Физико-геологические модели формирования рудоносных систем юга Дальнего Востока России

^{Размещено на http://www.allbest.ru/}

На правах рукописи

Автореферат диссертации

^{Физико-геологические} модели формирования рудоносных систем юга Дальнего Востока России

Копылов Михаил Иннокентьевич

^{Специальности:}

^{25.00.10-геофизика, геофизические методыпоисков полезных ископаемых}

^{25.00.11- геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения}

^{Иркутск, 2010}

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии ФГУП «Дальгеофизика».

^{Научный} консультант: член-корреспондент РАН, доктор геолого-минералогических наук С.М. Родионов доктор геолого-минералогических наук, профессор, Н.П. Романовский Институт тектоники и геофизики РАН, г. Хабаровск

^{Официальные оппоненты}:

^{Доктор геолого-минералогических наук, профессор Поспеев Александр Валентинович, ЗАО «Восточный Геофизический Трест», г. Иркутск;}

^{Доктор геолого-минералогических наук, профессор Кочнев Анатолий Петрович, Иркутский государственный технический университет, г. Иркутск;}

^{Доктор геолого-минералогических наук Ван-Ван-Е Анатолий Петрович, Институт горного дела РАН, г. Хабаровск.}

^{Ведущая организация: Институт геологии и природопользования Дальневосточного отделения РАН, г. Благовещенск.}

^{Защита состоится « 28 » сентября 2010 г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д 212.073.01 при Иркутском государственном техническом университете по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, тел. (факс) (8-3952) 405-112, seminsky@istu.edu}

^{С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.}

^{Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю совета Галине Дмитриевне Мальцевой.}

^{Автореферат разослан: августа 2010 г.}

Ученый секретарь Диссертационного совета Г.Д. Мальцева

E-mail:dis@istu.edu; (8-3952) 405-348, 89149323049

Общая характеристика работы

Актуальность работы определяется необходимостью совершенствования методики поисков и прогнозирования рудных месторождений на основе анализа геолого-геофизических данных. По данным комплексных геолого-геофизических исследований, в первую очередь глубинных методов, возможно создание объемных моделей рудоносных систем (РС), что позволит более эффективно проводить прогнозирование и поисково-оценочные работы по выявлению месторождений золота, олова, титана, меди и других полезных ископаемых.

Практическая задача прогноза и эффективного поиска месторождений взаимосвязана с познанием особенностей глубинного строения литосферы в области развития РС. Реализация этой проблемы необходима как в известных оловорудных (Хинганский, Комсомольский, Кавалеровский, Баджальский), золоторудных (Кировский, Верхне-Селемджинский, Покровский, Березитовый, Нижнеамурский, Охотский), титанорудных (Каларский, Джугджурский), так и во вновь изучаемых районах для выявления новых рудных зон и тел. Сочетание малоглубинных и глубинных геолого-геофизических методов позволяет представить в целом модель РС от очага зарождения до образования в верхней части месторождений. При локализации месторождений, рудных зон, тел существенная роль принадлежит различным типам барьеров: геохимическим, петрофизическим, геодинамическим, электрохимическим и др., которые в настоящее время не всегда учитываются и изучаются. Использование барьерных и экранных явлений при составлении композитных моделей значительно повышает эффективность геолого-геофизических работ при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.

Цель исследований. Построение физико-геологических моделей рудоносных систем на основе геологических, геохимических, геофизических, петрофизических, петрохимических данных и их использование для прогнозирования, поисков и оценки промышленно значимых месторождений (Au, Sn, Cu, Ti и др.) в пределах юга Дальнего Востока.

Задачи исследований. Основные задачи для решения поставленных проблем состоят в следующем:

1. Исследование системных связей между петрофизическими, геофизическими, геохимическими характеристиками литосферы и рудоносных систем различных иерархических уровней.

2. Изучение миграционных свойств рудных элементов в литосфере на основе их атомного строения, распространенности, закономерностей в распределении как рассеянных, так и концентрированных элементов с целью определения их роли при формировании рудоносных систем.

3. Исследование физико-химических процессов, возникающих на границе разных сред на микро- и макроуровнях, участвующих в образовании барьеров. Исследование геофизических, геохимических, петрофизических, параметров, характера их корреляционных зависимостей в областях метасоматической проработки пород с целью выделения барьеров, экранов, способствующих локализации рудных месторождений.

4.Создание физико-геологических моделей литосферы, рудоносных систем и месторождений для решения задачи поисков и прогнозирования.

5. Изучение специфики прогнозирования рудных месторождений на основе составленных моделей РС различных типов и иерархических уровней с использованием комплексных критериев (рудоконтролирующих, рудовмещающих, степени сохранности), с учетом типов земной коры и литосферы.

Методика исследования состояла в систематизации и обобщении геологических, геохимических, геофизических, петрофизических данных по югу ДВ автора и других исследователей. При создании геофизических моделей литосферы проводились специализированные глубинные геофизические исследования (?g, V_р, ?Т, с ), лабораторные работы по целенаправленному изучению петрофизических свойств среды, районирование типов земной коры и литосферы. Для геохимической характеристики литосферы как среды формирования РС проводился сбор и анализ химических и спектральных данных по штуфам, образцам, канавам, скважинам, штольням с целью изучения закономерностей распространения рассеянных и концентрированных рудных элементов, определения коэффициента концентрации и их роли в формировании рудоносных систем. При изучении барьерных явлений методика состояла в теоретическом и практическом исследовании барьерных процессов (на микро- и макроуровнях) с выделением эндогенных геохимических, структурно-геодинамических и электрохимических барьеров, определении их роли при локализации месторождений. При создании физико-геологических моделей РС разных иерархических уровней изучался вещественный состав магматических, метасоматических, вмещающих пород, выявлялись особенности распределения геохимических, геофизических, петрохимических и петрофизических параметров в пределах рудных районов, узлов, рудных полей и месторождений. Систематика РС приведена по формационному и генетическому принципам. На основе созданных комплексных моделей, поисковых критериев и признаков проводились поисковые и прогнозные работы с использованием геохимических, структурно-геодинамических и электрохимических барьеров в оловорудных, золоторудных, титанорудных и других рудных районах юга Дальнего Востока.

Защищаемые положения сводятся к следующему:

1. Геофизические, петрофизические параметры (?g, V_р, ?Т, с, Q) обладают сложной геологической, физической информацией о вещественном составе и структурных элементах слоёв литосферы. На основе анализа этих данных представлены физико-геологические модели литосферы (ФГМ) и оловорудных, золоторудных, меднорудных и титанорудных рудоносных систем (РС), повышающие эффективность поисков и прогнозирования рудных месторождений [10,17,21,26, 27, 59, 64, 66,67].

2. Распределение основных породообразующих элементов (O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, Mn, Ti, P, H) и их корреляционных связей с геофизическими, петрофизическими параметрами позволяют сформировать геохимическую модель литосферы юга ДВ. С учетом роли миграции химических элементов, рассчитаны коэффициенты концентрации (по отношению средних содержаний к кларковым) в рудоносных системах. Установлено, что при малых значениях коэффициента (3-30) образуются главным образом месторождения Fe, Mn, Ti, V, Mg, P, при средних и высоких (31-10000) - Ni, Co, Cu, Mo, Cr, Sn, Au, Ag, Pt, Nb, при наиболее высоких (10001-20000) - Bi, Sb, Cd, Hg, Re [21, 24, 25, 57, 64].

^{3. Барьерные процессы обусловлены различной физико-химической природой на границе разных сред на макро- и микроуровнях с образованием геохимических, структурно-геодинамических и электрохимических барьеров, играющих существенную роль в локализации рудных месторождений. Петрофизические барьеры за счет разных физико-механических свойств пород определяют морфологию рудных тел и масштабы оруденения, геодинамические являются катализаторами рудоотложения за счет падения давления в трещинах и пористых породах, литостатические проявлены в осевых частях антиклинальных структур, гравитационно-сегрегационные возникают за счет разной плотности, электрохимические являются осадителями рудного вещества на полюсах электрического поля, на границе двойного электрического слоя, диффузионных и мембранных потенциалов [4, 9, 28, 34, 42, 49, 58].}

^{4. Рудоносные системы магматогенные (Каларский, Геранский титанорудные районы), магматические (Албазинский, Гонжинский золоторудные; Комсомольский, Хинганский оловорудные), гидротермальные (Курун-Уряхский, Верхне-Селемджинский золоторудные районы), метаморфогенные (Нюкжинский, Мало-Хинганский железорудные районы), характеризуются разной глубиной и температурой образования, геохимической и металлогенической зональностью. По эмпирической зависимости геофизических, петрофизических параметров и химических элементов РС выделяются : первые - повышением содержаний Cr, Ni, Co, Cu, Fe, Ti, значений ?Т, ?g и з_к; вторые и третьи - повышением Sn, Au, W, Mo, Cu, Pb, понижением значений ?Т и с_к, повышением з_к , ?UЕП и содержаний U, К; четвертые повышением Au, Cu, Pb, As, Fe, аномалиями ?Т, з_к , с_к и повышенным содержанием радиоактивных элементов. Формирование РС в сводовых поднятиях происходит под влиянием флюидного фронта, что приводит к многообразной ассоциации рудных элементов, а в депрессионных структурах за счет дополнительного давления и трения на нижней поверхности трапециевидного блока, что приводит к повышению температуры и выплавлению магм щелочного типа и более узкого спектра рудных элементов [10,11,12,13, 14, 16, 18, 19,37, 51, 57,72 ].}

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Впервые по Приамурью созданы геофизические (?g, V_р, ?Т, с, Q) и комплексные модели литосферы юга ДВ с определением вещественного состава литосферных слоёв и плюмовых структур.

2. Рассмотрена геохимия литосферы как среды формирования РС, построена геохимическая модель литосферы юга Дальнего Востока по основным породообразующим элементам: O, Si, Al, Fe, Mg, Mn, Ca, Na, K, Ti, P, H и приведена характеристика петрогенных, рудных элементов и их способность к миграции, рассеиванию и концентрированию при формировании РС.

3. Впервые рассмотрен комплекс барьерных явлений на микро- и макроуровнях. Проведена систематика эндогенных барьеров с выделением новых петрофизических, электрохимических, литостатических, гравитационно-сегрегационных и электрохимических типов, показана их роль в образовании рудоносных систем и месторождений.

4. Впервые проведена систематика рудоносных систем на основе многофакторного анализа. Построены трехмерные глубинные физико-геологические модели рудоносных систем для ряда оловорудных, золоторудных, титанорудных, меднорудных районов и месторождений (грейзенового, альбитового, пегматитового, алунитового, порфирового, стратиформного типов) юга Дальнего Востока.

5.Представлен новый механизм образования РС в сводовых и депрессионных структурах на примере золоторудных и оловорудных районов юга ДВ, приводящий к разной метасоматической, температурной зональности и геохимической ассоциации элементов.

Практическая значимость выполненной работы состоит в выделении новых типов петрофизических, геодинамических, электрохимических барьеров и их использовании при обосновании комплексных (геологических, геофизических, геохимических, петрохимических и петрофизических) критериев для выявления различных типов РС и рудных месторождений в пределах юга Дальнего Востока.

Рассмотрены объемные рудоносные системы и их физико-геологические модели для ряда оловорудных, золоторудных, титанорудных, меднорудных районов юга Дальнего Востока. Построены трехмерные комплексные (композитные) модели месторождений в оловорудных (Хинганский, Комсомольский, Баджальский, Ямалинский), золоторудных (Березитовый, Кировский, Гонжинский, Кеткапский, Нижнеамурский), титанорудных (Каларский, Джугджурский), меднорудных (Янканская шовная зона, Центральный Сихотэ-Алинь) районах, которые позволяют более целенаправленно проводить крупномасштабное и локальное прогнозирование по выделению рудных полей, рудных зон и осуществлять поисковые и оценочные работы.

По результатам проведенного прогнозирования в пределах Хинганского, Комсомольского, Баджальского, Ямалинского, Сихотэ-Алинского оловорудных районов выделены перспективные площади, участки, оловорудные зоны, тела и даны рекомендации по их дальнейшему изучению. В пределах Гонжинского выступа выделены перспективные площади на поиски золоторудных полей. В Березитовом, Кировском, Курун-Уряхском, Кеткапском, Нижне-Амурском золоторудных районах выделен ряд перспективных участков, рудных зон и тел. В пределах Курун-Уряхского и Кет-Капского золоторудных районов выявлены признаки для возможного выявления золоторудных месторождений черносланцевого (Нежданинского), Карлинского, Олимпикдамского типов, алунит-кварцевого типа в пределах Сихотэ-Алинского и Охотского вулканического поясов. По данным крупномасштабного и локального прогноза в пределах северо-западного фланга Каларского габбро-анортозитового массива автором выявлен ряд рудопроявлений (Балтылахское, Верхне-Саиктинское, Верхне-Куранахское), три месторождения (Куранахское, Саиктинское и Водораздельное), и самое крупное в России - месторождение Большой Сэйим комплексных руд (TiО₂, Fe, V₂O₅). В пределах западной части Янканской шовной структуры выделен ряд рудных зон, перспективных на выявление колчеданно-медных стратиформного, золото-меднопорфирового типов месторождений, и нового типа медно-никелевых руд, связанных с корневыми частями коматиитовых базальтов. В Хинганском районе впервые выделена система эшелонированных зон трещиноватости северо-западного простирания, с которыми пространственно совпадают все известные месторождения и рудопроявления. Шаг развития основных рудоносных структур 3-5 км, промежуточных рудоносных структур -0,5-1,5 км. Выделенная система рудоносных структур локализует поисковые площади и увеличивает перспективы открытия новых месторождений в Хинганском оловорудном районе.

Реализация результатов исследований осуществлена автором при прогнозировании и проведении поисково-разведочных работ на площадях оловорудных, золоторудных, титанорудных, меднорудных районов, узлов и месторождений на основе комплексных критериев и композитных физико-геологических моделей в пределах юга Дальнего Востока. Основные выводы и рекомендации используются производственными предприятиями ФГУП «Дальгеофизика», Биробиджанским ГГУП ЕАО, ГУГП «Амургеология», Солнечным, Хинганским ГОКами, ОАО «Покровский рудник», ОАО «Олекминский рудник», ОАО «Кимкано-Сутарский ГОК», ЗАО «Дальгеология», ЗАО артели старателей «Амур», «Восток», «Охотск», ОАО «Регис» при производстве поисково-разведочных работ.

Петрофизические исследования использованы при составлении методических рекомендаций «Петрофизические исследования в рудных районах юга Дальнего Востока», в справочнике «Справочник физических свойств по региону Дальнего Востока». Данные комплексных исследований по Хинганскому оловорудному району изложены в монографии «Хингано-Олонойский оловорудный район».

Фактический материал подготовлен на основе обобщения и синтеза результатов тридцатилетних исследований автора при производстве полевых комплексных (геологических, геофизических, геохимических, петрофизических, петрохимических) исследований в Комсомольском, Баджальском, Хинганском оловорудных, Аллах-Юньском, Березитовом, Кировском, Гонжинском, Кеткапском, Курун-Уряхском золоторудных, Каларском, Джугджурском титанорудных районах. В пределах Янканской шовной зоны автором проведены поисковые работы на выявление стратиформных колчеданно-медных и нового типа медно-никелевых месторождений, связанных с корневыми частями коматиитовых базальтов. Глубинная характеристика литосферы юга Дальнего Востока приведена по данным исследований ГСЗ, МОВЗ, МТЗ, Дg, ДФ, проводимых ФГУГП «Дальгеофизика» (с участием автора) и др. организациями. По тематическим работам автора изучены петрофизические, геохимические и петрохимические параметры руд, метасоматически измененных и вмещающих неизмененных пород различного литологического состава. Также привлекались материалы работающих в регионе научных организаций: ИТиГ, ДВИМС, ЗабНИИ, ВИРГ, ДВГИ, АмурКНИИ и опубликованные научные статьи по тематике диссертации.

^{Апробация работы} проводилась на технических Советах ФГУП «Дальгеофизика», КПР по Хабаровскому краю, Амурской области, ЕАО, на геологических, геофизических, геохимических и петрофизических конференциях в Аллах-Юньской КГРЭ (1968-1971 гг.), Комсомольской ГРЭ (1974-1982 гг.), ФГУП «Дальгеофизика» (1972-2008 гг.), «Амургеологии», на международном симпозиуме «Глубинное строение Тихого Океана и его континентального обрамления» (г. Благовещенск,1988), на II-V Косыгинских чтениях, междисциплинарных (симпозиумах «Закономерности строения и эволюция геосфер» (г. Хабаровск 1997-2009; Владивосток, 2000), на 29-ой сессии Международного семинара им. Д.Г. Успенского (г. Екатеринбург, 2002, 2009), на чтениях им. Федынского (г. Москва, 2006); ГФУП «ВНИИГеофизика», на конференции по новым методикам и технологиям (г. Москва, 2005), на Всероссийской конференции «Чтения памяти академика К.В. Симакова» (г. Магадан, 2007), на международной конференции «Актуальные проблемы геологии и геофизики» (г. Ташкент, 2007), на XLI Тектоническом совещании (г. Москва, 2007), на научно-практической конференции «Проблемы геологии, минеральных ресурсов и геоэкологии Западного Забайкалья» (г. Улан-Удэ, 2007), на международной конференции, посвященной 50-летию Института геофизики УрО РАН «Геофизические исследования Урала и сопредельных регионов» (г. Екатеринбург, 2008), на международном Российско-Японском семинаре по проблеме геодинамики и прогноза землетрясений (г. Хабаровск, 2000; 2001), на 3-ей научной конференции по проблеме сейсмичности Дальнего Востока, на заседаниях Дальневосточной секции Минералогического общества в ДВИМС, ИТиГ, а также на ученых Советах ИТиГ, АмурКНИИ ДВО РАН.

Публикация выполненных исследований приведена в 77 опубликованных работах, 3 монографиях, 26 производственных и тематических отчетах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав и заключения. Содержит 293 страниц, 87 рисунков, 6 таблиц и список литературы из 228 наименований.

^{Работа выполнена в ФГУП «Дальгеофизика» при научной консультации члена-корреспондента РАН, доктора геолого-минералогических наук С.М. Родионова, доктора геолого-минералогических наук, профессора Н.П. Романовского.}

Автор считает своим долгом выразить искреннюю признательность д.г.-м.н. профессору Н.П. Романовскому за консультации, совместное сотрудничество на различных этапах работы и за высказанные замечания, советы, пожелания и оказанную помощь. Также автор благодарит д.г.-м.н., профессора Ю.Ф. Малышева за советы и замечания, сделанные в процессе выполнения данной работы. В процессе работы автор пользовался поддержкой и советами многих геологов и геофизиков ФГУП «Дальгеофизика» В.А. Филиппова, В.Е. Кузнецова, В.И. Уралова, Б.А. Зарубина, Ю.П. Змиевского, В.А. Захарова. Автор благодарит за помощь в техническом оформлении диссертации Р.А. Тухватуллина, Н.И. Космину.

Содержание работы

Глава 1. Особенности глубинного строения литосферы и рудоносных систем юга Дальнего Востока по геофизическим и петрофизическим исследованиям.

Строение и модели литосферы. Для характеристики глубинного строения литосферы строились параметрические модели ( ?g, ?T, V_с, с ) юга Дальнего Востока с использованием карт Дg в редукции Буге с различными вариациями радиусов осреднения, трансформаций, карт ДФ, профильных ГСЗ, МТЗ, МОВЗ и петрофизических исследований. Модели литосферы юга ДВ строились как многослойные на основе существующих концепций (Белоусова, 1982; Моисеенко, 1986) с учетом выявленных в последнее время неоднородностей Земли в целом как по латерали, так и по вертикали.

В плотностной модели гравитационные аномалии в региональном плане отражают строение земной коры, при этом наиболее существенный вклад в величину поля вносит фундамент кристаллических пород, нижняя кора с поверхностью Мохо и надастеносферный слой. Анализ гравитационных аномалий позволил выявить плотностные неоднородности в литосфере региона. На графике Дg на приведенной модели (рис.1), наиболее интенсивный минимум силы тяжести приурочен к Баджальскому, менее интенсивные к Сихотэ-Алинскому и Комсомольскому оловорудным районам.

В сейсмической модели для Дальневосточного региона пределы колебания скорости на границе кристаллического фундамента, по данным ГСЗ, составляют 5,9-6,3 км/с. Таким скоростям (Красовский, 1994) должны соответствовать плотности для интрузивных пород-2,58-2,73 г/см³, для метаморфических-2,69-2,80 г/см³. В этом интервале скоростей выделяется низкоскоростной слой консолидированной коры со скоростью 5,9-6,1 км/с и высокоскоростной 6,0-6,3 км/с и отвечающие им соответственно плотности 2,72 и 2,75 г/см³. Инверсная сейсмическая зона между границами К₁ и К₂ может быть связана с вещественным (гранитизация, серпентинизация) составом, хрупкой деструкцией пород в условиях повышенных температур и аномальных градиентов в тектонически напряженных слоях. На границе Мохо отмечается резкий скачок скорости, вероятно, обусловленный разным состоянием пород, выше они находятся в хрупко-дилатансионном, ниже- в пластическом в состоянии.

В магнитометрической модели выполненные расчеты глубин залегания верхних и нижних кромок магнитовозмущающих тел Дальневосточного региона дают сведения о насыщенности магнитными массами, в основном в верхней части гранитно-метаморфического слоя земной коры, залегающих на глубине 5-15 км. В пределах Буреинского массива нижние кромки магнитоактивных тел предположительно соответствуют подошве верхней коры (границе Конрада). Аномальное магнитное поле региона разделено на ряд областей, отличающихся своими магнитными характеристиками, степенью насыщенности консолидированной коры магнитными телами.

Геоэлектрическая модель литосферы базируется на данных МТЗ. При магнитотеллурических исследованиях, при построении глубинных геоэлектрических разрезов используется параметр электропроводности, получаемый в результате интерпретации кривых кажущегося сопротивления, в связи с этим возникает проблема удельных и интегральных характеристик среды. Согласно построенным диаграммам электропроводность пород весьма существенно зависит от температуры и давления внутри Земли. Ещё сильнее электрическая проводимость реагирует на изменение фазового состояния вещества, в частности, на переход твердой породы в расплав. В связи с этим, глубинная электрическая модель тесно связана с метасоматическими и флиюдными процессами, происходящими в недрах Земли.

^{Геотермическая модель характеризует тепловой поток режима земной коры и верхней мантии, его взаимосвязи с геофизическими полями и составом литосферы, позволяет понять механизм формирования тектонических, сейсмических, вулканических, метаморфических и др. глубинных процессов. Исследуемый регион включает разнообразные по возрасту, тектоническим преобразованиям и геодинамическому режиму геологические структуры. Для молодых осадочных бассейнов (Средне-Амурской, Удыль-Кизинской, Партизанской и др.) характерны пониженные значения теплового потока (25--50 мВт/м2) и относительно высокие значения геотермического градиента (25-40є С/км). На северо-западе региона по субмеридиональному профилю п. Тыгда - п. Горный- оз. Токо выявлены аномально высокие значения теплового потока (80-90 мВт/м2), возможно связанного с формированием рифта на сочленении Евразийской и Амурской литосферных плит.}

Комплексная геолого-геофизическая модель литосферы юга ДВ (рис.1) носит обобщенный характер в отличие от приведенных: плотностной, сейсмической, магнитометрической, геоэлектрической, геотермической и построена на большие глубины. Основной задачей при построение комплексной модели было наполнение ее вещественным составом, главным образом, надастеносферного слоя, так как его состав изучен крайне слабо. По совокупности определенных величин Vр, у, с литосферных слоев и результатам петрофизических измерений образцов, для литосферных слоев и их блоков проводилось идентификация пород, слагающих каждый блок. По величине скоростных и плотностных характеристик с учетом геологических данных и общих представлений уточнялся преимущественный вещественный состав пород каждого блока, слоя. По результатам моделирования аномальные зоны носят комплексный характер и отвечают развитию ареалов кислого магматизма и интенсивной проработки земной коры и литосферы за счет теплового потока от предполагаемых на глубине плюмов. Неоднородность уровней, так же как и сложные пространственно-временные взаимоотношения, во многом определяют нелинейный характер развития процесса глубинной дифференциации. В пределах внутреннего строения диссипативной системы Земли отчетливо выражена тенденция нарастания снизу вверх градиентной неоднородности. В этом же направлении (Блюман, 2003; Малышев 2003; Wells, Coppersmith, 1994) происходит последовательное «омоложение» по времени Земли. Созданные плотностная, магнитометрическая, сейсмическая, геоэлектрическая и геотермическая модели литосферы с учетом изменений физических свойств среды при повышении температуры, давления с глубиной демонстрируют её неоднородность и блоковую дискретность.

Литосфера Дальневосточного региона, по данным глубинных геофизических исследований, разделена на три реологических слоя: «гранитный», «базальтовый» (консолидированная кора) и надастеносферный. Кроме того, в верхней части консолидированной коры выделяются вулканогенно-осадочный чехол и метаморфический слой, которые играют также заметную роль в строении литосферы. Надастеносферный слой в Дальневосточном регионе зависит от пространственного положения астеносферы и подстилается в ряде случаев зоной частичного плавления (ЗЧП) литосферы. По данным МОВЗ, МТЗ по профильным исследованиям для окраины Азии установлено залегание астеносферы на глубинах 80-170 км. Она характеризуется низкими скоростями и высокой электрической проводимостью. Минимальное погружение ее фиксируется, в зонах восходящих плюмов в пределах Куканского и Торомского глубинных разломов, где она проявлена на глубинах 90 км и выше. Астеносфера наиболее четко выделяется в пределах Сихотэ-Алинской ГС, под Буреинским массивом она картируется отдельными фрагментами, что, вероятно, связано с интенсивными процессами деструкции среды.

^{Литосфера Дальневосточного региона помимо тектонореологической расслоенности характеризуется слоисто-блоковой (фрактальной) дискретностью, проявляющейся в резкой горизонтальной изменчивости физических параметров консолидированной коры и осадочного чехла, приуроченного к межблоковым структурам. Блоковая дискретность строения исследуемого региона была выявлена автором при анализе его тектоники по геофизическим (Дg, ДT, ГСЗ, МТЗ), геологическим и морфометрическим данным, лежащим в средней области спектра 25-60 км. Площадь блоков варьирует в широком диапазоне от 2500 кв. км до 1000000 кв. км и более. Ранжирование тектонических блоков в зависимости от их размерности выполнено по шести уровням, отличающимся в известной степени автономностью в строении и развитии. За нижний уровень делимости блоков приняты блоки размером 2500 кв.км, второй уровень 5000 кв.км, третий 10000 кв.км, четвертый -20000 кв.км, пятый-50000 кв.км, шестой-100000 кв. км и более.}

^{Среди вулканических поясов, расположенных в зоне перехода океан-континент, по геолого-геофизическим данным выделяется три типа: заложенные на континентальной коре мощностью 38 км и более, средней мощности 30-35 км и на коре переходного типа малой мощности 20-30 км. Для первого типа характерны проявления сопряженного магматизма андезитовой и риолитовой линии, ассоциирующей с Au-Ag, Аg и Sn проявлениями соответственно. Второй тип характеризуется развитием дифференцированных вулканических комплексов базальтовой магмы, контролирующих Au-Ag, меднопорфировое, серное и ртутное оруденение. Третьему типу свойственно проявление вулкано-плутонической ассоциации андезитовой линии с полиметаллическим и комплексным Au-Ag- полиметаллическим оруденением на раннем этапе и дифференцированным комплексом базальтовой магмы. Главные золотоносные пояса и провинции восточной окраины Азии пространственно совмещаются с Центрально-Азиатской и Восточно-Азиатской мегазонами взаимодействия литосферных плит.}

^{Особенность}, строение и модели рудоносных систем. По существующим представлениям рудоносная система должна включать очаг генерации флюида, область переноса рудного вещества и его отложения (Бакулин, 1991; Романовский, 1992; Родионов, 2001; Копылов, 2004). Область генерации рудной системы представляет собой область геологического пространства, где рождаются подвижные формы рудных элементов, способные при определенных геологических условиях создать рудопроявления, месторождения (рис. 1). Согласно результатам проведенных глубинных исследований очаги зарождения РС расположены в активном слое - астеносфере. Наличие в астеносфере зон пониженных скоростей и электрических сопротивлений указывает на активность происходящих в ней процессов. Это состояние астеносферы, вероятно, связано со сложившимся неустойчивым равновесием, которое инициирует процессы в глубинных зонах. Активность верхнего слоя мантии, скорее всего, поддерживается состоянием неустойчивого равновесия между Р и Т. Некоторые исследователи (Тычков, 1979; Грачев, 2003) в верхней мантии в интервале глубин 100-400 км выделяют области тепловой конвекции. Помимо вертикального воздействия восходящих конвективных течений, существует эффект взаимодействия изостатического, компенсационного потока между отдельными блоками земной коры восходящими и нисходящими. Кроме процессов конвекции, имеет место и «адвекция» - всплывание вещества более легкого слоя и погружение более тяжелого, при котором происходит не только вертикальное, но и горизонтальное перемещение, порождающее складчатость и шарьяжи. Области переноса магмы и флюидов частично совпадают на ранних этапах развития системы. Температура кристаллизации магм выше, поэтому формирование магматических тел происходит раньше, а подвижная фаза продолжает перемещаться. Для палингенного магматизма в области зарождения магмы Р-Т условия должны достигнуть уровня амфиболитовой - начала гранулитовой фации метаморфизма (Р-108 Па, Т-800-900°С), чтобы при релаксации напряжений произошло плавление (Монин, 1977; Бакулин, 1991). Протяженность области переноса для разных типов рудоносных систем различна. Для отдельных рудных систем области переноса, генерации и локализации сближены, совмещены или удалены, разобщены. К последним относятся рудно-магматические системы (олова, золота, вольфрама и др.), к совмещенным следует отнести магматогенно-рудные системы (титан, никель, хром, кобальт, медь, платина), к сближенным контактово-метасоматические, грейзеновые, альбитовые и метаморфогенные. К рудным системам с удаленным очагом генерации относится большинство гидротермальных месторождений, для которых связи с магматическими образованиями устанавливаются по комплексу косвенных признаков.

^{Область локализации представляет собой верхнюю часть рудно-магматической системы, где непосредственно происходят отложение рудной минерализации, околорудные изменения вмещающих пород и образование месторождений. Собственные границы РС золоторудных, оловорудных районов, представленных всей совокупностью участвующих в рудообразовании магматических, метасоматических и гидротермальных проявлений, достаточно четко отображаются в физических, геохимических и петрофизических полях. Локализация руд происходит при пресыщении растворов и превышении концентрации компонентов над их предельной растворимостью. Температура раствора является одним из важнейших факторов рудообразования, но регулирует ход процесса давление. Раствор, находящийся в состоянии неустойчивого равновесия с окружающей средой, перемещается в направлении градиента давления по трещинам, несколько опережая перемещения в порах пород за счет более высокого давления. Под воздействием петрофизических, геодинамических, геохимических, геоэлектрических барьеров и экранов нарушается равновесие и происходит образование минералов в соответствии с температурой их кристаллизации.}

^{По структурному признаку в иерархическом ряду обычно выделяются три таксономических класса: планетарные, региональные и локальные рудоносные системы (Власов, Романовский, Малышев, 1986; Мельников, 1992; Копылов, 2003). Наиболее дробные иерархические уровни рудоносных систем разделяются по формационному и генетическому признаку.}

Глава 2. Геохимический аспект процесса формирования рудоносных систем.

Одним из важнейших факторов в образовании рудоносных систем и месторождений является миграция элементов в эндогенных и экзогенных условиях. Процесс миграции элементов весьма многообразен, в результате разрушаются сложившиеся и возникают новые геологические образования в структуре коры и литосферы. Глубинная миграция элементов прямым образом связывается с энергией теплового поля Земли, вызывающей магматические, тектонические процессы с образованием интрузивных, вулканических пород, рудоносных флюидов. Способность элементов к миграции определяется строением их атомов, размерами атомных и ионных радиусов и готовностью к созданию кристаллохимических решеток. Другим фактором являются их способность к химическим взаимодействиям, характеризуемая, в первую очередь, сродством с галоидами, кислородом и серой. Важным фактором также являются особенности физико-химических (плотность, электроотрицательность, растворимость, температуры плавления и кипения и др.) свойств атомов элементов. Из внешних факторов миграции особенное значение придается характеру остывания магмы и эволюции ее свойств: вязкости, диффузионной особенности, вещественного состава и проницаемости вмещающих пород, тектонической и геологической обстановки (Виноградов, Лаврухина, 1965; Дортман, 1984; Копылов,1997).

Одним из важнейших следствий глубинной миграции элементов является образование рудоносных систем и месторождений. О том, что миграции элементов в этом процессе принадлежит основная роль, указывают развитие магматогенных структур и связанных с ними полей геохимических ореолов. Содержание элементов в ореолах и в рудах значительно превышает кларк этих элементов. В условиях тесного смешения всех элементов в первоначальном исходном материале любое обособление тех или иных элементов внутри подобной среды невозможно без миграции. Таким образом, рудоносные системы и месторождения нужно рассматривать как продукты глубинной и поверхностной миграции элементов.

Геохимия литосферы. Для геохимической характеристики литосферы Приамурья как среды формирования РС автором были привлечены данные химических (более 1000), спектральных (около 3000) и спецанализов (данные геолого-съемочных партий). По геотрансекту ГСЗ г. Свободный - Комсомольск-на-Амуре - Татарский пролив были построены геохимические модели по 12-ти породообразующим элементам: O, Si, Al, Fe, Mg ,Ca, Nа, K, Mn, Ti, P, H, составляющим 92% по массе и 98% по объему литосферы (рис. 2). Первоначально была построена сейсмогравитационная модель по значениям Vр и у (Потапьев, 1985; Подгорный, 1999; Копылов,1997). По совокупности величин скорости, плотности и их корреляционных зависимостей от петрохимических элементов с учетом петрофизических, геологических данных производилась идентификация пород в каждом блоке литосферных слоев. Согласно проведенной идентификации для каждого типа пород (в основном смешанного) по данным статистического и корреляционного анализов определялось осредненное содержание породообразующего геохимического элемента с вычетом доли кислорода (по валентности). Содержание последнего определялось как сумма его долей по 11-ти элементам. Средневзвешенная величина содержаний элемента осуществлялась по его вкладу в данный тип пород с учетом величины Vр и у. Наибольшая проблема при построении модели заключалась в соотношении разных типов пород в пределах гранито-метаморфического, гранулит-базитового и надастеносферного слоев. Для осадочного слоя соотношения песчаников, алевролитов, глинистых и кристаллических сланцев, интрузивных и вулканических пород определялось по разрезам и геологическим картам. В верхней части гранито-метаморфического слоя распределение - гранитов (30-60 %), гранодиоритов (10-20 %), гранито-гнейсов (30-50 %) и основных пород (2-5 %), осуществлялось по величине их вклада в значение Vр и у, при этом использовались корреляционные зависимости плотности, скорости и породообразующих элементов, имеющих прямую (AI, Mg, Mn, Ca, Ti, Fe, P) и обратную (O, Si, Na, K, H) зависимости. В нижней части гранитно-метаморфического слоя резко уменьшается доля гранитов (3-7 %), гранито-гнейсов (3-10 %), возрастает роль гранодиоритов (5-20%) и особенно диоритов (50-60 %). В гранулит-базальтовом слое, в верхней части преобладают габбро (50-70 %), доля диоритов уменьшается до 10-15 %, габбро-диориты составляют 20-30 %, базальты 10-20 %. В нижней части гранулит-базальтового слоя возрастает роль основных пород - базальтов (30-50 %), пироксенитов (20-50 %), перидотитов (10-15 %) и уменьшается роль габбро (10-15 %), норитов (10-20 %), амфиболиты составляют 3-5 %. Надастеносферный слой в большей мере представлен перидотитами (30-50 %), пироксенитами (10-30 %), эклогитами (5-10 %), гранат-пироксенитами (10-15 %), гранат-перидотитами (10-30 %), гранат-пироксенитами (10-15 %), шпинель-перидотитами (10-20 %), оливинитами (5-10 %), дунитами (3-10 %), роль базальтов (10-20 %) снижается (Копылов, 2007). На 12-ти построенных моделях отражена закономерность изменений каждого элемента в литосферных слоях (рис. 2). В верхней части земной коры наиболее высокие концентрации характерны для O, Si, H и К, в нижней для- Fe, Ca, Ti, Mg последний является типичным представителем мантии, для средней - Al, Mn, Na , P.

Приведенные геохимические модели по основным породообразующим элементам не являются жестко фиксированными из-за недостаточно четких критериев по распределению количественных соотношений между различными типами пород в гранито-метаморфическом, гранулит-базальтовом и надастеносферном слоях. Вместе с тем, наблюдается закономерное нарастание основных и ультраосновных пород в гранулит-базальтовом и надастеносферном слоях с преобладанием перидотитов над другими типами ультрабазитовых пород. Под Буреинским массивом верхняя мантия представлена в основном деплетированными гранатовыми перидотитами, а под Сихотэ-Алинской областью недеплетированными шпинелевыми перидотитами (Копылов, 2007). Геохимический спектр элементов в пределах геотраверса, весьма широк, представлен более чем 50 элементами. Мерой количественного накопления элементов служила величина коэффициента концентрации, определяемая отношением среднего содержание элемента для серии пород к кларку его содержаний в земной коре. По величине коэффициента (К) для каждого элемента в пределах серии пород автором определялась возможность участии этих серий в формировании РС. Их характер и металлогеническая специализация приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Концентрация рудных элементов относительно кларков в рудоносных системах различной металлогенической специализации.

^{Высокая дисперсия предельных коэффициентов химических элементов обусловлена их разной способностью к миграции и содержанием в литосфере. Так при формировании РС для элементов 1-2 групп требуется гораздо меньше энергии, чем для 3-5 групп, в связи с этим последние образуются многоэтапно и длительным путем. Согласно приведенной геохимической характеристике литосферы как среды формирования РС в пределах консолидированной коры при всем многообразии химических элементов круг минералов, принимающих участие в образовании РС, весьма ограничен. К таким минералам относятся: кварц, полевые шпаты, слюды, амфиболы и пироксены. При широких вариациях их содержаний и количественных соотношений в целом, можно говорить о количественной однородности среды формирования РС.}

^{Кроме геохимических полей, отличающихся интенсивностью (1000-20000 кратных) концентрирования элементов (промышленных рудных тел) в природе более широко развиты геохимические поля со средним (10-100 кратным) и низким (до 10 кратного) уровнями концентрирования. Количество рудных и редких элементов в таких геохимических полях концентрирования, по-видимому, во много раз превышает их массу в геохимических полях интенсивного (промышленного) концентрирования. Так значительными по площади (500-3000 кв.км.) участками повышенных значений в геохимических, геофизических полях выделяются Комсомольский, Хинганский оловорудные, Кировский, Березитовый золоторудные и Каларский титанорудные районы, в то время как рудные зоны в их пределах составляют по площади первые единицы кв.км.}

Эволюция элементов в литосфере. При рассмотрении распространенности геохимических элементов в координатах геологического времени, можно проследить закономерность их изменения в количественном и пространственном отношении. Содержание геохимических элементов в литосфере неизменно зависит от характера происходящих в ней геологических процессов. Вместе с тем на каждом этапе развития Земли как планеты, в том числе и в регионе Дальнего Востока, происходила необратимая эволюция вещественного состава земной коры, литосферы и верхней мантии. Для анализа эволюции в распределении элементов по региону Приамурья были использованы материалы спектральных, силикатных и химических (более 1000) анализов магматических образований разных исследователей и автора. Для приведения данных к одному уровню был использован коэффициент изменчивости содержаний элементов и окислов, определяемый через кларковые величины для каждой эпохи образования магматических пород. По данным средних концентраций ряда петрогенных и редких элементов в разновозрастных гранитах, гранодиоритах, диоритах и габбро установлен рост количества редких элементов от древних образований к более молодым. Так, содержание Sn в молодых гранитах возрастает вдвое по сравнению с протерозойскими гранитами. Также отмечается увеличение некоторых редких элементов -Li, Nb, Rb, Yb и петрогенных окислов -MgO, К₂O, FеO и Fe₂O₃. Вместе с тем отмечено уменьшение содержаний в гранитах - из петрогенных -CaO, Na₂O, из редких - Sr. В древних габброидах фиксируется повышение содержаний петрогенных MgO, CaO, K₂O элементов, а также элементов фемического профиля -Ni, Co, Cr и Cu, в молодых габброидах - редких элементов -Nb, Zr, Rb, Sr, Sn, Be, Yb. По коэффициенту изменчивости наиболее высокие градиенты характерны для Fе₂O₃ и MnO. В целом для Дальневосточного региона в гранитах отмечается величина коэффициента изменчивости часто более единицы, т. е. выше кларковых (по Дэли), за исключением Na₂O и K₂O, что указывает, вероятно, на происходивший здесь значительный метасоматический процесс. Для габброидов, напротив, характерно превышение над кларковыми содержаний петрогенных окислов -Fe₂О₃ , FeO, Na₂O, K₂O, TiO₂, за исключением MgО и СаО. Для гранитов молодых и древних комплексов юга ДВ содержания редких элементов, превышающие кларковые значения, характерны для Yb, Sr, Мо, для Sn - только для мезозойских гранитов. Для протерозойских габбро характерно превышение кларковых содержаний Cr, Co, Ni, Cu и Nb.

Глава 3. Барьеры и их роль в образовании рудоносных систем и месторождений.

Барьерные явления имеют весьма широкое развитие в происходящих в литосфере процессах Земли как на макроуровнях, так и на микроуровнях. Барьеры возникают в эндогенных, экзогенных процессах и представляют собой различные граничные поверхности от плоской линии до объемных структур и имеют много общих черт. Вместе с тем, в литературе вопросу барьеров уделено мало внимания, это особенно касается рудных процессов, происходящих в эндогенных условиях. Данная работа представляет собой дальнейшую разработку анализа барьерных явлений применительно к эндогенным условиям, где влияние последних весьма велико при локализации руд (Копылов, 1997; 2001; 2009; 2010).

^{Методика исследований}. Изучение эндогенных (петрофизических, геодинамических, электрохимических) барьеров базируется на данных измерений автором физико-механических, электрохимических свойств на образцах и в естественных условиях на коренных выходах, канавах, расчистках, траншеях, штольнях в пределах Комсомольского, Хинганского, Баджальского оловорудных, Кировского, Березитового золоторудных, Каларского титанорудного районах и Янканских золото-меднорудных и колчеданных проявлений. На образцах производилось измерение плотности, магнитной восприимчивости, пористости, удельных электрических сопротивлений, поляризуемости, скорости продольных сейсмических волн, прочности, влагонасыщенности, электрохимической активности ДЕР, пьезоактивности, на рудных минералах (пирит, арсенопирит, халькопирит, пирротин, магнетит) - электронно-дырочной проводимости и электрофизических характеристик ранней стадии ВПРС, ЧИМ, МДИ. На ориентированных образцах проведено изучение анизотропных свойств (скорости и проводимости) вмещающих пород и метасоматитов. По Комсомольскому району было охвачено изучением петрофизических свойств около10000 образцов, из них -510 ориентированных, по Хинганскому - около 6000, по Каларскому около 5000, Кировскому -1250, Березитовому - 1850, по Янканскому - 1650, из них 120 ориентированных.

^{Барьеры рудоотложения}. Вблизи границ различных сред возникают области с контрастными свойствами, в которых происходят резкие изменения физико-химических процессов; эти области называются барьерами. По условиям проявления барьерных явлений представляется наиболее целесообразным произвести подразделение барьеров на два больших класса: экзогенные и эндогенные, а по масштабам их проявления- на микробарьеры и макробарьеры. Для эндогенных барьеров при их возникновении характерны условия высоких температур и давлений. Они развиваются в магматических, метаморфических образованиях при действии горячих гидротермальных и флюидных растворов. Экзогенные барьеры образуются в зонах гипергенных процессов, в озерных, морских, лагунных условиях. Их характеристика и систематика наиболее полно приведена А.И. Перельманом (1968) для зоны гипергенеза. По размерам барьеры весьма различны. К макробарьерам следует относить барьеры, на которых происходит накопление значительных масс рудного вещества с возможным образованием рудопроявлений и месторождений. Образование микробарьеров происходит как на атомном уровне, так и на барьерах с малой концентрацией элементов. К этим типам барьеров можно отнести почвенные иллювиальные горизонты, в которых формируются вторичные ореолы многих рудных элементов. Также к микробарьерам относятся различные пленочные барьеры на поверхности водной глади рек, озер и т.д. Образование барьеров происходит на микроуровнях, так возникают область дырочной и электронной проводимости (p-n) среди металлов, являющейся основой теории полупроводников. Другим барьером на микроуровне является граница между металлами и вмещающей средой, водой и др. Так, в кубическом сантиметре металлического кристалла, для примера золота, существует около 1022 свободных электронов, которые могли бы его покинуть за 1,3 секунды согласно расчета, если бы не было для них барьеров (Копылов, 2007).