Использование прогнозно геохимических карт масштабов 1: 1 000 000 и 1: 200 000
Рассмотрены основы технологии нового вида региональных геохимических работ - многоцелевого геохимического картирования м-бов 1: 1 000 000 и 1: 200 000. Эта не имеющая аналогов в мире технология на базе современных ГИС позволяет на основе опережающего многофакторного районирования территорий перейти от случайного опробования к детерминированному, что значительно сокращает его плотность при увеличении информативности за счет сопряженного опробования нескольких компонентов геологической среды. Комплект карт завершается созданием прогнозно-геохимической карты и количественной оценкой прогнозных ресурсов. Приведены результаты апробации технологии на Алтайском, Восточно-Забайкальском и Приморском полигонах, свидетельствующие о ее высокой эффективности.
Новый вид региональных геохимических работ - многоцелевое геохимическое картирование м-бов 1: 1 000 000 (МГХК-1000) и 1: 200 000 (МГХК-200) - является упорядоченным технологическим процессом площадного выявления и оконтуривания интегральных геохимических полей экогеосистем, характеризующихся различными неоднородностями структур, химического состава, отражающими единство случайной и детерминированных полигенных составляющих.
Он включает интерпретацию геохимических полей с дифференциацией и оценкой природных и техногенных составляющих и отображением полученных результатов в комплекте карт. В основе технологии МГХК лежат принципы иерархичности, репрезентативности, системности, унифицированности и экономичности. Они и определяют отличия технологии МГХК от традиционных геохимических съемок.
Проведение многофакторного районирования территории и переход от случайного к детерминированному опробованию позволили значительно (в 4-20 раз) сократить плотность опробования по сравнению со стандартной геохимической съемкой. Вместе с тем именно иерархический подход позволяет повысить надежность интерпретации и оценки аномальных геохимических полей (АГП) при снижении плотности опробования. Действительно, при средней плотности опробования МГХК-1000, составляющей одну точку на 100 км2, каждая потенциальная металлогеническая зона выявляется не менее чем 100, а потенциальный рудный район - не менее чем 10 точками.
При МГХК-200, где средняя плотность опробования составляет одну точку на 4 км2 каждый потенциальный рудный район выявляется не менее чем 250, а потенциальный рудный узел - не менее чем 25 точками.
Системный подход - следующее принципиальное отличие МГХК от стандартных геохимических съемок. Он заключается в геохимическом изучении не одного, а нескольких (оптимального числа) компонентов геологической среды. Изучение закономерностей концентрации, дифференциации, миграции и трансформации комплекса химических элементов в сопряженных компонентах среды позволяет провести генетическую интерпретацию интегральных геохимических полей, в частности отбраковать антропогенные и ландшафтные (барьерные) АГП и выделить предположительно АГП рудогенной природы. Для этого используют пространственную направленность векторов изменения концентрации химических элементов, изменения в характере взаимосвязи, в том числе зональности их ассоциаций, пространственные взаимосвязи с определенными природными или техногенными источниками и их ансамблями.
Проведение МГХК предусматривает широкое использование компьютерных, в том числе ГИС-технологий. Все карты создаются на основе полистного банка геохимических данных, включающего аналитический, картографический, атрибутивный и текстовой блоки, а также библиотеку прикладных программ.
Геологические предпосылки и геохимические признаки рудоносности и обусловливают содержание прогнозно-геохимической карты (ПГК), на которой отображаются: геолого-геохимическая основа (геологические и геохимические характеристики рудоносных и потенциально рудоносных геологических комплексов); рудогенные геохимические аномалии (РГА) потенциальных и известных рудных районов и полей и их характеристика по представительным компонентам природно-геологической среды (ПГС); состав РГА - ряд химических элементов, ранжированных по убыванию коэффициентов концентраций и коэффициентов вариаций; рудно-формационный тип; интенсивность зон аномалий; зональность РГА; известные и прогнозируемые объекты полезных ископаемых с оценкой их ресурсов; степень перспективности площадей развития РГА по комплексу благоприятных предпосылок; достоверность прогноза; металлогеническое районирование территории; кадастровые характеристики рудогенных геохимических аномалий, выделенных иерархических уровней.
Прогнозно-геохимическая карта - одна из итоговых карт МГХК, как и используемые для ее составления вспомогательные (геологических комплексов, ландшафтно-геохимическая и др.) и базовые (распределения химических элементов, их ассоциаций, геохимических показателей в изученных компонентах геологической среды, интегральных геохимических аномальных полей) карты, имеет цифровой формат и собрана в единый ГИС-проект - "МГХК России".
Прогнозно-геохимическая карта обладает многослойной структурой; каждому слою соответствует атрибутивная информация.
При составлении ПГК последовательно решаются следующие задачи: выделение рудоносных АГП в ранге металлогенических зон, рудных районов, узлов и полей; интерпретация рудно-формационного типа прогнозируемого оруденения; оценка прогнозных ресурсов и перспективности АГП.
Выделение аномальных геохимических полей может проводиться с использованием методов Геоскан, Геополе, ПЕГАС, Многомерные поля и других, позволяющих эффективно выявлять АГП разных иерархических уровней. Так, результаты литохимического опробования на Восточно-Забайкальском полигоне (МГХК-1000) были обработаны при помощи комплекса программ "Геоскан-1000". В результате в структуре геохимического поля полигона выявлены фоновые и аномальные области, а последние - дифференцированы на аномальные геохимические поля и окаймляющие их переходные зоны. В условиях полигона наиболее информативными оказались донные отложения. Из 20 выявленных АГП рудных районов и узлов II уверенно картируются по донным отложениям. Спектры элементов-индикаторов и контрастность аномалий в коренных породах и почвах ниже, чем в АГП донных отложений. На Алтайском полигоне (МГХК-1000) геохимические аномалии устанавливались методом полей естественных геохимических ассоциаций, позволившим в структуре геохимического поля региона выделить фоновые и аномальные геохимические поля. В условиях полигона наиболее информативными оказались коренные породы, по результатам опробования которых выявлены АГП 24 рудных, в том числе всех известных и потенциально рудоносных районов и узлов.
Путем совмещения выделенных по компонентам ПГС аномалий на единой топографической основе строится карта интегральных геохимических аномальных полей (ИГАП). На картах ИГАП интегральные аномальные геохимические поля дифференцируются по генезису. На ПГК с карты ИГАП переносятся рудоносные и потенциально рудоносные геохимические аномалии. Критериями их выделения служат: парагенетическая связь с рудными формациями; типоморфный состав ассоциаций элементов-индикаторов; закономерные структура и зональность; формы нахождения элементов-индикаторов.
Вынесенные на ПГК геохимические аномалии с учетом их строения, а также металлогенических, геологических и ландшафтно-геохимических условий объединяются в геохимические поля, узлы, районы, зоны, соответствующие потенциальным рудным полям, узлам, районам, металлогеническим зонам. При генерализации геохимических аномалий и объединении их в поля рангов рудных полей узлов и районов учитываются их взаимоположение (сближенность), сходная геотектоническая позиция, приуроченность к одним и тем же рудоносным или потенциально рудоносным геологическим комплексам и ареалам развития месторождений и рудопроявлений полезных ископаемых определенных рудных формаций.
В основе интерпретации и оценки выделенных и увязанных АГП рангов районов и узлов (МГХК-1000), узлов и полей (МГХК-200) лежит комплекс геолого-геохимических критериев, для выявления которых рассчитывается ряд геохимических показателей. Определение рудно-формационной принадлежности АГП базируется на установлении сходства их элементного состава и количественных соотношений химических элементов с таковыми в месторождениях известных рудно-формационных типов или их ореолов и проводится с учетом комплекса формационных и геодинамических критериев.
В основе геохимического метода интерпретации рудно-формационной принадлежности АГП лежат ранжированные ряды элементов-индикаторов, составляемые по уменьшению коэффициентов концентраций Кс (отношение концентраций химического элемента в контуре аномалии к фону этого элемента) образующих аномалию химических элементов с Кс> 1, 5. Ранжированные ряды составляются раздельно для аномалий каждого опробованного компонента ПГС, а общий ряд - для всех аномалийсодержащих компонентов ПГС.
Геохимический тип АГП определяется по представительному (по одному из компонентов ПГС) или обобщенному ранжированному ряду. Типизация АГП по их геохимической специализации проводится с использованием барицентрической треугольной диаграммы. Для этого сумма кларков концентрации элементов, образующих ряд, принималась за 100%, затем вычислялись доли химических элементов литофильной, халькофильной и сидерофильной групп внутри рассматриваемой ассоциации и по ним находились место данной ассоциации на треугольной диаграмме и соответственно ее геохимический тип.
На следующем этапе изучения выделенных и проинтерпретированных АГП оценивается степень их перспективности, включая определение прогнозных ресурсов. Перспективность рудоносных площадей предопределяется типом структурно-формационной зоны, в пределах которой они локализуются, обстановкой и возрастом геологических и рудных формаций, интенсивностью проявления рудоконтролирующих факторов и видов полезного ископаемого и отражается в комплексности, контрастности, интенсивности и других параметрах аномальных геохимических полей. Геологические (формационные) критерии широко используются при прогнозировании месторождений полезных ископаемых по аналогии с другими методами. Их практическое применение базируется на следующих положениях: потенциальная рудоносность формационных подразделений обусловливается их составом и структурой и прямо связана со степенью и направленностью дифференциации вещества; сходные ассоциации формаций (геологические обстановки) определяют и близкие комплексы полезных ископаемых с сопоставимыми масштабами оруденения.
Интенсивность аномалий определяется суммой коэффициентов концентрации элементов или в соответствии со значениями функции "Scan" или другой используемой величины для представительного компонента ПГС. Их значения являются интегральной мерой концентрации химических элементов, входящих в состав рассматриваемой аномалии, и в значительной мере определяются условиями локализации АГП и типом оруденения, с которым оно связано. Так, для Алтайского полигона в коренных породах к слабоинтенсивным отнесены аномалии со значениями менее 20, среднеинтенсивным - 20-29, высоко- интенсивным - 30 и более. Соответственно Кс в почвах горизонта В-< 10, 10-19 и >20, в донных осадках - <15, 15-24 и >25. На Восточно-Забайкальском полигоне условно к слабоинтенсивным отнесены аномалии со значениями функции "Scan" менее 50, среднеинтенсивным - 50-200, высокоинтенсивным - >200.
Кроме величин Кс, отражающих средний уровень накопления элемента в аномальном поле, необходимо учитывать значения коэффициентов вариации (v) элементов, отражающие степень их дифференции. Элементы с v > 75% относились к высокодифференцированным и соответственно к элементам способным при благоприятных геологических условиях образовывать промышленные концентрации в пределах оцениваемого АГП.
Оценка степени перспективности АГП ранга рудных районов и узлов внутри металлогенических зон (МГХК-1000) и ранга рудных узлов и полей внутри рудных районов (МГХК-200) базируется на комплексе благоприятных геологических предпосылок и геохимических признаков. Перспективность же металлогенических зон (при МГХК-1000) и рудных районов (при МГХК-200) оценивается степенью перспективности входящих в них металлогенических таксонов более высокого ранга.
В зависимости от полноты проявления перечисленных в таблице предпосылок и признаков и в соответствии с суммой баллов оцениваемые площади локализации АГП по степени перспективности в отношении рудных объектов считаются высокоперспективными (сумма баллов более +7), перспективными (от +4 до +6), слабоперспективными (менее 0) и с неопределенными перспективами (от +1 до +3). Уточнить степень перспективности площадей с неопределенными перспективами можно в результате детализационных или специальных заверочных работ, а высокоперспективных и перспективных - по данным оценки прогнозных ресурсов.
В настоящее время известно несколько десятков методов количественной оценки прогнозных ресурсов по геохимическим данным. При этом используются разные факторы и показатели: кларк, кларк концентрации исходя из кондиции руд, порядковый номер месторождения в ранговом ряду, удельная рудоносность эталонной территории, атомная масса элементов, валентность, расход энергии на образование руд, геометрические параметры оцениваемой территории, коэффициенты пропорциональности и подобия, интенсивность геохимических аномалий и др. По данным А.И.Бураго и др. (1989), отраслевыми и академическими НИИ, а также ПГО разработано более 30 методов и модификаций (способов, приемов) оценки прогнозных ресурсов рудных полезных ископаемых по геохимическим данным.
Наибольшей популярностью пользуются методы, разработанные А.П.Солововым по литохимическим ореолам и потокам рассеяния и С.В.Григоряном и Л.Н.Овчинниковым и др. по первичным ореолам. Однако большая часть этих методов либо относится к локальному прогнозу, либо требует адаптации к МГХК-1000 и 200.
Выделение, интерпретация и оценка площадей различных иерархических уровней по геохимическим данным позволяют ставить вопрос об оценке прогнозных ресурсов рудоносных площадей по категории Р3, выявленных в процессе МГХК-1000, и по категории P2 при МГХК-200.
Оценка масштаба оруденения при МГХК может проводиться различными методами (прямой расчет, аналогии, экспертные оценки и др.) и включает определение прогнозных ресурсов рудных районов и узлов для полезных ископаемых, которые имеют или могут иметь промышленное значение.
Аналогичным образом можно оценить прогнозные ресурсы АГП по результатам опробования донных отложений и почв. При этом в последнем случае в расчеты необходимо ввести коэффициент соответствия между первичными и вторичными ореолами.
Определение коэффициента доли балансовых руд (а) представляет основную трудность при оценке масштабов оруденения, так как его величина зависит от многих факторов. Опубликованные в литературе данные о значениях (а) относятся в основном к объектам крупного иерархического ранга (рудные тела, месторождения). Па региональном уровне доля промышленных руд (Кн) по всем промышленно важным элементам определена в небольшом числе работ и составляет: континенты - 2, 8-10, провинции -1, 5 . 10 , рудоносные блоки в пределах провинции -2, 6 . 10, отдельные плутоны -6, 3-10. Доля балансовых руд (а) в локальных золоторудных объектах Дальнего Востока по некоторым данным для рудных районов - 0, 0098, рудных УЗЛОВ- 0, 038, рудных полей - 0, 1, месторождений - 0, 34. Для Рудного Алтая по полученным нами в результате МГХК данным отношение запасов месторождений и прогнозных ресурсов рудных районов (узлов) в среднем равняется 0, 01.
В целях контроля и повышения достоверности прогноза необходимо использовать всю исходную информацию и комплексировать различные геохимические методы оценки прогнозных ресурсов. Определенный интерес могут представлять методы, опирающиеся на те или иные комбинации известных статистических данных: а) суммарные запасы и содержания металлов как в глобальном масштабе, так и применительно к отдельным регионам - единицам металлогенической иерархии; б) кларки земной коры и, если возможно, отдельных регионов или геологических формаций; в) ранжированные ряды запасов.
Теоретической основой правомочности использования этих методов служат две установленные закономерности: кларк - величина постоянная не только для земной коры, но и для всякого геологического образования; масштаб оруденения (накопленного в месторождениях металла) находится в прямой зависимости от его кларка.
По результатам расчета прогнозных ресурсов площади, оцененные по комплексу благоприятных предпосылок и признаков как высокоперспективные, остаются в этой же категории, если прогнозные ресурсы связанных с ними объектов оцениваются как крупные, и переводятся в категорию перспективных, если рассчитанные прогнозные ресурсы по величине соответствуют средним объектам. Перспективные по результатам предварительной оценки площади остаются в этой категории, если результаты расчета прогнозных ресурсов указывают на возможность выявления в пределах этих площадей крупных или средних по ресурсам объектов. В случаях, когда результаты расчетов прогнозных ресурсов не позволяют прогнозировать в пределах оцениваемых площадей крупные и средние по суммарным ресурсам объекты, эти площади переводятся в разряд неперспективных.
Помимо оценки степени перспективности, проводится определение достоверности оценки каждого АГП, предполагающей: наличие геохимических аномалий в представительном компоненте ПГС, геохимически изученном с плотностью не ниже предусмотренной; сопряженность геохимических аномалий в опробованных компонентах ПГС в соответствии с ландшафтно-геохимическими и геологическими условиями; полную оконтуренность геохимических аномалий; удовлетворительные метрологические характеристики результатов анализов. При несоблюдении этих условий оценка АГП считается слабодостоверной, а степень перспективности оцениваемой площади - неопределенной.
Высокая эффективность прогнозно-геохимических карт, составляемых по результатам МГХК-1000 и МГХК-200, подтверждена на шести геолого-геохимических полигонах. На Кольском полигоне аномальными геохимическими полями оконтурены все ранее известные рудные районы и узлы - Печенгский, Мончегорский, Хибинский, Лавозерский, Ковдорский и др. Подтверждена Мурманско-Урагубская металлогеническая зона, в которой прогнозируются новые Mo-TR объекты. Выявлен новый Верхне-Териберский потенциальный рудный район, перспективный на Cu-Ni-Co оруденение аллареченского типа.
На Алтайском полигоне в результате МГХК-1000 АГП оконтурены все известные рудные районы Золотушинский, Рубцовский, Змеиногорский, Ново-Фирсовский, Колыванский и др. При этом по ряду известных районов геолого-геохимические данные позволяют прогнозировать расширение перспектив Колыванского района на W, Мо, Pb, Zn, Белокурихинского - на W, Мо, Аu, Ново-Фирсовского - на W, Мо, Аи, Рb, Zn, Баянихинского -на РЬ (2, 5 млн. Т) и Zn (4, 7 млн. т). Помимо этого, установлены новые перспективные потенциальные рудные районы: Моралихинский (14) - на W, Мо, Аи; Карповский (17) - на Аu; Катунский, где прогнозируются месторождения Cu-Zn-колчеданной, Аu-сульфидной и Мn-кремнистой формаций с общими прогнозными ресурсами Си 7 млн. т, Zn 500 тыс. т, Pb 500 тыс. т, Мn 1, 2 млн. т.
По результатам многоцелевого геохимического картирования м-ба 1: 200 000 на Алтайском полигоне (лист М-44-Х) выделены аномальные геохимические поля, совпадающие с известными Рубцовским, Золотушинским и Змеиногорским рудными районами и с вновь выявленным по результатам МГХК-1000 редко-метальным Покровским рудным районом.
В пределах Рубцовского рудного района площадью 1200 км2 помимо АГП известных Таловского и Рубцовского рудных узлов, установлены два АГП новых потенциальных рудных узлов колчеданно-полиметаллического типа со средней степенью перспективности:
Бобковский с прогнозными ресурсами Zn 377 тыс. т и Калиновский - Zn 1057, Pb 560 и Си 530 тыс. т. В пределах Золотушинского рудного района площадью 1500 км2 АГП подтверждены все известные рудные узлы и поля - Локтевское, Каменское, Орловское, Золотушинское, Гериховское, Титово-Сургутановское и Крючковское. Сделан вывод о возможности обнаружения новых месторождений колчеданно-полиметаллической формации в Золотушинском рудном узле, прогнозные ресурсы которого составляют, тыс. т: Zn 2000, Pb 600, Си 500. Помимо этого, выявлены АГП потенциального Николаевского рудного поля с прогнозными ресурсами Zn 300, Pb 87, Си 600 тыс. т.
Геохимические данные позволяют также прогнозировать выявление колчеданно-полиметаллического оруденения, перекрытого отложениями пихтовской свиты мощностью 400м, - Георгиевский потенциальный рудный узел, но эти данные требуют дополнительной проверки.
В пределах выявленного по геохимическим данным Покровского потенциального рудного района наибольшего внимания заслуживает АГП Саратовского потенциального узла, где прогнозируются редкометальные месторождения (Мо - 30, Y- 60 тыс. т), связанные с колизионными гранитами (Р). Перспективы остальных АГП либо слабые, либо неясные.
Все известные в пределах Восточно-Забайкальского полигона рудные объекты (месторождения, поля, узлы, районы) по данным МГХК-1000 зафиксированы аномальными геохимическими полями и оказались включенными в контуры выделенных металлогенических зон и районов. Особый интерес представляет Заткулейско-Торейская золоторудная зона (III). Входящие в нее Торейский, Даурский, Барунский, Заткулейский потенциальные рудные районы и в целом Заткулейско-Торейская потенциальная металлогеническая зона выделены ИМГРЭ и геохимической партией "Читагеолсъемка" по данным опробования почвенного горизонта В, донных отложений и коренных пород в юго-западной части полигона, где развиты аллохтонные отложения большой мощности, из-за чего ранее эта часть территории была недостаточно изучена. Районы выделены по небольшому числу проб (от 9 до 20) и полностью не оконтурены, что обусловило оценку их перспектив как неопределенные. Однако высокие концентрации золота в аномалиях (Кc 2, 3-37, 2), высокие коэффициенты вариации концентраций химических элементов (до 398%) позволяют уверенно прогнозировать в пределах описываемой металлогенической зоны возможность выявления месторождений золота - в коренных породах и россыпях.
По результатам МГХК-200, проведенного на Восточно-Забайкальском полигоне (лист М-50-III), АГП также оконтурены все ранее известные рудные узлы и поля - Нерчинский (3), Апрелиевский (4), Пешковский (8), Балейский (14), Кукульбейский (18) и др. Установлены два новых АГП ранга рудных полей (9 и 12) перспективные на выявление месторождений Be и Sn в альбитизированных и грейзенизированных гранитах. Большой интерес представляют участки АГП 1, 3 и 15. Развитие в этих аномалиях Hg, Sb и "шапок" сидерофильных элементов свидетельствует о незначительной эродированности рудовмещающих структур и о возможности обнаружения на глубоких горизонтах месторождений золота. Не оконтурены и требуют доизучения АГП 1 (Hg), 2 (Au). 11 (Au, Be, W), 17 (Au, W).
По результатам МГХК-1000 на Приморском полигоне аномальным геохимическим полям с полным комплексом благоприятных предпосылок и признаков соответствуют рудные районы и узлы всех известных в регионе месторождений (Вознесенский - 1, Кавалеровский - 4, Верхне-Иманский - 3, Дальнегорский - 5, Ольгинский - 6).
Выявлен новый Спасский рудный район (2), в пределах которого выделены геохимические аномалии трех потенциальных рудных узлов, перспективных на оловянно-редкометальные месторождения. Прогнозные ресурсы оцениваются: Zn - 270, Sn-130, Be-60 тыс. т, F -17 млн. т. Геохимические данные свидетельствуют о возможности открытия новых месторождений коренного золота (золото-кварцевой формации) в пределах Южно-Приморского (Находкинского) рудного района (7), где суммарные прогнозные ресурсы золота оценены около 250 т. Новые перспективные на золото, серебро (3, 5 тыс. т), медь (369 тыс. т) и скандий (170 тыс. т) площади установлены в пределах Лаоелин-Гродековской металлогенической зоны (1).
Таким образом, многоцелевое геохимическое картирование м-бов 1: 1 000 000 и 1: 200 000, проведенное в ряде перспективных регионов, позволило подтвердить все известные рудные районы, а также выявить потенциально перспективные аномальные геохимические площади различного ранга.