авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Формирование химического состава гидротермальных растворов гидрогеологических массивов ультраосновных пород срединно-атлантического хребта (на примере полей ло

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи


КРИВИЦКАЯ Мария Владимировна

формирование химического состава

гидротермальных растворов

гидрогеологических массивов

ультраосновных пород

Срединно-Атлантического хребта

(НА ПРИМЕРЕ ПОЛЕЙ ЛОГАЧЕВ И РЕЙНБОУ)

Специальность 25.00.07 Гидрогеология

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

САНКТПетербург

2011

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.


Научный руководитель

доктор геолого-минералогических наук, с.н.с.

Сергей Михайлович Судариков


Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Павлов Александр Николаевич;

кандидат геолого-минералогических наук

Хархордин Иван Леонидович.


Ведущая организация Федеральное Государственное научно-производственное предприятие «Полярная Морская Геологоразведочная Экспедиция».

Защита диссертации состоится 14 декабря 2011 г. в

16 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 в Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. № 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 14 ноября 2011 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

канд. геол.-минерал. наук И.Г. КИРЬЯКОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. За относительно короткое время, прошедшее со времени первого обнаружения в океане в 1978 г. горячих металлоносных источников и связанных с ними экосистем и сульфидных руд, в их исследовании достигнут значительный прогресс. Международным сообщест­вом ученых при поддержке правительств ведущих стран мира были начаты беспреце­дентные по своим масштабам исследования гидротермальных систем океана. Сейчас в океане обнаружено более 160 активных и множество реликтовых гидротермальных полей.

При перемешивании горячих (до 400оС) гидротермальных флюидов с окружающей холодной морской водой сульфиды металлов аккумулируются на морском дне, образуя массивные залежи от нескольких тысяч до 100 миллионов тонн. В некоторых из таких массивных сульфидных залежей высока концентрация меди, цинка, свинца, золота, серебра. Например, руды полей Логачев-2 и Рейнбоу обогащены по сравнению с рудами других полей Срединно-Атлантического хребта (САХ) цинком в 4-5 раз и кадмием – в 4 раза. В рудах поля Рейнбоу, содержится в 20 раз больше Со, чем в рудах других полей САХ. Руды поля Рейнбоу обогащены серебром, а руды поля Логачев-2 – золотом соответственно в 5 и 8 раз по сравнению с другими рудными полями САХ.

В связи с успешным прохождением заявки РФ в Международном органе по морскому дну (МОД ООН) в 2010 г. на проведение исследований для освоения ресурсов участка САХ, включающего поле Логачев, в повестку дня встает вопрос об активизации эколого-геохимических исследований в этом районе океана.

В соответствии с «Правилами поисков и разведки полиметаллических сульфидов в океане» (Mining Code) готовится контракт, который будет включать ряд требований по защите и сохранению морской среды, в том числе, в соответствии с рекомендациями Юридической и технической комиссий «контрактор собирает фоновые экологические данные и устанавливает экологический фон, используемый для оценки вероятного воздействия его деятельности в рамках плана работы по разведке на морскую среду, а также программу мониторинга такого воздействия».

В связи с начинающимся освоением океанских минеральных ресурсов гидротермальной природы и необходимостью обоснования перспектив обнаружения рудообразующих гидротермальных растворов, металлоносных осадков и новых крупных скоплений сульфидных руд на дне океана в заявочном участке САХ, а также эколого-геохимического сопровождения предстоящих исследований, тема диссертации является актуальной.

Целью работы является: установить ведущие процессы и факторы формирования гидротермальных растворов и сопутствующих экосистем для использования этих данных в процессе освоения минеральных ресурсов океана на основе анализа новейших геохимических данных по составу гидротермальных руд, растворов, ореолов рассеяния (плюмов) гидрогеологических массивов Срединно-Атлантического хребта, сложенных ультраосновными породами.

Основные задачи диссертационной работы:

1. Выявить специфические черты химического состава гидротерм гидрогеологических массивов САХ, сложенных ультраосновными породами, провести обобщение полученных результатов, сопоставление с другими районами океана на основе проведенного анализа образцов гидротермальных растворов с использованием современных методов исследования (ICP, ES и MS, атомная абсорбция) и мировых литературных данных.

2. Оценить масштабы и провести анализ возможного влияния процессов серпентинизации ультрамафитов на состав формирующихся рудообразующих гидротерм.

3. Обосновать направления дальнейших исследований формирования гидротермальных растворов гидрогеологических массивов ультраосновных пород САХ и сопутствующих экосистем.

Основные методы исследования. В процессе работы над диссертацией анализировались материалы, полученные следующими основными методами: а) материалы фото- и видеонаблюдений, полученные, главным образом, в международной экспедиции научно-исследовательского судна (НИС) «Атлантис» (США) в 2001 г.; б) образцы сульфидных руд, металлоносных осадков и гидротермальных растворов, отобранные в процессе погружений глубоководного обитаемого аппарата (ГОА) «Элвин»; в) гидрофизическим зондированием и профилированием при помощи CTD зонда SEABIRD 911 (определялись температура, солёность, мутность, плотность морской воды); г) гидрохимическим опробованием методом кассетного дистанционного пробоотбора с использованием комплекса «Розетт»; д) анализ гидрохимических проб проводился методами ICP ES, ICP MS, атомно-абсорбционным в лабораториях ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга» и ВСЕГЕИ; е) статистическая обработка данных проводилась с использованием программ EXСEL и STATISTICA 6.0.

Научная новизна определяется следующими основными результатами, полученными в процессе диссертационного исследования:

1. Выявлены специфические черты химического состава гидротерм гидрогеологических массивов САХ, сложенных ультраосновными породами. Растворы полей Логачев и Рейнбоу обогащены такими компонентами, как: Cu, Zn, Fe, Mn, Li; руды – Ag, Au, Cu, Zn, Co, Cd, Ni. Впервые установлена обратная корреляционная зависимость между содержаниями H2S и СН4, а также H2S и Н2 в гидротермальных растворах.

2. Установлено влияние процессов серпентинизации ультрамафитов в условиях повышенных температур и давлений на состав формирующихся рудообразующих гидротерм на основе данных по химическому и газовому составу гидротермальных растворов.

3. Обоснованы направления дальнейших исследований формирования гидротермальных растворов гидрогеологических массивов ультраосновных пород САХ и сопутствующих экосистем, обозначены критерии и предпосылки открытия новых рудопроявлений на основе полученных данных по составу руд, растворов, пород, осадков и экосистем.

Защищаемые положения:

1. По результатам проведенного анализа в гидротермальных растворах полей Логачев и Рейнбоу выявлены аномально высокие содержания Cu, Zn, Co, Cd, Fe, Mn, Li, Au, Ag, а также метана и водорода, что является отличительной чертой химического состава гидротермальных растворов полей ультраосновных пород.

2. Формирование состава гидротермальных растворов полей Логачев и Рейнбоу связано с процессами серпентинизации гипербазитов и многократной фазовой дифференциацией в глубинных гидротермальных системах.

3. В составе провинции океанских гидротерм выделен новый тип гидротермальных растворов массивов ультраосновных пород САХ, отличающихся специфическими условиями формирования. В зонах разгрузки глубинных гидротермальных систем формируются слоистые плюмы и характерные экосистемы, которые могут служить поисковыми признаками районов современного гидротермального рудообразования.

Практическое значение работы связано с установлением геохимических связей в системе гидротермальный раствор – ореол рассеяния (гидротермальный плюм) – экосистема для выявления новых поисковых критериев обнаружения рудных скоплений на океанском дне и разработки принципов экогеохимического мониторинга при их освоении. Разработки автора нашли свое применение в процессе реализации проекта министерства Природных ресурсов: «Создание геологической основы и подготовка материалов к заявке в МОД ООН на выделение России участка дна в международном районе океана для разведки и промышленного освоения глубоководных полиметаллических сульфидов (ГПС) в районе Срединно-Атлантического хребта» (ВНИИОкеангеология, 2011). Внедрение полученных результатов планируется в практику океанских исследований ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга», ФГУНПП «Полярная Морская Геологоразведочная Экспедиция» (ПМГРЭ), а также в учебные программы ВУЗов.

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждается анализом значительного числа публикаций по исследуемой проблеме, видеоматериалов, использованием представительного объема ведомственных аналитических материалов, проведением анализа образцов гидротермальных растворов с использованием современных технологий.

Апробация результатов исследований. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях «Полезные ископаемые Океана» (ВНИИОкеангеология, СПб) в 2005 и 2006 годах, XIV-й и XVIII-й Международных научных конференциях (Школах) по морской геологии (ИОРАН, Москва) в 2006, 2009, 2011 годах, научных семинарах и заседаниях кафедры гидрогеологии и инженерной геологии СПГГУ (2008-2011 гг.).

Личный вклад автора. Диссертационная работа построена на результатах теоретического анализа и научно-практических работ, выполненных за 4-летний период с 2007 по 2011 гг. Были изучены, обобщены и проанализированы мировые литературные данные по составу и условиям формирования гидротермальных растворов океана, методы пересчёта концентраций «конечных» гидротермальных растворов, современные представления о процессах серпентинизации ультрамафитов и фазовой сепарации растворов в недрах гидротермальных систем океана. Был подготовлен и проведен анализ образцов гидротермальных растворов с использованием современных технологий (ICP, ES и MS, атомная абсорбция) в лабораториях ВНИИОкеангеология, ВСЕГЕИ, построены регрессионные модели смешения растворов, рассчитаны концентрации элементов в конечных гидротермальных растворах, разработаны принципы гидрогеологического районирования САХ с учетом сегментарной структуры САХ, наличием трансформных и демаркационных разломов, глубинных пород базит-гипербазитового состава, выделен новый тип гидротермальных растворов массивов ультраосновных пород САХ в составе провинции океанских гидротерм, разработаны принципы изучения экосистем с учетом эколого-геохимических особенностей гидротермальных полей.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе три написанные в реферируемом журнале, рекомендованном ВАК.

Объём и структура работы. Работа состоит из 4 глав, введения, заключения, содержит 175 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 6 таблиц и включает список литературы из 164 наименований.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю д. г.-м. н., с.н.с. С.М. Сударикову за помощь при подготовке диссертационной работы. Заведующему отделом геологии и минеральных ресурсов Мирового океана ВНИИОкеангеология д. г.-м. н. С.И. Андрееву, заведующему кафедрой гидрогеологии и инженерной геологии СПГГУ д. г.-м. н., проф. В.В. Антонову, всем сотрудникам ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга» за предоставленные фондовые материалы и консультации, кафедры гидрогеологии и инженерной геологии за ценные советы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях.

1. По результатам проведенного анализа в гидротермальных растворах полей Логачев и Рейнбоу выявлены аномально высокие содержания Cu, Zn, Co, Cd, Fe, Mn, Li, Au, Ag, а также метана и водорода, что является отличительной чертой химического состава гидротермальных растворов полей ультраосновных пород.

Гидротермальные поля Логачев и Рейнбоу расположены на Срединно-Атлантическом хребте. Наиболее важной особенностью этих гидротермальных массивов является их приуроченность к ультраосновным породам (Рис.1). В пределах срединно-океанических хребтов других океанов таких объектов пока не обнаружено (Андреев и др., 2003).

По данным проведённого в 5-м рейсе научно-исследовательского судна «Атлантис» опробования сопоставлены геохимические особенности флюидов и плюмов гидротермальных полей Логачев и Рейнбоу. Основой послужили результаты регрессиионного анализа (Рис. 2).

Регрессионные модели смешения гидротерм с морской водой базируются на многолетних экспериментальных (Mottle, 1983) и модельных (Гричук, 2000) исследованиях, свидетельствующих об отсутствии Mg и SO4 в конечных гидротермальных растворах (Рис. 3).

Рис. 3. График регрессии S/Mg (мкг/кг).

По данным экспедиции SERPENTINE, 2007.

Результаты анализа позволили провести расчёт композиции конечных гидротермальных растворов и уточнить состав растворов указанных полей (Табл. 1). Пересчитанные концентрации позволили сравнить составы всех субмаринных горячих источников, исключая эффект разбавления растворов морской водой на путях миграции и в зонах разгрузки.

Полученные данные (Табл. 1) свидетельствуют о существенном отличии состава гидротерм массивов ультраосновных пород полей Логачев и Рейнбоу от растворов других гидротермальных полей САХ, приуроченных к базальтам. Гидротермальные растворы полей Логачев и Рейнбоу обогащены такими рудными компонентами, как: Cu, Zn, Fe, Mn, Li, их содержания в растворах базальтов САХ, полей Логачев и Рейнбоу показаны на Рис. 4.

 Содержания Mn, Zn, Cu, Li (мкг/кг) в гидротермальных растворах полей САХ. Обращают-1

Рис. 4. Содержания Mn, Zn, Cu, Li (мкг/кг) в гидротермальных

растворах полей САХ.

Обращают на себя внимание высокие концентрации Mn и, особенно, Fe (Рис. 5) в растворах поля Рейнбоу.

 График регрессии Fe/Mg (мкг/кг) (построено М.В. Кривицкой по данным Сharlou et al., 2002). -2

Рис. 5. График регрессии Fe/Mg (мкг/кг)

(построено М.В. Кривицкой по данным Сharlou et al., 2002).

По данным Сharlou et al. (2002) для гидротермальных растворов полей Логачев и Рейнбоу характерны наиболее высокие концентрации метана и водорода (Табл. 2).

Таблица 2

Температура гидротермальных растворов САХ и

концентрации в них CH4 и H2

Поле Менез Гвен Лаки Страйк Рейнбоу Броукен Спур TAГ Снейк Пит Логачев
Т0 С 265-284 152-333 (297) 346-365 (355) 356-364 (345) 270-363 335-350 (328) 347-353 (348)
CH4 (мг/кг) 22,0/42,0 8,0/16,0 40,0 1,0/2,1 2,0/2,4 - 34,0
H2 (мг/кг) 0,05/0,1 0,04/1,5 32,0 0,86/2,1 0,3/0,7 0,4/0,96 24,0

Примечание. Концентрации CH4 и H2 – данные замеров Сharlou et al.,2002. В скобках указаны данные замеров С.М. Сударикова с подводного обитаемого аппарата «Элвин».

При исследовании проб, отобранных С.М. Судариковым в ходе экспедиции SERPENTINE (2007 г.) были обнаружены существенные концентрации Ag, Au, Cd, Ni в гидротермальных растворах поля Логачев (Табл. 3).

Таблица 3

Состав микрокомпонентов в конечных гидротермальных растворах

поля Логачев, (мг/кг)

(экспедиция SERPENTINE, 2007, расчет М.В. Кривицкой).

S Ag Cd Au Pd Pt Th U Ni
Аналитические концентрации, (мкг/кг) 146-989 0,68-3,78 3,35-17,8 0,69-1,27 0,031-0,39 0,01-0,03 0,1-0,52 0,29-2,92 74,8-262
Нижние пределы (ICP, ES и MS), (мкг/кг) 1,0 0,001 0,01 0,01 0,01 0,01 0,14 0,01 0,05
Конечные гидротермальные растворы, (мкг/кг) 0,0 3,8 17 1,3 0,0 0,006 0,1 0,0 220


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.