Опережающий прогноз и структурная реконструкция на примере участка в окрестности г. Фреснилло (Центральная Мексика)
Мовчан Игорь Борисович,
кандидат геолого-минералогических наук, доцент, геофизик ЗАО «Теллур СПб».
В условиях минимума экспериментальной геолого-геофизической информации единственный способ сделать первичное экспертное заключение о степени сложности структурно-геологического строения полигона состоит в анализе материалов дистанционного зондирования. Традиционно под ними понимают результаты фотографирования поверхности Земли (дневной поверхности) аналоговыми или цифровыми устройствами во всем видимом диапазоне спектра или в различных спектральных каналах, соответственно. По сравнению с прочими геолого-геофизическими данными материалы дистанционного зондирования с достаточно большим пространственным разрешением захватывают практически всю земную поверхность за исключением закрытых объектов и отдельных участков на полюсах. Указанные материалы не содержат в себе данных о глубинном строении региона в «чистом» виде: в формировании фотоизображения дневной поверхности принимают участие как эндогенные, так и экзогенные процессы, эффекты которых разделить невозможно элементарными способами.
В качестве решения этой проблемы автором рассматривается подход реконструирования структурного облика фотообраза полигона на основании линеаментного дешифрирования. Под линеаментом понимаем спрямленные элементы ландшафта, проводимые через его гетерогенные формы и маркирующие геологическую трещиноватость. В нашем случае рассматриваются месторождения марганца, имеющие предположительно метаморфогенную природу. Априори допускаем рудоконтролирующую роль разрывной тектоники, способной сформировать каналы для подведения высоко- и низкотемпературных растворов, способных определять миграцию рудного компонента.
Линеаментное дешифрирование как метод интерпретации структуры фотообраза дневной поверхности, практикуется в геологии более 40 лет, но до сих пор выполняется преимущественно визуально, что объясняет значительные временные затраты и необходимость привлечения нескольких специалистов (для выделения в итоговых структурных схемах элементов совпадения). Автором более пяти лет применяется собственный программный пакет линеаментного дешифрирования [1], допускающий, во-первых, сокращение сроков обработки (от одной недели), во-вторых, обработку в условиях существенной антропогенной изменённости местности, в-третьих, построение структурных схем на разных уровнях детальности (разных уровнях генерализации), в-четвертых, независимую заверку достоверности дешифрирования. В основе алгоритма лежит представление фотообраза поверхности Земли как поля оптической плотности, заданного по площади с равным шагом дискретизации. В данном поле и в поле значений его горизонтального градиента выделяются точки экстремума. Относительно каждой такой точки организуется вращение локального отрезка на 180 градусов с формированием дисперсионного функционала и его последующей минимизацией, в результате чего отрезок располагается строго вдоль прослеживаемой линейной структуры. Разный уровень генерализации достигается формальным разделением поля оптической плотности на разночастотные компоненты в спектральной плоскости: наименее детальная структурная схема выполняется по низкочастотной составляющей, а наиболее детальная - по высокочастотной. С геологической точки зрения дешифрирование на разных уровнях генерализации означает выделение разноглубинных объектов (при переходе от низко- к высокочастотным диапазонам имеет место уменьшение глубины залегание объектов, чьи контуры отображаются в линеаментной схеме), которые генетически могут быть соподчинены друг другу. В итоговых линеаментных схемах прослеживаются два основных типа объектов – линейные и кольцевые структуры, представляющие собой два предельных случая, между которыми имеет место весьма широкий спектр объектов: S-образные линеаменты, пересечения линеаментных структур разного азимута простирания, кольцевые структуры типа структур центрального удара и т.д.
Практикуемый метод способен выполнить структурную реконструкцию, а также выделить области, где вероятность эндогенного рудопроявления максимальна. Такая экспертная оценка в отсутствие эталонных объектов будет носить безотносительный характер к типу ожидаемых руд, а в том, что касается точности определения координат перспективных объектов, то без эталонных объектов естественно ожидать общих оценок от перспективности участка вообще до перспективности отдельных его частей. Поэтому автором был проведен определенный объем работ по систематике итоговых данных по степени их информативности в отношении искомого объекта, составлен список месторождений, рудопроявлений и пунктов минерализации в окрестности исследуемого участка и выполнена их географическая привязка. В итоге оказалось возможным на основании описанных выше структурных реконструкций выявить факторы структурного контроля марганцево-содержащих руд и сделать первичный прогноз, выявив «точечные» перспективные объекты.
Точечность здесь – условное понятие, т.е. «точечный» объект имеет в отличие от материальной точки в физике линейные размеры, определяемые, во-первых точностью географической привязки в данном масштабе, во-вторых, точностью исходной информации о географической позиции известных месторождений, рудопроявлений и пунктов минерализации, в-третьих, точностью трассирования рудоконтролирующих линеаментных структур. В нашем случае точность прогноза составляет порядка 50-100 метров. Особо остановимся на достоверности прогноза. В геологии принято различать первичные прогнозные оценки, выполняемые в условиях минимума или отсутствия априорной информации, и прогнозные оценки, выполняемые под заверочное бурение, которым предшествуют многостадийные геолого-геофизические наземные работы. Кроме стоимости эти оценки различаются целями: в нашем случае первичных оценок речь идет об определении перспективности исследуемого участка на марганцево-содержащие руды и выделении областей, где необходимы первоочередные заверочные геолого-геофизические натурные измерения.
В окрестности участка работ выполнено дешифрирование на двух уровнях генерализации: обобщенное (рис.1,а), отвечающее высоте полета порядка 40 км, и детальное для высоты полета 7 км (рис.1,б). В обоих показано, что участок расположен на мощной складчатой зоне северо-западного простирания. Однородность этой зоны нарушается транзитными (сквозными) структурами северо-восточного и субмеридионального простирания, секущими северо-восточную складчатую зону и определяющими значимые латеральные смещения ее отдельных структурных элементов. На схеме обобщенного (регионального) дешифрирования можно наблюдать еще одну особенность пространственно-структурной позиции участка - в пограничной зоне между двумя кольцевыми структурами. Причем, если в его восточной части линеаментная схема более изрезанная (на региональной схеме дешифрирования наблюдается большая плотность линеаментных структур, а на локальной схеме дешифрирования - большее число кольцевых структур), то западная часть характеризуется более стационарным рисунком. Полагая, что искомые рудопроявления способны тяготеть к дискордантным областям, утверждаем, что основное внимание при заверочных крупномасштабных работах необходимо обратить на восточную часть участка работ. При воздействии растворов рудопроявления и месторождения могут быть связаны с процессами поэтапного замещения, т.е. с процессами поэтапных просадок по системе концентрических круговых трещин (рис.1,в). Результаты линеаментного дешифрирования показывают, что согласно этому критерию внимание следует фокусировать на центральную и восточную части исследуемого участка.
Рис. 1. Элементы структурных реконструкций по участку в окрестности г. Фреснилло: а) результат низкочастотного дешифрирования; б) схема высокочастотного дешифрирования; в) среднечастотное дешифрирование с выделением циркоидных структур; г) схема периодической рудоконтролирующей дизъюнктивной решетки; д) перспективные (пустые эллипсы) и прогнозные (заполненные эллипсы) циркоидные объекты. Черные точки – некоторые марганцевоносные рудопроявления, многоугольник – контур полигона работ.
Взаимная географическая увязка космических материалов, итоговых структурных схем и позиций месторождений, рудопроявлений и пунктов минерализации показывает, что, в самом деле, основная часть рудников концентрируется около восточной части полигона работ. Для выполнения в их окрестности структурного прогноза перспективных объектов использован известный в геологии и формализованный в рамках нашего программного пакета критерий соосных периодических структур. Считаем, что эндогенные рудопроявления, содержащие близкий по вещественному составу тип рудного компонента и обусловленные однотипными эндо-(экзо-)генными процессами, тяготеют к некоторым пространственным структурным осям и располагаются вдоль этих осей с определенным пространственным шагом (рис.1,г), соблюдающимся в условиях неизменного геологического окружения. Последний пункт накладывает ограничение на методику прогноза: он считается достоверным, если выполняется либо в пределах периодически расположенной группы рудопроявлений, либо за ее пределами, но в ее малой окрестности, т.е. на расстоянии одного шага (периода группы) от внешнего объекта группы эталонных рудопроявлений. В качестве пространственной структурной оси может фигурировать региональный дизъюнктив, линия замка складки геологических слоев, контакт двух разнородных структурно-вещественных комплексов. Конечный итог представлен на рис.1,д, где отражены собственно области, рекомендованные к первоочередным детальным геолого-геофизическим заверкам: они определяются пространственно коррелирующимися кольцевыми структурами (рис.1,б,в) и периодической системой дискордантных соотношений (рис.1,г).
Литература
1. Петров О.В., Мовчан И.Б. Прикладные аспекты теории диссипативного структурирования неравновесной геологической среды / В кн. Петрова О.В. «Диссипативные структуры Земли как проявление волновых свойств материи», СПб. – 2007. – С. 202-268.
Поступила в редакцию 20.02.2012 г.