Введение к работе
Актуальность проблемы. Важная роль в решении геологических задач принадлежит морфологическому описанию рудных тел и закономерностям распределения полезных компонентов в их пределах, поскольку на основе этих знаний решаются практические вопросы оценки месторождений на разных стадиях изучения и освоения. Обычно в геологии используется приближенная аппроксимация сложных форм геологических тел простыми геометрическими фигурами. При этом часть информации об объектах теряется, внутренняя структура не принимается во внимание, увязать форму и строение с процессами образования и эволюции объектов не представляется возможным. Фрактальная геометрия позволяет не только описать форму и структуру объектов на количественной основе, но и установить их зависимость от процессов образования и эволюции.
Выявление возможностей фрактального анализа применительно к оловорудним месторождениям является одним из первых шагов в этом направлении. Вместе с тем, в многочисленных исследованиях, проведенных в последние годы, было доказано, что многие сложные структуры обладают фундаментальным свойством геометрической регулярности -инвариантностью по отношению к масштабу, или "самоподобием". В связи с этим, выводы, полученные при данных исследованиях, могут оказаться полезными при изучении месторождений других видов минерального сырья.
Цель работы. Выяснение возможностей использования методов фрактального анализа для оценки сложности контуров рудных тел, распределения концентраций металла Депутатского оловорудного месторождения, а также выявление закономерностей в изменении фрактальных параметров рудных тел и месторождений и их геологического осмысления.
Задачи исследований: 1. Разработка методики проведения фрактального анализа формы жильных рудных тел. 2. Оценка сложности контуров жильных тел с использованием методов фрактального анализа. 3. Установление различия фрактальных параметров для рудных тел и их частей, различающихся в генетическом отношении. 4. Выявление корреляционных связей фрактальной размерности и а) продуктивности рудных тел; б) ранга рудных тел по запасам; в) глубины расположения изучаемого горизонтального среза рудного тела. 5. Изучение распределения полезных компонентов в рудных телах и образцах руд с использованием методов фрактального анализа. 6. Изучение ранговых моделей прогноза
минеральных ресурсов и их сопоставление на примере оловорудних месторождений Северо-Востока Якутии.
Методы исследований: 1. Анализ данных документации горных выработок. 2. Компьютерное моделирование и фрактальный анализ рудных образований. 3. Рентгенорадиометрический анализ. 4. Геологическая интерпретация полученных данных.
Обработка проводилась с использованием современной электронно-вычислительной техники: ПЭВМ ЮМ РС-АТ-386,-486 и дигитайзера.
Научная новизна работы. В мировой и отечественной практике пока известны лишь единичные примеры разработки и использования фрактальных моделей применительно к месторождениям полезных ископаемых. На материале оловорудного Депутатского месторождения касситерит-силикатно-сульфидной формации предложено новое направление в изучении морфологии рудных жил. Установлено, что методы фрактальной геометрии дают возможность оценить морфологию рудных тел на количественной основе, причем сложность рудных тел находит отражение в закономерном возрастании величины фрактальной размерности по мере увеличения извилистости контуров рудных тел.
Установлена связь величины фрактальной размерности с различными геологическими параметрами и факторами: продуктивностью рудных тел, их рангом по запасам, глубиной расположения горизонтального среза рудного тела, условиями образования и трансформации руд.
Выявлено соответствие распределения запасов Депутатского месторождения модели точечного фрактала и на основе этого предложен метод оценки запасов рудных тел и месторождений на начальной стадии изучения.
Рассмотрены известные модели ранговых рядов месторождений с позиций соответствия их фрактальной модели и предложен новый метод ранжирования запасов, основанный на принципе построения числового ряда Фибоначчи.
Изучение связи фрактальной размерности отдельных месторождений других видов минерального сырья с их условиями образования показало, что фрактальный анализ может быть использован для изучения не только оловорудных месторождений.
Практическая ценность работы: 1. Изучение сложности и прогноз контуров рудных тел на количественной основе дает возможность классифицировать рудные тела, сопоставлять их между собой, а также сравнивать их горизонтальные сечения. 2. Оперативная оценка запасов месторождения на ранних стадиях изучения. 3. Прогноз перспективности
рудной провинции, месторождения, рудного тела на обнаружение новых месторождений, рудных тел или их частей.
Фактический материал. Исходными материалами для проведения фрактального анализа форм рудных объектов послужил комплект графических материалов, включавший в себя карту Депутатского месторождения масштаба 1: 2000 и погоризоитных планов 14 жил и их апофиз данного месторождения в масштабе 1 : 200. Исходными материалздга для проведения фрактального анализа распределения концентраций металла в рудах и образцах послужили результаты бороздового опробования выработок детальной разведки Депутатского месторождения (4072 пробы), данные эксплуатационного опробования, взятые с продольных вертикальных проекций эксплуатационных блоков по семи рудным телам (2177 проб), а также 13 ориентированных образцов, отобранных на Западном участке Депутатского оловорудного месторождения (Северо-Восточная Якутия) с таким расчетом, чтобы охарактеризовать все отрабатываемые в настоящее время горизонты, основные типы руд и находящиеся в контуре отработки вмещающие породы, а также большую часть рудных тел-лидеров (семь из восьми известных).
Для выяснения связи величины фрактальной размерности с глубиной распространения рудных тел и их генезиса, помимо материалов по Депутатскому месторождению, использовались погоризонтные планы оловорудних месторождений Эге-Хая, Хапчеранга, Смирновское, а также опубликованная в литературе графическая геологическая документация по золоторудным и колчеданным месторождениям.
Достоверность. Применяемая методика тщательно отрабатывалась с помощью тестирования ее на различных геометрических и природных фрактальных объектах с последующим сравнением полученных результатов с теоретическими значениями. Для проведения фрактального анализа использован большой объем фактической производственной документации, данных опробования (6249 проб) и рентгено-радиометрического анализа (около 1000 анализов).
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях молодых ученых "Полезные ископаемые России и их освоение" (Санкт-Петербург, 1996, 1997) и опубликованы в пяти работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 213 страницах. Внутритекстовые приложения включают 119 рисунков и 56 таблиц. Список литературы