Перспективы алмазоносности восточной части Балтийского щита по данным дистанционного зондирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.11, кандидат геолого-минералогических наук Громцев, Кирилл Владимирович

• Громцев, Кирилл Владимирович
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Громцев, Кирилл Владимирович

Введение.

Глава 1. Состояние проблемы прогнозирования коренных месторождений алмазов в пределах восточной части Балтийского щита.

Глава 2. Современное состояние дистанционного зондирования

Земли и методов анализа получаемой информации в геологии.

Глава 3. Совершенствование технологии выделения очаговых активизационных структур с использованием материалов дистанционного зондирования.

Глава 4. Дистанционная оценка перспектив алмазоносности восточной части Балтийского щита.

4.1. Особенности ландшафтного и геологического строения восточной части Балтийского щита.

4.2. Перспективы коренной алмазоносности восточной части Балтийского щита по дистанционным материалам низкого разрешения.

Глава 5. Дистанционная оценка перспектив алмазоносности Костомукшской площади.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Перспективы алмазоносности восточной части Балтийского щита по данным дистанционного зондирования»

Актуальность работы, цели и основные задачи исследований. Современный подход к проведению прогнозно-поисковых работ на алмазы предусматривает локализацию перспективных площадей. Одними из экспресс-методов, позволяющих выделить положение минерагенических таксонов ранга прогнозируемых кимберлитового района, ким-берлитового поля, являются дистанционные. Их базу составляют данные дистанционного (космического и геофизического) зондирования, как наиболее доступные, а в ряде случаев, и единственные источники информации для отдалённых и неосвоенных регионов планеты.

Эти положения и определяют актуальность данной работы, которая посвящена совершенствованию технологий выделения площадей, перспективных на коренные месторождения алмазов, на базе космических съёмок разного вида и детальности.

Целью настоящего исследования является совершенствование методов анализа материалов дистанционного зондирования новых поколений для выделения структурных факторов, которые в совокупности позволяют оконтуривать благоприятные для миграции щелочно-ультраосновных магм (в том числе алмазоносных) участки в пределах северо-западной части Восточно-Европейской платформы.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1) изучалось состояние проблемы прогнозирования алмазов в пределах восточной части Балтийского щита; 2) анализировалось современное состояние дистанционного зондирования Земли в мире и методы анализа получаемой информации; 3) совершенствовались приёмы обработки дистанционной информации с использованием ГИС-технологий и оригинальных приёмов трансформации первичных данных; 4) анализировались особенности ландшафтного и геологического строения оцениваемого региона для понимания форм их проявления в дистанционных материалах; 5) проводился анализ дистанционных материалов низкого разрешения в пределах всей восточной части Балтийского щита для выделения структур, позволяющих в совокупности оконтуривать участки, благоприятные для локализации ' «районов кимберлитового магматизма» с оценкой их потенциальной алмазо-носности; 6) проводился анализ дистанционных материалов среднего разрешения в пределах Костомукшской площади для выделения структур, позволяющих в совокупности оконтуривать участки, благоприятные для локализации «полей кимберлитового (лампрои-тового) магматизма» с оценкой их потенциальной алмазоносности.

Фактический материал, методы исследований и личный вклад автора. В основу работы положен материал, полученный автором в процессе выполнения тематических работ ООО «Институт дистанционных исследований окружающей среды» по восточной части Балтийского щита в 2005 - 2008 гг. Базой для исследований стали: а) зональные космические снимки низкого и среднего разрешения, полученные с американских искусственных спутников Земли «Terra» и «Landsat» за последние 10 лег (около 30 сцен); б) цифровая модель рельефа GTOP030, полученная по результатам радарной разновы-сотной космической съёмки на весь регион и локальные участки; в) схемы речной сети различной детальности, построенные по данным космических съёмок; топографические планшеты, геологические и тектонические карты различной детальности; г) цифровые матрицы аномального магнитного и гравитационного полей, данные сейсмического профилирования; д) изданная и фондовая специализированная литература по геологическому строению региона и отдельных его площадей, истории развития, особенностям общей металлогении и алмазоносности.

Все исследования проводились с помощью современных вычислительных комплексов и разнообразных специализированных программных продуктов (ERDAS Imagine, и ArcView Image Analysis, GRID ARC/INFO, Spatial Analyst Arc View, ERMapper, Idrisi, ENVI, Adobe Photoshop), позволяющих получать исходную информацию из сети Интернет и визуализировать в выбранных форматах, считать с бумажных и цифровых носителей, провести первичную обработку и координатную их привязку, выполнить различного рода трансформации как для единичных изображений, так и для нескольких спектральных каналов, провести выделение (дешифрирование) интересующих объектов; сравнить полученную информацию между собой; построить промежуточные и результирующие карты и схемы.

Автор непосредственно участвовал в анализе доступной информации о геологическом строении, истории развития и металлогении региона, содержащейся в фондовых и опубликованных работах. Осуществлял получение (обработка поступающей информации) и подготовку дистанционных и традиционных материалов для последующего анализа (более 500 компьютерных преобразований космических снимков, цифрового рельефа, речной сети, оцифровка геологических карт и геофизических полей и их трансформации). Проводил визуальный и компьютерный анализ первичных и преобразованных материалов с целью выделения интересующей информации (более 100 схем промежуточного дешифрирования). Участвовал в совместной обработке результатов дешифрирования и интерпретации геологических и геофизических данных. Были составлены специализированные космоструктурные и структурно-геофизические карты и схемы, содержащие сведения об особенностях строения региона в целом и десяти участков, на которых проведены более детальные дистанционные работы. На основе этого материала с использованием дистанционных прогнозно-поисковых моделей разного ранга выделены перспективные участки для проведения более детальных дистанционных и наземных работ.

Научная новизна работы. В работе автором совершенствуются приёмы визуализации структурных элементов, контролирующих размещение кимберлитового магматизма, во вновь появившихся в последние годы магериалах дистанционного зондирования с помощью современных компьютерных технологий применительно к специфическим ландшафтам области в пределах восточной части Балтийского щита. Модернизирована технологическая схема обработки материалов дистанционного зондирования, позволяющая повысить объективность выделения искомых признаков. Впервые проведена дистанционная оценка крупной области восточной части Балтийского щита (1 500 ООО кв.км) с оконтуриванием перспективных площадей для локализации кимберлитов в ранге «район кимберлитового магматизма». Проведено изучение этих площадей с использованием более детальных дистанционных материалов и на примере одной из них (Костомукшской) показаны возможности локализации перспективных участков для поисков кимберлитов и близких к ним пород в ранге «поле кимберлитового магматизма».

Практическая значимость. Работа направлена на решение важной и актуальной задачи по локализации перспективных на алмазы площадей в восточной части Балтийского щита. В анализ вовлечены новые дистанционные материалы, ранее либо доступные ограниченно, либо совсем не доступные российским потребителям. Повышена эффективность обработки дистанционных данных путём разработки и применения новых алгоритмов обработки. В результате анализа дистанционных материалов с применением современных ГИС-технологий получены новые оригинальные сведения о глубинном строении восточной части Балтийского щита. Впервые для достаточно обширной территории составлена специализированная космоструктурная схема, на основе которой выделены благоприятные участки для локализации таксонов в ранге «район проявления кимберлитового магматизма». Их размер не превышает 15% от вовлечённой в оценку площади. В большинстве из них уже установлены признаки проявления мантийного магматизма (кимберлиты, лампроиты), что свидетельствует о дееспособности использованной дистанционной прогнозно-поисковой модели. На остальных целесообразно провести более детальные дистанционные исследования. Результат такого анализа продемонстрирован на примере Костомукшской площади, где оконтурены участки для поисков «полей кимбер-литового магматизма», размер которых также не превышает 10 - 15% от вовлечённой в анализ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на конференциях Института космических исследований РАН в Москве «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов» в 2006, 2008 и 2009 гг., МГГРУ «Новые идеи в науках о Земле» (2007), кафедре методики и поисков МГГРУ. Результаты исследований изложены в двух научно-производственных отчётах и восьми опубликованных статьях.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Текст диссертации (136 стр.) сопровождается 79 иллюстрациями и 9 таблицами. Большое количество иллюстраций обусловлено спецификой работы, где основной объём информации заключён именно в изображениях ландшафтов, рельефа, особенностях физических полей. Библиография включает 156 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения», Громцев, Кирилл Владимирович

Выводы по результатам работ локального этапа на Костомукшской площади следующие:

1) по результатам анализа дистанционных материалов среднего разрешения уточнена позиция подкоровых и нижнекоровых структур активизации;

Совмещение информации, полученной при анализе материалов малого и среднего разрешения (рис. 5.14), даёт возможность качественно оценить алмазоносный потенциал известных и прогнозируемых полей проявления мантийного магматизма. Как известно, наибольшим потенциалом рудоносности обладают участки, где пространственно совмещены региональные, районные и локальные благоприятные факторы. С этих позиций поля Кухмо, Лентиира и Куусамо обладают относительно низким потенциалом алмазоносно-сти, так как все располагаются в периферической части подкоровой очаговой структуры активизации. К наиболее перспективной следует отнести аномалию юго-западнее кимбер-литового поля Куусамо, где наблюдается максимальное совпадение разномасштабных благоприятных факторов.

Рис. 5.14. Схема пространственного совмещения перспективных аномалий, полученных при анализе дистанционных материалов низкого и среднего разрешения

Перспективные аномалии, полученные в результате анализа дистанционных материалов: 1 - низкого разрешения, 2 - среднего-разрешения, 3 — кимберлитовые трубки, 4 - дайки лампроитов Цифрами показаны известные кимберлитовые и лампроитовые поля: 1 - Куусамо; 2 - Косто-мукшинское; 3 - Кухмо; 4 - Лентиира

В пределах российской части площади расположено 4 аномалии более низкой (Хср+о) интенсивности. С одной из них про

2) по результатам анализа дистанционных материалов высокого разрешения получены данные, указывающие на позицию очагов среднекоровой активизации в пределах Костомукшской площади;

3) построена специализированная космоструктурная схема площади масштаба 1:200 ООО, где отражена позиция и элементы всех разноглубинных структур активизации и основные линейные зоны нарушений земной коры;

4) С использованием дистанционной прогнозно-поисковой модели в ранге «поле кимберлитового магматизма» локализовано одиннадцать разновеликих участков с аномальным присутствием благоприятных признаков, где наиболее вероятно достижение кимберлитовыми (лампронтовыми) магмами поверхности.

5) аномалии ранжированы по вероятной степени алмазоносности на три группы. В пределах российской части присутствуют лишь четыре аномалии, потенциал алмазоносности которых достаточно низок.

На основании приведённых выше выводов формулируется третье защищаемое положение:

На основе специализированного анализа дистанционных материалов среднего и высокого разрешения в контл рах Костомукшской площади с использованием дистанционной прогнозно-поисковой модели поля кимберли гового магматизма выделено и ранжировано по степени соответствия эталонной модели 11 перспективных участков площадью от 400 до 1700 кв.км.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе выполнен анализ современных взглядов на прогнозную оценку восточной-части Балтийского щита, где обнаружены кимберлиты, лампроиты и близкие к ним породы от рифейского до среднепалеозойского возраста. Алмазы обнаружены во многих телах, но в промышленных количествах присутствуют лишь в Архангельской области на Зимнем Берегу.

Отмечено, что существуют различные методологические подходы к прогнозированию коренных месторождений алмазов, основанные либо на авторских теоретических концепциях, либо на методе аналогий - выделении, в геолого-геофизических, геохимических, шлихо-минералогических и других полях аномалий, соответствующих таковым у известных объектов. В последнем случае прогнозно-минерагенические исследования осуществляются с использованием системы прогнозно-поисковых моделей, которые соответствуют прогнозируемым объектам (минерагеническим таксонам соответствующего ранга) и суммируют (в идеальном случае) все основные факторы прогноза. Такой подход требует значительных материальных и временных затрат на проведение подготовительных работ.

В отличие от традиционных прогнозных работ автором развивается направление, основанное на выделении признаков разноглубинных очагов активизации, которые обуславливали импульсное продвижение мантийных магм к поверхности и, следовательно, пространственно контролировали таксоны кимберлитового магматизма в ранге от «района до куста» кимберлитовых тел. Прогрессивность этого направления заключается в использовании для прогнозных построений относительно дешевого и доступного для любых участков планеты материала - космических снимков разного вида и разрешения. Это доказывается приведённым в работе обзором рынка космической информации и методов её обработки с использованием вычислительных систем и специального программного обеспечения.

Резервы повышения информативности дистанционных материалов сосредоточены в появлении новых видов съёмок и новых продуктов на базе их обработки (цифровой рельеф, рисунок речной сети). Совершенствуются и способы их анализа. В последнем случае крайне важным является интерактивный способ анализа первичных материалов специалистом, способным правильно подобрать и применить весь арсенал компьютерных трансформаций, а при необходимости его усовершенствовать.

Проведённые исследования позволили сделать следующие выводы:

1. Оцениваемый регион расположен на северо-западе Восточно-Европейской (Русской) равнины и стабилизация его кристаллического фундамента происходила неравномерно в течение архея и нижнего-среднего протерозоя, что привело к образованию геоблоков с различными характеристиками коры. С поздним протерозоем связано формирование авлакогенов, образующих единую палеорифтовую систему, частично наследующую более древние разломы. В фанерозое возникновение и активизация разломов сопровождалась образованием небольших впадин-грабенов с вулканогенно-осадочным и осадочным наполнением. Специфику рудоносности территории определяют особенности метаморфизма формаций архея и протерозоя, а также проявления протерозойского и палеозойского магматизма основного и ультраосновного состава, обусловленные несколькими этапами фанерозойской очаговой активизации.

2. Взгляды исследователей на генезис и структурный контроль алмазоносных таксонов в регионе различаются существенным образом, что связано, прежде всего, с качеством и видом используемых ими исходных материалов. В выполненной работе автор развивает взгляды на миграцию к поверхности мантийных магм, с которыми пространственно связано алмазное оруденение, с серией разноглубинных очагов активизации, оставляющих специфические следы в хрупкой земной коре. Визуализация этих следов, как показывает анализ литературы [116, 108,2,11, 13, 20, 29,37,47,54, 59, 74, 76, ,122, 79, 113, 32] наиболее эффективна по материалам дистанционного зондирования Земли с учётом данных геологических и геофизических съёмок.

3. Анализ состояния современного рынка дистанционной информации свидетельствует о его возросшем потенциале в связи с появлением и доступностью на любой участок планеты многозональных космических снимков низкого (MODIS), среднего (Landsat TM и ЕТМ+, SPOT ) и высокого (ASTER, ALOS, 1RS, Ikonos, Quickbird, Orbview ) разрешения, а также цифрового рельефа в форматах GTOP030 и srtm. Существенно возросли и возможности цифровой обработки этой информации, представленной в многочисленных специализированных пакетах (ERDAS Imagine, ArcView Image Analysis, ERMapper, Idrisi, ENVI, Adobe Photoshop и др.). Использование этого программного обеспечения открывает широкие возможности для разнообразных трансформаций, уменьшает затраты времени и сил за счет удобных интерфейсов и единого формата данных. В то же время, роль специалиста, способного грамотно выстраивать технологию обработки первичных данных и выделять на заключительных этапах только нужную для решения той или иной-задачи информацию, возрастает. В работе демонстрируются некоторые новые приёмы обработки дистанционной, информации и её анализа.

4. Анализ материалов дистанционного зондирования низкого разрешения по усовершенствованной технологии для северо-западного региона России и прилегающих территорий Финляндии (около 1 500 ООО кв. км) позволил установить элементы ландшафтов, которые в совокупности информируют о позиции 13 очаговых структур подкорово-го заложения (мантийных диапиров), линейных и дуговых зон вертикальной проницаемости земной коры континентального и регионального ранга. Детализация внутреннего строения этих очаговых структур проведена в пределах 12 участков, для чего были задействованы многочисленные приемы компьютерных трансформаций более детальных снимков, а также вспомогательные информационные материалы. Итоговые специализированные космост руктуриые карты для каждого участка позволили оценить характер и степень проявленности основных благоприятных факторов, признанных в качестве информативных при изучении эталонов.

5. По результатам региональных работ с помощью дистанционной прогнозно-поисковой модели «район кимберлитового магматизма» в регионе оконтурено одиннадцать аномалий разной величины и интенсивности, указывающие на участки возможной локализации таксонов в ранге «район кимберлитового магматизма». Интенсивность и размер аномалий предварительно информирует о возможном алмазоносном потенциале этих районов. Дополняют эту информацию существующие геологические, геофизические и минералогические данные. Для дальнейшего более детального дистанционного анализа предложены площади с очень высоким потенциалом (Зимнебережная), высоким (Кос-томукшская и Плесецкая), средним (Каави-Куопийская, Терского Берега, Ветреного пояса, Онежского залива) и низким (Центральнокольская, Восточнокольская, Ладожская, Онежская) алмазоносности.

6. На примере одной из предложенных перспективных площадей (Костомукш-ской) показаны результаты анализа дистанционных материалов среднего разрешения с целью выявления признаков, уточняющих позицию подкоровых и нижнекоровых структур активизации, а также позволяющих выявить элементы, информирующие о позиции среднекоровых структур активизации. Составлена специализированная космост-руктурная схема площади, на которой отражена пространственная позиция благоприятных структур. С использованием дистанционной прогнозно-поисковой модели «поле кимберлитового магматизма», оконтурено 11 аномалий, где возможна локализация таксонов в ранге «поле кимберлитового (лампроитового) магматизма». Оценена их возможная продуктивность.

Аналогичные работы могут быть проведены и на других предложенных к оценке площадях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Громцев, Кирилл Владимирович, 2010 год

1. Андросов Е.А., Вержак В.В, Ларченко В.А., Минченко Г.В. "О структурном контроле размещения кимберлитовых тел (на примере Архангельской алмазоносной провинции)", сб. ст-й "Геология алмазов настоящее и будущее", Воронеж, гос. ун-т, 2005. С. 31-43

2. Арапов В.А. Кольцевые вулканоплутонические структуры Чаткало-Кураминского региона / Труды II Всес. вулканолог, совещ. М.: Наука, 1966, т. И, с. 204-212

3. Арзамасцев A.A. Эволюция палеозойского щелочного магматизма северо-восточной части Балтийского щита: Автореф. дис. . докт. геол.-мин. наук. Апатиты: Кольский НЦ РАН, 1998. 58 с.

4. Архангельская алмазоносная провинция (геология, петрография, геохимия и минералогия) под ред. академика O.A. Богатикова. М., Из-во МГУ. 2000. 522 с.

5. Аэрокосмические методы геологических исследований / Под ред. А. В. Перцова. СПб.: Изд-во СПб картфабрики ВСЕГЕИ, 2000

6. Баянова Т.Б. Возраст реперных геологических комплексов Кольского региона и длительность процессов магматизма. С. Петербург, Наука, 2004

7. Биезайс Я.Я., Караев H.A., Лебёдкин П.А. Региональная сейсморазведка МОВ-ОГТ при решении прогнозно-поисковых задач на алмазы -Сб. Геология алмаза настоящее и будущее - Воронеж, 2005. С.1111-1123

8. Божко H.A., Постников A.B., Щипанский A.A. Геодинамическая модель формирования фундамента Восточно Европейской платформы. Доклады Академии Наук, 2002, т.386, N5, с. 651 - 655

9. Боровко H.H. Статистический анализ пространственных геологических закономерностей // Л.: Недра, 1971

10. Брюханов В.Н., Глуховский М.З., Ставцев А.Л. Кольцевые структуры Земли / Природа, 1977, №10, с. 54-65

11. Бурдэ А.И. Картографический метод исследований при региональных геологических работах // М.: Недра, 1990

12. Буш В.А., Яхимович H.H., Терехов В.И. О возможном происхождении кольцевых структур закрытых районов / Исслед. Земли из космоса, 1983, №2, с. 5-13

13. Буш В.А. Проблема кольцевых структур Земли. / Итоги науки и техники. Общая геология, т.22. М., ВИНИТИ, 1986

14. Ваганов В.И. Алмазные месторождения России и мира (основы прогнозирования). М.: ЗАО Геоинформмарк, 2000, 371 с.

15. Ваганов В.П., Голубев Ю.К., Прусакова H.A. Стадийная технология ведения геологоразведочных работ на алмазы на Восточно-Европейской платформе Сб. Геология алмаза — настоящее и будущее - Воронеж, 2005. С.1124-1135

16. Варданянц Л.А. Геологическая карта кристаллического фундамента Русской платформы масштаба 1:2 500 000. М. Недра, 1964

17. Володичев О.И. Беломорский пояс Карелии (геология и петрология) основные события геологической истории JL, 1990., 251 с.

18. Волчанская И.К., Кочнева Н.Т., Сапожников E.H. Морфоструктурный анализ при геологических и металлогенических исследованиях / М.: Наука, 1975, 149 с.

19. Гавриленко Б.В. Минерагения благородных металлов и алмазов северо-восточной части Балтийского шита диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук, М., 2003.

20. Гавриленко Б.В., Митрофанов Ф.П., Зозуля Д.Р., Чикирёв И.В., Сорохтин Н.О., Калачев В.Ю., Басалаева В.И. Перспективы россыпной алмазоносности Кольского региона. Вестник МГТУ, том 3, №2, 2000 г. стр.235-244

21. Гавриленко Б.В., Никитин И.В., Зозуля Д.Р., Кудряшов Н.М , Петровский М.Н. , Корсакова О.П., Галкин H.H. Геологи я, тектоника, возраст и металлогения архейской шовной зоны Колмозеро-Воронья, Кольский регион. Вестник МГТУ, том 5, №1,2002 г. стр.43-60

22. Геологическая карта Кольского региона, масштаб 1:500000. Под реакцией Ф.П. Митрофанова. Апатиты, 2001

23. Геология и петрология Свекофеннид Приладожья. Изд-во С.-Петербург. Ун-та. 2000. 50с.

24. Глебовицкий В. А , Миллер Ю. В., Другова Г. М. и др. Структура и метаморфизм Беломорско-Лапландской коллизионной зоны . Геотектоника. 1996. № 1. С. 63-75.

25. Глубинное строение и эволюция земной коры восточной части Фенноскандинавского щита: профиль Кемь-Калевала. Петрозаводск 2001.193 с.

26. Глуховский М.З., Кац Я.Г., Моралев В.М. О нуклеарах континентов мира / Изв. вузов. Геол. и разведка, 1983, №8, с. 14-19

27. Голубев Ю.К., Ваганов В.И , Прусакова H.A. Принципы прогнозирования алмазоперспективных площадей на Восточно-Европейской платформе. //Руды и металлы. 2005 №1. С 55-70.

28. Громцев К.В. Оценка перспектив алмазоносности Куусамо-Костомукшской площади по данным дистанционного зондирования Руды и металлы (перечень ВАК), 2010, № 6. С. 37-40

29. Добрынина М.И. Особенности размещения палеозойского магматизма северной части Русской плиты с позиции континентального рифтогенеза. //Геология и полезные ископаемые севера Европейской части СССР. Архангельск. 1991. С. 5-22.36.