Равновесно-динамические модели гидротермальных рудообразующих системНИР

Equilibrium-dynamic models of hydrothermal ore-forming systems

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Равновесно-динамические модели гидротермальных рудообразующих систем (этап 2017 г.)
Результаты этапа: Цель проекта – развитие теории гидротермального рудообразования на основе совершенствования геохимических исследований, методов и программного обеспечения равновесно-динамического моделирования природных процессов на ЭВМ. Получены новые данные по распределению рудных элементов и лантаноидов в пробах по разрезу через околожильные породы и жилу Центральная (штольня 3, рудная зона Бозанг, месторождение Джими), которые были отобраны ранее (15 проб). Показано, что источник рудного вещества на Джими эволюционирует и является комбинированным, включая породы субстрата различного состава. Данные по распределению элементов по разрезу через Pb-Zn жилу Гацировская (месторождение В.Згид) показали, что в процессе формирования жилы происходят значительные изменения спектров РЗЭ в рудных пробах. Резкий рост LaN/YbN, LaN/NdN, GdN/HoN и GdN/YbN отношений приурочен к интервалам жилы, где отлагается максимальное количество рудных компонентов. Сопоставление спектров РЗЭ руд с характеристиками спектров околожильных и вмещающих пород позволяет предположить, что отложение вещества жилы происходило из растворов, составы которых по РЗЭ изменялся во времени. Фракционирование РЗЭ происходило за счет мобилизации компонентов гидротермальными растворами при их реакции с вмещающими палеозойскими гранитами. Разработана новая методика и исследованы термодинамические модели, позволяющие оценить влияние смешения флюидных потоков из разных источников на процессы жильного полиметаллического рудообразования. Результаты моделирования со смещенными в пространстве областями мобилизации рудных компонентов позволяют получить значительно лучшее согласие с природными данными, чем предшествующие модели с комбинированными источниками. Верификация моделей проведена по геохимическим данным для месторождения Джими. Построена термодинамическая модель подводной гидротермальной системы в островодужной коре с конвективным и комбинированным (магматическим и морским) питанием с переменными температурами и давлениями в области разгрузки, обеспечивающими образование зоны кипения в восходящем канале системы. Выявлено существенное различие переноса золота в системах с разным питанием, ведущее к разной оценке перспектив золотоносности рудных построек в таких системах. Подобные модели в мировой литературе до сих пор не использовались. Пакет термодинамического моделирования HCh получил очередное развитие. Введённая в него на предыдущем этапе дополнительная (опциональная) возможность расчёта мольных объёмов фаз и зависимых компонентов равновесного состава химической системы теперь может использоваться и для расчёта изохорно-изотермических равновесий. Для включения этой возможности пользователю HCh не нужно создавать никаких дополнительных файлов – достаточно при запуске на счёт обычного задания добавить опцию командной строки “/v=…”, указав в ней нужный объём системы.
2 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Равновесно-динамические модели гидротермальных рудообразующих систем (этап 2018 г.)
Результаты этапа: Цель проекта – развитие теории гидротермального рудообразования на основе совершенствования геохимических исследований, методов и программного обеспечения равновесно-динамического моделирования природных процессов на ЭВМ. В 2018 г. проведены полевые работы в Садонском рудном районе (Северная Осетия). Основная задача состояла с исследованием пород, которые могли являться источниками рудных компонентов Pb-Zn месторождений, а также ряда рудных объектов, имеющих выходы на поверхность. Опробованы метаморфические породы буронской свиты (PR3-PZ1), которые являются основой рудовмещающей толщей для месторождения Джими, и коренные выходы рудопроявления Урсдон, локализованного в карбонатных породах оксфорда (J3). Получены новые данные по распределению РЗЭ в пробах по двум полным разрезам через апофизы Западная-1 и -3 (месторождение Джими). Установлено, что в образовании апофиз приняли участие гидротермальные растворы из разных комбинированных и эволюционирующих источников. Исследованные спектры представляют собой суммарный эффект. Ранняя ассоциация минералов (кварц с небольшой долей сульфидов) формируется раствором, получившим нагрузку РЗЭ при взаимодействии с породами, где доля метаморфитов была преобладающей. Основная масса рудных сульфидов отлагается позже из раствора, нагрузка цинка и лантаноидов в котором получена при взаимодействии с породами, где преобладает палеозойский гранит. Новые данные дают основание для создания новых вариантов равновесно-динамическких моделей жильного рудообразования. В этих моделях комбинированные источники рудных компонентов (преобладание той или иной породы в зоне мобилизации) будут сменяться во времени. Получены новые результаты по моделям жильного гидротермального рудообразования с участием твердых растворов сфалерита и пирротина. Установлены закономерности изменения составов сфалерита и пирротина в зависимости от пропорций и степени участия пород субстрата в комбинированном источнике рудных компонентов в области мобилизации. Рассчитана модель, описывающая распределение золота в растущем гидротермально-осадочном рудном теле (аналоге «черного курильщика»). В варианте модели, когда гидротермальная система питается гидротермальным раствором, образовавшимся из нагретой морской воды, золото при росте рудного тела перераспределяется в его периферическую холодную зону. При добавке магматического флюида в питающий раствор подвижность золота резко возрастает, и оно выносится из рудного тела вследствие высокой кислотности флюида. В результате продуктивность по золоту колчеданных руд в системах с конвективным питанием оказывается выше, чем в системах с магматогенным питанием. Разработана новая программа OptimG, предназначенная для определения термодинамических свойств газов (стандартных свободных энергий образования) по экспериментальным данным. Принцип работы программы – решение обратной задачи расчёта равновесного состава при заданных значениях температуры и объёма системы.
3 1 января 2019 г.-15 декабря 2019 г. Равновесно-динамические модели гидротермальных рудообразующих систем (этап 2019 г.)
Результаты этапа: Цель проекта – развитие теории гидротермального рудообразования на основе совершенствования геохимических исследований, методов и программного обеспечения равновесно-динамического моделирования природных процессов на ЭВМ. Получены новые данные по распределению рудных и РЗЭ в пробах по околожильным породам и полным разрезам (шаг опробования 2-4 см) через Pb-Zn жилу Центральная (штольни 3 и 47, рудная зона Бозанг, Джими) и апофизам Западная-1 и -3 (более 50 проб). Установлено, что в образовании рудных тел принимали участие гидротермальные растворы из разных комбинированных и эволюционирующих источников. Соотношение пород субстрата (метаморфиты PR3-PZ1 и граниты PZ3) в комбинированных источниках можно установить по характерным чертам спектров РЗЭ по интервалам опробования в разрезах. Эти данные лежат в основе новых вариантов равновесно-динамическких моделей жильного рудообразования. В моделях комбинированные источники рудных компонентов сменяться в пространстве и времени. Данные по распределению элементов по разрезу через жилу Гацировская (вмещающие породы – граниты PZ3, месторождение В.Згид) показали, что в процессе формирования жилы происходят значительные изменения спектров РЗЭ в рудных пробах. Резкий рост La/Yb, La/Nd, Gd/Ho и Gd/Yb отношений приурочен к интервалам жилы, где отлагается максимальное количество рудных компонентов. Сопоставление данных по жиле со спектрами околожильных и вмещающих пород позволяет предположить, что при отложении вещества жилы происходило фракционирование РЗЭ. Разработаны новые методики и исследованы термодинамические модели, позволяющие оценить влияние смешения флюидных потоков из разных источников на процессы жильного полиметаллического рудообразования. Результаты моделирования со смещенными в пространстве областями мобилизации рудных компонентов позволяют получить значительно лучшее согласие с природными данными, чем предшествующие модели с комбинированными источниками. Верификация моделей проведена по геохимическим данным для месторождения Джими. Рассчитана модель, описывающая распределение золота в растущем гидротермально-осадочном рудном теле (аналоге «черного курильщика»). Результаты моделирования показали, что нагретая морская вода способна полностью извлекать Au из пород, вмещающих гидротермальную систему. При росте придонного рудного тела поступающее с флюидом золото перераспределяется в его периферическую холодную зону. В конвективных системах, питающихся нагретой морской воды, отложение Au происходит в интервале температур 240-210°С внутри постройки. Участие магматического флюида в питании системы оказывает негативное влияние на отложение золота, оно выносится из рудного тела из-за высокой кислотности раствора (при доле флюида более 3% - полностью). В результате продуктивность по золоту колчеданных руд в системах с конвективным питанием оказывается выше, чем в системах с участием магматического флюида. Расчеты поведения золота в субаэральных системах с атмосферным питанием и развитием кипения в подрудном канале показали сходные свойства, что указывает на неэффективность разработанной модели (кипение и конденсация в подрудном канале) для объяснения формирования гидротермально-осадочных и эпитермальных месторождений золота, и необходимость введения в модель дополнительных факторов. Пакет термодинамического моделирования HCh получил очередное развитие. Появившаяся в нём возможность расчёта мольных объёмов фаз и парциальных мольных объёмов зависимых компонентов равновесного состава химической системы теперь может использоваться и для расчёта изохорно-изотермических равновесий. На основе разработанного подхода создана новая программа OptimG, предназначенная для определения термодинамических свойств газов (стандартных свободных энергий образования) по результатам экспериментов, проведённых в автоклавах, не имеющих барометров. Эта программа решает обратные задачи расчёта равновесных составов при заданных значениях температуры и объёма системы. Также разработанный подход позволяет решать некоторые практические задачи геохимии, например, определять температуру гомогенизации содержимого газово-жидких включений, и может, таким образом, использоваться в качестве геохимического геотермобарометра.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".