Структурно-тектоническая прогнозно-поисковая модель Ичувеем-Паляваамского золоторудного района Центральной Чукотки на основе анализа данных дистанционного зондирования Земли

Прогнозно-поисковые модели (ППМ) на обнаружение новых месторождений твердых полезных ископаемых (ТПИ) имеют высокий потенциал в контексте расширения минерально-сырьевой базы (МСБ) ввиду существенного сокращения доли дорогостоящих полевых поисково-оценочных работ.
Как известно, в нашей стране одной из наиболее крупных геостратегических территорий, обладающей значимыми перспективами в контексте расширения МСБ ТПИ и обеспечения устойчивого экономического развития, является Арктическая зона РФ (АЗРФ), в пределах которой расположены важнейшие в связи с возможностью открытия новых рудных месторождений регионы, например, Чукотский автономный округ (ЧАО). Однако задача дальнейшего расширения МСБ Чукотки, имеющей не самое выгодное физико-географическое положение и находящейся под влиянием суровых климатических условий, требует комплексного решения с учетом данных сложностей и геологической недоизученности региона.
Материковая часть ЧАО занимает крайнее северо-восточное положение в пределах Евразии, имеет выход к морской границе РФ с США. Регион характеризуется существенной неоднородностью географических условий, что во многом связано с уникальным рельефом, представленным как складчато-глыбовыми горами и глубокорасчлененными нагорьями, так и обширными низменностями. Влияние на формирование рельефа в большей степени оказала структурно-тектоническая эволюция на фоне различных эпох орогенеза (Коротаев, Поморцев, 2023). В соответствии с современными представлениями о структурно-геологическом строении ЧАО выделяются следующие основные элементы: древний Эскимосский массив, расположенный на восточной оконечности Чукотки и характеризующийся повсеместными выходами на поверхность докембрийских отложений; Верхояно-Чукотская область мезозойской складчатости – крупное покровно-складчатое горное сооружение, ограниченное Сибирской платформой на западе и Корякско-Камчатской складчатой областью на востоке – еще одним крупным структурным элементом в строении региона. Обозначенные складчатые области разделены крупной наложенной структурой, сформировавшейся в период позднемелового вулканизма – Охотско-Чукотским вулканоплутоническим поясом (ОЧВП). Особой перспективностью на выявление новых крупных золоторудных месторождений выделяется северная часть ЧАО, образованная хребтами складчатой системы северо-западного простирания, условно заключенная в границы Ичувеем-Паляваамского золоторудного района. В данный район включено крупное коренное золоторудное месторождение Майское. Система хребтов северо-западного простирания, к которой приурочено месторождение, образует относительно однородный в структурном и геологическом плане блок (около 25 000 кв. км), преимущественно сложенный позднетриасовыми осадочными породами с выходами ранне-позднемеловых интрузивных комплексов с преобладанием кислых пород: гранитов, гранодиоритов, монцонитов. На юге рассматриваемого объекта преобладающие триасовые отложения сменяются раннемеловыми, в прибрежных низменностях широко распространены неогеновые глины и алевриты, на северо-востоке отмечаются выходы более древних пород – девонских песчаников.
Проведённый анализ структурно-тектонических особенностей объекта исследования во многом связан с изучением морфологических характеристик его рельефа, основой пространственной информации о которых в настоящее время служат данные дистанционного зондирования Земли. Связь современного облика рельефа территории с ее структурным планом в некоторой степени демонстрируют линеаменты – протяженные прямолинейные формы рельефа, как положительные, так и отрицательные, связанные с выходом на дневную поверхность сместителя разлома (Hobbs, 1904). Стоит отметить, что данная связь не может быть постулирована и вызывает дискуссии. Некоторые геологи относятся к линеаментному анализу крайне скептически, утверждая, что рельеф, постоянно подвергающийся экзогенному воздействию, не может отражать особенности древнего структурного плана (Проблемы глобальной корреляции…, 1980; Макаров, 2008); другие, наоборот, отстаивают идею о постоянной эволюции рельефа на протяжении всей истории и о его связях со структурами на всех этапах тектогенеза, в том числе и на древних (Устинов и др., 2024а, Видяпин, Бондарь, 2021). Неопровержимым остается суждение о важнейшей роли дистанционного анализа в рамках исследований тектонического строения для обширных площадей, применительно к которым иные методики, позволяющие подготовить достоверную основу для идентификации разрывных структур, отсутствуют (Кац и др., 1986).
В настоящем исследовании для изучения каркаса разрывных нарушений с целью локализации перспективных участков на обнаружение новых месторождений ТПИ предложен авторский структурно-геоморфологический подход с применением тектонофизических моделей, разделенный на пять основных этапов: 1) мультимасштабный линеаментный анализ; 2) реконструкция параметров напряженно-деформированного состояния (НДС) на основе тектонофизической интерпретации выделенных линеаментов с целью выявления наиболее гидравлически активных сегментов разрывных структур на момент отложения руд; 3) дешифрирование и пространственный анализ структур центрального типа (СЦТ); 4) систематизация полученных результатов: формирование пространственно-плотностных и вероятностных критериев локализации оруденения, определение значимости каждого из них на основе корреляционного анализа с эталонными объектами; 5) Создание итоговой весовой ППМ, позволяющей локализовать перспективные области в контексте обнаружения новых месторождений ТПИ и сформулировать рекомендации для дальнейших поисково-оценочных работ.
В качестве основы для выделения линеаментов и СЦТ исследователи в большинстве случаев используют многоканальные космические снимки. Однако такой подход не является оптимальным: во многом теряется возможность автоматизации процессов, связанных с выявлением линейных элементов рельефа; машинное обучение по их идентификации на основе различий спектральных характеристик также является труднореализуемым процессом. Наилучшей альтернативой космическим снимкам в контексте картирования структурных элементов являются цифровые модели рельефа (ЦМР). В настоящее время в открытом доступе распространяется множество продуктов, в той или иной степени характеризующих рельеф. При выборе источника важно понимать, что основной целью ЦМР является представление земной поверхности, «очищенной» от элементов местности как естественного, так и антропогенного происхождения: растительности, гидрографии, населенных пунктов, дорожно-транспортных сооружений и т.д. Проведенные в рамках подготовки исходных материалов многочисленные сравнительные тесты продемонстрировали ряд преимуществ ЦМР FABDEM над более распространенными аналогами: SRTM, ARCTIC DEM, ASTER GDEM, ALOS WORLD 3D, WORLDDEM, как по высотной точности, так и по отсутствию зашумленности объектами местности, определив данную модель как наиболее достоверный источник информации о рельефе. FABDEM (разрешение – 1″/ пиксел) – производная ЦМР, разработанная учеными Университета Бристоля на основе постобработки Copernicus DEM с применением машинного обучения (Hawker et al., 2022). Для обеспечения наилучших результатов дешифрирования элементов линеаментной сети в полуавтоматическом режиме с использованием ПО PCI Geomatica проведена фильтрация исходного изображения ЦМР по четырем основным направлениям (Enoh et al., 2021). Для реконструкции каркаса тектонических нарушений необходимо учитывать масштабный эффект (Петров и др., 2019), заключающийся в различных характеристиках проявления и формирования разноранговых разрывных структур, маркируемых выделяемыми линеаментами разной протяженности. Задача учета масштабного эффекта решена с помощью пошагового изменения пространственного разрешения исходной ЦМР. Наиболее протяженные линеаменты, вероятно, маркирующие крупные разломы, выделены по «загрубленным» ЦМР низкого пространственного разрешения, оперяющие их мегатрещины – по ЦМР среднего и относительно высокого разрешения.
Для реконструкции параметров сдвигового НДС с учетом выделенных разномасштабных линеаментов применен тектонофизический подход. Сдвиговая кинематика разломов, в особенности протяженных, восстановлена классическими структурными методами, способными доказать смещение блоков вдоль плоскости разлома (Hancock, 1985; Кочарян, 2021). Учитывая результаты проведенных ранее исследований по геодинамической эволюции Чукотки, определивших повсеместное проявление аккреционно-коллизионных процессов между блоками, актуальным является предположение о преимущественно сдвиговой кинематике границ крупнейших тектонических единиц (Морозов, 2001). Реконструкция параметров ПНД проводилась с использованием ПО «Lineament stress calculator» (автор – А.Д. Свечеревский), позволяющего классифицировать все выделенные структуры по их кинематическому типу, определив основные параметры НДС: кинематику всех типов структур в парагенезисе, а также ориентировки осей сжатия и растяжения (Свечеревский и др., 2025). В пределах рассматриваемой территории Ичувеем-Паляваамского золоторудного района под воздействием близсубширотного сжатия развита основная левосдвиговая зона, сформированная магистральными структурами северо-западного простирания. В соответствии с данными параметрами НДС для каждого из выделенных разрывов вычислен коэффициент тенденции к сдвигу, определяющий наиболее гидравлически активные сегменты структур на момент отложения руд (Jaeger, Cook, 1979; Fuchs, Müller, 2001).
Следующим важным этапом настоящего исследования стало дешифрирование и дальнейший анализ СЦТ – округлых морфоструктур различного генезиса. Значимость роли концентрических структур в процессах рудообразования доказана еще во второй половине XX столетия, однако задаче дешифрирования и комплексного анализа СЦТ в контексте прогнозирования месторождений в настоящее время уделяется второстепенное внимание. Унифицированная методика, позволяющая автоматизировать выделение СЦТ, в настоящее время не разработана, однако, вполне достоверные и полные результаты могут быть получены с использованием классического визуального дешифрирования на основе подготовленной ЦМР (Устинов и др., 2024б). В результате на рассматриваемой территории выделено 186 разноранговых СЦТ, условно маркируемых окружностями диаметром от 3 до 80 км. Анализ пространственного взаимного расположения СЦТ, их интерференции и пересечений позволил установить тесную связь между развитием данного типа структур и локализацией известных рудных месторождений.
Основываясь на полученных результатах комплексного структурно-геоморфологического анализа ЦМР территории разработаны прогнозно-поисковые критерии локализации оруденения, которые учитывают основные структурные элементы: линеаменты различных масштабных уровней, маркирующие разноранговые разрывные структуры, с учетом их наиболее гидравлически активных сегментов; СЦТ, отражающие предполагаемые магматические очаги (интрузии) и вулкано-тектонические структуры (кальдеры).
Каждый из критериев представляет собой растровую модель данных (1415 × 1308 пикселей) с линейным размером пиксела 150 × 150 м. По типу представляемой пространственной информации все критерии классифицированы на две основные группы: плотностные и вероятностные. Плотностные представлены в виде непрерывного ряда (от 0 до 1) значений плотностей исходных пространственных и производных от них объектов. Вероятностные критерии – в виде бинарных изображений: значение «1» – наличие объекта, «0» – его отсутствие. С целью определения значимости каждого из критериев в процессах отложения руд и ее дальнейшего учета при построении итоговой ППМ для каждого из них на основе корреляционного анализа с эталонными объектами – известными месторождениями и рудопроявлениями, рассчитаны весовые коэффициенты. Результатом стала весовая ППМ – синтетическое растровое изображение с пространственным разрешением 150 м/пиксел, построенное на основе интеграции пятнадцати критериев, наиболее полно охватывающих все структурно-морфологические особенности региона и связанные с процессами рудообразования. Условная точность модели на основе сравнения с эталонными рудными объектами составила 83%. Визуализированная ППМ позволила графически интерпретировать и рекомендовать к дальнейшему изучению в рамках проведения геологоразведочных работ относительно небольшие локальные участки (площадью от 10 до 25 кв. км), перспективные на обнаружение новых месторождений ТПИ в пределах Ичувеем-Паляваамского золоторудного района.
Исследование выполнено в молодёжной 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».