Моделирование геохимических процессов в зоне субмаринной разгрузки гидротермальных растворов
- д-р геол.-минерал. наук профессор Санкт-Петербургский горный университет
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.
Литература
- Богданов Ю.А. Гидротермальные рудопроявления рифтов Срединно-Атлантического хребта. М.: Научный мир, 1997. 167 с.
- Гидротермальные сульфидные руды и металлоносные осадки океана / Под ред. И.С.Грамберга. СПб: Недра, 1992. 278 с.
- Гричук Д.В. Термодинамические модели субмаринных гидротермальных систем. М.: Научный мир, 2000. 304 с.
- Рона П. Гидротермальная минерализация областей спрединга в океане. М.: Мир, 1986. 159 с.
- Судариков С.М. Геохимия рудообразующих гидротермальных флюидов Мирового океана / С.М.Судариков, М.В.Змиевский // Записки Горного института. 2015. Т. 215. С. 5-15.
- Судариков С.М. Гидроминеральные проявления в Океане // Геодинамика и рудогенез Мирового океана / Науч. ред. акад. И.С.Грамберг. СПб: ВНИИОкеангеология, 1999. C. 62-72.
- Судариков С.М. Гидротермальные ореолы рассеяния в природных водах Срединно-Атлантического хребта / С.М.Судариков, Д.В.Каминский, Е.В.Наркевский. СПб: ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С.Грамберга», 2014. 161 с.
- Судариков С.М. Исследования форм миграции рудных элементов в гидротермальных растворах Срединно-Атлантического хребта / С.М.Судариков, М.В.Змиевский // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка, 2016. № 3. С. 31-35.
- Судариков С.М. Формирование состава гидротермальных растворов в гидрогеологических массивах ультраосновных пород Срединно-Атлантического хребта / С.М.Судариков, М.В.Кривицкая // Записки Горного института. 2011. Т. 189. C. 68-71.
- Шваров Ю.В. О термодинамических моделях реальных растворов // Геохимия. 2007. № 6. С. 670-679.
- Шваров Ю.В. HCh: новые возможности термодинамического моделирования геохимических систем, предоставляемые Windows // Геохимия. 2008. № 8. C. 898-903.
- Bischoff J.L. Phase separation in seafloor geothermal systems by layered double-diffusive convection / J.L.Bischoff, R.J.Rosenbauer // J. Geol. 1989. Vol. 97. P. 613-623.
- Bowers T.S. Chemical evolution of mid-ocean ridge hot springs / T.S.Bowers, K.L.Von Damm, J.M.Edmond // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1985. Vol. 49 (19/20) P. 2239-2252.
- High hydrogen and abiotic hydrocarbons from new ultramafic hydrothermal sites between 12 N and 15 N on the MidAtlantic Ridge. Results of the Serpentine cruise (March 2007) / J.-L.Charlou, J.-P.Donval, C.Konn, D.Birot, S.Sudarikov, P.JeanBaptiste // EOS, Transactions of the American Geophysical Union. 2007. Vol. 88. 52 p.
- 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 / J.-L.Charlou, J.-P.Donval, C.Konn, H.Ondreas, Y.Fouquet // Geophysical Monograph Series 188. American Geophysical Union. 2010. P. 265-295.
- Garrels R.M. Solutions, Minerals and Equilibria / R.M.Garrels, C.L.Christ // New York: Harper & Row, 1965. 368 p.
- 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. Structure of hydrothermal plumes at the Logatchev vent field, 14°45' N, Mid-Atlantic Ridge: evidence from geochemical and geophysical data / S.M.Sudarikov, A.B.Roumiantsev // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2000. Vol. 101. P. 245-252.
- Sudarikov S.M. Hydrothermal Plumes along the Mid-Atlantic Ridge: Preliminary Results of the CTD Investigations During the DIVERS Expedition (July 2001) / S.M.Sudarikov, E.Zhirnov // 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.