Рассмотрено применение аэромагнитной съемки на скарновом золоторудном объекте на примере Чойского рудного поля. Месторождения золота данного типа относятся к слабоконтрастным по магнитным свойствам, характеризуются отсутствием четких физических границ, а также малой контрастностью в магнитных полях. Поэтому важная роль при интерпретации аэромагниторазведки отведена методам специального анализа и моделирования полученных данных. Аэромагниторазведочные работы выполнялись с целью выделения и прослеживания магнитоконтрастных зон скарноидов, структурно имеющих рудоконтролирующее значение. Аэромагниторазведка проводилась на базе беспилотных летательных аппаратов. Структура магнитного поля характеризуется слабой дифференцированностью, что может быть обусловлено преобладанием региональной составляющей магнитного поля над локальной. Поэтому был выполнен расчет ключевых трансформаций поля. Использование трансформаций выявило следующие особенности магнитного поля: вертикальная производная аномального магнитного поля позволила удалить региональную составляющую, обусловленную крупными глубинными объектами; полный горизонтальный градиент аномального магнитного поля подчеркивает зоны наибольшего изменения поля, которые косвенно указывают на существование вертикальных границ в разрезе. Качественная интерпретация выполнялась с использованием методики линеаментного анализа и позволила выделить линейные особенности поля. При интерпретации в рамках 3D-модели наиболее информативной частью результата 3D-инверсии является срез магнитной восприимчивости для глубины 65 м. Выделены два типа особенностей на срезе: оси структур с отрицательной магнитной восприимчивостью и границы блоков с различной магнитной восприимчивостью. Совместная интерпретация имеющихся геологических данных и результатов магнитной съемки позволила повысить надежность выделения перспективных площадей.
- Введение
- Методика обработки и интерпретации результатов
- Результаты
- Обработка и интерпретация результатов
- Качественная интерпретация данных
- 3D-интерпретация данных магниторазведки
- Геологическая интерпретация данных магниторазведки
- Выводы
Введение
Магнитометрия является одним из наиболее оперативных и экономичных геофизических методов при поиске и разведке железорудных месторождений, исследовании коренных и россыпных месторождений золота и алмазов.
Перспективность крупномасштабных аэромагнитных съемок с применением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) стала очевидна в конце прошлого века, однако до настоящего времени в практике отечественных геологических предприятий такие технологии не получили широкого распространения.
Современную базу низковысотных аэромагнитных съемок с применением БПЛА составляют специально разработанные для этих целей аппараты, а также летательные аппараты, используемые для других гражданских целей. К ним относятся: GeoSurvII (Канада), Venturer UAV (Канада), CH-3UAV (Китай), Radai’s Terrain Scout UAV (Финляндия), GEM Systems Monarch (Канада), БАВК (беспилотный аэромагнитный комплекс) на базе БПЛА «Геоскан 401» (Россия).
Ниже перечислены основные геолого-промышленные типы месторождений золота, выявленные в России:
- Гидротермальные месторождения, наиболее часто встречающиеся на территории России, могут быть подразделены на плутогенные и вулканогенные. Первые связаны с гранитоидными батолитами средней стадии геосинклинального этапа, преимущественно гранодиоритового состава, а также с малыми гипабиссальными интрузиями этапа активизации платформ. Вулканогенные гидротермальные месторождения приурочены к позднегеосинклинальным андезит-липаритовым поясам.
- Месторождения в углеродистых терригенных и терригенно-карбонатных комплексах, приуроченные к зонам интенсивного рассланцевания пород черносланцевых формаций, испытавших метаморфизм зеленосланцевой фации.
- Скарновые месторождения, которые встречаются довольно редко. Обычно они принадлежат к нормальным известковым скарнам гранат-пироксенового состава с включениями сульфидов, в том числе золотосодержащих.
- Месторождения золотоносных кор выветривания и окисленных руд
- Россыпные месторождения, образующие аллювиальные, долинные и террасовые россыпи.
Следует отметить, что все месторождения золота относятся к слабоконтрастным по магнитным свойствам объектам исследования. Они характеризуются отсутствием четких физических границ, а также малой контрастностью в магнитных полях, контролирующих оруденение факторов. По этой причине важная роль при интерпретации аэромагниторазведки принадлежит методам специального анализа и моделирования полученных данных на золотоносных объектах.
Первые аэромагниторазведочные работы с использованием беспилотных летательных аппаратов авторами были выполнены на уже хорошо изученных крупнейших железорудных месторождениях Южной Якутии. Эти исследования показали высокую эффективность и точность полученных результатов с использованием полетного комплекса «Геоскан 401».
Рассмотрим результаты применения аэромагниторазведки на базе беспилотных летательных аппаратах (БЛА) на месторождениях третьего типа, в частности, в пределах Чойского рудного поля.
Чойское рудное поле локализуется в зоне контакта верхнекембрийских терригенно-карбонатных отложений ишпинской свиты и Чойского гранитоидного массива, относимого к югалинскому габбро-диорит-гранитному комплексу нижнедевонского возраста (рис. 1). В зоне контакта гранитоидов Чойского массива и горизонтов известняков и терригенно-карбонатных пород развиваются скарны. Они образуют линейные зоны, вытянутые в северо-восточном направлении согласно с общим простиранием пород. Мощность основной части тел выдержанная и составляет около 100 м.
1 - конгломераты; 2 - песчаники; 3 - известняки; 4 - алевролиты, аргиллиты; 5 - туфы кислого состава; синюхинский интрузивный комплекс: 6 - габбро 1 фазы внедрения; 7 - диориты, кварцевые диориты 2 фазы; 8 - граниты 4 фазы; байгольский субвулканический порфировый комплекс: 9 - гранит-порфиры; 10 - дайки долеритовых порфиритов; 11 - дайки диоритов; 12 - дайки гранит-порфиров; автономный чуйский дайковый комплекс: 13 - керсантиты, минетты, спессартиты, вогезиты; 14 - разломы (З - Западный, С - Смородиновый, М - Меридиональный); 15 - скарны; 16 - кварцевые жилы с золото-сульфидно-кварцевым оруденением; 16 - рудные участки: 1 - Центральный, 2 - Пихтовый, 3 - Смородиновый, 4 - Северо-Восточный, 5 - Гранитный; 17 - участок стратиформного оруденения; 18 - тело флюидо-эксплозивных брекчий с золото-порфировым оруденением; 19 - кольцевая структура центрального типа, подчеркиваемая системой кольцевых и радиальных даек
Рис. 1. Схематическая геологическая карта Чойского рудного поля. Породы Ишпинской (iš) и Тандошинской (td) свит
Самая крупная Центральная скарновая залежь приурочена к межформационному несогласию, осложненному трещиноватостью в плоскости контакта различных по литологическому составу свит. Чойское месторождение ранее считалось исключительно скарновым. Однако в последнее время получены новые данные, позволяющие рассматривать его более сложным объектом (скарново-золото-порфировым).
Критерии отнесения к порфировым объектам: наблюдается пространственная связь золотого оруденения с порфировым байгольским комплексом, прожилково-вкрапленный и вкрапленный характер минерализации во флюидо-эксплозивных брекчиях за пределами скарновой залежи.
Целью аэромагниторазведочных работ являлось выделение и прослеживание магнитоконтрастных структурно-вещественных объектов, способствующих расшифровке общей структуры Чойского рудного поля, в частности, имеющих рудоконтролирующее значение зоны скарноидов на контактах литологически контрастных алюмосиликатных и карбонатных пород, локальные дайковые пояса или сближенные группы даек, зоны трещиноватости и разуплотнения, интерпретируемые как разломы, литологические границы и др.
При выполнении исследований использовался беспилотный комплекс «Геоскан 401». Методики работ с беспилотным комплексом рассмотрены в работе. Основные технические характеристики магнитометра Geoscan приведены здесь. Полевые работы выполнялись в соответствии с методическими рекомендациями по выполнению маловысотной аэромагнитной съемки. Движение по профилям челночное, без детального огибания рельефа. Шаг профилей 100 м. Положение магниточувствительного элемента магнитометра — на подвесе длиной 20 м, стандартное для съемки в модификации аэромагниторазведки. В целом проведенные полевые работы по магниторазведке соответствуют требованиям «Инструкции по магниторазведке».
Цель данной статьи заключается в рассмотрении подходов к интерпретации аэромагниторазведки на объектах с отсутствием четких физических границ, а также малой контрастностью в магнитных полях.
Методика обработки и интерпретации результатов
Основная цель обработки данных аэромагниторазведки заключается в получении цифровой модели аномального магнитного поля по площади съемки и оценке погрешности полученных результатов аэромагнитной съемки.
Для решения поставленных задач было необходимо последовательно выполнить несколько видов работ.
1. Введение поправки за суточные вариации геомагнитного поля Земли. Расчет поля (ΔТ) с учетом вариаций геомагнитного поля производился с использованием следующей формулы:
ΔТ = Тизм — Твар,
где Тизм — значение геомагнитного поля, измеренное с использованием БЛА; Твар — значения геомагнитного поля, полученные с наземной стационарной магнитовариационной станции (МВС). В качестве МВС использовался магнитометр GSM-19Т. Наблюдения вариаций геомагнитного поля выполнялись с трехминутным интервалом.
2. Вычисление аномального магнитного поля ∆Та (введение поправки за нормальное поле Земли). Для перехода к аномальным значениям модуля вектора магнитной индукции (Та), связанным с аномалеобразующими источниками, залегающими в верхней части земной коры, из измеренных значений вычиталось нормальное поле Земли:
Та = ΔТ — IGRF.
Была использована международная модель нормального поля Земли, сокращенно — IGRF (International Geomagnetic Reference Field).
3. Взаимная увязка опорных и рядовых маршрутов. Она проводилась с целью исключить ошибки в уровне магнитного поля, связанные с неточностью определения координат точек измерений, разной высотой измерений или нестабильностью работы аппаратуры. Подобные ошибки проявляются в виде вытянутости аномалий магнитного поля вдоль маршрутов. Для устранения остаточных маршрутных аномалий выполнена процедура «microleveling». Это последовательное применение ряда фильтров к ЦМ (цифровой модели) аномального магнитного поля.
4. Оценка среднеквадратической погрешности (СКО) съемки рассчитывалась по точкам пересечения секущих и рядовых полетов по следующей формуле:
Обычно при расчете используются только те точки пересечения, вертикальные координаты которых различаются не более чем на 2 м. Для расчета были взяты точки с минимальными отклонениями по высоте. В итоге среднеквадратическая погрешность съемки составила 3,4 нТл по выборке из 41 точки. Качество полевых материалов оценено как хорошее.
Результаты
В итоге была получена карта аномального магнитного поля, построенная по результатам обработки данных. Она представляет собой схему изодинам в пределах исследуемого участка (рис. 2).
Рис. 2. Карта аномального магнитного поля изучаемого участка Чойского рудного поля; 1—12 — координаты угловых точек участка
Структура магнитного поля характеризуется слабой дифференцированностью, что может быть обусловлено преобладанием региональной составляющей магнитного поля над локальной. В центральной части участка выделяется крупная вытянутая положительная аномалия напряженностью до 400 нТл. На фоне обширной аномалии проявляются четыре положительные локальные аномалии порядка 200—300 нТл. Помимо того, в северо-западной части выделяется небольшая отрицательная аномалия порядка 200 нТл. Съемка была выполнена без детального огибания рельефа, вследствие чего на карте аномального магнитного поля сложно распознать локальные аномалии, связанные с поисковыми объектами (зоны скарнитизации) и небольшими геологическими структурами (дайки, зоны разломов). По этой причине был выполнен расчет ключевых трансформаций поля. Трансформации — результаты математических преобразований первичного поля.
Обработка и интерпретация результатов
В результате математических преобразований первичного поля удалось выделить:
- вертикальную производную аномального магнитного поля (рис. 3);
- модуль полного горизонтального градиента аномального магнитного поля (рис. 4).
Ниже приведено краткое описание физического смысла этих двух трансформаций.
Рис. 3. Карта вертикальной производной аномального магнитного поля
Вертикальная производная аномального магнитного поля (ΔTa/ΔZ) — скорость затухания аномального магнитного поля при пересчете в верхнее полупространство. Удаляет из поля региональную составляющую, обусловленную крупными глубинными объектами. В результате контрастно подчеркиваются магнитные объекты, находящиеся вблизи поверхности. Также хорошо видны структурные особенности поля, связанные с тектоническими нарушениями.
Рис. 4. Карта полного горизонтального градиента аномального магнитного поля
Полный горизонтальный градиент аномального магнитного поля
показывает скорость изменения поля в горизонтальном направлении. Подчеркивает зоны наибольшего изменения поля (точка перегиба на графиках), которые косвенно указывают на существование вертикальных границ в разрезе. Хорошо подчеркиваются ступени поля, обусловленные тектоническими границами.
Для дальнейшей интерпретации в качестве основных трансформаций использовались вертикальная производная и горизонтальный градиент.
Дополнительно необходимо было учесть непостоянную высоту полета. Для решения последней проблемы авторы рассчитали отклик магнитного поля от полупространства с учетом рельефа (решалась прямая задача магниторазведки) и вычли из наблюденного поля результат решения прямой задачи. В результате проведения этой процедуры получено поле, в котором более ярко отражаются локальные структуры (рис. 5).
Рис. 5. Карта вертикальной производной аномального магнитного поля с учетом рельефа
Структура вертикального градиента магнитного поля характеризуется большой сложностью, линейным характером аномалий в центральной части. На полученной карте прослеживается общее субширотное направление линейных аномалий. В центральной части ярко выделяется локальная вытянутая отрицательная аномалия в окружении положительных аномалий. Линейные структуры пересекаются градиентными зонами субмеридионального простирания (рис. 5).
Качественная интерпретация данных
Качественная интерпретация выполнялась с использованием методики линеаментного анализа. Линеаменты — линейные и дугообразные элементы аномалий магнитного поля, создаваемые геологическими объектами. Суть линеаментного анализа заключается в выделении линейных особенностей поля. Эта методика универсальна и может применятся геофизиками для анализа результатов любого геофизического метода.
Для линеаментного анализа использовались карты аномального магнитного поля и его трансформаций. При анализе производились следующие трансформации:
- вертикальная производная первого и второго порядка. Эти карты позволили разделить участок на блоки с различным характером магнитного поля. Для качественной интерпретации использовалась карта вертикальной производной магнитного поля после учета влияния рельефа (рис. 6);
- карта горизонтального градиента магнитного поля совместно с результатами 3D-инверсии позволила более точно установить границы крупных блоков и направления разрывных нарушений.
Рис. 6. Схема линеаментов, совмещенная с картой вертикальной производной аномального магнитного поля (с учетом рельефа)
На картах выделялись линеаменты — спрямленные особенности поля.
В данной работе авторы разделили линеаменты на три типа:
Первый тип линеаментов — оси локальных аномалий. Этот тип линеаментов ярко проявляется на карте вертикальной производной магнитного поля (рис. 6).
Второй тип линеаментов — зоны смещения локальных аномалий — зоны искажения градиентных зон, в которые упираются линейные аномалии и градиентные зоны. Это тип аномалий также можно выделить на рис. 6 (черные линии).
Третий тип линеаментов — зоны максимального градиента аномального магнитного поля. Это тип линеаментов легко определить на карте горизонтального градиента аномального магнитного поля (рис. 7).
Рис. 7. Схема линеаментов, совмещенная с картой горизонтального градиента аномального магнитного поля
3D-интерпретация данных магниторазведки
Интерпретация была выполнена в рамках 3D-модели с использованием программы «ZondGM3D». Применялась сглаженная Occam инверсия по методу наименьших квадратов с использованием сглаживающего оператора с дополнительной минимизацией контрастности
Рельеф исследуемой площади представляет собой сложную структуру с перепадами высот от 350 до 740 м. Съемка была выполнена с учетом общего направления уклона местности вдоль плоскости, наклоненной на несколько градусов в восточном направлении, без детального огибания рельефа. Расположение плоскости полетов относительно стартовой модели для инверсии показано на рис. 8.
Рис. 8. Стартовая модель для 3D-инверсии данных маниторазведки
Процесс создания 3D-модели имел итерационный характер. Результатом применения различных стратегий инверсии стало 15 моделей магнитной восприимчивости. При сопоставлении 3D-моделей с закономерностями геологического строения был выбран наиболее сглаженный вариант, оптимально отражающий основные черты геологического строения района исследований. Результат представлен в виде срезов магнитного поля по глубинам от 10 до 500 м. Наиболее информативной частью результата 3D-инверсии является срез модели магнитной восприимчивости для глубины 65 м, т.к. ниже этой отметки значительно ухудшается разрешение (детальность).
На рис. 9 показан срез на глубине 65 м, на который нанесены линеаменты магнитного поля. Выделяется два типа особенностей на срезе: оси структур с отрицательной магнитной восприимчивостью (синие линии) и границы блоков с различной магнитной восприимчивостью (черные линии).
Рис. 9. Схема особенностей магнитного поля, совмещенная с со срезом аномальной магнитной восприимчивости на глубине 65 м
Геологическая интерпретация данных магниторазведки
Магнитометрическая съемка несомненно является высокоинформативным инструментом при проведении геологоразведочных работ. Однако достоверность интерпретации результатов магнитной съемки зависит от качества и количества геологических данных. Совместная интерпретация имеющихся геологических данных и результатов магнитной съемки однозначно повысит надежность выделения перспективных площадей.
На данном этапе выполнено сопоставление линеаментов магнитного поля с данными геологического картирования (рис. 10).
Рис. 10. Схема линеаментов и перспективных зон, совмещенная с геологической картой (по материалам Л.И. Шипиленко 1977 г. М 1:50000)
В первую очередь, обращает на себя внимание то, что в центральной части участка ось локальной отрицательной аномалии хорошо согласуется с положением Центральной зоны скарнов (ЦЗС). Западнее и восточнее ЦЗС сегменты аномалии смещены в южном направлении. Примерно в 500 м по направлению севера и северо-запада от ЦЗС наблюдается ось отрицательной аномалии. Возможно, эта аномалия создается вытянутым гранитным массивом.
Положения зон смещения локальных аномалий можно соотнести с положением зон разломов. Разломы меридионального простирания, вероятно, имеют преимущественно вертикальное смещение, т.к. по этим зонам (черные линии на рис. 10) происходит изменение амплитуды и ширины локальных аномалий.
Разломы северо-западного простирания присутствуют на участке, но слабо проявляются в магнитном поле. На северо-западе участка зона повышенного градиента северо-восточного и восточного простирания (азимут 70°) маркирует границу, по которой четвертичные отложения перекрывают коренные породы. Северо-западнее градиентной зоны коренные породы перекрыты рыхлыми отложениями, и мощность их увеличивается в том же направлении.
Выводы
В целом на участке можно выделить семь зон с азимутом простирания 70°. Это локальные аномалии (отрицательные, положительные и зоны повышенного градиента). Поскольку одна из этих зон совпадает с ЦЗС, то все зоны могут представлять поисковый интерес.
Следует заметить, что результаты качественной интерпретации (линеаментного анализа) магнитного поля всегда следует воспринимать с осторожностью. Более корректно использовать результаты количественной интерпретации.
ЦЗС на данной схеме отображается как структура с пониженной магнитной восприимчивостью. Восточная часть ЦЗС практически не проявилась на результатах инверсии, но отразилась структура, параллельная ЦЗС и расположенная на 220 м южнее последней. С запада ЦЗС резко смещается в южном направлении.
Следует отметить, что на результирующей схеме благодаря инверсии отразились контакты блоков (разломы) северо-восточного простирания. Контакты блоков с различной магнитной восприимчивостью меридионального направления в основном совпали с зонами смещения локальных аномалий (выделены в результате линеаментного анализа).
Дополнительно необходимо отметить зону широтного простирания, расположенную в 400—600 м южнее ЦСЗ, и зону меридионального простирания в северо-западной части участка.
Авторы статьи: Н.Н. Гриб, Е.Ю. Ермолин, А.Е. Мельников, Г.В. Гриб, А.В. Качаев
Опубликовано в научно-техническом журнале «Горный информационно-аналитический бюллетень», 2022, № 1 – с. 115-130