Геология апатито-нефелинового месторождения Коашва (Хибинский массив)

1. Месторождение Коашва представляет собой линейный штокверк (перколяционный кластер) фторапатита в мельтейгит-уртитах, фрактальная размерность которого изменяется в пределах от 2.6 до 2.7 в интервале масштабов от 0.001 до 300 метров. К остову кластера, непосредственно ответственному за протекание рудогенных флюидов, приурочены наиболее богатые апатитовые руды.

Из всех эксплуатируемых хибинских апатито-нефелиновых месторождений наиболее сложное строение имеет Коашвинское месторождение. Оно характеризуется большим количеством рудных тел в пределах рудной зоны, их сложной морфологией, широким развитием брекчиевых руд в приповерхностной части месторождения. Методика проведения работ заключалась в построении объёмной модели месторождения на основе взаимноортогональных пересечений и оценке созданной модели методами фрактальной геометрии. Объёмная геолого-структурная модель месторождения создана на основе переинтерпретации данных по 106 поперечным разрезам (через 25 метров), 5 продольным разрезам (через 100 метров) и 3 погоризонтным планам (через 100 метров). Выделение рудных интервалов проводилось по бортовому содержанию 4 мас.% Р2О5. Построение графики осуществлялось по схеме <руда - не руда>, что было продиктовано несколькими соображениями: 1) использованием в качестве воспроизводимого критерия выделения рудных интервалов только данных опробования; 2) именно такой (руда - не руда) информативностью графических материалов эксплуатационной разведки; 3) разной детальностью геологической документации керна скважин, принятой в разведывающей и эксплуатирующей организациях; 4) отсутствием эталонной коллекции пород месторождения, позволяющей единообразно подходить к определению петрографических разновидностей фоидолитов и, особенно, переходных к рисчорритам пород; 5) использованием для оценки морфологии рудной зоны методов фрактального анализа чёрно-белых множеств.

Характерный профиль рудной зоны месторождения в поперечных сечениях (рис. 2) - это утолщённая головная часть, которая сходит на нет с глубиной, с ровной выдержанной верхней и прихотливой выпуклой нижней границей. Рудная зона в продольных (рис. 3) и горизонтальных сечениях (рис. 4) представляет собой достаточно пористый кластер апатито-нефелиновых пород, состоящий из комбинации связных слоисто-линзовых сегментов разного масштаба (в пределах разведочной детальности), группирующихся в общий линзовидный пакет месторождения. В целом, рудная зона месторождения представляет собой единый анизотропный кластер апатито-нефелиновых пород (мегалинзу), морфология которого соответствует морфологии перколяционного кластера - связной фрактальной структуры протекания потоков различной природы сквозь различные среды (Горяинов, Иванюк, 2001; Иванюк и др., 2009). В геологических терминах такой структуре более всего соответствует определение линейного штокверка (рис. 5).

Рис. 3. Продольный разрез по магистрали +700 м.

Рис. 4. Погоризонтный план +200 м.

Рис. 5. Блок-диаграмма месторождения Коашва. Вид с востока.

Измерение фрактальной размерности рудного штокверка проводилось на продольных разрезах и погоризонтных планах методом Минковского: изображение фрактала покрывалось квадратными ячейками и подсчитывалась зависимость количества потребовавшихся для этого ячеек от их размера. Показатель полученной степенной зависимости называется фрактальной размерностью (точнее, одной из её разновидностей - размерностью Минковского D_M), которая характеризует степень заполнения фракталом занимаемого им пространства. Средняя фрактальная размерность рудного штокверка в продольных сечениях - 1.67, в горизонтальных сечениях - 1.68 (рис. 6). Закономерного изменения фрактальной размерности с глубиной не установлено, поэтому полная фрактальная размерность вычислена по эмпирическому правилу Мандельброта:

Рис. 6. Зависимость количества квадратных ячеек размера r2, потребовавшихся для полного покрытия сечений рудной зоны на продольных разрезах (а) и погоризонтных планах (б) месторождения Коашва, от величины r.

Рис. 7. Фрактальные "трещинные структуры", полученные при численном моделировании одноосного растяжения однородного твёрдого тела на основе теории перколяции (Caldarelli et al., 1994).

Сопоставление фрактальной размерности штокверка апатито-нефелиновых пород месторождения с размерностью апатитовых прожилков во всех текстурных типах этих пород (D_M = 2.6-2.7) показало их близость и определило масштаб фрактальности апатитовых штокверков от 0.001 до 300 метров. Контрольное изучение кривых нейтронно-активационного каротажа по 8 скважинам также показало соответствие анализируемых последовательностей перколяционному кластеру.

Морфология и фрактальная размерность (D_M = 1.9) кластера руд, содержащих более 20 мас. % Р₂О₅ (рис. 8), соответствуют морфологии и теоретической фрактальной размерности остова перколяционного кластера D = 1.855 (Иванюк и др., 2009): той его части, по которой, собственно, и осуществлялась <прокачка> рудогенных флюидов.

Рис. 8. Осевые зоны участков апатито-нефелиновых пород с концентрацией Р2О5 ≥ 20 мас. % в пределах погоризонтного плана +200 м.