Доклад на конференции PDAC 99 в Торонто, Канада

Практика использования геофизических методов для поисков месторождений алмазов приближается к полувековому юбилею. Сотни кимберлитовых тел в России и наверное тысячи — в мире были обнаружены при помощи этих методов. Значительные успехи и длительность применения позволяют провести анализ доступных данных, увидеть успехи геофизических технологий, специально выделить, подчеркнуть и изучить недостатки и ошибки, и на фоне этого — постараться увидеть завтрашний день поисковой геофизики на алмазы — алмазные геофизические технологии 21 века.

А. Накынский прецедент

Вот уже более 5 лет в геологии алмазных месторождений известно новое — Накынское (или Средне-Мархинское) кимберлитовое поле (Якутия, Россия).

Его первая трубка была обнаружена практически случайно при проведении обзорных буровых работ по сети 20 км на 2 км.

Вторая кимберлитовая трубка была обнаружена недалеко от первой при проведении заверки слабоконтрастной магнитной аномалии. Эта аномалия, как выяснилось позднее, была связана не с кимберлитами, а с траппами в кимберлитовмещающих породах. Т.е. и в этом случае трубка была обнаружена практически случайно.

Уже в этом (1999) году рядом с первыми двумя трубками обнаружена еще одна. Ее вскрыла буровая скважина при бурении по сети 400х400 м территории вокруг первой трубки. Бурение проводилось на безрудность в зоне вероятных промышленных построек.

Все перечисленные кимберлитовые трубки характеризуются весьма и весьма высокими коммерческими концентрациями алмазов высокого качества и все они не выделяются в традиционных геофизических полях достаточно контрастными аномалиями.

На этой территории за последние 2-3 года были проведены современные высокоточные магнитная и электромагнитная съемки, выделенные аномалии проверены бурением с отрицательным результатом для поисков алмазов. Важно, что аномалии от перечисленных трубок не были рекомендованы для бурения.

Приведенные данные позволяют говорить о прецеденте Накынского поля, т.е. о факте случайного обнаружения нового кимберлитового поля с весьма ценными всеми кимберлитовыми телами, но с весьма неотчетливыми отражениями этих тел в материалах традиционных современных геофизических методов.

Представляется важным проанализировать природу этого прецедента и рассмотреть его значение для практики использования геофизических методов при поисках коммерчески ценных месторождений алмазов.

В соответствии с изложенным целесообразно получить ответы на следующие три вопроса:

Является ли Накынский прецедент исключением из правила о высокой эффективности современных традиционных геофизических технологий для поисков коренных месторождений алмазов, таким исключением которым можно пренебречь ?

Если нет, т.е. этим исключением пренебречь нельзя, то каковы вероятные масштабы проявленности высоко алмазоносного магматизма, образования которого практически не отражаются в стандартных геофизических (и, возможно, — минералогических) полях ?

И, если эти масштабы окажутся значимыми, то каковы могут быть оптимальные технологии для поисков месторождений подобного типа: высоко алмазоносных и весьма слабоконтрастных по проявлению в геофизических полях?

Для формулирования аргументированных ответов на поставленные вопросы рассмотрим некоторые теоретические предпосылки и примеры из практики алмазопоисковых работ в Якутии.

Прежде всего постараемся оценить хорошо ли мы знаем индикационные свойства алмазоносных и высоко алмазоносных кимберлитов, т.е. их такие свойства, которые используем для их поисков. Для этого рассмотрим теоретическую задачу о неслучайной выборке.

Б. Задача о неслучайной выборке и следствия из ее решения

Пусть на территории какого-нибудь кимберлитового поля до проведения поисковых работ фактически имеется всего N кимберлитовых тел.. Будем называть эту совокупность трубок — генеральной совокупностью , т.к. она фактически существует и не зависит от нас или способа обнаружения.

Известно, что намагниченность трубок в хорошо изученных кимберлитовых полях описывается статистическим законом близким к экспоненциальному (Рис.1). Т.е. сильно магнитные трубки относительно редки, а слабомагнитные -весьма часты. Вид такого распределения един для всех хорошо изученных полей кимберлитов, но среднее значение — главный параметр экспоненциального распределения для каждого поля индивидуален.

Пусть поисковые работы в пределах этого поля проводятся магнитометрическим методом. Очевидно, что все высокомагнитные и крупные трубки при прочих благоприятных условиях будут обнаружены методом, а небольшие и весьма слабо магнитные — частично или в основном — пропущены.

В этом случае эффективность работы метода может быть оценена при помощи вероятностных характеристик геологоразведочного фильтра (Рис.2).

Здесь по горизонтальной оси показана изменчивость магнитного момента для конкретных трубок, а по вертикальной оси — вероятность их обнаружения при помощи магнитометрии при некоторой конкретной точности измерений и конкретной поисковой сети.

В результате проведения магнитометрических работ часть трубок будет обнаружена, а часть пропущена. Обнаруженные трубки можно называть неслучайной выборкой, а пропущенные — остаточной совокупностью.

На рисунке 3 показана неслучайная выборка и остаточная совокупность для экспоненциального распределения индикационного параметра.

Анализ рисунка позволяет сделать следующие выводы:

А) Распределение петромагнитных характеристик в неслучайной выборке, т.е. для обнаруженных объектов, вполне удовлетворительно описывается логарифмически-нормальным законом. И относительная доля слабомагнитных трубок здесь весьма существенно ниже, чем в генеральной совокупности.

Б) Распределение петромагнитных характеристик остаточной совокупности, т.е. трубок не обнаруженных при проведенных поисках описывается законом близким к экспоненциальному с резким и весьма существенным преобладанием слабомагнитных диатрем.

Основным же выводом из рассмотренного примера является вывод о неприменимости характеристик индикационных свойств известных, обнаруженных кимберлитовых тел, кустов трубок, отдельных кимберлитовых полей, к тем телам, кустам и полям, которые не обнаружены и являются объектами новых поисковых работ на ранее опоискованных территориях.

Как же обстоят дела с фактическими данными по средним магнитным характеристикам кимберлитов для кустов и полей кимберлитовых трубок ?

На рисунке № 4 приведены данные, показывающие изменчивость средних характеристик магнитной восприимчивости кимберлитов для 15 (без Накынского поля) кимберлитовых полей Якутии. Ее характер имеет отчетливый логнормальный вид. Слабомагнитные кимберлитовые поля встречаются весьма редко. Это обстоятельство позволяет рассматривать приведенные на рисунке данные в качестве неслучайной выборки кимберлитовых полей из всей генеральной совокупности таких полей в регионе.

В этом случае описанный факт низкой намагниченности кимберлитов Накынского поля находит четкое объяснение, какпервый представитель остаточной совокупности и из парадокса переходит в разряд прецедента.

Еще раз подчеркнем, что остаточная совокупность трубок, кустов и полей должна отличаться резко пониженными индикационными значениями главного индикационного параметра — в нашем случае — слабой и весьма слабой намагниченностью кимберлитов.

На рисунке 5 в той же совокупности из пятнадцати кимберлитовых полей Сибири разным цветом показаны поля различающиеся по уровню промышленной алмазоносности. Как видно из рисунка кимберлиты промышленно — алмазоносных полей характеризуются минимальными значениями намагниченности, кимберлиты полей поля, не содержащих известных месторождений — высокомагнитны.

Важно, что при этом наименее магнитны в среднем трубки Мирнинского поля, в котором доля промышленных месторождений от общего количества трубок составляет около 50%. В двух других — более магнитных полях она не превышает 5%.

Аналогичным образом могут быть рассмотрены данные о изменчивости концентраций в трубках пиропа, ильменита и других индикаторных минералов. Выводы из этих данных практически аналогичны полученным для петромагнитных характеристик трубок. На рисунке 6 показаны данные по корреляции магнитного момента и минералогической продуктивности для трубок Мирнинского поля. Как видно из рисунка эта корреляция имеет практически линейный характер, т.е. слабомагнитные диатремы характеризуются и пониженными концентрациями индикаторных минералов.

Приведенных данных представляется достаточно для констатации первого главного вывода или ответа на первый и второй, поставленные выше вопросы. Эти ответы могут быть сформулированы следующим образом:

Накынский прецедент не согласуется с правилом о высокой эффективности традиционных, хотя и современных геофизических технологий для поисков коммерчески ценных коренных месторождений алмазов (магнитометрия). Накынский прецедент разрушает это правило. Накынский прецедент четко, уверенно и практически однозначно свидетельствует о весьма низкой эффективности традиционной технологии магнитометрических поисков для обнаружения трубок и полей Накынского типа, т.е. весьма и весьма алмазоносных.

На примере Якутской кимберлитовой провинции можно утверждать, что кимберлитовые поля Накынского типа относятся к остаточной совокупности поисковых объектов, систематически пропускаемой при традиционных поисках. При этом для этой совокупности относительная доля общего количества коммерчески алмазоносных полей, кустов и трубок резко превышает долю ценных объектов в неслучайной выборке по магнитным свойствам из контрастных поисковых объектов.

Не останавливаясь в рамках настоящей работы на аргументации приведем некоторые данные о специфических индикационных характеристиках кимберлитовых тел высокого коммерческого уровня алмазоносности. Эти данные иллюстрируются рисунком 7. Здесь в двумерных координатах показана изменчивость главных компонент вещественного состава кимберлитов Сибири. Параллельно этим осям показана изменчивость индикационных параметров, используемых при поисках трубок.

На самом поле диаграммы показаны данные по конкретным трубкам. При этом особо выделены трубки с коммерческими концентрациями алмазов.

Что следует из приведенного графика? А из него следует, что из всей совокупности изученных кимберлитовых тел, промышленные, коммерчески ценные месторождения характеризуются не только пониженной намагниченностью, но и повышенными электрическими сопротивлениями. Оказывается неслучайным и тот факт, что все кимберлитовые тела в Якутии, обнаруженные электроразведочными методами оказались практически не алмазоносными. С другой стороны, повышенные концентрации шпинели, таких химических элементов, как бор, цинк, хром и никель характерны для коммерчески ценных диатрем. Другой важной особенностью ценных объектов, которая подтвердилась и при дальнейшем исследовании кимберлитов Накынского поля, оказалась повышенная насыщенность трубок сульфидами.

В таблице 1 приведены обобщенные данные по индикационным свойствам промышленно (коммерчески) алмазоносных трубок Якутии.

Таблица 1. Обобщенная петрофизическая модель коммерчески алмазоносных кимберлитовых трубок Якутской провинции

Наименование параметра единица Значение параметра
  измерения от до наиболее вероятное
Аномальная магнитная восприимчивость n*10-5 ед.СИ 20 200 50 -75
Фактор Кенигсбергера 0.1 2 0.3
Знак остаточного намагничения + +
Плотность г/см3 2,2 2.9 ?
Электрическое сопротивление омм 700-800 3000-5000 1000-2000
Поляризуемость % 2 8 3-4

Таким образом можно констатировать, что при высокой точности наблюдений и оптимизированных параметрах съемок метод (кроме модификации ВП) позволяет выделять преимущественно не алмазоносные трубки. С другой стороны, все эти же модификации уверенно выделяют линейные кимберлитовмещающие тектонические нарушения. Последнее зафиксировано и проведении работ в Архангельской области (рис.9). Модификация ВП на опытной стадии применения позволила выделить все изученные (8 трубок) коммерчески алмазоносные кимберлиты.

Гравиметрический метод поисков использовался в различных масштабах. Как метод прямых поисков трубок из-за низкой производительности использовался ограничено и чаще по сравнительно редкой сети. Обнаружена одна трубка (Славутич в Алакит-Мархинском поле). Трубка не алмазоносна. В результате применения метода в среднем и мелком масштабах после соответствующей обработки выделены кимберлитовмещающие тектонические нарушения, субизометричные аномалии совпадающие с границами кимберлитовых полей.

Сейсморазведочный метод использовался для выделения кимберлитовых трубок на закрытых территориях. Проведенные опытные работы на известных телах показали, что трубки могут выделяться в слоистой среде вмещающих пород специфическими аномалиями. Метод был реализован практически на всей территории Мирнинского кимберлитового поля.

В результате на изученной площади было выделено два типа аномальных объектов:

Аномалии “трубочного типа” в пределах участков с ненарушенным залеганием вмещающих пород. Все эти аномалии были вскрыты бурением и ни одна из них не оказалась кимберлитовой трубкой.

Линейные зоны тектонических нарушений, выделение аномалий “трубочного типа” в которых оказалось невозможным. Эти зоны совпадали в т.ч. и с известными кимберлитовмещающими структурами. Но фактически сейсморазведочным методом они оказались не опоискованными. Здесь сказалось отсутствие технологии выделения аномалий “трубочного типа” в зонах тектонических нарушений. Но, с другой стороны, этим методом удалось изучить кимберлитовмещающие тектонические нарушения и откартировать их по территории кимберлитового поля .

Важно подчеркнуть, что именно эти кимберлитовмещающие структуры были выделены ранее по данным наземной и аэро электроразведочных съемок.

Весьма интересной оказалась практика использования аэрогамма-спектрометрического метода. Первые опытные работы в благоприятных ландшафтно-гео-логических обстановках показали, что многие кимберлитовые тела выделяются на фоне вмещающих пород повышенными концентрациями тория и пониженными — для калия. Однако попытка вскрыть бурением несколько подобного типа радиогеохимических аномалий не принесла положительных результатов. От метода решили отказаться.

Однако новые проведенные съемки на эталонных полях и их геологическая интерпретация, выполненная по ландшафтно-геохимическому алгоритму показали, что методом картируются не сами трубки, а их вторичные геохимические ореолы (рис. 10). Оказалось понятным, почему бурение проведенное в эпицентре ореолов не привело к положительным результатам.

Выполненные по новой технологии опытные работы в пределах Мирнинского кимберлитового поля позволили получить карты радиогеохимических ореолов практически идентичные картам распределения минералов от кимберлитов (Рис. 11). Однако первые были получены за один сезон аэроработ, а предыдущие — за несколько десятилетий бурения и проходки горных выработок.

Проведенный краткий обзор опыта применения геофизических методов при поисках месторождений алмазов на приведенных и других примерах позволяет сделать следующие основные выводы.

Принципиально, особенно в условиях опытно-методических работ в благоприятных ландшафтно-геологических обстановках, те или иные аномальные эффекты в зоне кимберлитовых трубок могут быть намечены по большинству геофизических методов. Однако, ни один из этих методов не гарантирует с необходимой вероятностью (надежностью) непропуск всех кимберлитовых тел. Тем более тел с высоким коммерческим уровнем алмазоносности. И мало того. Существуют методы и модификации которые при практикуемом подходе отбирают из генеральной совокупности трубок только такие, которые в среднем характеризируются резко пониженной алмазоносностью.

Практически в каждом из использованных методов удалось выделить те или иные особенности региональной структуры измеренных полей, которые в той или иной форме указывают на закономерности размещения трубок (поисковые предпосылки), или на признаки трубок вблизи аномальных эффектов по методам (поисковые признаки).

Г. Оптимальные технологии обнаружения высокоценных малоконтрастных коренных месторождений алмазов.

Приведенные выше данные позволяют сформулировать и проиллюстрировать ответ на третий вопрос, обозначенный выше при описании Накынского прецедента, т.е. на вопрос о том, каковы могут быть оптимальные технологии для поисков месторождений, высоко алмазоносных и весьма слабоконтрастных.

Низкая контрастность отражения алмазоносных трубок в геофизических полях безусловно свидетельствует о необходимости проведения высокоточных работ. Это, первое, требование очевидно и в настоящее время выполняется для большинства методов.

Однако, низкий порог аномальности автоматически приводит к выделению сотен и тысяч аномалий, фактически удовлетворяющих формальному условию выделения. Исследование такого количества подобных сигналов требует громадных финансовых ресурсов и времени. Именно финансовые и временные ограничения требуют, чтобы количество выделенных аномалий измерялось десятками, а в лучшем случае единицами. И, именно финансовые ограничения повышают тот минимальный порог интенсивности, с которого выделяются аномалии для дальнейших исследований, а вовсе не низкая точность измерительных средств.

Тогда вторым требованием к рассматриваемой технологии, является требование о возможности такого отделения из всех измеренных аномальных эффектов перспективных аномалий, которое бы не приводило к необходимости повышения минимально-аномального уровня.

Не будем останавливаться на известных процедурах исследования и классификации аномалий, основанных на формальных признаках объектов типа кимберлитовых тел (деконволюция Эйлера и другие). Эти подходы хороши, как правило, для достаточно интенсивных аномалий, имеют свои плюсы и минусы. Не будем рассматривать и возможность получения аномальных эффектов от трубок путем использования нескольких методов. Приведенные выше данные показывают, что по крайней мере применительно к условиям России это неэффективно и ведет к большим финансовым потерям.

Для удовлетворения второго требования существует только один путь — это последовательное и обоснованное сокращение площадей на которых ведутся поиски. Именно последовательное и обоснованное. В России такие технологии принято называть стадийными технологиями поисков.

Специальное изучение схемы стадийной технологии применительно к поискам коренных месторождений алмазов позволило наметить подход, который сводится к последовательному выделению следующих промежуточных поисковых объектов, а точнее площадей и участков, перспективных на их обнаружение. Это кимберлитовое поле. Внутри его вероятного обрамления это куст кимберлитовых трубок. В пределах территории вероятного куста это локальные перспективные участки и геофизические аномалии. И, только в конце — это кимберлитовые трубки (Рис. 12 )

Тогда, установленные и описанные выше, аномальные эффекты геофизических полей, указывающие на закономерности распределения полей, кустов, участков и трубок, отражающие специфику внутренней организации поисковых объектов и являются главными факторами того алгоритма, который позволяет выполнить задачу локализации.

Необходимо подчеркнуть, что многие перспективные территории, изученные ранее геофизическими и другими методами не требуют новых работ. На этих территориях только необходимо провести соответствующую новую обработку и интерпретацию данных.

В общем виде и схематично реализация стадийной технологии поисков проводится по следующей схеме.

На первой стадии анализ имеющихся материалов мелкомасштабных съемок на тер-риториях размером в десятки тысяч км. кв. с целью выделения площа-дей перспективных на обнаружение кимберлитовых полей размеров в сотни- первые тысячи км. кв. Методы: аэромагнитометрия, аэро-гамма-спектрометрия. Предпосылки (критерии) выделения — регио-нальная аномалия специальной трансформанты магнитного поля. Признаки выделения — результаты ландшафтно-геологической редукции мелкомасштабных аэрогамма-спектрометрических данных.(Рис. 13).

На второй стадии работ материалы среднемасштабных исследований анализируются в пределах территорий перспективных на обнаружение полей трубок. Цель — участки перспективные на обнаружение кустов кимберлитовых тел (первые сотни км. кв.). Методы: аэроэлектроразведка, аэрогамма-спектрометрия, аэромагниторазведка. Предпосылки (критерии) выделения — малоконтрастные зоны активного динамического влияния кимберлитоконтроли-рующих разрывных нарушений (магниторазведка, электрораз-ведка — специальные трансфор-манты полей).

Признаки выделения — специализированные радиогео-химические ореолы кустов трубок в современных и древних осадочных коллекторах; отдель-ные локальные аномалии магнит-ного поля и электропроводности от наиболее контрастных трубок — объектов-индикаторов кустов (рис. 14).

На третьей стадии работ анализируются материалы или проводятся высокоточные, прецизионные аэросъемки комплексом методов масштаба 1:10 000 — 1: 5 000 с точностью привязки наблюдений на местности 2-3 м. Предпосылки (критерии) выделения — внутренние структуры тектонических нарушений. Признаки — локальные магнитные аномалии, аномалии электропроводности, радиогеохимические ореолы. Специальные трансформации с целью подавления шумов.

В конечном счете на этом этапе объектами поисков становятся не только аномалии, но и локальные перспективные участки, выделяемые по комплексу предпосылок и признаков.

Следующим этапом работ становятся заверочные и оценочные работы на локальных участках и аномалиях с задачей доизучения или выделения аномалий от трубок и их дальнейшей классификацией по вероятной связи с коммерчески ценным месторождением.

Описанная технология может быть охарактеризована как высоко экспрессная, достаточно надежная, предельно наукоемкая, и минимизированная по затратам. Такую технологию можно называть целевой геолого- аэрогеофизической технологией на алмазы.

При этом под целевой геолого — аэрогеофизической технологией на алмазы мы понимаем:

а) целевой выбор необходимой этапности (стадийности) работ, аэрогеофизических методов и модификаций, точности наблюдений, масштабов и высот съемок для различных этапов(при наличии таких данных, необходима специальная прединтерпретационная подготовка),

б) целевую методику обработки и представления информации, набор до-полнительных необходимых данных,

в) целевую технологическую схему общей и прогнозной интерпретации полученной информации.

Такая технология в настоящее время интенсивно внедряется в практику работ на алмазы в России, привела к обнаружению коммерческого месторождения, зафиксированного в воздухе аномалией в 3 нТл. Область целесообразного применения этой технологии: как территории изученных ранее алмазоносных полей, так и проблемные территории, где россыпные месторождения алмазов не обнаружили связи с коренными источниками (Многие районы Африки, Бразилия, Украина и др.).

Выводы

Накынское кимберлитовое поле, другие кусты кимберлитовых тел и отдельные трубки в известных кимберлитовых полях являются типичными представителями специфической особо ценной совокупности коренных месторождений алмазов, которая характеризуется, с одной стороны, именно высокой коммерческой ценность, а с другой — резко пониженной контрастностью индикационных параметров для прямого обнаружения. 
Можно предполагать, что именно задача обнаружения подобного типа поисковых объектов будет определять тактику и технологию поисков месторождений алмазов в 21 веке.

Эта технология, опираясь на знания о закономерностях размещения месторождений алмазов и факторах их отражения, прежде всего в физических полях должна быть нацелена на обоснованное выделение последовательно уменьшаемого вложенного ряда промежуточных поисковых объектов. Модели промежуточных объектов поисков для такого ряда разработана на основе аэрогеофизических методов.

Современные тенденции развития поисковых методов, опирающиеся на наиболее продвинутые наукоемкие технологии, позволяют утверждать, что основу алмазопоисковых работ в ближайшее время составят целевые геолого-аэрогеофизические технологии на алмазы. Их экспрессность, в совокупности с объективностью и большой емкостью получаемой информации позволят реализовывать максимальную надежность и эффективность работ как в пределах уже известных алмазоносных территорий, так и в новых алмазоперспективных регионах.

Уточнить стоимость

Оформить заявку