ПОВЕДЕНИЕ ПОРОВОГО ФЛЮИДА НА ГЕОХИМИЧЕСКОМ БАРЬЕРЕ ПЛАСТИЧНО-ХРУПКОГО ПЕРЕХОДА ЛИТОСФЕРЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЧИСЛЕННОГО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Васильева Е.В.   Санжиев Г.Д.   Васильев В.И.  

Докладчик: Васильева Е.В.

Известно, что в земной коре на глубине 5–15 км хрупкие деформации сменяются пластическими. При этом в пределах хрупкой коры флюид находится в открытых трещинах под гидростатическим давлением, а ниже – в изолированных полостях в условиях литостатического давления [Иванов, 2002]. Через пластично-хрупкий переход (ПХП) временами происходит прорыв флюидов с резким падением давления и интенсивным минералообразованием. Величина перепада давления зависит от глубины ПХП. Так, для 6 км перепад давления составит ΔР_h1, что значительно меньше, чем на 15 км – ΔР_h2. Соответственно, будет различным и перепад плотности флюида, и его растворяющая способность.

Следовательно, концепция проникающих в мантию глубинных разломов, вероятно, не подходит для объяснения мантийного происхождения вещества. Гипотеза транспорта глубинного флюида в зону хрупких деформаций [Жатнуев, 2005] и тектонофизические эксперименты, проведенные авторами, позволили определить физические параметры эволюции движущихся полостей [Васильева и др., 2008].
Очевидно, что граница пластичной и хрупкой сред должна являться для поднимающегося флюида принципиальным геохимическим барьером. Предлагаемая модель позволяет оценить степень изменения флюида и вмещающих пород на этом геохимическом барьере. В модели использовались шесть сценариев массопереноса для многорезервуарной термодинамической модели подъема глубинного флюида к поверхности через зону ПХП, расположенную на разной глубине: 5 км (сценарии 1–3), 6.6, 6.9 и 8 км (сценарии 4–6). Сценарии также различались удаленностью тренда подъема флюида от оси магматического очага.
Моделирование проводилось на базе ПК «Селектор» [Чудненко, 2010]. При расчетах использовался метод последовательного проточного реактора для группы подвижных фаз «раствор + газ», принятой за флюид. В зоне хрупких деформаций проточный реактор усложнялся привносом метеорных вод под гидростатическим давлением.

Независимые компоненты модели определялись системой Si–Al–Fe–Mg–Ca–Na–K–H–O–C–Cl–S. Химический состав резервуаров – справочный андезитобазальтовый. Состав исходного флюида был принят аналогичным составу глубинных термальных вод о. Кунашир. Набор потенциально возможных зависимых компонентов модели ограничивался базами данных ПК «Селектор» – это 238 минеральных фаз, 88 компонентов водного раствора и 14 компонентов газовой фазы. Расчет равновесий проводился методом минимизации изобарно-изотермического потенциала.
В целом по всем сценариям расчет показал возможность равновесного существования 46 минералов, 6 компонентов газовой фазы и 74 компонентов водного раствора, для каждого из которых построены диаграммы содержаний в зависимости от глубины и P-T–условий. Существование свободного флюида доказано для всех резервуаров по всем шести сценариям, причем доминирующую роль играет фаза водного раствора, а максимальные содержания газовой фазы приурочены к приповерхностным областям.

Главным результатом моделирования является подтверждение геохимического барьера ПХП и определение форм осаждения вещества флюида. Резкое изменение концентраций практически всех растворенных веществ и содержаний минералов на границе ПХП бесспорно. Наибольшее падение концентраций характерно для растворенных форм SiO₂, HCl, SO₂, H₂S, CO₂, NaOH, CO, KCl и NaHSiO₃. Приблизительно на одном уровне остаются концентрации O₂, SO₃^2–, MgCl⁺ и HCO₃^–. Концентрации в растворе FeO₂^–, FeOH²⁺, FeCl₂ и SO₄^2– на геохимическом барьере ПХП, напротив, возрастают.

Содержание минералов во вмещающей породе при прохождении флюида через геохимический барьер ПХП также изменяется. Во всех сценариях отлагаются минералы кремнезема: α-кварц, кристобалит, халцедон или тридимит. Первый сценарий характеризуется интенсивным гидротермальным изменением пород в зоне ПХП. Здесь значительно повышается содержание ставролита, появляются железистый хлорит, пектолит и гейландит; исчезает альбит и гематит. Во втором и третьем сценариях интенсивно отлагаются цеолиты, например калий-натриевый мерлиноит; в отличие от первого сценария ставролит и пектолит растворяются, магнетит сменяется гематитом. Четвертый сценарий на геохимическом барьере качественно повторяет первый, отличаясь лишь интенсивностью и исчезновением диопсида, а в пятом и шестом сценариях, при качественном сходстве со вторым и третьим, содержание диопсида изменяется мало (на 2–3%).

Работа выполнена при финансовой поддержке Президиумов СО и ДВО РАН, проект №117 (09-II-СО-08-006).

Литература:
1. Васильева Е.В., Васильев В.И., Жатнуев Н.С. Миграция флюидозаполненных трещин в литосфере по результатам тектонофизического моделирования // Геодинамическая эволюция литосферы ЦАПП (от океана к континенту). Выпуск 6. – Иркутск: ИЗК СО РАН, 2008. – С. 54–56.
2. Жатнуев Н.С. Трещинные флюидные системы в зоне пластических деформаций // Доклады РАН, 2005, Т. 404, № 3. – С. 380–384.
3. Иванов С.Н. Роль флюидов в реологической стратификации земной коры с учетом данных сверхглу-бокого бурения. Кольская скважина СГ-3 // Екатеринбург: ИГиГ УРО РАН, 2002. – 152 с.
4. Киссин И.Г. Об источниках и путях миграции флюидов, участвующих в формировании электропро-водящих и низкоскоростных зон земной коры // Доклады РАН, 2001. Т.380, №6. – С. 800–804.
5. Чудненко К.В. Термодинамическое моделирование в геохимии: теория, алгоритмы, программное обеспечение, приложения. – Н.: ГЕО, 2010. – 287 с.
 

Файл с полным текстом:  Васильева Е.В.doc