Моделирование геохимических процессов в зоне субмаринной разгрузки гидротермальных растворов

С. М. Судариков

Аннотация


Рассмотрены основные методы и проанализированы результаты моделирования геохимических процессов в зоне субмаринной разгрузки гидротермальных растворов срединно-океанических хребтов. Исходные материалы для моделирования были получены в нескольких морских экспедициях, в том числе в русско-французской экспедиции SERPENTINE на научно-исследовательском судне «Pourquoi Рas?» (2007 г.). Подтверждением данных полевых наблюдений, лабораторных экспериментов и теоретических построений служат результаты анализа регрессионной модели смешения гидротермальных растворов и морской воды. Проведена верификация модели и оценено качество химического анализа, определена степень и характер участия компонентов раствора в гидротермальном процессе, рассчитан состав конечных растворов на основе обратного прогнозирования концентрации элемента по характеру регрессии, подготовлены данные для термодинамического моделирования. Регрессионная модель формирования кислотно-основных свойств и хлоридности рудообразующих гидротерм подтверждает работоспособность модели двойной диффузионной конвекции формирования состава гидротермальных растворов. Дифференциация растворов по концентрациям хлорид-иона в зависимости от температуры и водородного показателя рН в рамках этой модели связывается с фазовыми превращениями и смешением флюидов двух конвекционных ячеек, одна из которых является зоной циркуляции рассола. Для проведения компьютерного термодинамического моделирования созданы гидрогеохимическая и физико-химическая модели зоны гидротермальной разгрузки. Верификация модели проведена по изменению концентраций марганца в гидротермальном плюме. Преобладающими формами миграции марганца в плюме являются Mn2+, MnCl+, MnCl2. В геохимической структуре плюма выделено две зоны: 1) высоких температур (350-100 °С) с преобладанием хлоридных комплексов – восходящий плюм; 2) низких температур (100-2 °С) с доминированием формы переноса в виде свободного двухвалентного иона – латеральный плюм. Сульфатный комплекс наблюдается в незначительных количествах (1,5 %) в латеральном плюме, гидроксидный – устойчив при температуре 325-125 °С и может наблюдаться только в восходящем плюме. Результаты моделирования практически полностью соответствуют натурным наблюдениям. Верификация термодинамической модели свидетельствует о ее работоспособности и позволяет перейти к следующему этапу исследований – изучению характера геохимического рассеяния основных рудных компонентов гидротермальных растворов Fe, Cu, Zn и др. 


Ключевые слова


срединно-океанический хребет; регрессионная модель; термодинамическое моделирование; гидротермальный раствор; формы миграции

Полный текст:

PDF PDF (English)

Литература


Bogdanov Yu.A. Hydrothermal Mineralizations of Mid-Atlantic Ridge Rifts. Мoscow: Nauchnyi mir, 1997, p. 167

(in Russian).

Hydrothermal Sulfide Ores and Metal-Bearing Sediments of the Ocean. Ed. by I.S.Gramberg. St. Petersburg: Nedra, 1992, p. 278 (in Russian).

Grichuk D.V. Thermodynamic Models of Submarine Hydrothermal Systems. Мoscow: Nauchnyi mir, 2000, p. 304

(in Russian).

Rona P. Hydrothermal Mineralization of Spreading Areas in the Ocean. Мoscow: Mir, 1986, p. 159 (in Russian).

Sudarikov S.M., Zmievskii M.V. Geochemistry of Ore-Forming Hydrothermal Fluids of the World Ocean. Zapiski Gornogo instituta. 2015. Vol. 215, р. 5-15 (in Russian).

Sudarikov S.M. Hydromineral Occurrences in the Ocean. Geodinamika i rudogenez Mirovogo okeana. Nauch. red. akad. I.S.Gramberg. St. Petersburg: VNIIOkeangeologiya, 1999, p. 62-72 (in Russian).

Sudarikov S.M., Kaminskii D.V., Narkevskii E.V. Hydrothermal Dispersion Halos in the Natural Waters of Mid-Atlantic Ridge. St. Petersburg: FGUP «VNIIOkeangeologiya im. I.S.Gramberga», 2014, p. 161 (in Russian).

Sudarikov S.M., Zmievskii M.V. Study on Migration Forms of Ore Elements in Hydrothermal Solutions of the Mid-Atlantic Ridge. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Geologiya i razvedka, 2016. N 3, p. 31-35 (in Russian).

Sudarikov S.M., Krivitskaya M.V. Forming of Hydrogeochemical Dispersion Halos in Discharge Zones of Thermal Solutions on the Mid-Atlantic Ridge. Zapiski Gornogo instituta. 2011. Vol. 189, p. 68-71 (in Russian).

Shvarov Yu.V. On Thermodynamic Models of Actual Solutions. Geokhimiya. 2007. N 6, р. 670-679 (in Russian).

Shvarov Yu.V. HCh: New Possibilities in Thermodynamic Modeling of Geochemical Systems, Available for Windows. Geokhimiya. 2008. N 8, p. 898-903 (in Russian).

Bischoff J.L., Rosenbauer R.J. Phase Separation in Seafloor Geothermal Systems by Layered Double-Diffusive Convection. J. Geol. 1989. Vol. 97, p. 613-623.

Bowers T.S., Von Damm K.L., Edmond J.M. Chemical Evolution of Mid-Ocean Ridge Hot Springs. Geochimica et Cos-mochimica Acta. 1985. Vol. 49 (19/20), p. 2239-2252.

Charlou J.-L., Donval J.-P., Konn C., Birot D., Sudarikov S., Jean-Baptiste P. High Hydrogen and Abiotic Hydrocarbons from New Ultramafic Hydrothermal Sites Between 12 N and 15 N on the Mid-Atlantic Ridge. Results of the Serpentine Cruise (March 2007). EOS, Transactions of the American Geophysical Union. 2007. Vol. 88, p. 52.

Charlou J.-L., Donval J.-P., Konn C., Ondreas H., Fouquet Y. High Production and Fluxes of H2 and CH4 and Evidence of Abiotic Hydrocarbon Synthesis by Serpentinization in Ultramafic-Hosted Hydrothermal Systems on the Mid-Atlantic Ridge. Diversity of Hydrothermal Systems on Slow Spreading Ocean Ridges. Geophysical Monograph Series 188. American Geophysical Union. 2010, p. 265-295.

Garrels R.M., Christ C.L. Solutions, Minerals and Equilibria. New York: Harper & Row, 1965, p. 368.

Mottl M.J. Metabasalts, Axial Hot Springs and the Structure of Hydrothermal Systems at Mid-Ocean Ridges. Geol. Soc. Amer. Bull. 1983. Vol. 94. N 2, p. 161-180.

Sudarikov S.M., Roumiantsev A.B. Structure of Hydrothermal Plumes at the Logatchev Vent Field, 14°45' N, Mid-Atlantic Ridge: Evidence from Geochemical and Geophysical Data. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2000. Vol. 101, p. 245-252.

Sudarikov S.M., Zhirnov E. Hydrothermal Plumes along the Mid-Atlantic Ridge: Preliminary Results of the CTD Investi-gations During the DIVERS Expedition (July 2001). InterRidge News. 2001. 10 (2). 33-36.

Von Damm K. Seafloor Hydrothermal Activity: Black Smoker Chemistry and Chimneys. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 1990. Vol. 18, p. 173-204.




DOI: http://dx.doi.org/10.18454/pmi.2017.3.284

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.