Картирование гидротермально-метасоматических изменений для прогнозирования золоторудной минерализации на основе обработки набора данных космического аппарата дистанционного зондирования земли Landsat 8 для территории восточного склона Полярного Урала
- Авторы: Иванова Ю.Н.1,2
-
Учреждения:
- Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук
- Российский университет дружбы народов
- Выпуск: № 1 (2025)
- Страницы: 39-53
- Раздел: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕ
- URL: https://journals.eco-vector.com/0205-9614/article/view/685843
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0205961425010041
- EDN: https://elibrary.ru/DHTMEV
- ID: 685843
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Впервые по материалам космической съемки космического аппарата дистанционного зондирования Земли Landsat 8 выполнено картирование гидротермально-метасоматических изменений для территорий восточного склона Полярного Урала, перспективных на выявление золоторудной минерализации (с севера на юг): Щучьинская зона (Юньягинское месторождение), Тоупугол-Ханмейшорский рудный район (месторождения Новогоднее-Монто и Петропавловское) и центральная часть Малоуральской зоны (Манюкую-Ворчатинский рудный узел). Исследование проведено с целью выявления схожих закономерностей в распределении гидротермально-метасоматических изменений для разработки прогнозно-поискового критерия (вещественного) на золоторудный тип минерализации. Таким образом, было установлено, что на перспективных на золоторудную минерализацию площадях для восточного склона Полярного Урала должны быть локализованы интрузии основного состава, с которыми генетически связана золоторудная минерализация, и проявлены метасоматические ореолы значительной площади (более 30 км2) с повышенными значениями индексов оксида железа (III) и оксида железа (II), и в меньшей степени – оксиды и гидроксиды железа (лимонит), а также гидроксил-(Al-OH, Mg-OH) и карбонат-содержащие минералы.
Полный текст
Введение
Спектральные методы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в практике геологоразведочных работ стали применяться в 1970-х годах благодаря внедрению многоспектральных фотографий земной поверхности. Сегодня подобные методы широко используется наряду с традиционными (геологическими, геофизическими, геохимическими и др.) для прогнозирования различных типов рудной минерализации (di Tommaso, Rubinstein 2007; Zhang et al. 2007; Pour, Hashim, 2011; Amer et al., 2012).
В последнее время Арктика привлекает большое внимания научных кругов по всему миру, и все больше научных миссий нацелены на этот регион из-за огромных и разнообразных запасов полезных ископаемых (ПИ), которые все еще плохо изучены.
Решение многих специфических задач в Арктике, включая прогнозирование залежей руды, также может быть решено с помощью космических технологий, обеспечивающих множество преимуществ для исследовательских и опытно-конструкторских проектов на этой площади, позволяющих проводить широкомасштабные и относительно рентабельные наблюдения и сбор данных в регионе с ограниченной наземной инфраструктурой (Bohlmanna, Koller, 2020).
В настоящее время в специализированных журналах и книгах, посвященных ДЗЗ, очень мало работ по теме прогнозирования рудной минерализации и картированию гидротермально-метасоматических изменений на арктической территории (например, Pour, Hashim, 2012; Graham et al., 2017; Иванова и др., 2022, 2023 и др.).
В данной статье представляются результаты картирования гидротермально-метасоматических изменений по данным мультиспектральных спутниковых изображений с космического аппарата (КА) ДЗЗ Landsat 8 для территорий восточной части Полярного Урала, входящих в Российскую часть Арктики. Это исследование поможет выявить вещественный прогнозно-поисковый критерий для золоторудной минерализации, который может быть использован в качестве вспомогательного средства для разведки ПИ в других районах Полярного Урала и северных широтах.
Выбраны следующие площади (с севера на юг): Щучьинская зона (Юньягинское месторождение), Тоупугол-Ханмейшорский рудный район (месторождения Новогоднее-Монто и Петропавловское) и центральная часть Малоуральской зоны (Манюкую-Ворчатинский рудный узел), являющиеся наиболее перспективными на выявление золоторудной минерализации.
Геологическое строение изучаемых территорий
Полярно-Уральский сегмент Восточно-Уральской мегазоны разделяют на Щучьинскую и Войкарскую зоны (рис. 1).
Рис. 1. Тектоническая схема Уральского складчатого пояса (по Государственная…, 2007): 1 – позднекембрийские и палеозойские образования Западно-Уральской структурной мегазоны; 2 ‒ мезозойско-кайнозойский чехол Западно-Сибирской плиты; 3–9 – Восточно-Уральская мегазона: 3 – ордовикские метаморфизованные гипербазиты и габброиды; 4 – ордовикско-девонские вулканические и вулканогенно-осадочные образования; 5 – средне-позднеордовикские габброиды и плагиогранитоиды хойпейского комплекса; 6 – ранне-среднедевонские диориты и гранитоиды юньягинского и собского комплексов; 7 – ранне-среднедевонские габброиды, диориты и монцонитоиды конгорского комплекса; 8 – средне-позднедевонские гранитоиды юрменекского и янослорского комплексов; 9 – границы изучаемых территорий: Щучьинская зона (I), Тоупугол-Ханмейшорский рудный район (II), центральная часть Малоуральской зоны (III), Манюкую-Ворчатинский рудный узел (IIIа); 10 – ГУР; 11 – основные реки и озеро; 12 – города. Желтыми звездочками показаны: месторождения Новогоднее-Монто (1), Петропавловское (2) и рудопроявление Амфиболитовое (3), цифрой 1 показан массив Рай-Из.
Эти зоны характеризуются осадочно-вулканогенными отложениями с широко проявленным плутоническим и гипабиссальным магматизмом, сравнительно слабым динамотермальным и интенсивным дислокационным метаморфизмом. Формации отвечают обстановкам океанического рифтинга островодужных систем и активной континентальной окраины (Пучков, Иванов, 2020).
Щучьинская зона – самая северная часть палеозойской островодужной системы Урала. На западе она ограничивается региональным разломом, входящим в систему Главного Уральского разлома (ГУР). Он представляет собой крупный надвиг, перекрытый мезозойскими отложениями в восточном направлении. Его фрагмент обрамляет Щучьинский синклинорий в виде дугообразных нарушений, которые сливаются в единую полукольцевую структуру.
В строении Щучьинской зоны выделяют несколько сегментов, в пределах которых установлены: палеозойские покровно-складчатые сооружения, представленные породами ордовика, силура, девона, карбона, перекрытые платформенными мезозойскими отложениями юры и триаса. Наиболее широкое развитие среди плутонических образований получили габброиды, гранитоиды имеют значительно меньшее распространение и локализованы в виде небольших штокообразных массивов площадью до 10–16 км2 (Душин, 2020).
Например, с магматическими и вулканогенно-осадочными породами основного состава васькеуского и харампэйско-масловского комплексов, а также янганапэйской толщи связаны проявления и месторождения V±Ti-Fe-рудной и Cu-Fe-скарновой формаций. Осадочные породы малопайпудынской и хантейской свит вмещают проявления Pb-Zn минерализации. С магматическими породами основного состава второй фазы харбей-собского комплекса связаны проявления Mo, Pb-Zn, Cu-кварцевой и скарно-магнетитовой минерализации. К магматическим породам кислого состава сядатаяхинского и евъюганского комплексов относятся месторождения и проявления As, Au, Mo и Cu минерализации. В осадочных породах хойдышорской и усинской свит локализована Cu и Au минерализация, а в метаморфических и осадочных породах орангской свиты – полиметаллическая минерализация. С магматическими породами ультраосновного состава сыум-кеуского комплекса и дайками серпентинитов хартманюшорского комплекса пространственно и генетически связаны проявления Cr. В эклогитоподобных породах слюдяногорского комплекса содержатся проявления метаморфогенного Ti (Зылева и др., 2014).
Отдельно для этой зоны можно выделить вторую фазу габбро-гранодиорит-гранитового юньягинского комплекса, с которым генетически связаны золотосодержащие скарново-магнетитовые месторождения и рудопроявления, локализованные в одноименном рудном узле. Юньягинское месторождение в настоящее время представляет промышленный интерес. Помимо данного объекта рудный узел вмещает ряд рудопроявлений и пунктов минерализации Сu-Fe-рудной скарновой с Au, Ti-Fe-рудной мафитовой (волковский тип), Ti-Fe-рудной ультрамафит-мафитовой (качканарский тип) и Ti-Fe-рудной метаморфогенной формаций (Зылева и др., 2014; Andreichev et al., 2017).
Месторождение Юньягинское расположено в 10 км восточнее железнодорожной ветки Обская–Бованенково. Другие известные перспективные рудопроявления и пункты минерализации изучены гораздо хуже.
Более подробное геологическое описание Щучьинской зоны можно найти в статьях и опубликованных отчетах (Зылева и др., 2014; Ремизов и др., 2014; Andreichev et al., 2017; Соболев и др., 2018; Душин, 2020; Пучков, Иванов, 2020 и др.).
Войкарская зона имеет субмеридиональное ССВ простирание и представляет собой ряд аллохтонов, полого погружающихся в ВЮВ направлении. Зона существенно тектонизирована и разбита надвигами на отдельные пластины. Аллохтоны состоят из вулканогенных и терригенно-вулканогенных пород палеозойского возраста океанического и надсубдукционного происхождения. Подошва аллохтонов (в западной части Войкарской зоны) ограничена ГУР. Восточная часть зоны сложена ранне-среднепалеозойскими и позднедокембрийскими блоками в различной степени метаморфизованных ультраосновных и основных пород офиолитовой ассоциации. Эти блоки слагают горные массивы Рай-Из и Войкаро-Сынинский в осевой части Уральского хребта (см. рис. 1). Восточнее ГУР расположены девонские надсубдукционные плутонические, гипабиссальные, а также ассоциирующие с ними преимущественно вулканические и вулканогенно-осадочные образования (D3-S2) Восточной подзоны (Малоуральская зона) (Ремизов и др., 2014).
Малоуральская зона в среднем палеозое (О3–С1) представляла собой либо островную дугу (О3–D1), сменившуюся в раннем девоне окраинно-континентальным вулкано-плутоническим поясом (Язева, Бочкарев, 1984), либо островную дугу, сформированную на гетерогенном основании (Кузнецов и др., 2000). На севере и западе Войкарской подзоны массивы Войкаро-Сыньинский и Рай-Из обрамлены с юга и востока полосой габбро-амфиболитов. На востоке расположены ордовикско-девонские островодужные плутонические и осадочно-вулканические комплексы, объединенные в Малоуральскую подзону. На востоке Малоуральской подзоны выходят на поверхность вулканические толщи (O3–D2) с тонкими прослоями осадочных пород, прорванными интрузиями разного состава (от габбро до гранитоидов) (Государственная…, 2007). Эти вулканические толщи являются частью палеозойской островодужной системы Полярного Урала, которая в эйфеле и вплоть до пермского столкновения с Восточно-Европейским континентом развивалась, скорее всего, как зрелая островная дуга (Estrada et al., 2012; Викентьев и др., 2017).
Тоупугол-Ханмейшорский рудный район локализован на СВ-окончании Малоуральского вулкано-плутонического пояса и представляет собой локальное вулкано-тектоническое поднятие, осложняющее вулкано-тектоническую депрессию, и приурочено к пересечению зон разрывов субмеридионального, СВ и СЗ-простираний, которые ограничивают его и контролируют позицию золоторудных месторождений и проявлений. Разломы СВ-простирания обусловливают блоковое строение рудного района и определяют позицию интрузивных тел, даек и апофиз Собского плутона. Все образования района прорваны дайками и силлами габбро-долеритов и лампрофиров малоханмейского комплекса (C1). Здесь известны два месторождения: Петропавловское (Au-порфировое) и Новогоднее-Монто (Au–Fe-скарновое) (см. рис. 1), а также ряд рудопроявлений – Западное, Караченцева, Карьерное и др. (рис. 3) – Fe–Au-скарнового, золото-кварцевого и золото-порфирового типов (Викентьев и др., 2017).
Манюкую-Ворчатинский рудный узел состоит из вулканогенных и вулканогенно-осадочных пород малоуральской свиты (S2-D3k2), прорванных интрузивными образованиями собского и конгорского комплексов. Свита характеризуется фациальной невыдержанностью и сложена разнообломочными туфами и туффитами пироксен-плагиоклазовых андезибазальтов с потоками базальтов и андезибазальтов, прослоями туффитов и туфопесчаников. Изредка встречаются биогермы, сложенные рифогенными известняками (Шишкин и др., 2009; Кременецкий и др., 2012). В целом петрогеохимический состав и петрографические особенности вулканических и туфогенных пород свиты указывают на то, что они произошли в результате эксплозивной деятельности вулканов центрального типа в палеогеодинамической обстановке субдукционной стадии (Шишкин и др., 2009). Чередование в разрезе пачек вулканогенных и осадочных пород указывает на периодическую активизацию вулканической деятельности в период накопления пород свиты.
Интрузивные комплексы включают образования собского (D1-2s) и конгорского (D3–C1k) комплексов. Собский комплекс состоит из крупных интрузивов габбро, диоритов и тоналитов, обрамляющих полосу вулканитов с запада. К конгорскому комплексу отнесены небольшие интрузивы и дайковые образования, встречающиеся среди полей вулканитов: габбро, габбро-диориты, диориты, монцодиориты (Шишкин и др., 2009).
Здесь выявлены разнообразные объекты с железорудной минерализацией. Наиболее перспективные – контактово-метасоматический (скарновый), гидротермально-осадочный, магматический, Ti-магнетитовый типы (Первая и Третья Рудные Горки). Также встречаются немногочисленные проявления Ti и Мо минерализации. Кроме того, широко проявлены Cu оруденения, которые представлены как собственно меднорудными, так и комплексными объектами, где Cu ассоциирует с Pb и Zn, Ag, Au, Mo и другими металлами (проявления Янаслорское, Элькошорское, Мокрый Лог, Осеннее и др.).
Более подробное геологическое строение центральной части Малоуральской зоны и Тоупугол-Ханмейшорского рудного района можно найти в опубликованных отчетах (Галлиулин и др., 2005; Перминов и др., 2009 и др.; Бутаков и др., 2012; Кременецкий, 2012; Зылева и др., 2014; Ремизов и др., 2014 и др.) и работах (Черняев и др., 2005; Кениг, Бутаков, 2013; Викентьев и др., 2017).
Исходные данные
Получены безоблачные дневные сцены КА Landsat 8:
Щучьинская зона: LC08_L1TP_165012_20161001_20170320_01_T1 (01.10.2016 г.) и LC08_L1TP_165013_20161001_20170320_01_T1 (01.10.2016 г.); Тоупугол-Ханмейшорский рудный район: LC08_L1TP_165013_20161001_20170320_01_T1 (01.10.2016 г.); центральная часть Малоуральской зоны: LC08_L1TP_166013_20160821_20170322_01_T1 (21.08.2016 г.).
Изображения взяты из информационной системы сбора и предоставления спутниковых данных ДЗЗ (EOSDIS) (https://search.earthdata.nasa.gov).
Геологическая информация для изучаемых площадей представлена в виде геологических карт дочетвертичных образований и карт ПИ (масштабы карт 1:1000000, листы Q-41 и Q-42), которые составлены в рамках госзадания Института Карпинского в 2007 и 2014 гг. (Шишкин и др., 2007; Зылева и др., 2014).
Методы исследования
Линеаменты – это прямые или приблизительно линейные формы рельефа, которые широко распространены на поверхности Земли и тесно связаны с подземными скрытыми и поверхностными структурными элементами каркаса разрывных нарушений. Ориентировка и количество линеаментов отражают характер трещиноватости массивов горных пород и могут нести ценную информацию о геологических структурах, тектонике и локализации ПИ (например, Ekneligoda, Henkel, 2010; Masoud, Koike, 2011).
Линеаментный анализ широко используется для структурных исследований (Thannoun, 2013; Миловский и др., 2021; Иванченко и др., 2022), выделения кальдер (Ананьев, 2017; Verdiansyah, 2019), оценки перспектив минерализация (Лесняк и др., 2022; Коротков, 2023) и др.
Методика выделения линеаментов ручным способом на основе КС приведена в работе (Иванова и др., 2020).
С результатами линеаментного и морфоструктурного анализа для изучаемых территорий можно ознакомиться в работах (Викентьев и др., 2021; Иванова, Нафигин, 2023; Иванова, 2024).
Минералы невозможно идентифицировать непосредственно по КС, но могут быть выявлены поля метасоматически-измененных пород, имеющих ярко выраженные спектральные характеристики поглощения и отражения, которые фиксируются в диапазоне датчика КА ДЗЗ. Поэтому для картирования минералов гидротермальных изменений и литологических единиц (Maurer, 2013; Коротков, 2023) широко используется метод соотношения полос (band ratios). Данный метод усиливает спектральные особенности пикселей изображений на основе вычисления отношения спектрального отражения одного канала к другому (Mather, 1999). Выбор подобных каналов производится, исходя из отражающей способности искомого минерала. При этом в числителе должен располагаться канал, характеризующий наибольшую отражающую или излучающую способность минерала, а в знаменателе – наименьшую. В результате искомый минерал (или их группа) будет выражен яркими пикселями на полученном изображении.
Для картирования полей развития гидротермальных минералов с использованием спектральных каналов КА Landsat-8 разработано несколько минералогических индексов (Pour et al., 2018): 4/2 – минералы группы оксидов и гидроксидов железа (гематит, магнетит, гетит, ильменит), а также ярозит и их смесь – лимонит; 6/4 – минеральные ассоциации с преобладанием оксида двухвалентного железа (магнетита); 6/5 – минеральные ассоциации с преобладанием оксида трехвалентного железа (гематита); 6/7 – гидроксилсодержащие (Al-OH и Fe,Mg-OH), карбонатные (кальцит и доломит) и сульфатные (гипс) минералы. Эти индексы рассматриваются как весомые показатели (индикаторы) Fe3+, Fe2+, Al/Fe-OH, Mg-Fe-OH и Si-OH групп минералов гидротермальной природы и продуктов их гипергенеза.
Метод главных компонент (МГК) – это многомерный статистический метод, который позволяет выбирать некоррелированные линейные комбинации (нагрузки собственного вектора) переменных так, что каждый извлеченный компонент имеет наименьшую дисперсию. Более подробную информацию о методе можно найти в работах (Jolliffe, 2002; Jensen, 2005; Cheng et al., 2006; Gupta, 2017). Первая главная компонента (РС1) используется для извлечения структурной информации из изображения, так как она характеризуется наибольшей дисперсией в пространстве всех признаков (Jolliffe, 2002).
МГК преобразует набор коррелированных данных в некоррелированные линейные данные. МГК широко используется для картирования гидротермальных минералов и литологических единиц на основе спектральных каналов-сенсоров КА ДЗЗ (Loughlin, 1991). Данный метод применен к анализу ранее полученных минералогических индексов с использованием ковариационной матрицы. Подобный подход позволяет статистически оценить надежность пространственного распределения соответствующих вторичных минералов в исследуемом районе.
В качестве входных данных для МГК традиционно выступают спектральные каналы КС, но для наиболее эффективной статистической оценки надежности пространственного распределения соответствующих гидротермальных минералов в исследуемом районе использованы результаты оценки минералогических индексов с применением ковариационной матрицы.
Систематизация и обобщение данных выполнены в программной среде QGIS. Все имеющиеся данные собраны и визуализированы в едином ГИС-проекте.
Результаты
Для каждой территории при анализе КС были выделены 4 типа гидротермальных изменений, представленных преимущественно разными группами минералов и раздельно показанных на рис. 2, 3, 5.
Рис. 2. Схемы развития ассоциаций вторичных минералов для Щучьинской зоны, полученные в результате обработки КС КА Landsat 8, с нанесенными на них линеаментами, выделенными ручным способом, по КС КА Landsat 8: а – гидроксил-(Al-OH, Mg-OH) и карбонат-содержащие, б – оксиды трехвалентного железа (гематит), в – оксиды и гидроксиды железа (лимонит), г – оксиды двухвалентного железа (магнетит). Концентрации индикаторных групп гидротермальных изменений показаны цветными точками: минимальные – желтый цвет, средние – оранжевый и максимальные – красный. 1-7: месторождения (а), рудопроявления (б): 1 – Mo, 2 – Fe, 3 – Au, Au-Fe, 4 – Cu, 5 – Pb-Zn, 6 – As-Mo-Au, 7 – Ti; 8–9 – радиальные (8) и дуговые (9) линеаменты; 10 – зона березитизации; 11–12 – дайки основного (11) и кислого (12) состава, вынесенные с геологической карты (Зылева и др., 2014). Месторождение Юньягинское обозначено цифрой 1.
Рис. 3. Карта гидротермальных изменений для Тоупугол-Ханмейшорского рудного района и прилегающей территории: а–г – схемы преимущественного развития ассоциаций вторичных минералов соответствуют рис. 2; 1–3 – разрывные нарушения, выявленные в ходе анализа КС КА ДЗЗ Landsat 8: 1 – радиальные; 2 – кольцевые; 3 – дуговые; 4 – зона березитизации, вынесенная с геологической карты (Зылева и др., 2014); 5–6 – месторождения и рудопроявления: Петропавловское (1), Новогоднее-Монто (2), Караченцева (3), Тоупугол (4), Карьерное (5), Тоунугольское (6), Аномальное (7), Ханмейшорское (8), Невидимка (9), Обское (10), Малоханмейское (11), Евъеганское (12), Евъюгань (13); 7 – дайки основного состава, вынесенные с геологической карты (Зылева и др., 2014). Концентрации индикаторных групп гидротермальных изменений показаны цветными точками: минимальные – желтый цвет, средние – оранжевый и максимальные – красный.
Для территории Щучьинской зоны распределения оксидов двух- и трехвалентного железа, особенно с высоким содержанием, в целом совпадают. При этом наибольшее скопление средних и высоких концентраций локализовано на севере, западе и юге территории. В меньшей степени совпадает расположение повышенных значений гидроксил-(Al-OH, Mg-OH) и карбонат-содержащих минералов, и оксидов, и гидроксидов железа (лимонит) (см. рис. 2).
Это можно объяснить наличием перекрывающих толщ в виде более поздних осадочных комплексов (например, яны-маньинской, тольинской, теунтойсхой и лаборовской свит), которые представлены разнообразными осадочными породами (пески, гравийники, галечники, конгломераты, пласты бурых углей, алевролиты, песчаники, углистые глины, глины) мощностью до 450 м.
Кроме того, минералы оксидов двух- и трехвалентного железа в рудах месторождения Юньягинское образуют сложные срастания (пойкилитовые, мирмекитоподобные) как с рудными (в том числе гематитом и пиритом), так и нерудными минералами (Зылева и др., 2014).
Исследователями Института Карпинского (Зылева и др., 2014) на этой площади были выделены зоны березитоподобных метасоматитов, к которым принадлежат объекты Mo, Au, Au-Fe и Pb-Zn минерализации (см. рис. 2).
Данные зоны слабо отражаются в полученных дистанционных результатах, что обусловлено также большой толщей четвертичных отложений. В местах, где отложения сокращаются в мощности, наблюдается их совпадение (горные области).
Основными факторами, контролирующими размещение Мо минерализации на территории Щучьинской зоны, являются магматический (рудогенерирующие кислые интрузии доордовикских комплексов) и гидротермально-метасоматический (рудоносные и рудовмещающие грейзены, жильные штокверки).
Большинство железорудных объектов (Cu-Fe-рудная скарновая (Au-содержащая) формация) относится к двум генетическим типам: магматическому и контактово-метасоматическому. Для обоих главным рудоконтролирующим фактором является также магматический. Основные интрузивы – одновременно рудогенерирующими и рудовмещающими. Кислые плутониты (D1-2) обеспечивают скарнообразование, локализующееся исключительно в осадочно-вулканогенных толщах силура, которые прорываются гранитоидами собского и юньягинского комплексов. Кроме того, золоторудная минерализация, содержащаяся в скарново-магнетитовых месторождениях и рудопроявлениях, генетически связана с габбро и диоритами.
Pb-Zn минерализация локализована на контакте гнейсированных роговообманковых диоритов и аповулканогенных сланцев. Выделяется “мраморно-лептитовый горизонт” с парагенезисом минералов, близким к скарнам; по последним развиваются более поздние березиты (Зылева и др., 2014).
В Тоупугол-Ханмейшорском рудном районе наиболее высокими концентрациями индекса оксида железа (III) выделяется участок с известными золоторудными месторождениями Петропавловское и Новогоднее-Монто (см. рис. 3).
На вулканические породы среднего и основного состава (базальты, андезибазальты, реже андезиты) тоупугольской толщи наложены продукты зачастую совмещенных в пространстве разновозрастных процессов скарнирования, березитизации и окварцевания. Эти метасоматические проявления связаны с дайками кварцевых монцодиорит-порфиритов и кварцевых габбро конгорского комплекса первой и второй фаз внедрения (D2kn1, D2kn2), а также пропилитизацией, которой подверглись плагиограниты и другие гранитоиды поздней фазы собского комплекса (D2s3). С зонами пропилитизации связано развитие мелкой вкрапленности сульфидов Cu и Fe, по которым в зоне гипергенеза развиваются продукты окисления сульфидов (Викентьев и др., 2021).
Кроме того, в аншлифах месторождений Новогоднее-Монто и Петропавловское можно также встретить оксиды железа II и III в виде срастаний и разнообразных структур распада (рис. 4).
Рис. 4. Структуры распада месторождения Новогоднее-Монто (обр. НМ-4 и НМ-27): аллотриоморфные агрегаты гематита замещают ксеноморфные зерна магнетита в окварцованном скарне (а), неправильные скопления халькопирита замещают разноориентированные игольчатые кристаллы гематита и ксеноморфные зерна магнетита и пирита, локализованные в эпидот-гранат-пироксеновом скарне (б). Условные обозначения: Mgt – магнетит, Py – пирит, Gem – гематит, Chpy – халькопирит.
Исследователями Института Карпинского (Зылева и др., 2014) на этой площади была выделена зона березитоподобных метасоматитов с крутым СВ-падением, которая простирается в СЗ-направлении и прослежена скважинами в Новогодненском рудном поле до глубин 150–250 м с содержанием золота более 1 г/т. Данная зона слабо отражается в полученных дистанционных результатах, что обусловлено большой мощностью четвертичных отложений, которая здесь достигает 93 м (Зылева и др., 2014). В ЮВ-части зоны, где рыхлые отложения хотя и присутствуют, но сокращаются в мощности до 3–6 м, наблюдается их совпадение. Таким образом, можно заключить, что ореолы околорудных изменений, погребенных более чем на 6 м, не находят свое отражение на КС.
Месторождения и рудопроявления на территории центральной части Малоуральской зоны представлены следующей минерализацией: Cu-Zn-Mo, Mo-Cu, Fe-Ti-V-Cu и Au.
К наиболее перспективным объектам с железорудной минерализацией на данной площади относятся контактово-метасоматический (скарновый), гидротермально-осадочный, магматический, Ti-магнетитовый типы. Например, с процессами контактового преобразования связаны проявления скарнового типа Первая и Третья Рудные Горки.
Проявления Ti минерализации генетически делятся на магматические и осадочные типы. В первом – Ti связан с железом и входит в состав титаномагнетита или образует самостоятельную минеральную фазу – ильменит. Как правило, наиболее обогащены титаном породы семейства габбро, где титановые минералы иногда образуют рассеянную вкрапленность и шлирообразные скопления (собский габбро-диорит-тоналитовый комплекс). Кроме того, в титаномагнетитовых проявлениях установлены повышенные содержания V.
Мо минерализация связана с гранитоидами и, вероятно, относятся к одному (штокверковому Cu-Mo- или V-Mo-порфировому) геолого-промышленному типу.
Cu оруденение на площади листа проявлено очень широко и представлено как собственно меднорудным, так и комплексными объектами, в которых Cu ассоциирует со Pb и Zn, Ag, Au, Mo и другими металлами. Например, оруденение Mo-Cu-порфировой формации развито в пределах Малоуральского вулкано-плутонического пояса и представлено проявлениями Янаслорское, Элькошорское, Мокрый Лог и др. Первое из них локализовано в гранитоидах и имеет преимущественно Cu-Mo специализацию. Рудопроявления Мокрый Лог и Осеннее связаны с интрузиями кварцевых монцодиоритов конгорского комплекса, прорывающих вулканогенно-осадочные породы малоуральской свиты. В экзоконтактах интрузии проявлены эпидотизация, окварцевание, скарнирование. На отдельных участках рудопроявления Мокрый Лог наблюдается развитие кварц-серицитовых метасоматитов-филлизитов (березитов). Эти образования сопровождаются интенсивной халькопиритовой минерализацией (содержания Cu до 0.7%).
Кроме того, малоуральская свита, состоящая из вулканогенно-осадочных и осадочных пород, является благоприятной средой для локализации скарно-магнетитового и медно-порфирового оруденения.
Золоторудные объекты парагенетически связаны с интрузиями и ореолами метасоматитов в зонах разломов (Шишкин и др., 2009).
По данным КС КА Landsat 8 распределение оксидов трех- (гематит) и двухвалентного (магнетит) железа, особенно с высоким содержанием, также совпадает и для центральной части Малоуральской зоны, однако средние концентрации трехвалентного железа чуть выше и распределены более равномерно по всей изучаемой площади, чем двухвалентного (рис. 5б, г). Распространение гидроксил-(Al-OH, Mg-OH) и карбонат-содержащих минералов и оксидов и гидроксидов железа (лимонит) отличаются. Последние распределены (высокие и средние концентрации) в основном на ЮВ территории (см. рис. 5).
Рис. 5. Карта гидротермальных изменений для центральной части Малоуральской зоны и прилегающей территории, полученная с помощью КС КА ДЗЗ Landsat 8: а–г – соответствуют рис. 2: 1–3 – соответствуют рис. 3; 4–7 – месторождения (а) и рудопроявления (б): 4 – Cu-Zn-Mo, 5 – Mo-Cu, 6 – Fe-Ti-V-Cu, 7 – Au, 8–9 – дайки кислого (8) и основного (9) состава, вынесенные с геологической карты (Шишкин и др., 2009). Концентрации индикаторных групп гидротермальных изменений показаны цветными точками: минимальные – желтый цвет, средние – оранжевый и максимальные – красный.
В аншлифах рудопроявления Амфиболитовое – центральная часть Малоуральской зоны (см. рис. 1) также присутствуют эти оксиды железа II и III совместно в виде разнообразных структур распада (рис. 6) (Иванова, Тюкова, 2022).
Рис. 6. Структуры распада рудопроявления Амфиболитовое (обр. А-973): радиально-лучистый агрегат (волокнистая структура) гематита-2, сосредоточенный в катакластическом изъеденном пирите, локализованном в пироксените (?) (а), петельчатая структура, представленная ксеноморфным магнетитом, окаймляющим овальные включения сфена (?), ксеноморфные включения гематита и ильменита до 200 мкм локализованы также в магнетите, но по краям структуры (б). Условные обозначения: Mgt – магнетит, Py – пирит, Gem – гематит, Sph – сфен, Ilm – ильменит.
Таким образом, в результате анализа и сопоставления площадей выявлены закономерности на золоторудный тип минерализации для восточного склона Полярного Урала:
- изучаемые площади имеют разнообразную рудную специализацию, в том числе золоторудную (Au-сульфидно-Fe-скарновая), где Au является либо единственным полезным компонентом, либо одним из основных ценных элементов (Au содержащие рудные формации: Cu-Fe-скарновая, V-Fe-Cu, Cu-Mo-порфировая и др.). При этом золоторудная минерализация имеет широкий спектр формационных типов: Au-сульфидно-кварцевых жил и жильных зон, кварц-Au-сульфидных жил, (Cu)–Fe-рудное с золотом скарновое, Cu-порфировое с Au и др.;
- по условиям образования золоторудная минерализация делится на: (1) магматогенно-гидротермальный тип – генетически связан с интрузиями, которые, как правило, были сформированы в эпоху близкую к становлению самих интрузий. (2) Гидротермально-метаморфогенный тип, относящийся к зонам разломов и приуроченный к ореолам метасоматитов;
- железорудная минерализация принадлежит (Cu-Fe-рудная скарновая (золотосодержащая) формация) в основном к магматическому и контактово-метасоматическому генетическим типам (Щучьинская зона и центральная часть Малоуральской зоны);
- вероятно, формирование золоторудных и комплексных месторождений происходило в результате развития внутрикоровых гидротермально-метасоматических систем, концентрирующих рудную минерализацию. В результате при распаде таких систем в верхних слоях земной коры возникали преимущественно непротяженные по вертикали (не более 2 км) и небольшие по объемам прерывистые колонны рудных тел (Ананьев, 2017);
- метасоматический ореол проявлен на значительной площади (более 30 км2). На территориях, где из-за наличия перекрывающих толщ, либо более поздних осадочных комплексов, либо экранирующего слоя менее проницаемых вулканических пород метасоматический ореол проявлен и на более меньшей площади (до 10 км2) (Левочская и др., 2021; Gray, Coolbaugh, 1994);
- при микроскопическом изучении руд образцов из месторождений и рудопроявлений изучаемых территорий оксиды железа II и III присутствуют в виде разнообразных срастаний и структур распада.
Заключение
В результате обработки данных КА ДЗЗ Landsat 8 построены карты распространения гидротермальных изменений для территории Щучьинской зоны, Тоупугол-Ханмейшорского рудного района и центральной части Малоуральской зоны: гидроксил-(Al-OH, Mg-OH) и карбонат-содержащие породы, оксиды двух- (магнетит) и трехвалентного железа (гематит), оксиды и гидроксиды железа (лимонит), – с использованием спектральных каналов КА ДЗЗ Landsat 8 (минералогические индексы) и МГК.
На основании полученных в ходе исследования результатов можно сделать вывод, что на площадях, перспективных на золоторудную минерализацию для восточного склона Полярного Урала, должны быть локализованы интрузии основного состава, с которыми генетически связана золоторудная минерализация, и проявлены метасоматические ореолы значительной площади (более 30 км2) с повышенными значениями индексов оксида железа (III) и оксида железа (II), и в меньшей степени – оксиды и гидроксиды железа (лимонит), а также гидроксил-(Al-OH, Mg-OH) и карбонат-содержащие минералы.
Источник финансирования
Работа выполнена при поддержке молодежной лаборатории ИГЕМ РАН “Лаборатория прогнозно-металлогенических исследований” в рамках темы государственного задания “Применение современных методов оценки, поиска и прогноза месторождений твердых полезных ископаемых, в том числе стратегических, в Арктической зоне Российской Федерации с целью расширения минерально-сырьевой базы и планирования развития транспортно-коммуникационных сетей”.
Об авторах
Ю. Н. Иванова
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук; Российский университет дружбы народов
Автор, ответственный за переписку.
Email: jnivanova@yandex.ru
Россия, Москва; Москва
Список литературы
- Ананьев Ю.С. Золото-концентрирующие системы Южного складчатого обрамления Западно-Сибирской плиты (на примере Западной Калбы). Дис. … док.геол.-минер. наук. Томск, 2017. 509 с.
- Бутаков К.В., Гапдулкадыров М.М., Шамсутдинова Р.Р. Оценочные работы на золотое оруденение в пределах Тоупугол-Ханмейшорской площади. Отчет о результатах работ за 2010‒2012 гг. Результаты оценочных работ в пределах Тоупугол-Ханмейшорской площади. Лабытнанги, 2012. 126 с.
- Викентьев И.В., Мансуров Р.Х., Иванова Ю.Н. и др. Золото-порфировое Петропавловское месторождение (Полярный Урал): геологическая позиция, минералогия и условия образования Геология руд. месторождений // Геология рудных месторождений. 2017. Т. 59. № 6. С. 501–541.
- Викентьев И.В., Мансуров Р.Х., Иванова Ю.Н. и др. Золото-порфировое Петропавловское месторождение (Полярный Урал): геологическая позиция, минералогия и условия образования Геология руд. месторождений // Геология рудных месторождений. 2017. Т. 59. № 6. С. 501–541.
- Галиуллин И.З., Перминов И.Г., Коновалов Ю.И. и др. Специализированные геохимические поиски на благородные и редкие металлы в пределах Западно-Харбейской площади за 2004‒2005 гг., Лабытнанги, 2005.
- Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:1000000 (3-е поколение). Уральская серия. Лист Q-41 ‒ Воркута. Объясн. зап. СПб: ВСЕГЕИ, 2007. 541 с.
- Душин В.А. Геологическое строение и магматизм Щучьинского мегаблока (Полярный Урал) // Известия УГГУ. 2020. Вып. 4(60). С. 35‒56.
- Зылёва Л.И., Коновалов А.Л., Казак А.П., Жданов А и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1 : 1000000 (третье поколение). Серия Западно-Сибирская. Лист Q-42 – Салехард: Объяснительная записка. СПб.: ВСЕГЕИ, 2014. 396 с.
- Иванова Ю.Н., Выхристенко Р.И. Структурный контроль золоторудной минерализации восточного склона Полярного Урала по результатам анализа мультиспектральных снимков космического аппарата Landsat 8 // Исследование Земли из космоса. 2021. № 6. С. 60‒73.
- Иванова Ю.Н., Нафигин И.О. Применение набора данных Landsat-8 и цифровой модели рельефа SRTM для прогнозирования золото-полиметаллической минерализации на территории центральной части Малоуральской зоны, Полярный Урал // Исследования Земли из космоса. 2023. № 6. С. 20‒34.
- Иванова Ю.Н., Тюкова Э.Е. Структуры распада в рудах проявления Амфиболитовое (Полярный Урал) // II науч. конф. “Геология континентальной окраины”. Владивосток, 2022. С. 143‒145.
- Иванова Ю.Н. Прогнозирование перспективных площадей на золоторудный тип минерализации на основе интеграции геологической, геофизической информации и обработки набора данных космического аппарата дистанционного зондирования Земли Harmonized Landsat Sentinel-2 для территории северного окончания восточного склона Полярного Урала // Исследования Земли из космоса. 2024 (в печати).
- Иванченко Г.Н., Горбунова Э.М., Черемных А.В. Некоторые возможности линеаментного анализа при картировании разноранговых разломов (на примере Прибайкалья) // Исследование Земли из космоса. 2022. № 3. С. 66‒83.
- Кениг В.В., Бутаков К.В. Месторождения рудного золота Новогоднее-Монто и Петропавловское – новый золоторудный район на Полярном Урале // Разведка и охрана недр. 2013. № 11. С. 22–24.
- Коротков В.В. Геохимические и другие технологии, методы и методики при прогнозировании и поисках месторождений (преимущественно “скрытого” типа) // ФГБУ “ВИМС”, 2023. 166 с.
- Кременецкий А.А. Обоснование поисковых и поисково-ревизионных работ на рудное золото в пределах Манюкую-Варчатинского рудного узла (рудопроявления: Полярная Надежда, Геохимическое и Благодарное). Масштаб 1:10000. М.: ФГУП ИМГРЭ. 2012. 45 с.
- Кузнецов Н.Б., Романюк Т.В. Палеозойская эволюция Полярного Урала: Войкарский бассейн с корой океанического типа существовал не менее 65 млн лет // Бюлл. МОИП, отд. геол. 2014. Т. 89. Вып. 5. С. 56‒70.
- Левочская Д.В., Якич Т.Ю., Лесняк Д.В., Ананьев Ю.С. Гидротермально-метасоматическая зональность, флюидный режим и типы золотого оруденения участков Эми и Елена эпитермального рудного поля Светлое (Хабаровский край) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 333. № 10. С. 17–34.
- Лесняк Д.В., Ананьев Ю.С., Гаврилов Р.Ю. Структурные, геофизические и геохимические критерии эпитермального кислотно-сульфатного золотого оруденения на примере рудного поля Светлое (Хабаровский край) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333. № 8. С. 60–72.
- Миловский Г.А., Ишмухаметова В.Т., Апаринa А.Д. Применение космической съемки высокого разрешения при поисках прибрежных россыпей и месторождений углеводородов в северных морях России // Исследование Земли из космоса. 2021. № 6. С. 74–82.
- Прямоносов А.П., Степанов А.Е., Телегина Т.В. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:200 000 (издание второе). Серия Полярно-Уральская. Лист Q-41-XII. Объяснительная записка. Салехард: Комитет природных ресурсов по Ямало-Ненецкому автономному округу, 2001. 231 с.
- Пучков В.Н., Иванов К.С. Тектоника севера Урала и Западной Сибири: общая история развития // Геотектон. 2020. № 1. С. 41–61.
- Ремизов Д.Н. Шишкин М.А., Григорьев С.И. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:200000 (2-е изд., циф.). Серия Полярно-Уральская. Лист Q-41-XVI (г. Хордъюс). Объяс. зап. СПб: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2014. 256 с.
- Соболев И.Д., Соболева А.А., Удоратина О.В. и др. Девонский островодужный магматизм Войкарской зоны Полярного Урала // Геотектоника. 2018. № 5. С. 39–74.
- Черняев Е.В., Черняева Е.И., Седельникова А.Ю. Геология золото-скарнового месторождения Новогоднее-Монто (Полярный Урал) // Скарны, их генезис и рудоносность (Fe, Cu, Au, W, Sn, ...). Мат. конф. XI Чтения А.Н. Заварицкого. Екатеринбург: ИГиГ УрО РАН, 2005. С. 131–137.
- Шишкин В.А., Жигалов С.В., Грищенко Ш.Г. Государственная геологическая карта РФ. Масштаб 1:200 000 (новая серия). Лист P-55-XII. Объяснительная записка. СПб.: 2008.
- Язева Р.Г., Бочкарев В.В. Войкарский вулкано-плутонический пояс (Полярный Урал). Свердловск: УНЦ АН СССР, 1984. 156 с.
- Andreichev V.L., Kulikova K.V., Larionov A.N., Sergeev S.A. Age of island-arc granites in the Shchuch'ya zone, Polar Urals: first U–Pb (SIMS) results // Doklady Earth Sciences. 2017. Т. 477. № 1. P. 1260–1264.
- Bohlmanna U.M., Koller V.F. ESA and the Arctic - The European Space Agency's contributions to a sustainable Arctic // Acta Astronautica. 2020. V. 176. P. 33–39.
- Cheng Q., Jing L., Panahi A. Principal component analysis with optimum order sample correlation coefficient for image enhancement // Intern. Jour.of Rem. Sen. 2006. V. 27(16). P. 3387‒3401.
- Di Tommaso I., Rubinstein N. Hydrothermal alteration mapping using ASTER data in the Infiernillo porphyry deposit, Argentina // Ore Geol. Rev. 2007. V. 32. P. 275–290.
- Ekneligoda T.C., Henkel H. Interactive spatial analysis of lineaments // Jour. of Comp.and Geos. 2010. V. 36. № 8. P. 1081–1090.
- Estrada S., Henjes-Kunst F., Burgath K.P., Roland N.W., Schäfer F., Khain E.V., Remizov D.N. Insights into the magmatic and geotectonic history of the Voikar massif, Polar Urals // Zeitschrift der Deutschen Geologischen. Gesellschaft. 2012. V. 163. № 1. P. 9–42.
- Graham G.E., Kokaly R.F., Kelley K.D. et al. Application of imaging spectroscopy for mineral exploration in Alaska: a study over porphyry Cu deposits in the Eastern Alaska Range // Econ. Geol. 2018. V. 113 (2). Р. 489–510. doi: 10.5382/econgeo.2018.4559.
- Gray J.E., Coolbaugh M.F. Geology and geochemistry of Summitville, Colorado: An Epitermal Acid Sulfate Deposit in a Volcanic Dome // Economic Geology. 1994. V. 89. P. 1906–1923.
- Gupta R.P. Remote Sensing Geology, 3rd edn. Springer, Berlin, Germany, 2017. P. 180‒190, 235‒240, and 332‒336.
- Jensen J.R. Introductory Digital Image Processing: A remote sensing perspective // Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River NJ 07458, 3-rd ed., 2005. P. 276–287 and 296–301.
- Jolliffe I.T. Principal component analysis. Department of Mathematical Sciences King’s College University of Aberdeen, Uk, 2-d edition., 2002. 487 p.
- Loughlin W.P. Principal Component Analysis for Alteration Mapping // Photogramm. Eng. Remote Sens. 1991. V. 57 P. 1163–1169.
- Masek J.G., Claverie J., Ju. M., and et al. Harmonized Landsat Sentinel-2 (HLS) Product User Guide. Product Version 2.0. 2018.
- Masoud A.A., Koike K. Morphotectonics inferred from the analysis of topographic lineaments auto-detected from DEMs: application and validation for the Sinai Peninsula, Egypt // Tectonophysics. 2011. 510(3). P. 291–308.
- Mather P.M. Computer Processing of Remotely Sensed Images: An Introduction. Chichester, UK: John Wiley and Sons. 1999. 460 p.
- Maurer T. How to pan-sharpen images using the gram-Schmidt pan-sharpen method—a recipe. In: International archives of the photogrammetry, remote sensing and spatial information sciences, volume XL-1/W1. ISPRS Hannover workshop, Hannover, pp 21–2. Environmental Earth Sciences. 2013. 79:101.
- Pour B.A., Hashim M. The application of ASTER remote sensing data to porphyry copper and epithermal gold deposits // Ore Geology Review. 2012. V. 44. P. 1–9. doi: 10.1016/j.oregeorev.2011.09.009.
- Pour A.B., Park Y., Park T.S., et al. Regional geology mapping using satellite-based remote sensing approach in Northern Victoria Land, Antarctica // Polar Sci. 2018. № 16. P. 23–46.
- Thannoun R.G. Automatic Extraction and Geospatial Analysis of Lineaments and their Tectonic Significance in some areas of Northern Iraq using Remote Sensing Techniques and GIS // Intern. Jour. of enhanced Res. in Scien. Techn. & Engin. 2013. 2, 2. ISSN NO: 2319-7463.
- Verdiansyah O. A Desktop Study to Determine Mineralization Using Lineament Density Analysis at Kulon Progo Mountains, Yogyakarta and Central Java Province. Indonesia // Indonesian Journ. of Geography. 2019. 51, 1. P. 31–41.
- Vermote E., Justice C., Claverie M., Franch B. Preliminary analysis of the performance of the Landsat 8/OLI land surface reflectance product // Remote Sensing of Environment. 2016. V. 185. P. 46‒56.
- Vermote E.F., Kotchenova S. Atmospheric correction for the monitoring of land surfaces // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2008. V. 113(D23).
- Zhang X., Panzer M., Duke N. Lithologic and mineral information extraction for gold exploration using ASTER data in the south Chocolate Mountains (California) // J. Photogram. and Rem. Sens. 2007. V. 62. P. 271–282.
Дополнительные файлы
