ГИС как средство оценки рудообразующего потенциала интрузивных образований Верхоянского складчатого пояса (Восточная Якутия)

УДК 553.4(571.56) А.В. Костин1

ГИС КАК СРЕДСТВО ОЦЕНКИ РУДООБРАЗУЮЩЕГО ПОТЕНЦИАЛА ИНТРУЗИВНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ ВЕРХОЯНСКОГО СКЛАДЧАТОГО ПОЯСА

На примере плутонов и рудных месторождений Верхоянского складчатого пояса Восточной Якутии разработана концепция использования ГИС-технологий для оценки рудного потенциала плутонов на Co-Mo и Au-Cu типы минерализации. В основу ГИС-проекта положена рудно-формационная модель рудных узлов, описывающая пространственное положение типовых рудных формаций относительно плутонов. Средствами ГИС-анализа выделены плутоны высокой категории перспектив на обнаружение Cu-Mo и Au-Cu минерализации. Ключевые слова: ГИС-технологии, интрузии, минерализация, рудная формация. Библиогр. 7 назв. Ил. 3. Табл. 2

A.V. Kostin

USING GIS ANALYSIS FOR ESTIMATING ORE-POTENTIAL OF INTRUSIONS OF VERKHOYANSK FOLD BELT OF NORTHEASTERN YAKUTIA

A conception of using ArcGIS for estimating Co-Mo and Au-Cu ore-potential of intrusions was created on an example of intrusions and ore deposits of Verkhoyansk fold belt of northeastern Yakutia. GIS-project is based on ore-formation models for ore nodes, showing their position relative to intrusions. Using ArcGIS analysis high-potential intrusives with CoMo and Au-Cu mineralization were picked out. Key words: GIS-technology, intrusions, mineralization, ore nodes. Sources 7, illus. 3, tab. 2.

Использование ГИС-технологий для оценки рудообразующего потенциала интрузий является новым шагом в создании единой распределенной модели геологического строения территории Якутии. Эта модель призвана обеспечить функционирование многослойной базы рудно-формационных данных по объектам ранга месторождение, рудный узел и металлогеническая зона. В основу проведенного исследования положена идея о том, что рудно-магма-тические узлы состоят из месторождений, которые в пространстве образуют

непрерывный ряд рудных формаций. Наличие одной из формаций ряда позволяет прогнозировать остальные. Применение ГИС для оценки рудо-образующего потенциала плутонов позволило объединить для пространственного анализа разнородные геологические данные, подготовить и построить базовые и тематические карты, решить задачи, связанные с пространственным анализом геологической информации и моделированием. Наиболее важными из них были:

Костин Алексей Валентинович - доктор геол.-минералог. наук, зав. лабораторией геологии и минералогии благородных металлов и геологических информационных технологий, е-mail: kostin@diomend.vsn.ru Kostin Aleksey Balentinovich - doctor of geology-mineralogical sciences, head of laboratory geology and mineralogy of precious metals and geology's information technology, е-mail: kostin@diomend.ysn.ru

1. Учет фактического местоположения коренных месторождений благородных, цветных и редких металлов.

2. Наполнение атрибутивных баз данных характеристикой рудных месторождений для последующего металлогенического анализа.

3. Создание ГИС по магматическим образованиям (плутонам и дайкам) для выделения рудно-магматических систем и установления их металлогенической специализации.

Решение перечисленных задач опиралось на следующие свойства ГИС:

- векторный и растровый методы хранения пространственно распределенной информации;

- поддержка топологических отношений между объектами;

- возможность хранения тематических данных в геодатабазах формата ACCESS;

- мощные функции пространственного анализа данных (Spatial Analyst, Geostatistical Analyst и др);

- реализация запросов по условию -отображение объектов, удовлетворяющих заданным условиям;

- развитые возможности публикации графических и аналитических материалов.

Верхоянская складчатая область (Восточная Якутия) чрезвычайно богата минеральными ресурсами. Здесь известно около 11000 месторождений и рудо-проявлений, среди которых лидируют месторождения серебра, золота и олова. Некоторые из них являются крупными и уникальными. Это делает Верхоянскую складчатую область крупнейшей благо-роднометалльной провинцией России.

Для многих рудных месторождений установлена пространственная связь с интрузивными образованиями, что стимулирует попытки оценить потенциальную рудоносность послед-

них.2 Как правило, методика оценки состоит в изучении распределения в магматических породах Au, Ag, Pb, Zn, Cu и других металлов. Повышенное содержание металлов «свидетельствует» о высоком рудоносном потенциале интрузий, однако не понятно, смогли или нет эти металлы реализоваться в рудные жилы. Если смогли, то почему в интрузия сохранились повышенные содержания металлов? Остается открытым вопрос о вовлечении в рудообразующий процесс металлов из осадочных пород. Проведенное нами исследование касается оценки потенциала интрузий на медно-порфировый тип оруденения, для которого доказана [3, 4] генетическая связь с интрузиями. Для этого на основе лицензионного ArcGis 9.2 создан ГИС проект, который включает интрузивные массивы (оцифрованные с геологических карт масштаба 1:500 000 и 1:200000) и месторождения полезных ископаемых.

После оцифровки слой «интрузивные массивы» преобразован в геодат-абазу формата Access, которая состоит из таблицы, описывающей геометрию плутонов с вычисленными площадями выхода на дневную поверхность, их пространственную привязку и названия. В геодатабазу добавлена таблица с химическими анализами интрузивных пород (всего более 4000 анализов).

Обработка таблиц осуществляется с помощью запросов, один из которых группирует плутоны по имени и суммирует площади их выхода на дневную поверхность, создавая новую таблицу. В ее ключевом поле хранятся уникальные названия массивов, что удовлетворяет «первой нормальной форме» баз данных и позволяет устанавливать отношения с таблицами химических анализов. Характер отношений между таблицами -один ко многим.

2Автор рассматривает интрузивы в качестве источников рудного вещества, что не является бесспорным даже для меднопорфировых месторождений

Слой «рудные месторождения» включает около десяти тысяч месторождений, рудопроявлений и точек рудной минерализации, различных по генетическим и морфоструктурным особенностям, а также набору полезных компонентов. Атрибутивный файл базы данных включает следующие поля: название месторождения, вид полезного ископаемого, временная группа рудных формаций, рудная формация, геолого-промышленный тип, размер объекта. В пределах рудных узлов месторождения могут ранжироваться по размеру (крупные, средние, мелкие и т.д.) и по принадлежности к рудной формации. По признаку «временная группа рудных формаций» рудные узлы группируются в металлогенические зоны. Для слоя «рудные месторождения» применяется классификатор, по которому визуализация месторождений осуществляется одновременно по двум признакам - рудная формация и размеры месторождения. Для разгрузки карты из выборки исключены точки минерализации и мелкие рудопроявления.

При совмещении слоев «месторождения полезных ископаемых» и «интрузивные массивы» выявлено, что чем более эродированы интрузивы, тем меньше в их контурах и на периферии рудных месторождений (рис. 1).

Это является общей моделью рудной зональности, по которой рудные месторождения образуются над кровлей массивов и подтверждается примерами месторождений мирового класса, одним из которых является месторождение Bingham, штат Юта, США [7]. При этом, по материалам ГИС геологической службы штата Юта (Utah Geological Survey, UGS, http://www.ugs.-state.ut.us) площадь выхода на поверхность штока монцонитов Bingham составляет всего 4,836 км . Таким образом, можно предполагать, что рудообра-зующий потенциал интрузива в целом тем меньше, чем больше площадь его выхода на дневную поверхность.

Рис. 1. Схема размещения плутонов и месторождений полезных ископаемых Верхояно- Колымского складчатого пояса

Для анализа потенциала интрузий на Au-Cu и Cu-Mo минерализацию использовалась модель медно-порфиро-вых месторождений Монголии [6], в которой отношение K2O/Na2O в интервале от 0,3 до 0,7 соответствует Cu-Mo, а от 0,7 до 1,3 - Au-Cu рудно-магмати-ческим системам.

Из геодатабазы Access с помощью запроса произведена выборка Au-Cu рудно-магматических систем с высоким потенциалом по заданному отношению K2O/Na2O от 0,7 до 1,3 и их разбраковка по площади выхода на дневную поверхность. Для этого составлен классификатор слоя ГИС на основе признака «площадь плутона». Полученные группы характеризуют степень эрозионного среза плутонов (табл. 1).

Чтобы сократить число потенциально перспективных на Au-Cu оруде-нение объектов, используется фильтр, при помощи которого отбираются плутоны, относящиеся к высококалиевой известково-щелочной и шошонитовой сериям.

Алгоритм фильтрации плутонов

Таблица 1

Рудоносный потенциал плутонов, прогнозируемый на основе степени их эрозионного __среза ^_

Площадь плутона, 2 км Рудоносный потенциал Примеры плутонов Верхояно-Колымской складчатой области

1 2 3

До 5 Очень высокий Абырабытский, Артыкский, Ахитан-ский, Бугдагарский, Гельдинский, Горбы, Карский, Кис-Кюельский, Кы-сылтасский, Незаметный, Поворотный, Светлый, Секетский, Супский, Таланнахский, Тумус-Хаинский, Холодный, Чуруктинский, Эначинский, Эндыбальский, Явтахский, Якутский

От 5 до 25 Высокий Антыгский, Ат-Хайский, Балаганнах-ский, Бунганджинский, Веткинский, Дыбинский, Капризный, Кинели-Тасский, Кондеканский, Куранахский, Курумский, Наледный, Нономбин-ский, Право-Кюентинский, Солурский, Стратос, Тенкелийский, Томмотский, Узкий, Укачилканский, Ухабский, Ха-такчанский, Хос-Юряхский, Хотон-Хаинский, Ченкеленьинский

От 25 до 100 Средний Агдайский, Барыллыэлахский, Бек-кемский, Болдымбинский, Буор-Юряхский, Джелинджинский, Кадар-ский, Кететский, Куранах-Салинский, Кутурукский, Мунилканский, Нюргун-Тасский, Салтага-Тасский, Святой Нос, Селенняхский, Средний, Талах-тахский, Чукский, Шелюпинский

Свыше 100 Низкий Арга-Эмнекенский, Бакынский, Бы-сыйалахский, Верхне-Куранахский, Догдинский, Илин-Эмнекенский, Ки-гиляхский, Куреньинский, Кэрэхский, Плиевский, Право-Туостахский, Са-ханьинский, Северный, Синэкандьин-ский, Средне-Халыинский, Тарбаган-нахский, Тас-Кыстабытский, Уэмлях-ский, Хатыннахский, Чималгинский, Чингаканский, Эликчанский

K2O < (0,033462*[SiO2]-1,5);

- для пород известково-щелочной серии

K2O Between (0,033462*[SiO2]-1,5) And (0,066507*[SiO2]-2,5);

- для пород высококалиевой известко-

основывается на формулах для кривых, ограничивающих серии магматических пород на диаграмме БЮг - К20, общий вид которых описывается уравнением К20=к* БЮг - Ь, а запросы имеют вид: - для пород толеитовой серии

во-щелочной серии K2O Between (0,066507*[SiO2]-2,5) And (0,169054*[si02]-7,12); - для пород шошонитовой серии K2O > (0,169054*[Si02]-7,12).

В запрос на выборку массивов высоко калиевой известково-щелочной серии добавляется условие, ограничивающее их площадь до 5 км2 и отношение K20/Na20 в интервалах от 0,3 до 0,7 (для Cu-Mo систем) и от 0,7 до 1,3 (для Au-Cu систем).

Следующий шаг ГИС-анализа состоит в оценке рядов рудных формаций, которые известны в контурах крупных рудно-магматических зон. В качестве эталона используется модель зональности рудного района Bingham (рис. 2), где концентрические рудно-

метасоматические зоны группируются вокруг штока кварцевых монцонит-порфиров. Руды месторождения содержат 1,5% Cu, 4,5 г/т Ag, 0,45 г/т Au. За период с 1870 г. добыто 1,35 млрд. т руды, из которой получены 11 млн. т меди, 320 тыс. т молибдена, около 31 тыс. т серебра и около 1000 т золота. Устанавливается высокая корреляции серебра и меди в медной зоне. В то же время повышенные концентрации серебра характерны для внешней, серебряно-свинцово-цинковой зоны, где развиты трещинные и метасоматические рудные тела в известняках, контролируемые системой северо-восточных сбросов [1].

С помощью расширения Spatial Analyst ArcGis для плутонов строится 5-километровая буферная зона и производится выборка буферных зон, в которых имеются месторождения от мелких до крупных, принадлежащих к Cu-Mo, Au, Ag и Pb-Zn рудным формациям. Выбранные группы плутонов с Cu-Mo и Au-Cu специализацией сгруппированы в табл. 2 с учетом того, что одни из них сближены между собой и образуют крупные рудно-магматические зоны, другие - самостоятельные автономные рудные узлы, а третьи не содержат в буферной зоне месторождений, что пе-

реводит их в разряд малоперспективных.

В результате выборки Западно-Верхоянская, Сан-Юряхская и Дербеке-Нельгесинская рудно-магматические зоны и Абырабытский, Таланнахский и Якутский рудно-магматические узлы позиционируются как перспективные на Си-Аи минерализацию. По количеству крупных месторождений благородных металлов, попавших в буферные зоны плутонов, наиболее перспективной из перечисленных является Западно-Верхоянская рудно-магматическая зона, в которой выделяется Нюектаминский рудный узел (рис. 3).

В пределах рудного узла выделяются различные рудные формации, среди которых наиболее важными являются медно-молибденовая, золото-медно-порфировая, золото (мышьяково)-сульфидная, золото-сульфидная и золото-серебряная [2]. Их размещение контролируется не выходящим на поверхность Кыгылтасским плутоном, протяженность которого, судя по размерам магнитной аномалии, не менее 5 км.

Медно-молибденовая формация установлена в крутопадающих (70 - 80°) маломощных (10-20 см) кварцевых жилах и представлена редкой вкрапленностью чешуйчатого молибденита, пирита и халькопирита. Жилы локализованы в гранодиоритах и ороговикованных песчаниках на периферии выхода Кыгыл-тасского плутона.

Золото-медно-порфировая формация представлена рассеянной вкрапленностью пирита, черного сфалерита, пирротина и халькопирита в суль-фидизированных песчаниках в над апикальной зоне Кыгылтасского плутона. Большая часть рудного материала находится в основном в рассеянном виде, что обусловлено различной ориентировкой рудных прожилков, сложенных пирротином, пиритом, халькопиритом,

Примечание. Перспективные плутоны, в буферных зонах которых рудных месторождений не установлено: Артыкский (0,49/0,80); Незаметный (3,03/0,93); Супский (3,30/0,81); Чуруктинский (1,99/0,88); Лагерный (2,98/0,57); Облачный (3,54/0,51); Тонголохский (1,33/0,59). В скобках отношение (площадь, км2/ ^0:^0).

Таблица 2

Плутоны высокой категории перспектив на Cu-Mo и Au-Cu специализацию_

Плутон Площадь, км2 K2Ü/Na2O Ряды рудных формаций

1 2 3 4

Плутоны с Cu-Mo специализацией:

Звериный 0,91 0,54 1. Золото-серебряная, золото-кварцевая 2. Оловоносных грейзенов, касситерит-силикатная, касситерит-кварцевая, полиметаллическая

Кумахтах- 4,32 0,56 1. Золото-медно-порфировая, золото-серебря-

ский ная, золото-кварцевая 2. Касситерит-кварцевая

Плутоны с Au-Cu специализацией:

Западно-Верхоянская РМЗ

Кис- 1,33 0,88 1. Серебро-свинцовая, свинцово-цинковая

Кюельский

Кыгыл- 0,24 0,85 1. Молибденит-кварцевая, золото-серебряная,

Тасский серебро-свинцовая, свинцово-цинковая

Сан-Юряхская и Дербеке-Нельгесинская (Ю-З фланг) РМЗ

Бугдагарский 4,46 0,93 1. Вольфрамит-кварцевая, касситерит-сульфидная 2. Молибденит-кварцевая, золото-редкометальная, полиметаллическая

Секетский 1,75 0,86 1. Золото-редкометальная 2. Касситерит-сульфидная, полиме-таллическая

Ахитанский 2,33 0,71 Касситерит-сульфидная, полиметаллическая.

Эначинский 1,63 0,96 1. Касситерит-кварцевая, касситерит-сульфидная, полиметаллическая 2. Антимонитовая

Автономные рудно-магматические узлы

Абырабыт-ский 0,36 0,80 1. Вольфрамит-кварцевая 2. Касситерит-сульфидная, полиметаллическая, 3. Золото-редкометальная, золото-серебряная, свинцово-цинковая

Карский 1,12 0,95 1. Полиметаллическая 2. Антимонитовая

Поворотный 2,16 0,84 Редкие земли

Светлый 3,24 1,07 1. Касситерит-кварцевая, касситерит-сульфидная, полиметаллическая 2. Антимонитовая

Таланнах- 0,68 0,79 1. Золото-редкометальная, золото-серебряная,

скии золото-кварцевая 2. Касситерит-кварцевая, полиметаллическая

Тумус-Хаинский 1,21 0,74 1. Вольфрамит-кварцевая 2. Киноварная

Холодный 3,31 1,25 1. Вольфрамит-кварцевая

Явтахский 2,33 1,15 1. Золото-кварцевая

Якутский 0,85 1,01 1. Молибденит-кварцевая, золото-кварцевая, золото-редкометальная

сфалеритом, кварцем и сидеритом. Содержание в сульфидизированных песчаниках Аи до 1,12 г/т и А§ до 21,86 г/т. Большие объемы сульфидизированных

пород сочетаются с незначительными по масштабам концентрированными зонами рудных жил. Сульфиды характеризуются повышенными содержаниями

Рис. 2. Схемы зональности района месторождения Bingham [5]: 1-

кварцевые монцонит-порфиры; 2 - медно-молибденовые руды (вкрапленность халькопирита, борнита и молибденита); 3 - медные руды (рассеянные халькопирит и пирит); 4 - высокосортные медные руды в скарнах (халькопирит, пирит, магнетит, гематит); 5 - высокосортные свинцово-цинково-серебряные руды в окварцованных известняках (галенит, сфалерит, пирит); 6 - граница распространения высокосортных руд; 7 - жильные тела; пунктирные линии - границы распространения рудных формаций

золота и серебра. Участки штокверковой минерализации и протяженные пласты интенсивно пиритизированных песчаников характеризуются наличием разно-ориентированных трещин с рудным выполнением.

Золото-(мышьяково)-сульфидная формация пространственно связана с ореолами контактово-измененных пород в надапикальной части Кыгылтасского плутона. Минерализованные зоны приурочены к субширотным системам трещин, секущим складчатые структуры. Протяженность рудных зон достигает 1,5 км при наибольшей ширине 25 м. Все прожилки имеют субвертикальное

падение и широтное простирание. В составе жил в порядке убывания значимости отмечаются арсенопирит, пирротин, халькопирит и марматит. Руда содержит Аи 1,1 г/т и А§ 138 г/т, при этом золотоносность пирита составляет 29,7 г/т Аи, что вполне сопоставимо с золотоносностью пиритов золото-редкометалльных месторождений.

Свинцово-цинковая (с серебром) формация проявлена слабо и представлена карбонат-галенит-сфалеритовыми жилами с содержаниями серебра первые сотни г/т. Большинство жил пластовые, их характерным признаком является желтый сфалерит.

Рис. 3. Схема зональности и Нюектаминского рудного узла [2]: 1 -

гранодиориты Кыгылтасского штока; 2 - контур магнитной аномалии над выступом кровли Кыгылтасского штока; 3 - рудные жилы; 4 - медно-молибденовые руды в зоне эндо- и экзоконтакта Кыгылтасского штока; 5 -сульфидизированные песчаники

Золото-серебряная формация локализована в секущих кварцевых жилах в песчаниках, залегающих выше кровли плутона в среднем на 1,5 - 2,5 км. Жилы содержат галенит, сфалерит, бурнонит, пирит, арсенопирит, тетраэдрит, А§-тетраэдрит, фрейбергит, пираргирит, ковеллин и самородное золото. Средние содержания в руде составляют: Аи -3,06 г/т, А§ - 575,5 г/т, РЬ - 11,5%, 2п -8,32%. Максимальное содержание золота 80,5 г/т. По содержанию главных полезных компонентов руды являются золото-серебряными, свинец- и цинксо-держащими. В составе жил присутствует несколько разновидностей золотосодержащих руд: рассеянное мел-кое золото размером не более 0,2 мм в мелкозернистом кварце; интерстиционное золото размером 0,5 - 2 мм в массивном крупнозернистом кварце (золото по морфологии в основном плоское); объемные самородки золота размером от 2 до 8 мм в друзах кварца; вкрапленное и

пленочное золото в сфалерите и на границе с кварцем; трещинное неровное золото размером 1-5 мм в местах скопления блеклых руд.

Золото-сульфидная формация локализуется в пластовых и секущих сульфидных жилах в сводовых частях мелких антиклиналей. Она подразделяется на несколько подтипов, среди которых выделяются: пирит-арсено-пирит-галенитовый, англезит-церусситовый (галенитовый) и кварц-сидерит-галенит-сфалеритовый. Протяженность жил от сотен метров до первых километров, мощность от 0,1 до 1 м. Пластовые жилы приурочены к зонам межпластовых срывов вдоль контакта пиритизирован-ных алевролитов и песчаников (висячий бок) и массивных плотных серых сред-незернистых песчаников (лежачий бок). Содержания золота и серебра в песчанике с равномерной вкрапленностью пирита составляют 0,15 и 5,2 г/т, а в дина-мометаморфизованном пиритизи-

рованном песчанике - 2,8 и 121,0 г/т соответственно. Средневзвешенное содержание Аи по одной из жил составляет 7,61 г/т, А§ - 53,2 г/т, РЬ - 16,0%, 2п - 4,0%, Си - 0,12%. Отмечаются линзы с галенит-фрейберги-товыми рудами, характеризующиеся высокими содержаниями серебра.

Проведенное исследование

показало возможность использования ГИС анализа для оценки потенциальной рудоносности плутонов. Учитывая, что сегодня накоплены большие массивы информации по изотопным датировкам, геохимии редких элементов, составу флюидов и др., эти данные можно использовать в ГИС моделях, что расширит возможности изучения факторов формирования благородно- и редкометалльного оруденения

магматических провинций.

Библиографический список

1. Константинов М.М., Костин А. В., Сидоров А.А. Геология месторождений серебра. - Якутск, 2003. - 280 с.

2. Костин А.В. , А.С., Лысенко М.С. Геологическая модель рудного узла как основа для создания прогнозно-

металлогенических ГИС (на примере Нюектаминского рудного узла, Восточная Якутия) //Отечественная геология. - 2006. - С. 49-60.

3. Кривцов А.И., Мигачев И.Ф., Попов В.С Медно-порфировые месторож-ения мира. - М.: Недра, 1986, - 236 c.

4. Сотников В.И. Медно-молибден-порфировая рудная формация: природа, проблема объема и границ// Геология и геофизика. - 2006. - Т. 47, № 3. -С. 355-363.

5. Atkinson W.W., Einaudi M.T. Scarn formation and mineralization in contact aureole at Carri Fork, Bingham, Utah//Econ. Geol. 1978. Vol. 73. N7. - P. 1326-1365.

6. Gerel O. Mineral resources of the western part of the Mongol-Okhotsk Foldbelt. In Ishihara S. & Czamanske G.K. eds. Resource Geology Special Issue 18,. 1995. - Р. 151-157.

7. White, A.J.R. Porphyry copper mineralisation of western USA// Magmas to mineralisation: The ishihara symposium. Geoscience Australia, 2003. - P.139-140.

Рецензент: кандидат геолого-минералогических наук, профессор Иркутского государственного технического университета Г.Д.Мальцева