Геохимия и рудоносность щелочных пород Приазовья с точки зрения информационного анализа

Волкова Т.П., Выборов С.Г.

Национальный технический университет, Донецк, Украина

voltep@rambler.ru

 

В основе процесса рудообразования любого элемента лежит закон универсальной зональности. Он является следствием многоступенчатой дифференциации рудного вещества при переходе из рассеянного состояния в концентрированное. Щелочные породы также являются результатом магматической или кристаллизационной дифференциации. Нормальный ход дифференциации интрузивных формаций состоит в увеличении кременекислоты и щелочности пород. При этом общей геохимической тенденцией является повышение концентрации литофильных элементов с уменьшением содержаний элементов группы железа, кальция, магния при переходе от ранних дифференциатов к поздним. Большая часть редких элементов относится к литофильным и входит в группу «остаточных» компонентов магматического расплава. Поэтому многие массивы щелочных пород изначально геохимически специализированы на редкие элементы. В процессе эволюции, направленной на повышение щелочности пород, концентрация редких элементов заметно увеличивается. Промышленные концентрации редких элементов характерны для массивов щелочных пород, расположенных на древних щитах. Таким образом, главным прогнозным поисково-оценочным критерием месторождений редких металлов можно считать многоэтапность и длительность процессов дифференциации. Места их наиболее интенсивного проявления в Приазовье установлены с помощью информационного анализа.

Теоретической основой информационного анализа является синергетика. Установлено, что процессы дифференциации фиксируются ростом статистических (дисперсия) и информационных показателей (информационная энтропия), вычисленных по содержаниям рудных элементов. Щелочность пород является параметром порядка для накопления редких элементов. Эволюционные процессы природных систем характеризуются повышением значений информационной энтропии для каждого последующего члена эволюционного ряда. Использование информационного анализа направлено на  оценку изменения количества информации в изучаемом объеме недр. Такая оценка может быть выполнена по различным показателям, отражающим пространственные закономерности изменения  свойств пород и повышение степени структурной упорядоченности изучаемого объекта. Увеличение информации по содержаниям рудных элементов характеризует их прогрессивное накопление, характерное для месторождений.

Приазовский блок является восточной окраиной Украинского щита и отделен от соседнего Среднеприднепровского мегаблока Орехово-Павлоградской шовной зоной. В его строении выделено 2 блока II порядка – Западноприазовский и Восточноприазовский, разделенных Центрально-Приазовской межблоковой зоной. Магматическая зональность Приазовья выражается в смене с юго-запада на северо-восток состава пород. Ультраосновные породы Корсакского синклинория сменяются нормальными и кислыми породами Салтычанского антиклинория, постепенно переходя в субщелочные и щелочные породы Восточного Приазовья. Большая часть массивов щелочных пород Приазовья сформировалась в несколько интрузивных фаз. Установлены существенные различия в распределении породообразующих и рудных элементов в ранних и поздних интрузивных фазах и в дифференциатах массивов  этих формаций.

  Приазовье имеет  ранг редкометальной субпровинции. Рудопродуцирующим геологическим формациям присуще обогащение щелочами, летучими компонентами, способствующим концентрации редких металлов.

К их числу отнсятся Азовское цирконий-редкоземельное, расположенное в щелочных сиенитах Володарского плутона, Мазуровское и Калинино-Шевченковское цирконий-тантал-ниобиевые месторождения Октябрьского массива, Петрово-Гнутовское фтор-редкоземельное и большое число рудопроявлений, связанных со среднепротерозойскими интрузивными комплексами.

Информационный анализ производился в два этапа. На первом этапе были выделены блоки различной металлогенической специализации по качественным (магматические породы, разломная тектоника, рельеф поверхности, изолинии магнитного поля) показателям и данным полуколичественного спектрального анализа проб на 28 рудных элементов в пределах всего Приазовья. На втором этапе анализировались перспективные площади по данным полуколичественного спектрального анализа проб разведочных скважин в пределах Октябрьского и Володарского массивов. Оценка ресурсов выполнена на горизонтальных и вертикальных разрезах Азовского и Мазуровского месторождения по данным химического анализа элементов рудного комплекса с помощью показателя привноса-выноса (положительные и отрицательные значения показателя относительной  информационной энтропии). Он получен на основе типоморфных ассоциаций элементов группы привноса и выноса с помощью корреляционного анализа.  Оценка показателя привноса-выноса проводится в относительных единицах. Для сравнения масштабов массопереноса в рудоносных структурах, а следовательно и запасов месторождений, необходимо нормировать показатель привноса-выноса по числу рассматриваемых элементов в системе. В пределах одной рудной структуры сопоставление значений этого показателя вполне достоверно и позволяет оценивать перспективность отдельных участков и их ресурсы. Для получения регулярной графической модели распределения показателей проводилось осреднение исходных данных. На первом  этапе величина радиуса осреднения составила 5000, а на втором  - от 1000 до 200 метров.

По результатам первого этапа информационного анализа в Приазовском блоке выделены два рудных района, имеющих различную металлогеническую специализацию: сидеро-халькофильную - в Западном и литофильную - в Восточном. Наиболее высокие значения  информационной энтропии оказались на площадях распространения субщелочных и щелочных пород Восточного Приазовья. Все известные рудные поля выделяются повышенными (40-50%) значениями информационной энтропии. Дальнейшее выделение перспективных рудных структур выполняется в пределах аномального поля суммарной энтропии редких элементов в пределах Володарского и Октябрьского массивов.

Становление Володарского массива происходило в мезопротерозое (1800±20 млн.лет) в процессе длительной магматической дифференциации, результатом которой явились разнообразные породы от основного до субщелочного состава. Первая фаза становления массива представлена расслоенной габбро-сиенитовой интрузией, занимающей около 60% площади Володарского интрузива в юго-восточном секторе. В южной части Володарского массива сохранились тела габброидов, состоящие из сложного чередования слоев габбро-сиенитов, верлитов, андезинитов, габбро-диоритов и диоритов. Вторая фаза массива представлена интрузией щелочнополевошпатовых гастингситовых сиенитов, среднее содержание циркония в которых составляет 300 г/т. В акцессорную ассоциацию входит циркон, ортит и пирохлор. Третья фаза массива представлена интрузией розовых щелочнополевошпатовых гастингситовых граносиенитов и володарских гранитов. Среднее содержание циркония в них составляет около 370 г/т. Азовская зонально-кольцевая структура расположена в северном части Володарского массива на пересечении разломов субширотного и субмеридионального простирания. В центре ее выделяется шток сиенит-пегматитов, который представляет четвертую, наиболее позднюю фазу пород Володарского интрузива. К экзоконтакту интрузии сиенит-пегматитов приурочено Азовское цирконий-редкоземельное месторождение. Максимальные уровни энтропии приурочены к Азовской кольцевой структуре.

В пределах Азовской структуры наиболее детально изучен юго-восточный участок, где расположено Азовское цирконий-редкоземельное месторождение. Здесь находится 84 скважины из 230, пробуренных в пределах всей Азовской структуры. Детальный информационный анализ Азовской структуры (блок осреднения 500 м²) показал не только известное Азовское циркон-редкоземельное месторождение, но и несколько перспективных участков. Отмечается близкое совпадение морфометрии поля этого показателя с контуром выделенного промышленного рудного тела. Изолиния 400 отн. ед. практически совпадает с контуром рудного тела. Доля рудных составляет в среднем 50%. В рудных интервалах этот процент увеличивается до 96%, в безрудных прослоях падает до 1%.

Октябрьский массив находится в северо-западной части Восточного Приазовья преимущественно в поле развития кварцевых сиенитов, монцонитов и гранитов хлебодаровского комплекса. Он принадлежит к наиболее древним платформенным проявлениям нефелин-щелочносиенитового магматизма на Украинском щите. Площадь массива около 40 км². Он характеризуется сложным многофазным строением, широким развитием постмагматических щелочных образований. Он отнесен к интрузиям центрального типа с весьма длительным (свыше 1 млрд.лет) и многоэтапным развитием. Однозначно магматический генезис признан для габброидов Октябрьского массива. Основные и ультраосновные породы лучше всего сохранились на севере Октябрьского массива. На юге и юго-востоке они встречаются в виде отдельных небольших блоков. Щелочные породы Октябрьского массива представлены щелочными и нефелиновыми сиенитами. Они отличаются между собой, главным образом, содержанием нефелина, который распространен крайне неравномерно. Все щелочные породы магматической стадии формирования Октябрьского массива содержит нещелочные темноцветные минералы.  Появление большей части щелочных пород связывают с этапами щелочного калиевого и натриевого метасоматоза (от более ранних к более поздним): 1)сиенитовый; 2)нефелиновый; 3)альбититовый; 4)карбонатитовый. Продуктивными на редкие металлы являются мариуполиты. Характерной особенностью всех сиенитов является большая изменчивость структур, текстур и состава.

Информационный анализ Октябрьского массива выявил все перспективные рудопроявления и месторождения. Значения информационного показателя в Октябрьском массиве оказались ниже, чем в Володарском. Высокие значения информационного показателя наблюдаются в центре массива, в узле пересечения крупных разломов. Они сопровождают поле развития мариуполитов Калинино-Шевченковского и Мазуровского месторождений.

В пределах Мазуровского месторождения проведена предварительная (среднее расстояние между скважинами – 200-300 метров) и  детальная разведка (расстояние между скважинами составляет от 300 до 50 метров). Интервал опробования составил 1-10 метров. Рудные тела имеют поэтажное субгоризонтальное залегание и четкие геологические границы. Для Мазуровского месторождения характерны высокие значения показателя выноса как в плане, так и в разрезе. Это косвенно подтверждает метасоматический генезис оруденения. Доля рудных элементов в общем привносе по многим скважинам незначительная. В рудных интервалах она повышается и составляет от 27 до 70%. Оценка ресурсов месторождения выполнена в блоке детальной разведки. Основным отличием рудных разрезов от безрудных является заметно более высокие абсолютные значения информационной энтропии, приуроченные к рудной зоне.

Проведенное исследование позволило разработать рекомендации по выделению и оценке перспективных площадей поисково-разведочных работ. В соответствии с их намеченными этапами рекомендуется проводить информационный анализ площади поисков. Последовательный анализ аномальных полей информационной энтропии позволяет выделить наиболее перспективные участки на каждой стадии. Основные принципы и виды оценок сохраняются. Начальные мелкомасштабные работы характеризуются незначительной контрастностью поля информационной энтропии. Наиболее контрастно выделяются перспективные площади в поле суммарного показателя информационной энтропии содержаний элементов типоморфного комплекса, который однозначно выделяет рудоконтролирующие структуры на каждой стадии работ. В зависимости от размеров и сложности  строения изучаемой площади уровни поля информационной энтропии изменяются от 20-25% (поисковые работы) до 70% и более (оценка рудопроявлений и месторождений). Исходя из опыта картирования площадей Приазовья, можно сказать, что уровни информационной энтропии ≥50% свидетельствуют о появлении потенциально рудоносных площадей. Контрастность и кратность повышения уровней поля информационной энтропии зависит от интенсивности, длительности и количества этапов активизаций рудогенной системы. Чем больше их было реализовано в системе, тем более контрастно она отражается в поле информационной энтропии. Последовательный информационный анализ в соответствии со стадийностью поисково-разведочных работ, обеспечивает выделение наиболее перспективных площадей для последующей стадии.

 

Ссылки:

Волкова Т.П. Роль процессов дифферециации в формировании месторождений полезных ископаемых // Доповіді НАНУ, 2003, №4. - С.107-110.

Волкова Т.П. Теория и практика поисков и оценки редкометальных месторождений. - Донецьк: РВА, ДонНТУ, 2003. - 102 с.