Моделирование геохимических процессов в зоне субмаринной разгрузки гидротермальных растворов

Abstract

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.