Минералогические карты

В результате минералогического картирования составляется серия частных минералогических карт и обобщающая комплексная минералогическая карта. Типы минералогических карт настолько разнообразны, насколько разнообразны цели и объекты картирования. Мы остановимся лишь на главнейших типах карт.

Карта фактического материала содержит нанесенные на геологическую или топографическую основу полевые минералогические маршруты, положение точек наблюдения, расположение горных выработок и скважин, места отбора различных проб, некоторые элементы минералогической информации (находки экзотических минералов, распространение главнейших минеральных комплексов и т. п.).

Карта топотипов более низкого ранга, чем объект картирования, представляет собой объединенные карту минералогического районирования и карту минеральных полей; на ней отражены границы минералогических провинций, субпровинций,

районов, зон, области распространения минеральных комплексов.

Карта (или карты) минеральных ассоциаций, построенная на основе парагенетического анализа для каждого минерального комплекса или группы комплексов.

Поминеральные карты, отражающие распространение отдельных минералов по площади объекта картирования.

Карты типоморфизма минералов, на которых показывается изменчивость в пространстве конституционных особенностей и свойств минералов, отражаются типоморфные и генетико-информационные особенности, некоторые генетические данные.

Карты информационной энтропии, построенные путем «сжатия» разнородной минералогической информации и приведения ее к единой информационной мере [60]; они отражают суммарную сложность минералогической структуры объекта картирования и раскрывают его генетическую неоднородность, так как информационная энтропия является функцией развития.

Карты-врезки (комплексные и специальные) отдельных участков детализации, отдельных минеральных тел, выполненные в более крупных масштабах, и обзорная минералогическая карта более мелкого масштаба.

Генеральная комплексная минералогическая карта, суммирующая в обобщенном виде всю топоминералогическую информацию и отражающая общие закономерности распределения минералов и эволюцию процессов минералообразоваиия (опыт показывает, что наибольшую трудность при генерализации топоминералогичсских данных представляет определение такого уровня обобщения, при котором были бы обеспечены и минимальные потери информации и читаемость карты).

Интерпретационные минералогические карты, отражающие определенные топоминералогнческие закономерности, которые вскрываются в результате анализа частных, специальных и комплексных минералогических карт (минералогическая зональность, аномалии, фации метаморфизма и т. п.), или показывающие изменение условий минералообразоваиия в различное время, т. е. раскрывающие любые следствия, вытекающие из результатов минералогического картирования.

Прогнозные карты, предсказывающие на основе результатов минералогического картирования и установленных топоминералогических закономерностей не наблюдаемые, но вероятные объекты и явления и определяющие их возможное пространственное положение (к этой категории относятся и прогнозные карты полезных ископаемых).

В основу методики и техники составления минералогических карт положены принципы, которыми определяется содержание геологических карт [7, 39].

На разреженной до максимально возможной степени топографической основе цветом или крапом отражается распространение минеральных комплексов и других, непрерывных элементов картирования, линиями-—положение границ минералогических полей и линейных минералогических элементов. Дискретные элементы обозначаются точечными условными’ знаками, если они не разрешаются масштабом карты, или отрисовываются их собственные контуры, если это позволяет масштаб карты. Каким-то образом (цветом, штриховкой, знаками) показывается возрастное соотношение различных элементов. Цифрами в абсолютных или относительных величинах дается количественная оценка картируемых объектов или явлений, а изолиниями может быть показано пространственное изменение некоторых наиболее важных характеристик. Дополнительными контурными линиями или наложенным крапом, штриховкой можно показать и некоторые результаты обработки топоминералогических наблюдений, и прогнозные данные: минералогическую зональность, структуру палеотемпературных полей, перспективные на определенные виды минерального сырья площади и т. п.

Содержание и структура минералогических карт определяются четырьмя главными факторами: 1) общей целью минералогического картирования; 2) особенностями минералогической структуры объекта картирования и степенью его сложности; 3) степенью обнаженности региона, плотностью горных выработок и скважин, детальностью полевых наблюдений; 4) масштабом минералогической карты.

При создании минералогических карт, к сожалению, пока почти не используются немасштабные построения, за исключением детализацйонных карт-врезок. Немасштабные топологические схемы, позволяющие наилучшим образом подчеркнуть выявленную закономерность, должны стать таким же обязательным элементом минералогической карты, как ее легенда. Весьма перспективным считается использование графов — топологических схем, фиксирующих все связи объектов. Примером их являются ряды минералов с указанием генетических связей между ними, т. е. простые списки минералов замещаются частично упорядоченными множествами. Эта тенденция находит отражение и при составлении диаграмм последовательности кристаллизации минералов (см. рис. 24, 29). Перспективность использованияориентированных графов при минералогическом картировании особенно убедительно показана Г. Н. Вертушковым [6].

Одной из актуальнейших проблем развития топоминералогических исследований является стандартизация минералогической съемки и минералогического картирования, создание кодекса соответствующих инструкций.

Анализ пространственных минералогических закономерностей

Одним из требований, предъявляемых к минералогическим картам, является наглядное отражение общих закономерностей изменения пространственной .минералогической структуры объекта картирования. Как правило, карты отвечают этому требованию, однако не всегда пространственная минералогическая изменчивость вырисовывается явно и сама но себе. Для ее раскрытия требуются специальные приемы, специальные методы анализа.

Наиболее простой и широко применяемый путь отражения на карте пространственной минералогической структуры объекта картирования — это картирование минералогической зональности. Оно осуществляется прослеживанием и оконтурнваиием полей однородных совокупностей признаков. Если поля закономерно сменяют друг друга в пространстве, то они трактуются как зоны и соответствующим образом выделяются на карте. Чаще всего зональность выделяется по полям распространения различных минералов или по ассоциациям минералов (например, баритовая, флюоритовая, галснит-сфалеритовая зоны и т. п.). Иногда фиксируется зональное изменение структуры, состава и каких-то свойств минералов (рис. 49).

При топоминералогических исследованиях имеют дело с зональностью различных масштабов: от зональности отдельных минеральных индивидов и их агрегатов (микротопоанатомия) до минералогической зональности планетарного масштаба. В крупном масштабе для небольших тел или участков тел отрисовывается зональное распределение почти каждого минерала. При крупномасштабном картировании крупных минеральных тел предпочтение отдается нанесению на карту зон распространения различных типов минеральных агрегатов, хотя это не исключает и показа отдельных минералов. В пределах полей месторождений полезных ископаемых зональность вырисовывается либо по изменению минерального состава руд и пород (рис. 50), либо по проявлению различных этапов развития рудной или нерудной минерализации (рис. 51). На мелкомасштабных картах обычно показывается зональное распределение минеральных комплексов, формаций, ассоциаций, парагенезисов.

Минералогические зоны только в идеализированном виде представляются гомогенными. Они, как правило, внутренне неоднородны, и любой признак, принятый за главный при выделении зон (наличие определенного минерала, его содержание и т. п.), закономерно изменяется в пределах зоны. Более того, само выделение зон осуществляется нередко не по исчезновению или появлению того или иного признака, а по изменению его количественной характеристики (например, по • количественным соотношениям ряда минералов). Поэтому важное значение при

Рис. 50. Минералогическая карта горизонта молибденового рудника Урад, показывающая взаимоотношение зон гидротермальной переработки с контуром рудного тела и телами магматических пород. По С. В. Элледжу.

1 — порфиры; 2 — риолнтовые порфпры; 3 — кварцевые порфиры; 4 — брекчия, сцементированная кварцевым порфиром; 5 — контур молибденовой минерализации >0,20 % Мо 5г;

— границы минеральных зон гидротермальной переработки; 7 — разломы; Р еу — докембрийские граниты

Рис. 51. Схема горизонтальной зональности месторождения Караобинского. По Е. А. Денисенко.

Зоны развития минерализации: 1 — молибденовой (I этапа); 2, 3, 4— соответственно вольфрамовой, олово-висмут-редкометалъной и молибденовой (111 этапа), 5 — вольфрамовой (IV этапа)

создании минералогических карт и их использовании имеет анализ пространственной изменчивости минералогических характеристик. Он обычно выполняется графическими или аналитическими методами [37].

Графические методы описания минералогической изменчивости наиболее популярны среди минералогов. Особенно широко применяется топографический метод, смысл которого заключается в том, что точки с одинаковыми значениями изучаемого признака (или вероятные положения этих точек, установленные экстраполяцией или интерполяцией) соединяются на карте изолиниями, совокупность которых отражает неоднородность картируемого объекта по данному признаку. Таким способом строятся системы изоконцентраций отдельных минералов, изобары и изотермы условий минералообразования, определенные с помощью минералогических термометров и барометров и др. Топографический метод наиболее прост и нагляден, но в условиях крайней изменчивости исследуемого признака, особенно сопровождающейся прерывистостью, его применение весьма затруднительно. В этих случаях приходится как-то искусственно «сглаживать» изменчивость и сосредоточивать внимание на выявлении тенденций пространственного изменения [37, 45}.

Аналитические методы исследования минералогической изменчивости заключаются в выводе функций, наиболее удовлетворительно описывающих эту изменчивость. Аналитические функции в графическом виде выносятся на карты. Это могут быть системы уравнений изменчивости исследуемого признака в пространстве или системы уравнений «рельефа» изоповерхностей (изоконцентраций, изохор, изотерм и т. п.).

Очень перспективен для пространственно-минералогических построений метод трендов, который эффективно опробовался большим числом специалистов-мииералогов в различных условиях. Поверхности тренда представляют собой модели изменчивости минералогических характеристик, построенные на анализе регрессии путем нелинейной интерполяции с учетом дисперсии признака. Поверхность тренда не проходит через точки определенных значений признака, а сглаживает изменчивость; по сути Дела, она сама задается уравнением. Сила тренда характеризует степень приближения поверхности тренда к реальной картине изменения признака. Для поверхностей различной формы (т. е. для трендов разного порядка) сила связи, естественно, будет неодинаковой. Важное достоинство тренд-анализа — это нивелирование «скачков» в изменении признаков, установление общих тенденций изменчивости и, следовательно, большие прогностические возможности.

Тренд-анализ применялся автором совместно с М. А. Урасиным, например, для изучения закономерностей распределения полезных минералов в рудных залежах Шорсуйского серного месторождения, которые сформированы в результате метасома

Рис. 52. Тренды изменения содержаний серы (слева) и продуктивности месторождения.

а — изолинии концентрации серы (%) и продуктивности (густота крапа отражает 4-го порядка (цифры — значения изолинии тренда). Точками указаны линии

относительную величину продуктивности); б —тренды 1-го порядка; в — тренды опробования.

тического замещения сульфатных пород серой и парагенным*! ей минералами. Залежи имеют форму неправильных линз, согласных с вмещающими породами и имеющих крутое (около 60°) падение. Распределение самородной серы и других эпигенетических минералов весьма неравномерно, и анализ изоконцентраций минералов не раскрывает отчетливо каких-либо пространственных закономерностей (рис. 52, а). То же относится и к мощности, и к продуктивности залежей. Для выявления тенденций пространственной изменчивости каждого из этих показателей (содержание минералов, продуктивность, мощность) во всех залежах месторождения были выведены уравнения и построены поверхности тренда от 1-го до 5-го порядков. Наиболее удовлетворительными оказались тренды 4-го порядка, сила которых для разных показателей и разных залежей варьирует от 33 до 64 %, в то время как сила трендов 1-го порядка очень низка (6—10%) и только в отдельных случаях достигает 36%. Однако все тренды, даже очень слабые, отчетливо вырисовывают единую пространственно-минералогическую закономерность — горизонтальную зональность минерализации и постепенное снижение как содержания самородной серы, так и продуктивности минерализации от земной поверхности на глубину. Эта зональность несколько искажается склонением вектора максимальной изменчивости на восток, что связано с влиянием диагонального сбросо-сдвига н опережающих его нарушений, игравших активную роль в минералообразованиш Особенно четко эта тенденция проявляется в строении залежи «к», локализованной в известняках (рис. 52, б, е). Минералогическая структура серных залежей, описываемая поверхностями тренда, отражает топологию минералообразующего процесса: самородная сера кристаллизуется в результате взаимодействия поступающего с глубины и по дизъюнктивным нарушениям сероводорода совместно с хлоридными щелочноземельно-натриевыми рассолами («нефтяными» водами) и кислорода, инфильтрующегося с поверхностными водами. Изолинии поверхностей тренда вырисовывают динамическую картину смещения этих двух геохимических систем н топографируют условия, в которых протекает окислительная реакция 2Н25 + 02 = Б2+2Н20, реализующаяся при участии тионовокислых бактерий.

На рис. 53, по данным В. Л. Лось и М. Д. Исаева, показаны тренды, отражающие степень гидротермального изменения среднедевонскнх пород в пределах Лениногорского грабена на Алтае, выраженную в относительных показателях М и М’. Показатель М определяет интенсивность гидротермального выщелачивания в фиксированной части разреза:

П

Рис. 53. Карта тренда 7-го порядка распределения величин М и М’ для площади Лениногорского грабена:

1—изолинии Л1; ? — изолиния — И’; 3 — рудные залежи; 4 — линии тектонических нарушений

где — стандартная степень изменения, балл; т,— мощность гидротермального изменения пород /-й степени интенсивности; т — мощность фиксированной части разреза. Показатель М оценивает предрасположенность той или иной породы к изменению путем введения поправочного коэффициента Ь, характеризующего отношение интенсивности среднего изменения данной породы к интенсивности изменения всех пород:

т ’

*. У

где Ьз — поправочный коэффициент для /-й породы; т,, ,• — мощность гидротермального изменения пород £-й степени интенсивности по /-й породе. Тренд-анализ подтверждает взаимосвязь полиметаллической минерализации и гидротермального изменения: максимум интенсивности гидротермального выщелачивания совпадает с полем известного Риддер-Соколыюго месторождения. Этот подход можно рекомендовать для прогнозирования полиметаллической минерализации.

Очень важные прогнозные данные были получены при обработке результатов объемного минералогического картирования с помощью тренд-анализа, выполненного Б. В. Чесноковым [58] в Березовском районе (см. гл. X).

Приведенные примеры показывают, что методом тренда можно и целесообразно анализировать не только пространственные изменения наблюдаемых или измеряемых в процессе минералогического картирования показателей, но и «привязан

ные» пространственно результаты предварительной обработки этих показателей в соответствии с какой-то гипотезой, результаты их вещественной или генетической интерпретации.

Большой теоретический и практический интерес могут представить карты энтропийных трендов, так как информационная энтропия, о которой уже неоднократно говорилось, наиболее обобщенно выражает генетическую природу характеризуемых ею объектов и тенденция изменении энтропии в пространстве раскрывает наиболее общие (и, очевидно, наиболее важные) черты эволюции минералообразования.

Пространственная трансформация в виде трендов результатов факторного анализа минералогических данных позволяет проследить по минералогической карте действие главнейших факторов, определяющих ту или иную минералогическую изменчивость. Как показал опыт такого анализа, выполненного по типоморфным особенностям сфалеритов Пайхонско-Южноновоземельской провинции [61], удается довольно надежно реставрировать термодинамическую обстановку и химизм минералообразующей среды и выделять генетически различные минералогические объекты.

Мы смогли здесь остановиться лишь на общих принципах анализа пространственной минералогической изменчивости и охарактеризовали только наиболее эффективные и испытанные методы анализа. Конечно, ими не ограничиваются возможности и перспективы пространственной графоаналитической обработки и интерпретации результатов минералогического картирования. В этом отношении может оказаться полезным опыт региональной и поисковой геохимии, где давно и плодотворно применяют математический аппарат для построения и описания геохимических полей и аномалий. Правда, здесь мы имеем дело с естественными ограничениями, связанными со значительно большей сложностью минералогических объектов по сравнению с геохимическими и большей трудностью решаемых в процессе минералогического картирования задач.

Автоматизация процессов составления и анализа минералогических карт

Разрабатывая методику минералогического картирования (а именно эта проблема — одна из наиболее актуальных в современной топомпнералогической методологии и наиболее энергично прорабатывается), нельзя не учитывать близкую перспективу неизбежной автоматизации наиболее трудоемких этапов, а может быть, и всего процесса обработки топоминералогической информации, составления минералогических карт и их анализа с применением ЭВМ и специальной аппаратуры. Только такой путь обеспечит широкое и эффективное внедрение минералогпческого картирования в геологосъемочную и поисковоразведочную практику.

Нам неизвестны удачные попытки автоматизации главнейших операций в области минералогического картирования, но в геологическом и геохимическом картировании и в металлогенических исследованиях достигнут довольно серьезный прогресс в создании автоматических систем на базе ЭВМ. Разработаны довольно надежные системы автоматического составления многоцветных геологических карт крупных масштабов с погрешностью в проведении границ не более 0,25 мм. В ряде стран, например в Канаде, машинная обработка составляет значительный объем в процессе картирования и осуществляется по единой системе [27]. В ряде геологических организаций СССР, например во Всесоюзном производственном объединении (ВПО) «Аэрогеология», приняты и используются ведомственные системы обработки данных геокартирования. Существуют действующие фактографические информационно-поисковые системы мииералого-геохнмическнх данных, например, во ВСЕГЕИ. Они используются для составления геохимических и прогнозно-металлогенических карт.

Для перехода на автоматические системы обработки топоминералогических данных необходимо обеспечение двух условий. Первое — это разработка самой системы накопления, обработки и картирования данных на базе ЭВМ с достаточно большой памятью и операциональными возможностями, разработка логики решения и программ решения комплексных и частных топоминералогических задач. Второе —это соответствующая реорганизация методики и техники полевых минералогических исследований, максимальное упорядочение сбора данных в систему, наиболее полную и наиболее приспособленную для машинной обработки. Имеется в виду унификация комплекса наблюдаемых признаков, создание единой системы их обозначения, привязки полевых наблюдений к единой системе координат, обеспечение площадной равномерности наблюдений и т. д. Однако при этом ни в коем случае нельзя принимать за основу требования машинной системы обработки или увлечься формализацией исходных данных в ущерб сбору минералогической информации. Наоборот, система обработки должна приспосабливаться к методике полевых минералогических исследований, определяемой в первую очередь требованием полноты сбора и достоверности минералогической информации.

Довольно эффективная и оперативно действующая система минералогического картирования может быть создана и без ЭВМ, на базе перфокарт ручной или машинной сортировки (с краевой перфорацией или просветных, или тех и других). Методика работы с перфокартами довольно проста, многие операции можно проводить прямо в поле, имеется и достаточно большой опыт применения перфокарт в геокартировании.

Основу автоматической системы минералогического картирования составляет банк данных, содержащий полную минералогическую информацию по каждой точке наблюдения, пространственно фиксированной системой координат. Данные хранятся во внешней памяти ЭВМ иа магнитной ленте или машинных перфокартах (перфолентах). Система должна работать в режиме постоянного пополнения и корректировки данных. Библиотека программных модулей должна обеспечивать необходимость математической обработки результатов наблюдений и лабораторных исследований: получение статистических характеристик, корреляционный, факторный, дискриминантный, кластерный анализы, тренд-анализ, решение задач, прогнозирования и др.

По специальным программам машина в любой момент распечатает с помощью электрических машинок типа ЭУМ, «Консул», быстродействующих и алфавитно-цифровых устройств АЦПУ, графопостроителей или каким-то другим образом любой запрашиваемый набор карт, а также необходимые тексты, таблицы.

Очевидно, в дальнейшем машине будут передаваться и функции по созданию наиболее оптимальной легенды, учитывающей специфику объекта и цель минералогического картирования. По этой легенде и будут печататься карты. Дополнительно можно вызвать любую детализацию по отдельным участкам или точкам наблюдений или, наоборот, увеличить степень обобщения данных.

Автоматические системы имеют исключительно важное значение для решения различного рода прогнозных задач, особенно для прогнозирования месторождений полезных ископаемых. Только с помощью ЭВМ можно одновременно анализировать сотни признаков во многих тысячах элементарных пространственных ячеек, с тем, чтобы установить индикаторную роль признаков и определить суммарную перспективность каждой прогнозной ячейки, а потом синтезировать все результаты прогнозного анализа и представить графически в виде комплекта прогнозных карт.

В последнее время не только в теоретическом, но и в практическом аспекте ставится проблехма автоматического чтения и анализа карт, которым визуальный анализ во многом уступает, так как он носит качественный и субъективный характер. Автоматический анализ может осуществляться с помощью оптических анализаторов и ЭВМ. Считывание информации с карты проводится ее сплошным или несколько разряженным сканированием; сканограммы — главный источник информации, поступающей в ЭВМ для обработки, которая может проводиться одновременно со сканированием. Алгоритмы анализа карт определяются типом карты и целью анализа. Они могут предусматривать изучение площадей различных минералогических полей, подсчет распределения полей и дискретных элементов картирования, установление степени минералогической упорядоченности, анизотропии, изучение границ, линейных элементов, трансформацию поверхностных карт методами экстраполяции в глубинные и т. п.

Перспективы автоматизации минералогического картирования определяются не только решением методических проблем, но и возможностями технического обеспечения. Здесь намечаются два пути. Первый — выход на существующие вычислительные центры, имеющие машины с достаточно большой оперативной памятью. Второй — создание автоматического комплекса в самих минералогических структурных единицах, ведущих большой объем минералогического картирования на базе мини-ЭВМ, микро-ЭВМ с накоплением данных во внешней памяти, с системой вводных и выходных устройств, включая дисплей, графопостроители, ЦПУ и др. Второй путь, очевидно, предпочтительнее, так как он позволяет обеспечить переход от эпизодической автоматизации к универсальной автоматической системе картирования. В этих условиях легче подготовить специалистов по автоматическому картированию и собрать наиболее оптимальный комплекс аппаратуры.

Минералогическое картирование, как мы уже неоднократно подчеркивали, находится в настоящее время в стадии методической разработки, осуществляемой весьма интенсивно и широко различными коллективами. Уже изложение здесь предварительных результатов свидетельствует о возможностях этого метода стать одним из наиболее эффективных при изучении геологических регионов, особенно рудоносных. Очевидно, что наиболее рациональный путь его применения—это комплексированнс с геохимическим, геологическим и другими видами картирования.

Материал взят из книги Топоминералогия (Николай Павлович Юшкин)