Енергетика геологічних процесів має вирішальне значення в рудоутворенні в порівнянні з джерелами речовини, що завжди присутні у геологічних формаціях. Про це говорив ще В.І.Вернадський, який визначив геосфери Землі та джерела енергії, властивої для кожної з них. Він писав [1]: «Геологическая история Земли, связанная с орогеническими процессами, не есть процесс медленного замирания планеты, медленный переход ее в состояние устойчивого равновесия. В веществе планеты, с одной стороны, и в притоке солнечной энергии, с другой стороны, есть постоянно идущий привнос свободной энергии. Он создает на Земле механизм, основные черты которого только что открываются. При таком подходе вопрос о тщательном определении энергетики земной коры приобретает для науки первостепенное значение». З'ясування механізму взаємодії енергії та рудної речовини Землі, обгрунтування показників, що відображують процеси формування родовищ корисних копалин, є найголовнішим завданням металогенічних досліджень.

Всі відомі гіпотези походження Землі сходяться на тому, що планета пройшла фазу розігрітого стана. Енергетичні запаси планети в історії її розвитку витрачалися на протікання різноманітних геологічних процесів. Геодинамічний процес конвекції речовини у внутрішніх частинах Землі породжує тектонічні, метаморфічні і магматичні процеси в земній корі. Глобальні структуроутворюючі процеси супроводжуються привнеском великої кількості тепла й енергії, під дією яких відбувається багаторазовий перерозподіл рудних елементів. Останні дослідження з глибинної будови і геодинамиці Землі підтверджують, що у земну кору з ядра і мантійних геосфер надходять енергетичні імпульси [2]. Саме вони є джерелом вільної енергії, що спрямована на еволюцію Землі. У результаті розігріву первинної речовини Землі відбувається хімічна диференціація на легкий матеріал, що переміщується у верхні прошарки Землі, і важкий, що опускається в ядро Землі. За цією ознакою всі елементи розділені на дві групи - відцентрові (легкі) і доцентрові (важкі). Перші, що накопичуються в земній корі, подані Si, Al, Zr,Y,TR, La, Hf, Th, W,Ta, Nb, Be, Sr, Ba, Ra, U. До другої групи належать Fe, Mg, Mn, Ni, Cr, Pt, Co, Cu, Zn, Ag, Au та інші елементи, що складають ядро. Показник відцентрово-доцентрових властивостей хімічного елемента визначається відношенням його вмісту в глинистих сланцях, як природного середнього літосфери, до його вмісту в хондритах, як аналога протопланетної речовини [3]. Масштаби та інтенсивність перерозподілу рудних елементів поступово знижувалася від архею до фанерозою. В археї глибинні джерела енергії Землі були найбільше активні, але ступінь диференціації речовини була мінімальна. У ході нарощування земної кори зменшуються масштаби процесів перерозподілу і концентрування рудної речовини, але з'являються результати цього - родовища корисних копалин. Інтенсивність такого речовинного перетворення пов'язана з ендогенною енергетичною активністю конкретного регіону.

За принципом зв'язку з всесвітом Земля та всі її геосфери належать до відкритих термодинамічних систем, що можуть поглинати і віддавати енергію навколишньому середовищу [4]. За рахунок процесів притоку і відтоку речовини та енергії відкрита система переходить у хитливий, критичний стан. Саме земна кора, як геофера Землі, де формуються родовища корисних копалин, характеризується максимально нерівноважним станом. Будь-яка термодинамічна система завжди ринеться повернутися до стійкого, найбільш ймовірного стану з максимальною ентропією і мінімальною вільною енергією. Для геохімічної системи земної кори найбільш ймовірним і стійким станом є кларковий вміст рудних елементів. Він відображується однорідним розподілом геохімічних показників, що на мінеральному рівні виявляє структуру хаотичної будови гехімічної системи. Виникнення аномальних концентрацій рудних елементів можливе тільки при надходженні енергії в систему, за рахунок якої повинна бути виконана робота з переміщення та накопичування рудної речовини. Оскільки для формування ендогенних родовищ корисних копалин необхідні витрати енергії, тому всі родовища корисних копалин є слідством перенесення енергії та речовини у земній корі. Це відбувається у місцях інтенсивного проявлення породоутворюючих процесів - метаморфізму, магматизму, метасоматозу, під дією яких відбувається багатоетапна диференціація і сепарація рудної речовини. Саме тут найбільш повно проходять процеси перерозподілу рудної речовини, які визначають появу родовищ корисних копалин. Теоретично відом негентропійний принцип інформації, що пов'язує показникі термодинамічної та інформаційної ентропій:

де N - негентропія (негативна термодинамічна ентропія); Hp - інформаційна ентропія; k- константа переходу від інформаційних до термодинамічних функцій.

Згідно з цією формулою, зниження термодинамічної ентропії системи, що відповідає надходженню енергії в систему, супроводжується пропорціональним підвищенням показника інформаційної ентропії. Тому інтенсивність геологічних процесів, пов'язана із зміною енергії і переміщенням рудної речовини в системі, може обчислюватися і вивчатися за допомогою показника інформаційної ентропії.

Рудні провінції характеризуються неоднорідною глибинною будовою. Тільки на площах, де найбільш повно пройшли процеси диференціації і сепарації рудної речовини, формується ендогенне зруденіння в промислових масштабах. При пошуках родовищ корисних копалин це позначається в підвищенні складності геологічної будови ділянок, неоднорідності розподілу якісних та кількісних геолого-геохімічних показників [5]. Оцінку неоднорідності розподілу показників можна отримати за допомогою коефіцієнтів вариації, дисперсії та інформаційної ентропії. Оцінки інформаційних функцій залежать від кількості елементів системи, тому застосовується формула відносної інформаційної ентропії:

де n - число класів аналізованої властивості геохімічної системи; pi - частка i–го класу (ймовірність) за даною властивістю системи.

За цією формулою можна оцінити розподіл у системі будь-якого геологічного показника, поданого якісними показниками (геологічні карти) і кількісною інформацією (вміст хімічних елементів, коефіцієнти їх концентрацій) [6]. Отже, встановити ділянки інтенсивного надходження енергії, з якою пов?язано утворення родовища, можна оцінюючи неоднорідність і складність їхньої будови.

Родовища корисних копалин можуть виявлятися не тільки за рівнями концентрації, але і за ступенем диференціації речовини, яка і виділяється при картуванні як суттєва неоднорідність у розподілі геолого-геофізичних показників. Процеси диференціації, що відбуваються у межах значних блоків літосфери, призводять у локальних структурах до формування родовищ корисних копалин. Площі з рівнями значень сумарної інформаційної ентропії понад 60% забезпечують 95-типроцентну можливість наявності промислового зруденіння. Звідси виходить, що така підвищена неоднорідність ділянок може розглядатися як один із головних пошукових критеріїв. Найбільш контрастно виділяються перспективні площі в поле сумарного показника інформаційної ентропії, що однозначно виділяє рудоконтролюючі структури [7].

Рудоутворюючи системи визначаються тривалим надходженням енергії з зовнішнього середовища. При цьому відбувається зменшення термодинамічної ентропії системи. Переход системи з цього стану до рівноважного містить у собі елементи самоорганізації. Під самоорганізацією розуміється необоротний процес, що відбувається за межами критичного стану системи і спрямований до створення упорядкованості за рахунок погодженої дії підсистем. У цьому разі при надходженні зовнішньої енергії у відкриту термодинамічну систему відбуваються процеси структурування. Чим вищі нерівноважність та кількість енергетичних активізацій системи, тим вища її структурованість [4]. Поділ первинної речовини є слідством процесу самоорганізації внутрішньої структури планети, що виявляється в її розшаруванні і появі геосфер. Процес формування родовищ теж пов'язаний із виникненням певної структури. Контрастність і кратність підвищення значень інформаційної ентропії залежить від інтенсивності, тривалості і кількості етапів активізації рудогенної системи. Чим більше їх було реалізовано в системі, тим більш контрастно вона відбивається показником інформаційної ентропії, тим більш великі кларки концентрації рудних елементів очікується в межах досліджуваної площі.

Низькі кларки, характерні для більшої частини рудних елементів (більш ніж на два порядки нижче породоутворюючих елементів), роблять найбільш можливим формування їхніх родовищ тільки як результат багатоетапного концентрування. Така схема рудоутворення відповідає принципам мінімальних енергетичних витрат. Максимальне накопичення висококларкових елементів в родовищах досягає 10-20 кларків при великих обсягах і здійснюється за один етап. Низькокларкові елементи, навпроти, спроможні створювати дуже високі концентрації (понад сотні кларків) на невеличких ділянках, але дуже тривалим багатоетапним шляхом, при величезних витратах енергії. Реалізація цього принципу здійснюється в різноманітних генетичних умовах, але завжди шляхом тривалої диференціації і концентрації. Він пов'язаний з кількістю активізацій структур і подається поступовим еволюційним перетворенням вміщуючих пород.

Еволюційні системи мають найвищий ступінь самоорганізації. Історію їхнього розвитку можна розглядати як послідовність енергетичних активізацій, кожна з яких супроводжується виникненням нового елемента ієрархічної структури системи. Дія еволюційних процесів усе більш зосереджується на тих частинах геохімічної системи, що мають найбільшу активність і забезпечують сепарацію та концентрацію рудної речовини. Саме тут досягається максимальна продуктивність у роботі з переміщення і концентрування рудних елементів. Для рудоутворюючих систем характерна успадкованість властивостей елементами різних ієрархічних рівнів. У цьому випадку кожний етап енергетичної активізації системи характеризується підвищенням вмісту типоморфного комплексу рудних елементів. За рахунок цього здійснюється багатоетапне концентрування рудної речовини в локальних елементах системи - родовищах.

Загальна методика пошуково-розвідувального процесу спрямована на послідовне скорочення площі робіт як наслідку відокремлення найбільш перспективних ділянок. Надходження рудоутворюючої енергії в систему супроводжується підвищенням рівня структурної організації (складності будови) системи. Оцінки показника відносної інформаційної ентропії, які є відображенням структурних особливостей геохімічної системи, можуть характеризувати ступінь енергетичних еволюційних перетворень. Для виявлення ієрархічної багаторівневої будови, характерної для рудоутворюючих систем, необхідно встановити тенденцію зростання показника сумарної інформаційної ентропії з різних геолого-геохімічних властивостей (первинні дані). Зменшення розміру площини із максимальною неоднорідністю геолого-геохімічних полів на кожному етапі еволюції пропорційно зростанню концентрацій рудних елементів. Послідовний розрахунок інформаційної ентропії, узгоджений їз стадийністю пошуково-розвідувальних робіт, забезпечує кожного разу виділення найбільш перспективної площини. При наявністі такої стратегії підвищується ймовірність виявлення родовища [6].

Об?єми ресурсів пропорційні корисній роботі, що чиниться рудоутворюючою системою в напрямку концентрування рудних елементів. Цей процес потребує тим більших енергетичних витрат, чим нижчий вміст елемента у материнських породах і чим багатіші концентрації спостережуються в рудах родовища. Якщо вхідним параметром буде уявлятися кларковий вміст рудних елементів, а вихідним - вміст тих же елементів у досліджуваному геологічному об'єкті, то продуктивність геохімічної системи може бути обчислена по формулі інформаційної ентропії коефіцієнтів концентрації хімічних елементів (Нк):

де n - число досліджуваних рудних елементів у геохімічній системі; К i - коефіцієнт концентрації i–го елемента в системі.

При багатоелементному складі геохімічних аномалій значення цього показника інтенсивності масопереносу різко зростають, характеризуючи найбільш перспективні ділянки рудного поля. Він дозволяє на єдиній методологічній основі перейти від оцінки можливості формування зруденіння в геохімічній системі до кількісної оцінки продуктивності її локальних елементів - родовищ.

Продуктивність ендогенних родовищ прийнято оцінювати за їх первинними ореолами. Характерною рисою останніх є привнос однієї групи елементів (коефіцієнти концентрації>1) і винос іншої (коефіцієнти концентрації <1). Масштаби рудоутворення оцінюються не тільки площами концентрування, але й інтенсивністю виносу окремих елементів. Геохімічним показником продуктивності площ пошуків є відношення площ ореолів привносу до ореолів виносу [8]. Оскільки на зміну концентрації кожного хімічного елемента потребуються витрати енергії, тому повинні враховуватися як елементи виносу, так і елементи привносу в систему. Результати оцінки ресурсів розглянуті на прикладі двох рудовміщуючих структур - Азовської та Жовтневого масиву, розташованих у Східному Приазов'ї [7].

Для Азовської структури встановлені суттєві розходження в значеннях показника Нк для різних ділянок (рис.1).

Рис.1 Аномалії показників привносу (Нк+) і виносу (Нк?) у породах Азовської структури Умовні позначення: 1-4 -породи Азовської структури:1-сієніти лужнопольовошпатові? 2 - лужні сієніти? 3 - кварцові сієніт-пегматити; 4 - граніти; 5 - контур штока сієніт-пегматитів; 6 вихід на поверхню рудного тіла Азовського родовища? 7-розломи? 8–9 - аномальні рівні показника виносу рудних елементів: 8 – 400, 9 – 500; 10 - 12 - аномальні поля показника привносу: 10 – 200, 11 – 500, 12 – 4000; 13 – контур площі аналізу.

Розрахунки показника Нк виконуються за середньоваговим (на довжину проб і глибину свердловини) значенням коефіцієнтів концентрації елементів у пробах окремо для елементів групи привносу (Нк+) і виносу (Нк?). Кінцеві значення Нк визначені як їх сума. Інтенсивність і характер процесів привносу-виносу оцінювалася відношенням (Нк+/Нк?). Потім будувалися ізолінії всіх показників Нк із наступною прив'язкою до геологічної основи у геоінформаційній системі. Оцінка значень Нк виконана в умовних одиницях з урахуванням числа хімічних елементів за напівкількісним спектральним аналізом. Найбільш високі значення (5000 ум.од.) відзначаються саме на південно-східній ділянці структури, де пошуково-оціночними роботами затверджено однойменне родовище. Частка рудних елементів (Ce, La, Y, Yb, Zr) у групі привнесення складає 96%. Положення цієї ділянки відповідає максимально продуктивній частині головного рудного тіла родовища. Значення показника виносу змінюється в межах від 100 до 700 ум.од. Ореоли виносу утворюють також елементи халькофільної групи. Максимальні значення відношення показників привносу до виносу (Нк+/Нк?) характерні для рудної зони. У найбільш продуктивній частині рудного тіла воно складає 29,62; для безрудної - 0,02. Полярна зональність виражена також і в межах рудних тіл.

Аналогічні дослідження були виконані для Мазуровського (Nb, Ta, Zr,) родовища і рудопроявів Жовтневого масиву (рис2).

Рис. 2 Аномалії показника привносу і виносу в породах Жовтневого масиву Умовні позначення: 1-5-породи другої фази жовтневого комплексу нижнього протерозою: 1-нефелінвміщуючі метасоматити, маріуполіти; 2 - пуласкіти; 3- фойяїти і нефелінові сієніти; 4- біотитові сієніти (лейкократові метасоматити); 5-лужні і лужно-польовошпатові сієніти;6-габро, піроксеніти, серпентиніти і олівініти першої фаз жовтневого комплексу нижнього протерозою; 7 -граніти анадольського і сієніти хлібодарівського комплексу, кварцові сієніти, монцоніти нижнього протерозою; 8-ізолінії показника привносу; 9- головні розривні порушення; 10-12 - аномалії показника виносу різної інтенсивності (в умовних одиницях): 10- 400-500; 11- 500-900; 12- > 900; 13 - контур проаналізованої площі.

Незважаючи на поповерхневе залягання жилоподібних рудних тіл, у полі показника масопереносу виділяються всі рудопрояви і родовища. На розрізах Мазуровського і Калініно-Шевченківського родовищ вони складають для 28 елементів близько 2000 ум. од., на рудопроявах цей рівень значно нижчий -200-300 ум.од. У сумарних значеннях показника масопереносу більшу долю мають елементи виносу. Їх середні значення на родовищі складають (в ум.од.): Нк=404; Нк+=82; Нк–=322; Нк+р,=45. Рудні тіла характеризуються максимальними рівнями показника привносу із середнім значенням Нк+/Нк? = 1,12. Частка рудних елементів у загальному масопереносі невелика і складає в середньому 32%. Максимальними є значення у рудних інтервалах. Обмежений елементний склад типоморфного комплексу Мазуровського родовища і низькі коефіцієнти концентрації рудних елементів забезпечили низькі рівні показника привносу від 18 до 318 ум. од. На родовищі переважають ореоли виносу таких елементів, як нікель, хром, кобальт, ванадій, титан, фосфор, германій талій, які забезпечують і більш високі значення показника виносу, що варіюють у межах від 37 до 1038 ум. од.. Низькі значення показників масопереносу в Жовтневому масиві однозначно характеризують процеси вилуговування, що сприяють рудоутворенню.

Найбільш великою проблемою є оцінка ресурсів перспективних ділянок. Розрахунки показника інтенсивності масопереносу виконані за напівкількісним спектральним аналізом, що має велику похибку. Визначення цифри ресурсів відповідно значенням Нк в умовних одиницях зроблено по рівнянню регресії із запасами родовищ. Для Азовського родовища був розрахований кореляційний зв'язок між сумарною продуктивністю рудних інтервалів (у метровідсотках) кожної свердловини розвідницьких розрізів і середньоваговими значеннями показників Нк, Нк+, Нк?, Нкр, Нк+р, Нк?р у тій же свердловині. За рівнянням регресії між показником привносу рудних елементів і метровідсотками рідкісних земель із 25% похибкою оцінені запаси окремих ділянок Азовського родовища. Оцінка запасів рудопроявів Жовтневого масиву також виконана за рівнянням регресії з показником привносу рудних елементів у Мазуровському родовищі. На Азовському родовищі нами встановлені значно вищі рівні показників масопереносу у порівнянні із Мазуровським, що підтверджує мантійне, поліелементне джерело речовини а також велику перспективність цього родовища.

Таким чином, енергія Землі проявляється процесами диференціації, що викликають сепарацію рудної речовини. Вона може бути пов'язана із різноманітними геологічними процесами, відбуватися на різних глибинах і рівнях будівлі Землі, але в будь-якому випадку супроводжується підвищенням неоднорідності геохімічного поля для всієї типоморфної асоціації елементів. Це, у свою чергу, фіксується підвищенням значень поля інформаційної ентропії. Системний аналіз аномалій інформаційної ентропії на території пошуків дозволяє виділити найбільш перспективні ділянки на кожній стадії пошуково-розвідувальних робіт. Тільки на площах, де найбільш повно пройшли процеси диференціації і сепарації рудної речовини, формуються промислові родовища низькокларкових рудних елементів з унікальними запасами. У місцях тривалого надходження енергії відбувається формування складної ієрархічної будови рудогенної системи та створення комплексних родовищ корисних копалин. Структура поля показників привносу-виносу за сукупністю вивчених елементів дозволяє скласти уявлення про можливий формаційний тип родовищ, визначити наявність промислового зруденіння та оцінити його ймовірні ресурси .

1. Вернадский В.И. Энергия геохимических круговых процессов // Избранные сочинения. - Т.1. - М: Изд-во АН СССР, 1954. - С. 89-97.

2. Пущаровский Ю.М., Меланхолина Е.Н., Моссаковский А.А., Пущаровский Д.Ю., Руженцев С.В. Глубинная тектоника Земли: строение, структурная асимметрия, геодинамика геосфер // ДАН России, 1999, т.366, №1, с. 88-92.

3. Щербаков Ю.Г. Геохимическая эволюция и рудные формации // Проблемы эндогенного рудообразования и металлогении. – Новосибирск: 1976, с.77-84.

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

5. Волкова Т.П. Роль процессов дифферециации в формировании месторождений полезных ископаемых // Доповіді НАНУ, 2003, №4. - С.107-110.

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

7. Волкова Т.П. Геолого-геохімічні критерії оцінки рідкіснометалевих родовищ у лужних комплексах Приазов'я (Український щит) // Автореферат докт.дис.Київ: ІГНС, 2004. - 32 с.

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