Статья - Аэро2_Пахомов
реклама
АЭРОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ПОИСКАХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАНА. Пахомов В.И., Перевозчиков Л.Ф. Центр экологического и техногенного мониторинга. В настоящее время аэрогеофизические методы изучения геологического пространства применяется для поисков месторождений ряда полезных ископаемых. Обширность территории России и труднодоступность отдельных её районов обусловили широкое распространение этого высокоэкспрессного и относительно дешёвого направления исследования. В аэрокомплекс, устанавливающийся на одном борту, чаще всего входят магниторазведка и аэрогамма-спектрометрия. В отдельных проектах применяется аэроэлектроразведка в модификации трех-четырех частотном ДИП, реже, СДВР и тепловизионная съемка. В последнее время при среднемасштабных съемках проводятся аэрогравитационные исследования. Аэрогеофизические исследования при поисках месторождений урана решают ряд задач, различающихся по сложности. К ним относятся: 1) прямые поиски месторождений урана различных генетических типов; 2) выделение локальных участков, благоприятных для обнаружения месторождений урановых руд; 3) прогнозно-металлогенические исследования, направленные на оценку перспектив ураноносности обширных территорий (структурно-металлогенических зон, областей и т. д.). Задача прямых аэропоисков урановых руд решается в случае выхода рудного тела или ореолов на дневную поверхность. Следует отметить, что задача прямых поисков затруднена ландшафтными условиями, которые маскируют и экранируют информацию о наличии уранового оруденения. Выделение локальных участков решается на основе интерпретации карт концентраций радиоактивных элементов, получаемых при АГСМ-съемке, совместно с другими аэрогеофизическими материалами. Интерпретация проводится как на качественной основе, путем использования косвенных радиогеохимических признаков, контролирующих урановое оруденение, так и с применением количественных методов. радиогеохимическим признакам в первую очередь могут быть отнесены (1): К косвенным - наличие зон (областей) нарушения первично-конституционального распределения радиоактивных элементов, отмечающих характерные гидротермальные изменения горных пород, сопутствующие оруденению; - повышенные содержания урана (радия) и тория в магматических породах наиболее поздних стадий развития геосинклиналей; - повышенные содержания урана (радия) и тория в наиболее поздних дифференциатах магматических пород периода постгеосинклинальной активизации; - дифференцированный характер распределения урана (радия), тория и калия в контактовых зонах интрузивных пород. Аэрогеофизические данные при прогнозно-металлогенических построениях используются для выявления первичного распределения радиоактивных элементов в горных породах и отклонений от него: - выделения зон привноса – выноса и дифференциации; - областей необычных соотношений и сочетаний радиоактивных элементов, радиогеохимической специализации; - темпа накопления или снижения концентраций на разных стадиях проявления магматического очага. В настоящий момент аэрогеофизической съемкой разных масштабов покрыто колоссальное количество площадей. При этом большая часть снималась аэрокомплексом, включающим в себя магниторазведку и аэрогамма-спектрометрию в разные годы, с разной точностью и разной геодезической привязкой. Применение современной аппаратуры измерения и геодезической привязки позволяет получать высокоточные карты исследуемых параметров. В тоже время многолетний опыт наших исследований показывает, что одним из важнейших направлений в разработке новейших технологических схем в системе прогноз – поиск – оценка является совершенствование известных и разработка принципиально новых методов получения геологической информации только в комплексе с единой методологией ее обработки. Причем, по нашему мнению, методология обработки информации представляет важнейшую часть всего прогнозно-поискового процесса. Действующая в настоящее время методология обработки исходных геологических, геофизических и геохимических данных при прогнозировании рудоносности ограничивается изучением отдельных структурных элементов сложных и дискретных геологических образований, не уделяя достаточного внимания характеру и особенностям связей между ними. Такой подход позволяет использовать лишь весьма малую часть полезной информации, содержащейся в исходных эмпирических данных. Более прогрессивная методология возможна на основе системного подхода к изучению рудоносных участков. При таком подходе эти участки рассматриваются как сложно построенные объекты, обладающие многоуровенным иерархическим строением не только рудовмещающих геологических структур, но и самих рудных образований. В целях решения прогнозно-поисковых задач оперируют иерархическими системами рудоносных участков, уровни строения которых соизмеримы с размерами рудных тел, зон, месторождений, полей, узлов, районов и т.д. Любая геологическая, геофизическая или геохимическая информация об объектах исследования получается путем измерения тех или иных свойств в конкретных точках геопространства, т.е. относится к геоизмерениям (2) со своими характеристиками. Рассмотрим некоторые особенности получаемой аэрогеофизической информации, что позволит более корректно и объективно подойти к выбору методики её обработки для целей прогнозирования и поисков месторождений урана. Исходя из теории геоизмерений, базой единичного наблюдения АГСМ-съемки служит параллелепипед со сторонами 550 х 550 х 0,5 м. При съемке масштаба 1:50 000 безразмерный коэффициент L l (где l- база единичного наблюдения, а L- ячейка сети наблюдения) будет меньше или равен единицы. В тоже время значение коэффициента L l определяет выбор оптимальной модели обрабатываемых величин. Так значения К>1 указывает на отчетливо выраженный пространственно- дискретный тип наблюденных переменных, отсутствие функциональных и значимых корреляционных связей между их значениями в смежных точках наблюдения и на неправомерность использования детерминированных моделей в целях их обработки. Значения К<1 свидетельствуют о принадлежности наблюденных переменных к пространственно-непрерывному типу, для которого характерно проявление значимых корреляционных или функциональных связей между значениями признака в смежных точках, что позволяет использовать детерминисткие модели их обработки. Значения К=1 дает основание считать тип наблюдаемых переменных квазинепрерывными. Следует отметить тот факт, что в геологической практике существует две принципиально разные задачи: геологическое картирование и поиски месторождений полезных ископаемых. Цели решения этих задач разные. Так целью решения задачи геологического картирования является точное выделения геологического тела, а критерием правильности решения поставленной задачи является точное проведение границ геологического тела. В тоже время, целью решения задачи поисков месторождений полезных ископаемых является выявление местоположения полезного ископаемого, а критерием правильности решения поставленной задачи является вероятность обнаружения месторождения полезного ископаемого. Это две принципиально разные задачи, что и определяет необходимость применения разных методологий к их решению. В настоящий же момент все применяемые методы обработки геологической, в том числе и геофизической, информации чаще всего нацелены на решение задачи геологического картирования. Например, наиболее важным и определяющим при обработке геологической информации является понятие «аномалия». С точки зрения решения задачи геологического картирования необходимо выделить аномалию наиболее точно, что в дальнейшем позволит оконтурить геологическое тело, как по площади, так и по глубине. В связи с этим для выделения аномалии используются методы, оценивающие тонкую структуру полей: сплайнфункции, вейвлет-анализ и другие современные математические методы. В тоже время при решении задачи поисков месторождений полезных ископаемых понятие «аномалия» осталось достаточно неопределенным. Корректное использование системного подхода при обработке и интерпретации эмпирических данных для целей прогнозирования и поисков требует уточнения общепринятых понятий и терминов, а также их увязки с конкретными уровнями строения изучаемых участков недр. Достаточно неопределенное понятие "фона" и "местного фона" может быть заменено понятием натурального фона рудного образования конкретного иерархического уровня. Аналогично аномальные площади также должны определяться применительно к каждому иерархическому уровня строения рудоносных образований. Для целей объективного прогноза необходимо располагать характеристиками, отражающими рудообразующие процессы. Если учесть, что рудообразующие процессы какого-либо этапа геологического развития, то к таким характеристикам могут быть отнесены качественные и количественные изменения параметров рудоносных образований при переходе с одного структурного уровня на другой. Отсюда характеристиками рудных объектов конкретных иерархических уровней могут являться разностные составляющие качественных и количественных параметров "целых" сопряженных иерархических уровней. По совокупности этих характеристик может быть определена направленность развития рудообразующих процессов, их интенсивность и экстенсивность. Так, в качестве количественного параметра оценки рудного образования какого-либо иерархического уровня могут быть использованы разности значений оценок математического ожидания содержаний элементов - индикаторов оруденения, их дисперсий, характеристик аномальности этих параметров или другие количественные характеристики "целых" одного уровня строения рудных образований относительно аналогичных параметров предыдущего более низкого уровня строения, т.е. C j C j C j 1 . Характеристика C j может быть названа неоднородностью заданного уровня строения рудных образований. В такой трактовке значение "целого" более низкого уровня в конкретной точке пространства выступает в качестве фона для значения "целого" последующего более высокого уровня строения рудных образований. Так, например, на рис.46 представлены схематические графики содержаний тория и урана с выделением фонов и неоднородностей различного уровня строения. В связи с этим необходимо говорить о фонах и аномалиях различных статистических параметров конкретных иерархических уровней. Таким образом можно говорить об выделении аномалий дисперсий содержаний какоголибо элемента уровня рудного поля, аномалий коэффициентов корреляций плотности и магнитной восприимчивости уровня месторождения, аномалий энтропии содержаний элементов уровня рудного узла и т.п. Для оценки аномальности в рассматриваемом случае может быть применен хорошо зарекомендовавший себя безразмерный параметр t , представляющий собой величину неоднородности, нормированную на ее среднее квадратичное отклонение: tj C j ( 2 ) j , где C j - неоднородность j - го уровня; ( 2 ) j - остаточная дисперсия j - го уровня строения. Вероятность значимого отклонения от фона может быть найдена по таблицам значений функции Лапласа. Использование параметра t при обработке количественной информации позволяет выделять аномалии рудных образований различных иерархических уровней, как самих значений изучаемых признаков и совокупности признаков, так и их статистических параметров (дисперсий, коэффициентов корреляций, эксцессов, асимметрий и др.). Например, если в качестве "целого" разных иерархических уровней выступают абсолютные значения какого-либо свойства уровней месторождения и рудного поля, то составляющая уровня рудного поля выступает в качестве фона уровня месторождения. В то же время неоднородность уровня месторождения в i - ой точке геопространства выделяется как разность абсолютных значений свойства указанных уровней, т.е. X iм X iм X iп , где X iм - значения свойства уровня месторождения в i - ой точке пространства; X iп значение свойства уровня рудного поля в i - ой точке пространства. Степень аномальности оценивается через критерий Стьюдента по следующей формуле: X iм t xм N ( x2 ) м где (X ( x2 ) м , м 2 ) . N 1 Аналогично может быть оценена степень аномальности дисперсии какого-либо свойства уровня месторождения: t Dм Diм , ( D2 ) м N ( ) D D D , м i где м i п i м 2 D (D м 2 ) . N 1 Точно также, если рассматривать аномалии коэффициентов корреляции уровня рудного поля, то формула для оценки степени аномальности имеет следующий вид: t rп ri п ( r2 ) п , N ri ri ri , п где п y ( ) 2 п r (r п 2 N 1 ) . а аномалии отношений двух свойств уровня месторождения описываются следующей формулой: t xм/ y где (x / y) м ( x / y) м ( x / y) п ; (x / y ) м ( 2 x / y ) м , ( x / y) м x м / y м ; ( x / y) п x п / y п N ( 2 x/ y ) м [(x / y) м 2 ] . N 1 Использование ряда подобных показателей по всей совокупности структурных уровней рудоносных образований способствует выявлению специфических особенностей рудоносных систем и открывает возможности их количественного описания. Для иллюстрации возможностей применения математической модели системного анализа разноуровенной информации с целью прогнозно-поисковых построений могут служить результаты обработки данных аэрогамма-спектрометрии на известных рудных объектах. На рис.1 представлена карта изолиний содержаний урана уровня месторождения на площади, примыкающей к Оловскому месторождению. Для получения указанной карты были выделены составляющие уровней месторождения и рудного поля, используя при этом статистические "окна" размером, соответственно, 2х2 км и 10х10 км. Неоднородность содержаний урана уровня месторождения определялась как разность указанных составляющих в конкретных точках пространств. На представленной карте рудные тела Оловского месторождения отчетливо совпадают с повышенными значениями содержания урана. Рисунок 2 представляет собой карту изолиний критерия аномальности содержания урана уровня месторождения ( t Uм ) на площади, примыкающей к Оловскому месторождению. В пределах рассматриваемой территории выделяются как положительные ( tUм 1 ), так и отрицательные ( tUм 1 ) аномалии содержания урана уровня месторождения. На полученной карте рудные тела Оловского месторождения отчетливо совпадают с положительными аномалиями содержания урана. В урановой поисковой геологии существует метод оценки эпигенетической мобилизации урана в кристаллических породах, основанный на изучении корреляционной связи величин торий-уранового отношения горных пород с содержанием урана. В этом случае области, характеризующиеся отрицательными значениями указанного коэффициента корреляции, есть площади с перераспределением урана, что отчетливо видно на рис.3. Отсюда, оценку перспектив ураноносности территорий можно проводить на основе изучения комплексного критерия аномальности T tU tTh / U 2 На рисунке 4 рудные тела Оловского месторождения чётко обособлены в рамках положительных аномалий комплексного критерия уровня рудного тела. С точки зрения общей теории систем рудные системы относятся к разряду динамических природных систем, для которых характерно направленное развитие, т.е. поведение, подчиненное достижению определенной цели. Характеристиками развития динамической системы в общей теории систем являются качественные и количественные изменения при переходе с одного структурного уровня на другой более высокий уровень, которые определяют направленность развития. Общей же характеристикой направленности развития системы является суммарная составляющая изменений, приводящих к достижению цели. Отсюда, формирование и масштаб рудных концентраций определяются совокупным действием глобальных, региональных, местных и локальных факторов рудоконцентрации. Это условие, характеризующее рудные системы, сформулировано как свойство конгруэнтности, т.е. совмещение в пространстве аномальных геологических объектов смежных иерархических уровней. Степень совмещенности (пересеченности) аномалий различных признаков может быть оценена комплексным критерием аномальности. Следовательно, указанный параметр может быть использован и для выявления местонахождения полезных ископаемых по разноуровневой информации. Вследствие этого, для решения задачи оценки перспектив территории предлагается применять следующий комплексный критерий перспективности, основанный на свойстве конгруэнтности: П где М t xM t xП t xу t xP t xПР . 5 t xM , t xП , t xу , t xP , t xПР - величины, отражающие степень аномальности качественных и количественных характеристик соответственно на уровнях строения месторождения, рудного поля, рудного узла, рудного района, рудной провинции. Выявление местонахождения полезного ископаемого в пределах уже известных рудных узлов может основываться на следующем критерии перспективности : ПМ t xМ t xП , 2 а при оценке перспектив известных рудных районов этот критерий имеет вид: ПП t xП t xу , 2 Применение указанных критериев для выявления местонахождения полезного ископаемого позволяет достаточно эффективно локализовать участки под постановку последующих работ. В качестве примера рассмотрим результаты такого подхода на площади рудного узла с известными перспективами. Так, выделение перспективных площадей, опирающееся на разноуровневую информацию по результатам АГСМ-съемки, проведено в пределах Дербинско-Бирюсинской зоны. В связи с тем, что оценка перспективности проводится по известному рудному узлу, то для этих целей был рассчитан следующий критерий перспективности уровня месторождения: ПМ tUМ tUП , 2 Для этих целей были получены карта изолиний критерия аномальности содержания урана уровня месторождения (рис.4) и уровня рудного поля (рис.5). Результирующая карта положительных аномалий критерия перспективности уровня месторождения по ДербинскоБирюсинской зоне представлена на рис.6. На этой карте известные урановые месторождения (Солонечное и Россохинское) выделяются четкими аномалиями. Совместный анализ перспектив Дербинско-Бирюсинской зоны на уран по разноуровневым характеристикам (рис.6) и одноуровневым (рис.7) показывает хорошую их сходимость, что позволяет сделать вывод об эффективности рассматриваемых подходов. Смешанная (одно- и разноуровенная) информация наиболее полно отражает рудные системы, как единых в своих рудоконтролирующих и рудоконцентрирующих свойствах. В связи с этим предлагается для решения задачи выявления местонахождения полезных ископаемых, например, по геохимическим данным, применять следующий комплексный критерий перспективности: ПМ K K 1 1 t xj t Dj 2K , где t j x t xM t xП t xу t xP t xПР ; t j D t DM t DП t Dу t DP t DПР ; t xM , t xП , t xу , t xP , t xПР - величины, характеризующие аномальность содержания рудного элемента соответственно на уровнях строения месторождения, рудного поля, рудного узла, рудного района, рудной провинции; t DM , t DП , t Dу , t DP , t DПР - величины, характеризующие аномальность дисперсии содержания рудного элемента соответственно на уровнях строения месторождения, рудного поля, рудного узла, рудного района, рудной провинции. В заключении следует отметить, что применение на практике рассматриваемого подхода к обработке аэрогеофизической информации позволит включить в анализ результаты разновременных и разноточностных съемок, которые в данный момент не востребованы. Кроме этого обработка результатов аэрогеофизических съемок на новых методологических принципах позволит провести переоценку ураноносности территорий без привязки к каким-либо генетическим моделям формирования месторождений, что дает возможность найти месторождения урана нового промышленного типа. Список литературы. 1. Л.Н.Вавилин и др.Аэрогамма-спектрометрия в геологии. Л. Недра, 1982 г. 2. В.И. Пахомов. Общая теория обнаружения месторождений полезных ископаемых. М, ООО «АРТЕКС-ЛЮКС», 2002 г.
