CC BY
92
УДК 550.832:552.323.6(470.11)
КОРОТКОВ Юрий Васильевич, начальник отряда наземных геофизических работ филиала АК «АЛРОСА» (ЗАО) в г. Архангельске «АЛРОСА-По-морье». Автор трех научных публикаций
КУТИНОВ Юрий Григорьевич, доктор геологоминералогических наук, директор Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН, академик Академии естественных наук (Ганновер, Германия), действительный член Европейского научного общества (Германия). Автор 106 научных публикаций, в т.ч. шести монографий
ЧИСТОВА Зинаида Борисовна, кандидат гео-лого-минералогических наук, заведующая лабораторией глубинного геологического строения и динамики литосферы Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН. Автор 51 научной публикации, в т.ч. двух монографий
ВОЗМОЖНОСТИ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ ПРИ ПОИСКАХ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТЕЛ АРХАНГЕЛЬСКОЙ АЛМАЗОНОСНОЙ ПРОВИНЦИИ
Импульсная электроразведка, кимберлитовая трубка, Архангельская алмазоносная провинция, сопротивление пород
Последние два десятилетия XX столетия ознаменовались открытием Архангельской алмазоносной провинции и резким увеличением объемов и детальности геофизических исследований региона, апробированием различных поисковых методов и их модификаций, разработкой методов и приемов прогнозирования коренных источников алмазов. В результате был получен огромный объем разнородных данных, нуждавшихся в обобщении и системном анализе, который начался только в следующем веке [1, 2 и др.]. Такое положение дел нашло свое отражение в практике геологопоисковых работ, где в качестве основной принималась схема, при которой практически на всех стадиях исследований объектами поисков были кимбер-литовые тела. Геологическая эффективность работ достигалась за счет увеличения объемов высокоточных крупномасштабных аэро-магниторазведочных работ. Результаты такого экстенсивного подхода не замедлили сказаться на снижении числа открываемых (в первую очередь промышленно значимых) объектов, а также на значительном росте фонда локальных магнитных аномалий (ЛМА), обладающих характеристиками, сходными с аномалиями над трубками взрыва. Последнее обстоятельство неизбежно повлекло существенное возрастание объемов детализационных и заверочных работ. Не подвергая сомнению значимость магниторазведочных работ, отметим, что для увеличения эффективности поисков необходимо комплексное использование методов. Возможности магниторазведки, в том числе
и нетрадиционных подходов, достаточно детально рассматривались авторами в ряде работ [1, 3] и вряд ли нуждаются в повторении.
В силу сложившихся обстоятельств изучение региона характеризовалось отставанием темпов аэроэлектроразведочных работ (ДИП-А в двух- и трехчастотном вариантах, масштаб — 1:25 ООО) от аэромагниторазведки. В результате значительная часть аномалий была передана в качестве перспективных геофизических участков (ПГФУ) первой очереди и разбурена без учета результатов аэроэлектроразведочных работ. Статистический анализ данных аэроэлектроразведочных работ показал, что более 80% известных на исследованной площади тел расположены в пределах зон повышенной проводимости (рис. 1), выделенных формализованным путем и обусловленных зонами трещиноватости [4]. Объекты, не попавшие в зоны, представлены в основном силами. Таким образом, применение в качестве поискового критерия совпадения ЛМА с аномалией повышенной проводимости можно считать оправданным и позволяющим сократить объем детализационных работ.
В качестве разбраковочного на ЛМА ставился комплекс электроразведочных работ методами ЕЭМП, ДИМ и другими модификациями аналогичного назначения. Это было связано с тем, что породы трубок взрыва отличаются пониженным сопротивлением по сравнению с вмещающими отложениями верхов венда за счет подъема минерализованных вод (рис. 2). Как отмечалось выше,
Рис. 1. Фрагменты карты веЛОК.
Условные обозначения: 1 — изолинии веЛОК;
2 — магматические тела (трубки взрыва).
большинство ПГФУ находятся в зонах повышенной электрической проводимости (рис. 1), поэтому перед детализационными электроразведочными работами возникла методически сложная задача локализации объекта, обладающего пониженным сопротивлением в проводящей зоне, где эти отличия снивелированы наличием минерализованных вод [1, 4]. При поисках кимберлито-вых тел наибольший интерес представляет верхняя часть разреза осадочного чехла (в основном до 300 м), состоящая из перекрывающих и вмещающих трубки взрыва пород. В целом эту толщу можно аппроксимировать трехслойной моделью, где слои различаются по значениям кажущегося сопротивления (рк). Другими словами, модель состоит из перекрывающей и вмещающей толщ, ниже залегает относительно низкоомная толща, которую можно рассматривать в качестве маркирующего (опорного) горизонта для электроразведочных пород.
Верхняя (перекрывающая) толща состоит из четвертичных отложений и в некото-
Рис. 2. Геоэлектрическая модель трубки взрыва, где Р — четвертичные отложения; С2иг — урзугская свита карбона; Венд: Урё — падунская свита; Уш2 — мезенская свита; Уир — усть-пинежская свита; Я — рифей; АШэ1 — беломорский комплекс архея; ^3-С2 — туфогенно-осадочные толщи трубок взрыва; і^3-С2 — ксенотуфо-брекчии; і^3-С2 — автолитовые кимберлиты.
Условные обозначения: 1 — геологические границы; 2 — петрофизические границы; 3 — отдельные прослои с х = (80-320)х х10-5ед. СИ; 4 — пески, песчаники; 5 — алевролиты; 6 — аргиллиты; 7 — туфопесча-ники, туффиты; 8 — ксенотуфобрекчии; 9 — автолитовые брекчии; 10 — дайки порфировых кимберлитов; 11 — гранито-гней-сы.
рых случаях из палеозойских пород. Пестрый литологический состав накладывает свой отпечаток на физические свойства пород (удельное сопротивление всей толщи меняется от 30 до 800 Омхм). С другой стороны, дифференциация слоев по сопротивлению позволяет с точностью разделять разрез послойно при относительно горизонтальном их залегании.
Вмещающая толща представлена породами вендского комплекса. По гидрологическим данным, глубже 400—430 м до фундамента вендские отложения практически не содержат воды, которая в основном сосредоточена в верхних горизонтах венда. Минерализация вод — 25—30 г/л. Вмещающие
породы в приконтактовой зоне с трубками взрыва испытывают изменения значений эффективной пористости, водонасыщенно-сти и удельного электрического сопротивления.
Несмотря на пластичность вмещающих пород и их слабую цементацию, приводящую к «залечиванию» структурных неоднородностей, результаты тектонической деятельности все же проявляются: их можно выделять и отслеживать по площади и разрезу (рис. 3). Важную роль здесь играет технический уровень используемого геофизического оборудования, повышенная чувствительность метода к картированию вертикальных неоднородностей разреза.
Рис. 3. Геологический разрез через трубку взрыва, где а1У — современное звено, аллювиальные отложения; Нижневалдайский горизонт: ^Шуё1 — ледниково-озерные отложения; АПуё1 — флю-виогляциальные отложения; шШшк — микулинский горизонт, морские отложения; московский горизонт: gIIшs — ледниковые отложения; ^Пшв — озерно-ледниковые отложения; ^Поё — одинцовский горизонт, озерные отложения; gIIdn — днепровский горизонт, ледниковые отложения; С2иг — средний карбон, урзугская свита; У71 — венд, падунская свита, золотицкие слои; iD3-C2 — трубка взрыва.
Условные обозначения: 1 — песок; 2 — суглинок; 3 — галечник; 4 — щебень; 5 — песчаник; 6 — алевролит; 7 — кимберлит; 8 — тектонические нарушения.
Постилающую толщу слагают вендские отложения котлинского горизонта. Отличительной характеристикой верхней части этой толщи является повышенное содержание глинистых отложений и, как следствие — низкое электрическое сопротивление в целом. Граница рифейских и вендских, а также внутривендских (между золотицкими и мельскими слоями) хорошо отбивается электроразведочными методами, в частности методом ЗМПП — аппаратурой ТЕМ-БА8Т 48НР8 с использованием установки размером 100x100 м в совмещенном варианте. На границе венда и рифея произошли активные процессы тектонической перестройки региона, которые привели к активизации систем разломов северо-восточного простирания и формированию вендского бассейна осадконакопления. Внедрение кимберлитовых тел происходило по ослабленным зонам. В результате подавляющее большинство трубок Архангельской провинции дало ориентировку длинных осей вдоль тектонических нарушений [1]. В Золотицком кимберлитовом поле доля таких трубок составляет 70%, в Ижемском — 71%, в Кепин-ском — 40%. При этом рудные столбы ксено-туфобрекчий, автолитовых брекчий и порфировых разностей пород имеют четкую ориентацию в полости диатремы по ее удлинению. Эти особенности внутренней струк-
туры кимберлитовых тел позволяют использовать наиболее информативные геофизические методы, в частности индукционные методы электроразведки.
Рассмотрим некоторые результаты, полученные методом ЗМПП при помощи аппаратуры ТЕМ-ЕАЗТ 48НР8. Обработка и интерпретация полевых данных выполнялась с использованием специального программного пакета ТЕМ-КЕ8ЕАКСНЕЯ.
Все проявления кимберлитового магматизма индивидуальны и имеют сложное строение. Во многих случаях кимберлитовое тело представляет собой ассоциацию нескольких фаз, внедрившихся последовательно в течение относительно короткого интервала времени в разные этапы развития тела, имеющего локальные пространственные параметры. У таких трубок жерловая часть чаще всего формировалась в процессе двухактного внедрения. Одним из подобных примеров является трубка имени М.В. Ломоносова (рис. 4), что подтверждается на геоэлектрическом разрезе-трансформации через трубку, построенном по результатам электроразведочных измерений аппаратурой ТЕМ-БА8Т 48НР8 методом ЗМПП с использованием совмещенной установки 100x100 м (шаг Ь=100 м).
Полученные результаты с высокой степенью точности совпадают с данными буре-
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000
Рис. 4. Геоэлектрический разрез-трансформация через трубку имени М.В. Ломоносова
ния. На геоэлектрическом разрезе хорошо выделяется локальный вертикальный проводник в интервале 1900—2300 м по краю (восточному) тектонического нарушения, совпадающий с местоположением трубки имени М.В. Ломоносова, в пределах которой видны две фазы, отличающиеся по значениям кажущегося сопротивления (рк). В интервале 600—1500 м также отмечается проводник, который (в отличие от трубки) имеет большие размеры и протягивается в северо-западном направлении на значительное расстояние, скорее всего, являясь зоной разгрузки минерализованных вод по осевой части разлома.
На рисунке 5 представлен геоэлектриче-ский разрез-трансформация (рк/Ьк) через трубку «Рождественская» по одному из профилей и показаны кривые рк в двух точках наблюдения. На разрезе хорошо виден вертикальный проводник, имеющий значения рк=45—50 Омхм на фоне вмещающих пород с сопротивлением порядка 100—150 Омхм (тело вынесено схематично по результатам бурения). Как видно на геоэлектрическом разрезе, наиболее проводящими являются контактовые участки тела с вмещающими породами; отмечается проводник и в верхней части. С восточной стороны наблюдается проводящая зона, часто встречающаяся с телами в относительно широких разломах. По всей видимости, этот проводник образован за счет проникновения с глубин минерализованных вод по ослабленной зоне тектонического нарушения. Такого характера проводящие зоны, вытянутые по направлению распространения разлома и имеющие низкие значения кажущегося сопротивления, иногда близкие к нулю, наблюдаются у многих трубок, только с разной интенсивностью проявления. В отличие от проводящих зон, образованных палеодолинами, рассматриваемые зоны имеют глубинное происхождение и не «оторваны» от проводящих мель-
ских горизонтов венда, а на диэлектрических разрезах представлены в виде значительных поднятий относительно этих горизонтов. Это хорошо видно на геоэлектрических разрезах, полученных по профилям субширотного простирания с шагом наблюдения 100 м и размером петли 100x100 м. Трубка Рождественская имеет небольшие размеры и поэтому хорошо отбивается по результатам измерений с размером петли 50x50 м (рис. 5). Представленный разрез также демонстрирует фрагмент тектонического нарушения по изменению физических свойств пород в контактовых зонах.
На геоэлектрическом псевдоразрезе через трубку № 495а по профилю № 30 хорошо виден вертикальный проводник с рк=100—130 Омхм на фоне вмещающих пород с рк=250—300 Омхм и изменения в контактовой части трубки с западной стенкой разлома.
На рисунке 6 представлен геоэлектриче-ский разрез через трубку № 713. Разрез представляет толщу глубиной 200 м, и на нем так же отчетливо выделяется кимберлитовое тело, как и на других ранее рассмотренных объектах.
Хорошим примером, подтверждающим эффективность метода, могут служить и результаты по аномалии К3а (рис. 7), где трубка взрыва также выделяется достаточно отчетливо в геоэлектрическом разрезе.
Обобщая изложенное, отметим, что ким-берлитовые тела Архангельской алмазоносной провинции достаточно отчетливо выделяются по данным индукционной электроразведки. В настоящее время в России и за рубежом существует широкий выбор электромагнитных технологий, позволяющих выделять даже незначительные отклонения в нормальном поле. Особое значение приобретает не только возможность выделения относительно однородных горизонтальных слоев, но и возможность картирования не-
Elevation
Рис. 5. Геоэлектрический разрез-трансформация (рк/Ьк) через трубку «Рождественская» по одному из профилей и кривые рк в двух точках наблюдения
Рис. 6. Геоэлектрический разрез через трубку № 713
однородностей структурного характера по вертикали. Это позволит в условиях Архангельской провинции отбраковывать поверхностные локальные неоднородности, в том числе палеодолины, от глубинных источников (разломов). Как показывает опыт работ, новые открываемые тела и ранее известные объекты обычно приурочены к проводникам глубинного происхождения, причем во многих случаях магнитная аномалия и проводник пространственно совпадают. Одним из таких методов является ЗМПП с размером петли 100x100 м.
Таким образом, на геоэлектрических разрезах и срезах уверенно отбиваются толщи пород с различными значениями сопротивления, при этом мощности слоев и кон-
тактовые зоны совпадают с геологическими данными. Такого рода дифференциация разреза не представляет особых трудностей для метода ЗММП, который с высокой точностью работает при горизонтально слоистом залегании пород. В разрезах отмечаются незначительные нарушения однородности залегания пород, соответственно, приповерхностные аномалии, не связанные с тектоническими нарушениями, могут быть отбракованы. Следовательно, использование индукционного метода переходных процессов (МПП) не только позволяет получать новые результаты, но и открывает возможности и перспективы поисков трубок взрыва в Архангельской алмазоносной провинции.
Список литературы
1. Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б. Иерарахический ряд проявлений кимберлитового магматизма Архангельской алмазоносной провинции, их отражение в геолого-геофизических материалах. Архангельск, 2004.
2. Архангельская алмазоносная провинция (геология, петрография, геохимия и минералогия) / под ред. О.А. Богатикова; МГУ. М., 1999.
3. Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б. Поиски трубок взрыва в Архангельской алмазоносной провинции // Геофизика. 2002. № 1. С. 71-76.
4. Кутинов Ю.Г. О структурно-тектоническом контроле эксплозивных тел Зимнего берега по данным аэроэлектроразведки // Изв. вузов. Сер. «Геология и разведка». 1991. № 6. С. 118-121.
Korotkov Yury, Kutinov Yury, Chistova Zinaida
GEOELECTRICS OPPORTUNITIES FOR PROSPECTING OF KIMBERLITE BODIES OF THE ARKHANGELSK DIAMONDIFEROUS PROVINCE
The article covers geoelectrics opportunities for prospecting kimberlite bodies of the Arkhangelsk diamondiferous province. Practically all the kimberlite pipes are allocated on the geoelectric sections. This points to the fact that the method has a great potential.
Получено 26.06.2007
Рецензент — Шварцман Ю.Г., доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры географии и геоэкологии, директор Центра экологических исследований Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова, заведующий лабораторией комплексного анализа наземных и космических данных для экологических целей Института экологических проблем Севера Уральского отделения РАН
