Тектонофизический анализ гравитационного поля на примере Березовского золоторудного и Ново-Шемурского медноколчеданного месторождений

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

На правах рукописи

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Тектонофизический анализ гравитационного поля на примере Березовского золоторудного и Ново-Шемурского медноколчеданного месторождений

Специальность 25.00.10 - «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых»

Кадышева Елена Владиславовна

Екатеринбург 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук, профессор Филатов Владимир Викторович

Официальные оппоненты:

Писецкий Владимир Борисович, доктор геолого-минералогических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», зав. кафедрой геоинформатики;

Виноградов Альберт Михайлович, доктор геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Институт геофизики УрО РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории региональной геофизики

Ведущая организация - Горный институт УрО РАН, г. Пермь

Защита диссертации состоится « 29 » ноября 2012 г. в 14.30 час. на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30, 3-й корпус, ауд. 3326

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан «25» октября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного советаМакаров Анатолий Борисович.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Главной задачей и главным результатом геологических исследований было и остается открытие месторождений полезных ископаемых, которые служат материальной основой существования и развития человечества. Ни в ближайшей, ни в отдаленной перспективе альтернативы минеральному сырью нет. Поэтому проблема поисков и разведки месторождений является чрезвычайно важной и в научно-практическом, и в социальном отношениях.

Открытию месторождений предшествует длительный, многоплановый и многостадийный процесс прогнозирования, заключающийся «в выявлении на основе анализа свойств и качеств геологических тел, перспективных для размещения полезного ископаемого, и предсказание свойств и качеств самого полезного ископаемого, которое в этих позициях может быть обнаружено» (Бабенко, Коцуба, 2001).

Основу прогнозирования составляют поисковые признаки или критерии, в которых отражаются наиболее существенные факторы, способствующие аномально высокой концентрации рудного вещества в локальных областях геологической среды. К сожалению, современное состояние методологии, теории, методики и методов прогнозирования далеко от совершенства. Надежность геологических прогнозов пока невелика. Вероятность обнаружения месторождений при проверке результатов прогнозирования составляет

0,005-0,00001 (Шехтман и др., 1979) и даже меньше (Овчинников, 1992). По мнению Н. С. Кузнецова (1994), такое положение обусловлено тем, что многочисленные признаки и критерии, применяемые при прогнозировании, отражают различные иерархические уровни процессов рудообразования, и потому их совокупность играет скорее роль «шума», заглушающего «полезный сигнал», несущий информацию о процессах, благоприятствующих локализации оруденения.

В связи с этим продолжает оставаться весьма актуальной задача совершенствования существующих и разработка новых методов геологического прогнозирования с целью повышения его эффективности.

В современном комплексе разнообразных методов прогнозирования важное место принадлежит тектонофизическому методу, позволяющему изучать напряженно-деформированное состояние геологической среды. Многие исследователи (Гзовский, 1975; Фатхуллаев, 1976; Старостин, 1979, 1984, 1985; Калинин и др., 1989; Кривцов 1988; Мораховский, 1990; Филатов, 1990 и др.) отмечают тесную связь процессов рудоотложения с напряженно-деформированным состоянием геологической среды, потому что направленность, характер и интенсивность диффузионных потоков рудоносных флюидов, формирующих рудные поля и месторождения, зависят от распределения напряжений в массивах горных пород. А наиболее благоприятными путями миграции рудоносных флюидов и местами рудоотложения служат зоны разуплотнения, проницаемости (дилатации) в геологической среде.

В классическом тектонофизическом анализе (Гзовский, 1975; Гущенко, 1973; Паталаха, 1970 и др.) для оценки палеополей напряжений изучают разнообразные деформационные элементы в геологической среде: трещины скола, отрыва, плойчатость, складчатость и другие структурно-тектонические образования при условии их хорошей обнаженности и наличия отчетливо выраженных маркеров деформации - тензодатчиков. Поэтому на закрытых территориях этот метод неприменим. Не применяют его и при обычной геологической съемке (Лукьянов, 1984).

От этих ограничений свободен метод тектонофизического анализа гравитационного поля (Филатов, 1990), который позволяет изучать деформационные характеристики геологической среды, используя для этого аномальные значения поля силы тяжести, получаемые при обработке результатов гравиметрических съемок различных масштабов.

Целью работы является изучение деформационной структуры рудных месторождений различного генезиса методом тектонофизического анализа гравитационного поля для установления их отличительных признаков, которые можно было бы использовать при прогнозировании.

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:

- выполнен анализ современного состояния проблемы геологического прогнозирования месторождений;

- изучены закономерности деформирования горных пород и дана количественная оценка дилатации;

- исследовано проявление временных деформаций геологической среды в аномалиях силы тяжести конкретных геологических объектов;

- проанализированы геолого-геофизические материалы по Березовскому золоторудному и Ново-Шемурскому медноколчеданному месторождениям;

- осуществлена геологическая интерпретация результатов тектонофизического анализа гравитационного поля Березовского золоторудного месторождения;

- выполнена качественная интерпретация и тектонофизический анализ аномалии силы тяжести Ново-Шемурского медноколчеданного месторождения.

Объект исследования. Объектами исследования являются рудные месторождения различного генезиса и промышленного типа: Березовское золоторудное и Ново-Шемурское медноколчеданное.

Предмет исследования. Предметами исследования являются аномальное гравитационное поле и деформационная структура Березовского золоторудного и Ново-Шемурского медноколчеданного месторождений.

Идея работы заключается в том, что деформирование геологической среды и связанные с этим процессы обусловлены преимущественно силой тяжести.

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертационной работы автором были положены результаты гравиметрических съемок в виде карт аномалий силы тяжести в редукции Буге различных масштабов; геолого-геофизические, геохимические и петрофизические карты, разрезы, схемы и таблицы, приведенные в производственных и научно-исследовательских отчетах по Ново-Шемурскому медноколчеданному месторождению и в монографиях и статьях по Березовскому золоторудному месторождению.

При выполнении исследований автор использовала методы математической статистики, программы решения обратной задачи гравиметрии, численные методы при определении главных значений и главных направлений тензора чистой деформации и дилатации, средства информационных систем для графического представления результатов тектонофизического анализа гравитационного поля месторождений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые дана оценка дилатации как физической предпосылки применения гравиметрии для изучения деформации геологической среды;

- впервые изучено влияние всестороннего сжатия на изменение величины дилатации для магматических, метаморфических и осадочных пород и установлены корреляционные зависимости;

- впервые показано, что количественные характеристики деформации (дилатация, главные значения и главные направления тензора чистой деформации) района Березовского рудного поля и Ново-Шемурского медноколчеданного месторождений отличаются от таковых за их пределами;

- впервые сформулированы деформационные прогнозно-поисковые критерии, характеризующие зону промышленного оруденения Березовского рудного поля;

- впервые доказан аномальный характер поля деформации района Ново-Шемурского медноколчеданного месторождения;

- впервые установлено, что дайковый комплекс северо-западного простирания сформировался на Ново-Шемурском медноколчеданном месторождении в трещинах отрыва в режиме сжатия;

- впервые установлено, что геологическая среда Ново-Шемурского медноколчеданного месторождения с находящимися в ней рудными залежами характеризуется отрицательной дилатацией.

Личный вклад. Автор лично участвовала в сборе, анализе, интерпретации и обобщении фактических материалов, на основе которых написана диссертационная работа, а также в формулировке выводов, заключения и защищаемых положений.

Практическая значимость работы. Деформационные характеристики различных генетических типов месторождений, установленные традиционным тектонофизическим анализом и тектонофизическим анализом, основанным на результатах интерпретации аномалий поля силы тяжести, в основных чертах одинаковы. Поэтому метод тектонофизического анализа гравитационного поля может быть включен в комплекс существующих методов геологического прогнозирования. Достоинством этого метода является то, что его можно применять для изучения закрытых районов, а при использовании результатов гравиметрических съемок различных масштабов с его помощью можно изучать деформирование геологической среды на разных уровнях иерархии.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на ХХХVI, ХХХVII, ХХХVIII сессиях Международного семинара им. Д. Г. Успенского (Казань, 2009; Москва, 2010; Пермь, 2011), на VIII Международной конференции «Геоiнформатика: теоретичнi та прикладнi аспекти» (Киев, 2009), на «Неделе горняка - 2010» (Москва, 2010), на Международном научно-промышленном симпозиуме «Уральская горная школа - регионам» (Екатеринбург, 2010), на ХХХ Российской школе по проблемам науки и технологий, посвященной 65-летию Победы (Миасс, 2010), на IV чтениях памяти С. Н. Иванова (Екатеринбург, 2011), на Международной заочной научно-практической конференции (Тамбов, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе пять работ - в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией.

Основные защищаемые научные положения:

1. Дилатация магматических, метаморфических и осадочных пород прямо пропорциональна пределу их прочности на сжатие для динамических условий верхней части земной коры мощностью в первые километры, что создает предпосылки для изучения деформаций геологической среды с помощью гравиметрии.

2. Зона промышленного оруденения Березовского золоторудного поля характеризуется режимом растяжения, невысоким уровнем положительной дилатации и небольшими значениями ее горизонтального градиента, что является благоприятными факторами для образования месторождений данного генетического типа.

3. Динамический режим формирования Ново-Шемурского медноколчеданного месторождения, установленный методом тектонофизического анализа гравитационного поля, запечатлен в его строении, пространственном положении и типах руд, в тектонике и других чертах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка, содержащего 90 источников.

Объем работы - 118 страниц машинописного текста, в том числе 25 рисунков и 2 таблицы.

Во введении обоснована актуальность работы, определена ее цель, задачи, идея, объект и предметы исследования, научная новизна, практическая значимость и защищаемые положения.

В первой главе «Состояние проблемы геологического прогнозирования месторождений полезных ископаемых» дано определение объекта и предмета прогнозирования; описаны методы прогнозирования: метод аналогий и метод моделирования; охарактеризованы их достоинства и недостатки; приведены примеры прогнозирования.

Во второй главе «Геодинамическая систематика рудоносных структур» рассмотрена роль палеонапряжений в процессах рудообразования и дано качественное описание традиционного тектонофизического метода.

В третьей главе «Предпосылки применения гравиметрии для изучения деформированного состояния геологической среды» изложены теоретические основы метода тектонофизического анализа гравитационного поля; проанализирована количественная характеристика дилатации; описано, как проявляются в поле силы тяжести временные деформации геологической среды.

В четвертой главе «Тектонофизическая характеристика Березовского золоторудного месторождения по гравиметрическим данным» описаны результаты тектонофизического анализа гравитационного поля; выполнено их сопоставление с геологическими данными и сформулированы критерии, которыми характеризуется промышленная зона оруденения.

В пятой главе «Ново-Шемурское медноколчеданное месторождение и его тектонофизическая характеристика по гравиметрическим данным» изложено геологическое строение месторождения, его тектоника, характеристика рудных тел и типов руд; описаны результаты тектонофизического анализа и их геологическая интерпретация.

В заключении сформулированы основные результаты выполненных исследований.

Благодарности. Автор выражает особую признательность научному руководителю профессору, доктору геолого-минералогических наук В. В. Филатову за постановку задачи, постоянное внимание и помощь на всех этапах работы над диссертацией. Автор всегда будет чтить память своего отца заслуженного геолога РФ, кандидата геолого-минералогических наук В. Ф. Сомова и оставаться ему благодарной за всестороннюю поддержку, понимание и помощь.

Автор благодарит за бескорыстную помощь и плодотворное сотрудничество инженера-геофизика С. И. Гуськова, доцента, кандидата геолого-минералогических наук Л. А. Болотнову, инженера-геофизика Г. А. Косареву, доцента, доктора геолого-минералогических наук А. Б. Макарова, кандидата геолого-минералогических наук А. Э. Зудилина, инженера-геофизика Л. И. Зудилину, инженера-геолога Ю. Ф. Юрина, главного геолога Центральной ГГП ФГУП «Уральская геофизическая экспедиция» С. В. Гриневича, директора ОАО Средне-Уральская ГРЭ В. В. Ведерникова, профессора, доктора геолого-минералогических наук И. Г. Сковородникова, профессора, доктора геолого-минералогических наук В. М. Сапожникова и весь коллектив кафедры геофизики УГГУ за создание благоприятных условий для проведения исследований, друзей и близких за понимание и поддержку.

Защищаемые научные положения

Первое защищаемое положение. Дилатация магматических, метаморфических и осадочных пород прямо пропорциональна пределу их прочности на сжатие для динамических условий верхней части земной коры мощностью в первые километры, что создает предпосылки для изучения деформаций геологической среды с помощью гравиметрии (Кадышева, 2010; Кадышева, Филатов, 2010; Кадышева и др., 2010; Кадышева, Вандышева и др., 2011)

Физической предпосылкой применения гравиметрии для изучения деформаций геологической среды является изменение ее плотности, которое происходит в основном не за счет минералогических преобразований, а вследствие развития трещиноватости. Основной количественной характеристикой, описывающей процесс деформирования геологической среды и горных пород, служит дилатация (и), или относительное изменение объема деформируемого объекта. Дилатация бывает положительной и отрицательной. При положительной дилатации происходит развитие трещиноватости и, как следствие, разуплотнение среды. При отрицательной дилатации наблюдается закрытие пор и трещин и уплотнение среды.

Максимальная дилатация присуща хрупкому разрушению, наиболее благоприятные условия которому существуют в верхней части земной коры, поэтому и дилатация здесь достигает существенной величины. По данным В. И. Старостина (1979), хрупкий характер разрушения осадочных пород сохраняется до глубины нескольких километров, а магматических и метаморфических - до глубины 20 км. Согласно работе О. Б. Гинтова и В. М. Исай (1988), хрупкие разрушения могут наблюдаться на глубинах 4-11 км. В работе В. Н. Николаевского и В. И. Шарова (1985) отмечено, что развитие трещин отрыва (хрупкое разрушение) происходит до глубины 2-3 км. На значительную глубину развития неминерализованных трещин указано в работе Г. А. Маркова (1980) и в материалах по Кольской сверхглубокой скважине (Кольская сверхглубокая …, 1984). По мнению В. А. Невского (1979) трещины отрыва являются ведущим типом разрушения в приповерхностных условиях, плотность которых уменьшается с глубиной. Аналогичные результаты о характере разрушения геологической среды получены и другими исследователями.

Большая продолжительность геологических процессов и постоянное воздействие силовых полей - гравитационного и тектонического - способствуют развитию в геологической среде временных деформаций: ползучести и связанной с ней релаксации напряжений, которая представляет собою стремление среды к равновесию, и когда оно нарушается, то часть упругой энергии переходит в работу против внешних сил. Механизмом обоих процессов является трещинообразование. Оно происходит в маломощном слое пород вблизи поверхности разгрузки, в результате чего образуются локальные зоны разуплотнения (Пономарев, 1981, 1986). Процессы ползучести и релаксации способствуют увеличению дилатации, особенно, если среда находится в условиях трехосного неравномерного сжатия, характерного для верхней части земной коры (рис, 1, а, б).

а б

Рис. 1. Зависимости временных изменений характеристик деформаций соляных пород: а - каменная соль; б - сильвинит (Ставрогин, 1965; 1969); и - дилатация, у_сж - предел прочности, у_сж - предел прочности на сжатие, e₁ - продольная деформация, e₂ - поперечная деформация (исследования выполнены при различной нагрузке, выраженной в долях предела прочности на сжатие)

Поскольку процесс деформирования, согласно закону автомодельности (Колмогоров, 1941; Филиппов, 1961 и др.), един для твердых тел, то свойства ползучести, установленные для осадочных пород, будут справедливы и для всех других пород и в целом для земной коры. Это подтверждают, в частности, результаты изучения современных движений на Байкальском и Алма-Атинском геодинамических полигонах (Есиков, 1979).

Изучение трещиноватости, выполненное в пределах различных структурно-тектонических элементов, а также дилатации in situ комплексом геофизических методов (Шередеко, 1986), показало, что и трещиноватость, и дилатация уменьшаются с удалением от поверхностей разгрузки. Это изменение хорошо описывается экспоненциальной функцией. Таким образом, дилатация проявляется в локальных областях геологической среды.

Величина дилатации, как показывают экспериментальные исследования, изменяется от долей процента до 10-15 %, достигая нередко 20-30 %. Это приводит к уменьшению плотности геологических объектов на 0,01-0,40 г/см³ (Беличенко, 1987; Шередеко, 1986; Куддусов, 1988 и др.).

Важное значение при изучении дилатации имеет не только ее величина, закономерности пространственного изменения и влияние на плотность пород и геологической среды, но также ее зависимость от предела прочности пород на сжатие, т. е. тот динамический режим, который характерен для верхней части земной коры. Фактической основой для выполнения такого исследования послужили результаты измерения продольной (e₁) и поперечных (e₂=e₃) деформаций на образцах магматических, метаморфических и осадочных горных пород при трехосном неравномерном сжатии (у₁ > у₂ = у₃) при у_сж = 100 МПа (Физические свойства …, 1988). По результатам измерений была вычислена дилатация по формуле:

, (1)

где - вектор смещения.

Статистический анализ, выполненный автором, показал, что между дилатацией и пределом прочности пород на сжатие существует устойчивая корреляционная зависимость, которая описывается уравнением линейной регрессии (рис. 2, а, б). геологический месторождение тектонофизический

Такие уравнения были получены для совокупности магматических и метаморфических пород (2) и для осадочных пород (3):

и = 0,02 (у_сж) - 1,04; (2)

и = 0,02 (у_сж) - 0,57. (3)

Выборочный коэффициент корреляции для зависимости (2) равен 0,65, для зависимости (3) 0,74.

а б

Из анализа корреляционных зависимостей следует:

- дилатация растет с увеличением предела прочности пород. Это обусловлено тем, что прочные породы способны накапливать значительный запас упругой энергии, релаксация которой способствует обильному трещинообразованию и, соответственно, значительному увеличению дилатации, чем у малопрочных. Поэтому аномалии силы тяжести, обусловленные дилатационным разуплотнением, в районах развития плотных пород будут интенсивнее, чем в менее плотных при прочих равных условиях;

- одинаковость уравнений регрессии (2) и (3) и равенство первого коэффициента регрессии в них (0,02) (в пределах погрешности вычисления) для различных по генезису и петрографическому составу пород подтверждает закон автомодельности;

- в работах П. В. Беличенко (1987) и О. Б. Гинтова (1988) показано, что плотность пород, подвергнутых деформации, и объем открытых трещин (дилатация) связаны между собой обратной линейной корреляционной зависимостью. Учитывая уравнения (2) и (3), можно предполагать обратную в первом приближении пропорциональную зависимость между аномалиями силы тяжести и пределом прочности геологической среды на сжатие. Установление такой зависимости позволило бы оценивать по аномалиям силы тяжести интенсивность динамического процесса, приведшего к трещинообразованию;

- зависимости (2) и (3) в принципе возможно использовать для прогностической оценки предела прочности среды на сжатие, если известна величина дилатации, и, наоборот, по величине предела прочности на сжатие прогнозировать, какой может быть в ней величина дилатации при трещинообразовании, используя для этого результаты измерения поля силы тяжести.

Второе защищаемое положение. Зона промышленного оруденения Березовского рудного поля характеризуется режимом растяжения, невысоким уровнем положительной дилатации и небольшими значениями ее горизонтального градиента, что является благоприятными факторами для образования месторождений данного генетического типа (Кадышева и др., 2009; Кадышева, Сомов и др., 2010; Кадышева, Болотнова и др. 2010; Кадышева, Вандышева и др., 2010; Кадышева, 2011)

Березовское золоторудное месторождение, расположенное в 12 км на северо-восток от г. Екатеринбурга, представлено рядом свит даек гранитоид-порфиров субмеридионального, северо-восточного, редко субширотного простирания. Большая часть даек имеет крутое падение. Дайки обычно березитизированы, включают множество поперечных лестничных золотоносных кварцевых жил, которые имеют дискретное распределение в теле даек. На месторождении развиты также красичные кварцевые жилы, выходящие за пределы даек или пространственно не связанные с ними. Золото на месторождении связано с кварцевыми жилами золотоносной формации: полосовыми, залегающими в дайках, и красичными, залегающими во вмещающих породах. Жилы - главный, но не единственный концентратор золота. Часть его находится в березитах и лиственитах, где золото связано с пиритом. Между полосовыми и красичными жилами нет принципиальных различий как в структурном, так и в генетическом отношениях (Бородаевская, Бородаевский, 1947).

Изучение характера деформирования геологической среды в пределах Березовского рудного поля было выполнено на основе результатов тектонофизического анализа аномалий поля силы тяжести района г. Екатеринбурга (Болотнова, 2007; Болотнова, Филатов, 2010) (рис. 3, а, б).

Изучение результатов тектонофизического анализа (рис. 4) показало, что в южной и центральной частях Березовского рудного поля главные значения тензора деформации (е₁) и (е₂) представляют собой растяжения, причем первое главное направление, вдоль которого действует наибольшее растяжение (е₁), имеет преимущественно северо-северо-восточное направление. Главные значения (е₁) и (е₂) здесь сопоставимы по величине.

а б

Рис. 3. Главные компоненты деформации е₁ и е₂ (а) и дилатация (б) района Шарташского гранитного массива: 1 - контуры массивов интрузивных пород (IV - Шарташский); 2 - деформация растяжения; 3 - деформация сжатия (Болотнова, 2007; Болотнова, Филатов, 2010)

В северо-северо-восточном направлении происходит и плавное уменьшение обоих главных значений тензора деформации. Северная часть рудного поля характеризуется в основном небольшими по величине деформациями растяжения по обоим главным направлениям, которые имеют северо-восточное и северо-западное направления. Область растяжения по двум главным направлениям оконтурена с востока, юга и запада узкой (до 1,5 км ширины) зоной, в пределах которой при сохранении ориентировок главных направлений второе главное значение тензора деформаций много меньше первого. Но оба главных значения деформации являются растяжениями. На юге область растяжения разделяется на две части - юго-западного и юго-восточного направлений.

Дилатация в пределах рудного поля положительная, за исключением его самой северной части. Величина дилатации в районе расположения шахт изменяется в интервале от 80 до 0 условных единиц, плавно уменьшаясь в северо-северо-восточном направлении с горизонтальным градиентом 12-15 условных единиц на 1,0 км. Центральная и южная части рудного поля характеризуются высокими значениями дилатации, достигающими 160 условных единиц.

Тектонофизический анализ аномалий поля силы тяжести был выполнен на площади двух листов масштаба 1:200000 от Верх-Исетского гранитного массива на западе до Мурзинского гнейсового комплекса на востоке, и ни один массив в пределах этой территории не характеризуется таким высоким уровнем дилатации. Даже в районе Верх-Исетского плутона дилатация немного превышает 120 единиц. Поэтому можно говорить об аномально высоком значении дилатации для Шарташского гранитного массива.

Динамический режим, способствовавший высокому уровню дилатации, вероятно, создал благоприятные условия для заложения крутопадающих разломов северо-северо-восточного направления, выполненных дайками. В южной части рудного поля, где дилатация выше, наблюдается увеличение числа даек. К северу с уменьшением дилатации число даек сокращается, и их практически нет за пределами нулевой изолинии поля дилатации.

В работе М. Б. Бородаевской и Н. И. Бородаевского (1947) показано, что дайки двух наиболее молодых циклов (гранит-порфиры II цикла и плагиогранит-порфиры) сгруппированы в два расходящихся к северу пучка. В восточном пучке они, при преимущественном простирании на северо-восток под углом 15 є, падают к западу; в западном пучке они падают на восток под углами 65-70 є при простирании на северо-северо-восток. Если продолжить мысленно плоскости падения даек на глубину, то они пересекутся в северной части рудного поля примерно на глубине 2,5-3,0 км, в южной части - на глубине 1,5-2,0 км. Здесь же также отмечено увеличение числа даек к югу.

По разрезам, построенным до глубины 300-400 м (Бородаевская, Бородаевский, 1947), автором были продолжены на глубину дайки указанных циклов до их пересечения. Пересечения даек по каждому разрезу образуют некоторую зону (рис. 4), имеющую северо-северо-восточное простирание. Эта зона пространственно совпадает с положением большей части северной группы шахт и положением всех южных шахт от шахты «Красный партизан» на западе до шахты Чигаревской на востоке. Глубины пересечения даек в южной части зоны составляют 1,5-2,0 км; в северной же части они составляют 3,5-4,0 км. На рис. 4 показаны глубины до кровли гранитов (Сазонов, 1997). Сопоставляя эти глубины с глубинами пересечения даек, можно видеть, что последние находятся глубже, чем кровля гранитов. Это может свидетельствовать не только о пространственной, но и генетической связи даек гранитоид-порфиров и Шарташского гранитоидного массива, что признается многими исследователями.

Рис. 4. Схема результатов тектонофизического анализа гравитационных данных по Березовскому рудному полю: 1 - шахты, рудники; 2 - глубина кровли гранитов по геофизическим данным (в км); 3 - направления растяжения (со стрелками) и сжатия (без стрелок); 4 - контур зоны площадного растяжения (два штриха) и одностороннего растяжения (один штрих); 5 - оси зоны площадного растяжения первого порядка (одна точка) и второго порядка (две точки); 6 - изолинии дилатации (в условных единицах); 7 - контур зоны пересечения даек с указанием глубин пересечений (в км); 8 - контур зоны промышленного золотого оруденения Березовского рудного поля

Контур, охватывающий все рудники, шахты и выработанные дайки, близок к окружности диаметром 7,0 км с центром вблизи шахты им. Ленина. В контур входят все красичные жилы; южнее их нет. Величина дилатации в пределах контура, охватывающего промышленное золотое оруденение, заключена в интервале 0-80 условных единиц. Таким образом, отложение золота происходило в области умеренно-низких значений деформации геологической среды, наиболее благоприятной для рудоотложения низкой деформации, так как в обстановке сильной проницаемости не создается условий для отложения рудной компоненты (тектонофизический анализ Естюнинского железорудного месторождения (Филатов, 1990)).

Результаты геологической интерпретации данных тектонофизического анализа позволили выявить некоторые особенности поля деформации золоторудного месторождения, связанного с гранитоидным массивом, которые можно рассматривать в качестве признаков или критериев для прогнозирования перспективных площадей на оруденение данного типа.

Перспективная площадь:

- должна характеризоваться режимом растяжения;

- находиться на периферии области высоких значений положительной дилатации;

- характеризоваться невысоким уровнем положительной дилатации, меньшим 100 условных единиц;

- должен быть стабильный режим деформации с низким градиентом дилатации: 12-15 условных единиц на 1,0 км.

Третье защищаемое положение. Динамический режим формирования Ново-Шемурского медноколчеданного месторождения, установленный методом тектонофизического анализа гравитационного поля, запечатлен в его строении, пространственном положении и типах руд, в тектонике и других чертах (Кадышева и др., 2012)

Ново-Шемурское медноколчеданное месторождение, расположенное в западной части Ивдельского района Свердловской области, в 40 км к западу от г. Ивделя, было открыто в сентябре 1976 г. геологами Северной геологоразведочной экспедиции в связи с определением геологической природы двух аномалий: локальной положительной аномалии силы тяжести (рис. 5) и аномалии вызванной поляризации (ВП).

В последующие годы на месторождении был выполнен широкий комплекс геологических, геофизических, геохимических, петрофизических и других исследований, результаты которых дали всестороннее представление о нем. На месторождении было пробурено около 250 поисковых и разведочных скважин глубиной от 80 до 995 м (средняя глубина опоискования месторождения составляет около 380 м) (Юрин и др., 1986; Санкович, Киркин, 1986). Изучение месторождения позволило установить, что вулканогенные и вулканогенно-осадочные отложения, развитые в промежутке между массивами Денежкин Камень и Южно-Помурским, представляют собой отложения контрастной риолит-базальтовой вулканогенной формации натровой серии.

Рис. 5. Схема аномалий силы тяжести в топографической редукции Буге с поправкой за рыхлые отложения (в условном уровне): 1 - магистраль и ее номер; 2 - пройденные по состоянию на сентябрь 1977 г. картировочные и поисковые скважины, из них а) рудные; б) безрудные; 3 - изолинии аномалий силы тяжести, мГал

На основе выявления литолого-фациальных, петрографо-петрохимических, геохимических особенностей вулканогенных и вулканогенно-осадочных пород, слагающих геологический разрез мощных (более 1000 м) накоплений контрастной формации, месторождение было расчленено на два этажно залегающих ритма контрастного вулканизма: раннего, выделенного как отложения нижнешемурской толщи, и последующего - как отложения верхнешемурской толщи. В каждой толще нижняя половина разреза представлена преимущественно базальтами и долеритами, а верхняя - вулканитами кислого петрохимического состава. При этом промышленное медноколчеданное оруденение сосредоточено в породах кислой подтолщи нижнешемурской толщи, а в верхнешемурской толще не выявлены не только медноколчеданные руды, но и проявления околорудных метасоматитов (Юрин, 1989).

Геофизической основой для тектонофизического анализа послужили результаты площадной гравиметрической съемки в масштабе 1:10000, выполненной по сети 200х50 м со средней квадратической погрешностью ±0,066 мГал и данные более детальных измерений, проведенных непосредственно на месторождении в масштабе 1:5000 по сети 50-100х20 м со средней квадратической погрешностью ±0,060 мГал (Санкович, Киркин, 1986). Это позволило сделать расчёт главных значений (e₁>e₂>e₃) и ориентировок главный осей тензора чистой деформации и первого инварианта тензора - дилатации в узлах квадратной сети размером 100х100 м (рис. 6, 7).

Рис. 6. Векторная карта горизонтальных компонент тензора деформации: 1 - растяжение; 2 - сжатие; 3 - разведочные линии

Первые два главных значений тензора (e₁ и e₂) и соответствующие этим значениям главные направления лежат в горизонтальной плоскости, т. е. в плоскости измерения поля силы тяжести, совмещенной с дневной поверхностью. Третье главное направление перпендикулярно этой плоскости. Главные значения (e₁ и e₂) и главные направления в пределах месторождения резко отличаются по величине и ориентировке от таковых для вмещающей среды. На месторождении главные значения принимают максимальные значения как положительные (растяжение), так и отрицательные (сжатие). Область месторождения с максимальными значениями деформации сжатия e₁ оконтурена зоной, которая характеризуется деформацией растяжения, а главные направления в ее пределах имеют радиальную ориентировку.

На основании результатов классического тектонофизического анализа, выполненного на месторождениях различного генезиса М. В. Гзовским (1975), В. И. Старостиным (1979, 1988) и другими исследователями, показано, что главные значения и главные оси тензора напряжений (тензора чистой деформации) в пределах месторождений резко отличаются от таковых во вмещающей месторождения среде, т. е. их поведение является устойчивым и характерным признаком месторождений. Этот фундаментальный результат автором установлен методом тектонофизического анализа аномалий поля силы тяжести.

Первое главное значение (е₁) есть сжатие, превосходящее в несколько раз два других главных значения. В этом случае в среде будут формироваться (активизироваться) разрывные нарушения, ориентированные параллельно первому главному направлению. На месторождении оно имеет северо-восточное простирание. Из сопоставления планового положения комплекса жильных пород и ориентировки первого главного направления можно сделать вывод о том, что дайковый комплекс сформировался в разрывных нарушениях северо-восточного простирания, возникших в результате деформирования среды под действием силы тяжести.

Месторождение характеризуется интенсивной отрицательной дилатацией, величина которой плавно уменьшается в северном и южном направлениях от месторождения. Область отрицательной дилатации с запада и с востока переходит в области положительной дилатации, которые разделяют область отрицательной дилатации на два фрагмента: менее интенсивный северный и более интенсивный южный (рис. 7). Оба эти фрагмента соответствуют морфологии аномального поля силы тяжести (рис. 5) и, соответственно, двум разным залежам месторождения.

Участок с максимальной величиной отрицательной дилатации соответствует пространственно (и, возможно, генетически) положению жильного комплекса месторождения. Рудные залежи находятся в зоне субмеридионального разлома, южная дистальная часть которого как будто бы «упирается» в жильный комплекс, мешающий его развитию. А причиной образования жильного комплекса, как было показано выше, является аномально высокая величина деформации сжатия, т.е. отрицательная дилатация или плохая проницаемость среды.

Рис. 7. Карта дилатации: 1 - изолинии дилатации; 2 - разведочные линии

В пределах участка с максимальной величиной отрицательной дилатации развиты все сорта руд: медные, медно-цинковые, серно-колчеданные. По мере движения от этого участка на север в сторону уменьшения уровня отрицательной дилатации медные и медно-цинковые руды встречаются эпизодически; в основном в этой части разломной зоны развиты медно-колчеданные руды, а рудная минерализация представлена забалансовыми рудами. Вероятно, на эту пространственную закономерность в изменении сортов руд оказал влияние режим деформирования, а точнее, его изменение в меридиональном направлении.

Геохимические ореолы на месторождении выражены слабо и характеризуются небольшой мощностью, что, по мнению Ю. Ф. Юрина (1989), обусловлено экранирующим влиянием слоя коллювиальных отложений. Сопоставляя положение ореолов и участков отрицательной дилатации, можно сказать об их пространственной связи. Образование надрудных геохимических ореолов зависит при прочих равных условиях от проницаемости среды. На участках с отрицательной дилатацией она невысока, и, вероятно, это тоже (наряду со слоем коллювиальных отложений) послужило препятствием для миграции химических элементов от рудной залежи к дневной поверхности.

Результаты тектонофизического анализа показывают, что положительная аномалия силы тяжести отражает локальную зону напряженного состояния геологической среды. Это состояние, по нашему мнению, возникло сразу же по окончании процесса рудоотложения в объеме менее плотного силикатного вулканогенного субстрата 460 млн. лет назад и сохраняется до настоящего времени. Наложенные пострудные разноплановые магматические, метаморфические, метасоматические и тектонические процессы не оказали из-за огромной массы рудных тел нивелирующего влияния на напряженно-деформированное состояние зоны аномалии силы тяжести.

Заключение

Основные результаты исследований, выполненных в диссертационной работе, заключаются в следующем:

- на основании результатов экспериментального изучения деформационных свойств горных пород различного петрографического состава были впервые установлены прямые линейные корреляционные зависимости между дилатацией и пределом прочности этих пород на сжатие;

- тектонофизический анализ аномалий поля силы тяжести Березовского золоторудного и Ново-Шемурского медноколчеданного месторождений показал, что главные значения и главные направления тензора чистой деформации, а также дилатация в районах месторождений являются аномальными по отношению к вмещающей их среде, и это обстоятельство может быть использовано при геологическом прогнозировании месторождений;

- поле деформации зоны промышленного оруденения Березовского золоторудного месторождения характеризуется такими специфическими чертами, как режим растяжения и низкий уровень положительной дилатации, свидетельствующими о том, что наиболее благоприятной обстановкой для рудоотложения при прочих равных условиях является относительно невысокая проницаемость геологической среды;

- геологическая интерпретация результатов тектонофизического анализа аномалии поля силы тяжести Ново-Шемурского медноколчеданного месторождения показала тесную взаимосвязь динамического режима формирования месторождения с его строением, тектоникой, пространственным положением рудных тел, типами руд и характеристикой геохимических ореолов;

- результаты изучения деформационной структуры месторождений различных генетических типов методом тектонофизического анализа гравитационного поля в основных чертах соответствуют данным, полученным традиционным тектонофизическим методом, что позволяет рекомендовать применение метода тектонофизического анализа гравитационного поля для изучения напряженно-деформированного состояния геологической среды при решении задачи геологического прогнозирования как на закрытых, так и на открытых территориях с использованием материалов гравиметрических съемок различных масштабов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России:

1. Сомов В. Ф., Кадышева Е. В., Филатов В. В. Тектонофизический анализ гравитационного поля Березовского золоторудного месторождения и прогнозно-поисковые критерии золотого оруденения, связанного с гранитоидными массивами // Литосфера. 2010. № 1. С. 94 - 102.

2. Кадышева Е. В., Филатов В. В. Дилатация как предпосылка применения гравиметрии для изучения деформации геологической среды // Известия вузов. Горный журнал. 2010. № 4. С. 122 - 126.

3. Вандышева К. В., Кадышева Е. В., Филатов В. В. Проявление временных деформаций геологической среды в аномалиях гравитационного поля // Известия вузов. Горный журнал. 2011. № 3. С. 126 - 130.

4. Вандышева К. В., Кадышева Е. В. Опыт тектонофизического анализа гравитационного поля рудных районов Урала. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). М.: Изд-во «Горная книга». 2012. № 8.

С. 139 - 148.

5. Кадышева Е.В., Филатов В.В., Юрин Ю.Ф. Тектонофизический анализ гравиметрических данных по Ново-Шемурскому медноколчеданному месторождению. Известия вузов. Горный журнал. 2012. № 6. С. 108 - 114.

Статьи, опубликованные в других журналах, научных сборниках и материалах конференций:

6. Кадышева Е. В., Сомов В. Ф., Болотнова Л. А. Напряженно-деформированное состояние геологической среды Березовского золоторудного месторождения по данным гравиметрии // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы XXXVI сессии Международного семинара им. Д. Г. Успенского (г. Казань, 26-31 января 2009 г.). Казань: Изд. Казанского государственного университета, 2009. С. 137 - 140.

7. Болотнова Л. А., Вандышева К. В., Кадышева Е. В. Тектонофизическая интерпретация аномалий поля силы тяжести на примере рудных месторождений Урала // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 37-й сессии Международного семинара им. Д. Г. Успенского (Москва, 25-29 января 2010 г.). М.: ИФЗ РАН, 2010. С. 70 - 75.

8. Вандышева К. В., Кадышева Е. В., Филатов В. В. Тектонофизический анализ гравитационного поля: идея, теория, методика и геологические результаты // Теоретичнi та прикладнi аспекти геоiнформатики: Материалы VIII Международной конференции «Геоiнформатика: теоретичнi та прикладнi аспекти» (м. Киiв, 24-27 марта 2009 г.), Киiв, 2010. С. 62 - 75.

9. Кадышева Е. В. Закономерности временных изменений дилатации горных пород // Международный научно-промышленный симпозиум «Уральская горная школа - регионам» (г. Екатеринбург, 12-21 апреля 2010 г.): сборник докладов. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2010. С. 44 - 46.

10. Новая технология изучения напряженно-деформированного состояния геологической среды методом тектонофизического анализа поля силы тяжести / Л. А. Болотнова, К. В. Вандышева, Е. В. Кадышева, В. В. Филатов // Краткие сообщения XXX Российской школы по проблемам науки и технологий, посвященной 65-летию Победы (15-17 июня 2010 года, г. Миасс Челябинской обл.). Екатеринбург: УрО РАН, 2010. С. 224 - 226.

11. Вандышева К. В., Кадышева Е. В., Филатов В. В. Дилатация геологической среды и ее отражение в гравитационном поле // Вопросы теории и практики геологической интерпретации геофизических полей: Материалы 38-й сессии Международного научного семинара им. Д. Г. Успенского (г. Пермь, 24-28 января 2011 г.). Пермь: ГИ УрО РАН, 2011. С. 52 - 53.

12. Кадышева Е. В. Тектонофизическая характеристика Березовского золоторудного месторождения по гравиметрическим данным // Тектоника, рудные месторождения и глубинное строение земной коры: Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 100-летию С. Н. Иванова (IV Чтения памяти С. Н. Иванова, г. Екатеринбург, 24-26 мая 2011 г.). Екатеринбург: Институт геологии и геохимии УрО РАН, 2011. С. 111 - 114.

13. Кадышева Е.В., Филатов В.В., Юрин Ю.Ф. Тектонофизическая характеристика Ново-Шемурского медноколчеданного месторождения по гравиметрическим данным. Вопросы образования и науки: теоретический и методический аспекты: сборник научных трудов по материалам Международной заочной научно-практической конференции 30 апреля 2012 г., г. Тамбов: в 7 частях. Часть 4; Мин. образования и науки РФ. Тамбов: Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2012. С. 64 - 67.



Подписано в печать 2012 г. Бумага офсетная.

Формат 60х84 1/16. Печ. л. 1,0.

Тираж 100. Заказ

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники изд-ва Уральского горного ун-та.

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

Уральский государственный горный ун-т.

Размещено на Allbest.ru

...