Разработка методики стохастического анализа комплекса геолого-геофизических данных для решения прогнозных задач на золото (на примере Енисейского кряжа)

Раздел 4. Построение прогнозных карт золоторудных зон Енисейского кряжа.

В пределах золотоносных провинций Енисейского кряжа усилиями исследователей этого региона (Петровский Н.В., Бернштейн П.С., Бровков Г.Н., Гаврилов А.М., Корнеев Т.Я., Ли Л.В., Мусатов Ю.И., Новожилов Ю.И. и др.) выявлены конкретные проявления, перспективные площади, рудные поля и узлы. Тем не менее, анализ перспектив выявления рудного золота по-прежнему является одной из основных задач по исследованию Енисейского кряжа.

Описанная выше методика стохастического анализа геолого-геофизических данных для целей выделения участков, перспективных под поиски золоторудных месторождений, была применена автором на территории Енисейского кряжа. Это связано с тем, что, с одной стороны, для данного региона имеется большой объем геолого-геофизических данных высокой кондиционности (раздел 3) а, с другой стороны, имеется представительная выборка из 47 известных золоторудных месторождений (представительность оценена по результатам тестирования, изложенным в разделе 2).

Основная часть известных месторождений находится в пределах Северо-Енисейского золоторудного района, которому посвящено множество работ. Отметим, что к настоящему времени уже созданы различные прогнозные карты на золотоносность в пределах Енисейского кряжа, которые опираются на результаты исследований Бровкина Г.Н (1985), Ручкина Г.В. и Конкина В.Д. (1998), Симкина Г.С. (1998) Константинова М.М и Варгуниной Н.П. (1998), Сафонова Ю.Г. (2007), Черкасова С.В. (2008), Ромашко В.В. (2010) и других авторов. Золоторудные формации Енисейского кряжа представлены тремя типами: золото-кварцевой, золото-сульфидной и формацией золотоносных кор выветривания. Типичным представителем золото-сульфидной формации является Олимпиадинское комплексное сурьмяно-золоторудное месторождение.

По результатам предшествующих исследований (Константинов М.М и др., 1999, Черкасов С.В. и др., 1999) известно, что золоторудная минерализация приурочена к татарско-аяхтинским гранитным массивам, а также ассоциирована с метаморфическими породами сухопитской серии. Таким образом, согласно описанной в разделе 2 методике стохастического моделирования были созданы параметрические слои, содержащие проекции данных геологических образований и цифровые данные расстояний от положения месторождений до контуров гранитных массивов и метаморфических образований. Одновременно с этим, произведено описание геологического разреза совокупностью детальных параметрических слоев по возрасту пород. Всего создано 16 параметрических слоев, содержащих проекции различных геологических объектов. Основываясь на результатах обработки и интерпретации геофизических данных, изложенных в разделе 3, создано два параметрических слоя. Первый содержит результаты тектонического районирования территории Енисейского кряжа. Второй слой содержит результаты выделения зон пониженной плотности, оконтуренных с помощью применения метода деконволюции Эйлера.

На следующем этапе, согласно предложенной в разделе 2 методике, определялись статистические характеристики функций ожидаемых распределений F_X для отобранных параметрических слоев - значение энтропии H[F_X] и математического ожидания M[F_X]. Построен график зависимости значений математических ожиданий от энтропии для каждого из параметрических слоев, на котором можно четко выделить группы <плохих>, неприменимых для статистического анализа, <средних>, <хороших> и отличных параметрических слоев (рис. 9).

Рис. 9 Классификация слоев, содержащих геолого-геофизические объекты, на основе энтропии и математического ожидания ожидаемого распределения (для всех точек области).

Для каждого параметрического слоя были рассчитаны функции выходного распределения Fz, которые описывают пространственно- корреляционную связь золоторудных месторождений и объектов соответствующего параметрического слоя.

По характеру отношения функций ожидаемого F_X и выходного распределений F_Z было выделено три типа закономерностей: отсутствие аномалии, сильное статистическое различие и слабое статистическое различие. Таким образом, хорошо прослеживается логика классификации слоев по их энтропии.

Следующий важный этап - определение вклада каждого из параметрических слоев в итоговую прогнозную карту. Для этого было необходимо определить тесноту связи объектов параметрического слоя и положения золоторудных месторождений. В разделе 2 было установлено, что чем больше статистически значимо отличие функций ожидаемого F_X распределения от выходного F_Z, тем уверенней можно утверждать, что объекты данного слоя являются рудоконтролирующими структурами (Carranza M., 2009, Стерлигов Б., 2010). Однако необходимо учитывать, что при различной энтропии слоев, но одинаковой степени влияния объектов данных слоев на минерализацию, <степень> статистической связи будет принята как менее выраженная для слоя с меньшей энтропией. Для учета данного эффекта построен график зависимости энтропии параметрического слоя от значения статистики Пирсона (Кендал М. и Стюарт A, 1983) (рис. 10). По результатам анализа графика выделено 4 класса слоев по степени их значимости для построения вероятностной карты. При этом слои 4-ого класса не участвовали при построении прогнозных карт, так как статистически значимой пространственной связи золоторудных месторождений и объектов данных слоев не установлено.

Рис. 10 Классификация слоев по их влиянию на положение рудных объектов, и определение весовых функций каждого слоя для расчета итоговых <прогнозных> карт.

В результате комплексного статистического анализа геолого-геофизических данных было отобрано 5 параметрических слоев, которые в свою очередь разделены на 3 класса по степени влияния объектов параметрических слоев на положение золоторудных объектов (рис. 9). Из графика видно, что параметрические слои в порядке их значимости распределяются так:
1. Метаморфические породы нижней-средней подсерий сухопитской серии MPsh_2-3;
2. Разрывные нарушения, выделенные по потенциальным полям;
3. Источники Эйлера, рассчитанные для аномального гравитационного поля Δg;
4. Татарско-аяхтинские граниты γNP₁ta;
5. Метаморфические породы тейской серии PP₃ts.

Проведенный автором анализ участков, перспективных под поиски золоторудных месторождений Енисейского Кряжа, построенных с использованием алгебраической модели, позволил выделить две выборки золоторудных месторождений. В первую группу вошли 13 золоторудных месторождений, площадь соответствующих буферных зон составляет 76% от области исследования. Вторая выборка состоит из 34 месторождений, площадь соответствующих буферных зон составляет 14%. Однако, с другой стороны, площадь всех выделенных перспективных участков составляет более 10000 км², что по-прежнему составляет достаточно обширную территорию. С целью уменьшения площади участков, перспективных на поиски рудных месторождений использовались математические модели нечеткой логики и весовых функций. Площадь буферных зон, перспективных на поиски золоторудных месторождений, рассчитанных на основе математической модели <весовых функций>, составила 6% или 4500 км². Одновременно к данным буферным зонам приурочено 72% золоторудных месторождений. Для прогнозной карты, основанной на математической модели <нечеткой логики>, выделены буферные зоны со значениями <вероятностных> очков выше 0.06, общей площадью 4%, на которые также приходиться 72% месторождений.

Для получения наиболее достоверного результата, итоговые площади, перспективные под поиски золоторудных месторождений, были построены путем пересечения участков, полученных в результате различных прогнозных построений (преобразование методами алгебраического суммирования, нечеткой логики и весовых функций) (рис. 11). Построенные прогнозные карты являются основным результатом статистического анализа геолого-геофизических данных Енисейского кряжа. Согласно этим данным выполнено оконтуривание площадей, перспективных на поиски крупных золоторудных месторождений, которые составили 2% от площади Енисейского кряжа (Стерлигов Б.В., 2009). Важно, что в пределах выделенных зон располагаются около 70% известных месторождений региона и более 90% крупных и сверхкрупных золоторудных месторождений региона (в том числе Олимпиадское, Советское и др.), что подтверждает высокую степень достоверности разработанной автором методики стохастического анализа комплекса геолого-геофизических данных для решения прогнозных задач на золото (на примере Енисейского кряжа)

Примененная автором методика стохастического анализа геолого-геофизических данных на территории Енисейского кряжа показала высокую сходимость с предшествующими результатами (рис.11). Контуры участков перспективных на золотоносность, полученные путем применения описанной в работе методики, часто совпадают с ранее выделенными, находятся целиком или частично внутри них. Такое сравнение позволяет судить о достоверности полученных результатов. Одним из преимуществ разработанной и примененной автором методики стохастического анализа данных является существенное сужение границ выделенных прогнозных участков (уменьшение площади участков, более чем в четыре раза). Таким образом, общая площадь участков перспективных на золотоносность, выделенных автором, равняется 1811 км², или 2.4% от площади исследования (75730 км²). Именно небольшая площадь выделенных участков наиболее выгодна с экономической точки зрения, так как существенно снижаются затраты на этапе поисковых работ.

Рис. 11 Сопоставление участков, перспективных под поиски золоторудных месторождений, с прогнозными построениями предшествующих исследований за период с 1980 по 2010 годы.

Полученные карты участков, перспективных на золотоносность, сопоставлялись автором с полученной трехмерной физико-геологической моделью строения Енисейского кряжа (рис. 12). Для детального анализа сравнение проводилось в центральной части Енисейского кряжа (участок 100 на 150 км), и рассматривалась только верхняя часть модели (до 20 км).

На построенной модели четко прослеживается пространственно-корреляционная связь, как золоторудных месторождений, так и выделенных прогнозных участков с пространственным положением гранитоидов татарско-аяхтинского возраста, развитых преимущественно в центральной и северо-восточной части модели. В северо-западной и юго-западной части модели были внедрены преимущественно граниты глушихинского возраста, и отмечается отсутствие золоторудных месторождений и рудопроявлений (рис. 12). В данной части модели практически отсутствуют и прогнозные участки. Небольшая группа участков в юго-западной части модели, скорее всего, выделена ошибочно, так как непосредственно под ней находится крупный гранитоидный массив глушихинского возраста (размерами около 30 на 30 км, и мощностью до 10 км).

Рис. 12 Сопоставление золоторудных зон и трехмерной физико-геологической модели Енисейского кряжа.

Предложенная методика сопоставления результатов двухмерного статистического анализа геолого-геофизических данных и трехмерной физико- геологической модели Енисейского кряжа позволяют скорректировать конфигурацию и количество выделенных участков, перспективных на поиски месторождений золота. Анализируя построенную физико-геологическую модель Енисейского кряжа, было установлено, что главные рудоконтролирующие структуры имеют субвертикальное строение границ.