Непрерывность и постепенность многих геологических процессов, в частности рудообразования, характеризуют их как явления эволюционные. Наиболее ярким примером эволюционных систем в геологии являются рудоконтролирующие и рудоконцентрирующие структуры. Для них характерна преемственность свойств элементами разных иерархических уровней системы. Так, например, конкретное месторождение несёт в себе черты, как вмещающего его рудного поля, так и рудного узла, За счет этого повышается вероятность появления промышленных концентраций рудных элементов на все более локальных участках, представляющих собой разнопорядковые элементы одной рудоконцентрирующей системы [1]. Для всех эволюционных процессов живой и неживой природы установлено сходство и общие закономерности. К ним отнесены следующие характеристики: необратимость, определенная направленность процессов в системе, выраженная в повышении степени дифференцированности свойств и приводящая к усложнению структуры системы. Самой главной чертой эволюционных систем является то, что во всех случаях они приводят к реализации маловероятных событий. Поскольку вероятность образования месторождения необычайно мала, то именно эволюционные рудообразующие системы имеют максимальную вероятность образования месторождений [2].

Результаты процесса рудообразования выражаются масштабами ресурсов и тесно связаны с физико-химическими параметрами рудообразующих систем. Для создания аномальных концентраций рудных элементов в геохимической системе должна быть выполнена некоторая работа по извлечению и перемещению рудного вещества на участки локализации месторождения. Поэтому геохимическая миграция элементов может рассматриваться как термодинамический процесс. Его результатом, кроме работы по концентрированию элементов, является изменение функций состояния системы: энтропии, свободной и полной энергии. Термодинамический анализ геохимических систем основан на законах термодинамики и связи физико-химических параметров среды с функциями состояния системы. Первое начало термодинамики в геохимии утверждает, что затраты энергии на миграцию атома химического элемента всегда существуют, определяются условиями миграции и не зависят от того, попал ли атом в конечном итоге в зону концентраций или в поле фоновых содержаний. Второе начало в геохимии определяет, что самопроизвольные процессы в земной коре ведут к однородности распределения всех показателей и сопровождаются повышением энтропии [3].

Биолог Людвиг фон Берталанфи определил, что природные системы, в том числе и геохимические, относятся к открытым динамическим системам. Их главным признаком является постоянный обмен энергией и веществом с окружающей средой. За счет процессов притока и оттока вещества и энергии в открытую систему изменение ее энтропии может быть, как положительным, так и отрицательным. Природные системы всегда неравновесны. Введение Д.С. Коржинским принципа текущего равновесия позволило обоснованно применять принципы и методологию равновесной термодинамики к анализу природных неравновесных систем. Понятие текущего равновесия подразумевает такое стационарное неравновесное состояние открытой системы, которое устойчиво по отношению к малым отклонениям. Для неравновесных систем это стационарное состояние будет и наиболее стабильным во времени. В этом состоянии термодинамические функции не меняются. Поддержание состояния текущего равновесия происходит за счет притока в объем системы отрицательной энтропии (негэнтропии), компенсирующей производство энтропии в системе, и притока вещества, компенсирующего изменения, вызванные химическими реакциями [4].

Система, находящаяся в равновесии, состоит из минимального числа фаз; неравновесная ассоциация всегда более богата минералами. Это относится как к геологическим переменным (разнообразие пород, тектонических структур, элементного и минералогического состава), так и статистическим характеристикам геологических объектов (число классов и дисперсия содержаний элементов). Например, глубинные магматические породы имеют однообразную кристаллическую структуру, отражающую спокойную кристаллизацию в квазиравновесных условиях. Здесь в каждой единице объема присутствует статистически устойчивое среднее количество зерен всех минералов, входящих в состав породы. В этом случае полная термодинамическая энтропия системы будет максимальна. Для расплавов того же состава, но кристаллизующихся в неравновесных условиях верхних горизонтов земной коры при наличии градиентов температуры, давления и химического потенциала, характерна структурная неоднородность, стремление к расслоенности и обособлению участков с неодинаковыми физико-химическими свойствами. Следствием этого является образование расслоенных интрузий, ликвационных тел. Такие образования характеризуются высокой степенью организованности вещества, низкой термодинамической энтропией системы, кристаллизующейся в условиях активной диссипации вещества в окружающее пространство. Наиболее контрастные по составу зональные или полосчатые метасоматиты характеризуют наиболее неравновесные системы, в которых на сравнительно малых расстояниях происходит изменение температуры и концентрации реагирующих компонент [5].

Поступление энергии в систему переводит ее в неустойчивое состояние и, согласно второму закону термодинамики, фиксируется понижением термодинамической энтропии. За счет поступившей энергии в системе совершается положительная внешняя работа по формированию месторождения. Стремясь к равновесию, система самопроизвольно переходит в состояние с максимальной энтропией и минимальной свободной энергией, которое является наиболее вероятным и устойчивым. Любой процесс перехода системы из неравновесного состояния к равновесному содержит в себе элементы самоорганизации. Под этим понимается необратимый процесс, происходящий за пределами критического состояния системы и ведущий к созданию упорядоченности ее структуры за счет кооперативного действия подсистем [6]. Синергетика – это энергия взаимодействия элементов системы, определяющих направление развития и уровень структурной организации системы. В эволюционных системах с высокой степенью самоорганизации устанавливается проявление эмерджентного эффекта, который является результатом взаимосогласованного сочетания параметров неравновесной системы [7] При этом в открытых системах с текущим равновесием проявляются процессы структурирования, которые возможны лишь при согласованном взаимодействии всех составных элементов системы.

Таким образом, при заданных физико-химических условиях термодинамическое равновесие соответствует однородному значению всех показателей в системе и наибольшей степени структурной неупорядоченности. Максимальная неоднородность показателей соответствует высокой степени организованности и структурной упорядоченности системы при заданных условиях. Состоянию с высокой степенью упорядоченности, теоретически, соответствует низкая термодинамическая энтропия системы и неустойчивое состояние системы. Чем выше неравновесность системы, тем выше ее структурированность. Это позволяет при прочих равных условиях оценивать степень изменения параметров состояния природных систем по сопоставлению их макро- и микроструктурных элементов [8].

Возникновение самоорганизующихся систем базируется на требовании, чтобы энергетический поток на входе превышал энергетический поток на выходе [6]. В самоорганизующихся системах существует иерарахия переменных. Переменные, стоящие на верхних ступенях иерархии, обладают наиболее длительными периодами релаксации и называются параметрами порядка. Они определяют состояние системы. Все остальные переменные более низких рангов приспосабливаются к ним и функционируют в зависимости от них. Так, в магматической камере, питаемой по зоне разлома флюидным потоком из мантии, процессы кристаллизации, образования флюидных систем и диссипации вещества и энергии в окружающую среду будут продолжаться и после прекращения потока. За счет скопленного вещества и энергии внутренние потоки продолжают длительно функционировать с преобладанием процессов, отражающих стремление системы к равновесию [5].

Когда управляющий параметр порядка превышает некоторое критическое значение, система внезапно переходит в новое макроскопическое состояние, сильно отличающееся от прежнего однородного. В процессе эволюционного развития геохимической системы один из параметров порядка приобретает доминирующее значение, которое и определяет дальнейший путь развития всей системы. Действие эволюционных процессов все более сосредотачивается на тех частях геохимических систем, которые имеют наибольшую активность и обеспечивают наибольшую интенсивность действия потока свободной энергии и вещества [3]. Именно в таких частях системы достигается максимальная производительность в работе по перемещению и концентрированию рудных элементов. Изменение энтропии и уровня структурной организации происходит как за счет внешней энергии, так и за счет необратимых процессов внутри самих рудогенных систем. Последние имеют все признаки систем с пространственно-временной организацией [4]. Функционирование эволюционных рудообразующих систем связано с длительным поступлением энергии из внешней среды. В таких системах со временем постоянно возрастают разнообразие, сложность, и упорядоченность строения. Процесс формирования месторождения подразумевает, прежде всего, возникновение определенной структуры, которая в какой-то мере сохраняется для всей рудообразующей системы. Достоверность прогноза оруденения в этой системы повышается за счет сохранения связи отдельных элементов в процессе их общего эволюционного формирования.

Учитывая опыт металлогенических и прогнозно-поисковых исследований, выделен ряд природных иерархических рудоконтролирующих и рудоконцентрирующих систем, определяющих закономерности распределения месторождений редких металлов. Они определяются значительной ролью древних платформ и, особенно, щитов платформ в появление редкометальных провинций. Это связано с тем, что месторождения редких металлов формируются в процессе длительной и многоэтапной дифференциации вещества. Наиболее благоприятствует этому устойчивый тектонический платформенный режим и наличие крупных очагов магматического расплава [9].

Украинский щит, представляющий собой редкометальную провинцию, разделен на два вида крупных тектонических структур: кратонов и разделяющих их мобильных поясов. Наиболее разнообразное редкометальное оруденение характерно для кратонов. В течение истории формирования щита эти блоки испытали неоднократную тектоно-магматическую активизацию. Наиболее интенсивно проявлен мезопротерозойский этап. Эволюция блоков сопровождалось последовательным развитием процессов ультраметаморфизма и гранитизации, формированием гранито-гнейсовых куполов и очагово-купольных структур, определенной магматической зональностью. Большую часть их площадей занимают интрузивные гранитоиды, которые связаны с многофазными плутонами - Коростенским, Корсунь-Новомиргородским, Восточно-Приазовским. Огромные массы глубинного магматического расплава служили источником вещества и энергии для процессов дифференциации, в которых происходила сепарация и концентрация рудного вещества. Внедрение расслоеннных ультраосновных-основных мантийных диапиров сопровождалось появлением систем дизъюнктивных нарушений различной ориентировки, движения по которым определили глыбово-блоковую структуру всего Украинского щита и его блоков. Дальнейшее развитие палеосвода Украинского щита сопровождалось определенным распределением тепловых потоков. Основными факторами этого распределения являются энергетическая активность и флюидонасыщенность магм, мощность и проницаемость земной коры, геодинамический режим отдельных регионов [10]. Формирование редкометальных месторождений на древних платформах и щитах в значительной степени определяется архейскими структурами земной коры. Известно, что процессы ультраметаморфизма и магматического замещения являются наиболее эффективным фактором мобилизации рудного вещества. Области проявления гранитизации являются местами генерации в земной коре гранитоидных расплавов. На зонах глубинных разломов развиваются гранито-гнейсовые купола, по которым глубинные флюиды поставляют гранитизирующий материал и рудообразующие растворы. Петрохимический анализ гранитизированных пород, проведенный рядом исследователей показал, что этот процесс сопровождается выносом Ca, Mg, Fe, Ti, Mn, Al и привносом щелочей, кремнезема, Sn, Zr, TR, Y, Nb, Ta, U, Th [11].

В свете рассмотренной выше теории самоорганизации, если в течение нескольких этапов тектоно-магматической активизации кратонов Украинского щита в каком-то блоке наблюдалось постепенное повышение щелочности флюидов, то такая геохимическая система направлена на формирование месторождений редких металлов. Высокая перспективность Приазовского блока на редкие металлы доказана в последние годы. Он является юго-восточной окраиной Украинского щита. В структуре Приазовского блока выделено 2 блока II порядка (Западноприазовский и Восточноприазовский), разделенных Центрально-Приазовской межблоковой зоной. Консолидация западной и восточной частей Приазовского блока происходила в разное время. Наиболее крупные складчатые структуры Приазовского блока сформированы в архее и имеют преимущественно северо-западное и субмеридиональное простирание. В Западноприазовском блоке II порядка они представлены Корсакским синклинорием и Салтычанским антиклинорием, в Восточноприазовском - Мангушским синклинорием и Кальчик-Кальмиусским антиклинорием. Преимущественное распространение здесь имеют архейские метаморфизованные суперкрустальные образования. Первый этап раннепротерозойской протоактивизации проявился во всех структурах мощной гранитизацией с образованием куполов различных стадий развития. В их ядерной части широко распространены гранитоиды обиточненского и салтычанского комплексов. Они залегают среди метаморфических пород, имеют с ними постепенные переходы, наследуя акцессорную минерализацию (ортит) богатых кальцием гнейсов. Стабилизация западной части завершилась 2650 млн. лет назад внедрением даек гранитоидов в осипенковскую свиту, с которой связаны месторождения и рудопроявления редкометальных пегматитов. Наиболее продуктивные из них расположены в ядерной части куполов (Елисеевское пегматитовое поле) и в пределах Сорокинской, Куйбышевской и Федоровской троговых структур, опоясывающих Салтычанский антиклинорий. Более поздние эпохи эндогенной активности в Западном Приазовье проявлены формированием Черниговской зоны разломов, время заложения которой определяется как 2000 ?50 млн. лет. Наиболее поздняя активизация отмечена в мезозое формированием Конкско-Ялынской впадины. В Восточном Приазовье тектоно-магматические активизации отмечены в рифейский период, затем в герцинскую и альпийскую эпохи. Здесь широко распространены магматические породы кислого и щелочного состава различных возрастных комплексов, начиная от палеопротерозойского (андольский, хлебодаровский), мезопротерозойского (южнокальчикский, каменномогильский, октябрьский), и заканчивая мезо-кайнозойским. Особенно широкое распространение здесь имеют субщелочные и щелочные породы. Из 30% площади, занимаемой щелочными породами на УЩ, 95% принадлежит Приазовскому блоку. Щелочные породы имеют повышенные кларки редких элементов, обеспечивая геохимическую специализацию пород Восточного Приазовья. Отличительной геохимической особенностью пород рассматриваемой формации являются повышенные фоновые содержания циркония и редких земель.

С позиций синергетики, определяющим параметром порядка для формироваия редкометальной рудообразующей системы является величина кислотности-щелочности (pH) среды. В Приазовье магматическая зональность выражается в смене с юго-запада на северо-восток пород ультраосновного состава, нормальными и кислыми, а затем субщелочными и щелочными гранитоидами Восточного Приазовья. Следствием этого является геохимическая и металлогеническая зональность Приазовского рудного района.

Многоэтапный процесс дифференциации рудного вещества приводит к появлению в Восточном Приазовье месторождений редких металлов весьма разнообразных генетических типов. Их характерной особенностью является многостадийность парагенезисов рудных минералов. Как правило, все они имеют несколько генераций, наиболее поздние из которых связаны с поздним метасоматическим преобразованием пород. Все это обеспечивает значительную неоднородность геохимических полей, которая теоретически предполагает высокую степень организованности и структурную упорядоченность геохимической системы. Практическое выделение наиболее перспективных площадей для поисков месторождений редких металлов можно провести с помощью информационного анализа [2].

Абсолютно однородных процессов в природе не существует. Всегда наблюдаются внутренние отклонения от средних значений (флюктуации) для различных параметров. Общие свойства термодинамической энтропии позволяют утверждать, что чем интенсивнее флюктуация, тем меньше ее энтропия и термодинамическая вероятность [3]. Статистическая вероятность в отличие от термодинамической изменяется от 0 до 1. Она также максимальна в случае однородного распределения содержаний элемента, характерного для фоновых геохимических полей, и минимальна - для неоднородных, аномальных полей. Кларковые содержания элемента присутствуют практически в любых геологических условиях и относятся к устойчивому, наиболее вероятному статистическому состоянию геохимической системы. Возникновение и длительное существование надфоновых и рудных содержаний невозможно в отсутствие внешнего процесса, направленного на концентрацию. Руды подвержены различным формам разрушения, следствием чего служат вторичные ореолы и потоки рассеяния. Чем больше дисперсия содержаний элементов, чем больше они отличаются от кларковых, тем менее устойчивым является состояние системы, ниже его статистическая и термодинамическая вероятность. Это позволило многим исследователям говорить о связи статистических и термодинамических характеристик [3,12].

Любое состояние геохимической системы может быть зафиксировано исследователем в виде первичных геолого-геохимических данных (информации). Геохимическая система как комплекс взаимосвязанных единиц вещества до преобразования может рассматриваться в качестве источника информации. Участвуя в каких-то процессах, геохимическая система или ее часть преобразуется конкретными физическими и химическими явлениями. Преобразованная в результате энергетических взаимодействий с внешней средой, геохимическая система считается уже приемником сообщения. Поэтому процессы взаимодействия природных объектов между собой и окружающей средой, происходящие путём перемещения вещества и энергии, являются также процессами передачи и переработки информации [12]. Получая информацию об этих свойствах, можно проследить связи всех элементов системы и прогнозировать состояние системы [2].

Информационная энтропия характеризует неопределенность нахождения системы в одном из возможных статистических состояний (х1,х2,...хn), с соответствующими вероятностями (p1,p2,...pn), и пропорциональна логарифму статистического веса. Оценки информационных функций геохимической системы зависят от количества составных частей системы. Они могут характеризовать сложность, разнообразие и упорядоченность геохимических систем, являясь отражением их структурных особенностей. Негэнтропийный принцип информации позволяет установить четкие соотношения между показателями теории информации, с одной стороны, и показателями термодинамики и статистической физики - с другой. В модели природной системы простого строения энергетическая неупорядоченность, измеряемая с помощью термодинамической энтропии, и структурная неупорядоченность, измеряемая информационной энтропией, оказываются одним и тем же свойством [3]. Поступление внешней энергии в геологическую систему фиксируется понижением ее термодинамической энтропии. Соответственно в информационном поле оно сопровождается повышением значений информационной энтропии. Для выявления признаков структурирования и самоорганизации необходимо установить в геохимической системе тенденцию к росту упорядоченности, которая сопровождается снижением термодинамической энтропии в системе. В информационном поле поступление дополнительной рудообразующей энергии проявляется повышением значений информационной энтропии. Рассматривая эволюцию изучаемого региона как результат энергетических взаимодействий системы с окружающей средой, необходимо проследить изменение геолого-геохимических характеристик в информационном поле. Такая задача была решена с помощью оценки информационной энтропии геохимических полей в Приазовье [2, 13].

Для выделения рудных полей в пределах всего Приазовского блока была рассчитана суммарная энтропия содержаний рудных элементов. Установлено, что поле энтропии Восточного Приазовья характеризуется более высокой геохимической неоднородностью, чем в Западном. Наиболее высокие уровни отмечены в Мангушском синклинории, где расположено Азовское месторождение и целый ряд известных рудопроявлений. В целом уровни информационной энтропии не превышают 40%. Для повышения контрастности геохимических полей обычно используют комплексные показатели. Их расчет основан на значимых корреляционных связях отдельных элементов: при положительной связи они перемножаются (мультипликативные показатели) или суммируются (аддитивные показатели), при отрицательных связях - делятся или вычитаются. Контрастность поля энтропии также можно повысить подобным образом. Для этого были рассчитаны корреляционные связи энтропии содержаний рудных элементов. По выявленным значимым положительным связям определены ассоциации элементов и построены карты их суммарной энтропии. Для Восточного Приазовья в расчет входили энтропии Zr, Nb, Mo, Ce, La, Y, Yb, для Западного Приазовья - V, Co, Cu, Sn, Mo, W. Повышение уровней суммарной информационной энтропии подтверждается совместным концентрированием элементов выделенных ассоциаций.

Проведенный системный анализ территории Приазовского блока показал, что возрастание значений информационной энтропии характеризует сложность строения и дифференцированность состава пород. Наблюдается несколько этапов эволюции этого региона, сопровождавшихся постепенным повышением кислотности и щелочности пород. Этот параметр порядка определил формирование редкометальной системы Приазовья и обеспечил появление редкометальных месторождений. Многоэтапное повышение содержаний рудных элементов не является случайным, оно подчиняется принципам минимальных энергетических затрат на рудоконцентрирование в геохимических системах. Синергетический и информационный анализ подобных самоорганизующихся систем в пределах отдельных регионов обеспечивает достоверный прогноз эндогенного оруденения. Библиографический список

1. Волкова Т.П. Теория и практика поисков и оценки редкометальных месторождений // Донецьк: РВА, ДонНТУ, 2003. - 102 с.

2. Овчинников Л.Н. Прогноз рудных месторождений. – М.:Недра, 1992.–308 с.

3. Булкин Г.А. Введение в статистическую геохимию. - Л.: Недра, 1972 .- 208 с.

4. Летников Ф.А. Синергетика геологических систем. - Новосибирск: Наука, 1992.- 230 с.

5. Термодинамическое моделирование в геологии. - М: Мир, 1992. - 534 с.

6. Пригожин И. От существующего к возникающему. - М: Наука, 1985. - 327 с

7. Хакен Г. Тайны природы. – Москва-Ижевск: Институт компьютерных технологий. – 2003. –319 с.

8. Ebeling W. Thermodinamics of selforganization and evolution //Geochim. et Cosmochim. Acta, 1985, Vol.44, №6.- P.831-838

9. Солодов Н.А. Минерагения редкометальных формаций. М.:- Недра, 1985. - 225 с.

10. Глевасский Е.Б., Каляев Г.И. Тектоника докембрия Украинского щита // Минералогический журнал, 2000, т.22, №2-3. С.77-91.

11. Комаров А.Н., Черкашин Л.А. Редкометальные тектоно-метасоматические зоны Украинского щита. – Киев: Наукова Думка, 1991, 180 с .

12. Вольфсон А.Ф. К вопросу о математическом описании зональности эндогенного оруденения // Изв. АН СССР, 1969, сер.геол., №6. - С.90-94.

13. Волкова Т.П. Геоинформационная технология прогнозирования рудоносных структур разного ранга // Геоинформатика, 2002, №2. -С.71-78.