Методические аспекты моделирования аномальной структуры геохимического поля (на примере золоторудного месторождения Чертово Корыто)
Ограниченность фонда месторождений, выходящих на дневную поверхность, существенно затрудняет поиски новых рудных объектов. В настоящее время совершенствуются известные методики обработки геохимической информации (Гаврилов и др., 2005; Григоров, 2007; Ворошилов, 2009) для разбраковки геохимических аномалий и расшифровки аномальной структуры геохимического поля (АСГП). Все это позволяет значительно увеличить вероятность обнаружения рудопроявлений на поисковой стадии геологоразведочных работ. Вполне очевидно, что корректная расшифровка АСГП на ранних стадиях геологоразведочного процесса призвана обеспечить экономию трудовых и материальных ресурсов, значительно сокращать время на выявление рудных объектов.
Рис. 1. Географическое расположение месторождения Чертово Корыто
Прогнозно-поисковые модели месторождений полезных ископаемых, получаемые посредством анализа и обобщения геологических, структурных, геохимических, геофизических и других данных, являются основой прогнозирования оруденения. Их создание дает возможность проведения сравнительного анализа с ними перспективных рудоносных площадей, рудопроявлений, рудных зон.
Одной из составляющих прогнозирования является математическое моделирование рудных объектов по результатам литогеохимических поисков по вторичным и первичным ореолам рассеяния (Инструкция …, 1983). Разработка методик установления уровня эрозионного среза оруденения и оценки его перспективности, начатая Л.В. Овчинниковым и С.В. Григоряном (Овчинников и др., 1973), продолжается и сейчас (Каменихин, 2010). Не всегда удается составить целостный образ месторождения в связи с воздействием различных природных процессов (денудация, выветривание и т.д.). Тем ценнее является информация, полученная по типовым объектам — пластовым залежам, минерализованным зонам, штокверкам и телам прочих морфологических видов, изученным на полную мощность, по падению и простиранию.
Целью настоящей работы явилось дешифрирование АСГП золоторудного месторождения Чертово Корыто для установления дополнительных поисковых критериев золоторудных объектов в черных сланцах. Картирование АСГП в пространстве осуществлялось с применением двух принципиальных подходов: первый подход основан на выделении ассоциаций химических элементов и анализе их распределения в пространстве, второй — на выделении областей пространства по тождественности геохимических характеристик.
Методика исследования
На месторождении Чертово Корыто (рис. 1, 2) выполнено разведочное бурение вертикальными колонковыми скважинами по сети 50х50 м и подсчитаны запасы категорий С1+С2. В основу работы положены результаты опробования керна скважин: секционное керновое — для определения содержания золота и секционное сколковое — для определения элементов-спутников золотого оруденения и характера их поведения в пределах рудной зоны. Длина керновых проб составляла в среднем 1 метр, секции сколкового опробования, при вариациях длины от 1 до 9 метров, в среднем — 3 метра. На первом этапе для оценки АСГП был выбран один из центральных разведочных профилей (БЛ 15).
Рис. 2. Схема геологического строения месторождения Чертово Корыто: 1) плохо отсортированные серые до темно-серых, от тонко- до среднезернистых, неяснослойчатые грубослоистые полевошпат-кварцевые песчаники, алевропесчаники, углеродистые и безуглеродистые; 2) плохо отсортированные темно-серые разнозернистые, от мелко- до крупнозернистых тонкослойчатые до грубослоистых полевошпат-кварцевые алевролиты, песчанистые алевролиты, углеродистые и безуглеродистые; 3) аргиллиты серицитовые с незначительным (до 25 об. %) содержанием или отсутствием обломочной фракции песчаной и/или алевритовой размерности, углеродистые и безуглеродистые; 4) азимут и угол падения слоев; 5) область сульфидной минерализации; 6) зоны тонкого рассланцевания и дробления пород; 7) тыловые зоны (хлоритовая, альбитовая, березитовая) рудовмещающего метасоматического ореола; 8) рудоконтролирующий разлом
Пробы на золото анализировались пробирным методом в лабораториях дочерних предприятий Ленской золоторудной компании: ООО «Тонода» и ОАО «Первенец», чувствительность метода составляла 0,1 г/т. Содержание золота определялось также атомно-абсорбционным методом, и им же проводился контроль результатов, полученных пробирным анализом, чувствительность метода составляла 0,01 г/т. Содержание 28 элементов анализировалось эмиссионным спектральным приближенно-количественным анализом в лаборатории Бодайбинской геологоразведочной экспедиции. Наибольший интерес представляют результаты определения Ag, As, Pb, Co, Cu, Ni, Zn. Другие элементы либо не определены вовсе, либо их содержания не выходят за пределы фоновых значений.
Для расчета статистических показателей по элементам-спутникам золотого оруденения были использованы анализы более 4000 секционных сколковых проб. Расчет фоновых содержаний элементов проводился по стандартной методике с использованием результатов анализов 170 проб, отобранных из двух скважин, расположенных на периферии месторождения.
При составлении схемы поперечной геохимической зональности использовались статистические расчеты ранговой корреляции, энергии рудообразования, дисперсии и вариации геохимического спектра, выполнялся кластерный и факторный анализы.
Различия методик опробования на золото, с одной стороны, и его элементы-спутники, с другой, не позволили оценить их взаимосвязи методами математической статистики. Сопоставление содержания золота и статистических показателей распределения элементов-спутников в горных породах проводилось по схемам.
Краткий очерк геологического строения месторождения
Ранее в работах (Кучеренко и др., 2008; 2009) приведены данные о геологической позиции и строении месторождения (рис. 2). В связи с этим здесь даны лишь краткие сведения об объекте изучения в соответствии с назначением данной статьи.
Месторождение располагается на севере Иркутской области в северной части Патомского нагорья (рис. 1). Оно является типичным представителем мезотермального золотого оруденения в черных сланцах.
Вмещающая оруденение раннепротерозойская толща углеродистых терригенных сланцев михайловской свиты образует брахисинклинальную складку с пологим (10–20°) падением слоев. Южное направление падения слоев на севере сменяется на западное и далее на северо-северо-западное на юге месторождения. Брахискладка рассекается тектоническим швом северо-северо-западного простирания, оперяющим Амандракский глубинный разлом. Свита сложена метаморфизованными до эпидот-амфиболитовой фации песчаниками, алевролитами, аргиллитами, подвергшимися воздействию гидротермального метасоматизма пропилит-березитового профиля. Рудовмещающие метасоматиты содержат многочисленные сульфидно-кварцевые прожилки и сульфидную вкрапленность пирита, пирротина, арсенопирита и других минералов. Рудная залежь оконтурена по данным непрерывного опробования, прослежена вдоль разлома на расстояние 1800 м, имеет максимальную около разлома мощность до 140 м, полого погружается на запад, постепенно выклиниваясь. Ширина ее в контуре промышленного оруденения — около 500 м.
Результаты исследования и их обсуждение
В основу анализа АСГП легли данные, полученные при опробовании первичных литогеохимических ореолов рассеяния из разведочных скважин колонкового бурения на одном из центральных разведочных профилей (БЛ 15). Как отмечалось ранее, различие в методах анализа, степени концентрации химических элементов и методиках опробования золота и его элементов-спутников не позволило провести сравнение их распределения между собой методами математической статистики. Сопоставление возможно лишь по схемам распределения содержаний.
Рис. 3. Схема распределения золота в поперечном разрезе (БЛ 15) рудовмещающего метасоматического ореола месторождения (Гаврилов и др., 2010). 1 — контуры рудной залежи и линз-сателлитов; 2 — разведочные скважины и их номера
Распределение рудогенных элементов в объеме месторождения не согласуется с нормальным и логнормальным законами. Содержание золота в рудном теле колеблется от миллиграммов до сотен граммов на тонну. Проба золота варьирует в пределах от 744 до 971 ‰ (Гаврилов и др., 2010).
В зависимости от принятого варианта кондиций размеры рудной залежи и количество запасов существенно изменяются. Рудная залежь оконтурена по бортовому содержанию золота 0,5 г/т (рис. 3). В центральной части наблюдается максимальная мощность рудного тела с наиболее богатыми рудными интервалами. По периферии залежь представлена отдельными маломощными выклинивающимися рудными линзами с более низкими содержаниями металла.
Среди элементов-спутников золотого оруденения наиболее контрастные аномалии в крупнообъемном метасоматическом ореоле создают Аs, Ag и Pb. Высококонтрастные ореолы Аs, на несколько порядков превышающие фоновые значения, в целом пространственно совпадают с контурами рудной залежи. Аномальные концентрации Ag частично совпадают с высококонтрастными ореолами золота. В целом же контрастные ореолы Ag, порой превышающие фоновые значения в сотни раз, хорошо коррелируют с рудными интервалами. Ореол Pb частично совмещен с контуром рудного тела. Его максимальные содержания достигают значений более чем в 300 раз превышающие фоновые.
В результате изучения взаимосвязи между рудогенными элементами методом ранговой корреляции установлено, что все элементы имеют друг с другом значимую положительную связь. Наибольшими значениями взаимосвязи отличаются Ni с Co, Pb, Cu, Zn и триада элементов Pb-Cu-Zn. Образующие в пределах месторождения контрастные аномалии Ag и As обладают несколько пониженным значением корреляционной связи (0,21). Таким образом, методом ранговой корреляции не удалось четко разделить элементы на отдельные группы, что, вероятно и прежде всего, связано с низким порогом значимости взаимосвязей при большом количестве обрабатываемых проб.
Для расшифровки АСГП месторождения были использованы показатели, характеризующие интенсивность процессов гидротермально-метасоматического рудообразования: энергия рудообразования (Сафронов и др., 1978), дисперсия и вариация геохимического спектра (Выборов и др., 1990).
Фоновые значения энергии рудообразования варьируют в пределах от -1 до 2 ед. и в объеме рудной залежи фиксируются крайне редко. Величина показателя достигает 104 ед. и более. В целом энергия рудообразования зависит от содержания доминирующего элемента — As. Исключение его из расчета приводит к уменьшению значений показателя на несколько порядков и к существенному сокращению объема рудовмещающего субстрата, характеризуемого максимальной энергией рудообразования.
Метод, обеспечивающий оценку степени дифференциации вещества по геохимическому спектру единичной пробы, был предложен С.Г. Выборовым и И.И. Быстровым. В основе расчета показателей дисперсии (ДГС) и вариации (ВГС) геохимического спектра лежат стандартные формулы дисперсии и вариации нормированных содержаний химических элементов. В окружающем крупнообъемный метасоматический ореол пространстве фоновые значения ДГС не превышают значений 0,n ед. Вместе с тем, в пределах рудной зоны значения показателя существенно возрастают, достигая максимума в отдельных пробах 105 ед. и более. Основной вклад в аномальные значения ДГС вносит As, что и обусловило взаимосвязь в распределении их ореолов.
Фоновые значения ВГС на периферии крупнообъемного метасоматического ореола не превышают 40 %. В пределах рудной залежи значения показателя варьируют от n до 250 %. Несмотря на то, что вариация является производной функцией от дисперсии, оба показателя несут различную генетическую информацию (Гаврилов и др., 2005). Аномальные значения ВГС далеко не всегда совпадают с аномалиями ДГС. Этот факт подтверждается и на примере месторождения Чертово Корыто. Высококонтрастные ореолы показателя совпадают в разрезе с площадью минерализованной зоны, что, очевидно, обусловлено резкой разницей в концентрации элементов в пределах рудного тела и его обрамления. В целом можно констатировать, что минерализованная зона месторождения характеризуется крайне неравномерным распределением содержания рудогенных элементов с ВГС > 140 %. Исключение из расчетов показателей ДГС и ВГС As также приводит к уменьшению их величин на несколько порядков и к значительному сокращению объема высококонтрастных ореолов.
Таким образом, показатели интенсивности процессов рудообразования хорошо картируют объем метасоматического ореола, в котором располагается минерализованная зона. Однако они не позволяют, без дополнительных операций (разбивка химических элементов на ассоциации по определенному принципу), расшифровать АСГП месторождения.
Кластер-анализом в объеме минерализованной зоны было выделено 5 классов проб. В первом и четвертом классах среди рудогенных элементов не установлено значимых связей. Во втором кластере обособились Cu, Zn, Ag, Pb, характеризующие галенитхалькопирит-сфалеритовую ассоциацию. Третий класс проб отличается существенным вкладом в него Co и Ni, которые связаны со становлением пирит-пирротиновой ассоциации. В последнем пятом кластере доминирующую роль занимает As, активно участвующий в арсенопирит-пиритпирротиновой ассоциации. Выявленные ассоциации химических элементов согласуются со стадийностью минералообразования, установленной в ходе проведения структурнопетролого-геохимических исследований на месторождении Чертово Корыто (Кучеренко и др., 2008). Тем не менее, ограниченное количество химических элементов, участвующих в расчете, внесло свои коррективы в распределение кластеров в объеме месторождения. Четкой картины зонального строения геохимических ореолов на основе кластер-анализа не получено.
Для уточнения ассоциаций химических элементов с целью расшифровки АСГП также выполнен факторный анализ. Вкладом в общую дисперсию в размере 64 % отмечены первые три фактора. Основной вклад в первый фактор, с долей общей дисперсии 30 %, вносят Pb, Zn, Ag. Наибольшими нагрузками на второй фактор, с вкладом в общую дисперсию 20 %, характеризуются Co, Cu, Ni. В третьем факторе обособился один элемент — Аs. Все это может свидетельствовать о привносе этих элементов гидротермальными растворами и осаждении их в виде собственных минералов и элементов-примесей. Выявленные ассоциации химических элементов также вписываются в схему стадийности минералообразования (Кучеренко и др., 2008). Таким образом, разделение совокупности рудогенных элементов на три геохимические ассоциации указывает на различные условия и время образования рудной минерализации в пространстве крупнообъемного метасоматического ореола.
Рис. 4. Геохимическая зональность золоторудного месторождения Чертово Корыто в поперечном разрезе БЛ 15. Условные обозначения см. на рис. 3
На основе обработки геохимических данных методами математической статистики составлена схема поперечной геохимической зональности месторождения по БЛ 15 (рис. 4).
Контрастный ореол Со и Ni совпадает в плоскости разреза с рудной залежью, частично с Ag-Pb-Zn-Cu ассоциацией, занимая и более периферийное положение в минерализованной зоне. Оба металла выделены из ранних гидротермальных растворов, отложивших пирит-пирротиновую минерализацию. Во второй группе обособился только один элемент — As, фиксация которого в арсенопирите происходила в составе более поздней арсенопиритпирит-пирротиновой ассоциации. При наибольшем пространственном совмещении высококонтрастного ореола As и минерализованной зоны в целом наблюдается некоторая разобщенность в распределении его ореолов и ореолов золота. Контрастный ореол наиболее поздней Ag-Pb-Zn-Cu ассоциации также совпадает с рудной залежью, расположен в том числе и по ее периферии, но занимает более внутреннюю зону относительно ранней Со-Ni геохимической ассоциации.
Заключение
Методики дешифрирования геохимического поля разноранговых объектов целесообразно применять с использованием всех имеющихся средств. Это означает, что необходим комплексный анализ изучаемых объектов с применением методов и подходов, зарекомендовавших себя при проведении прогнозно-поисковых работ. Основой выявления рудных объектов должна служить структура геохимического поля. Как свидетельствует практика геологоразведочных работ, аномалии золота, выявляемые при геохимических исследованиях, не могут дать однозначного указания на наличие рудного объекта. В качестве дополнительного критерия полезно учитывать зональную структуру геохимического поля.
В практике применение традиционных и нетрадиционных методов анализа геохимического поля их перечни существенно различаются в зависимости от стадии геологоразведочных работ, целей и задач проводимых исследований. В одних случаях достаточно определить закон распределения, фоновые и минимально-аномальные содержаниях рудообразующих элементов, построить схемы их распределения. Однако в большинстве случаев целесообразно для установления ассоциаций рудогенных элементов и выявления комбинированных статистических показателей геохимической зональности как одного из способов прогноза применять более сложные методы анализа и следующие из него графические построения.
Установленную геохимическую зональность, возможно, с более широким спектром элементов рудных ассоциаций, целесообразно использовать при проведении площадных литогеохимических поисков на перспективных площадях и при интерпретации данных, полученных по единичным горным выработкам и скважинам.
На примере месторождения Чертово Корыто показано, что ранговой корреляцией ассоциации химических элементов не выделяются, что, вероятно, обусловлено особенностями распределения здесь рудогенных элементов. Показатели интенсивности процессов рудообразования без предварительного выделения групп элементов также не обеспечивают получение дополнительных знаний о характере и структуре геохимического поля месторождения. Последовательность геохимической зональности метасоматического ореола месторождения получена с применением факторного и кластерного анализов. Выделено три ассоциации рудогенных элементов (от ранней к поздней): Со-Ni, As, Ag-Pb-Zn-Cu. Созданная схема геохимической зональности внутри гидротермального рудовмещающего метасоматического ореола демонстрирует его концентрически зональное строение. Она согласуется с результатами, полученными в золоторудных месторождениях других регионов С.А. Григоровым (2007), В.Г. Ворошиловым (2009) и др.
Таким образом, некоторые из рассмотренных методик обработки геохимических данных обеспечивают получение дополнительной информации об АСГП в золотоносной черносланцевой толще. Эти методики целесообразно использовать для интерпретации особенностей строения геохимических полей потенциально рудоносных площадей в аналогичных условиях. Локализация перспективных участков и прогноз рудных залежей возможны по результатам площадного литогеохимического картирования и по данным, получаемым в единичных горных выработок и скважинах. Знание особенностей АСГП и положения рудных тел в геохимических полях в комплексе с другими данными ориентировано на более корректное прогнозирование золоторудных объектов.
1. Ворошилов В.Г. Аномальные структуры геохимических полей гидротермальных месторождений золота: механизм формирования, методика геометризации, типовые модели, прогноз масштабности оруденения // Геология рудных месторождений. — 2009. — Т. 51. — С. 3–19.
2. Выборов С.Г., Быстров И.И. Опыт использования комплексного показателя нарушенности геохимического поля для прогнозирования оруденения // Известия ВУЗов. Геология и разведка. — 1990. — № 4. — С. 102–110.
3. Гаврилов Р.Ю., Поцелуев А.А. Методические аспекты оценки неоднородности геохимического спектра геологических образований // Известия Томского политехнического университета. — 2005. — Том 307. — № 5. — С. 40–46.
4. Гаврилов Р.Ю., Кучеренко И.В., Мартыненко В.Г., Верхозин А.В. Объемная геолого-геохимическая модель мезотермального золоторудного месторождения Чертово Корыто (Патомское нагорье) // Известия Томского политехнического университета. — 2009. — Т. 315. — № 1. — С. 30–43.
5. Гаврилов Р.Ю., Кучеренко И.В., Мартыненко В.Г., Верхозин А.В. Структура геохимического поля мезотермального золоторудного месторождения Чертово Корыто (Северное Забайкалье) // Разведка и охрана недр. — 2010. — № 11. — С. 19–24.
6. Григоров С.А. Основы структурной интерпретации геохимических полей рудных объектов для целей их локализации и оценки // Отечественная геология. — 2007. — № 4. — С. 45–52.
7. Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений. — М.: Недра, 1983. — 191 с.
8. Каменихин Н.Т. Метод разбраковки геохимических и гидротермальных аномалий на ранних стадиях исследования // Руды и металлы. — 2010. — № 4. — С.66–82.
9. Кучеренко И.В., Гаврилов Р.Ю., Мартыненко В.Г., Верхозин А.В. Петрологогеохимические черты рудовмещающего метасоматического ореола золоторудного месторождения Чертово Корыто (Патомское нагорье) // Известия Томского политехнического университета. — 2008. — Т. 312. — № 1. — С. 11–20.
10. Кучеренко И.В., Гаврилов Р.Ю., Мартыненко В.Г., Верхозин А.В. Структурно-динамическая модель золоторудных месторождений, образованных в несланцевом и черносланцевом субстрате. Ч. 2. Месторождение Чертово Корыто (Патомское нагорье) // Известия Томского политехнического университета. — 2009. — Т. 314. — № 1. — С. 23–38.
11. Овчинников Л.Н., Григорян С.В., Баранов Э.Н. Зональность первичных геохимических ореолов гидротермальных месторождений и их поисковое значение. — Изв. ВУЗов. Геология и разведка. — 1973. — № 10. — С 76–89.
12. Сафронов Н.И., Мещеряков С.С., Иванов Н.П. Энергия рудообразования и поиски полезных ископаемых. / под общ. ред. Н.И. Марочкина. — Л.: Недра, 1978. — 215 с.
Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 1 (11)/февраль 2011 г.
