|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ПсковГУ |
||
Реконструкция процессов гидротермального рудообразования методами равновесно-динамического моделированияНИР
Reconstruction of hydrothermal ore-forming processes using equilibrium-dynamic simulation methods
- Руководитель НИР: Борисов М.В.
- Участники НИР: Бычков Д.А., Гричук Д.В., Гришанцева Е.С., Шваров Ю.В.
- Подразделение: Кафедра геохимии
- Срок исполнения: 1 января 2020 г. - 31 декабря 2022 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 20-05-00098/20
- Номер ЦИТИС: АААА-А20-120012290147-9
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Комплексные фундаментальные исследования вещества и динамики геосфер Земли, разработка моделей ее глубинного строения, открытие минералов и создание новых материалов
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к передовым цифровым, интеллектуальным технологиям
- ПН России: Рациональное природопользование
-
Рубрики ГРНТИ:
- 38.33.03 Методы исследования в геохимии
- 38.33.17 Геохимия природных процессов
-
Ключевые слова:
гидротермальный процесс, закономерности распределения элементов, равновесно-динамическое моделирование на эвм, рудообразование
hydrothermal process, ore formation, regularities of elements distribution, equilibrium-dynamic computer simulation -
Описание:
Цель – развитие теории гидротермального рудообразования на основе детальных геохимических исследований, совершенствования программного обеспечения и разработки методов равновесно-динамического моделирования природных процессов на ЭВМ. Задачи исследования направлены на реконструкцию условий рудообразования при формировании гидротермальных объектов различных типов (жильных полиметаллических и эпитермальных золоторудных). Будут разработаны методики и исследованы равновесно-динамические модели с изменяющимися во времени и пространстве комбинированными источниками рудных компонентов, основанные на данных по распределению РЗЭ в рудных телах и вмещающих породах эталонных жильных полиметаллических месторождений. Для оценки влияния вмещающих пород на процессы постгидротермального рудообразования будут исследованы модели переотложения ранее сформированного рудного вещества на карбонатном барьере. Будет оценена роль различных факторов отложения золота применительно к эпитермальным вулканогенным месторождениям типа «high sulfidation». Будут созданы программы, позволяющих рассчитывает все термодинамические свойства веществ, участвующих в природных химических процессах. До настоящего времени в пакете термодинамического моделирования HCh рассчитывалась только свободная энергия Гиббса. Расширение набора термодинамических свойств веществ даст исследователю возможность более глубокого исследования и понимания природных процессов.
-
Abstract:
The goal is the development of the theory of hydrothermal ore formation based on the detailed geochemical studies, improving software and developing methods for the equilibrium-dynamic modeling of natural processes. The research objectives are aimed at reconstructing the conditions of ore formation during the formation of hydrothermal objects of various types (vein polymetallic and epithermal gold ore). Methods will be developed and equilibrium-dynamic models will be studied with combined sources of ore components varying in time and space, based on data on the distribution of REE in ore bodies and host rocks of reference vein polymetallic deposits. To assess the influence of the host rocks on the processes of post-hydrothermal ore formation, models of redeposition of previously formed ore material on the carbonate barrier will be studied. The role of various gold deposition factors will be evaluated in relation to epithermal volcanogenic deposits of the “high sulfidation” type. Programs will be created to calculate all the thermodynamic properties of substances involved in natural chemical processes. To date, only Gibbs free energy has been calculated in the HCh thermodynamic simulation package. Expanding the set of thermodynamic properties of substances will give the researcher the possibility of a deeper study and understanding of natural processes.
-
Планируемые результаты:
Будут получены новые данные, направленные на реконструкцию процессов образования и эволюции рудообразующих систем жильных полиметаллических и золоторудных гидротермальных объектов на основе развития методов термодинамического моделирования и геохимических исследований. Будет выполнено дальнейшее развитие средств, обеспечивающих работы по термодинамическому моделированию геохимических процессов на ЭВМ. В области жильного рудообразования будут разработаны методики и исследованы равновесно-динамические модели с изменяющимися во времени и пространстве комбинированными источниками рудных компонентов, основанные на данных по распределению РЗЭ в рудных телах и вмещающих породах эталонных жильных полиметаллических месторождений. Для оценки влияния вмещающих пород на процессы постгидротермального рудообразования будут исследованы модели переотложения ранее сформированного рудного вещества на карбонатном барьере. В области моделирования эпитермальных золоторудных месторождений типа «high sulfidation» планируется выявление эффективных механизмов отложения золота в условиях такого процесса. Решение такой задачи может открыть перспективу выявления дополнительных геохимических прогнозно-поисковых признаков на золотое оруденение этого типа. В области развития программного обеспечения моделирования будут созданы несколько программ, позволяющих пользователю рассчитывать все (в том числе и нестандартные для пакета HCh) термодинамические свойства веществ, входящих в его термодинамическую модель. Эти данные смогут отразить некоторые свойства модельной системы, которые недоступны из простого анализа численного моделирования равновесий, осуществляемого программой Gibbs. В области геохимических исследований будут проведены полевые работы в Садонском горнорудном районе, дополнительно опробованы рудовмещающие породы и некоторые доступные рудные тела. Эти материалы дополнят собранную базовую коллекцию первичных материалов и послужат основой для развития концептуальной геологической модели и верификации результатов термодинамического моделирования. Будут получены новые данные о закономерностях распределения рудных и редкоземельных элементов в рудных телах, околожильных и вмещающих породах.
-
Научный задел:
Y. Shvarov, 2015. A suite of programs, OptimA, OptimB, OptimC, and OptimS compatible with the Unitherm database, for deriving the thermodynamic properties of aqueous species from solubility, potentiometry and spectroscopy measurements// Appl. Geoch.,v.55,17-27. Гричук Д.В., 2015. Гидротермальные системы в островных дугах: термодинамическая модель рудообразования// Матер. 2 Всерос. конф.«Геол. эволюция взаимодействия воды с горными породами»,25-32. Борисов М.В., Волкова М.М., Бычков Д.А., 2016. Оценка источника вещества полиметаллических жил Джимидонского месторождения (Сев.Осетия, Россия) на основе распределения редкоземельных элементов в рудах и вмещающих породах// Геохимия, №4,371-388. Борисов М.В., Бычков Д.А. и др., 2018. Фракционирование редкоземельных элементов в процессах гидротермального рудообразования// Вестн. Моск. универ. Геология, №4, 59-64. Борисов М.В., Бычков Д.А., Пчелинцева Н.Ф., 2018. Редкоземельные элементы в гидротермальных жилах как индикатор взаимодействия вода-порода при формировании рудоносных растворов// Матер. III Всерос. конф.«Геол. эволюция взаимодействия воды с горными породами»,27-34. Гричук Д.В., 2018. Золото в подводных кипящих гидротермах: термодинамическая модель// Матер. 3 Всерос. конф «Геол. эволюция взаимодействия воды с горными породами»,35-38. Xing Y., Etschmann B., Liu W., Mei Y., Shvarov Y., Testemale D., Tomkins A., Brugger J., 2019. The role of fluorine in hydrothermal mobilization and transportation of Fe, U and REE and the formation of IOCG deposits// Chem. Geol., v. 504,158–176. Xing Y., Brugger J., Tomkins A., Shvarov Y., 2019. Arsenic evolution as a tool for understanding formation of pyritic gold ores // Geology, v. 47, no. 4,335–338. M. Borisov, D. Bychkov, M. Volkova, Y. Shvarov, 2019. Role of water/rock interaction in the formation of ore-bearing solutions and deposition of hydrothermal ore, Sadon Mining District, North Caucasus Mountains, Russia // WRI-16, v. 98, Article 05003, EDP Sciences (France).
- Добавил в систему: Борисов Михаил Васильевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2020 г.-26 декабря 2020 г. | Реконструкция процессов гидротермального рудообразования методами равновесно-динамического моделирования (этап 2020 г.) |
| Результаты этапа: Цель проекта – развитие теории гидротермального рудообразования на основе детальных геохимических исследований, совершенствования программного обеспечения и разработки методов равновесно-динамического моделирования природных процессов на ЭВМ. Задачи исследования направлены на реконструкцию условий рудообразования при формировании гидротермальных объектов различных типов (жильных полиметаллических и эпитермальных золоторудных). Получены новые данные по распределению РЗЭ в пробах по полному разрезу через рудное тело Цагарсар (11 проб, шаг 5 см, рудная зона Цагарсар, штольня 49, месторождение Джими). Установлено, что в образовании жилы приняли 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 сменяются во времени. Построены и исследованы термодинамические модели, по которым можно оценить влияние смешения флюидных потоков из разных источников на процессы жильного полиметаллического рудообразования. Результаты моделирования со сменой во времени областей мобилизации рудных компонентов позволяют получить значительно лучшее согласие с природными данными. Верификация моделей проведена по геохимическим данным для месторождения Джими. С использованием программ серии Optim проведена ревизия термодинамических свойства растворенных форм золота при гидротермальных условиях по новым экспериментальным данным (Trigub et al., 2017; Zotov et al., 2018). Схема комплексообразования золота в сернокислых растворах при гидротермальных условиях проверена путем моделирования эксперимента по данным (Pokrovski et al., 2015; Kokh et al, 2016). Разработана программа HKF_full, позволяющая рассчитывать термодинамические свойства компонентов водного раствора, используемые в модели HKF (Helgeson-Kirkham-Flowers) во всём диапазоне условий, используемых этой моделью. Помимо ионов и комплексов водного раствора программа рассчитывает также термодинамические свойства растворителя (самой воды) используя модели HGK (Haar-Gallagher-Kell) или WP (Wagner-Pruss) в зависимости от выбора пользователя. Программа позволяет также пользователю выбор модели диэлектрической проницаемости воды – UF (Uematsu-Franck) или F&al (Fernandez et al). По умолчанию применяются модели, принятые в HKF. | ||
| 2 | 23 марта 2021 г.-28 декабря 2021 г. | Реконструкция процессов гидротермального рудообразования методами равновесно-динамического моделирования (этап 2021 г.) |
| Результаты этапа: Методами равновесно-динамического моделирования оценена возможность переотложения ранее сформированного вещества жильных руд (J2) на карбонатном барьере (J3) при повторной активизации гидротермальной системы. Установлено, что поздние низкотемпературные гидротермальные растворы могут обеспечить пиритизацию, окварцевание и отложение Pb-Zn руд в карбонатных породах. Метод термодинамического моделирования использован для определения роли геологических факторов (кипение/конденсация, охлаждение, смешение, метасоматоз) в образовании золотых месторождений типа «high sulfidation». Показано, что исследованные факторы в эпитермальных условиях действуют в сторону увеличения растворимости золота. Разработана программа AD_full, позволяющая рассчитывать термодинамические свойства растворённых в воде газов. Эти свойства описываются моделью AD (Akinfiev-Diamond) и рассчитываются программой во всём диапазоне условий, используемых этой моделью. Модель Акинфиева-Даймонда представляет растворённые в воде газы в виде нейтральных частиц, имеющих аналогичную газам стехиометрию. Помимо свойств этих частиц программа рассчитывает также и некоторые свойства растворителя (самой воды) используя модель HGK (Haar-Gallagher-Kell) или WP (Wagner-Pruss) в зависимости от выбора пользователя. Программа позволяет рассчитывать свойства газов, растворённых не только в жидкой, но и в газообразной воде. | ||
| 3 | 25 марта 2022 г.-28 декабря 2022 г. | Реконструкция процессов гидротермального рудообразования методами равновесно-динамического моделирования (этап 2022 г.) |
| Результаты этапа: Цель – развитие теории гидротермального рудообразования на основе детальных геохимических исследований, совершенствования программного обеспечения и разработки методов равновесно-динамического моделирования природных процессов на ЭВМ. Задачи исследования направлены на реконструкцию условий рудообразования при формировании гидротермальных объектов различных типов (жильных полиметаллических и эпитермальных золоторудных). Получены новые данные по распределению РЗЭ в пробах по разрезу через рудное тело Цагарсар (месторождение Джими). Можно предположить, что комбинированный источник рудных компонентов значительно эволюционирует во времени. В комбинированном источнике, вероятно, преобладают амфиболиты (PR3-PZ1). На начальных этапах формирования рудоносных растворов из амфиболитов предпочтительно выщелачиваются тяжелые РЗЭ. Возможно, что со временем доля кислых пород в источнике (граниты или кристаллические сланцы) увеличивается. Проведено обобщение данных по РЗЭ для месторождения Джими (80 рудных проб и 14 типов вмещающих пород). Показано, что вмещающие породы являлись комбинированными источниками рудных компонентов и РЗЭ. Соотношения масс пород субстрата в источниках могут значительно изменяться на разных временных интервалах формирования рудных тел. В 80% рудных проб суммарное содержание РЗЭ не превышает 35 г/т. Построены и исследованы термодинамические модели, по которым можно оценить влияние смешения флюидных потоков из разных источников на процессы жильного полиметаллического рудообразования. Результаты моделирования со сменой во времени областей мобилизации рудных компонентов показывают хорошее согласие с данным для месторождения Джими. Методами равновесно-динамического моделирования оценена возможность переотложения ранее сформированного вещества жильных руд (J2) на карбонатном барьере (J3) при повторной активизации гидротермальной системы. Установлено, что поздние низкотемпературные гидротермальные растворы могут обеспечить пиритизацию, окварцевание и отложение Pb-Zn руд в карбонатных породах. Проведен анализ возможных факторов отложения золота в условиях вулканогенной гидротермальной системы типа «high sulfidation». С использованием программ серии Optim проведена проверка термодинамических свойства комплексов золота для условий гидротермального процесса. Улучшено качество термодинамических данных для форм нахождения золота в кислых богатых серой растворах при высоких температурах. Показано, что геологические факторы, обычно рассматриваемые как факторы рудоотложения золота (кипение/конденсация, охлаждение, смешение, метасоматоз) в эпитермальных условиях действуют в сторону увеличения растворимости золота. Рассчитана комбинированная модель, описывающая взаимодействие откипевшего гидротермального раствора с андезитами и аргиллизитами и смешение с вадозными водами. В модели получено осаждение кристаллического золота, однако температурный диапазон осаждения и рассчитанные минеральные ассоциации не характерны для месторождений типа «high sulfidation». В некоторых случаях рассмотрение термодинамических свойств веществ, участвующих в природных процессах, является необходимым элементом их изучения. Однако пакет HCh, моделирующий такие процессы методом равновесной термодинамики, не предоставляет полной термодинамической информации об участвующих в них веществах, ограничиваясь лишь расчётом свободной энергии Гиббса, на минимизации которой основано равновесное моделирование. Поэтому в данном проекте пакет HCh был дополнен тремя программами (HKF_full, AD_full и Ind_full), позволяющими пользователям этого пакета получать полную информацию о термодинамических свойствах главных компонентов изучаемых природных процессов: компонентов водного раствора и индивидуальных веществ (твёрдых, жидких и идеальных газов) для всего диапазона поддерживаемых пакетом условий. | ||
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".