работы обеспечивается достаточной корректностью геолого-геохимических и физико-математических построений; доказывается многочисленными и разнообразными результативными материалами геохимических исследований, полученными автором диссерта-
8 ции и другими исследователями, и продемонстрированной на этих материалах адекватностью моделей реально существующим АГХП природных объектов; примерами эффективности использованных автором способов обработки и интерпретации результатов геохимических исследований, выполненных как в России, так и за рубежом. Теоретическое значение работы заключается:
в развитии принципов и методов моделирования и изучения геохимических полей геологических и ландшафтно-геологических систем;
в расширении и углублении физико-математической теории вторичных геохимических ореолов и потоков рассеяния, включая создание их количественных моделей для тех условий и объектов, которые до сих пор рассматривались на чисто описательном уровне;
в адаптации и конкретизации макросинергетического подхода к изучению АГХП рудоносных геологических систем;
в развитии теоретических основ обработки и интерпретации поисково-геохимических данных, включая количественные соотношения параметров АГХП и рудных ресурсов аномалообразующих объектов.
Практическое значение диссертационной работы.
Разработанные модели АГХП могут быть использованы при построении геолого-геохимических моделей объектов, подлежащих обнаружению на опоисковываемой территории, и оценке их ожидаемых свойств, признаков и параметров, что позволяет обосновать и реализовать на практике рациональный комплекс поисковых геохимических методов.
На основе моделей АГХП могут решаться и обратные задачи, включая определение пространственного положения аномалообразующих объектов, их вещественный состав и оценку прогнозных ресурсов оруденения.
Использованные в диссертации способы обработки и интерпретации геохимических данных, разработанные или усовершенствованные автором, а также охарактеризованные в работе другие методические приемы проведения геохимических поисков золоторуд-
9 ных и иных месторождений показали свою информативность и, следовательно, могут быть рекомендованы к применению на практике.
Диссертационные исследования лежат в русле основных направлений раздела "Научно-методическое обеспечение геохимических работ" разработанной в ИМГРЭ федеральной программы "Прогнозно-поисковая геохимия".
Реализация результатов исследований по теме диссертации. Разработанные принципы, методики и программно-математическое обеспечение обработки данных, моделирования и интерпретации АГХП использовались в ходе работ по договорам с КГЭ на ряде участков Карелии. Научно-производственные исследования геохимической группы СПбГГИ, выполнявшиеся с участием автора диссертации и с привлечением его научно-методических разработок, способствовали открытию месторождения Лобаш - первого крупного докембрийского месторождения молибдена, перспективного золотого оруденения на участке Таловейс, проявлений россыпной золотоносности в пределах Лобаш-Воингозерского участка и других проявлений минерализации в восточной части Балтийского щита. На основе методических подходов, изложенных в диссертации, даны оценки рудоносности вышеупомянутых участков по геохимическим данным, отраженные в соответствующих отчетах.
Научные и методические результаты диссертационных исследований используются в СПбГГИ при обучении студентов в курсах "Прикладная геохимия", "Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых", "Теоретические основы обработки геофизических и геохимических данных".
Часть диссертационных исследований выполнялась в рамках гранта Госкомвуза N 49-1.4-7 (1993 г.). С 1996 г. диссертационные исследования связаны с Планом госбюджетных научно-исследовательских работ СПбГГИ на 1996-1998 гг., тема 6.30.38, раздел 3 "Развитие и применение геохимических, геоэлектрохимических и ядерно-физических методов".
Апробация работы.
Основные результаты, полученные в ходе работы над диссертацией, докладывались на Международном симпозиуме по приклад-
10 ной геохимии стран СНГ (Москва, 1997), на международном совещании "Докембрий Северной Евразии" (С.-Петербург, 1997), на симпозиуме "Минерально-сырьевые ресурсы стран СНГ" (С.Петербург, 1996), на региональном симпозиуме "Благородные металлы и алмазы севера европейской части России" (Петрозаводск, 1995), на XII Научном чтении имени Н.И.Сафронова (С.-Петербург, 1994), были представлены на Четвертой десятилетней международной конференции "Exploration-97" (Торонто, 1997) и на других научных симпозиумах.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 работ.
Благодарности.
Автор глубоко благодарен свои учителям, наставникам и
старшим коллегам в области прикладной геохимии проф. д.г.-м.н.
Е.М.Квятковскому, проф. д.г.-м.н. А.А.Смыслову, доц. к.г.'-м.н.
Т.И.Нюппенену за неизменную поддержку, мудрые советы и требо
вательность, способствовавшие завершению диссертационной рабо
ты. Автор искренне признателен коллегам по кафедре и всем тем,
дискуссии и обмен опытом с которыми помогали в исследователь
ской работе. Нельзя не помянуть добрым словом профессора
А.П.Соловова, который в свое время был официальным оппонентом
по кандидатской диссертации автора и профессиональное общение с
которым, несмотря на эпизодичность, было исключительно стиму
лирующим. Слова признательности адресуются сегодняшним и
бывшим коллегам по геохимическим работам к.г.-м.н. Г.А.Стуккею,
к.г.-м.н. Т.Л.Овсовой, С.И.Козыревой, А.С.Духанину,
О.В.Пшеничной, В.Н.Фурману и многим другим, с кем посчастливилось встретиться на геологической тропе. Особая благодарность моей жене Марине за поддержку в период работы над диссертацией и помощь в оформлении ряда рисунков и автореферата. При этом ответственность за представленные в диссертации результаты научных разработок несет исключительно автор.