АЭРОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ПОИСКАХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАНА.

,

Центр экологического и техногенного мониторинга.

В настоящее время аэрогеофизические методы изучения геологического пространства применяется для поисков месторождений ряда полезных ископаемых. Обширность территории России и труднодоступность отдельных её районов обусловили широкое распространение этого высокоэкспрессного и относительно дешёвого направления исследования. В аэрокомплекс, устанавливающийся на одном борту, чаще всего входят магниторазведка и аэрогамма-спектрометрия. В отдельных проектах применяется аэроэлектроразведка в модификации трех-четырех частотном ДИП, реже, СДВР и тепловизионная съемка. В последнее время при среднемасштабных съемках проводятся аэрогравитационные исследования.

Аэрогеофизические исследования при поисках месторождений урана решают ряд задач, различающихся по сложности. К ним относятся:

1)  прямые поиски месторождений урана различных генетических типов;

2)  выделение локальных участков, благоприятных для обнаружения месторождений урановых руд;

3)  прогнозно-металлогенические исследования, направленные на оценку перспектив ураноносности обширных территорий (структурно-металлогенических зон, областей и т. д.).

Задача прямых аэропоисков урановых руд решается в случае выхода рудного тела или ореолов на дневную поверхность. Следует отметить, что задача прямых поисков затруднена ландшафтными условиями, которые маскируют и экранируют информацию о наличии уранового оруденения.

Выделение локальных участков решается на основе интерпретации карт концентраций радиоактивных элементов, получаемых при АГСМ-съемке, совместно с другими аэрогеофизическими материалами. Интерпретация проводится как на качественной основе, путем использования косвенных радиогеохимических признаков, контролирующих урановое оруденение, так и с применением количественных методов. К косвенным радиогеохимическим признакам в первую очередь могут быть отнесены (1):

- наличие зон (областей) нарушения первично-конституционального распределения радиоактивных элементов, отмечающих характерные гидротермальные изменения горных пород, сопутствующие оруденению;

- повышенные содержания урана (радия) и тория в магматических породах наиболее поздних стадий развития геосинклиналей;

- повышенные содержания урана (радия) и тория в наиболее поздних дифференциатах магматических пород периода постгеосинклинальной активизации;

- дифференцированный характер распределения урана (радия), тория и калия в контактовых зонах интрузивных пород.

Аэрогеофизические данные при прогнозно-металлогенических построениях используются для выявления первичного распределения радиоактивных элементов в горных породах и отклонений от него:

- выделения зон привноса – выноса и дифференциации;

- областей необычных соотношений и сочетаний радиоактивных элементов, радиогеохимической специализации;

- темпа накопления или снижения концентраций на разных стадиях проявления магматического очага.

В настоящий момент аэрогеофизической съемкой разных масштабов покрыто колоссальное количество площадей. При этом большая часть снималась аэрокомплексом, включающим в себя магниторазведку и аэрогамма-спектрометрию в разные годы, с разной точностью и разной геодезической привязкой. Применение современной аппаратуры измерения и геодезической привязки позволяет получать высокоточные карты исследуемых параметров.

В тоже время многолетний опыт наших исследований показывает, что одним из важнейших направлений в разработке новейших технологических схем в системе прогноз – поиск – оценка является совершенствование известных и разработка принципиально новых методов получения геологической информации только в комплексе с единой методологией ее обработки. Причем, по нашему мнению, методология обработки информации представляет важнейшую часть всего прогнозно-поискового процесса.

Действующая в настоящее время методология обработки исходных геологических, геофизических и геохимических данных при прогнозировании рудоносности ограничивается изучением отдельных структурных элементов сложных и дискретных геологических образований, не уделяя достаточного внимания характеру и особенностям связей между ними. Такой подход позволяет использовать лишь весьма малую часть полезной информации, содержащейся в исходных эмпирических данных.

Более прогрессивная методология возможна на основе системного подхода к изучению рудоносных участков. При таком подходе эти участки рассматриваются как сложно построенные объекты, обладающие многоуровенным иерархическим строением не только рудовмещающих геологических структур, но и самих рудных образований. В целях решения прогнозно-поисковых задач оперируют иерархическими системами рудоносных участков, уровни строения которых соизмеримы с размерами рудных тел, зон, месторождений, полей, узлов, районов и т. д.

Любая геологическая, геофизическая или геохимическая информация об объектах исследования получается путем измерения тех или иных свойств в конкретных точках геопространства, т. е. относится к геоизмерениям (2) со своими характеристиками.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рассмотрим некоторые особенности получаемой аэрогеофизической информации, что позволит более корректно и объективно подойти к выбору методики её обработки для целей прогнозирования и поисков месторождений урана.

Исходя из теории геоизмерений, базой единичного наблюдения АГСМ-съемки служит параллелепипед со сторонами 550 х 550 х 0,5 м. При съемке масштаба 1:50 000 безразмерный коэффициент K= L/ l (где l- база единичного наблюдения, а L- ячейка сети наблюдения) будет меньше или равен единицы. В тоже время значение коэффициента K= L/ l определяет выбор оптимальной модели обрабатываемых величин. Так значения К>1 указывает на отчетливо выраженный пространственно - дискретный тип наблюденных переменных, отсутствие функциональных и значимых корреляционных связей между их значениями в смежных точках наблюдения и на неправомерность использования детерминированных моделей в целях их обработки. Значения К<1 свидетельствуют о принадлежности наблюденных переменных к пространственно-непрерывному типу, для которого характерно проявление значимых корреляционных или функциональных связей между значениями признака в смежных точках, что позволяет использовать детерминисткие модели их обработки. Значения К=1 дает основание считать тип наблюдаемых переменных квазинепрерывными.

Следует отметить тот факт, что в геологической практике существует две принципиально разные задачи: геологическое картирование и поиски месторождений полезных ископаемых. Цели решения этих задач разные. Так целью решения задачи геологического картирования является точное выделения геологического тела, а критерием правильности решения поставленной задачи является точное проведение границ геологического тела. В тоже время, целью решения задачи поисков месторождений полезных ископаемых является выявление местоположения полезного ископаемого, а критерием правильности решения поставленной задачи является вероятность обнаружения месторождения полезного ископаемого. Это две принципиально разные задачи, что и определяет необходимость применения разных методологий к их решению. В настоящий же момент все применяемые методы обработки геологической, в том числе и геофизической, информации чаще всего нацелены на решение задачи геологического картирования.

Например, наиболее важным и определяющим при обработке геологической информации является понятие «аномалия». С точки зрения решения задачи геологического картирования необходимо выделить аномалию наиболее точно, что в дальнейшем позволит оконтурить геологическое тело, как по площади, так и по глубине. В связи с этим для выделения аномалии используются методы, оценивающие тонкую структуру полей: сплайн-функции, вейвлет-анализ и другие современные математические методы. В тоже время при решении задачи поисков месторождений полезных ископаемых понятие «аномалия» осталось достаточно неопределенным.

Корректное использование системного подхода при обработке и интерпретации эмпирических данных для целей прогнозирования и поисков требует уточнения общепринятых понятий и терминов, а также их увязки с конкретными уровнями строения изучаемых участков недр. Достаточно неопределенное понятие "фона" и "местного фона" может быть заменено понятием натурального фона рудного образования конкретного иерархического уровня. Аналогично аномальные площади также должны определяться применительно к каждому иерархическому уровня строения рудоносных образований.

Для целей объективного прогноза необходимо располагать характеристиками, отражающими рудообразующие процессы. Если учесть, что рудообразующие процессы какого-либо этапа геологического развития, то к таким характеристикам могут быть отнесены качественные и количественные изменения параметров рудоносных образований при переходе с одного структурного уровня на другой.

Отсюда характеристиками рудных объектов конкретных иерархических уровней могут являться разностные составляющие качественных и количественных параметров "целых" сопряженных иерархических уровней.

По совокупности этих характеристик может быть определена направленность развития рудообразующих процессов, их интенсивность и экстенсивность. Так, в качестве количественного параметра оценки рудного образования какого-либо иерархического уровня могут быть использованы разности значений оценок математического ожидания содержаний элементов - индикаторов оруденения, их дисперсий, характеристик аномальности этих параметров или другие количественные характеристики "целых" одного уровня строения рудных образований относительно аналогичных параметров предыдущего более низкого уровня строения, т. е.

Характеристика может быть названа неоднородностью заданного уровня строения рудных образований. В такой трактовке значение "целого" более низкого уровня в конкретной точке пространства выступает в качестве фона для значения "целого" последующего более высокого уровня строения рудных образований. Так, например, на рис.46 представлены схематические графики содержаний тория и урана с выделением фонов и неоднородностей различного уровня строения. В связи с этим необходимо говорить о фонах и аномалиях различных статистических параметров конкретных иерархических уровней.

Таким образом можно говорить об выделении аномалий дисперсий содержаний какого-либо элемента уровня рудного поля, аномалий коэффициентов корреляций плотности и магнитной восприимчивости уровня месторождения, аномалий энтропии содержаний элементов уровня рудного узла и т. п.

Для оценки аномальности в рассматриваемом случае может быть применен хорошо зарекомендовавший себя безразмерный параметр , представляющий собой величину неоднородности, нормированную на ее среднее квадратичное отклонение:

где - неоднородность - го уровня; - остаточная дисперсия - го уровня строения.

Вероятность значимого отклонения от фона может быть найдена по таблицам значений функции Лапласа. Использование параметра при обработке количественной информации позволяет выделять аномалии рудных образований различных иерархических уровней, как самих значений изучаемых признаков и совокупности признаков, так и их статистических параметров (дисперсий, коэффициентов корреляций, эксцессов, асимметрий и др.).

Например, если в качестве "целого" разных иерархических уровней выступают абсолютные значения какого-либо свойства уровней месторождения и рудного поля, то составляющая уровня рудного поля выступает в качестве фона уровня месторождения. В то же время неоднородность уровня месторождения в - ой точке геопространства выделяется как разность абсолютных значений свойства указанных уровней, т. е.

где - значения свойства уровня месторождения в - ой точке пространства; - значение свойства уровня рудного поля в - ой точке пространства.

Степень аномальности оценивается через критерий Стьюдента по следующей формуле:

где

Аналогично может быть оценена степень аномальности дисперсии какого-либо свойства уровня месторождения:

где

Точно также, если рассматривать аномалии коэффициентов корреляции уровня рудного поля, то формула для оценки степени аномальности имеет следующий вид:

где

а аномалии отношений двух свойств уровня месторождения описываются следующей формулой:

где ; ;

Использование ряда подобных показателей по всей совокупности структурных уровней рудоносных образований способствует выявлению специфических особенностей рудоносных систем и открывает возможности их количественного описания.

Для иллюстрации возможностей применения математической модели системного анализа разноуровенной информации с целью прогнозно-поисковых построений могут служить результаты обработки данных аэрогамма-спектрометрии на известных рудных объектах.

На рис.1 представлена карта изолиний содержаний урана уровня месторождения на площади, примыкающей к Оловскому месторождению. Для получения указанной карты были выделены составляющие уровней месторождения и рудного поля, используя при этом статистические "окна" размером, соответственно, 2х2 км и 10х10 км. Неоднородность содержаний урана уровня месторождения определялась как разность указанных составляющих в конкретных точках пространств. На представленной карте рудные тела Оловского месторождения отчетливо совпадают с повышенными значениями содержания урана.

Рисунок 2 представляет собой карту изолиний критерия аномальности содержания урана уровня месторождения () на площади, примыкающей к Оловскому месторождению. В пределах рассматриваемой территории выделяются как положительные (), так и отрицательные () аномалии содержания урана уровня месторождения. На полученной карте рудные тела Оловского месторождения отчетливо совпадают с положительными аномалиями содержания урана.

В урановой поисковой геологии существует метод оценки эпигенетической мобилизации урана в кристаллических породах, основанный на изучении корреляционной связи величин торий-уранового отношения горных пород с содержанием урана. В этом случае области, характеризующиеся отрицательными значениями указанного коэффициента корреляции, есть площади с перераспределением урана, что отчетливо видно на рис.3.

Отсюда, оценку перспектив ураноносности территорий можно проводить на основе изучения комплексного критерия аномальности

На рисунке 4 рудные тела Оловского месторождения чётко обособлены в рамках положительных аномалий комплексного критерия уровня рудного тела.

С точки зрения общей теории систем рудные системы относятся к разряду динамических природных систем, для которых характерно направленное развитие, т. е. поведение, подчиненное достижению определенной цели. Характеристиками развития динамической системы в общей теории систем являются качественные и количественные изменения при переходе с одного структурного уровня на другой более высокий уровень, которые определяют направленность развития. Общей же характеристикой направленности развития системы является суммарная составляющая изменений, приводящих к достижению цели.

Отсюда, формирование и масштаб рудных концентраций определяются совокупным действием глобальных, региональных, местных и локальных факторов рудоконцентрации. Это условие, характеризующее рудные системы, сформулировано как свойство конгруэнтности, т. е. совмещение в пространстве аномальных геологических объектов смежных иерархических уровней.

Степень совмещенности (пересеченности) аномалий различных признаков может быть оценена комплексным критерием аномальности. Следовательно, указанный параметр может быть использован и для выявления местонахождения полезных ископаемых по разноуровневой информации.

Вследствие этого, для решения задачи оценки перспектив территории предлагается применять следующий комплексный критерий перспективности, основанный на свойстве конгруэнтности:

где - величины, отражающие степень аномальности качественных и количественных характеристик соответственно на уровнях строения месторождения, рудного поля, рудного узла, рудного района, рудной провинции.

Выявление местонахождения полезного ископаемого в пределах уже известных рудных узлов может основываться на следующем критерии перспективности :

а при оценке перспектив известных рудных районов этот критерий имеет вид:

Применение указанных критериев для выявления местонахождения полезного ископаемого позволяет достаточно эффективно локализовать участки под постановку последующих работ.

В качестве примера рассмотрим результаты такого подхода на площади рудного узла с известными перспективами.

Так, выделение перспективных площадей, опирающееся на разноуровневую информацию по результатам АГСМ-съемки, проведено в пределах Дербинско-Бирюсинской зоны. В связи с тем, что оценка перспективности проводится по известному рудному узлу, то для этих целей был рассчитан следующий критерий перспективности уровня месторождения:

Для этих целей были получены карта изолиний критерия аномальности содержания урана уровня месторождения (рис.4) и уровня рудного поля (рис.5). Результирующая карта положительных аномалий критерия перспективности уровня месторождения по Дербинско-Бирюсинской зоне представлена на рис.6. На этой карте известные урановые месторождения (Солонечное и Россохинское) выделяются четкими аномалиями. Совместный анализ перспектив Дербинско-Бирюсинской зоны на уран по разноуровневым характеристикам (рис.6) и одноуровневым (рис.7) показывает хорошую их сходимость, что позволяет сделать вывод об эффективности рассматриваемых подходов.

Смешанная (одно - и разноуровенная) информация наиболее полно отражает рудные системы, как единых в своих рудоконтролирующих и рудоконцентрирующих свойствах. В связи с этим предлагается для решения задачи выявления местонахождения полезных ископаемых, например, по геохимическим данным, применять следующий комплексный критерий перспективности:

где - величины, характеризующие аномальность содержания рудного элемента соответственно на уровнях строения месторождения, рудного поля, рудного узла, рудного района, рудной провинции; - величины, характеризующие аномальность дисперсии содержания рудного элемента соответственно на уровнях строения месторождения, рудного поля, рудного узла, рудного района, рудной провинции.

В заключении следует отметить, что применение на практике рассматриваемого подхода к обработке аэрогеофизической информации позволит включить в анализ результаты разновременных и разноточностных съемок, которые в данный момент не востребованы. Кроме этого обработка результатов аэрогеофизических съемок на новых методологических принципах позволит провести переоценку ураноносности территорий без привязки к каким-либо генетическим моделям формирования месторождений, что дает возможность найти месторождения урана нового промышленного типа.

Список литературы.

1.  и др. Аэрогамма-спектрометрия в геологии. Л. Недра, 1982 г.

2.  . Общая теория обнаружения месторождений полезных ископаемых. М, -ЛЮКС», 2002 г.