Структурный периодический прогноз эндогенных рудных объектов: методические аспекты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структурный периодический прогноз эндогенных рудных объектов: методические аспекты

Мовчан Игорь Борисович,

кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры геоэкологии,

Яковлева Александра Анатольевна,

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры высшей математики.

Санкт-Петербургский государственный горный институт (Технический университет)

В геологии под прогнозом традиционно понимают определение пространственной позиции и контуров тел детерминированного генезиса и вещественного содержания на основании набора эмпирических и в разной степени формализуемых критериев структурно-формационного, тектонического, минерагенического, геоморфологического, геофизического и пр. характера. Независимо от подхода имеют место три проблемы методического плана. Во-первых, способ прогноза, эффективный в руках отдельного специалиста, должен быть независим от конкретного опыта в силу существования строгого алгоритма действий и оценок конечного набора полуколичественных или количественных характеристических параметров геологической среды. Во-вторых, алгоритм, оценки и характеристические параметры часто представительны при обработке лишь определенного сорта экспериментального материала, тогда как проблема прогноза имеет комплексный характер и предполагает вовлечение в анализ как можно более широкого круга начальных данных. В-третьих, критериальная основа прогноза оказывается эффективной лишь на определенном уровне детальности исследований, хотя в идеале ставится задача создания такой основы, инвариантной относительно масштабных срезов.

В течение последних десяти лет нами развивается система описания структуры площадных данных, представленных в виде измеренных по площади скалярных полей разной природы и степени дискретизации. В условиях неравномерной изученности территории России приходится ориентироваться на наиболее частый вариант задания по площади исследуемого региона грави-магнитных полей и спектрозональных снимков. Кроме стандартной методики безэталонной классификации, а также распознавания образов с обучением, не существовало методических подходов к сопоставлению указанных данных в силу их разной природы и информативности. Гравитационное поле обладает низкочастотным пространственным Фурье-спектром, содержит отклики как от приповерхностных, так и от мантийных плотностных неоднородностей, относится к потенциальным физическим полям. Магнитному полю свойственен пространственный Фурье-спектр с низко- и среднечастотными информативными гармониками; поле можно отнести к квазипотенциальным и оно отражает эффекты от намагниченных неоднородностей, глубина которых ограничена точкой гистерезиса. Если структура грави-магнитных полей целиком обусловлена эндогенными факторами, то структура спектрозональных снимков определяется, в том числе, экзогенными факторами. Экзо- и эндогенные эффекты, проявленные в полутоновом муаре отдельного спектрального канала дистанционной основы (далее - космоснимка, космообраза), формально не разделить. С учетом относительно малой степени дискретизации полутонового поля отдельного космообраза это определяет пространственный Фурье-спектр, содержащий информативные гармоники во всей частотной плоскости. Полутоновое поле космоснимка (поле оптической плотности) не относится ни к потенциальным, ни к квазипотенциальным, что теоретически исключает возможность аналитического продолжения этого поля в область геологического пространства с последующей его структурно-вещественной реконструкцией. Несмотря на перечисленные особенности, взаимосвязь указанных скалярных полей очевидна: скалярные потенциалы гравитационного и магнитного полей связаны соотношением Пуассона, а в структуру этих полей существенный вклад вносят локальные формы дневного рельефа, которые, с одной стороны, функционально связаны с особенностями рельефа глубинных поверхностей раздела, а с другой стороны, определяют значимую часть аномалий поля оптической плотности дистанционной основы.

За пределами подобного теоретизирования традиционно каждое из полей интерпретировалось отдельно, после чего выполнялось большей частью интуитивное сопоставление результатов интерпретации. Вместе с тем, указанное наличие общности в семействе исходных разнородных косвенных измерений позволило нам предположить наличие общих структурных элементов в морфологии указанных полей, которые позволили бы не только решать содержательные задачи картирования и прогноза, но и формально сопоставлять эти поля друг с другом, избегая линейных корреляционных оценок. Применение последних даёт достаточно интересные результаты в случае сопоставления локальных выборок в скользящих окнах, но всегда осложнено формальными проблемами, связанными с оценкой степени однородности выборки, а также доинтерпретацией результатов корреляционного пересчета. Возвращаясь к общим структурным элементам, определим концепцию способа как выделение структурных особенностей, инвариантных относительно генезиса, потенциальности и степени дискретизации измеренного по площади скалярного поля. тектонический рудный контур эндогенный

Среди качественных методов первичной интерпретации геофизических полей известно построение структурно-корреляционных схем, в которых точки перегиба и одноименные точки экстремума соединяются линиями, предположительно маркирующими стратиграфические и тектонические контакты. Интрузивные внедрения по тектоническим контактам, гидротермальные замещения и локальные пликативы способны прервать наблюдаемую последовательность точек, например, с образованием вместо линейной области локальных экстремумов линейной градиентной области. Основным методом обработки поля оптической плотности было и остается линеаментное дешифрирование, в котором линейные и дуговые структурные элементы проводятся по гетерогенным формам ландшафта и маркируют преимущественно элементы дизъюнктивной тектоники, а также стратиграфические контакты. Можно видеть, что образ линеаризованного (спрямленного или сглаженного) структурного элемента применим как в геофизике, так и в аэрокосмогеологии. Казалось бы, большая степень дискретизации грави-магнитных полей по сравнению с полем оптической плотности исключает возможность сопоставления итоговых линеаментных схем. Вместе с тем, повторяемость на разных масштабных уровнях структурных форм в дизъюнктивной тектонике отмечал ещё в 60-х годах ХХ в. Гзовский, тогда как сегодня фрактальная унаследованность структурных форм разного порядка считается установленным фактом. Это объясняет достаточно точное совпадение детальных линеаментных полей, реконструируемых по аэро- или космоснимку, с более генерализованными линеаментными полями, рассчитанными по полям геофизическим. Общий алгоритм автоматизированного линеаментного дешифрирования неоднократно обсуждался нами ранее в ряде статей [1-3], поэтому отметим здесь принципиальные его особенности: поиск точек экстремума и точек перегиба в исходном скалярном поле; локальная сплайн-интерполяция в окрестности выявленных точек; расчет автокорреляционной функции поля с определением оптимальной длины элементарного линеамента; вращение элементарного линеамента относительно точки экстремума; определение оптимального простирания элементарного линеамента на основании дисперсионного критерия; объединение семейства элементарных линеаментов в дугу или протяженную линейную структуру на основании дисперсионного критерия. Часто отдельное скалярное поле содержит отклики от геологических неоднородностей разного ранга, т.е. возникает проблема линеаментного дешифрирования данного поля на разных уровнях генерализации. В этом случае в алгоритм включается элемент спектрального анализа, согласно которому в пространственном Фурье-спектре скалярного поля выявляются три базовых условно независимых диапазона, высоко-, средне- и низкочастотный. Выделение соответствующих компонент скалярного поля с применением апертур и спектральных окон в спектральной плоскости или эллиптических скользящих окон заданного азимута простирания в предметной плоскости с последующим автоматизированным линеаментным дешифрированием обеспечивает нас комплектом линеаментных схем на разных уровнях детальности (генерализации).

Собственно линеаментные схемы представляют собой относительно сырой материал, содержание которому придают, во-первых, связь этих схем с дизъюнктивной тектоникой, во-вторых, возможность классификации линеаментов по степени их доминанты (раздробленности, протяженности, формирования выраженных зон) в пределах исследуемого полигона. В частности, эти схемы можно как структурные шаблоны накладывать на совокупность априори известных эталонных объектов с целью выделения рудоконтролирующих структур. В число последних попадают:

- кольцевые структуры, в пределах которых эталонные объекты занимают наивероятнейшую позицию в центре, на периферии или в пределах кольцевых структур меньшего порядка, составляющих кольцевую структуру большего порядка;

- области дискордантного^* соотношения наложенных структурных планов, априори рассматриваемые как области наибольшей проницаемости земной коры, перспективные в отношении возникновения любых геологических аномалий;

- линейные (линеаментные) пространственные оси, на которых или в малой окрестности которых выстраиваются эталонные объекты с некоторым пространственным шагом [1];

- спиральные структуры, на дугах которых закономерно располагаются эталонные объекты. При этом спирали могут быть как результатом алгоритмического объединения вложенных кольцевых структур разного порядка, так и результатом физического проявления волновых процессов спонтанного структурирования геологической среды [4].

Специфика применения анонсируемого способа состоит в предельной минимизации априорной информации о районе работ, которая должна включать географические координаты, минимальные сведения о структурно-тектонической позиции района и расположении эталонных объектов. Единственным геофизическим материалом, закрывающим практически всю поверхность планеты и легко доступным как в плане заказа, так и в плане его оцифровки, являются материалы спектрозональной космосъемки. Включение в обработку дополнительных геофизических полей типа гравитационного в редукции Буге и/или аномального разностного магнитного поля способно уточнять результаты первичного прогноза. Все перечисленные выше тезисы, касающиеся как набора исходных данных и методики, апробированы в задачах первичного и детального прогноза эндогенных месторождений преимущественно черных, цветных и благородных металлов, а также трубок взрыва, как в пределах России, так и за рубежом (Мексика, Перу, Ангола, Намибия, Египет, Мозамбик). Нами планируется апробация при поисках на разных масштабных срезах структурных закономерностей пространственного размещения месторождений золота Енисей-Протеросаянской и Байкальской складчатых областей.

Литература

1. Петров О.В., Мовчан И.Б., Яковлева А.А. Спектральные алгоритмы прогнозирования новых золоторудных объектов в окрестности суперкрупного месторождения «Сухой Лог».// Региональная геология и металлогения. - №38. - 2009. - с. 92-106.

2. Петров О.В., Мовчан И.Б., Яковлева А.А. Дешифрирование потенциальных и непотенциальных полей Великобритании при реконструкции сети геологической трещиноватости.// Региональная геология и металлогения. - №34. - 2008. - с. 56-63.

3. Петров О.В., Мовчан И.Б., Яковлева А.А., Кирсанов А.А. Способ автоматизированного структурного дешифрирования космоснимков.// Региональная геология и металлогения. - №23. - 2005. - с. 105-121.

4. Петров О.В. Диссипативные структуры Земли как проявление фундаментальных волновых свойств материи. - СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ. - 2007. 304 с.

Размещено на Allbest.ru