5_0627_Токаренко

АННОТИРОВАННЫЙ ОТЧЕТ
о проведении 5 этапа исследований
по теме «Исследование процессов вторичного минералообразования во
фторсодержащих азотных термальных водах Забайкалья» (государственный
контракт №16.740.11.0627) в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические
кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по мероприятию
1.3.1 "Проведение научных исследований молодыми учеными - кандидатами наук"
Руководитель Токаренко Ольга Григорьевна
Проект направлен на развитие учения о взаимодействии системы азотные термы–
горная порода и решение фундаментальной проблемы геологической эволюции системы
вода-порода – выявление механизмов взаимодействия термальных вод с
породообразующими минералами вмещающих горных пород на разных стадиях и этапах
такого взаимодействия. Особенное место в изучении вопросов формирования вторичных
фаз в природных водах, в том числе и в азотных термальных, занимает создание
специальных геохимических моделей с использованием численного моделирования
геохимических процессов. Данный способ исследования в настоящее время позволяет
максимально точно приблизиться к созданию естественной и одновременно
правдоподобной природной ситуации, при этом учитывать всевозможные
дополнительные факторы, такие как температура, глубина залегания вод и другие. Все это
в комплексе дает возможность выявить основные процессы, приводящие к активизации
процессов вторичного минералообразования.
На данном этапе исследования основной целью являлось определение механизмов
рудоообразующей деятельности азотных терм, для чего необходимо:
1 Определить критерии, необходимые для активизации процессов вторичного
минералообразования;
2 Создать концептуальную модель формирования азотных термальных вод.
Выявить источники основных химических элементов.
Методы, используемые при проведении отдельных работ по этапу:
1 Метод выпуклого программирования
2 Физико-химический метод моделирования
3 Метод итерационных расчетов
4 Метод минимизации термодинамических потенциалов
5 Методы сопоставления и верификации данных, систематизация
6 Методы детализации и анализа гидрогеохимической информации
7 Метод фазового соответствия
8 Графоаналитический метод
Инструментарий, используемый при проведении отдельных работ по этапу:
1 Авченко О.В., Чудненко К.В., Александров И.А. Основы физико-химического
моделирования минеральных систем. – М.: Наука, 2009. – 229 с.
2 Букаты М.Б. Геоинформационные системы и математическое моделирование.
Учеб.пособие. – Томск: изд. ТПУ, 2009. – 75 с.
3 Гаррелс P.M., Крайст Ч.Л. Растворы, минералы, равновесия. – М.: Мир, 1968. –
368 с.
4 ГОСТ Р ИСО/ТО 10017-2005 «Статистические методы. Руководство по
применению» в соответствии с ГОСТ Р ИСО 9001
5 Термодинамическое моделирование в геологии: минералы, флюиды и расплавы /
Р.К.Ньютон, А.Навротеки, Б.Дж.Вуд и др. – М.: Мир, 1992. – 534 с.
Для выявления основных критериев, таких как температура, давление, а также
степень взаимодействия воды с породой, которые влияют на состав формирующихся
растворов и активизируют процессы вторичного минералообразования, была создана
специальная многорезервуарная модель, на основе которой проводились исследования.
При сопоставлении полученных результатов моделирования была выявлена не
просто хорошая сопоставимость результата взаимодействия гранита с химически чистой,
дождевой и родниковой водой в резервуарной модели, но и свидетельство фактически их
идентичности. Различие состава исходных растворов практически нивелировано в
процессе их взаимодействия с породой. При сопоставлении этих данных с результатами
моделирования по степени протекания гидрогеохимического процесса интересны
следующие моменты. Несмотря на существенные различия температуры, геохимическая
среда растворов является достаточно близкой. В растворах резервуарной модели кальций,
фтор, хлор и сульфаты проявили тенденцию накопления, а содержание калия
уменьшилось в несколько раз. Содержание карбонатных ионов сопоставимо с их
концентрацией в растворе родниковой воды.
В растворах резервуарной модели существенно уменьшилось содержание
силикатного и гидроксид ионов и кремнекислоты. Значительную трансформацию
растворы приобретают при открытии их к атмосфере. При этом исчезает
гидросульфидный ион, уменьшается содержание силикатного и гидроксид ионов и резко
увеличивается концентрация гидрокарбонатного иона. В растворе появляется
растворенный кислород и окислительно-восстановительная обстановка становится резко
окислительной. Эти изменения существенно отдаляют состав исследуемых растворов от
реального. Положение улучшается, если последний резервуар частично открыть к
атмосфере. Несмотря на то, что насыщение раствора кислородом остается на прежнем
уровне, содержание карбонатных ионов и кремния становится сопоставимым с реальным,
и этот модельный раствор по своим характеристикам наиболее приближается к
термальным водам. Различие величины Eh в модельных растворах и реальных термах
свидетельствует о влиянии на геохимическую среду инфильтрационных вод. Изучение
изменения Eh по разрезу разведочных скважин выявило уменьшение его величины с
глубиной до –300 мв. Поэтому данные моделирования в целом отражают ситуацию в
области формирования термальных вод.
В результате проведенных работ авторами были сделаны несколько выводов. Вопервых, проведенное исследование достаточно надежно и аргументировано подтверждает
гипотезу формирования азотных терм в рамках системы вода-порода. Полученные
результаты по степени протекания гидрогеохимического процесса, в целом, достаточно
хорошо сопоставимы с данными резервуарной модели. Резервуарная модель позволяет
более полно учесть влияние изменения термодинамического режима на процесс
формирования термальных вод. Хорошая сходимость составов моделируемых растворов и
реальных термальных вод достигается обоснованным согласованием состава вмещающих
пород и учетом закономерностей изменения термодинамических параметров системы на
пути движения растворов от области питания к области разгрузки. Кроме того, важным
условием моделирования процесса формирования термальных вод является выяснение
возможных соотношений смешения термальных и холодных вод на основных и
прилегающих к ним путях фильтрации. Существенным элементом дальнейшего развития
исследования формирования состава термальных вод является определение условий
метастабильности моделируемой системы, отвечающих уровню неравновесности
природных термальных вод и влияния кинетических параметров на протекание
гидрогеохимических процессов. На основе полученных данных была построена
концептуальная модель формирования азотных термальных вод Забайкалья.