Паровые зоны в гидротермальных системах

1. ПАРОВЫЕ ЗОНЫ В ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

2.

Температура
Кривая кипения
ПАР
Давление
p
Критическая
точка
Перепад
плотности
флюида на
фазовой границе
жидкость-пар на
изобарических
сечениях
ЖИДКОСТЬ
Эффективность
геохимического
В гидротермальных
системах с
жидкость-пар
падает между
с
паровыми
зонами на границе
p барьера
уменьшением
разности
зонами жидкости
и параплотностей
возникает
сосуществующих
жидкого и парового
геохимический барьер.
флюида. Плотности этих субстанций
выравниваются ближе к критической
точке.
t
t
t
t
t
Перепад плотности флюида на на фазовой границе
жидкость-пар на изотермических сечениях
r
Р
t
r

3.

Модель формирования паровой зоны при снижении
пъезометрического уровня гидротерм
100
200oC
150
5
10
P, бар
700
20
500
15

4.

Модель формирования паровой зоны при увеличении
температуры в нижней части разреза
100
200oC
150
ПАР
5
Зона пара
10
Жидкость
15
Зона жидких
гидротерм
P, бар
700
20
500
Повышение
температуры

5. Геохимический барьер на границе паровой зоны (отложение кремнезема и адуляризация исходных туфов)

K-14
R-1
600
K-13
K-16
100
170
180
150
500
190
400
200
300
160
200
100
H, м

6.

Распределение SiO2, Li, Rb, Au, Ag, As и отношение 87Sr/86Sr в разрезе скважины
К-13 Верхнего термального поля Паужетского месторождения парогидротерм
Граница паровой зоны, являющаяся геохимическим барьером, перемещается от поверхности на глубину,
что связано с понижением пьезометрического уровня термальных вод (гидротерм). На этом
геохимическом барьере происходит отложение растворенных в гидротермах компонентов, с чем и
связаны очень большие колебания их содержаний в породе.
SiO2 мас.%
50
0
100
200
300
400
Н, м
Li, мас.%
80 0
0,01
Rb, мас.%
Au, n x10-3 г/т
Ag, n x10-6 мас.%
As, n x10-3 мас.%
0
0
0
0
0,025
40
100
5
87Sr/ 86Sr,
703,5
n x10-3
704

7.

Модель пародоминирующего геотермального резервуара,
окруженного водонасыщенными породами по Д.Е.Уайту (White
et al., 1971)
Схематический разрез через пародоминирующую зону
Нижне-Кошелевского геотермального месторождения
(по М.В.Писаревой, 1987).
Схема паровой зоны вулкана Лассен Пик
(по Ingebritsen, Sorey, 1985)
Схематическое строение Мутновской геотермальной системы
(по А.И.Сережникову, 1987)
1 - магматический очаг
Мутновского вулкана; 2
- зона флюида; 3 перегретые воды; 4 зоны пара и
конденсации; 5 - сухие
прогретые породы; 6 магмовод вулкана
Горелый; 7 - кровля
олигоценовой толщи; 8 разломы; 9 - метеорные
потоки; 10 - восходящие
потоки магматического
флюида.

8.

ПАР (ГАЗ)
очень низкая
растворимость SiO2
Р-Т диаграмма (изоплеты в мас.%)
растворимости кремнезема в воде по
Кеннеди [1950] с незначительной
экстраполяцией.
Пик растворимости наблюдается в
жидкой воде вблизи зоны перехода
воды в газообразное состояние.
ЖИДКОСТЬ
Минимальная растворимость
наблюдается в области пара.
Общая тенденция такова, что
растворимость SiO2 в воде падает с
понижением температуры и давления

9. Диаграмма изменения растворимости SiO2 при прорыве из пластичной зоны в хрупкую (интерпретация данных Кеннеди [ 1950].

При дальнейшем подъеме
гидротермального раствора в зону пара
сброс SiO2 происходит постепенно.
Половина растворенного кремнезема будет
сброшена из раствора в виде геля, из
которого уже потом образуются
кристаллические формы SiO22.
Растворимость SiO2 во флюиде в зоне
пластических деформаций равна 0,2 мас.%,
а при прорыве в хрупкую зону становится
0,1, т.е. уменьшается в два раза.
Предполагаемая
траектория движения
флюида на Р-Т диаграмме
Изменение концентрации SiO2 в процессе
подъема раствора и прорыве из зоны
пластичности в зону хрупкости.
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30

10.

РЕОЛОГИЯ КОРЫ И
МАНТИИ

11.

Без исключения для всех
эндогенных процессов
важны реологические
свойства коры мантии и всей
Земли в целом. Для каждых
конкретных
геодинамических
обстановок характерны свои
реологические условия
1
2
3
Растяжение утонение и океанизация литосферы
РЕОЛОГИЯ (от греческого ρέος,
«течение, поток» и -логия) — раздел
физики изучающий деформации и
текучесть вещества. Любой кристалл
или агрегат кристаллов при
определённых условиях может быть
пластически деформирован.
Пластическая деформация кристаллов
реализуется посредством
направленного движения в нём
дислокаций и вакансий. Под действием
на кристалл внешней силы в объёме
кристалла появляются напряжения,
которые снимаются дефектами. Если
сила превышает некий порог, то
происходит хрупкое разрушение
объекта.
Последовательность изменения реологических свойств
литосферы в процессе распада континента –
рифтообразования (Corti et al., 2003)
1- профиль молодой стабильной четырехслойной
литосферы
2 - утоненной трехслойной литосферы
3 - океанизированной утоненной литосферы.
sм - прочность нижней части литосферной мантии.
Точки на графиках и вертикальные штриховые линии
показывают максимальную прочность литосферных слоев.
Горизонтальные штриховые линии — их глубину от
поверхности.
C - мощность коры; L- мощность литосферы.

12.

пластичной мантии поровый флюид
РЕОЛОГИЯ
ρέος,
находится(от
подгреческого
литостатическим
«течение,
поток» и -логия) — раздел
давлением.
физики изучающий деформации и
Флюид, находящий
в крупных
замкнутых
текучесть
вещества.
Любой кристалл
полостях,
имеющих
достаточную
или
агрегат
кристаллов
при
вертикальную
протяженность,
может
определённых условиях может
быть
находиться
под
давлением
пластически деформирован.
превосходящим
литостатическое,
что
Пластическая
деформация
кристаллов
обеспечиваетпосредством
миграцию полостей вверх.
реализуется
При прорыве в область хрупких
направленного движения в нём
деформаций происходит декомпрессия,
дислокаций
и вакансий. Под действием
адиабатическое охлаждение и сброс
нарастворенного
кристалл внешней
силы в объёме
вещества.
кристалла появляются напряжения,
которые снимаются дефектами. Если
сила превышает некий порог, то
происходит хрупкое разрушение
объекта.
0
300
0
Хрупкая кора
Хрупкая кора
Без исключения для всех
В пределах хрупкой
коры флюид
эндогенных
процессов
находится в открытых на поверхность
важны
реологические
тектонических
нарушениях и, чаще всего,
под собственным
гидростатическим
свойства
коры
мантии и всей
давлением
Земли в целом. Для каждых
Разломы, возникающие в результате
конкретных
напряжений в хрупкой коре могут
временно проникать в область
геодинамических
пластических деформаций. Однако там
обстановок
характерны
свои
они достаточно быстро
«залечиваются».
реологические
условия
В пределах пластичной коры и
Пластичная кора
и мантия
Плавный переход от
хрупкого к пластичному
состоянию в условиях
низов коры и верхов
мантии
Пластичная
кора и
мантия
Пластичная
мантия
50

13.

пластичной мантии поровый флюид
РЕОЛОГИЯ
ρέος,
находится(от
подгреческого
литостатическим
«течение,
поток» и -логия) — раздел
давлением.
физики изучающий деформации и
Флюид, находящий
в крупных
замкнутых
текучесть
вещества.
Любой кристалл
полостях,
имеющих
достаточную
или
агрегат
кристаллов
при
вертикальную
протяженность,
может
определённых условиях может
быть
находиться
под
давлением
пластически деформирован.
превосходящим
литостатическое,
что
Пластическая
деформация
кристаллов
обеспечиваетпосредством
миграцию полостей вверх.
реализуется
При прорыве в область хрупких
направленного движения в нём
деформаций происходит декомпрессия,
дислокаций
и вакансий. Под действием
адиабатическое охлаждение и сброс
нарастворенного
кристалл внешней
силы в объёме
вещества.
кристалла появляются напряжения,
которые снимаются дефектами. Если
сила превышает некий порог, то
происходит хрупкое разрушение
объекта.
0
300
0
Хрупкая кора
Хрупкая кора
Без исключения для всех
В пределах хрупкой
коры флюид
эндогенных
процессов
находится в открытых на поверхность
важны
реологические
тектонических
нарушениях и, чаще всего,
под собственным
гидростатическим
свойства
коры
мантии и всей
давлением
Земли в целом. Для каждых
Разломы, возникающие в результате
конкретных
напряжений в хрупкой коре могут
временно проникать в область
геодинамических
пластических деформаций. Однако там
обстановок
характерны
свои
они достаточно быстро
«залечиваются».
реологические
условия
В пределах пластичной коры и
Пластичная кора
и мантия
Декомпрессия, адиабатическое
охлаждение и сброс растворенного
вещества.
Плавный переход от
хрупкого к пластичному
состоянию в условиях
низов коры и верхов
мантии
Пластичная
мантия
50

14.

I
Конвекция с промыванием
всего пагматического очага
при его кристаллизации
II
Конвекция с промыванием
верхней части очага при его
кристаллизации
Конвекция гидротерм над
III
глубинным очагом, находящимся
в зоне пластичности
Зона хрупких
Очаг
деформаций
Зона хрупких
деформаций
Зона хрупких
деформаций
Гидростатическое давление
флюида
Гидростатическое давление
флюида
Гидростатическое давление
флюида
Магматогенно-гидротермальные системы областей
Очаг
современного
вулканизма Зона кондуктивного
теплопереноса от очага и перенос
вещевтва (растворов путем
миграции флюидных полостей)
Зона пластичных деформаций
Зона пластичных деформаций
Зона пластичных деформаций
Литостатическое
давление флюида
Литостатическое
давление флюида
Литостатическое
давление флюида
Очаг

15.

Dr=0.03 г/см3
Плотность водного флюида при
прорыве из зоны пластических
деформаций в зону хрупкости
пород резко уменьшается, что,
соответственно, уменьшит и его
растворяющуя способность.
Произойдет мгновенный сброс
растворенного минерального
вещества и, вероятнеее всего, в
коллоидной форме.

16.

Dr=0.1 г/см3

17.

С увеличением глубины
упруго-пластического
перехода, соответственно
увеличивается и перепад
давлений и плотности при
прорыве флюида в зону
хрупкости.
Dr=0.18
Dr=0.18г/см
г/см33