Національна академія наук України

Інститут геохімії навколишнього середовища

Волкова Тетяна Петрівна

УДК 553.07:550.87

геолого-геохімічні КРИТЕРІЇ оцінки рІдкІснометалевих родовищ у лужних комплексах приазов'я (Український щит)

Спеціальність 04.00.11 - Геологія металевих і неметалевих

корисних копалин

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

дисертації на здобуття вченого ступеня

доктора геологічних наук

Київ - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донецькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант: доктор геолого-мінералогічних наук, професор Панов Борис Семенович, зав.кафедрою “Корисні копалини та екологічна геологія” ДонНТУ

Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук

Горлицький Борис Олександрович

Інститут геохімії навколишнього

середовища НАН України, зав. відділом

доктор геолого-мінералогічних наук

Галецький Леонід Станіславович

Інститут геологічних наук НАН України,

зав. відділом, професор

доктор геолого-мінералогічних наук

Каталенець Анатолій Іванович

Криворізький технічний університет,

професор

Провідна установа: Київський національний університет

ім.Тараса Шевченка

Захист дисертації відбудеться 07.04.2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26. 192. 02 при Інституті геохімії навколишнього середовища НАН України за адресою: 03142, м.Київ-142, пр.Паладіна, 34-а

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України (м.Київ, пр.Паладіна, 34).

Автореферат розісланий 27.02.2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

доктор геолого-мінералогічних наук Б.О.Занкевич

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Виявлення промислових рудних родовищ є найважливішою науковою проблемою і практичною метою металогенічних досліджень. Наукова проблема полягає у побудові моделі процесу рудоутворення для одержання залежності між ресурсами і різноманітними генетичними факторами, яка дозволить здійснити кількісну оцінку перспективності пошукових об'єктів. Основою для створення моделі кількісного прогнозування ресурсів повинні служити закономірності і показники, що є загальними для процесу формування родовищ різноманітного складу, генезису і можуть застосовуватися на всіх стадіях пошуково-розвідувального процесу. У період екстенсивного розвитку геологорозвідувальної галузі достовірність прогнозної оцінки ресурсів нових об'єктів забезпечувалася великими обсягами робіт. На основі принципу аналогії підтверджувалася певна схожість досліджуваного родовища з відомим еталонним, або згідно з принципом винятковості оцінювався ступінь незвичайності сполучення факторів та суттєвості їх впливу на масштаби ресурсів.

З практичної сторони проблема кількісного прогнозування ресурсів тісно пов'язана з економічною ефективністю геологорозвідувальних робіт і набуває особливо важливого значення в сучасних умовах. Україна належить до держав із винятково багатими надрами і потужним мінерально-сировинним комплексом. Незважаючи на це, відзначається дефіцит багатьох видів мінеральної сировини. Одним із стратегічних видів є рідкісні метали. Більша частина з них імпортується з закордону. Накопичений величезний кількісний матеріал за результатами вже проведених пошукових робіт, розгляд якого на сучасному рівні моделювання та комп'ютерної обробки даних може вирішити проблеми України за багатьма видами мінеральної сировини. Робота направлена на вирішення проблеми кількісної оцінки ресурсів рідкісних металів для різних стадій пошуково-розвідувального процесу з використанням комп'ютерної технології.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основний напрямок проведених досліджень відповідає концепції розширення мінерально-сировинної бази як основи стабілізації економіки України на період до 2010 року, схваленої Кабінетом Міністрів України від 09.03.99 №338, основним завданням програми геологогічного довивчення території Приазовського блоку Українського щита, державній програмі з інформатизації, а також програмі науково-технічного розвитку Донецької області на період до 2020 року.

Результати наукових досліджень, що наведені в дисертації, одержані в процесі виконання науково-дослідних робіт кафедри “Корисні копалини й екологічна геологія” Донецького національного технічного університету, у яких автор брала участь як керівник (номер державної реєстрації 0100V001055), відповідальний виконавець (номер державної реєстрації 0197V008248) і автор підрозділів (номери державної реєстрації 01870021781, 01900000419, 0102U007316).

Мета і основні завдання досліджень. Мета цієї роботи полягає у розвитку і теоретичному обгрунтуванні методології прогнозу рідкіснометалевого зруденіння, розробці геолого-геохімічних критеріїв пошуків родовищ і кількісної оцінки прогнозних ресурсів. Досягненню мети сприяло вирішення таких завдань:

·

·

·

·

·

Об'єкт дослідження - рідкіснометалеві родовища і рудопрояви Приазовського блока Українського щита.

Предмет дослідження - пошукова геохімія та кількісне прогнозування ресурсів рідкіснометалевих родовищ.

Методи досліджень. Для вирішення поставлених завдань застосовувався такий комплекс методів: 1) статистичні методи обробки даних пошуково-розвідувальних робіт для одержання геохімічних характеристик і типоморфних асоціацій елементів; 2) металогенічний аналіз при систематизації геолого-геохімічних факторів локалізації рідкіснометалевого зруденіння Приазовського блока; 3) інформаційний та синергетичний аналіз для обгрунтування загальних показників перспективності рідкіснометалевого зруденіння; 4) структурно-геохімічне картування за допомогою геоінформаційних систем, що забезпечили системний аналіз якісної і кількісної інформації та перевірку достовірності розроблених показників; 5) кореляційний і регресійний аналіз для перевірки зв'язків і обгрунтування залежності між прогнозними ресурсами і розробленими показниками.

Наукова новизна одержаних результатів. 1) Теоретично обгрунтований зв'язок рідкіснометалевого рудоутворення з інтенсивністю процесів диференціації речовини земної кори, які направлені на сепарацію і багатоетапне концентрування рідкісних елементів під час односпрямованих еволюційних геологічних перетворень регіону. 2) Розроблений формалізований, кількісний спосіб визначення рудоконтролюючих структур різного рангу, що забезпечує найбільшу ефективість виявлення родовищ та розвинуті теоретичні засади методики пошуків і оцінки рідкіснометалевого зруденіння. 3) Одержали подальше удосконалення методи кількісної оцінки прогнозних ресурсів, які базуються на обгрунтуванні та розрахунку інформаційних показників контрастності і комплексності геохімічних аномалій.

Практичне значення одержаних результатів. 1) Розроблені та обгрунтовані додаткові геолого-геохімічні критерії перспективності геохімічних аномалій на промислове рідкіснометалеве зруденіння при різномасштабних пошукових роботах; 2) Впроваджена єдина методика комп'ютерної обробки геолого-геохімічної інформації для всіх стадій пошуково-розвідувальних робіт, яка дозволяє виділити з найменшими трудовими і часовими витратами найбільш перспективну площу; 3) апробований інформаційно-геохімічний показник концентрації рудної речовини, який дозволив виконати кількісну оцінку ресурсів перспективних ділянок.

Наукові результати роботи видані у вигляді монографії, наукових статей і використані на практиці Приазовською партією під час проведення пошукових і оціночних робіт у межах Жовтневої (рудопрояви Західний, Східний, Волноваський, Калініно-Шевченківський, Анадольський, родовище Мазуровське) і Володарської (рудопрояви Зірка-1, Зірка-2, Пановський, Малинівський, родовище Азовське) площ за масштабом 1:50000, при детальному картуванні й оцінці ресурсів Азовської структури, рудопроявів Жовтневого масиву та його екзоконтакту (Анадольське родовище), а також для прогнозу зруденіння та ув'язування рудних тіл Азовського і Мазуровського рідкіснометалевих родовищ. Результати роботи визначили вибір об'єктів першочергового освоєння програми “Створення рідкісноземельно-рідкіснометалевої мінерально-сировинної бази Донецької області”.

Особистий внесок автора. Основою роботи є матеріали, що зібрані автором протягом п'ятнадцятирічних досліджень рідкіснометалевих родовищ і рудопроявів Приазов'я та Українського щита у складі науково-дослідницького сектору (1987-1991) і викладачів кафедри “Корисні копалини й екологічна геологія” (1991-2004) Донецького національного технічного університету. Автором був створений банк даних по двох найбільших рідкіснометалевих родовищах Приазов'я - Азовському і Мазуровському, що є узагальненням понад 16000 напівкількісних спектральних аналізів на 28 елементів і 10000 хімічних аналізів проб по рудних елементах; оброблені результати літохімічного опробування більше 100 свердловин, побудовані спеціалізовані геохімічні карти і розрізи із застосуванням комп'ютерних програм для інтерпретації результатів досліджень. Автором персонально була розроблена методологія пошуків і оцінки рідкіснометалевих родовищ, створені і впроваджені у виробництво комп'ютерні програми для оцінки перспективності площ Східного Приазов'я на рідкіснометалеве зруденіння.

Апробація результатів дисертації. Робота неодноразово обговорювалася на виробничих нарадах Приазовської ГРП. Результати дисертації впроваджені у вигляді методичних рекомендацій, звітів із державних тем кафедри, а також окремих глав тематичних звітів Приазовської експедиції. Результати роботи доповідались на міжнародних конференціях, присвячених рідкісним металам (Київ-1995, Донецьк-1997, -2000, -2003, Київ-2001), новим ідеям у науках про Землю (Москва-2001), геоінформатиці (Київ-2002), металогенії докембрійських щитів (Київ-2002), стратегії оптимального розвитку регіонів (Харків-2003, Дніпропетровськ-2003), регіональних конференціях, присвячених передовим технологіям у наукових дослідженнях і освіті (Львів-2000), ювілейним святам (Дніпропетровськ - 1998, 1999, 2000).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в монографії, 24 статтях уфахових виданнях, 10 збірниках матеріалів і тез конференцій.

Структура роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації складає 310 сторінок тексту і містить 37 таблиць, 56 рисунків, 349 найменування у списку використаних літературних джерел.

ОСНОВНий зміст РОБОТИ

Розділ 1. Існуючі методи та нова методологія прогнозної оцінки родовищ корисних копалин

Проблема прогнозної оцінки ресурсів пов'язана з необхідністю урахування великої кількості природних факторів, вплив кожного з яких точно оцінити практично неможливо. При вивченні складних явищ такого роду застосовують моделювання. Металогенічні моделі дозволяють на формаційно-генетичній основі прогнозувати появу характерних геологічних і пов'язаних із ними рудних формацій. Традиційно ці моделі використовуються для оцінки перспективності значних територій рангів рудних районів і зон. Можливість локального прогнозування процесів мінералоутворення конкретного родовища з термодинамічних параметрів реалізується у фізико-хімічних моделях. Їх перевагою є універсальність методики, а основною складністю є визначення і ступінь витриманості параметрів для різномасштабних металогенічних підрозділів. Проте перехід від будь-яких теоретичних моделей до вирішення практичного завдання оцінки ресурсів у межах необхідних масштабів не розроблений, що і визначає доцільність дисертаційної теми.

Велике значення для методології прогнозування родовищ корисних копалин мало введення принципу системності. Металогенічні підрозділи, які є об'єктами вивчення на різних стадіях пошуково-розвідувального процесу, із позицій системного підходу являють собою ряд ієрархічних рівнів, що складають взаємозалежну систему (В.В. Богацький, Ю.О. Воронін, А.Б. Каждан, Ю.О. Косигін, В.Ф. Мягков, І.Б. Недумов, В.І. Пахомов., М.В. Рац, Л.І. Четвериков та ін.). Під час встановлення зв'язку між рудоконтролюючими факторами і масштабами ресурсів окремих рівнів системи достовірність прогнозу ресурсів підвищується. Для вирішення цього питання розглянуто еволюцію геохімічної системи з позицій термодинаміки.

Для будь-якої геохімічної системи найбільш ймовірним і стійким станом є фоновий вміст рудних елементів. Виникнення аномальних концентрацій рудних елементів можливе тільки при надходженні енергії в систему, за рахунок якої повинна бути виконана робота з переміщення рудної речовини. При цьому відбувається зменшення термодинамічної ентропії системи. Визначення термодинамічних параметрів природних систем і ступеня їх витриманості є надзвичайно складним завданням. За допомогою спрощених термодинамічних розрахунків була виконана приблизна оцінка енергетичних витрат на створення підвищених рудних концентрацій в ізотермічному процесі за формулою енергії рудоутворення (Н.І.Сафронов та ін., 1978).

Природні геохімічні системи належать до відкритих динамічних систем, у яких при надходженні зовнішньої енергії відбуваються процеси структурування. Чим вищі нерівноважність та кількість енергетичних активізацій системи, тим вища її структурованість (Ф.О.Летников, 1992). Таким чином, енергія, що надходить зовні в систему, підвищує рівень її структурної організації. Еволюцію геохімічних систем можна розглядати як послідовність енергетичних активізацій, кожне з яких супроводжується виникненням нового елемента її ієрархічної структури. Для рудоутворюючих систем характерна успадкованість властивостей елементами різних ієрархічних рівнів. У цьому випадку кожний етап енергетичної активізації системи характеризується підвищенням вмісту типоморфного комплексу рудних елементів. За рахунок цього здійснюється багатоетапне концентрування рудної речовини в локальних елементах системи - родовищах. Тому встановити можливість утворення родовища в досліджуваній геохімічній системі можна оцінюючи неоднорідність і складність її будови.

Для оцінки неоднорідності розподілу показників у геології застосовується інформаційна ентропія. У теорії інформації цей показник (К.Шеннон, 1963) характеризує невизначеність перебування системи в одному з можливих статистичних станів (х1,х2,...хn), із відповідними ймовірностями (p1,p2,...pn). Теоретично відом, але практично не використовувався раніше зв'язок показників термодинамічної й інформаційної ентропій. Негентропійний принцип інформації (Л. Бриллюен, 1966) встановлює співвідношення між інформаційною і термодинамічною ентропією:

N = k•Н(p) + const (1);

де N - негентропія (негативна термодинамічна ентропія);

H(p) - інформаційна ентропія (функція ймовірностей концентрацій);

k- константа переходу від інформаційних до термодинамічних функцій.

Згідно з формулою (1), зниження термодинамічної ентропії системи відповідає пропорціональному підвищенню показника інформаційної ентропії. Тому процеси взаємодії природних об'єктів між собою і навколишнім середовищем, виражені зміною енергії і переміщенням речовини, можуть відображуватись процесами передачі і переробки інформації і вивчатися за допомогою інформаційних показників.

Оцінки інформаційних функцій залежать від кількості елементів системи, тому застосовувалася формула відносної інформаційної ентропії:

де n - число класів аналізованої властивості геохімічної системи;

pi - частка i–го класу (ймовірність) за даною властивістю системи.

За цією формулою можна оцінити розподіл у системі будь-якого геологічного показника, поданого якісною (геологічні карти) і кількісною інформацією (вміст хімічних елементів, коефіцієнти їх концентрацій). Оцінки показника відносної інформаційної ентропії, які є відображенням структурних особливостей геохімічної системи, можуть характеризувати ступінь енергетичних еволюційних перетворень. Отже, для виявлення ієрархічної багаторівневої будови, характерної для рудоутворюючих систем, необхідно встановити тенденцію зростання показника інформаційної ентропії під час обробки інформації з різних геолого-геохімічних властивостей (первинні дані). У цьому випадку за допомогою спільних законів і методів можлива послідовна кількісна оцінка перспективності різних металогенічних підрозділів.

Залежно від вивченості території розроблена методика обробки як кількісної, так і якісної інформації. Вся аналізована площа розбивається на блоки одного розміру відповідно до масштабу карти і розміру прогнозованого об'єкта (вузла, поля, родовища). При обробці якісної інформації на геологічній карті Приазов'я масштабу 1:200000 (літологія, тектоніка тощо) був прийнятий квадрат зі стороною, яка дорівнює 5 см, що відповідає площі рудного вузла в 100 км2. Обробка даних напівкількісних спектральних аналізів полягала у визначенні для кожного хімічного елемента частот повторюваності класів коефіцієнтів концентрацій (градація в кларках літосфери: <1; 1-5; 5-10; 10-50; понад 50.) у блоках, розміри яких послідовно зменшувалися відповідно до відомих розмірів металогенічних підрозділів. Для виділення рудних полів було проаналізовано більше 40000 проб на 25 елементів. У всіх випадках обчислювались значення показника відносної інформаційної ентропії за вищенаведеною формулою (2) для встановленого числа класів (n) та певної частки кожного з них (pi ); відбудовувалися ізолінії показника інформаційної ентропії геолого-геохімічних полів та здійснювалася їх прив'язка до геологічної основи у геоінформаційній системі. Всі розрахунки і побудови виконані на комп'ютері за допомогою спеціальних і стандартних програм. Підвищення значень показника інформаційної ентропії понад 60% під час послідовної обробки даних різних стадій пошуково-розвідувальних робіт дозволяє виділити найбільш ймовірні ділянки локалізації рідкіснометалевих родовищ.

Розділ 2. Металогенічна характеристика рідкіснометалевих об'єктів Приазовського блоку

Приазовський блок є східною частиною Українського щита із широко проявленою кількаразовою тектоно-магматичною активізацією. Тут виявлено більше 50 видів корисних копалин, зокрема, рідкіснометалеві родовища і рудопрояви. Це дозволяє вважати Приазовський блок рідкіснометалевою субпровінцією. У його межах виділено 2 блоки II порядку - Західноприазовський і Східноприазовський, розділені Центральноприазовською міжблоковою зоною. Вона простежена на відстані понад 120 км і фіксується гравітаційним ступенем і мінімумами гравітаційного поля. Найбільші родовища і велика частина рудопроявів рідкісних металів відомі в ендогенних формаціях, із якими пов'язана і група екзогенних рідкіснометалевих родовищ Приазов'я. У західній частині Приазовського блока відомі родовища і рудопрояви рідкіснометалевих пегматитів, що локалізуються в центральній частині Салтичанського антиклінорія і трогових структурах, що оточують його. В епоху палеопротерозойської активізації відмічено прояв ультраосновного лужного карбонатитового магматизму в Чернігівській палеорифтовій зоні, у якій розташовані родовище і рудопрояви рідкіснометалевої карбонатитової формації. Східноприазовський блок зазнав кількаразову активізацію, починаючи з палеопротерозою (граніти анадольського, монцоніти, діорити і сієніти хлібодарівського комплексів), і також в інші епохи тектоно-магматичних активізацій, що характерні для щитів усього світу. Багатоетапна магматична і метасоматична активізація Східного Приазов'я обумовила появу дуже різноманітних рудних формацій: рідкіснометалевих гранітів і онгонітів (Катеринівський, Стародубовський, Кам'яномогильський рудопрояви), фтор-рідкіснометалево-рідкісноземельна у лужних сієнітах (Азовське родовище і рудопрояви Урочища Сторожового), рідкіснометалева у нефелінових сієнітах (Мазуровське і Калініно-Шевченківське родовище, рудопрояви Жовтневого масиву, Малотерсянський, Новопавлоградський), фтор-карбонат-рідкіснометалева у граносієнітах (Петрово-Гнутовське родовище, рудопрояви Павлопольський, Піщевикський, Дружба, Анадольський, Діановський, Красновський) і вулканітах (Покрово-Кірєєвський рудопрояв). Велика частина з них має нестандартний мінеральний склад руд (Li, Be, Sc, Zr, TR), що не дозволяє віднести їх до відомих промислових типів. Це обмежує застосування методу аналогії й обумовлює необхідність використання розробленого нами енергетичного підходу до оцінки перспективності рідкіснометалевого зруденіння Приазов'я.

Геохімічна зональність Приазовського блоку визначається еволюційними змінами складу порід геологічних комплексів, що йшли в напрямку підвищення кислотності (анадольський комплекс монацитоносних гранітів, кам'яномогильський комплекс рідкіснометалевих гранітів і онгонітів) і лужності (хлібодарівський граносієнітовий, південнокальчикський габбро-сієнітовий, жовтневий нефелінсієнітовий). Відповідно до цього йшло підвищення вмісту рідкісних елементів і формування спеціалізованих на рідкісні метали рудних вузлів і полів. З часом відзначається еволюційне ускладнення геологічної будови Приазовського блоку, що виявляється в широкому розвитку багатофазних магматичних комплексів порід і метасоматитів лужного складу, підвищенні вмісту рідкісних елементів у найбільш пізніх фазах комплексів. Це дозволяє припустити взаємозв'язок інтенсивністі диференціації геолого-геохімічних полів з появою родовищ і ресурсами рідкісних металів. Детально він досліджений у Східному Приазов'ї, для якого більш інтенсивно проявлені процеси диференціації.

Розділ 3. Системний аналіз рідкіснометалевих об'єктів Приазов'я

Геологічною основою для виявлення регіональних закономірностей розподілу родовищ рідкісних металів стали роботи В.В. Архангельскої, І.В. Олександрова, Ю.О. Балашова, М.О. Беспалька, В.В. Васильченка, Є.Б. Глеваського, Л.С. Галецького, О.М. Донського, К.Ю. Єсипчука, В.І. Коваленка, С.Є. Колотухіної, В.В. Ляховича, Д.О. Минєєва, Б.Ф. Міцкевича, В.Ф. Раздорожного, К.І. Розанова, Є.І. Семенова, Л.В. Таусона, І.Д. Царовського, В.О. Цуканова, Є.М. Шеремета та ін. Головні закономірності зводяться до розташування родовищ рідкісних елементів у регіонах із підвищеною і тривалою ендогенною активністю, особливо в областях тектоно-магматичної активізації, і структурах, що сприяють диференціації речовини (зони глибинних розломів, крайові частини платформи). Відповідні регіональні геологічні дані як генетичні фактори є металогенічною основою наших методичних розробок за напрямком “пошукова геохімія” шляхом введення нових додаткових критеріїв аналізу. Системний аналіз, спрямований на детальне вивчення ієрархічної будови рудоутворюючої системи Приазов'я, дозволив простежити еволюційні зміни асоціацій елементів, геохімічних характеристик і зональності в двох найбільш значних рудних вузлах- Південнокальчикському і Жовтневому, їх рудних полях і родовищах - Азовському цирконій-рідкісноземельному і Мазуровському цирконій-тантал-ніобієвому.

Південнокальчикський рудний вузол розташований серед архейських порід у Центральноприазовській структурно-формаційній зоні. Головною її особливістю є висока проникність, що пов'язана з положенням у зоні розтягу між двома значними антиклінорними структурами - Салтичанською і Кальчик-Кальміуською. Додаткові переваги для концентрування рідкісних елементів забезпечені джерелом мантійної енергії і речовини, пов'язаних із становленням Володарського і Кременівського масивів. Геохімічна зональність Південнокальчикського рудного вузла визначається диференціацією і кристалізацією магматичного розплаву. Починаючи з порід першої фази Володарського масиву - у південно-східній частині, йшло поступове підвищення вмісту кремнію, потім лугів і летких компонентів, із якими пов'язаний підвищений вміст рідкісних земель і цирконію в породах заключної фази - кварцових сієнітах Азовської структури. Рідкіснометалеві акцесорії просліджуються в породах усіх фаз масиву: циркон - починаючи з першої; ортит, пірохлор- із другої; брітоліт, чевкініт - у наступних. Найбільш високий їх вміст встановлено у такситових сієнітах однойменного родовища. Рідкіснометалеві мінерали кристалізувались із постмагматичного флюїду разом із леткими компонентами (Мельников В.С. та ін., 2000), що дозволяє віднести Азовське родовище до мантійної гілки рідкіснометалевого рудоутворення в Приазов'ї. Додатковий рівень концентрування рідкісних земель, переважно іттрієвого складу, пов'язаний із метасоматичними перетвореннями екзоконтактової зони такситових сієнітів. Встановлено ієрархічні кореляційні зв'язки рідкісних земель і цирконію з іншими рудними елементами, що просліджуються в усіх породах Азовської структури. Для них притаманна поліелементна типоморфна асоціація, що стає ще більш різноманітною в циркон-рідкісноземельних рудах і включає: Y, Yb, La, Ce, Nb, Zr, Li, Be, Mn, Pb, Zn, Cu.

Жовтневий масив лужних порід приурочений до вузла перетину зон глибинних розломів північно-західного і північно-східного простягання. Формування порід масиву на протязі понад 1 млрд. років послідовно пов'язано із такими різновидами: основними та ультраосновними породами (габро, піроксеніти, перідотити), лужними і нефеліновими сієнітами (пуласкіти, фойяїти, пегматити), метасоматитами (альбіт-мікрокліновими, мікроклін-нефеліновими). Магматична зональність у масиві цілком визначається кільцевими розломами. Жилоподібні тіла пегматитів, які завершили процес магматичної диференціації і кристалізації, мали підвищений вміст рідкісних металів. Наступний розвиток постмагматичної високотемпературної альбітизації та маріуполітизації забезпечив додаткове збільшення концентрації мінералів рідкісних елементів. Найбільш значні ділянки маріуполітів відомі в північно-східній частині (Мазуровське родовище), де вони складають положисті кульоподібні тіла, розвинуті по тектонічних зонах в інтрузивному тілі габро і піроксенітів, і південно-західної частини масиву (Калініно-Шевченківське родовище), де вони контролюються системою крутопадаючих конічних розломів. Третій етап формування рідкіснометалевого зруденіння Жовтневого масиву пов'язаний із широким розвитком метасоматичних процесів - альбітизації і мікроклінізації. Промисловий вміст танталу, ніобія і цирконію досягнутий в трьох різновидах порід: мікроклін-нефелінових пегматитах, маріуполітах, польовошпатових метасоматитах. У цьому ряді відповідно до ступеня метасоматичної переробки порід зростає вміст рудних мінералів - пірохлора, циркону і брітоліту; Останні, як і на Азовському родовищі, збагачені ітрієм і ітрієвими землями. Про активізацію структур масиву на більш пізніх етапах еволюції говорить широкий розвиток малопотужних ділянок карбонатизації як у продуктивних, так і у вміщуючих породах, а також зон тріщинуватості з урановою черню (В.В. Васильченко, 1989). Типоморфна асоціація елементів Жовтневого масиву визначається метасоматичними лужними процесами. Їх домінуюча роль у формуванні руд Мазуровського родовища дозволяє віднести його до корової гілки рідкіснометалевого зруденіння Приазов'я.

Таким чином, у рідкіснометалевих родовищах як мантійного, так і корового генезису Приазовського блока простежується багатоетапність формування. Нами встановлено: поступове підвищення в найбільш пізніх утвореннях вмісту і дисперсій рідкісних елементів, поява значної кількості петрографо-мінералогічних різновидів порід, що зумовлює різноманітність асоціацій елементів та складність ієрархічних кореляційних зв'язків. Все це утруднює звичайну процедуру оцінки геохімічних аномалій за статистичними показниками. Розвиток геологічних процесів у визначеній послідовності і масштабах створює ієрархічну структуру рудоутворюючої системи, забезпечуючи поступово наростаючу диференціацію і сепарацію рудної речовини в усе більш локальних елементах системи: металогенічна зона - рудний район - рудний вузол - рудне поле - родовище. Так забезпечується зв'язок ресурсів родовищ із складністю і неоднорідністю будови рудоутворюючої системи. Нами доведена можливість за допомогою показника інформаційної ентропії встановити складність будови і ступінь прогресивних геохімічних змін системи.

Розділ 4. Прогнозування рудоносних структур різного рангу в Приазов'ї

Загальна методика пошуково-розвідувального процесу спрямована на послідовне скорочення площі робіт як наслідку відокремлення найбільш перспективних ділянок. У варіанті методики, який розроблений нами, це завдання вирішується за кількісною оцінкою складності і неоднорідності будови території (об'єкта) шляхом комп'ютерної обробки геолого-геохімічної інформації різних стадій пошуково-розвідувального процесу. Спочатку для виділення перспективних площ на стадії регіональних пошуків використані якісні показники на картах Приазов'я масштабу 1:200000: різноманітність магматичних порід (22 класи), тектонічна порушеність (довжина розломів 5 рангів), градієнт сучасного рельєфу, інтенсивність магнітного поля (9 градацій). Аномальні поля показника інформаційної ентропії в усіх випадках мали близьке північно-східне орієнтування і практично збігалися в просторі. Оцінка перспективності площ проводилася за сумарною неоднорідністю усіх вивчених полів на карті показника сумарної інформаційної ентропії (рис. 1).

Рис.1 Поле сумарної інформаційної ентропії геолого-геофізичних показників

Умовні позначення: 1-місця максимального скупчення родовищ ендогенного генезису; 2,3 – аномалії сумарної ентропії: 2- ? 70, 3 - від 60 до 70%; 4 – значні родовища ендогенного генезису: 1- Азовське (Zr, TR), 2- Мазуровське (Nb, Ta, Zr), 3- Калініно-Шевченківське (Nb,Ta,Zr), 4- Петрово-Гнутовське (F, TR), 5- Покрово-Кирєєвське (F, Be), 6- Крута Балка (Ta,Nb); 5-контур Приазовського блока; 6 - межі інформаційного аналізу; 7 ? головні розломи Приазов'я (за Л.Ф.Лавриненком): 1 - Кальміуський; 2-Михайлівсько-Білоцерківський; 3-Лозоватський; 4- Ольгінський; 5- Криворізсько-Павлівський; 6 - Жовтневий; 7- Кам'яномогильський; 8- Куйбишевський; 9- Сорокінський; 10- Мануїльський; 11- Малоянісольський; 12- Муравсько-Пречистівський; 13 –Конкський; 14- Південно-Донбаський; 15- Грузько-Єланчикський. 8 - міста Приазов'я.

Найбільш високі рівні поля сумарної інформаційної ентропії на карті тяжіють до Жовтневого масиву і Покрово-Кирєєвської структури ультраосновних лужних порід. Для показу просторового зв'язку показника інформаційної ентропії з рудоносністю нами була побудована карта ізощільності розподілу ендогенних родовищ і рудопроявів Приазов'я для рідкісних металів (TR, Nb, Zr, Be) та по 24 групах інших корисних копалин із прив'язкою у геоінформаційній системі. Максимальні скупчення рудопроявів і відомих рідкіснометалевих об'єктів виявилися в межах 60% рівня поля сумарної інформаційної ентропії. Це дозволило назвати виділену структуру прихованою рудоконцентруючою. Проте, на оцінку перспективності площ за якісними показниками впливає суб'єктивність побудови карт. Більш точний розв?язок цієї задачі можна отримати за геохімічними даними літохімічних зйомок різних масштабів. Для виділення рудних полів були проаналізовані дані напівкількісного спектрального аналізу проб літохімічної зйомки масштабу 1:200000 і побудована карта показника сумарної інформаційної ентропії вмісту 25 елементів (рис.2)

Рис.2 Аномальні поля сумарної інформаційної ентропії 25 рудних елементів

Умовні позначення: 1, 2 – площі із різним рівнем інформаційної ентропії: 1- ? 30%, 2- від 20 до 30%; 3- головні розломи Приазов'я (див. на рис.1); 4 - межа вивченої території; 5 - міста Приазов'я

Більш високі рівні поля інформаційної ентропії відзначаються на сході вивченої території. У Західному Приазов'ї найбільш високі значення - у центрі Салтичанського купола, де розташоване Єлісєєвське пегматитове поле, а також у районі відомого рудопрояву міді Дахно. У Східному Приазов'ї максимальні значення поля показника інформаційної ентропії приурочені до Мангуського синклінорію. Виділяється єдина структура підвищеної геохімічної неоднорідності субширотного простягання, у межах якої розташоване Азовське родовище, рудопрояви Могила Серединовка, Могила Сторожова і ще ряд відомих рідкіснометалевих об'єктів. У цілому діапазон зміни рівнів сумарної інформаційної ентропії вмісту 25 елементів невеликий, а максимальні значення не перевищують 40%. Це пояснюється дискордантністю полів ентропії окремих елементів між собою. Контрастність сумарного поля можна підвищити на основі значимих кореляційних зв'язків розподілу окремих елементів. Значимі позитивні зв'язки (5-типроцентний рівень значимості) характеризують елементи типоморфних асоціацій рудних районів. У Західному Приазов'ї її складають - Cu, Zn, Pb, W, V, Co, у Східному Приазов'ї - Nb, Mo, Zr, Y, Ce, La, Yb. За виявленими асоціаціями були розраховані і побудовані для всього Приазовського блока карти сумарної інформаційної ентропії західноприазовської та східноприазовської (рис.3) типоморфних асоціацій елементів.

Рис.3 Розподіл сумарної інформаційної ентропії елементів типоморфної асоціації Східного

Приазов'я (Zr, Nb, Mo, Ce, La, Y, Yb)

Умовні позначення: 1, 2 – площі із різним рівнем інформаційної ентропії: 1- ? 50%, 2- від 40 до 50%; 3 ? головні розломи Приазов'я (див. на рис.1); 4 – межа вивченої території; 5 - міста Приазов'я; 6 - основні родовища рідкісних металів: 1 – Азовське, 2 – Мазуровське, 3 – Петрово-Гнутовське;

Аналіз карт показує, що відбувається значне підвищення рівнів поля інформаційної ентропії як для Західного, так і Східного Приазов'я. У першому випадку максимальний рівень ентропії складає 40%, на другому - 70%, що віддзеркалює більш інтенсивну диференціацію рудної речовини в Східному Приазов'ї. Для цього району характерна рідкіснометалева асоціація; він же є і більш перспективним на виявлення родовищ рідкісних металів. Виділені асоціації елементів підтверджені за вибірками середніми коефіцієнтами концентрації, які досягіють 3-5 кларків концентрації. Це дозволило зробити висновок про наявність у Приазовському блоці двох рудних районів, що мають різну металогенічну спеціалізацію: сідеро-халькофільну в Західному і літофільну - у Східному Приазов'ї.

Подальша локалізація аналізу перспективних площ виконується в межах виділених аномалій поля сумарної ентропії асоціації рідкісних елементів. У Східному Приазов'ї найбільш високі рівні ентропії відзначені у Володарському масиві. До екзоконтакту інтрузії сієніт-пегматитів, що являє собою заключну фазу становлення Володарського масиву, приурочене Азовське цирконій-рідкісноземельне родовище. Ще на деяких ділянках, у межах поширення порід другої і третьої фази Володарського масиву, свердловинами літохімічного картування встановлені підвищені концентрації цирконію і рідкісних земель. Для оцінки перспективності виявлених аномалій були побудовані карти сумарної інформаційної ентропії вмісту елементів типоморфного комплексу Східного Приазов'я в межах Володарського рудного вузла (рис. 4).

Рис.4 Розподіл сумарної інформаційної ентропії 5 рідкісних елементів ( Zr, Ce, La, Y, Yb ) у

Володарському масиві

Умовні позначення: 1-6 -породи Володарського масиву: 1- кварцові сієніти; 2 – нерозподілені лужнопольовошпатові і лужноземельні сієніти; 3 – граніти; 4 – лужні сієніти; 5 – сієніти; 6 – габроїди ; 7- нерозподілені породи рами; 8 - розломи, 9 – аномалії сумарної інформаційної ентропії; 10 - тектонічна межа масиву з породами рами; 11 – контур аналізу.

Максимальні рівні показника інформаційної ентропії приурочені до Азовської структури та її південного екзоконтакту. Оцінка перспективності цих аномалій виконана за рівнями показника сумарної інформаційної ентропії трьох рідкісноземельних елементів (Ce, Y, La) у межах Азовського рудного поля (рис. 5). Перспективні ділянки були виділені на півдні, заході та півночі Азовської структури. Результати прогнозної оцінки були підтверджені у пошуковому процесі глибокими свердловинами.

Умовні позначення:

1-4 - породи Азовської структури:

1 – сієніти лужнопольовошпатові та

лужноземельні нерозподілені; 2 – лужні сієніти; 3 – кварцові сієніт-пегматити; 4 – граніти; 5 – контур штока сієніт-пегматитів;

6 – вихід на поверхню рудного тіла Азовського родовища;

7 – розломи;

8 – 9 - ізолінії аномального поля

інформаційної ентропії: 8 - 50-60%, 9 - понад 60%;

10 – контур ентропійного аналізу.

Рис.5 Аномалії показника інформаційної ентропії вмісту рідкісних земель (Ce, La, Y) у

породах Азовської структури

Вся рудна зона Азовського родовища характеризується підвищеною неоднорідністю (такситові сієніти), а значення показника інформаційної ентропії сягають 60% і більше. При оконтурюванні рудних тіл у межах родовища аномальні рівні показника інформаційної ентропії використовувалися для узгодження рудних інтервалів у суміжних розвідницьких перетинаннях. Це підкреслює те, що наростаючий ступінь диференційованості рудної речовини на певному етапі призводить до промислової концентрації рідкісних елементів. Отже, родовища рідкісних металів можуть виявлятися не тільки за рівнями концентрації, але і за ступенем диференціації речовини, яка і виділяється нами при картуванні як суттєва неоднорідність площі. Процеси диференціації в межах значних блоків літосфери призводять на локальних площах до формування родовищ корисних копалин. Площі з рівнями значень інформаційної ентропії понад 60% забезпечують 95-типроцентну можливість наявності промислового зруденіння. Звідси виходить, що така підвищена неоднорідність полів може розглядатися як один із головних критеріїв продуктивності на рідкісні елементи. Тільки на площах, де найбільш повно пройшли процеси диференціації і сепарації рудної речовини, формується рідкіснометалеве зруденіння в промислових масштабах. Послідовне зменшення розміру площини із максимальною неоднорідністю геолого-геохімічних полів на кожному етапі еволюції пропорційно зростанню концентрацій рідкісних елементів. За рахунок цього зв'язку підвищується можливість формування родовища і достовірність прогнозу ресурсів рідкісних металів.

Розділ 5. Оцінка ресурсів рідкіснометалевих об'єктів Приазов'я

Більша частина родовищ рідкісних металів у розвідницькій класифікації віднесена до групи складної і дуже складної багаторівневої будови з нерівномірним і вкрай нерівномірним розподілом рудних компонентів (А.Б. Каждан та ін., 1982). Тому основою розробленої оцінки ресурсів рідкіснометалевих об'єктів Приазов'я є принципи ієрархії багаторівневих геохімічних полів. Вони полягають у поступовому ускладненні зв'язків і розширенні типоморфної асоціації елементів під впливом накладених еволюційних процесів. У межах рудних полів багаторівневої будови звичайні, комплексні мультиплікативні й адитивні показники, що базуються на значимих кореляційних зв'язках елементів, не можуть використовуватися, оскільки, як встановлено нами при детальних дослідженнях асоціацій рудних полів, надрудної, підрудної і рудної зони рідкіснометалевих родовищ Приазов'я, вони зберігаються тільки в межах рудних тіл. На площі ж рудного поля коефіцієнти кореляції між елементами можуть змінювати не тільки значення, але і знак. Крім того, дані напівкількісного спектрального аналізу, які широко використовуваються у металогенічному аналізі, визначаються в порядковій шкалі і мають значну похибку. Для них доцільно використовувати дискретні показники. Тому для оцінки ресурсів рідкіснометалевих об'єктів був обраний новий показник інтенсивності масопереносу, обчислений по формулі інформаційної ентропії коефіцієнтів концентрації хімічних елементів у системі (Нк):

де n - число аналізованих хімічних елементів;

Кi - коефіцієнт концентрації i–го хімічного елемента в порівнянні з кларком літосфери.

Перевагою цього показника є універсальність оцінки інтенсивності процесів привносу-виносу, оскільки розглядається ступінь прогресивних змін всіх елементів геохімічної системи без урахування їх кореляційних зв'язків. Він дозволяє перейти від оцінки можливості формування зруденіння в геохімічній системі до кількісної оцінки продуктивності її кінцевих елементів - родовищ. При багатоелементному складі геохімічних аномалій значення цього показника різко зростають, характеризуючи найбільш перспективні ділянки рудного поля.

Продуктивність ендогенних родовищ прийнято оцінювати за їх первинними ореолами. Характерною рисою останніх є привнос однієї групи елементів (коефіцієнти концентрації>1) і винос іншої (коефіцієнти концентрації <1). Розрахунки показника Нк у свердловині виконані за середньоваговим (на довжину проб і глибину свердловини) значенням коефіцієнтів концентрації елементів у пробах. При цьому розрахунки проведені окремо для елементів групи привносу (Нк+) і виносу (Нк); загальні значення Нк розраховані як їх сума. Інтенсивність і характер процесів привносу-виносу оцінювалася відношенням (Нк+/Нк). Відомо, що чим більше родовище, тим менша частка запасів металу міститься в його первинному ореолі (Л.М.Овчинников та ін.,1983). Ця умова буде виконуватися в тому випадку, якщо основна частка в групі привносу належить елементам рудного комплексу. Для цього проведені розрахунки показників Нкр, Нк+р, Нкр тільки для рудних елементів, обчислена їх частка (у процентах) у групах привносу та виносу для рудних і безрудних інтервалів по розрізах. Потім будувалися ізолінії всіх показників Нк із наступною прив'язкою до геологічної основи у геоінформаційній системі. Оцінка значень Нк виконана з урахуванням числа хімічних елементів за напівкількісним спектральним аналізом. Всі розрахунки виконані на комп'ютері за допомогою стандартних пакетів і спеціально розроблених програм для перспективних на рідкіснометалеве зруденіння ділянок, виділених за показниками інформаційної ентропії. Необхідною умовою була наявність тут детальних пошуково-розвідувальних робіт, що забезпечили представницький кількісний матеріал по глибоких свердловинах для детального комп'ютерного опрацювання геохімічної інформації. Все це визначило вибір Азовської структури і Жовтневого масиву як об'єктів для оцінки прогнозних ресурсів.

На всій Азовській структурі переважають пошукові свердловини із опробуванням приповерхневої частини докембрійських відкладів. На площі Азовського цирконій-рідкісноземельного родовища вони завірялися глибокими (понад 300 м) розвідницькими свердловинами. Тут нами проведена оцінка можливості прогнозу зруденіння на глибині по приповерхневих свердловинах. Для цього була складена вибірка по 33 глибоких свердловинах з пар середніх значень показника Нк, і Нкр у пробах дезінтегрованих і корінних порід в тій самій свердловині; порівнювалися елементний склад груп привносу-виносу, кореляційні зв'язки, контрастність та інтенсивність масопереносу. Нами встановлено, що проявленість зруденіння за всіма порівнюваними показниками знижується в 2-3 рази залежно від потужності і глибини залягання рудних тіл. Найбільш високий значимий коефіцієнт кореляції (+0,63) одержаний між показниками привносу рудних елементів (Нк+р). На цій підставі побудоване рівняння регресії, за допомогою якого за вмістом рудних елементів у корі вивітрювання оцінювалася інтенсивність зруденіння на глибині в межах всієї Азовської структури.

Встановлені суттєві розходження в значеннях показника Нк для різних ділянок. Найбільш високі значення (5000 ум.од.) відзначаються саме на південно-східній ділянці структури, де пошуково-оціночними роботами виділене промислове рудне тіло. Частка рудних елементів у групі привнесення складає 96%. Положення цієї ділянки відповідає максимально продуктивній частині головного рудного тіла родовища (рис. 6).

Рис.6 Аномальні поля показника привносу (Нк+) рудних елементів (Ce, La,Y,Yb, Zr) у

породах Азовської структури

Умовні позначення: 1-7 див. на рис.5; 8 –10 - аномальні рівні показника привносу рудних елементів: 8 – 100, 9 – 500, 10 – 1000; 11 - контур аналізу площі.

У корі вивітрювання порід Азовської структури діапазон зміни показника привносу для 28 елементів дуже широкий: від 200 до 1000 умовних одиниць і більше. Значення показника виносу змінюється в межах від 100 до 700. Характерним є те, що його інтенсивність також максимальна в межах Азовського родовища. По сполучених полях показників Нк+, Нк добре простежується полярна зональність Азовської структури: зони інтенсивного виносу сідерофільної групи елементів межують із зонами привносу елементів типоморфної рідкіснометалевої асоціації (рис.7). Ореоли виносу утворюють також елементи халькофільної групи. Максимальні значення відношення показників привносу до виносу (Нк+/Нк) характерні для рудної зони. У найбільш продуктивній частині рудного тіла воно складає 29,62; для безрудної - 0,02. Полярна зональність виражена також і в межах рудних тіл, що встановлено нами при дослідженні рядів зональності на Азовському родовищі.

Рис.7 Аномальні поля показників привносу (Нк+) і виносу (Нк) по всіх елементах

у породах