Статья опубликована в №74 (октябрь) 2019
Разделы: Геология, Науки о Земле
Размещена 22.10.2019. Последняя правка: 17.10.2019.
Просмотров - 2071

ПРИМЕНИМОСТЬ ИННОВАЦИОННОГО МЕТОДА ГЕОЛОГОРАЗВЕДКИ Б.С. ЗЕЙЛИКА В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Савельев Борис Николаевич

boris_savelev@list.ru

не работаю

пенсионер

УДК 550.8.011

ВВЕДЕНИЕ

Разведка месторождений полезных ископаемых всегда была и  остается чрезвычайно трудоемким и затратным процессом. С появлением геоинформационных систем (ГИС) были разработаны новые методы, существенно облегчающие и ускоряющие поиск месторождений. Одним из них является метод, разработанный на принципах ударно-взрывной тектоники (УВТ) и запатентованный доктором геологических наук Б.С.Зейликом  (патент №(19) KZ (13) B (11) 12039 (51) G01V 11/00 (2006.01).

Суть метода заключается в сужении зоны поиска месторождений по геологическим, геофизическим, топографическим картам, спутниковым снимкам. Ориентиром при этом служат кольцевые зоны сжатия и разуплотнения горных пород вокруг кратеров, возникающих при падении на поверхность Земли крупных метеоритов (рис.1). Разломы земной коры являются каналом транспортировки жидких полезных ископаемых и насыщенных водных растворов с нижних горизонтов, а перекрывающие разлом осадочные породы образуют естественные резервуары для их накопления. Идея метода бесспорна – поиск месторождений должен быть сосредоточен в зонах разуплотнения пород, где образование месторождений наиболее вероятно. «…причем, когда исследуемую кольцевую структуру пересекают линейные рудные зоны, тяготеющие к протяженным разломам, области взаимного наложения концентрических площадей - зон растяжения с повышенной рудоносностью и пересекающих их линейных рудных зон определяют как наиболее перспективные для организации в их пределах поисков месторождений металлических полезных ископаемых, а в случае обнаружения на исследуемой территории нескольких кольцевых структур, перекрывающих друг друга, предлагаемый способ выявления концентрических площадей-зон растяжения с повышенной рудоносностью осуществляют в каждой из структур и вычленяемые при этом территориальные блоки взаимного перекрытия площадей-зон повышенной рудоносности прогнозируют как высокоперспективные площади».

Анализ расположения известных месторождений Казахстана относительно выявленных астроблем показал, что в зоны разуплотнения горных пород попали месторождения, содержащие до 95% всех запасов полезных ископаемых на изучаемой территории. Прогноз, выполненный на основе ударно-взрывной тектоники (УВТ), оказался в 19-22 раза лучше, чем при использовании традиционных методов [Зейлик и др., 2013].  Он позволяет исключить из зоны поиска 75-80% площади изучаемой территории и сосредоточить ресурсы на разведке наиболее перспективных участков.

Рис. 1 Схема поиска наиболее перспективных площадей разведки месторождений

 [Зейлик Б.С., из описания к изобретению].

1 - зоны разуплотнения и сжатия горных пород;

2- пересечение зон разуплотнения пород с протяженным разломом;

3 - взаимное перекрытие зон разуплотнения пород  двух кольцевых структур.

С такой поразительной эффективностью метод должен был стать чрезвычайно востребованным, однако сведений о его широком внедрении нет. И одним из главных факторов, сдерживающих развитие метода, является сложность определения исходных данных – точного месторасположения астроблемы, ее размеров и закономерности образования зон уплотнения и разуплотнения горных пород.

На поверхность Земли упало множество метеоритов, и количество кратеров должно быть не меньше, чем на Луне. Но активные эрозионные, геологические, тектонические, а в последнее время и антропогенные процессы стирают с поверхности нашей планеты возникшие при падении космических тел кратеры. Например, [полный каталог импактных структур Земли А. В. Михеевой, ИВМиМГ СО РАН] содержит всего около 3,5 тысяч подтвержденных и вероятных метеоритных кратеров. Это является первым препятствием широкому применению метода. Подавляющее большинство астроблем никак не выражены в рельефе, скрыты осадочными породами и захоронены на глубине сотен метров, их обнаруживают зачастую случайно только по результатам бурения. Методика поиска таких астроблем отсутствует. Зоны разуплотнения горных пород, представляющие собой разрывы земной коры, выражены не всегда очевидно, однако они оказываются гораздо менее подвержены стиранию во времени. В современном рельефе они проявляются в контурах озер и берегов морей, многие реки текут по дугообразным руслам или прямолинейным радиальным разломам. В зонах земледелия они выделяются изменением цвета почвы, а в лесной зоне – изменением цвета и характера растительности. Поэтому для широкого внедрения метода Б. С. Зейлика необходимо научиться искать эти вторичные признаки падения космических тел, определить точные механизмы и закономерности их образования, и на основании этих данных определять местоположение и размеры астроблем, скрытых в рельефе.

ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИЗНАКИ СКРЫТОГО ИМПАКТНОГО КРАТЕРА

Самый большой и заметный элемент кратера – его внешний вал под действием геологических и эрозионных процессов разрушается быстрее всего. Профиль его сглаживается, и зачастую от него остаются только отдельные фрагменты, совершенно неразличимые на обычных картах и снимках. Но в большинстве случаев геологические процессы стерли кратер совершенно.

Рис.2 Предполагаемая астроблема Тума. Весеннее половодье заполнило кольцевую низину (Яндекс Карты)

Гораздо более заметным элементом кратера является кольцевая депрессия между внешним валом и центральным поднятием. Расположенная ниже уровня окружающей местности, она заполняется водой и становится озером, болотом или частью речного русла.

Когда реки выбирают в качестве русла радиальные разломы, сходящиеся к центру кратера, речной поток протекает через часть кольцевой депрессии вокруг центрального поднятия и не позволяет заполнить ее отложениями. В итоге образуется характерный «омега» - участок русла, сохраняющийся на века.

Так же речные русла огибают кратер по внешнему контуру.

а)	б)

Рис.3  Омега – русло а) р.Енисей, г. Дивногорск (Google Earth)  http://labmpg.sscc.ru/a2622.html   б) р.Ангара, г.Усть – Илимск и г.Братск, (Google Earth) http://labmpg.sscc.ru/a2620.html

а)	б)

Рис.4  Русло по периметру кратера
а) р.Ока, Коптево, 53°36'47.86"С, 36°12'36.65"В (Google Earth)     б) р.Волга и р.Дон, Волгоград (Google Earth) http://labmpg.sscc.ru/a2365.html

Зоны разрушения породы должны быть столь же многообразны в рельефе. Они сильно отличаются друг от друга в зависимости от угла падения космического тела. Бесспорным можно считать только случай вертикального падения. Энергия волны распределена равномерно во всех направлениях, и образуются кольцевые разрывы. При увеличении угла падения энергия волны приобретает направленность и форма зоны разрыва начинает изменяться. Окружность начнет превращаться в эллипсоид, а мощность разрушений породы будет максимальной в направлении падения. При дальнейшем увеличении угла падения энергия волны практически полностью будет сосредоточена в секторе, направленном в сторону падения. Тыловая часть эллипсоида исчезнет, и останется дуга. Ширина сектора распространения волны  должна уменьшаться по мере увеличения угла падения.

Прежде всего при поиске следов астроблем следует обращать внимание на природные объекты, имеющие правильные геометрические формы, повторяющиеся или нехарактерные для окружающего фона.

Рис.5 Русла Волги и Ветлуги (Яндекс Карты) Предполагаемая астроблема Ветлужская http://labmpg.sscc.ru/a2765.html

Рис.6 Парные дугообразные линии рельефа (США, Техас, Луизиана) (Google Earth)

 

На рис.6 заметна очень характерная особенность – концы дуг выгнуты наружу. Такая конфигурация встречается на снимках весьма часто. Такая линия имеет свое математическое описание и называется «нормальное распределение Гаусса». Объяснить образование такой формы дуг можно будет лишь после всестороннего изучения особенностей распространения волн в породе. Маловероятно, что геологический рельеф формируется по строгим математическим законам, зато волновые процессы им обязаны подчиняться.

 Также заслуживают внимания места прямолинейного течения рек и резких изменений их направления. На рис.4б русла Дона и Волги прямолинейны и пересекаются в центре предполагаемой астроблемы. На рис.3б видно, что русло р.Ангары прямолинейно и проходит по радиальным разломам, образовавшихся при падении метеоритов в Усть – Илимске и Братске.

ПРИМЕР ПОИСКА СКРЫТОЙ В РЕЛЬЕФЕ АСТРОБЛЕМЫ

Процесс поиска скрытой астроблемы продемонстрируем  на примере предполагаемой астроблемы Котуй (71,38 с.ш., 102,12в.д.), выявленной по этим вторичным признакам кратера. Она расположена в 200 километрах южнее пос.Хатанга. Наиболее заметным элементом рельефа является дугообразный разрыв поверхности. Ширина разрыва в направлении удара достигает 12км и переходит во впадину шириной до 6км на краю дуги. В направлении удара в средней части дуги проходит вал, образованный увеличившейся в объеме при дроблении породой.

 Рис.7 Первый разрыв вокруг предполагаемой астроблемы Котуй (Google Earth) http://labmpg.sscc.ru/a2611.html

 Рис.8 общий вид местности (Google Earth)

На рис.8 видно, что на местности восточнее разрыва выделяются две дугообразные структуры, отстоящие от вала на одинаковом расстоянии 45 -48 км. Направление дуг позволило предположить расположение места падения, и в результате обработки снимков была выявлена кольцевая депрессия, служащая руслом реки Сабыда (Рис.9). Внешний вал кратера и центральная его часть были стерты геологическими процессами, и обнажилась граница полости кратера.  

Рис.9 Кольцевая депрессия (Google Earth)

На рис.8 кружком на второй дуге выделен интересный элемент рельефа, нехарактерный для окружающего ландшафта – гора Нямакит, представляющая собой выход магматической массы на поверхность (рис.10). Это может указывать на то, что земная кора была разрушена на всю глубину, а подъем магмы был кратковременным. Отсутствие других таких объектов можно объяснить быстрым снижением интенсивности волны при удалении от направления падения.


Рис.10 Гора Нямакит (Яндекс.Карты) http://labmpg.sscc.ru/a2612.html

При косом ударе в направлении падения наблюдается максимальная ширина разрыва. По средней линии разрыва образуется гребень из-за увеличения объема породы при  ее дроблении (рис.7). На большую неравномерность распределения энергии волны при косом падении указывают и аналогичные разрывы в других местах (рис.11, рис.12). Таким образом, место максимальной ширины разрыва и высоты вала раздробленной породы можно считать надежным индикатором направления падения.

Рис.11 Предполагаемая астроблема Ахметка, Башкирия  (Google Earth)

Рис.12 Предполагаемая астроблема Малиновка, Республика Беларусь. Более позднее падение в Логойской астроблеме. (Google Earth)

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОПОРЦИИ МЕЖДУ ДИАМЕТРОМ КРАТЕРА И РАСПОЛОЖЕНИЕМ ЗОН РАЗУПЛОТНЕНИЯ ПОРОДЫ

 

Расстояние от центра первого разрыва до наиболее четко видимой западной границы предполагаемого кратера Котуй составило 92 - 94км при диаметре кольцевой депрессии 46-47км в направлении падения. Это дает основание полагать, что расстояние между первой зоной разуплотнения породы и расстоянием от нее до края кратера равно диаметру кратера. Расстояния между зонами разуплотнения породы также равны 45-48км.

Рис.13 Кратер Котуй и первый разрыв (снимок Google Maps после обработки)

Проверить это предположение можно изучением достоверно установленных кратеров с известными размерами и четко выраженным рельефом.

 Рис.14 Беенчиме – Салаатинская астроблема (РФ) (Google Earth) http://labmpg.sscc.ru/a22.html

Русла рек на снимке имеют одинаковую форму. Расстояние между руслами рек и до внешнего контура астроблемы точно равно ее поперечнику 6,5км.

Рис.15 Каменская астроблема (РФ) (Google Earth) http://labmpg.sscc.ru/a85.html  

Диаметр астроблемы 23 - 25км. Диаметр разрыва, очерченный оврагами и руслами рек,  70км.

Рис.16  Астроблема  Мат Уилсон, Австралия  (Wikimapia.org) http://labmpg.sscc.ru/a502.html 

Астроблема Мат Уилсон, Австралия. Расстояние между дугами разрывов равно 10км при расстояниях от центра астроблемы 15км и 25км, что может указывать на недооцененность размера астроблемы в каталоге (7,5км). Вероятный диаметр астроблемы – 10км

Приведенные примеры позволяют утверждать, что расстояние между зонами разуплотнения породы равно диаметру кратера.

Рис.17 Расположение зон разрушения породы

Ln = (2n+1)R, где n= 1,2,3…

 

На рис.18 приведена схема расположения месторождений нефти относительно предполагаемого кратера Чернореченский. Они расположены в узком секторе распространения волн в направлении падения и хорошо коррелируют с расчетным расположением зон разрывов породы.

Рис.18 Зоны разрывов породы предполагаемого кратера Чернореченский и расположение нефтепромыслов  (Wikimapia.org) http://labmpg.sscc.ru/a2619.html

СПОРНЫЕ МОМЕНТЫ ПРЕДЛАГАЕМОГО МЕТОДА

Механизм образования зон уплотнения и разуплотнения описан в [Мурадзилов, Зейлик, 2010]. Автор метода предполагает, что порода разрушается «двумерной» поперечной сейсмической волной, возникающей сразу за фронтом ударной волны при ее значительном удалении от места падения. «А именно, интенсивность сгенерированной сейсмической волны будет максимальной только на уровнях (расстояниях до эпицентра), где на главной окружности полусферы фронта ударной волны будет укладываться целое число длин волн, то есть когда основная гармоника из спектра возмущения будет удовлетворять условиям резонанса на замкнутом контуре. В результате такого резонанса энергетические возможности сейсмической волны будут достаточными для разрушения горных пород механизмом растяжения» [Мурадзилов, Зейлик, 2010].

Предложенный механизм сразу вызывает вопросы.

1. Разрушение породы предполагается только в условиях «резонанса на замкнутом контуре», размеры которого привязаны к расстоянию от места падения. Но возбуждение поперечной сейсмической волны предполагается в результате неравномерного затухания ударной волны на неоднородностях породы, которые с расстоянием от центра падения никак не связаны.
2. Для возникновения «резонанса на замкнутом контуре» поперечная волна должна распространяться вдоль окружности, но это для упругих волн нехарактерно.
3. Для окружности в любом сечении полусферы ударной волны можно выбрать произвольный целочисленный делитель. Меняться будет только длина волны, которая зависит от неоднородностей породы и с расстоянием от места падения никак не связана. Поэтому резонанс должен быть незатухающим и непрерывным.
4. «Двумерность» возникающей поперечной волны предполагает отсутствие самого главного разрушающего фактора – амплитуды. Для резонансного увеличения ее в сотни и тысячи раз добротность колебательного контура должна быть соответствующей, что по определению невозможно для поликристаллических разнородных структур.

Определение наиболее вероятного механизма образования зон разуплотнения породы. Для определения механизма образования разрывов породы необходимо определить, какая именно волна их инициирует – ударная или упругая сейсмическая.  Нет единого мнения, где ударная волна теряет свою силу и превращается в упругую сейсмическую. Диапазон простирается от границ кратера [Фельдман, Глазовская, 2018] до «очень – очень далеко» [Мелош, 1994]. Такая разница в оценках порождена выбранной моделью процесса и представлениями о природе механизма прочности породы.

Разрушение породы ударной волной за пределами внешнего вала кратера возможно в результате отражения волны от свободной поверхности. Но почти вся энергия удара направлена вниз и в стороны, в результате в приповерхностной зоне ударная волна имеет минимальную энергию и быстро затухает. Чтобы волна снизу снова подошла к поверхности, она должна изменить свое направление движения, например отражаясь на неоднородностях нижних слоев породы. В итоге будут возникать разрозненные зоны разрывов, отражающие особенности внутреннего распределения пород и не носящие регулярного характера. Таким образом, формирование ударной волной чередующихся кольцевых зон разуплотнения породы с четко выраженной цикличностью не представляется возможным.

Рассмотрим сценарий, приведенный в [Фельдман, Глазовская, 2018] – ударная волна переходит в упругую на границе кратера. Ударная волна представляет собой непериодическую функцию – трапецию с резким передним фронтом сжатия и растянутым задним фронтом разгрузки. Как известно из курса математического анализа, любую непериодическую функцию можно представить в виде интеграла Фурье как сумму периодических функций на определенном интервале. Их частотный  и амплитудный спектр можно определить, зная амплитуду и форму исходной функции. Поскольку колебания сосредоточены вдоль поверхности кратера, он выполняет роль акустического резонатора. Резонансными и наиболее долго не затухающими для него будут только те волны, чья длина укладывается на длине поверхности резонатора целое число раз. Самой мощной всегда будет первая гармоника с длиной волны, равной размеру резонатора.

Рис.19 Поверхность кратера как акустический излучатель

 

Принцип взаимности позволяет нам считать, что акустические волны в окружающей упругой среде порождены колебаниями стенок кратера. Поверхность полости кратера можно рассматривать как  акустический излучатель. Форму излучающей поверхности кратера большого диаметра можно рассматривать как плоский диск диаметром D.

Длина поверхности кратера L достаточно точно соответствует видимому диаметру вала кратера D.  Это позволяет по видимому или предполагаемому диаметру вала кратера определять длину волны первой гармоники возникающих колебаний и расположение зон разрушения породы. В результате интерференции нескольких гармоник, распространяющихся одновременно и  с одинаковой скоростью, образуется стоячая волна, способная в своих максимальных значениях преодолеть предел прочности породы на растяжение.

Рис.20 Образование стоячей волны при интерференции гармоник сейсмоволны

В итоге вокруг кратера возникает несколько концентрических разломов земной коры с шагом, равным длине волны первой гармоники, т.е. диаметру кратера. Эта картина полностью соответствует условию   Ln = (2n+1)R, где n= 1,2,3… .

Поскольку при упругих колебаниях частицы породы движутся симметрично относительно положения покоя, энергия сейсмической волны будет распространяться в равных долях как от центра падения, так и к нему. Стенки кратера будут испытывать периодическое сжатие и растяжение. Этот факт может существенно изменить господствующую сейчас модель кратерообразования, в которой экскавация и модификация протекают при неподвижной полости кратера. Исследования последних лет в области физической мезомеханики также выявили существенные отличия механизма ударного сжатия и разрушения породы и его энергетические характеристики  от описанных в [Мелош, 1994] и используемых в стандартной модели импактного кратерообразования.

ОБСУЖДЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Основной задачей при реализации данного метода геологоразведки становится выявление расположения астроблемы, определение ее размеров, направления удара, и дальнейшее подтверждение ударной природы ее образования. Проведенное исследование позволило установить закономерность образования кольцевых зон разуплотнения породы и выявить характерные признаки астроблем. Ограничение зоны действия ударной волны границами кратера не совпадает с используемыми ныне моделями импактного кратерообразования. Возникающие при возбуждении упругой сейсмической волны колебания стенок кратера создают совершенно иную динамику процесса его образования. Картина становится значительно логичней, определенней и понятней. Основные моменты новой модели будут изложены в отдельной публикации.

Метод геологоразведки, предложенный Б.С.Зейликом, представляется чрезвычайно перспективным и эффективным, но немного опередившим время. По современным космоснимкам визуально возможно выявить не более первых трех зон разуплотнения породы. Сколько их может быть, как связано их число с размерами кратера, какова их глубина – на эти и множество других вопросов получить ответ можно будет лишь после точного определения реальной модели импактного кратерообразования и протекающих при этом процессов. Решить столь сложную задачу возможно лишь силами междисциплинарной группы, объединяющей ученых из самых разных отраслей знаний, используя метод системного анализа.

1. Зейлик Б.С., Надиров Н.К., Садыков К.Ж. Новая технология прогнозирования нефтегазоносности и проблема космической охраны планеты для сохранения жизни на Земле // Нефть и газ,2013, №2, с.51-81
2. Зейлик Б.С., Баратов Р.Т. Важнейшие признаки кольцевых структур космогенной природы // Известия национальной академии Республики Казахстан, 2016, №419, с.5-26
3. Иванов Б.А. Моделирование крупнейших земных метеоритных кратеров // Астрономический вестник, 2005, том 39, с.1-31
4. Иванов Б.А. Распределение в пространстве энергии сейсмических волн при метеоритном ударе и взрыве // Динамические процессы в геосферах. Выпуск Сборник научных трудов ИДГ РАН М.: Графитекс, 2018, с.46-53
5. Масайтис В.Л., Данилин А.Н., Мащак М.С., Райхлин А.И., Селивановская Т.В., Шаденков Е.М. Геология астроблем. Л.: Недра, 1980, 321с.
6. Михеева А.В. Полный каталог импактных структур Земли, ИВМиМГ ИСО РАН, 3451 объект на 10.07.2019 г., URL: http://labmpg.sscc.ru/Impact/
7. Мелош Г. Образование ударных кратеров. Геологический процесс. М.: Мир, 1994
8. Мурадзилов Т.Д., Зейлик Б.С. О концентрических зонах разуплотнения пород при космогенных взрывах (в связи с проблемой прогнозирования месторождений полезных ископаемых на основе принципов ударно – взрывной тектоники-УВТ) (Элементарная теория) // Вестник Национального ядерного центра республики Казахстан, 2010, выпуск 1(41)
9. Патент РК №(19) KZ (13) B (11) 12039 (51) G01V 11/00 (2006.01), Комитет по правам интеллектуальной собственности Министерства юстиции Республики Казахстан
10. Фельдман В.И., Глазовская Л.И. Импактитогенез. Учебное пособие. Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, геологический факультет, 2018, 153 с.
11. Флоренский П.В., Дабижа А.И. Метеоритный кратер Жаманшин. М.: Наука, 1980, 128с.
12. Lynn B. Lundberg. Impact Geology: The Basics. Modern Geoscience, 2016, 173p.
13. Mikheeva (Osipova) Anna, Saveliev Boris. A technique of searching for ancient meteorite craters by behind-crater rings and other secondary sings inherited in the landscape//Bulletin of the Novosibirsk computing center, 2019, p.56-67
14. Thomas Kenkmann, Michael H. Poelchau, Gerwin Wulf. Structural geology of impact craters // Journal of Structural Geology, 2014. Amsterdam: Elsevier, p.156-182

Рецензии:

22.10.2019, 13:46 Хопунов Эдуард Афанасьевич
Рецензия: Интересная гипотеза, хорошо иллюстрирована, не лишена обоснования.Неплохо было бы показать связь зон разуплотнения горных пород с открытыми месторождениями на примере Казахстана(как декларирует автор), а также в иных местах образования подобных структурных образований. Рекомендую к публикации.

20.10.2020, 3:19 Мирмович Эдуард Григорьевич
Рецензия: Рецензент согласен с рецензией своего тёзки Эдуарда Афанасьевича. Такой объёмный иллюстративный аргументный комплекс убеждает в достоверности выводов. Ждём следующего исследования. Рецензент рекомендует к опубликованию представленную работу Б. Н. Савельева.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий