Исследование Земли из Космоса, 2020, № 3, стр. 3-13

ВВЕДЕНИЕ

Кимберлитовые зоны относятся к категории погребенных структур и выделяются преимущественно на основе интерпретации материалов глубинного сейсмического зондирования с использованием данных о строении магнитного и гравитационного полей. В фундаментальных работах В.И. Ваганова (Ваганов, 1995; Ваганов, 2002), А.С. Гладкова (Гладков, 2008), Н.И. Горева (Горев, 2005), Ю.Г. Кутинова (Кутинов, 2004), В.М. Подчасова (Подчасов, 2004), М.Я. Фолисевича (Фолисевич, 2000) и других исследователей проведена систематизация поисковых признаков кимберлитового оруденения. Прогнозирование алмазоносного кимберлитового поля определяется устойчивым комплексом геолого-геофизических признаков, включающих пересечение минерагенической зоны поперечными глубинными разломами; наличие блока с изотропной ориентировкой трещиноватости и положительной кольцевой морфоструктуры, а также разломов, которые образуют в совокупности радиально-концентрическую систему. К поисковым признакам также относится смена структуры потенциальных полей, когда протяженные среднечастотные линейные аномалии сменяются аномалиями изометричной формы и широким спектром высокочастотных аномалий. Глубинным разломам обычно отвечают линейные, среднечастотные, отрицательные аномалии в гравитационном и магнитном полях. Кимберлиты с крупными и уникальными месторождениями алмазов приурочены к зонам “скрытых” разломов фундамента. Отмечается пространственная связь кимберлитовых полей с разнотипными зонами разломов и узлами их пересечений. В локальных структурах осадочного чехла кимберлитовые поля приурочены преимущественно к сочленению положительных и отрицательных структур второго порядка и располагаются на склонах сводовых и валообразных поднятий, а также на крыльях флексур, обрамляющих желоба и впадины. Мощность осадочного чехла в период проявления кимберлитового магматизма на известных алмазоносных территориях, как правило, не превышает 2 км; участки с большей мощностью чехла бесперспективны на обнаружение кимберлитов. Куст (группа) алмазоносных тел характеризуется наличием приподнятого блока фундамента; изометричным малоамплитудным куполовидным поднятием и наличием сближенной пары разломов в породах осадочного чехла.

Опыт работ в пределах Зимнебережнего алмазоносного района Архангельской провинции показал, что всем известным на сегодняшний день трубкам взрыва соответствуют локальные магнитные аномалии, параметры которых меняются в широких пределах (Программа, 2012). Однако по ряду причин сложно однозначно интерпретировать данные магнитной съемки: локальные магнитные аномалии часто оторваны от кимберлитовых тел, аномалии “трубочного типа” наблюдаются также над телами, сложенными неалмазоносными щелочными базальтоидами и пикритовыми порфиритами, магнитные аномалии фиксируют неоднородности магнитных свойств четвертичных отложений. Задача разбраковки многочисленных магнитных аномалий “трубочного типа” остается весьма актуальной и возможна только при комплексировании с геофизическими методами, имеющими другую физическую природу.

Для Золотицкого кимберлитового поля установлены признаки дешифрирования фотоснимков крупного масштаба (1 : 25 000) для выделения тел “трубочного типа” (Антонова, 1992). Установлено, что зонально-концентрическое строение радиолокационных аномалий является характерным признаком диатрем, трубочные тела Зимнебережного района приурочены к узлам пересечения ортогональной и диагональной динамопар, различающихся временем заложения (Лопатин, 2001). Эти линеаментные каркасы представляют собой криптоморфные разломы, прочитывающиеся на снимках в ближней ИК-зоне в результате фотогенерализации малых структурных форм. Появление технологии тематической обработки результатов дешифрирования космических снимков (Серокуров, 2001) и многофункционального программного обеспечения открывает качественно новые возможности реализации информационных технологий по применению многоспектральных и радиолокационных космических изображений при решении прогнозно-поисковых задач за счет количественных методов комплексного анализа цифровых данных (Кирсанов, 2004).

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АЛМАЗОВ

Для разработки методов комплексного использования космических и геолого-геофизических данных при поисках алмазоносных кимберлитов была выбрана площадь Q-37-81-84,-93-96,-105-108, в центральной части которой расположены месторождение “Имени В.П. Гриба”, представленное одной трубкой площадью 16.6 га (Белов, 2008), и месторождение “Имени М.В. Ломоносова” (рис. 1, 2 ), в состав которого входят трубки им. Ломоносова, Поморская, Пионерская, им. Карпинского-1, им. Карпинского-2 и Архангельская. Кимберлитовые тела месторождения им. Ломоносова относятся к категории крупных (10–20 га) и весьма крупных (более 30 га – трубка Пионерская), исключение составляет трубка Поморская (5.6 га), относящаяся к категории средних. Расстояние между отдельными кимберлитовыми телами внутри этой цепочки варьирует от 0.13 до 2.14 км.

Рис. 1.

Месторождение им. М.В. Ломоносова. Современная космическая съемка высокого разрешения (0.58–0.8 мкм).

Рис. 2.

Схематическая карта месторождения им. М.В. Ломоносова по материалам ФГБУ “РОСГЕОЛФОНД”.

Разрез вмещающих пород представлен гранито-гнейсами беломорской серии верхнего архея, терригенными толщами сафоновской серии верхнего рифея и отложениями валдайской серии венда, залегающими с резким угловым и стратиграфическим несогласием на образованиях архея и рифея. В разрезе венда выделяются аргиллито-алевролито-песчаниковые отложения усть-пинежской (V₂up), мезенской (V₂mz) и падунской (V₂pd) свит общей мощностью около 920 м. Трубки прорывают толщи венда и перекрываются среднекаменноугольными отложениями, с учетом данных радиологических определений их возраст оценивается как поздний девон–ранний карбон. Комплекс перекрывающих пород представлен отложениями средне-каменноугольного и четвертичного возраста, общая мощность которых непосредственно над трубками, возрастает с юга на север от 28.7 до 54.5 м. Средне-каменноугольными породами полностью перекрыты трубки Архангельская и Пионерская, частично – трубки Поморская, им. Карпинского-1, им. Карпинского-2, на участке трубки им. Ломоносова среднекаменноугольные отложения эродированы. В разрезе пород среднего карбона преобладают терригенно-карбонатные образования московского яруса, представленные урзугской (C₂ur), воереченской (C₂vr) и олмуго-окуневской (С₂ol + ok) свитами. Рыхлые четвертичные образования, представленные ледниковыми, озерно-болотными и аллювиальными отложениями, сплошным чехлом перекрывают все более древние породы.

Кимберлитовые трубки месторождения им. Ломоносова по данным ПАО “Севералмаз” (ФГБУ “РОСГЕОЛФОНД”) делятся на две основные морфологические группы. К первой группе относятся тела с овальными очертаниями (им. Ломоносова, им. Карпинского-1 и Архангельская), во вторую группу входят трубки с неправильными контурами, осложненными пережимами (им. Карпинского-2, Пионерская и Поморская), придающими им гантелеобразный вид. Подобное разделение обусловлено приуроченностью трубок первой группы к подводящим каналам центрального типа, а второй – трещинного типа. Поэтому с глубиной конфигурация горизонтальных сечений трубок первой группы существенно не меняется, а второй – переходит в четко выраженную линзовидную или дайкообразную форму. Простирание длинных осей трубок ориентировано по азимуту 0°–20°. В вертикальном разрезе кимберлитовые тела имеют форму типичной воронки взрыва, нередко увенчанной в верхней части кратером. Трубки второй морфологической группы им. Карпинского-2 и Пионерская представляют собой две сближенные воронки с общим кратером, то есть относятся к двухкорневым или “парным диатремам” (рис. 3 ). Кратерные части сохранились от эрозии у трубок Пионерская, им. Карпинского-1 и Архангельская. Жерловые или собственно диатремовые части трубок, прослеженные до глубины залегания пород кристаллического фундамента (беломорской серии архея), переходят в дайки предположительно на глубине 1000–1200 м. Кимберлиты, слагающие кратерную часть трубок, представлены грубослоистой толщей (мощностью 72–124 м) субгоризонтально залегающих осадочно-вулканогенных пород: песчаниками, туфопесчаниками, туфогравелитами, туфоалевролитами, туфами, туффитами и грубообломочными осадочными брекчиями, развитыми в прибортовых частях кратеров. Кимберлиты жерловой части трубок залегают в виде крутопадающих столбов и представлены двумя основными разновидностями: ксенотуфобрекчиями и автолитовыми брекчиями. В составе ксенотуфобрекчий, внедрявшихся в первую фазу формирования вулканических аппаратов, на кимберлитовую составляющую приходится в среднем 60%, а на ксеногенную – до 40% объема пород. Автолитовые брекчии относятся к кимберлитам второй фазы внедрения, на что указывает наличие их даек, жил и штоков в столбах ксенотуфобрекчий, чаще всего наблюдаемых в верхних частях последних. Содержание магматического материала в автолитовых брекчиях достигает 95–98%. Столбообразные тела автолитовых брекчий развиты во всех трубках, за исключением Поморской.

Рис. 3.

Геологический разрез месторождения им. М.В. Ломоносова по материалам ПАО “Севералмаз” (ФГБУ “Росгеолфонд”).

РЕЗУЛЬТАТЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Все алмазоносные кимберлитовые трубки локализованы в области узкого диапазона слабоположительных значений гравитационного и магнитного полей (рис. 4 ). Это может служить одним из критериев при выявлении рудоперспективных участков. Другим критерием является глубина поверхности фундамента на площади развития алмазоносных кимберлитовых трубок. Для месторождений “Имени М.В. Ломоносова” и “Имени В.П. Гриба” глубина фундамента составляет по разным источникам 1.0–1.8 км.

Рис. 4.

Фрагмент карты магнитных аномалий Q-37-81-84, 93-96, 105-108.

В региональном структурном плане исследованный район приурочен к узлу пересечения пояса высокой проницаемости северо-западного простирания с поперечной структурой повышенной проницаемости северо-восточной ориентировки; разломы фундамента Зимнебережнего района относятся к долгоживущим структурам: они возникли в конце архея–начале протерозоя и неоднократно подновлялись в более поздние периоды (Кутинов, 2004). Уточнение местоположения этих разломов, определяющих блоковое строение района, можно провести, основываясь на том, что границы блоков представляют собой линейные участки изменений магнитного и гравитационного полей, специфичных для каждого из этих блоков, а также на результатах дешифрирования материалов космической съемки высокого разрешения, обладающей с одной стороны генерализующим эффектом, необходимым для охвата всей исследуемой площади, а с другой – высокой детальностью, необходимой для выявления перспективных объектов ранга “куст” и “кимберлитовая трубка” в масштабе 1 : 10 000.

На основании дешифрирования результатов космической съемки и анализа материалов магнитометрии и гравиметрии на площади работ выявлены линеаменты северо-западного и северо-восточного простирания, которые могут быть интерпретированы как глубинные разломы мантийного и корового заложения (рис. 5 ). Эти отличающиеся большой протяженностью разломы определяют границы структурных блоков в пределах Зимнегорского авлакогена, расположенного между Архангельским и Кулойским выступами. Разломы фиксируют рельеф кристаллического фундамента, определяющего границы Архангельского выступа и Керецкой впадины, Золотицкого поднятия и Кепинской впадины. Важное место в геологическом строении исследуемого района занимают также “скрытые” разломы фундамента северо-восточного и широтного простирания. Наиболее протяженный Кадь-Ернозерский разлом, трассирующийся от устья р. Кадь через оз. Сухое до северной оконечности Ернозера, имеет исключительно важное значение, так как оперяющие его разломы север–северо-восточного простирания контролируют размещение алмазоносных кимберлитовых трубок Золотицкого поля. Севернее Кадь-Ернозерского разлома расположен параллельный ему глубинный разлом, на котором выявлены две кольцевые структуры диаметром 5 км. Одна из этих структур, в центре которой находится оз. Давыдово, является узлом пересечения различно ориентированных разломов и представляют собой изотропное линеаментное поле повышенной плотности. Северная часть этой кольцевой структуры с учетом слабоположительных значений гравитационного и магнитного полей может рассматриваться как область перспективная на выявление кустов кимберлитовых тел.

Рис. 5.

Результаты дешифрирования космической съемки на площадь Q-37-81-84, 93-96, 105-108.

Два “скрытых” разлома фундамента широтного простирания расположены в юго-западной части исследуемой площади (рис. 5 ). Пространство между ними насыщено мелкими разрывными нарушениями различной ориентации, здесь же локализованы две кольцевые структуры. Вместе с тем, для оценки перспектив этих структур необходимо более точное определение мощности осадочного чехла.

Дизъюнктивом широтного и меридионального направлений (ортогональная система) принадлежит существенная роль в герцинской тектоно-магматической активизации Зимнебережного района, построение роз-диаграмм гравитационного и магнитного полей свидетельствует о руководящей роли разломов с азимутами простирания 358°–360° и 270°–288° (Кутинов, 2004). Розы-диаграммы космофотолинеаментов характеризуется максимумами по азимутам 27°, 72°, 313°, 346°. Линеаменты, дешифрируемые по космическим изображениям, фиксируют разрывные нарушения, флексурные перегибы поверхности фундамента, а также геоморфологические границы моренных отложений последнего оледенения, развитого на исследуемой территории, в ряде случаев они отражают резкие границы изменений растительного покрова, обусловленные составом и увлажненностью почв.

Эталонная область Золотицкого рудного поля по данным космодешифрирования характеризуется плотной сетью разрывных нарушений северо-восточного простирания, секущих дизъюнктивы северо-западного направления. Главные рудоконтролирующие разломы являются, как отмечалось выше, оперяющими структурами Кадь-Ернозерского разлома. С юга Золотицкое поле ограничено дуговыми разломами, которые подчеркивают южную границу приподнятого блока фундамента, содержащего кимберлитовое поле.

При региональных работах протяженные зоны глубинных разломов, контролирующие положение кимберлитовых полей, уверенно выделяются в фундаменте платформы средствами геофизики, но с увеличением масштаба исследований на уровне “кустов” и отдельных кимберлитовых тел все большее значение приобретают структуры платформенного чехла и, в конечном счете, его приповерхностных слоев (Гладков, 2008). Для детального картирования дизъюнктивов в верхней части чехла платформы на заболоченных и задернованных территориях традиционные методы структурного картирования и геофизические методы малоэффективны, в связи с чем возрастает роль крупномасштабного космического зондирования с разрешением до 1 м.

В северной части исследуемой площади средствами космического зондирования на периферии купольного поднятия диаметром около 30 км выявлены две кольцевые структуры размером 7.5 и 4 км (рис. 5 ). Более крупная структура локализована в области небольших глубин осадочного чехла, кольцевая структура диаметром 4 км образует центральную часть более крупной радиально-концентрической структуры, включающей также радиальные разломы (преимущественно северо-восточного простирания) и осложненной субширотным нарушением. Высокая плотность линеаментов различной ориентации, подобные эталонному Золотицкому полю значения мощности осадочного чехла позволяют рассматривать эту структуру в качестве первоочередной для постановки заверочных наземных работ. Прогнозируемое Медовское кимберлитовое поле локализовано южнее оз. Медовское в междуречье рек Медовка и Черная. Здесь выявлена область повышенной трещиноватости, представленная разрывными нарушениями северо-восточного, субмеридионального и северо-западного простирания (рис. 6 ). В пределах Медовского поля развита также система дуговых разломов, подчеркивающих границы локальной кольцевой морфоструктуры, осложненной многочисленными непротяженными линейными нарушениями различной ориентировки. Имеющиеся геологические данные о закартированном в северо-западной части исследуемой площади кимберлитовом теле на правом берегу р. Мела позволили выявить кимберлитоконтролирующие субмеридиональные и северо-восточные разрывные нарушения и оценить в качестве предполагаемых кимберлитоконтролирующих разломов системы аналогичного азимута. Площадь поля расположена в створе субмеридиональной Золотицкой зоны палеозойской тектоно-плутонической активизации, в области контакта Ручьевского выступа и Чубальской ступени. Значения гравитационного и магнитного полей прогнозируемого Медовского поля близки соответствующим значениям эталонного Золотицкого поля. Для выявления “кустов” кимберлитовых тел необходимо сосредоточится на детальном исследовании узлов пересечения субмеридиональной и северо-восточных систем нарушений (выделяемых голубым цветом на рис. 6 ), развитых в пределах вендских отложений падунской свиты. Первоочередное внимание следует обратить на участки, расположенные между сближенными параллельными друг другу меридиональными разломами, секущимися серией разломов северо-восточной направленности.

Рис. 6.

Результаты дешифрирования космической съемки прогнозируемого Медовского поля.

ВЫВОДЫ

1. В результате комплексного анализа материалов космической съемки с российского КА “Ресурс-П” и магнито-гравиметрических данных выявлены основные геолого-структурные элементы Зимнебережной минерагенической зоны.

2. Показано, что космическая съемка высокого разрешения “Ресурс-П (геотон)” позволяет эффективно дешифрировать как генерализованные изображения, в частности, выявлять кольцевые структуры и “скрытые” разломы фундамента, так и дешифрировать крупномасштабные изображения для выявления “кустов” кимберлитовых тел и особенностей строения отдельных трубок.

3. На севере исследуемой площади для постановки наземных заверочных работ выявлено кимберлитоперспективное Медовское поле: Q-37-83-В-б,-Г-а (65°45′–65°50′ с.ш., 41°07′–41°23′ в.д.). К перспективным можно отнести также северо-восточный сектор Давыдовской кольцевой структуры: Q-37-94-В-г;-Г-в (65°20′–65°25′ с.ш., 40°37′–40°52′ в.д.).