Прогнозно-поисковая модель урановорудного участка Туюкан на основе комплексной интерпретации данных дистанционного зондирования Земли

Учитывая современные геолого-экономические факторы расширения минерально-сырьевой базы страны возникает острая необходимость более четкой постановки и обоснования задач поисково-оценочных работ с целью обнаружения новых месторождений, особенно стратегических металлов и дефицитных видов твердых полезных ископаемых, к которым, в первую очередь, относится уран. Большинство потенциально перспективных на уран площадей располагаются в пределах труднодоступных и слабоизученных территорий. Проведение на данных крайне обширных площадях массовых поисковых работ, с учетом отсутствия гарантий четкого результата, часто с экономической точки зрения оказывается нерентабельно. При этом на основе результатов обработки и анализа разноплановых данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), с учетом установленного геологического строения и истории развития территорий, результатов ранее проведенных геологоразведочных работ и наземных съемок, с применением зарекомендовавших себя методик, а также использованием геоинформационных (ГИС) технологий, создаются прогнозные карты и цифровые прогнозно-поисковые модели (ППМ), позволяющие с помощью пространственной визуализации широкого ряда выявленных критериев, установления их корреляционных связей и представления итогового математически аппроксимированного результата в виде картографических схем, оперативно оценить и выбрать перспективные площади для постановки крупномасштабного геологического картирования, проведения поисково-оценочных работ.
Одной из подобных труднодоступных территорий, перспективных в первую очередь на урановорудные, а также на железо- и золоторудные объекты, является Туюканский рудный узел, расположенный в Мамско-Чуйском районе Иркутской области (Машковцев и др., 2010; Митрофанова и др., 2010; Макарьев, Миронов, 2014; Макарьев и др., 2019). Ранее авторами для рассматриваемого района (площадь листа государственной геологической карты О-49-XII) на основе использования данных ДЗЗ с учетом локализации известных рудных объектов применены структурно-геоморфологические, пространственно-плотностные и тектонофизические методы для выявления специфических особенностей каркаса разрывных нарушений, развитых в пределах территории, что позволило сформулировать и визуализировать набор прогнозно-поисковых критериев на самые распространенные в регионе типы твердых полезных ископаемых. Представленные результаты позволили создать ППМ, на основе которой удалось выявить и ранжировать области по степени прогнозной перспективности обнаружения новых рудных объектов (Устинов и др., 2024б). Представляемые в данной работе результаты являются логичным продолжением предыдущих работ и нацелены на создание локальной ППМ для перспективного участка Туюкан с использованием региональной ППМ и результатов проведённых съёмок, полученных в ходе проведения комплексных геологоразведочных работ.
С геологической позиции рассматриваемый район локализован вблизи юго-восточной границы Сибирской платформы и относится к Байкало-Вилюйской окраинной плитно-коллизионной области (Митрофанова и др., 2012). Считается, что данная область является переработанной частью фундамента плитного комплекса Сибирской платформы и включает в себя Байкало-Патомскую композитную перикратонную взбросо-надвиговую систему, которая состоит из тектонически совмещенных коллизионными процессами линейных блоков дорифейского фундамента и реликтов Прибайкало-Патомского перикратонного прогиба с рифейским параплитным комплексом (Сизых, 2001). К крупным геологическим образованиям относятся Тонодское, Чуйское, Нечерское поднятия, являющиеся выступами карельского гранитоидно-метаморфического фундамента (Макарьев, Миронов, 2014).
С точки зрения металлогении территория входит в Саяно-Забайкальскую провинцию и Байкало-Патомскую минерагеническую субпровинцию. Известные рудные объекты входят в Чуйско-Тонодскую золото-редкометалльно-урано-железорудную минерагеническую зону, включающую два рудных района: Тонодский – в границах Тонодского поднятия и Витимский – в зоне перехода от Чуйского к Тонодскому поднятию (Митрофанова и др., 2012).
Одним из основных рудных объектов района является Туюканское урановое месторождение, залегающее среди дезинтегрированных и интенсивно измененных гранитов Кевактинского массива с ксенолитами пород албазинской и михайловской свит. Считается, что рудоконтролирующее значение имеют субширотные тектонические нарушения, субпараллельные границе выходов отложений нижнерифейского чехла (пурпольской свиты) (Машковцев и др., 2010).
В период 2021-2023 гг. ФГБУ «ВИМС» проводились ревизионные и поисковые работы на уран в пределах выделенного перспективного участка Туюкан. По результатам проведенных работ уточнено геологическое строение рассматриваемой площади, закартированы новые урановорудные тела жильно-штокверкового типа, проведена дополнительная оценка прогнозных ресурсов урана. Установлено, что строение участка Туюкан определяется многочисленными листрическими взбросами-надвигами в парагенезе со сдвигами. Доказано, что контакты горных пород, в том числе граница фундамента и рифейского чехла, являются преимущественно тектоническими (надвигово-сдвиговыми).
На начальных этапах исследования авторами для территории листа государственной геологической карты (ГГК) О-49-XII масштабом 1:200 000, на площади которого расположен рассматриваемый перспективный участок Туюкан, на основе использования ДЗЗ для реконструкции каркаса разрывных нарушений, определения кинематического типа каждой структуры и восстановления последовательности их активизации проводились структурно-тектонофизические реконструкции с применением линеаментоного анализа (Устинов и др., 2024а).
В рамках обозначенной работы авторами доказана возможность использования морфологических особенностей рельефа территории для достоверной реконструкции каркаса как неотектонических, так и древних разрывных нарушений. Показано, что решающее значение в локализации уранового оруденения играют зоны динамического влияния северо-восточных и северо-западных разломов. На основе тектонофизического подхода реконструированы ориентировки главных осей сжатия и растяжения регионального напряженно-деформированного состояния (НДС), а также кинематика основных типов формируемых разрывов на предполагаемый период рудообразования. Учет установленной ориентировки главных осей регионального НДС при расчете тенденции к сдвигу позволил выявить наиболее гидравлически активные сегменты разрывных структур. В пределах зон динамического влияния установленных разломов реконструированы параметры локальных НДС, а также стадийность формирования данных структур.
В дальнейшем на основе полученных результатов сформулированы структурные критерии (32 шт.), напрямую или косвенно влияющие на размещение рудной минерализации (Устинов и др., 2024б). Данные критерии разделены на группы, которые включали зоны динамического влияния линейных структур различных типов и рангов; их относительную удельную плотность; области тектонических узлов, сформированных на пересечении данных структур; относительную удельную плотность узлов; области вероятной локализации рудной минерализации относительно элементов структур центрального (кольцевого) типа; относительную удельную плотность гидравлически активных (на период рудообразования) сегментов разломов. Затем выделенные критерии визуализировались в ГИС среде в виде пространственных схем.
Сформулированные структурные критерии представляли собой разнородные данные, включая положение и ориентировку разрывных структур различных типов и рангов, их пространственно-геометрические и пространственно-плотностные параметры, области влияния данных структур на вмещающий массив горных пород и тектонофизические параметры, непосредственно влияющие на формирование наиболее деформированных (тектонически проницаемых) зон на предполагаемый период рудообразования. Каждый критерий был теоретически обоснован и в ГИС проекте представлен в виде растра, отражающего цветовой маркировкой пикселей области проявления количественных значений критерия в пределах территории от наименее до наиболее значимых. Для каждого растра (критерия) проводилось определение функции принадлежности, которая описывает степень связи каждого значения переменной с определённой категорией. Функция принадлежности рассчитывалась в ГИС на основе нечеткой логики (линейная принадлежность) и характеризовала интервалы значений параметров каждого критерия от 0 до 1. Изначально количественные значения критериев находятся в различных интервалах, отличающихся друг от друга иногда на порядки. Соответственно, функция принадлежности позволила провести «нормирование» полученных значений и осуществить их корректное сравнение друг с другом. На основе статистического анализа и сравнения с положением эталонных рудных объектов, выявления корреляционных связей, с привлечением экспертного мнения и литературных данных, для каждого критерия определены весовые коэффициенты. Весовые коэффициенты использовались для учета «важности» каждого критерия при оценке вероятности наличия рудного объекта в пределах площади.
Итогом обозначенных работ стало создание региональной цифровой количественной ППМ для района Туюканского рудного узла (площадь ГГК О-49-XII), оценённая точность которой составила 85 % (Устинов и др., 2024б).
Созданная весовая ППМ однозначно позволила бы (при отсутствии информации об известных рудных объектах) рекомендовать участок Туюкан для постановки поисковых работ первой очереди. Также выделяется ряд участков, которые в дальнейшем могут быть рассмотрены в качестве перспективных с точки зрения благоприятных структурно-тектонических условий. Данная модель может быть легко дополнена за счет интеграции в неё любой значимой дополнительной пространственно визуализированной информации, а также использована при создании локальных ППМ перспективных металлогенических таксонов.
Учитывая результаты проведённых силами ФГБУ «ВИМС» ревизионных и поисковых работ в пределах перспективного участка Туюкан с применением разноплановых наземных и воздушных съёмок, включая геологическое, геофизическое и геохимическое картирование, съемку различными датчиками с использованием беспилотных летательных аппаратов, логичным продолжением рассмотренных работ является создание локальной ППМ данного участка. На локальном уровне необходимо обосновать и выделить дополнительные критерии, соответствующие масштабности исследуемого объекта, но при этом учесть выявленные ранее региональные структурные критерии локализации оруденения. Для этого визуализированная общая региональная весовая структурная ППМ рассматривается в качестве отдельного критерия. Также известно, что площадь участка перспективна преимущественно на урановое оруденение, в её пределах локализованы месторождение Туюкан и рудопроявление Натали. Соответственно, учитывая небольшую площадь (45 квадратных километров), в зависимости от проведенных ранее работ, появляется возможность рассмотрения не только структурных, но и других, имеющихся в распоряжении авторов, данных для формулирования дополнительных критериев, ориентированных преимущественно на прогноз урановорудных тел. В качестве подобного дополнительного критерия использованы максимумы урановых локальных аэрогамма-спектрометрических аномалий. Разрывные структуры, выявленные в пределах территории в результате наземного геологического картирования и интерпретации геофизических данных по размеру соответствуют выделенным на региональном масштабе разрывам, но характеризуются большей детальностью. В связи с этим схемы относительной удельной плотности на рассматриваемом масштабном уровне строятся не для выделенных ранее разломов, а только для заверенных разрывных структур и их максимумы пространственной плотности рассматриваются в качестве одного из критериев. Для заверенных структур, учитывая ориентировку их сегментов, также проведены тектонофизические реконструкции и выявлены наиболее гидравлически активные зоны в зависимости от реконструированных параметров НДС на период рудообразования. Подобно региональной весовой структурной ППМ, для каждого критерия локальной модели определены весовые коэффициенты.
Комплексирование выявленных дополнительных критериев с учетом определенных коэффициентов веса позволило создать локальную ППМ участка Туюкан. Анализ геологических данных и созданной ППМ позволяет заключить, что урановые руды локализуются преимущественно на пересечениях крупных региональных разрывных структур северо-восточного простирания с разрывными структурами более низких порядков преимущественно северо-западной ориентировки. Созданная модель участка Туюкан предполагает две основных перспективных для постановки поисковых работ области – на западных флангах месторождения Туюкан и в юго-западной части территории, на контакте Медвежевской и Михайловской свит с гранитоидами фундамента (чуйско-нечерский комплекс). Данный контакт, наиболее вероятно, маркирует границу структурно-стратиграфического несогласия.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-27-00218, https://rscf.ru/project/24-27-00218/.