КЛАСТЕРНЫЙ АНАЛИЗ КАК МЕТОД ВЫЯВЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ХРОМИТОВОГО ОРУДЕНЕНИЯ В ПРЕДЕЛАХ ВОЙКАРО-СЫНЬИНСКОГО МАССИВА
КЛАСТЕРНЫЙ АНАЛИЗ КАК МЕТОД ВЫЯВЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ХРОМИТОВОГО ОРУДЕНЕНИЯ В ПРЕДЕЛАХ ВОЙКАРО-СЫНЬИНСКОГО МАССИВА
Аннотация
В статье описывается применение кластерного анализа при интерпретации данных, полученных с использованием метода литохимических поисков по потокам рассеяния на Войкаро-Сыньинской площади, для выделения наиболее перспективных участков для постановки дальнейших поисковых работ. Методика исследования включает в себя обработку и интерпретацию статистическими методами результатов полуколичественного спектрального анализа литохимических проб. В результате проведенного кластерного анализа, в пределах исследуемой площади выделяется 5 кластеров. Распределение кластеров носит субмеридианальный характер, они пространственно попадают в минерагенические зоны, отвечающие их геохимической специализации. Cr-Ni-Co геохимический кластер располагается в границах Войкарской структурно-формационной зоны, где связан с ультраосновными и основными породами райизско-войкарского и кэршорского комплексов. По результатам исследования в пределах Войкаро-Сыньинского офиолитового массива выделен аномальный участок благоприятный для выявления хромитового оруденения кимперсайского типа.
1. Введение
Райизско-Войкарская минерагеническая зона является одной из наиболее интересных и потенциально перспективных в Полярно-Уральском секторе Уральской складчатой системы в отношении дефицитных полезных ископаемых, таких как Cr, Fe, Cu, Au, Pt, Pd, Os, Ir, Mo. В то же время её изученность на данный момент остается весьма слабой. Фактически достаточно интенсивно проводились только поисковые и поисково-оценочные работы на хромиты в северной части Войкаро-Сыньинского массива. Изученность остальной части площади находится на уровне 60-х начала 70-х годов.
В свете рассмотрения вопроса обеспечения МСБ страны запасами стратегических металлов, вовлечение ресурсной базы Приполярного и Полярного Урала в экономику промышленного Урала позволит решить поставленную задачу.
Целью работы является выделение наиболее перспективных участков на исследуемой площади, по результатам интерпретации данных по литогеохимическому опробованию по потокам рассеяния с применением современных геостатистических комплексов исследования, а также по поисковым критериям и признакам, для постановки дальнейших поисковых работ по выявлению комплексных месторождений хрома с платиноидами кимперсайского типа.
Основные решаемые задачи:
- выявление геохимически однородных площадей, отвечающих минерагеническим зонам;
- определение внутри этих зон аномальных значений элементов;
- выделение участков, характеризующихся аномальными содержаниями элементов, которые потенциально перспективны на промышленное оруденение с применением магматогенных, структурных, формационных и проч. критериев, а также минералогических и проч. прямых и косвенных признаков.
2. Методы и принципы исследования
Методика исследования включает в себя обработку и интерпретацию статистическими методами данных литохимического опробования по потокам рассеяния, полученных методом полуколичественного спектрального анализа (ПКСА) .
Аналитические исследования. Пробы анализировались методом ПКСА на 31 элемент, включая Au, Pt, Pd. Общее количество проб составило 4 939 штук.
Статистичекие методы обработки данных. Подобный массив информации характеризует обширную территорию, которая к тому же относится к различным структурно-формационным и минерагеническим зонам, поэтому очень сложен в анализе. Потребовалось объединение содержаний в некоторые группы, которые отражали бы объективную картину поведения элементов, не зависящую от ранее известных минерагенических зон, а также рудных полей, узлов и т.д.
1. На первом этапе исследования была проведена группировка по схожему поведению содержаний химических элементов. Для этих целей был применен кластерный анализ .
Сущность используемого метода заключается в наборе различных алгоритмов классификации, когда необходимо классифицировать «горы» информации к пригодным для дальнейшей обработки группам.
В отличие от многих других статистических процедур, методы кластерного анализа используются в большинстве случаев тогда, когда не имеется каких-либо априорных гипотез относительно классов и анализ находится в описательной стадии исследования .
Выполнение кластерного анализа позволяет выделить группы, в составе которых некоторые элементы отличаются повышенными средними содержаниями относительно средних по общей выборке. Другие же имеют значения на уровне кларковых;
2. На втором этапе внутри каждого кластера для элементов с высокими средними содержаниями относительно общих средних значений вычисляются минимально аномальные и высоко аномальные значения. За фоновое значение принимается медиана. Минимально аномальное вычисляется по формуле Са1 = Сх + 2δ, а высоко аномальное – Са2 = Сх + 3δ, где Сх – фоновое значение элемента (медиана), δ – стандартное отклонение .
3. Основные результаты
В результате проведенного кластерного анализа, в пределах исследуемой площади, было выделено 5 кластеров (см. табл. 1):
Кластер №1 – Cr-Ni-Co геохимический кластер;
Кластер №2 – Сu-V геохимический кластер;
Кластер №3 – кластер геохимического «шума»;
Кластер №4 – Pb-Au-W геохимический кластер;
Кластер №5 – Mo(Cu)-Zn(Pb)-P геохимический кластер.
Таблица 1 - Средние содержания химических элементов по кластерам
Хим. эл-т | Вес. ед. | Кл. №1 | Кл. №2 | Кл. №3 | Кл. №4 | Кл. №5 |
1187 | 185 | 1532 | 1752 | 283 | ||
Cr | 10-3 % | 444,1803 | 55,2108 | 125,5738 | 37,0314 | 48,3781 |
Mo | 10-4 % | 0,040438 | 0,216216 | 0,503916 | 0,481164 | 4,144876 |
Pb | 10-3 % | 0,577928 | 0,989189 | 0,757180 | 1,579338 | 1,908127 |
Ag | 10-5 % | 0,000842 | 0,124324 | 0,024151 | 0,030822 | 0,837456 |
Co | 10-4 % | 120,3370 | 41,2486 | 37,2722 | 23,8476 | 31,8693 |
Ni | 10-3 % | 205,9124 | 19,1514 | 34,2448 | 11,5331 | 17,3286 |
Ba | 10-2 % | 0,245998 | 0,956757 | 1,443211 | 3,356164 | 2,791519 |
Mn | 10-2 % | 12,81719 | 12,47027 | 10,37794 | 10,19007 | 33,43463 |
V | 10-3 % | 6,63100 | 24,22162 | 14,13708 | 13,91895 | 10,37102 |
Sn | 10-4 % | 1,790227 | 2,351351 | 1,947128 | 3,295662 | 2,487633 |
Cu | 10-3 % | 4,24853 | 19,54054 | 5,32507 | 5,12614 | 6,20495 |
Zn | 10-2 % | 0,921651 | 0,945946 | 0,596606 | 0,726598 | 1,381625 |
P | 10-1 % | 0,121314 | 0,913514 | 0,785901 | 0,928653 | 3,113074 |
W | 10-3 % | 0,000000 | 0,010811 | 0,000653 | 0,000000 | 0,000000 |
La | 10-3 % | 0,379949 | 0,778378 | 0,811358 | 1,744292 | 1,621908 |
Ga | 10-3 % | 0,074979 | 0,935135 | 0,710183 | 1,081050 | 0,681979 |
Zr | 10-3 % | 4,41533 | 8,78919 | 9,06070 | 15,95263 | 11,86572 |
Sc | 10-4 % | 5,48526 | 14,35135 | 9,65470 | 9,03311 | 9,73852 |
Bi | 10-3 % | 0,008425 | 0,091892 | 0,121410 | 0,119863 | 0,501767 |
Y | 10-3 % | 0,013479 | 0,372973 | 0,312010 | 0,865868 | 0,759717 |
Yb | 10-4 % | 0,091828 | 0,691892 | 0,665796 | 1,249429 | 1,250883 |
B | 10-3 % | 1,497051 | 2,140541 | 2,021540 | 3,008562 | 2,469965 |
Nb | 10-3 % | 0,001685 | 0,016216 | 0,071802 | 0,206050 | 0,116608 |
Be | 10-4 % | 0,027801 | 0,389189 | 0,405352 | 1,185502 | 1,226148 |
Распределение кластеров в целом носит субмеридианальный характер и прослеживается вдоль простирания основных структур и геологических комплексов этой части Полярного Урала (см. рис. 1). Пространственно, кластеры попадают в минерагенические зоны, отвечающие, в целом, их геохимической специализации.
Рисунок 1 - Районирование Войкаро-Сыньинской площади (южная часть Полярного Урала) по результатам кластерного анализа на геологической основе
Примечание: лист Q-41 ГП-1000/3; Кондиайн О. А., 2001
Основная выборка проб попадает в границы Войкарской структурно-формационной зоны (СФЗ), а именно в пределы Райизско-Войкарского комплекса альпинотипных ультрабазитов, представленных дунит-гарцбургитовой и гарцбургитовой ассоциацией, и восточную часть Кэршорского дуниит-верлит-клинопироксенит-габбрового комплекса (см. рис. 2). Малая часть проб на северо-западе пространственно попадает в пределы Лемвинской СФЗ, а на востоке в пределы Малоуральского вулкано-плутонического пояса Войкарской СФЗ . Это объясняется скорее всего наличием моренных отложений ультраосновного состава, т. к. физико-механический перенос осуществляется в пределах первых километров. Данная часть кластера не рассматривается.
Рисунок 2 - Соотношение Cr-Ni-Co геохимического кластера (Кластер №1) и геологии исследуемого района на упрощенной геологической схеме
Ультраосновные и основные породы райизско-войкарского и кэршорского комплексов слагают единую крупную и достаточно пологую надвиговую пластину, ширина выхода которой составляет в среднем 18-20 км на севере (хойлинский блок, погурейский блок); 14 км в средней части (лаптапайский блок), сужаясь к югу до 2-4 км. Пластина представляет собой сложную складчато-надвиговую структуру. Ядерная часть складки сложена гарцбургитами и, в меньшей степени, дунитами райизско-войкарского комплекса, тогда как на крыльях последовательно обнажаются пироксениты и габброиды кэршорского комплекса . Падение крыльев на юго-восток, углы падения около 70о. Имеются существенные отличия в составе, строении, степени метаморфизма метабазитов западной полосы (крыльев) «полосчатого» кэршорского комплекса относительно восточных.
Войкаро-Сыньинский массив, протяженностью около 200 км, при ширине от 2 до 18 км сложен гарцбургитами, дунитами и оливин-антигоритовыми породами – войкаритами. Пироксениты, серпентиниты и другие гипербазиты, развитые в краевых зонах массива, встречаются в резко подчиненных количествах .
Пространственное размещение хромитов на территории рудного района определяется их генетической связью с альпинотипными ультабазитами , поэтому все известные месторождения и рудопроявления хрома относятся к кимперсайскому типу и локализуются в ультрабазитах.
Большинство известных к настоящему времени рудных объектов выявлены до середины 70-х годов прошлого столетия. Южная часть массива до сих пор практически не охвачена поисковыми работами на хромиты.
При аналитической обработке результатов анализов проб, попавших в Cr-Co-Ni кластер, внимание акцентировалось на конкретные задачи, решение которых могло бы найти практическое применение при дальнейших поисках:
- выявление аномальных полей Cr, которые могли бы вывести на новые объекты хромового оруденения;
- оценка потенциала платиноидов в составе хромовых руд и хромсодержащих пород Войкаро-Сыньинского хромитового рудного района.
Если хромитоносные тела подвергаются дренированию или рудный материал трансформируется физико-механическим путем вниз по склону (до 1-1,5 км и не далее), поступая в пойму ручья, то в аллювии концентрируется Cr, Ni, Co. На отдельных участках с данной ассоциацией оказывается Pt, Au, Pd, Pb, Cu в различных сочетаниях и уровнем концентраций. Если рудопроявления и пункты минерализации хромитов располагаются на водоразделе или на склоне массива, где гидросеть отсутствует или она отстоит более чем на 1-1,5 км, то такие рудные объекты в потоках не проявляются.
В результате статистической обработки данных было получено фоновое значение для Cr равное 0,389%, что в целом соответствует кларковому для гипербазитов , а также для Co – 0,066%, Ni – 0,052%.
В потоках рассеяния геохимическая ассоциация химических элементов неизменно представлена Cr, Co, Ni. Верхний предел для Cr равен 1,25% и обусловлен ограничением по определению максимальных содержаний методом ПКСА. Cr, Co, Ni в сочетании с Pt и Pd в потоках характеризуются высокоаномальными значениями.
В пределах кластера наблюдается увеличение концентраций Со в потоках с севера на юг. Ni, в свою очередь, концентрируется в потоках в центральной части Войкарского массива.
Аномальные потоки Pt и Pd фиксируются в приконтактовых зонах райизко-войкарского комплекса с кершорским, как с запада, так и на востоке.
В данном кластере по результатам интерпретации было выявлено несколько аномальных зон. В частности, аномальный участок (см. рис. 3) площадью около 150 км2, представляющий первоочередной интерес с точки зрения дальнейших поисков на оруденение промышленного типа.
Рисунок 3 - Аномальный участок в пределах Cr-Co-Ni кластера
Кроме того, выявляются контрастные аномальные потоки Pt и Pd, которые образуют аномальные потоки площадью 32 и 10 км2 со среднем содержанием соответственно 32 и 18 мг/т.
Источником служат породы дунит-гарцбургитовой ассоциации райизского-войкарского комплекса и нижняя часть дунит-верлит-клинопироксенитового кершорского комплекса. Надо отметить, что аномальные потоки Pt и Pd, в целом, приурочены к границам между райизского-войкарским комплексом и кершорским комплексом.
По геохимическим данным хромовые проявления Лагортинского рудного поля можно отнести к Pt-содержащим.
Таким образом, результаты исследований показывают, что в пределах Cr-Co-Ni кластера перспективным участком для постановки дальнейших работ по выявлению комплексных месторождений Cr с платиноидами кимперсайского типа является аномальный участок пределах Лагортинского рудного поля.
4. Заключение
1. В пределах изучаемой площади по результатам кластерного анализа четко выявляется 4 зоны, отличающихся по своей геохимической специализации, в пределах которых выделяется группа элементов, характеризующаяся повышенными средними содержаниями;
2. Распределение кластеров носит субмеридианальный характер и прослеживается вдоль простирания основных структур и геологических комплексов этой части Полярного Урала. Пространственно кластеры в целом попадают в минерагенические зоны и отвечают их геохимической специализации;
3. Cr-Co-Ni геохимический кластер (Кластер №1) попадает в границы Войкарской СФЗ и объединяет Войкаро-Сыньинский хромитовый рудный район и восточную часть Кэршорской платино-золото-меднорудную рудоносную зону;
4. Выявлен аномальный участок, в пределах Cr-Co-Ni геохимического кластера, площадью около 150 км2, представляющий первоочередной интерес для постановки дальнейших работ по выявлению комплексных месторождений хрома с платиноидами кимперсайского типа.