Радиоволновое просвечивание при поисках кимберлитов в Якутской алмазоносной провинции: На примере Накынского кимберлитового поля

Актуальность. Поиски кимберлитовых тел, перекрытых рыхлыми терригенно-осадочными породами и траппами в Якутской алмазоносной провинции были и остаются одной из самых актуальных и сложных задач для геологов и геофизиков. Перекрывающие отложения имеют, как правило, весьма изменчивые физические свойства, что при мощности, достигающей десятков метров, снижает эффективность наземных геофизических методов. Бурение скважин по густой сети требует значительных затрат и не всегда обеспечивает необходимую разрешающую способность.

В связи с этим становится весьма актуальным развитие методов, позволяющих проводить исследования непосредственно во вмещающих породах с использованием относительно редкой сети скважин. Одним из таких методов является радиоволновое просвечивание (РВП). Метод РВП основан на изучении прохождения радиоволн через массив горных пород между источником и приемником радиоволн. При этом участки горных пород или искомые геологические объекты, отличающиеся по электромагнитным свойствам, по-разному поглощают энергию электромагнитного поля.

Исследования методом РВП ведутся в Якутской алмазоносной провинции с 1972 года. Долгое время эти исследования, проводившиеся под руководством А. Д. Петровского (ЦНИГРИ), носили характер научно-исследовательских и опытных работ. В этот период были разработаны основы методики полевых работ и интерпретации, совершенствовалась аппаратура, накапливался материал о радиоволновых свойствах горных пород региона. Однако только в начале 90-х годов, после того, как благодаря РВП были найдены кимберлитовые трубки, метод начал завоевывать должное место в геологоразведочном комплексе. Сначала он нашел широкое применение в Алакит-Мархинском кимберлитовом поле, а теперь, при непосредственном участии автора, — в Накынском поле. Геоэлектрические условия Мало-Ботуобинского района пока не позволяют достичь большой дальности просвечивания и применять метод по редкой сети скважин, тем не менее, здесь также нашлось место для РВП при исследовании относительно небольших перспективных участков.

Несмотря на долгую историю применения РВП в Якутской алмазоносной провинции, этой теме посвящено крайне мало работ, особенно в опубликованной литературе.

Разнообразие задач и геоэлектрических условий требует индивидуального подхода к каждой конкретной ситуации, но основанного, в то же время, на анализе накопленного достаточно большого опыта работы на различных территориях. Поэтому автор, имея целью в представленной работе рассмотреть главным образом Накынское кимберлитовое поле, счел необходимым привести основные результаты, полученные им в других районах Якутской алмазоносной провинции.

Целью исследований является создание аппаратурно-методического комплекса радиоволновых исследований, предназначенного для поисков кимберлитовых тел в геоэлектрических условиях Накынского поля.

Основные задачи настоящей работы сводятся к следующим:

1. Анализ эффективности применения метода РВП в различных геоэлектрических условиях Якутской алмазоносной провинции, при различных методических подходах и аппаратурной базе.

2. Совершенствование аппаратурного комплекса, методики, приемов и способов интерпретации данных РВП.

3. Определение радиоволновых и геоэлектрических условий Накынского поля и разработка на их основе оптимальной методики РВП.

4. Построение радиоволновой и геоэлектрической моделей верхней части разреза Накынского кимберлитового поля как основы для совершенствования методики полевых работ и интерпретации исследований методом РВП.

Новизна. Впервые построена геоэлектрическая модель верхней части разреза Накынского кимберлитового поля, включающая различные геологические образования: тектонические нарушения, зоны развития карста, кимберлитовые тела. Детально изучены методом РВП сами кимберлитовые трубки и околотрубочное пространство.

Использование новых методик и современной компьютерной технологии позволило рассчитать и построить по полученным данным карты и разрезы эффективного электрического сопротивления и эффективной диэлектрической проницаемости. Значения этих параметров хорошо увязываются с литологическим составом и физическим состоянием пород, что в свою очередь позволяет с помощью названных карт и разрезов решать задачи геологического картирования.

Практическая ценность. Разработана и реализована на практике методика проведения полевых работ и обработки данных РВП в новом алмазоносном районе Якутской кимберлитовой провинции. Внедрен в производство геологоразведочных работ новый тип аппаратуры радиоволнового просвечивания РПД-2с.

Фактический материал. В работе использованы материалы ЦНИГРИ, Амакинской и Ботуобинской геологоразведочных экспедиций АК «AJ1POCA», а также материалы, полученные автором в период работы в ЯНИГП ЦНИГРИ АК «АЛРОСА» .

Апробация работы. Отдельные положения работы обсуждались на Ученых советах ЯНИГП ЦНИГРИ, научно-технических советах Амакинской и Ботуобинской экспедиций при защите отчетов о производственных, научно-исследовательских и опытно-методических работах. Основные результаты исследований и методика работ докладывались на конференции молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Восточной Сибири (Иркутск, 1986), научно-практическом совещании «Актуальные проблемы региональной геологии Сибири (стратиграфия, тектоника, палеогеография, минерагения) (Новосибирск, 1992), международной конференции, организованной российско-канадским объединенным предприятием DRS-WGaM Limited (Мирный, 1993), научно-практической конференции, посвященной 30-летию ЯНИГП ЦНИГРИ «Геология, закономерности размещения, методы прогнозирования и поисков месторождений алмазов» (Мирный, 1998), научно-практической конференции «Прогнозирование и поиски коренных алмазных месторождений» (Симферополь, 1999).

Объем и структура работы. Работа выполнена в период с 1985 по 1999 годы в ЯНИГП ЦНИГРИ под научным руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Н. Н. Зинчука, за что автор выражает ему глубокую признательность.

Диссертация, объемом 116 страниц машинописного текста, состоит из 3 глав, введения и заключениясодержит 7 таблиц, 44 иллюстрации и библиографию из 64 наименований.

В своих исследованиях автор опирался на помощь и советы сотрудников ЯНИГП ЦНИГРИ к.г.-м.н. Н. Н. Романова, к.г.-м.н. А. В. Манакова, к.г.-м.н. В. П. Серенко, Р. З. Файрузова, В. А. Ванчугова, Ю. В. Утюпина, В. Л. Кислова, В. Н. Новопашина, Е. Н. Малышевой, А. А. Валуева.

За помощь в организации полевых работ и обработке материалов автор благодарен С. Г. Мишенину, С. В. Слесаревич (АмГРЭ), Черному С. Д., Парасотке Б. С., А. В. Артемову, В. А. Матросову, П. И. Задояному, С. И. Боланевой, С. М. Сибагатуллину (БГРЭ).

В ходе выполнения работы автор консультировался у д.г.-м.н. А. Д. Петровского, к.т.н. А. Т. Бондаренко, А. С. Фролова, Ю. Д. Ковалева (ЦНИГРИ), к.т.н. А. В. Харитонова (МТУСИ), к.т.н Истратова В. А. (ТОО «Радионда»), С. Д. Черного, Б. С. Парасотки (БГРЭ), д.г.-м.н. В. А. Цыганова, к.г.- м.н. А. В. Герасимчука, М. Н. Гарата (ЯНИГП ЦНИГРИ), за что автор выражает им глубокую благодарность.

Автор благодарен сотрудникам ЯНИГП ЦНИГРИ за помощь в оформлении работы.

Защищаемые положения. В работе выдвигаются следующие защищаемые положения:

1. Разработанная на основе анализа и учета геоэлектрических условий Якутской алмазоносной провинции методика РВП обеспечивает эффективное исследование околоскважинного и межскважинного пространства по сети скважин вплоть до 500×500 метров. Предложенные методические приемы обработки данных РВП повышают геологическую эффективность интерпретации.

2. Околотрубочные изменения вносят существенный вклад в формирование аномального электромагнитного поля и, увеличивая в целом размеры поискового объекта, значительно расширяют поисковые возможности метода РВП.

3. Разработка геоэлектрических моделей основных геологических образований Накынского поля — кимберлитовых тел, зон разломов, карста и околотрубочного пространства, как отдельного геологического объекта, позволяет идентифицировать их по данным радиоволнового просвечивания, проводить разбраковку аномалий, что существенно повышает надежность и полноту геологической интерпретации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе проведенных исследований на основе анализа эффективности РВП в различных геоэлектрических условиях Якутской алмазоносной провинции и, в частности, в Накынском кимберлитовом поле получены следующие основные результаты:

1. Разработаны принципы выбора методики полевых работ и интерпретации полученных материалов, которые позволяют повысить информативность и эффективность метода радиоволнового просвечивания при поисках кимберлитовых тел. Ключевые моменты методики — это выбор сети буровых скважин и частоты наблюдений, увязанных с радиоволновыми параметрами поисковой модели и характером решаемой геологической задачи, выбор наиболее информативных интерпретационных параметров, способа их расчета и представления в отчетных материалах.

При интерпретации данных межскважинных наблюдений разработанная методика позволяет получать карты, разрезы или объемные модели распределения проводимости, электрического сопротивления и коэффициента поглощения. Эти материалы легко читаемы и позволяют проследить геологические объекты в межскважинном пространстве по площади и на глубину, обнаружить изменения свойств вмещающих горных пород, связанные с геологическими объектами в том числе — с кимберлитовыми трубками. Безусловно, выделяются и сами кимберлитовые трубки, как правило, пониженными значениями электрического сопротивления.

Предлагаемая методика односкважинного радиоволнового просвечивания позволяет определять эффективные электромагнитные свойства пород изучаемого разреза: электрическое сопротивление (проводимость) и диэлектрическую проницаемость.

2. Установленные особенности геоэлектрических моделей кимберлитовых трубок, тектонических нарушений и зон развития карста позволяют идентифицировать эти геологические тела по данным радиоволнового просвечивания. Главное отличие кимберлитовых трубок от других геологических объектов Накынского поля заключается в том, что их верхняя часть имеет низкую электрическую проводимость, которая с глубиной возрастает. Зона разлома или карст напротив наиболее высокой электрической проводимостью характеризуются в верхней части разреза. Кроме этого, кимберлитовые трубки сопровождаются зонами околотрубочных изменений вмещающих пород.

3. Методом РВП фиксируются зоны измененных вмещающих пород, окружающих кимберлитовые трубки, и характеризующиеся возрастанием коэффициента поглощения радиоволн и электрической проводимости. В случаях, когда свойства кимберлита и вмещающих пород близки, именно зоны околотрубочных изменений вносят основной вклад в формирование аномального электромагнитного поля. Околотрубочные зоны увеличивают размеры объекта поисков в несколько раз, что наряду с возможностью их фиксации радиоволновым просвечиванием значительно повышает поисковые возможности метода.

4. Разработан и внедрен в производство аппаратурно-методический комплекс радиоволнового просвечивания для геоэлектрических условий нового алмазоносного района Якутской алмазоносной провинцииНакынского кимберлитового поля, включающий аппаратуру нового типа РПД-2с, методику полевых работ при межскважинных и односкважинных наблюдениях, обработку и интерпретацию полученных материалов.