Аномалии электропроводности по результатам трёхмерного геоэлектрического моделирования и полезные ископаемые центральной части Украинского щита

Процессы, происходящие на Земле, могут иметь как внешние, так и внутренние источники энергии. Литосфера является динамично изменяющейся неоднородной сложно построенной многофазной оболочкой [14], которая находится под воздействием самых разнообразных фак- торов как эндогенной, так и экзогенной природы в самых разнообразных состояниях. Естественно, с увеличением глубины всё большее значение приобретают внутренние, глубинные процессы, среди которых особое место занимают флюидные. Так или иначе они связаны с дегазацией Земли. Флюиды являются важным агентом тепломассопереноса [8], одно-

временно представляя собой фактор энергетический, привнося в верхние слои литосферы тепло и таким образом активизируя происходящие там реакции, и вещественный, поскольку содержат в своём составе химически активные соединения, а также транспортируют разные элементы в верхние оболочки Земли. Таким образом, флюидные процессы – серьёзный фактор формирования месторождений полезных ископаемых, особенно рудных и углеводородных залежей [8].

Непосредственно источниками флюидов в зоне формирования перспективных месторождений могут быть внедрившиеся в кору диапиры либо другие интрузии большого размера, а также разогретые участки в мантии Земли. Путями миграции из мантии и нижней части земной коры служат глубинные разломы. Они являются зонами повышенной проницаемости, которые разделяют относительно монолитные крупные блоки литосферы. Таким образом формируются области, имеющие кардинально разнящиеся геоэлек-трические свойства: хорошо проводящие электрический ток глубинные разломные зоны вместе с прилегающими метасоматически изменёнными горными породами и обладающие свойствами «изоляторов» относительно ненарушенные слабоизме-нённые блоки, ограниченные этими разломами.

Значительное увеличение объемов электроразведочных работ с применением методов МТЗ и МВП при поисках и разведке рудных месторождений отмечается в работе [4]. В статье предпринята попытка установить некоторые качественные соответствия между аномалиями повышенной электропроводности и месторождениями, а также рудопроявлениями полезных ископаемых.

Геоэлектрические исследования центральной части Украинского щита (УЩ)

Согласно современным представлениям, УЩ состоит из шести мегаблоков с тремя шовными зонами. Кроме того, в схеме обобщенного вещественного состава УЩ выделена еще одна шовная зона – Немирово-Кочеровская, разделяющая Волынский, Подольский и Бугско-Росинский мегаблоки и объединяющая Звиздаль-Залесскую, Немировскую, Брусиловскую и другие глубинные зоны разломов (ЗР) западной части УЩ. Шовные зоны с позиций тектоники плит рассматриваются как швы закрытых в прошлом межмикро-континентальных бассейнов, которые существовали в архее и протерозое [5, 6]. Фрагментами раннедокембрийских микроконтинентов, между которыми расположились эти бассейны, можно считать современные мегаблоки УЩ.

Сегодня на территории УЩ накоплен громадный экспериментальный материал – кривые кажущегося удельного электрического сопротивления (ρ к ) и индукционные параметры в диапазоне периодов 0.1 – 2000 с, полученные цифровыми элек-троразведочными станциями ЦЭС-2, и глубинные МТЗ в широком диапазоне периодов вплоть до суточных, выполненные в Институте геофизики НАНУ аналоговыми станциями МЭВС-5 [1, 3].

Совместными усилиями институтов НАН Украины по созданию геологогеофизических моделей шовных зон на территории УЩ начиная с 2005 г. были выполнены экспериментальные МТ и МВ исследования с помощью современных цифровых станций LEMI-410 и LEMI-417, разработанных Львовским центром Института космических исследований. Полевые материалы обрабатывались на основе программного комплекса PRC_MTMV [4].

Основной результат геоэлектрических исследований заключается в том, что в недрах земной коры центральной части УЩ наблюдается такое природное явление, как высокая электропроводность, которая концентрируется в отдельных участках земной коры и верхней мантии и формирует зоны различной интенсивности и глубины залегания. Аномалии высокой электропроводности располагаются на глубинах от поверхности фундамента до 30 км с удельным электрическим сопротивлением от 1 до 100 Ом∙м. Эти зоны по-разному характеризуют геологические регионы.

Субвертикальные зоны высокой электропроводности совпадают с межблочными разломами УЩ. Аномалии электропроводности этого типа могут свидетельствовать о высокой проницаемости для флюидов шовных зон в процессе их образования и о значительной флюидонасы-щенности межзернового пространства. В пределах Голованевской (ГШЗ), Ингулец-ко-Криворожской (ИКШЗ) шовных зон и Ингульского мегаблока наблюдаются аналогичные субвертикальные электропроводящие зоны. Они характеризуются меньшей протяженностью и коррелируют с глубинными разломами второго ранга.

Центральная часть УЩ составлена протерозойскими образованиями и отличается высокой электропроводностью по всему разрезу земной коры, что свидетельствует как об аномально высокой проницаемости пород палеопротерозой-ского блока, так и о современных проявления активизации.

По результатам одномерной инверсии данных АМТЗ и МТЗ центральной части УЩ [10] выделяются: 1) высокоомный Среднеприднепровский мегаблок (более 5000 Ом^м), существенно неоднородный по удельному сопротивлению в параметрах электропроводности Ингульский мегаблок (от 10 до 5000 Ом∙м), низкоомные ИКШЗ и ГШЗ (до 300-500 Ом-м), Причерноморская впадина (до 300 Ом-м), Кировоградская ЗР (10-1000 Ом-м); 2) пространство между Кировоградской и Криворожско-Кременчугской ЗР с поверхности и до глубин порядка 30 км, которое характеризуется низкими значениями удельного электрического сопротивления (р) (от 10 до 300 Ом^м); 3) глубинные ЗР (Криворожско-Кременчугская, Западно-Ингулецкая, Ингулецкая, Кировоградская, Первомайская), которые на геоэлектриче-ских разрезах выделяются как низкоомные субвертикальные структуры; 4) Кировоградский рудный район, характеризую- щийся низкоомной областью (менее 300 Ом-м) до глубин порядка 50 км.

Таким образом, имеются достаточно обширные данные по электрическим свойствам горных пород данного региона, на основе которых можно проводить трёхмерное геоэлектрическое моделирование центральной части УЩ и выявлять пространственные связи электропроводных структур и рудных полезных ископаемых.

Аномалии электропроводности центральной части УЩ и прогнозирование залежей рудных полезных ископаемых

Геоэлектрические параметры горных пород, слагающих верхнюю часть разреза, позволяют выявлять зоны оруденения благодаря метасоматическим изменениям пород - графитизации, сульфидизации, ожелезнению и окварцеванию. В связи с этим становится понятным интерес геологов к выделению высокопроводящих зон в коре и мантии Земли.

Расчеты геоэлектрической 3D модели [1, 3] позволили выявить различную пространственную ориентацию аномалий электропроводности в центральной части УЩ - субширотную и субмеридиональную, соответствующую поверхностным и глубинным аномалиям электропроводности (рис. 1).

На фоне «нормального» распределения поверхностных отложений в ГШЗ обнаружены две аномалии с субширотной ориентацией в пространстве (рис. 1, 2) в самой верхней (до 100 м) части разреза [3], одна из которых может быть югозападным продолжением Субботско-Мошоринской субширотной ЗР. Южнее (48о00' с.ш.) расположена система проводников субмеридионального простирания, которая пространственно совпадает с участками Емиловской, Первомайской, Звенигородско-Братской,        Западно-

Ингулецкой     и     Кривоворожско-

Кременчугской ЗР.

Кировоградский рудный район [7, 9, 10] и ГШЗ [3] по результатам детального трехмерного геоэлектрическими моделирования (рис. 1) характеризуются разветвленной сетью проводников с низким ρ=50 Ом∙м от 100 м до 2.5 км, которые приурочены к отдельным частям Звенигородско-Братской, Субботско-Мошоринской, Сме-лянской, Лелековской, Конкской, Емилов-ской, Тальновской, Первомайской и Кировоградской ЗР. На этих глубинах продолжают наблюдаться и проводники (ρ=10 Ом∙м) Западно-Ингулецкой и Кри-воворожсо-Кременчугской ЗР ИКШЗ.

Рис. 1. Современные экспериментальные МТ и МВ исследования, 3D аномалии электропроводности в земной коре и верхней мантии на схеме обобщенного вещественного состава мегаблоков УЩ по [5]. Мегаблоки: I – Бугско-Росинский; II – Ингульский. Шовные зоны (цифры в кружках): 1 – Голованевская; 2 – Ингулецко-Криворожская. Кр – Кировоградская ЗР. Гранитные и метаморфические комплексы: гранит-зеленокаменные, архейские: 1 – удовлетворительной сохранности; 2 – пре- образованные в протерозое, сильно эродированные; 3 – условно гранит-зеленокаменные, интенсивно преобразованные в протерозое; 4 – гранитогнейсовые, протерозойские; детализация вещественного состава геоблоков на более глубинном срезе, относительно отраженном в их названиях: 5 – глубоком: гранулиты, чарнокитоиды; 6, 7 – среднем: 6 – со-биты, 7 – Бердичевские граниты; 8 – комплексы шовных зон, нерасчлененные. Характерные структурно-формационные зоны и крупные массивы магматитов: 9 – Овруч-ская, 10 – калиевых гранитов, 11 – рапакиви-габбро-лабрадоритов и (Приазовский геоблок) субщелочных гранитов, щелочных и нефелиновых сиенитов, габбро-сиенитов); 12 – главные разломы. 13-21 – аномалии повышенной электропроводности по данным трехмерного моделирования с верхней кромкой на глубине: 13 – 0-100 м, 14 – 2 км коры, 15 – 5 км, 16 – 10 км, 17 – 15 км, 18 – 20 км, 19 – 25 км, 20 – 30 км, 21 – 50-70 км

На глубинах 5-10 км и более аномалии электропроводности (даже если они пространственно и совпадают с расположением глубинных ЗР) с увеличением глубины превращаются из субвертикальных в субгоризонтальные электропроводящие структуры (слои). Примечательным исключением на глубине от 5 до 20 км является структура (ρ=10 Ом) размерами 5×45 км, расположенная в центральной части Новоукраинского массива (рис. 1), а также часть Первомайской ЗР в районе пересечения с Тальновской ЗР в интервале глубин 10-20 км и, возможно, восточное продолжение Субботско-Мошоринской ЗР в пределах ИКШЗ и северной части Криворожско-Кременчугской ЗР на территории УЩ на глубинах от 10 до 30 км. Глубинная аномалия (10 км) в виде сложной субширотной зоны в недрах южного склона УЩ выделяется в районе сочленения основных ЗР: Первомайской, Кировоградской, Западно-Ингулецкой и Криво-рожско- Кременчугской (рис. 1). Отдельной проводящей субмеридиональной структурой является южнее 48о00'с.ш. Тальновская ЗР.

Западная граница Кировоградской аномалии (на глубинах от 20 до 25 км с

ρ=10-50 Ом∙м) расположена в зоне древнего шва Херсон-Смоленск, а в интервале 25-30 км с ρ=50 Ом∙м соответствует Кировоградской глубинной ЗР и представляет собой вытянутую с юга на север-северо-восток структуру с пространственными размерами от 50 до нескольких сотен километров, которая только на юге УЩ меняет свое простирание на субширотное вдоль Конкской ЗР (рис. 1).

Кроме этого, с большой уверенностью можно предполагать существование мантийного проводника в интервале глубин 50-120 км в южной части Ингульского мегаблока. Его северная граница должна проходить южнее 47’20º с.ш. К востоку от 32º в.д. она доходит до 47’40º с.ш. (рис. 1, 2).

а

б

Рис. 2. Разрез трехмерной геоэлектрической модели по данным [1, 2] и проекции рудных месторождений вдоль Бобринецкой (а), Суб-ботско-Мошоринской (б) ЗР (цифры в прямоугольниках – удельное электрическое сопротивление в Ом∙м). Месторождения или рудо-проявления: 1 – титана, 2 – урана, 3 – циркония, 4 – золота, 5 – графита, 6 – железных руд, 7 – никеля и кобальта, 8 – хрома, 9 – лития, 10 – германия, 11 – свинцово-цинковых руд, 12 – селена и ванадия, 13 – вольфрама

Максимальное распространение на север наблюдается вдоль Кировоградской аномалии, в глубинных ЗР – Западно-Ингулецкой и Кировоградской [10]. Также допускается существование нескольких локальных верхнемантийных неоднородностей в Кировоградском рудном районе.

Пространственно абсолютное большинство месторождений рудных полезных ископаемых на территории центральной части УЩ попадает в области аномалий повышенной электропроводности (рис. 2) Это основополагающий факт для выделения площадей, перспективных на выявление полезных ископаемых с помощью методов МТЗ и МВП. Кроме того, региональный прогноз основывается на идее того, что условия и области промышленных концентраций рудных компонентов, а также их минерагеническая специализация определяются не только глубинным геологическим строением, химическим составом и физическим состоянием элементов литосферы, но и динамикой земной коры и верхней мантии [13]. Границы глобальных литосферных плит, блоков земной коры и межблоковые системы часто контролируют промышленные концентрации полезных ископаемых.

Так, узлы пересечения систем разломов различного направления являются главными рудолокализирующими структурами Ингульского мегаблока, в которых происходила активная магматическая и постмагматическая гидротермальнометасоматических деятельность. С последней связано образование разноформационных рудоносных метасоматитов

[11, 12], в том числе с сульфидной и графитовой минерализацией.

Применение разработанных авторами [2, 13] критериев позволило провести региональный и локальный прогноз по выявлению полезных ископаемых в центральной части УЩ. Исходя из характера локализации месторождений и рудопро-явлений полезных ископаемых, можно выделить ряд металлогенических зон (рис. 1): 1 - охватывает ГШЗ - это зона железорудных месторождений преимущественно карбонатно-железисто-кремнистой метабазитовой формации и месторождений железисто-кремнистой формации. Зона содержит месторождения графита, хрома и никеля, месторождения и рудопроявления урана и золота в щелочных метасоматитах, кобальта, платиноидов; 2 - зона, которая, вероятно, занимает пространство между Первомайский глубинной ЗР на западе и трансрегиональным тектоническим швом Херсон-Смоленск на востоке. Она содержит месторождения урана калиево-урановой формации в окварцованных пегматитовых жилах и проявления литиевых пегматитов; 3 - зона ураноносных альбититов, золоторудных рудопроявлений, связанных с региональным щелочным метасоматозом, которая расположена от шва Херсон–Смоленск на западе до глубокой Кировоградской ЗР. К ней приурочены дайки кимберлитов и неалмазоносных проявлений щелочно-ультраосновного магматизма; 4 - область ИКШЗ. Это зона железорудных месторождений преимущественно железистокремнистой формации и карбонатно-железисто-кремнистой метабазитовой формации. Она содержит месторождения графита, ураноносных конгломератов, ру-допроявления вольфрама, колчеданные проявления полиметаллов и перспективные концентрации германия.

На основе особенностей глубинного строения в ГШЗ прогнозируются новые месторождения железа, рудные узлы и рудные поля радиоактивных металлов (уран и торий) и сопутствующих элементов в районе Первомайского разлома, Си- ницевско-Савранской зоны и Липовень-ковско-Капитанского рудного района [13].

Кировоградская глубинная ЗР перспективна на выявление новых месторождений урана и золота по всей ее длине как рудоподводящий канал осевой части докембрийской рифтогенной структуры, особенно между Бобринецкой и Суббот-ско-Мошоринской ЗР (рис. 2). Природа аномалий повышенной электропроводности Кировоградского рудного района на глубинах до 2.5 км обусловлена наличием ассоциации электропроводящих минералов (сульфидов, графита) в зонах метасоматической проработки пород, ведущих к образованию рудной минерализации (уран, золото, редкие металлы). Аномалии повышенной электропроводности в земной коре на глубинах 5-30 км и в верхах верхней мантии 50–120 км, скорее всего, отражают следы влияния современных мантийных флюидов (рис. 2).

На основе площадных и локальных геоэлектрических исследований ИКШЗ возможно обнаружение колчеданных проявлений полиметаллов, железорудных месторождений карбонатно-железистокремнистой метабазитовой формации и месторождений графита.

Выводы

На основе результатов экспериментальных исследований методами МТЗ и МВП с привлечением данных геохимии, минералогии было осуществлено региональное и локальное прогнозирование месторождений и рудопроявлений полезных ископаемых УЩ и выделены металлоге-нические зоны.

На территории УЩ выявлены многочисленные локальные и региональные аномалии электропроводности по данным 3D моделирования. Низкоомные глубинные аномалии приурочены к зонам метасоматоза вдоль протяженных зон разломов; так или иначе аномалии высокой электропроводности пространственно совпадают с металлогеническими рудны- ми узлами и геохимическими аномалиями.

Особенно ярко сопряжённость локализации месторождений и рудопроявлений редких, благородных, радиоактивных металлов, фосфора, титана и других полезных ископаемых, а также рудоносных ме-тасоматитов и дифференцированных интрузий с аномалиями повышенной электропроводности проявлена в Субботско-Мошоринской ЗР.