СПОСОБ ОЦЕНКИ ПЕРСПЕКТИВНОСТИ ПОИСКОВОЙ ПЛОЩАДИ НА ОБНАРУЖЕНИЕ АЛМАЗОНОСНЫХ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТЕЛ В ПРЕДЕЛАХ АЛМАЗОНОСНЫХ РАЙОНОВ
METHOD OF EVALUATING POTENTIAL OF EXPLORATION AREA FOR DETECTION OF DIAMONDIFEROUS KIMBERLITE BODIES IN DIAMONDIFEROUS AREAS

Изобретение относится к тектонофизическим способам поисков алмазоносных кимберлитовых тел и может быть использовано при проведении прогнозных и поисковых работ на коренные источники алмазов.
Известны способы обнаружения потенциально алмазоносных кимберлитов и поиска кимберлитовых тел, включающие отбор проб пород и анализ их составов на наличие в них характерных для кимберлитовых алмазоносных трубок элементов и соединений (по известным ранее разведанным и разрабатываемым месторождениям алмазов): патент РФ №1276110, G01V 9/00, 1994 г., [1] - по наличию в извлеченной кальцитовой фазе концентраций стронция, бария и суммы редкоземельных элементов; патент РФ №1596953, G01V 9/00, 1995 г., [2] - отбор укрупненные геохимических проб в эпицентрах геохимических аномалий и определение содержания хрома, никеля, меди и цинка в сульфидной и окисной формах.
Данные способы трудоемки, требуют значительных аппаратурно-реагентных затрат. В то же время, необходимо предварительно определить места отбора геохимических проб, что также потребует дополнительных затрат, а получение такими методами достоверной необходимой информации весьма проблематично, так как концентрации определяемых в геохимических пробах элементов и соединений могут быть и случайными флуктуациями, не связанными с кимберлитовыми алмазоносными месторождениями.
Известны способы поиска кимберлитовых трубок, в которых для поиска кимберлитовых трубок применяют радиолокационное зондирование импульсами магнитного поля с включением в состав излучающего и приемного устройств горизонтальных магнитных диполей, используют тем самым в дополнение к возможному различию кимберлитовых трубок от перекрывающих и вмещающих пород и неоднородностей строения самих трубок по электрическим свойствам отличие кимберлитовых трубок от перечисленных пород только по магнитной проницаемости и выделяют предположительно кимберлитовые трубки по увеличению амплитуды отраженного сигнала и (другим особенностям отраженного сигнала или их группы) (патент РФ №2242028, G01V 3/12, 2004 г., [3], патент РФ №2249835, G01V 3/12, 2005 г., [4]).
Основные недостатки известных способов - недостаточная достоверность получаемых результатов, т.к. причины электромагнитных аномалий и неоднородностей структуры могут быть иными и для более точного определения потребуются дополнительные изыскания. Значительны затраты на реализацию данных технологий. Кроме того, для территорий, перекрытых траппами, обладающими сильными магнитными свойствами, электромагнитные методы вообще малоэффективны.
Известен способ поиска алмазоносных районов и кимберлитовых полей, включающий определение положения отдельных кимберлитовых тел, предусматривающее перенос структурных построений для каждой из выделенных генетических групп комагматичных тел известных кимберлитовых полей и алмазоносных районов на локальные перспективные площади с последующей корреляцией этих структур с элементами разрывной тектоники и современной гидросети, с использованием шлихоминералогических, геофизических, геологических и геохимических критериев проявленности коренной алмазоносности, в котором предварительно наносят на прогнозную геологическую схему контуры известных алмазоносных районов и кимберлитовых полей, в пределах этих контуров выделяют геометрические центры, накладывают на них палетки зон напряжений ротационного поля Земли, полученные для алмазоносных районов и кимберлитовых полей, выделяют участки, аналогичные контурам известных алмазоносных районов и кимберлитовых полей, на основании шлихоминералогических, геофизических, геологических и геохимических методов, проведенных на этих площадях, выделяют алмазоносные районы и кимберлитовые поля, а определение положения отдельных кимберлитовых тел производят в выделенных алмазоносных районах и кимберлитовых полях(патент РФ №2260821, G01V 9/00, 2005 г., [5]).
По назначению, технической сущности, по наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.
Недостаток известного решения - необходимость дополнительных изысканий для конкретного определения месторождения алмазов, причем изыскания и последующее использование шлихоминералогических, геофизических, геологических и геохимических исследований критериев проявленности коренной алмазоносности снижает в значительной мере эффективность данного способа, значительно повышает стоимость поиска месторождений.
Задачей предлагаемого технического решения является снижение затрат на поисковые работы и на инструментальное подтверждение результатов поиска, повышение достоверности результатов поисковых работ.
Техническими результатами являются: использование в процессе поиска алмазоносных кимберлитов в пределах кимберлитовых районов систем разломов и их оценка эмпирическими методами с использованием фрактальной размерности и информационной энтропии.
Технические результаты достигаются тем, что для оценки перспективности поисковой площади на обнаружение алмазоносных кимберлитовых тел в пределах алмазоносных районов для алмазоносного района на основе комплекса геологических, тектонофизических, геофизических, геоморфологических и других данных строится карта разломов, с разбиением всей площади алмазоносного района на равновеликие квадратные субплощадки (окна) и расчетом для разломов в каждой субплощадке фрактальной размерности (D) и информационной энтропии (S) по компьютерным программам, в основе которых лежат базовые алгоритмы Б.Мандельбротта и К.Шеннона
<mrow><mi>D</mi><mo>=</mo><mi>lg</mi><msub><mi>N</mi><mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mi>lg</mi><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><mo>−</mo><mstyle displaystyle="true"><mo>∑</mo><mrow><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>lg</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow>
, соответственно,
i
где N - число разрушенных пискселов;
i
r - размер системы в единицах размера пикселов, используемых при i-й итерации;
i
р - вероятность, с дальнейшим построением для алмазоносного района по совокупности полученных расчетных данных схем распределения значений фрактальной размерности и информационной энтропии в изолиниях с нанесением на них всех известных месторождений алмаза, принятием в качестве прогнозных эталонных для данного кимберлитового района тех значений D и S, которые характерны для известных месторождений алмаза, с последующим выделением и оконтуриванием по эталонным значениям D и S локальных участков, аналогичных участкам известных месторождений алмаза, как перспективных на обнаружение в их пределах тел алмазоносных кимберлитов.
При этом дополнительное уточнение положения отдельных кимберлитовых тел может быть произведено с использованием тектонофизических и геофизических данных.
Сравнение предлагаемого технического решения с решением по ближайшему аналогу показывает следующее.
Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:
- перенос структурных построений для каждой из выделенных генетических групп комагматичных тел известных кимберлитовых полей и алмазоносных районов на локальные перспективные площади;
- последующая корреляция этих структур с элементами разрывной тектоники и современной гидросети;
- предварительное нанесение на прогнозную геологическую схему контуров известных алмазоносных районов и кимберлитовых полей;
- в пределах этих контуров выделяют геометрические центры;
- накладывают на них палетки зон напряжений ротационного поля Земли, полученные для алмазоносных районов и кимберлитовых полей;
- выделяют участки, аналогичные контурам известных алмазоносных районов и кимберлитовых полей;
- выделяют участки, аналогичные контурам известных алмазоносных районов и кимберлитовых полей.
Предлагаемое решение отличается от известного решения следующими признаками:
1) для алмазоносного района на основе комплекса геологических, тектонофизических, геофизических, геоморфологических и других данных строят карту разломов;
2) разбивают всю площадь алмазоносного района на равновеликие квадратные субплощадки (окна);
3) для каждой субплощадки производят расчет фрактальной размерности (D) и информационной энтропии (8) по компьютерным программам, в основе которых лежат базовые алгоритмы Б. Мандельбротта и К. Шеннона:
<mrow><mi>D</mi><mo>=</mo><mi>lg</mi><msub><mi>N</mi><mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mi>lg</mi><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mtext>                                                                   </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><mo>−</mo><mi>Σ</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>lg</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub><mtext>                                                                   </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
i
i
i
соответственно, где N - число разрушенных пискселов и r - размер системы в единицах размера пикселов, используемых при i-й итерации, а p - вероятность;
4) для алмазоносного района по совокупности полученных расчетных данных строят схемы распределения значений фрактальной размерности и информационной энтропии в изолиниях с нанесением на них всех известных месторождений алмаза;
5) принимают в качестве прогнозных эталонных для данного кимберлитового района тех значений D и S, которые характерны для известных месторождений алмаза;
6) выделяют и оконтуривают по эталонным значениям D и S локальные участки, аналогичные участкам известных месторождений алмаза, как перспективные на обнаружение в их пределах тел алмазоносных кимберлитов.
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличительных от признаков, характеризующих решение, принятое в качестве ближайшего аналога, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
Поиск алмазоносных районов и кимберлитовых полей (алмазных месторождений) является важной задачей, но требует значительных материальных затрат, привлечения квалифицированных специалистов, применения достаточно сложной и, подчас дорогостоящей аппаратуры.
Задачей предлагаемого технического решения является снижение затрат на поисковые работы и на инструментальное подтверждение результатов поиска, повышение достоверности результатов поисковых работ.
Поставленная задача решается тем, что значительная часть поисковой работы по предлагаемому техническому решению выполняется с использованием нестандартных методов аналитических исследований. При этом исследования основаны на достоверных данных - геологических характеристиках ранее разведанных и эксплуатируемых кимберлитовых трубок. Эти данные основаны на результатах шлихоминералогических, геофизических, геологических и геохимических критериев проявленности коренной алмазоносности месторождений и анализа.
В настоящем способе с целью прогнозных построений предлагается для выделения и оконтуривания участков, перспективных на обнаружение алмазоносных кимберлитовых тел, использовать структурный фактор - разломы. Новизна предлагаемого подхода состоит в количественном анализе у систем разломов таких базовых интегральных характеристик фрактальной геометрии и теории информации, как фрактальная размерность и информационная энтропия. В последние 10-15 лет фрактальная размерность широко используется в разломной тектонике как мера самоподобия разломных систем. В отдельных случаях она нашла применение при решении более сложных задач, связанных с оценкой степени деформации горных пород, прогнозом сульфидной рудоносности и тектоническим районированием. Информационная энтропия пока не нашла широкого применения в тектонических исследованиях. Известны лишь частные примеры ее использования для прогноза землетрясений, оценки устойчивости массивов, типизации золоторудных месторождений и прогноза алмазоносности кимберлитов по геохимическим данным. Именно фрактально-энтропийный анализ разрывных нарушений в пределах кимберлитовых полей положен в основу предложенной технологии прогноза пространственной локализации алмазоносных кимберлитовых тел. Отправной рабочей идеей создания технологии послужили представления о том, что потенциально благоприятными каналами для подъема кимберлитовых флюидизированных масс являются наиболее нарушенные участки зон разломов, имеющих особое геометрическое устройство разрывных систем, обеспечивающее им способность испытывать состояния самоорганизации с периодическим образованием разрывных диссипативных структур в тектонически активные периоды. Как правило, такие участки имеют высокие значения фрактальной размерности и информационной энтропии.
В предлагаемом решении использованы и макрохарактеристики литосферы, отражающие, по мнению некоторых исследователей, тектонофизические особенности формирования кимберлитовых трубок Такими характеристиками являются пространственные взаимоотношения разломов в пределах кимберлитовых полей. Корреляция характеристик известных кимберлитовых полей и алмазоносных районов с элементами разрывной тектоники использована в предлагаемом решении в качестве исходного условия для аналитического поискового исследования перспективных районов со схожими структурами разрывной тектоники.
Метод аналитического исследования базируется на принципах фрактальной геометрии с применением данных, полученных в полевых условиях. Математическая обработка данных - вычисление для данного массива фрактальной размерности Б.Мандельброта и информационной энтропии К.Шеннона позволяет получить математические характеристики исследуемой системы разломов в пределах кимберлитового района, провести сравнение полученных расчетных данных с эталонными участками известных месторождения алмаза и на этой основе сделать выводы о перспективности того или иного исследуемого локального участка на обнаружение алмазоносных кимберлитовых тел.
Фрактал и методика расчета фрактальной размерности.
Согласно определению фрактал - это некоторое множество с нецелочисленной размерностью, в котором частное, в каком-то смысле, подобно общему. Важным свойством фракталов является их иерархичность, т.е. способность повторяться в разных масштабах пространства и времени, что в современной литературе принято называть самоподобием или скейлингом. С геометрической точки зрения фрактальная размерность является показателем того, насколько плотно конкретные линии заполняют плоскость или пространство. Так, фрактальная размерность прямой линии равна единице, а закрашенный квадрат имеет размерность два. Следовательно, сеть разрывных нарушений имеет размерность больше единицы, но меньше двух.
В нашем случае при построениях каждый отдельно взятый разлом или его прямолинейный участок представлялся двумя парами чисел - координатами начала и конца. Расчет проводился по общей методике - методом подсчета квадратов. Выбранное окно (квадрат) расчета представлялось в виде массива с разбиением от 2×2 до 1024×1024 «пикселей», при этом последовательность разбиения на каждом шаге увеличивалась в 2 раза. При каждом разбиении велся подсчет нарушенных и ненарушенных «пикселей». Нарушенным считался «пиксель», если в него попадало разрывное нарушение. Окно, в котором определялась фрактальная размерность, заданным шагом проходило по всей площади.
Алгоритмы вычисления фрактальной размерности опираются на соотношение:
<mrow><mi>log</mi><mi>N</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>ε</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>log</mi><mi>c</mi><mo>−</mo><mi>d</mi><mi>log</mi><mi>ε</mi><mtext>                                                                    </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
где с - константа, N(ε) - число квадратов со стороной ε, необходимых для покрытия фрактала, d - размерность фрактала.
logN(ε)
logε
c
d
1
2
График зависимости  от  - прямая с угловым коэффициентом d. Для определения неизвестных параметров си необходимо оценить N(ε) для нескольких значений ε. Если использовать клетки только двух размеров ε и ε, то неизвестные  и  можно определить из системы уравнений:
<mrow><mi>log</mi><mi>N</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ε</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>log</mi><mi>c</mi><mo>−</mo><mi>d</mi><mi>log</mi><msub><mi>ε</mi><mn>1</mn></msub><mtext>                                                                </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>4</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mi>log</mi><mi>N</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ε</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>log</mi><mi>c</mi><mo>−</mo><mi>d</mi><mi>log</mi><msub><mi>ε</mi><mn>2</mn></msub><mtext>                                                                </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>5</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
N(ε)
N(ε)
ε
logc
d
Тем не менее, с учетом того, что величины  могут быть найдены лишь приближенно, имеет смысл оценить  для большего числа различных значений . В этом случае мы получим переопределенную систему уравнений (число уравнений больше числа неизвестных), которая, скорее всего, не будет иметь точного решения. Стандартный прием в подобной ситуации заключается в том, чтобы найти значения  и , минимизирующие сумму квадратов отклонений.
<mrow><msup><mrow /><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ξ</mi><mi>i</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>η</mi><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msup></mrow>
<mrow><msup><mrow /><mrow><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mi>b</mi><mo>+</mo><mi>m</mi><msub><mi>ξ</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msup></mrow>
<mrow><msup><mrow /><mrow><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>η</mi><mi>i</mi></msub></mrow></msup></mrow>
i=1,…,n
y=b+mx
η(ξ)
Приближение по методу наименьших квадратов. Рассмотрим задачу обинтерполяции точек
,  прямой линией. Положим
. Прямая  называется наилучшим приближением к  по методу наименьших квадратов, если сумма квадратов отклонений
минимальна. Иначе говоря, мы ищем значения b и m, при которых функция:
<mrow><mi>E</mi><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>η</mi><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>b</mi><mo>+</mo><mi>m</mi><msub><mi>ξ</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>η</mi><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mtext>                                                 </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>6</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mstyle></mrow></mstyle></mrow>
достигает минимума. Значения этих параметров найдутся решением системы уравнений:
<mrow><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mi>E</mi></mrow><mrow><mo>∂</mo><mi>b</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><mo>∂</mo><mi>E</mi></mrow><mrow><mo>∂</mo><mi>m</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0</mn><mtext>                                                                                  </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>7</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
с
с
Информационная энтропия и методика ее расчета. В общем смысле информационная энтропия является мерой неопределенности информации о состоянии эволюционирующей системы (с вероятностью р), относящейся к статистическому распределению, и изменяется от нуля до некоторого однозначно не определенного максимума. Она обращается в нуль, когда одна из р равна единице, а все остальные равны нулю. В этом случае результат эксперимента может быть предсказан точно и неопределенность в информации отсутствует. И наоборот, информационная энтропия принимает максимальное значение, когда вероятность всех состояний одинакова. Этот предельный случай обладает максимальной неопределенностью и содержит минимальное количество информации о результатах эксперимента.
Зоны разломов имеют неоднородное внутреннее строение, проявляющееся в чередовании, как по простиранию, так и вкрест простирания участков с разной степенью нарушенности горных пород системами разрывов. Традиционно степень нарушенности оценивают через густоту или плотность разрывных нарушений. По отношению к ним информационная энтропия, в совокупности с вышеотмеченной фрактальной размерностью, является более информативным параметром, поскольку отражает не только насыщенность анализируемой площади разрывными нарушениями, но и характер пространственного распределения.
inf
Информационная энтропия (S) рассчитывается по уравнению:
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>inf</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msup><mo>−</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mn>1</mn><mi>n</mi></munderover><mrow><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub><mo>×</mo><mi>lg</mi><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mstyle></mrow></msup><mtext>                                                                                       </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>8</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
i
i
где p - вероятность, определяемая из отношения суммарной длины разломов в окне (Σl) к их суммарной длине в общей выборке данных в пределах направления (SL), n - количество заданных интервалов направлений.
<mrow><msup><mrow /><mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mn>180</mn></mrow></msub></mrow></msup></mrow>
<mrow><msup><mrow /><mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mn>120</mn></mrow></msub></mrow></msup></mrow>
<mrow><msup><mrow /><mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mn>60</mn></mrow></msub></mrow></msup></mrow>
<mrow><msup><mrow /><mrow><msub><mi>l</mi><mrow><mn>180</mn></mrow></msub></mrow></msup></mrow>
<mrow><msup><mrow /><mrow><msub><mi>l</mi><mrow><mn>120</mn></mrow></msub></mrow></msup></mrow>
<mrow><msup><mrow /><mrow><msub><mi>l</mi><mrow><mn>60</mn></mrow></msub></mrow></msup></mrow>
Расчет информационной энтропии производился в следующей последовательности. Вычисляется суммарная длина всех разломов заданной площади. Обозначим ее за L. Далее вычисляются суммы длин разломов, имеющих направление от 180° до 120°, от 120° до 60° и от 60° до 0° (в последнем случае “0” не включен). Обозначим их соответственно
,
и
. То же самое проделаем для разломов заданного окна расчета, и обозначим суммы длин как
,
,
.
Теперь вычислим информационную энтропию по следующей формуле:
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>inf</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mrow><mn>180</mn></mrow></msub></mrow><mi>L</mi></mfrac><mi>ln</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mrow><mn>180</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mn>180</mn></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mrow><mn>120</mn></mrow></msub></mrow><mi>L</mi></mfrac><mi>ln</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mrow><mn>120</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mn>120</mn></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mrow><mn>60</mn></mrow></msub></mrow><mi>L</mi></mfrac><mi>ln</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>l</mi><mrow><mn>60</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mrow><mn>60</mn></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext>                                     </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>9</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
На основе сравнительного анализа делается вывод о необходимости уточнения положения отдельных кимберлитовых тел, уточнение производят с использованием тектонофизических и геофизических методов.
Таким образом использование предлагаемого способа позволяет значительно сократить затраты на начальных этапах поиска алмазоносных районов, кимберлитовых полей и кимберлитовых трубок за счет использования ранее сформированной информационной базы и неиспользования трудоемких, энергоемких и высокозатратных способов поиска и разведки алмазов. Кроме того, уточнение и оценка кимберлитовых тел проводится на следующих этапах, после математической обработки данных и сравнительного анализа, целенаправленно, на локальных выделенных территориях, что значительно снижает затраты и повышает точность прогноза и оценки кимберлитовых трубок.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области, выявленными в процессе патентного поиска, показывает следующее.
Известен способ поиска площадей развития кимберлитов, включающий отбор проб осадочных пород, выделение из них шлиховых проб, отбор из них минералов-индикаторов хромовой ассоциации глубинных вулканитов, определение степени их механического износа и выделение по полученным данным площадей развития кимберлитов, в котором дополнительно из пробы осадочной породы выделяют глинистую фракцию, определяют в шлиховой пробе и глинистой фракции наличие смектанита, а площади развития кимберлитов оконтуривают по совпадению ореолов смектанита и ореолов, создаваемых не менее чем одним механически изношенным зерном любого из минералов-индикаторов хромовой ассоциации глубинных вулканитов, при этом, отбор проб может быть проведен по уплотненной сети на участках сочленения положительных и отрицательных морфоструктур III-IV порядка (патент РФ №2062493, G01V 9/00, 1996 г., [6]).
Известен способ поисков кимберлитовых структур геохимическими методами, заключающийся в выявлении закономерностей расположении химических элементов зоны накопления кимберлитовой конвективной колонны, в котором используются не только результаты поисков по потокам рассеяния, а результаты всех видов литохимического опробования, по которым среди элементов, ассоциирующихся с кимберлитовыми структурами, выделяются и выносятся на карту те, которые имеют кларк концентрации больше 10, и по совпадению их с границами кластеров на трафаретах устанавливается наличие кимберлитовых структур (патент РФ №2117319, G01V 9/00, 1996 г., [7]).
Основной недостаток известных решений [6, 7] - необходимость выбора места отбора проб. Данные способы трудоемки, требуют значительных аппаратурно-реагентных затрат, а получение такими методами достоверной необходимой информации весьма проблематично, так как концентрации определяемых в геохимических пробах элементов и соединений могут быть и случайными флуктуациями, не связанными с кимберлитовыми алмазоносными месторождениями.
Известен способ обнаружения очагов землетрясений, при котором осуществляют регистрацию собственного излучения подстилающей поверхности, преобразуют зарегистрированную функцию электрического сигнала в цифровые матрицы m×n отсчетов зависимости амплитуды 1 (х, у) от пространственных координат, выделяют методами пространственного дифференцирования контуры на изображении, в котором собственное излучение регистрируют в двух взаимно ортогональных по поляризации плоскостях, формируют результирующую матрицу изображения из попиксельных отношений амплитуд сигнала в двух взаимно ортогональных по поляризации каналах приема, выделяют контуры на результирующем изображении, вычисляют функцию фрактальной размерности изображения внутри выделенных контуров, фиксируют очаг землетрясения при совпадении фрактальной размерности участка текущего контура с эталонным либо при отклонении на величину не более пороговой (патент РФ №2181495, G01V 9/00, 2002 г., [8]).
Известен способ обнаружения очагов землетрясений, при котором получают изображение подстилающей поверхности в виде цифровой матрицы сигнала яркости I (х, у) от пространственных координат, выделяют методами пространственного дифференцирования контуры на изображении, вычисляют функцию фрактальной размерности сигнала изображения внутри выделенных контуров, в котором съемку проводят в фиолетово-синем участке отраженного от земной поверхности солнечного света, программной обработкой сигнала внутри выделенных контуров вычисляют градиентное поле направлений линеаментов, формируют рисунок направлений линеаментов внутри контуров и по геометрии контура, узору рисунка азимутов направлений линеаментов, фрактальной размерности изображения внутри контура судят о принадлежности выявленной аномалии к пространству очага землетрясения (патент РФ №2209452, G01V 9/00, 2003 г., [9]).
Известен способ предсказания землетрясений, при котором осуществляют регистрацию собственного излучения подстилающей поверхности в виде зависимости амплитуды сигнала А (х, у) от пространственных координат, методами пространственного дифференцирования выделяют контуры на изображениях, проводят фрактальный анализ фрагментов изображений внутри выделенных контуров, в котором собственное излучение принимают антенной с линейной поляризацией по двум разнесенным по диапазону частот каналам приема, формируют синтезированную матрицу изображения из попиксельных отношений амплитуд сигналов этих каналов, контур очага выделяют на синтезированном изображении, вычисляют азимуты линеаментов поля градиентов изображения внутри контура очага и их среднюю сумму, рассчитывают по серии получаемых изображений период То (ч) изменения средней суммы азимутов, прогнозируют время удара (ty), отсчитываемое от начала периодических изменений средней суммы азимутов, и его магнитуду (М) по регрессионным зависимостям
ty4,7 To,
М110/То 2 (патент РФ №2208239, G01V 9/00, 2003 г., [10]).
В известных решениях использованы методы обработки результатов с использованием функций фрактальной размерности сигналов изображений внутри выделенных контуров, и по результатам вычислений и сравнительного анализа делают выводы о принадлежности выявленной аномалии к пространству очага землетрясения. Основной недостаток известных решений - получение первичной информации изображений поверхности по собственному излучению подстилающей поверхности. Во-первых, необходимо использование космических аппаратов, во-вторых, полученная таким способом информация может быть недостаточно достоверной как из-за внешних атмосферных помех, так и помех, возникающих в самой подстилающей поверхности. Значительные затраты и малая достоверность результатов - очень серьезные препятствия по использованию данных технологий.
В результате сравнительного анализа не выявлено технических решений, которые характеризовались бы аналогичными с предлагаемым решением признаками, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ поиска алмазоносных районов и кимберлитовых полей осуществляется следующим образом.
Примеры реализации предлагаемого способа.
Для тестирования прогнозной технологии были проведены фрактальный и энтропийный анализы сети разрывных нарушений чехла и фундамента Мало-Ботуобинского и Средне-Мархинского кимберлитовых районов на предмет выявления связи этих параметров пространственной локализацией алмазоносных кимберлитовых тел. Расчет фрактальной размерности и информационной энтропии осуществлялся по компьютерным программам.
Мало-Ботуобинский кимберлитовый район
Для осадочного чехла Мало-Ботуобинского кимберлитового района была по комплексу данных построена схема разломов и выполнены расчеты их фрактальной размерности и информационной энтропии. Результаты представлены на рисунке (фиг.1).
Максимальными значениями этих параметров отражаются субмеридиональные разломы Вилюйско-Мархинской зоны, но не все, а только Западный, Параллельный и Буордахский. Элементы разломов зон других направлений не проявлены или носят подчиненный характер.
Мирнинское кимберлитовое поле выделяется сближенными локальными аномалиями повышенных значений расчетных величин, а на оставшейся территории района уровень значений близок к фоновому. В пределах области повышенных значений фрактальной размерности и информационной энтропии расположены кимберлитовые тела и основная масса туфовых трубок района.
Участок Западного разлома, на котором находятся кимберлитовые тела, характеризуется высокими значениями фрактальной размерности (>1,12) и информационной энтропии (>0,04), отражающими однородность сети разрывных нарушений на этом отрезке основного разлома. Аномальная область характеризует нарушения западного борта грабена, соприкасаясь своей краевой частью с дайкой, проходящей в его центральной части. Несколько менее выразительный вид имеет участок Параллельного разлома в местах внедрения в осадочный чехол кимберлитовых трубок Мир и Дачная, но абсолютные значения фрактальной размерности и информационной энтропии сохраняются на высоком уровне (фиг.1, 2). Аномальная область и здесь тяготеет к западной стороне грабена, так же, как и кимберлитовые тела. В зоне Буордахского разлома повышенными значениями расчетных показателей обладает участок в верховьях реки Елёнг, где в результате поисковых работ отмечены находки обломков кимберлита и минералы-спутники алмаза хорошей сохранности. Участки зон рудоконтролирующих разломов, в местах внедрения кимберлитовых тел, характеризуются дискретными максимумами разрывов, что находит отражение в повышенных значениях показателя фрактальной размерности и информационной энтропии. Все кимберлитовые тела Мирнинского кимберлитового поля, за исключением трубки 23-го съезда КПСС, тяготеют к западным бортам грабенов, связанных с основными разломами Вилюйско-Мархинской зоны - Западным, Параллельным, Центральным, Восточным и Буордахским. Приведенные данные позволяют предполагать, что активными являлись западные наиболее нарушенные борта разломов, где и расположены кимберлитовые тела. Анализируя расположение кимберлитовых тел Мирнинского поля, можно констатировать, что поле состоит из двух кустов, которые контролируются разрывными нарушениями внутренней структуры зон Западного и Параллельного разломов, образующими участки повышенной степени нарушенности (деструктивные поля). Контуры этих участков, вероятно, являются границей кустов кимберлитовых тел. Это обстоятельство позволяет определить их как прогнозный критерий и целенаправленно выделять площади первичного опоискования в пределах предполагаемых кимберлитовых полей на стадии среднемасштабного прогноза. Такими площадями являются три участка с высокими значениями фрактальной размерности и информационной энтропии, расположеннве в северной, северо-западной и западной частях Мало-Ботуобинского кимберлитового района (фиг.1, 2).
Средне-Мархинский кимберлитовый район
Для Средне-Мархинского кимберлитового района по комплексу данных была построена карта разломов и выполнены расчеты фрактальной размерности и информационной энтропии. Количественные значения фрактальной размерности изменяются от 1,00 до 1,14 (фиг.3). По максимальным значениям выделены предполагаемые осевые части Накынского и Лиендокитского глубинных разломов. Кимберлитовые трубки Накынского поля расположены в локальной аномалии с высоким показателем фрактальной размерности - 1,14, между двумя предполагаемыми глубинными разломами (фиг.3). При этом они тяготеют к ветви Лиендокитского разлома, локализуясь на площади с повышенной густотой разрывных нарушений, что является признаком деструктивного поля. Аналогичная аномалия с высокими показателями фрактальной размерности находится в верховьях рек Накын, Куочангда, что дает основание для прогноза нахождения здесь нового куста кимберлитовых тел. Находки алмазов, известные в аллювии рек Накын и Хання, северо-восточнее известных кимберлитовых тел, могут быть связаны с коренными источниками на выделенной площади, так как гипсометрически она находится выше.
Расчет информационной энтропии (фиг.4) показал некоторое отличие в структуре распределения повышенных значений энтропии от аналогичных показателей фрактальной размерности. Более четко выглядит зона Накынского глубинного разлома, отождествляемого с дайкой Накынского разлома. Аномальный участок в верховьях реки Накын, выделенный по высоким значениям фрактальной размерности, характеризуется величиной информационной энтропии порядка 0,04 и меньшими пространственными размерами. Та же величина информационной энтропии характерна для мест расположения кимберлитовых тел.
Суммируя изложенное выше, можно констатировать, что кусты кимберлитовых тел Мирнинского и Накынского полей локализуются в пределах наиболее нарушенных участков Вилюйско-Мархинской зоны, имеющих повышенные значения фрактальной размерности и информационной энтропии. В этом плане два указанных параметра могут служить количественными критериями прогноза пространственной локализации кимберлитовых тел.
Использование предлагаемого способа позволяет значительно сократить затраты на начальных этапах поиска алмазоносных районов, кимберлитовых полей и кимберлитовых трубок за счет использования ранее сформированной информационной базы и отказа от использования трудоемких, энергоемких и высокозатратных способов поиска и разведки алмазов. Кроме того, оценка и уточнение перспективности поисковой площади алмазоносных кимберлитовых тел проводится на следующих этапах, после математической обработки данных и сравнительного анализа, целенаправленно, на локальных выделенных территориях, что значительно снижает затраты и повышает точность прогноза и оценки кимберлитовых трубок.
ИНФОРМАЦИЯ
1. Патент РФ №1276110, G01V 9/00, 1994 г.
2. Патент РФ №1596953, G01V 9/00, 1995 г.
3. Патент РФ №2242028, G01V 3/12, 2004 г.
4. Патент РФ №2249835, G01V 3/12, 2005 г.
5. Патент РФ №2260821, G01V 9/00, 2005 г.
6. Патент РФ №2062493, G01V 9/00, 1996 г.
7. Патент РФ №2117319, G01V 9/00, 1996 г.
8. Патент РФ №2181495, G01V 9/00, 2002 г.
9. Патент РФ №2209452, G01V 9/00, 2003 г.
10. Патент РФ №2208239, G01V 9/00, 2003 г.