• Диагностика и хронология глобальных и локальных событий в летописи континентальных осадочных бассейнов
• Геодинамическая и структурно-вещественная эволюция литосферы Азиатского континента: взаимосвязи и закономерности проявления тектонических процессов и магматизма, моделирование тепловой и гидродинамической структуры плюмов

Диагностика и хронология глобальных и локальных событий в летописи континентальных осадочных бассейнов

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0036
• Номер государственного учета: 122041400214-9
• Руководитель: д.г.-м.н. Елена Феликсовна Летникова
• Лаборатория: Литогеодинамики осадочных бассейнов
  
  
• Цель научного исследования: реконструкции хронологии событий в геологической истории на основе изучения отложений осадочных последовательностей современными аналитическими методами
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  Исследования по проекту направлены на решение следующих задач:
  1. Выявить типовые осадочные последовательности - индикаторы вариаций геологических и климатических условий седиментации в разновозрастных докайнозойских осадочных бассейнах Сибири и Азии.
  2. Установить характер и хронологию событий осадконакопления в межгорных и предгорных впадинах аридной Центральной Азии.
  3. Изучить ритмично слоистые осадочные геохронометры от сезонных до вековых и установить периодичные и аномальные события в современных внутриконтинентальных и шельфовых осадочных бассейнах азиатской части Северной Евразии и их аналогов в прошлом.
  В 2025 году планируется решить ряд задач по основным направлениям исследований лаборатории:
  1.1. Обобщить результаты исследований позднедокембрийских осадочных комплексов Тувино-Монгольского микроконтинента в северо-восточной части Центрально-Азиатского складчатого пояса
  1.2. Изучить состава и возраста обломочной части конгломератов раннего палеозоя северной части Тувы
  1.3. Выявление протерозойских источников сноса для осадочных и метаосадочных комплексов Тувинского сегмента Центрально-Азиатского складчатого пояса с помощью U-Pb датирования магматогенного и ксеногенного циркона.
  1.4. Реконструкция условий формирования раннепалеозойских осадочных последовательностей Салаирского бассейна (северная часть Центрально-Азиатского складчатого пояса), выявление возраста и состава питающих провинций.
  2.1. Установить хронологии существования и осушения крупных плейстоценовых ледниково-подпрудных озер во впадинах Русского Алтая на основе люминесцентного и радиоуглеродного датирования и комплексного анализа отложений, провести оценку влияния спуска озер на формирование рельефа и отложений магистральных долин Алтая
  2.2. Провести реконструкцию изменений высокогорных ландшафтов и климата аридной части Русского Алтая с конца последнего ледникового максимума на основе комплексного анализа кернов донных отложений Богутинской впадины
  2.3. Изучить характер соотношения процессов денудации и аккумуляции в пределах Курайского хребта Горного Алтая. Оценить скорости процессов и объемы вынесенного материала.
  3.1- Детально исследовать элементный состав датированного слоя 1908-10 гг., образовавшегося в результате катастрофического события – взрыва Тунгусского космического тела (ТКТ), в донных осадках оз. Пеюнгда (Тунгусский заповедник) с использованием разработанных методик аналитической микростратиграфии
  3.2. Провести анализ информации об элементном составе продуктов выветривания пород территории водосбора оз. Пеюнгда
  3.3. Провести сбор и анализ информации об элементном составе продуктов пожара (пеплы, золы) лесных массивов, схожих с лесами территории водосбора оз. Пеюнгда
  3.4. Моделировать литолого-геохимический процесс образования маркирующего слоя 1908-10 гг. в разрезе донных осадков оз. Пеюнгда с учетом данных об элементном составе основных источников вещества – продуктов выветривания, пожара и возможных аэрозольных остатков взрыва ТКТ.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  В 2025 году планируется решить следующие результаты.
  1.1. Будет проведена реконструкция этапов осадконакопления и тектоно-магматической активности, а так же связанных с ними рудообразующих процессов при образовании месторождений бокситов и фосфоритов в позднем докембрии в осадочных бассейнах Тувино-Монгольского микроконтинента.
  1.2. Установлены источники обломочного материала при формировании раннепалеозойских конгломератов севера Тувы.
  1.3. На основе U-Pb датирования магматогенного и ксеногенного циркона предполагается идентификация протерозойских континентальных блоков в строении Тувинского сегмента Центрально-Азиатского складчатого пояса, которые являются потенциальным источником обломочного материала для осадочных и метаосадочных толщ. Полученные результаты позволят уточнить существующие тектонические модели, необходимые для прогноза пространственного размещения твердых полезных ископаемых.
  1.4. Планируется получение современных данных о возрасте и составе питающих провинций для раннепалеозойских осадочных последовательностей Салаирского бассейна, вмещающих стратиформные медные рудопроявления. Эти данные лягут в основу реконструкции условий их формирования, необходимой для понимания медного рудогенеза в связи с раннепалеозойской эволюцией Салаирского осадочного бассейна.
  2.1. Получена хронологически обоснованная реконструкция времени существования наиболее крупных плейстоценовых палео-озер в Чуйской и Курайской впадинах Алтая, установлен максимальный уровень заполнения Курайской впадины водами последнего ледниково-подпрудного озера, определен возраст отложений средних террас в долинах Катуни и ее притоков, участие катастрофических и постепенных процессов в их формировании. Результаты могут способствовать оценке продолжительности формирования россыпных месторождений, связанных с речной сетью.
  2.2. Будут получены данные о возрасте ледниковых отложений Богутинской впадины, изменениях климата с последнего ледникового максимума, времени начала освоения и исчезновения древесной растительности в ныне безлесной аридной высокогорной части Русского Алтая.
  2.3. Проведена оценка скорости процессов и объемы вынесенного материала в пределах Курайского хребта Горного Алтая в позднем кайнозое.
  3. Предполагаемые результаты исследования – отработка методики получения объективной литолого-геохимической информации об элементном составе вещества, формирующего донный осадок и отражающего источники его поступления с территории водосбора, с использованием установок класса Мега-сайенс.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Почти две трети территории Российской Федерации занимают осадочные породы различного возраста и генезиса. При этом Россия в значительной степени отстает от зарубежных стран по доле осадочных месторождений в структуре минерально-сырьевой базы; известные же месторождения во многих случаях значительно уступают по качеству руд иностранным аналогам. Все это делает крайне актуальной проблему разработки научных основ новой стратегии изучения осадочного выполнения разновозрастных осадочно-породных бассейнов. Наиболее перспективным, на наш взгляд, подходом к ее решению является реконструкция источников поступления взвешенного и растворенного материала в осадочные бассейны, особенностей транспортировки вещества в осадочные бассейны, а также анализ факторов, контролирующих процессы седиментации, в том числе, концентрирование рудных компонентов на основе современных изотопно-геохимических данных, позволяющий установить различные по условиям формирования/геодинамической позиции осадочно-породные бассейны. Установление особенностей проявления этих процессов различными методами, в том числе по данным геохимии и изотопии, создаст предпосылки для прогноза и поисков рудных объектов с низким статусом обнаружения. Наиболее важным при решении поставленной задачи является вопрос о масштабах влияния локальных или глобальных событий на строение и состав осадочного выполнения конкретного осадочно-породного бассейна. Еще одним, также весьма важным, направлением данного проекта является получение изотопно-геохимических характеристик современных руд марганца, бария, фосфора из океанических и пресноводных осадочных бассейнов известной геодинамической природы и сопоставление их с аналогичной информацией по древним гомологам, что позволит получить принципиально новую информацию о механизмах формирования экономически значимых концентраций перечисленных элементов.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Предполагается проведение совместных научно-исследовательских работ: с Вилюйской ГРЭ АК «АЛРОСА» (ПАО), ТПУ и ИАЭТ СО РАН. В рамках работ с с Вилюйской ГРЭ АК «АЛРОСА» (ПАО) планируется изучение типоморфных особенностей шпинелидов из различных магматических и осадочных пород юго-западной части Сибирской платформы с целью прогноза пространственного расположения потенциально алмазоносных пород в границах южного обрамления Сибирской платформы. Сотрудничество с ТПУ предполагает участие в создании станции 1-1 ЦКП СКИФ. В рамках совместных исследований с ИАЭТ СО РАН планируется построение палеореконструкций по озерам Алтая.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Руководитель и исполнители заявленного проекта имеют обширный опыт научных исследований, направленных на диагностику и хронологию глобальных и локальных событий в летописи континентальных осадочных бассейнов. За предыдущие годы были получены следующие основные результаты в рамках выполнения проекта:
  1. Изучение Цамбагаравского землетрясения продемонстрировало реальную возможность катастрофического поступления большого объёма ледово-каменного материала из верхнего нивально-гляциального пояса к подножию высокогорных хребтов Алтая, что необходимо учитывать в хозяйственной деятельности. Относительно высокая скорость нивелирования следов лавины и, как следствие, трудности их последующей идентификации в рельефе позволяют предполагать большее число сходов лавин, в том числе сейсмической природы, в недавнем геологическом прошлом, чем это можно установить в настоящее время в хребтах Алтая. [Agatova A., Nepop R., Ganyushkin D., OtgonbayarD.,Griga S., Ovchinnikov I. Specific Effects of the 1988 Earthquake on Topography and Glaciation of the Tsambagarav Ridge (Mongolian Altai) Based on Remote Sensing and Field Data. RemoteSens. 2022, 14, 917.]
  2. Разработаны новые методики по поиску и детальному исследованию отдельных микрочастиц, отличающихся по элементному составу от депонирующей матрицы - ежегодно ламинированных (варвных) донных осадков. Области применения методики могут быть связаны с поисками криптотефры, оценкой техногенных загрязнений, датировкой сейсмических событий и прочих. [Darin A.V., Darin F.A., Rakshun Y.V., Sorokoletov D.S., Gogin A.A., Senin R.A. Search for aerosol microparticles in dated layers of bottom sediments using synchrotron radiation. Geodynamics&Tectonophysics. 2022;13(2). (InRuss.) https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2-0581]
  3. С помощью комбинации методов изотопной (Sr, С) хемостратиграфии карбонатных пород и U-Pb датирования кристаллов магматогенного циркона из сингенетичных известнякам туффитов установлены возрастные ограничения (525-510 млн лет) на время формирования кинтерепской свиты Салаирского бассейна. [Vetrova N.I., Vetrov E.V., Letnikova E.F., Soloshenko N.G., 2022. Age of the Kinterep Formation of the Northwestern Salair: Chemostratigraphy and U-Pb Zircon Dating. Geodynamics & Tectonophysics 13 (2s), 0597. doi:10.5800/GT-2022-13-2s-0597.]
  4. На основе геохимических, изотопно-геохимических (Sm-Nd, Rb-Sr) методов и U-Pb геохронологические исследования валунов и галек гранитоидов конгломератовой толщи раннекембрийской баянкольской свиты Систигхемского прогиба установлены несколько источников поступления обломочного материала в результате разрушения гранитоидов различного возраста и изотопно-геохимического состава: ранневендский (~590 млн лет) и позднерифейский (~630 млн лет), связанный с плавлением довендской коры островодужного типа, образованной из деплетированного мантийного источника (εNd(T) = +8.0...+8.6). [Brodnikova E.A., Vetrov E.V. ,Letnikova E.F., Ivanov A.V., Rudnev S.N. 2022 Early Ediacaran and Middle Ediacaran Granitoids in the Provenances of Early Cambrian Coarse-Grained Rocks of the Bayan-Kol Formation of the Systyg-Khem Depression (Tuva). Russian Geology and Geophysics Vol. 63, No. 6, pp. 649–663, doi:10.2113/RGG20214208]
  5. По данным трекового анализа апатита из раннепалеозойских гранитоидов Таннуольского террейна проведено комплексное моделирование термальной истории фундамента, что позволило выявить серию этапов тектонической активизации различной природы и интенсивности, разделенные этапами тектонического покоя, за последние ~185 млн лет. [Vetrov, E.V., De Grave J., Vetrova N.I. 2022. The Tectonic Evolution of the Paleozoic Tannuola Terrane of Tuva in the Mesozoic and Cenozoic: Data of Fission-Track Thermochronology of Apatite. Geotectonics, Vol. 56, No. 4, pp. 471–485DOI: 10.1134/S0016852122040094]
  6. Установлены тектонические условия и этапы накопления вулканогенных и осадочных толщ Тувинского прогиба в девон-карбоновое время. Получены новые данные: петрологические, геохронологические (U-Pb датирование циркона и бадделеита), геохимические и Sm-Nd изотопно-геохимические исследования покровных и субвулканических образований. [VetrovE.V., UvarovA.N., AndreevaE.S., VetrovaN.I., ZhimulevF.I., StepanovA.S., VishnevskayaI.A., ChervyakovskayM.V. 2022. The Middle Paleozoic Magmatism of the Central Tuvinian Trough (Eastern Altai–Sayan Fold Area): Petrogenesis, Tectonics, and Geodynamics. Russian Geology and Geophysics, doi:10.2113/RGG20214379]
  7. В качестве инструмента, позволяющего проводить поиск in situ аэрозольных микрочастиц тефры в донных осадках, использован сканирующий метод микро-РФА-СИ, что позволило обнаруживать in situ в керне донных осадков оз. Беле (Хакассия) микрочастицы, по возрасту и составу коррелируемые с тефрой крупнейшего извержения вулкана Пэктусан (Исландия)в Х веке. [А. В. Дарьин, Ф. А. Дарьин, Д. С. Сороколетов, Я. В. Ракшун, Д. Ю. Рогозин. Сканирующий синхротронный рентгенофлуоресцентный микроанализ для задач тефрохронологии.//Поверхность. рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2023. - № 11. -С. 84–89]
  8. Проведена реконструкция развития заприпайных полыней моря Лаптевых в последние столетия с использованием методики палеоклиматических реконструкций на основе сопоставления инструментально полученных временных рядов гидрометеорологических наблюдений и геохимических временных рядов донных осадков, накопившихся за период инструментальных наблюдений. На основе этого возможна реконструкция площади зимней полыньи на достаточно длительные временные интервалы в прошлом с перспективой выявления длиннопериодных природных циклов их изменения. Это предполагает возможность детализации долгосрочного прогноза изменения размеров полыньи в дополнение к уже существующим методам их краткосрочного прогноза в настоящем. [Астахов А.С., Бабич В.В., Гуков А.Ю, Алаторцев А.В. Зимняя полынья в море Лаптевых и арктическая осцилляция в последние 300 лет: реконструкции по геохимическим данным // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. – 2023. - Т.511. - №1. – С.86 – 92. DOI: 10.31857/S2686739723600406]
  9. Впервые построенная обобщённая количественная температурная реконструкция по результатам исследования донных осадков четырёх горных озёр Российского Алтая для последних двух тысячелетий отчётливо отображает проявление на этой территории всех известных периодов потепления и похолодания: современный тёплый период, Малый ледниковый период, Средневековый тёплый период, холодный период Тёмного века, Романский тёплый период. Показывает, что климат Центральной Азии на протяжении последних двух тысячелетий менялся в полном соответствии с общим глобальным климатическим сценарием. [Бабич В.В., Дарьин А.В., Рудая Н.А., Маркович Т.И. Обобщенная реконструкция температурного режима для Российского Алтая за последние 2000 лет (по озерным отложениям) // Геология и геофизика. – 2023. – Т.64. - №10. -С.1457–1468, DOI: 10.15372/GiG2023135, EDN: ZASIRQ]
  10. Изучены отложения и формы рельефа в верховьях реки Харал (Тоджинская котловина, Тува) и реконструированы изменения в структуре гидросети в связи с формированием и спуском Верхнехаральского приледникового озера в пределах Азаского ледникового щита. На основе данных датирования установлены основные рубежи развития и деградации это ледника. Установлен фретический тип вулканических извержений, формировавшихся во второй половине позднего плейстоцена при толщине ледового покрова в первые сотни метров; обоснован ледниково-экзарационный генезис микрорельефа под воздействием покровного оледенения. [Новиков И.С., Назаров Д.В., Михаревич М.В., Гладышева А.С., РучкинМ.В., ПрудниковС.Г. К проблеме воздействия Азасского ледникового щита на формирование подпрудных озер в неоплейстоцене Тувы на примере Верхнехаральского палеоозера // Геология и геофизика. - 2023. - Т.64. - № 5. - С. 720-734. DOI: 10.15372/GiG2022146]; [Новиков И.С., Михаревич М.В., Прудников С.Г. Морфология рельефа внутриледного палеовулкана Дерби-Тайга и прилегающей части Азасского плато (Тоджинская котловина, Северо-Восточная Тува) // Геоморфология и палеогеография. - 2023. - Т.54. - № 2. - С. 14-25. DOI: 10.31857/S294917892302007X]
  11. Установлено, что горное обрамление Чуйской впадины Русского Алтая подвергалось оледенению уже в среднем плейстоцене ~ 160–180 тыс. л.н. (МИС 6), однако максимальный ледниково-подпрудный водоем (с уровнем до 2100 м н.у.м.) существовал в Чуйской и Курайской впадинах в позднем плейстоцене, не ранее 90–80 тыс. л.н. (МИС 4).Участие катастрофических спусков наиболее крупных ледниково-подпрудных озер в формировании ининской толщи и высоких террас в долинах Чуи и Катуни ограничено рубежом 90–80 тыс. л.н. Подтверждено существование и дана палеонтологическая характеристика отложений крупного, с уровнем не ниже 1730 м н.у.м., ледниково-подпрудного озера в МИС 2 в Курайской впадине. Его спуск произошел не позднее 16 тыс. л.н. Синхронно его спуску – около 17-16 тыс. л.н. – началось накопление делювиально-озерных циклитов сальджарской толщи в устье Ини. [Агатова А. Р., Непоп Р. К., Моска П., Никитенко Б. Л., Бронникова М. А., Жданова А. Н., Зазовская Э. П., Карпухина Н. В.,Кузьмина О. Б., Непоп А. Р., Овчинников И. Ю., Петрожицкий А. В., Успенская О. Н. Новые данные комплексных исследований следов крупных климатических событий плейстоцена: оледенений, формирования ледниково-подпрудных озер и их катастрофических спусков на Алтае (юг Западной Сибири) // Доклады Российской академии наук. Науки о земле. – 2023. – Т.510. - № 2. - С. 201–207.]
  12. AMS 14С-датирование сохранившихся в тефре обугленных стеблей бамбучника курильского (Sasa kurilensis), погибшего вследствие перекрытия тефрой, позволило установить, что эксплозивное извержение на о. Итуруп в районе перешейка Ветровой произошло около 2115‒1995 л.н. Это заключение поднимает вопрос о пересмотре характера вулканической опасности северной части острова Итуруп и требует учета возможных эксплозивных извержений большой мощности. Сам перешеек Ветровой следует рассматривать как район активного вулканизма. [Бергаль-Кувикас О. В., Смирнов С. З., Агатова А. Р., Дегтерев А. В., Разжигаева Н. Г., Пинегина Т. К., Портнягин М. В., Карманов Н. С., Тимина Т. Ю. Голоценовое эксплозивное извержение на перешейке Ветровой (о. Итуруп) как источник маркирующего горизонта тефры (~2000 лет назад) в центральной части Курильской островной дуги // Доклады Российской академии наук. Науки о земле. – 2023. – Т.511. - № 1. - С. 46–54]
  13. Моделирование термотектонических процессов, основанное на данных трековой термохронологии пород кристаллического фундамента Южной Тувы позволило реконструировать смену источников сноса для терригенных пород Убсунурского бассейна юга Тувы в кайнозойское время. Поздненеогеновая реактивация Южно-Таннуольской и Убсунур-Бийхемской разломных зон продолжалась в течение четвертичного периода и активна до сих пор. Об этом свидетельствуют концентрации эпицентров современных землетрясений с магнитудой до 7 баллов и палеоземлетрясения с возрастом 3000–3500 лет, известные в пределах Южной Тувы. [Vetrov E.V., Vetrova N.I.,2023. A Model of the Late Mesozoic and Cenozoic Thermotectonic Evolution of the Pre-Mesozoic Basement Rocks in South Tuva //Geodynamics & Tectonophysics. – 2023. – V.14. - №6. - 0729. doi:10.5800/GT-2023-14-6-0729]
  14. Получены изотопно-геохронологические и геохимические данные о составе и возрасте метаморфического комплекса пород Бутугольской глыбы Восточного Саяна, расположенной в восточной части Тувино-Монгольского микроконтинента ЦАСП. Установлено, что протолитом гнейсов служат, в одном случае, вулканиты с возрастом 1009±8 млн лет, в другом – калиевые терригенные породы, накапливающихся в окраино-континентальных бассейнах. Формирование протолита метавулканогенных пород, участвующих в строении этого комплекса, происходило на рубеже мезо- и неопротерозоя на сформированной коре, а метаосадочных за счет мезопротерозойских, реже палеопротерозойских и архейских континентальных источников сноса, более распространенных и типичных для западной части ЦАСП. Установлено, что породы Бутугольской глыбы имеют различную историю развития от других блоков земной коры в составе композитного Тувино-Монгольского микроконтинента. [Школьник С.И., Беляев В.А., Летникова Е.Ф., Демонтерова Е.И., Брянский Н.В., Колесов К.К., Иванов А.В. Бутугольская глыба – экзотический докембрийский блок в строении фундамента Тувино-Монгольского микроконтинента (Восточный Саян) // Доклады Российской академии наук. Наукиоземле. - 2023. - Т. 510. - № 2. -С. 5–11.]
  15. Получены первые данные о докембрийском возрасте карбонатных пород для юго-западного сектора ЦАСП указывающие на проявление процессов карбонатонакопления на рубеже 800 млн лет, не характерном для центральной и восточной части этого складчатого пояса. [Alexeiev D.V., Khudoley A.K., DuFrane S.A., Glorie S., Vishnevskaya I.A, Semiletkin S.A., Letnikova E.F. Early Neoproterozoic fore-arc basin strata of the Malyi Karatau Range (South Kazakhstan): depositional ages, provenance and implications for reconstructions of Precambrian continents // Gondwana Research. - 2023. - V.119. - P. 313-340]
  16. Данные U–Pb-датирования зерен детритового циркона и изучение изотопного состава Sr и С, позволили оценить время накопления отложений терегтигской свиты юга Тувы в интервале 530–520 млн лет. Присутствие представительной популяции зерен детритового циркона докембрийского возраста указывает на накопление отложений этой свиты в пределах блока континентальной коры с длительной историей развития. [Иванов А.В., Летникова Е.Ф., Школьник С.И., Маслов А.В., Ветрова Н.И. Фрагмент раннекембрийской континентальной окраины в структуре Тувинского сегмента Центрально-Азиатского складчатого пояса (терегтигская свита): результаты U-Pb датирования циркона и Sr-хемостратиграфии // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. - 2023. - Т. 512. - № 2. - С. 165-173.]
  У коллектива имеется доступ к чистым комнатам центра коллективного пользования ИГМ СО РАН и современному аналитическому оборудованию, в частности, к таким приборам, как электронно-зондовые микроанализаторы CAMEBAX-Micro, JXA-8100; электронные сканирующие микроскопы LEO-1430VP и JSM-6510LV, рентгенофлюоресцентный спектрометр ARL9900XP, комплекс оборудования для проведения геохимических и изотопно-геохимических исследований (системы LA ICP MS для анализа твердого вещества, ICP MS для анализа растворов, U-Pb датирования цирконов, массспектрометр Finnigan MAT253, многоколлекторный масс-спектрометр МИ-1201АТ.
  
  
• Исполнители: Летникова Елена Феликсовна, Агатова Анна Раульевна, Бабич Валерий Васильевич, Ветров Евгений Валерьевич, Ветрова Наталья Игоревна, Дарьин Андрей Викторович, Иванов Александр Владимирович, Колесов Константин Константинович, Маркович Татьяна Ивановна, Непоп Роман Кириллович, Новиков Игорь Станиславович, Прошенкин Артем Игоревич.
  
  
• Отчеты:
  2022 год - Регистрационный номер: 223031400009-0.
  2023 год - Регистрационный номер: 224020500168-6.
  2024 год - Регистрационный номер: 225020709078-6.

Геодинамическая и структурно-вещественная эволюция литосферы Азиатского континента: взаимосвязи и закономерности проявления тектонических процессов и магматизма, моделирование тепловой и гидродинамической структуры плюмов

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0037
• Номер государственного учета: 122041400057-2
• Руководитель: д.г.-м.н. Михаил Михайлович Буслов
• Лаборатории: Геодинамики и магматизма; Физического и химического моделирования геологических процессов
  
  
• Цель научного исследования: 
  Целью проекта является получение структурно-вещественных характеристик для выделения аккреционных и коллизионных орогенов Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП), выявления взаимосвязей их формирования с Сибирской платформой и мантийными плюмами. Проект состоит из трех блоков: Блок I. Геодинамический; Блок II. Магматический; Блок III. Экспериментальное и теоретическое моделирование тепловой и гидродинамической структуры термохимических плюмов.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  В 2025 году планируется решить следующие задачи.
  Блок 1 (руководитель: д.г.-м.н., гнс, по совмещению зав. лабораторией геодинамики и магматизма № 212 ИГМ СО РАН М.М. Буслов).
  1. Установить основные закономерности венд-палеозойской тектонической и геодинамической зональности ЦАСП в обрамление Сибирского кратона и выяснить роль наложенных позднепалеозойской сдвиго-надвиговых деформаций.
  Блок 2 (руководитель: д.г.-м.н., г.н.с. лаб. № 212 В.А. Симонов).
  1. Установить условия формирования палеоокеанических офиолитовых ассоциаций Салаирского кряжа.
  2. Выяснить РТ - параметры образования платобазальтовых комплексов на севере Сибирской платформы.
  Блок 3 (руководитель: д.г.-м.н., зав. лабораторией № 445 ИГМ СО РАН А.А. Кирдяшкин).
  1.Определить возможную тепловую и гидродинамическую структуру Таримского термохимического плюма на основе данных геодинамического моделирования и геологических данных о его поверхностных проявлениях.
  В 2026 году планируется решить следующие задачи.
  Блок 1.
  1.Подготовить методические основы составления геодинамических и тектонических карт Северной Евразии и отдельных ключевых регионов для позднего докембрия - фанерозоя, палеотектонических реконструкций формирования Азиатского континента.
  Блок 2.
  1.Выяснить особенности эволюции магматизма в ходе геодинамического развития глобальных типов тектонических структур в ЦАСП и на Сибирской платформе.
  Блок 3.
  1. На основе моделирования и геологических данных представить развитие во времени поднятий над отдельными плюмами и группами плюмов с дальнейшим прорывом плюма на поверхность образовавшегося поднятия.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  В 2025 году планируется получить следующие результаты результаты по блокам 1 и 2.
  1. Составлены геодинамическая и тектоническая схемы ЦАСП и отдельных ключевых регионов для венда – палеозоя как результат взаимодействия тектонических плит Палеопацифики и Палео-Азиатского океана. Показана ее сложная позднепалеозойская деформация.
  2. Выявлены основные закономерности строения и формирования ЦАСП как аналога современной структуры юго-восточной Азии, в эволюции которой участвуют Индо-Австралийская и Тихоокеанская плиты, являющиеся современными аналогами, соответственно, плит Палеоазиатского океана и Палеопацифики.
  3. В результате геолого-минералогических исследований выяснены условия формирования офиолитов Салаирского кряжа.
  4. На основе данных по составам минералов и расплавных включений установлены РТ - параметры магматических систем, принимавших участие в процессах формирования платобазальтовых комплексов на севере Сибирской платформы.
  Результаты по блоку 3.
  3.1. По геологическим данным и данным геодинамического моделирования будут оценены возможная тепловая и гидродинамическая структура и основные параметры Таримского плюма.
  В 2026 году планируется получить следующие результаты результаты по блокам 1 и 2.
  1. Составлены геодинамические и тектонические схемы Северной Евразии и отдельных ключевых регионов для позднего докембрия- палеозоя, создана модель палеотектонических реконструкций формирования Азиатского континента.
  2. В результате петрологических, минералогических и термобарогеохимических исследований установлены условия геодинамических и магматических процессов формирования глобальных типов тектонических структур в ЦАСП и на Сибирской платформе
  Результаты по блоку 3.
  1. Будет представлена эволюция поднятия, формирующегося под воздействием плюма, и оценено время выхода плюма на его поверхность.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Актуальность проблемы обусловлена тем, что эволюция литосферы теснейшим образом связана с развитием океанов, процессами в субдукционных зонах и воздействием мантийных плюмов. Об этом свидетельствуют многочисленные публикации последних лет, показывающие значительную роль палеоокеанических и плюмовых комплексов при формировании складчатых поясов. В частности, выяснено, что структура Азиатского континента представлена образованиями двух континентальных плит, состоящих из океанической коры, островных дуг и микроконтинентов, сформировавшихся при участии плюмов. Установлено также, что взаимодействие тектонических плит и плюмовый магматизм оказали влияние как на формирование Азиатского континента, так и на экологию, климат и развитие жизни на Земле. Актуальность исследований в области геодинамического моделирования мантийных плюмов определяется необходимостью:
  1) экспериментального и теоретического моделирования плюмов различной тепловой мощности, которая обусловливает различный характер прорыва плюма на поверхность и различные геологические проявления этих плюмов (плюмы, создающие крупные поднятия поверхности, алмазоносные плюмы, плюмы с грибообразной головой, плюмы крупных магматических провинций (КМП) и плюмы, образующиеся на границе верхняя – нижняя мантия в зонах субдукции);
  2) выяснения тепловой и гидродинамической структуры верхних ячеек канала плюма и анализа процессов теплообмена в них;
  3) определения влияния мантийных термохимических плюмов на скорость образования и высоту поднятий поверхности и рассмотрения основных сил, вызывающих деформации поднятий;
  4) исследований термодинамических характеристик минералов и горных пород и физико-химических параметров магматических расплавов и использования результатов этих исследований для построения моделей мантийных термохимических плюмов. Решение вышеуказанных вопросов требует необходимости анализа геодинамических моделей на основе данных теплофизического (лабораторного и теоретического) моделирования в комбинации с использованием геологических данных, термодинамических характеристик горных пород и физико-химических параметров магматических расплавов.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Совместно с Казахстанско-Британским техническим университетом (г. Алма-Ата), Китайским университетом геологических наук (г. Пекин) и Китайским университетом геологических наук (г. Ухань) будут проводиться совместные работы по доизучению тектоники и геодинамики Центрально-Азиатского складчатого пояса с массовым получением геохронологических и геохимических данных по ключевым геологическим объектам.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  В результате комплексных исследований в коллективе накоплен большой объем геологических, петрологических, геохимических и изотопных данных на основе которых охарактеризованы возрасты, вещественный состав, структура и геодинамика формирования позднепротерозойско-палеозойских комплексов Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП) (Добрецов, Буслов, 2007, 2011, 2012; Буслов, 2011, 2014; Буслов и др., 2013; Симонов и др,, 2008, 2014; Ножкин и др., 2017, 2019; Зиновьев и др., 2018; Куликова и др., 2018; Абилдаева и др., 2019). Разработано представление об определяющей роли крупноамплитудных позднепалеозойских сдвигов в формировании структуры ЦАСП (Буслов и др., 2003, 2009; Buslov et al., 2004, 2017, 2018). На основе геологического картирования, тектонического и геодинамического анализа, применения геохронологических и геохимических данных рассмотрена тектоно-магматическая эволюция океанической коры и плюмов при развитии структур различных частей ЦАСП (Буслов, 2011, 2014; Добрецов, Буслов, 2012). Разработано представление о формировании кайнозойской внутриконтинентальной структуры Центральной Азии как результат передачи деформаций от коллизии Индийского континентов на дальние расстояния по «принципу домино» через «жесткие» структуры докембрийских микроконтинентов (Буслов и др., 2007; Буслов, 2012; Dobretsov, Buslov, 1996, Buslov et al., 2006; De Grave, Buslov, 2007). Обоснована сложная геодинамическая история формирования горного обрамления и осадочного выполнения Кузнецкого и Канско-Ачинского бассейнов в мезозое, Иссык-Кульского, Телецкого и Курайско-Чуйского бассейнов в кайнозое (Буслов и др., 1999, 2010, 2012; Buslov et al., 2007; Buslov, 2008; Devis, Buslov, 2007; Le Heron, Buslov, 2008).
  В последние годы большое внимание в исследованиях коллектива уделяется палеоокеаническим ассоциациям ЦАСП и плюмовым магматическим комплексам Сибирской платформы. На основе минералогических, геохимических и термобарогеохимических данных выяснены условия физико-химических и геодинамических процессов формирования офиолитовых ассоциаций Горного Алтая и Кузнецкого Алатау (Симонов и др., 2020; Kotlyarov et al., 2018), а также установлены параметры неопротерозойского и раннекембрийского плюмового магматизма Палеоазиатского океана (Симонов и др., 2010, 2020). В результате исследования расплавных включений, а также на основе данных по составам минералов и пород, установлены физико-химические параметры и геодинамические условия формирования рудоносных комплексов Восточной Тувы в древней переходной зоне океан-континент (Симонов и др., 2019; Симонов, Масленников, 2020).
  На основе анализа расплавных включений в хромшпинелидах установлены физико-химические условия кристаллизации пород ультраосновных массивов Сибирской платформы (Симонов и др., 2010, 2011, 2016, 2017). В результате расчетного моделирования с использованием данных по расплавным включениям выяснены особенности эволюции условий кристаллизации базальтовых и пикробазальтовых расплавов Сибирской платформы в глубинных магматических камерах (Симонов и др., 2019). Исследования магматических комплексов архипелага Земля Франца-Иосифа (Северный Ледовитый океан) (Симонов и др., 2019) дали возможность получить значительный объем фактически эталонных данных о физико-химических параметрах внутриплитного плюмового магматизма для сравнительного анализа с результатами исследования магматизма Сибирской платформы.
  У коллектива имеется обширный научный задел по моделированию термохимических плюмов, который будет использован для достижения целей исследований плюмового магматизма ЦАСП и Сибирской платформы. В качестве модели термохимического плюма используется представление, в котором мантийный термохимический плюм формируется на границе ядро–мантия, течение расплава в канале плюма происходит в условиях нестационарной свободной конвекции (Кирдяшкин и др., 2004; Dobretsov et al., 2008). В основу исследований, выполняемых в рамках настоящего проекта, положена диаграмма геодинамических режимов мантийных плюмов (Kirdyashkin et al., 2016). С использованием этой диаграммы выделены следующие типы плюмов: плюмы малой тепловой мощности, которые не достигают поверхности и создают ее значительные поднятия (Kirdyashkin A.G., Kirdyashkin А.А., 2015); плюмы промежуточной мощности, выносящие расплав с глубин, больших 150 км (Kirdyashkin А.А., Kirdyashkin А.G., 2016); плюмы, образующие грибообразную голову при плавлении корового слоя и ответственные за образование крупных интрузивных тел и плюмы большой тепловой мощности (Kirdyashkin et al., 2016). На основе лабораторного и теоретического моделирования установлены геодинамические условия излияния расплава из канала мантийного термохимического плюма (Кирдяшкин и др., 2005), представлена структура плюмов малой и промежуточной тепловой мощности и плюмов крупных магматических провинций, представлены способы и соотношения для оценки их тепловой мощности (Kirdyashkin A.G., Kirdyashkin А.А., 2016).
  На основе экспериментального и теоретического моделирования гидродинамики и теплообмена в зоне субдукции и геологических данных определены силы, вызывающие движение субдуцирующей плиты, и найдены коэффициенты трения на границе плиты с мантией на континентальном крыле зоны субдукции (Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., 2014). Определено нестационарное поле температуры в субдуцирующей плите (Kirdyashkin et al., 2023). Коэффициент трения и тепловой поток на контакте корового слоя и мантии определены на основе баланса сил, действующих в зоне субдукции (Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., 2023; Kirdyashkin et al., 2023). Предложена модель, согласно которой на границе 670 км в коровом слое субдуцирующей плиты могут образовываться термохимические плюмы, тепловая мощность которых возрастает с увеличением толщины этого слоя (Кирдяшкин и др., 2021; Kirdyashkin et al., 2022).
  Установлено, что поднятие над плюмом, не вышедшим на поверхность, образуется под действием вертикальных сил, обусловленных сверхлитостатическим давлением в расплаве у кровли плюма (Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., 2022). Расчеты показали, что горизонтальный размер основной части поднятия возрастает с увеличением глубины залегания кровли плюма (Кирдяшкин и др., 2022; Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., 2022). Установлено, что параметры поднятия, образованного группой плюмов с кровлями на глубине 30 км, близки к параметрам поднятия Кавказа (Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., 2022). Найдена движущая сила в склоне поднятия, образовавшегося над плюмом, не вышедшим на поверхность, – гравитационная сила, вызванная горизонтальным градиентом давления (Кирдяшкин А.Г., Кирдяшкин А.А., 2022; Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., 2023). Установлено, что разрыв между блоками склона поднятия образуется, когда величина силы упругой деформации равна разности величин движущей силы и силы трения на подошве склона, и показано, что средняя скорость заполнения свободного объема между блоками много больше средней скорости расхождения блоков (Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., 2023).
  В районе о. Буве (Южная Атлантика) горячая точка функционирует в области тройного сочленения срединно-океанических хребтов (СОХ). По петролого-геохимическим данным выделены морфоструктуры района тройного сочленения с контрастными типами магматических систем: СОХ и вулканический остров Буве, являющийся результатом деятельности плюма (Кирдяшкин и др., 2023).
  
  
• Исполнители: Буслов Михаил Михайлович, Кирдяшкин Алексей Анатольевич, Симонов Владимир Александрович, Леснов Феликс Петрович, Ножкин Александр Дмитриевич, Дистанов Валерий Элимирович, Жимулев Игроь Федорович, Зиновьев Сергей Валентинович, Котляров Алексей Васильевич, Банушкина Софья Викторовна, Голицына Зоя Фридриховна, Гладков Игорь Николаевич, Рубанова Елена Сергеевна, Бишаев Юрий Александрович, Фидлер Марина Анатольевна.
  
  
• Отчеты:
  2022 год - Регистрационный номер: 223021600004-4.
  2023 год - Регистрационный номер: 224020500495-3.
  2024 год - Регистрационный номер: 225020709269-8.

Свернуть  

• Щелочной магматизм Сибири: источники, условия генерации расплавов, их эволюция и рудообразование
• Закономерности минерально-структурных преобразований в метаморфических процессах и массотеплоперенос в масштабе от кристаллической решетки до геологических тел
• Физико-химические основы поиска функциональных кристаллов и разработка методик их получения
• Высокобарические минералообразующие процессы с участием летучих системы C-O-H-N-S и генезис алмаза

Щелочной магматизм Сибири: источники, условия генерации расплавов, их эволюция и рудообразование

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0024
• Номер государственного учета: 122041400241-5
• Руководитель: д.г.-м.н. Анна Геннадьевна Дорошкевич
• Лаборатории: Рудоносности щелочного магматизма; Теоретических и экспериментальных исследований высокобарического минералообразования
  
  
• Цель научного исследования: 
  Определение условий генерации щелочных магм, изучение их эволюции и характеристика рудообразующего процесса.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  В 2025 году планируется решить следующие задачи:
  Изотопные (Sr, Nd, Hf) исследования щелочных пород Эвотинского массива (Аланский щит)
  Экспериментальное моделирование метасоматического воздействия на пироксениты внедряющихся карбонатитовых магм.
  Изучение включений в минералах из ультраосновных щелочных пород
  Изучение влияния воды, S, NH4 и CO2 в магмо- и рудообразующем процессе.
  Оценка содержания воды в зернах рутила из эклогитовых ассоциаций, характеризующихся различными РТ трендами.
  В 2026 году планируется решить следующие задачи:
  Получить изотопно-геохимическую (Sr, Nd) характеристику щелочных пород
  Изучить формы нахождения F, Cl, S, CO2 при магмо- и рудообразующем процессах
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  В 2025 году планируется получить следующие результаты
  Дана характеристика источников вещества расплавов для пород Эвотинского массива
  Установлено влияние внедряющихся карбонатитовых магм на вмещающие пироксениты, определен набор новообразованных минеральных фаз.
  Получена информация по особенностям состава расплавов для ультраосновных щелочных пород
  Определено влияние воды, S, NH4 и CO2 в магмо- и рудообразующем процессе.
  Оценены содержание воды в зернах рутила из эклогитовых ассоциаций, характеризующихся различными РТ трендами.
  2026 год
  Будет дана характеристика источников вещества щелочных пород. Будет определено влияние F, Cl, S, CO2 в магмо- и рудообразующем процессах.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Изучение щелочного магматизма является актуальным, поскольку с щелочными комплексами связаны месторождения разных типов стратегически важного минерального сырья: редкие (Nb, Ta, Zr, Li и др.) редкоземельные (REE), радиоактивные (U, Th) и благородные (Au, Ag, Pt) металлы, а также месторождения апатита, флюорита и другие. Кроме того, щелочной магматизм несет уникальную информацию о составе и физико-химических параметрах глубинных геосфер. С его изучением связана расшифровка механизмов происходящих мантийных процессов, включая окислительно-восстановительные условия, и процессы мантийно-корового взаимодействия, определение взаимосвязи между различными типами щелочного магматизма и связанного с ними оруденения (разный уровень глубин в пределах верхней мантии; различные типы мантийного метасоматоза и/или поведения различных метасоматических минералов при частичном плавлении и окислительно-восстановительные условия генерации магм и сопровождающих флюидов).
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Сотрудничество с Китайским Университетом Геонаук в Пекине (China University of Geosciences) (профессор Т. Ху (Tong Hou)) - совместные экспериментальные исследования расплав-твердое вещество-флюид.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Участники проекта занимаются проблемами щелочного магматизма Сибирского кратона и Центрально-Азиатского складчатого пояса, у коллектива исполнителей накоплен большой опыт в проведении исследований, аналогичных запланированным в проекте. Имеется большой научный задел для решения задач поставленных в проекте. Авторами проекта получен ряд важных результатов по источникам вещества, характеристике первичных расплавов и их эволюции, факторам рудоносности щелочных комплексов (Дорошкевич и др., 2003, 2004; Doroshkevich et al., 2007 a,b; 2010a, b; 2008; 2012, 2016, 2017, 2018, 2020; Прокопьев и др., 2012, 2014, 2018; Prokopyev et al., 2016, 2017, 2018, 2020; Chebotarev et al., 2017 a, b; Mikhailenko et al., 2020, Rezvukhin et al., 2020, Васюкова и др., 2011, 2014, 2019, Nikolenko et al., 2018, 2020 и многие другие). Определено, что щелочные породы ключевых массивов в Центрально-Алданском, Верхне-Амгинском и Тыркандинском рудных районах Алдан-Станового щита сформированы дискретными эпизодами внедрения, ограниченные возрастным интервалом 147-120 млн. лет, 139-117 млн. лет и 121-111 млн. лет, соответственно (Прокопьев и др., 2018; Prokopyev et al., 2019; Пономарчук и др., 2019 а, б; 2020; Васюкова и др., 2020). Щелочные породы Джелтулинского массива образованы в результате процесса кристаллизационной дифференциации из единой родительской магмы, а граниты - корового анатексиса (Doroshkevich et al., 2020). В формировании пород Ыллымахского массива существенный вклад внесла ассимиляция корового материала (Васюкова и др., 2019). Щелочные породы обоих массивов были сформированы из изотопно обогащенного мантийного источника, обогащение которого относительно деплетированной мантии произошло в позднем архее (Васюкова и др., 2020; Doroshkevich et al., 2020). Важные результаты были получены членами коллектива при изучении магматических рудоносных флюидов, связанных со щелочными интрузиями. Установлено, что они существенно отличаются значениями редокс-потенциала от окисленных сульфатных до восстановленных метан-содержащих и значительно варьируют по составу: хлоридно- карбонатные, сульфатно-карбонатные, хлоридно-сульфатно-карбонатные, хлоридно-углекислотные (Прокопьев, 2012, 2013, 2014; Prokopyev et al., 2016, 2017, 2018, 2020; Redina at al., 2016, 2019, 2020; Nikolenko et al., 2018). Определено, что золоторудные метасоматиты, связанные с позднемезозойскими щелочными комплексами ключевых рудных районов (Центрально-Алданский, Верхне-Амгинский, Нимныро-Эвотинский и Тыркандинский) Алдан-Станового щита были сформированы в две стадии, характеризующиеся определёнными параметрами флюидного режима: (1) среднетемпературной (390-330 °С) сульфидной/золото-сульфидной стадии, образованной из концентрированных (32-44 мас.%) хлоридных и хлоридно-карбонатных флюидных растворов; и (2) низкотемпературной (эпитермальной) (230-150 °C) золото-теллуридной стадии, за которую отвечали низкоконцентрированные (9.2–3.3 мас.% NaCl-экв.) хлоридные растворы (Prokopyev et al., 2019). Время формирования рудоносных метасоматитов находится в интервале 135-120 млн лет (Пономарчук и др., 2020). Участники проекта занимаются экспериментальным определением и термодинамическими расчетами коэффициентов распределения редких и редкоземельных элементов между несмешивающимися расплавами и флюидами в щелочных системах (Chebotarev et al., 2019, 2020; Nikolenko et al., 2019, Широносова и Прокопьев, 2018, 2019, 2020). Авторы выявили фазы концентраторы СО2 и S в щелочных породах, реконструировали формы нахождения углерода и серы в первичных щелочных расплавах, а также источниках магмогенерации (Mikhailenko et al., 2019, Rezvukhin et al., 2019, Korsakov et al.2019 a, b и многие другие).
  Эти и многие другие результаты авторов проекта и других исследователей – коллег по изучению щелочного магматизма служат надежной основой для его реализации. Проект обеспечен фактическим материалом, ключевыми объектами для решения заявленных задач и необходимым оборудованием для достижения запланированных результатов. Для проведения исследований коллектив использует комплексные методы исследований, которые включают геохронологические (U-Pb LA ICP-MS и Ar-Ar методы), минералого-геохимические (петрографическое и минералогическое исследования пород (с использованием Рамановской спектроскопии, электронного микроскопа, микрозонда и LA ICP-MS анализа) с определением и редкоэлементной характеристикой минералов, петрохимическое и геохимическое изучение состава пород (РФА и ICP-MS)), изотопно-геохимические (изучение состава радиогенных (Sr, Nd, Hf) изотопов в породах и рудах), термобарогеохимические (изучение флюидных и расплавных включений в минералах (термо- и криометрия, Рамановская спектроскопия, сканирующий электронный микроскоп и микрозондовый анализ, LA ICP-MS)), экспериментальные (опыты в автоклавах при параметрах гидротермальных и магматических процессов, с анализом продуктов экспериментов с помощью LA-ICP-MS, микрозонда и сканирующего электронного микроскопа, масс-хроматографического анализа газовой фазы (анализ GC-MS) с определением углерод- и серосодержащих летучих форм (CO2, CH4, H2S, COS, SO2, CH4S, CS2)) и термодинамические расчеты (с использованием программного комплекса HCh – Uniterm). Для решения поставленных задач в распоряжении коллектива имеется доступ к инфраструктуре ИГМ СО РАН, необходимой для выполнения проекта.
  
  
• Исполнители: Дорошкевич Анна Геннадьевна, Прокопьев Илья Романович, Нугуманова Язгуль Наилевна, Крук Михаил Николаевич, Избродин Иван Александрович, Демин Сергей Павлович, Михайленко Денис Сергеевич, Широносова Галина Петровна, Лаптев Юрий Владимирович, Редина Анна Андреевна, Чеботарев Дмитрий Александрович, Корсаков Андрей Викторович, Зубакова Елизавета Анатольевна, Малютина Александра Владиславовна.
  
  
• Отчеты:
  2022 год - Регистрационный номер: 223031400010-6.
  2023 год - Регистрационный номер: 224020500068-9.
  2024 год - Регистрационный номер: 225020709274-2.

Закономерности минерально-структурных преобразований в метаморфических процессах и массотеплоперенос в масштабе от кристаллической решетки до геологических тел 

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0026
• Номер государственного учета: 122041400176-0
• Руководитель: д.г.-м.н. Олег Петрович Полянский
• Лаборатории: Метаморфизма и метасоматизма; Структурной петрологии
  
  
• Цель научного исследования:
  Выявить термодинамические, кинетические и деформационные особенности метаморфизма разных типов. Выяснить специфику развития метаморфических комплексов и разработать P-T-t-d модели их эволюции. Выяснение роли K-Ca карбонатов в глубинном транспорте калия и углерода в условиях субдукции. Выявление закономерностей эволюции структуры кристаллического и некристаллического вещества земной коры и мантии под воздействием экстремальных условий.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  2025 г.
  По результатам минералого-петрологических, геохимических и изотопно-геохронологических исследований Панимбинского, Михайловского и Татарского участков Ишимбинско-Татарской шовной зоны Северо-Енисейского кряжа обосновать возрастной рубеж пикрит-базальтового вулканизма в метавулканогенно-осадочных толщах, стратиграфический уровень которых ранее трактовался в широком интервале времени от палео- до неопротерозоя.
  Построение концентрационных профилей (в частности, изотопных профилей C, O, S) вкрест контактов прослоев (пород) химически контрастных составов контактово-метаморфических ореолов вблизи базитовых интрузий Сибирской платформы.
  Постановка методики высокобарического петрологического эксперимента в ячейке с алмазными наковальнями и лазерным нагревом для исследования многокомпонентных систем на примере "K2O-Al2O3-SiO2-H2O". Определение сжимаемости и термоупругих свойств двойных карбонатов с соотношением К:Са = 8:3, 2:3, 2:1, 2:2 методом монокристальной рентгеновской дифракции in situ при высоком давлении и температуре с использованием синхротронного излучения и алмазной ячейки.
  Определить характер и длительность синтектонических процессов магматизма и метаморфизма в коллизионных обстановках на окраине Тувино-Монгольского массива. На примере объектов Юго-Восточной Тувы рассмотреть характер взаимодействия мафических включений в гранитоидных комплексах и их взаимосвязь с тектоническими деформациями. Оценить вклад мантийного взаимодействия и тектонических процессов в образование магматических и метаморфических пород раннекаледонских комплексов.
  2026 г.
  Реконструкция источников флюидов. Изотопные характеристики новообразованных минералов (карбонатов, карбонато-силикатов и сульфидов), позволяющие однозначно определить источники C, O и S: внутренние (осадочные породы протолита, продукты их дегидратации и декарбонатизации; седиментационные воды, рассолы) или внешние (магматогенные флюиды; захороненные метеорные воды). Определение Р-Т границ существования карбонатов различной стехиометрии и выявление незакаливаемых субсолидусных фазовых переходов при высоких Р-Т параметрах. На основании структурно-петрологических и аналитических исследований охарактеризовать влияние тектонических деформаций на магматические процессы постколлизионной стадии развития северо-западной окраины Тувино-Монгольского массива. Оценить роль деформаций при формировании высокобарических пород в пределах Чарского офиолитового пояса (Восточный Казахстан).
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  2025 г.
  Будет выяснена петрогеохимическая и изотопная специфика формирования метавулканитов Панимбинского, Михайловского и Татарского участков Ишимбинско-Татарской шовной зоны Северо-Енисейского кряжа, установлен их возраст и время образования протолитов, время и P-T условия наложенного метаморфизма.
  Построение концентрационных и изотопных профилей в различных метаморфических/метасоматических зонах, на разном удалении от термического контакта и в различных типах пород (мраморы, цемент брекчий, жилы и т.п.), которое позволит оценить глубину проникновения метасоматического фронта от магматического тела (источника высокой температуры и флюидов) внутрь вмещающей осадочной толщи. Построение крупномасштабных схем распределения изотопных характеристик (O и C карбонатных групп), что позволит визуализировать пути распространения флюидов в метаморфизованных осадках: разрывы, литологические и иные границы, нарушения сплошности пород в зонах дробления, сеть микротрещин и т.п.
  Получены уравнения состояния двойных карбонатов с соотношением К:Са = 2:3, 2:2, 8:3; выявлено влияние температуры на структурное поведение и устойчивость этих фаз при высоком давлении до 10 ГПа и 200-400оС. Охарактеризована кристаллическая структура K8Са3(CO3)7, наиболее плотной фазы из данного ряда и поэтому представительной для соединений системы K2CO3-СаCO3, устойчивых в глубинных условиях.
  Лазерный нагрев в ячейке с алмазными наковальнями применён для уточнения фазовых диаграмм в многокомпонентной флюидсодержащей системе (K2O-Al2O3-SiO2-H2O) при давлениях до 10-15 ГПа и температурах до 1500С. Для учёта термических градиентов в эксперименте и улучшения диагностики (в том числе количественной) фазового состава продуктов привлечён метод КР-картирования с субмикронным пространственным разрешением. Помимо новой информации о транспорте калия и летучих в процессе субдукции литосферных плит, ожидаемые результаты позволят расширить арсенал методов экспериментальной петрологии, применимых для сложных (включая флюидсодержащие) систем.
  Оценка длительности, реконструкция условий образования и вклада мантийных базитовых расплавов при формировании крупных объемов гранитов сархойского комплекса (Восточная Тува) и гранитов Баянкольского массива (Юго-Восточная Тува), сформировавшихся в коллизионных обстановках на окраине Тувино-Монгольского массива.
  2026 г.
  Будет разработан и практически реализован алгоритм использования двух независимых методических подходов – минералогического и изотопно-геохимического, что позволит осуществить взаимоконтроль результатов и повысит достоверность генетических построений. Будет осуществлена реконструкция режимов метаморфизма и выявлен вклад метасоматических процессов. Для высокобарических пород Чарского офиолитового пояса предполагается установить синтектонический характер образования минералов, связанный с эксгумацией блока в ходе позднеордовикских тектонических событий. Выявлены закономерности эволюции и устойчивости структур К-Са карбонатов при повышении давления в зависимости от соотношения К/Са. Вычислены модули объёмного сжатия и коэффициенты термического расширения при высоком давлении двойных карбонатов с соотношением К:Са = 2:3, 8:3, 2:1, 2:2; выявлено влияние температуры на структурное поведение и устойчивость этих фаз при высоком давлении до 10 ГПа и 200-700оС: последовательность фазовых превращений, эффекты упорядочения-разупорядочения, возможное разложение с образованием новых фаз, закаливаемость; оценена возможность использования полученных данных о термоупругих свойствах К-Са карбонатов для интерпретации карбонатных включений в глубинных минералах. Оценена возможность существования кристаллических К-Са карбонатов в условиях субдуцирующей литосферы и верхней мантии. Прикладной аспект этих исследований связан с кристаллохимическим дизайном новых оптических материалов на основе структур высокобарических щелочных карбонатов, в частности, K2Ca3(CO3)4.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Проект посвящен одному из актуальных направлений петролого-геохимических исследований – реконструкции процессов формирования и эволюции метаморфических пород. Объектами исследований являются малоизученные метаморфические комплексы Ангаро-Канского блока, Заангарья Енисейского кряжа, Восточного Казахстана и Тувы. В последние годы повышенный интерес к этим объектам вызван тем, что здесь локализован ряд месторождений полезных ископаемых, по объему разведанных запасов во многом определяющих минерально-сырьевую базу России: золото, глинозем, марганец, свинец, цинк, ниобий, сурьма, железо и другие виды минерального сырья. Так, например, месторождения Панимбинского рудного узла занимают лидирующее положение по запасам и добыче золота в России. Другим типом метаморфизма, рассматриваемым в проекте, является низкобарический термометаморфизм или спуррит-мервинитовый метаморфизм, проявленный в структурах Прибайкалья и Тунгусского бассейна. Сегодня радикально изменившиеся аналитические возможности позволяют решить задачи массотеплопереноса на разных масштабных уровнях на материале пород контактовых ореолов вблизи траппових тел, базит-ультрабазитовых интрузий. Среди петрологов до сих пор отсутствует единство взглядов на роль и масштабы транзита вещества в целом (и транспорта флюидов, в частности) при контактовом метаморфизме. Механизмы и объемы транспорта флюидов, их состав, источники, стадийность, дальность и конкретные пути проникновения в массив метаморфических пород, возникших на контакте с магматическими телами, - это перечень наиболее актуальных научных тематик в связи с проблемой контактового метаморфизма и метасоматоза. С ними теснейшим образом связана проблема поиска закономерностей, контролирующих тип, размеры и локализацию оруденения в зонах контактов химически и термически контрастных сред. Принципиально важным также является создание баз данных («матриц» химических, минералогических, изотопных характеристик минералов и горных пород), характеризующих вещество реальных геологических объектов по единой схеме с использованием современного аналитического инструментария. Наличие таких баз позволит повысить надежность верифицикации модельных построений и сопоставлять объекты между собой. Актуальным направлением в метаморфической и магматической петрологии является развитие экспериментальной базы и изучение методами in situ превращений минералов при высоких давлении и температуре. Целью станет определение закономерностей преобразования минерального вещества в условиях метаморфизма субдукционных обстановок и связанных с ним процессов переноса летучих компонентов. Структурные и спектроскопические исследования in situ при высоких давлениях и температурах – интенсивно развивающееся направление в современной минералогии, являющееся базовым для создания моделей строения и эволюции вещества. Эксперименты in situ лишены недостатков традиционных закалочных методов, а также значительно облегчают исследование кинетики фазовых переходов и минеральных реакций. В частности, щелочные карбонаты являются значимой, но малоисследованной частью глубинного цикла углерода, связанного с формированием и эволюцией мантийных карбонатитовых расплавов. Калиевая «специфика» этих систем выявлена в экспериментах по частичному плавлению мантийных пород, а также подтверждена многочисленными данными по включениям в алмазах. Предлагаемое в проекте детальное изучение структуры и устойчивости К-Са карбонатов при высоких Р-Т параметрах актуально с точки зрения интерпретации карбонатных включений в мантийных минералах, а также оценки возможности глубинного транспорта калия в составе твердых фаз карбонатов.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Большой объем аналитических исследований будет обеспечиваться в сотрудничестве с ЦКП УрО РАН «Геоналитик» (Екатеринбург), который оснащен комплексом разнообразного современного аналитического оборудования, позволяющего проводить анализ с высоким пространственным разрешением. В рамках международного проекта РФФИ 21-55-14001 АНФа «Глубинные К-содержащие карбонаты: структура, устойчивость и связь с мантийными карбонатитовыми расплавами» в 2024 г. будут проведены совместные эксперименты с австрийскими партнерами (Университет Вены) по дифракционной съемке К-Са карбонатов при высоком давлении и температуре на синхротронном источнике (Elettra, Италия) и, при возможности, КР-спектроскопические измерения при высоком давлении и температуре на оборудовании университета Вены. В сотрудничестве с Институтом физики Федерального исследовательского центра КНЦ СО РАН (Красноярск) используются in-situ и ex-situ методы КР спектроскопии в аппаратах с алмазными наковальнями HT-DAC μScope (EasyLab-UK, с резистивным нагревом до 500 °C и давлением до 7 ГПа) и спектрометр Horiba Jobin Yvon T64000.
  Другие организации, с которыми планируется сотрудничество:
  Томский политехнический университет, Институт минералогии ЮУ ФНЦ МиГ УрО РАН (г. Миасс), ГЕОХИ РАН (г. Москва), Институт геологии и геохимии УрО РАН (г. Екатеринбург).
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Авторским коллективом проекта многие годы с успехом используется широкий спектр и выполнен критический анализ современных геотермобарометров, применяемых для оценки Р-Т условий метаморфизма. Предшествующие многолетние исследования позволили создать коллекцию и информационную базу данных по наблюдениям и каменному материалу объектов исследования. Описаны причины, геодинамические факторы и модели метаморфизма в широком спектре обстановок: с привносом мантийного тепла, при рифтогенезе, в коллизионном режиме. Классифицированы P-T-t тренды как результат эволюции метаморфических комплексов (Лиханов и др, 2022; Полянский и др., 2023). Изложена квазистационарная модель диффузионного метасоматоза и его модификация для условий неустановившегося равновесия (Reverdatto et al., 2019). Имеется солидный опыт в изучении геологии, минералогии, геохимии и реконструкции условий высокотемпературного-низкобарического метаморфизма. В породах спуррит-мервинитовой фации изучены более 40 редких и открыты 4 новых минеральных вида. Выполнены геохимические исследования широкого спектра пирометаморфических пород и их протолитов. Отработан алгоритм 40Ar/39Ar-датирования молодых пирометаморфических пород (Sokol et al., 2017; 2019).
  Изучены коллекции из нескольких сот образцов, характеризующие различные линии минералообразующих процессов в пределах вышеназванных метаморфических комплексов и контактовых ореолов (Енисейского кряжа, Сангилена, Тунгусского бассейна и др.). Коллектив имеет многолетний опыт совместных работ и располагает арсеналом современных аналитических методов, что создает все предпосылки для получения качественно новых научных знаний в области минералогии и петрологии метаморфических комплексов разных фаций и успешного выполнения поставленных в проекте задач (Ревердатто и др., 2017).
  Авторы проекта имеют значительный опыт в области экспериментальных исследований при высоких давлениях, прежде всего дифракционных и КР-спектроскопических измерений с использованием алмазной ячейки. Основные результаты получены по силикатным минералам (Seryotkin et al. (2011); Goryainov et al. (2015); Likhacheva et al. (2013). Изучены особенности сжимаемости ряда цеолитов в зависимости от их топологии и состава сжимающей среды, расшифрованы структуры фаз высокого давления некоторых силикатных минералов в сверхгидратированном состоянии. Важным достижением коллектива является отработка методики дифракционной и КР-спектроскопической съемки в нагреваемой алмазной ячейке, которая позволяет проводить измерения in situ при Р Т параметрах, отвечающих глубинным условиям нижней коры и верхней мантии. На этом оборудовании проведены эксперименты по изучению вхождения воды в структуру силикатных минералов в связи с проблемой ее транспорта в глубинные горизонты Земли (Rashchenko et al. 2016; Лихачева и Ращенко, 2016). Используемый коллективом метод алмазной ячейки в сочетании с синхротронным излучением и КР-спектроскопией в исследовании минеральных объектов является уникальным в России.
  Авторами проекта были разработаны методики идентификации синтектонического магматизма и метаморфизма в различных регионах ЦАСП . Был разработан и апробирован новый метод структурного картирования деформаций, опирающийся на анализ интенсивности, механизмов и реологического поведения пород при деформациях. Предложена структурная модель эволюции Западно-Сангиленского коллизионного орогена (Владимиров и др., 2017). Смоделированы и обоснованы механизмы магматического минглинга композитных даек (Семенов, Полянский, 2017; Владимиров и др., 2019).
  
  
• Исполнители: Полянский Олег Петрович, Ревердатто Владимир Викторович, Лиханов Игорь Иванович, Сокол Эллина Владимировна, Сереткин Юрий Владимирович, Горяйнов Сергей Владимирович, Лихачева Анна Юрьевна, Ращенко Сергей Владимирович, Кох Светлана Николаевна, Бабичев Алексей Владимирович, Кармышева Ирина Владимировна, Владимиров Владимир Геннадьевич, Михно Анастасия Олеговна, Семенов Александр Николаевич, Селятицкий Александр Юрьевич, Девятиярова Анна Сергеевна, Некипелова Анна Владиславовна.
  
  
• Отчеты:
  2022 год - Регистрационный номер: 223031400016-8.
  2023 год - Регистрационный номер: 224020700406-7.
  2024 год - Регистрационный номер: 225021310215-2.

Физико-химические основы поиска функциональных кристаллов и разработка методик их получения

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0029
• Номер государственного учета: 122041400031-2
• Руководитель: д.т.н. Александр Егорович Кох
• Лаборатория: Роста кристаллов
  
  
• Цель научного исследования: 
  Проект направлен на разработку и экспериментальную апробацию новых кристаллических материалов с уникальными свойствами, а также высокоэффективных технологических решений синтеза и выращивания различных кристаллов для фотоники (лазерной техники и пр.) и других областей науки и техники. Конечной целью является получение функциональных материалов с предсказуемыми, заданными и/или управляемыми свойствами.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  В 2025 году планируется решить следующие задачи, связанные с поиском и развитием путей реализации целенаправленной корреляции между химическим составом, структурой и физическими свойствами кристаллических материалов:
  1. Разработка подходов для исследования модифицированных раствор-расплавных систем для совершенствования методик выращиваниякристаллов. Экспериментальная реализация метода оценки пригодности состава флюса по коэффициенту выхода полезного вещества. Тестирование методики на примере известных и новых раствор-расплавных систем для выращивания кристаллов LBO, BBO. Апробация метода для исследования сложных многокомпонентных расплавов для выращивания редкоземельных ортоборатов, например, система RAl3(BO3)4-(K2Mo3O10-MoO3-Al2O3-B2O3), R=РЗЭ
  2. Оценка влияния подготовки поликристаллических образцов арсенопирита FeAsS на пространственное распределение введённых элементов микропримесей (Au,Ag,Pt,Pd и др.). Будут исследованы такие параметры подготовки: параметры механического измельчения образцов на шаровой мельнице; длительность, температура и стадийность высокотемпературного отжига образцов.
  3. Исследование оптической стойкости нелинейных кристаллов халькогенидов LiGaS2, LiGaSe2, BaGa4Se7 и смешанных кристаллов Li0.8Ag0.2InSe2 при различных параметрах лазерного излучения (длина волны, частота повторения, длительность импульса). Изучение теплофизических характеристик материалов, которые существенно влияют на порог разрушения. Выявление механизмов разрушения кристаллов в зависимости от типа дефектов в разных кристаллических структурах при разных режимах лазерного излучения.
  4. Исследование процессов генерации излучения в двухкаскадной системе на базе периодических структур кристалла КТiOАsO4 (I каскад) и нелинейного кристалла BaGa4Se7 (II каскад). Для генерации излучения в двухкаскадной системе до 6 микрон необходимо использование кристаллов PPКТА с периодически поляризованной структурой, кристаллов Te, который применяется в качестве оптических фильтров для 2 микрон, и оптических элементов из кристаллов BaGa4Se7.
  В 2026 году планируется дальнейшеесовершенствование ростовых методик для получения кристаллов боратов, фторидоборатов, галогенидов, халькогенидов высокого качества. Разработка способов кристаллизации объемных и тонкопленочных кристаллов на основе методов Чохральского, Кирополоса, Бриджмена и т.д. Разработка и тестирование прототипов оптических преобразователей, полупроводниковых затворов, люминофоров, детекторов ионизирующего излучения на основе новых кристаллов. Выявление особенностей эволюции функциональных свойств исследуемых кристаллов при направленном изменении состава.
  Для этой системы необходимо получение кристаллов КТА высокого оптического качества, из которых можно изготовить пластины с периодически поляризованными структурами для использования в параметрическом усилителе в области 2 микрон.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  В рамках базового проекта будут изучены структурные особенности новых и уже известных функциональных соединений, проведены комплексные оптико-спектроскопические исследования, выделены структурные фрагменты, отвечающие за проявление нелинейно-оптических и иных функциональных свойств, выявлена взаимосвязь между условиями синтеза и кристаллизации и свойствами полученных фаз. Будут изучены соответствующие фазовые диаграммы, разработаны методики синтеза и получения кристаллов методами раствор-расплавной кристаллизации, методом Бриджмена и др. Полученные результаты рассматриваются как важный вклад в развитие фундаментальных представлений в материаловедении. В то же время результаты будут нести и практическую пользу и при разработке новых прикладных материалов.
  В 2025 году планируется получить следующие результаты:
  1. Будут получены данные об области первичной кристаллизации соединений LBO,BBOпо новой разработанной экспресс-методике кристаллизации в тиглях малого объема. Будет проведена верификация с литературными данными. Будут определены оптимальные составы для кристаллизации RAl3(BO3)4 и других боратных кристаллов в новых раствор-расплавных системах. Практическая значимость результата заключается в создании доступной методики для изучения многокомпонентных флюсов.
  2. Будут выявлены факторы, влияющие на гомогенность распределения микропримесей в образцах арсенопирита. Практическая значимость исследований заключается в возможности создания стандартов для локального микроанализа примесей в минералах методом LA-ICP-MS. На данный момент стандарт для арсенопирита, одного из важных концентраторов золота, отсутствует.
  3. Будут проведены исследования оптической стойкости нелинейных кристаллов халькогенидов LiGaS2, LiGaSe2, BaGa4Se7 и смешанных кристаллов Li0.8Ag0.2InSe2 при различных параметрах лазерного излучения (длина волны, частота повторения, длительность импульса). Будут определены теплофизические характеристики материалов, которые существенно влияют на порог разрушения. Будут выявлены механизмы разрушения кристаллов в зависимости от типа дефектов в разных кристаллических структурах при разных режимах лазерного излучения. Повышение оптического качества будет достигаться дополнительной обработкой кристаллов, в частности их отжигом в разных атмосферах. Будут изготовлены призмы из кристаллов Li0.8Ag0.2InSe2 для измерения дисперсионных характеристик. Будет построена кривая зависимости углов генерации от длины волны λ на основании рассчитанных уравнений Селлмейера. С использованием новых данных будет проведено исследование параметрической генерации света в широком диапазоне.
  4. Будут исследованы процессы генерации излучения в двухкаскадной системе на базе периодических структур кристалла КТiOАsO4 (I каскад) и нелинейного кристалла BaGa4Se7 (II каскад). Для этого будут изготовлены кристаллы PPКТА с периодически поляризованной структурой, кристаллыTe, который применяется в качестве оптических фильтров для 2 микрон, и оптические элементы из кристаллов BaGa4Se7.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Актуальность и масштабность научной проблемы подчеркнуты повышенным вниманием в мире к тематике создания новых функциональных материалов. Тема связана с поиском и развитием путей осуществления целенаправленной корреляции между химическим составом, структурой и физическими свойствами кристаллических материалов. В решение этих проблем вовлечены многие группы исследователей во всем мире. Это важно как для развития фундаментальных представлений, так и при разработке новых перспективных материалов. Очевидно, что решение такого рода задач возможно при осуществлении целенаправленного и управляемого роста объемных монокристаллов высокого качества.
  Особое внимание уделяется поиску нелинейных кристаллов с широкой запрещенной зоной, позволяющих реализовать когерентное излучение в ВУФ-УФ, ИК и далее до терагерцового диапазона. Актуальность определяется все возрастающей необходимостью применения лазерного излучения для медицины, мониторинга окружающей среды, промышленной обработки материалов, литографии, научных, военных применений, измерительных приборов, связи, оптической памяти, записи изображений и т.д.
  Другая группа исследуемых объектов охватывает сцинтилляционные и лазерные кристаллы. Проблема создания активных лазерных сред с минимальными потерями на тепловыделение и высоким квантовым выходом на излучательных переходах актуальна для телекоммуникационных усилителей, оптических конверторов, оптических линий связи и др.
  Новым направлением в деятельности лаборатории являются халькогенидные кристаллы с новыми электронными свойствами. Например, топологические изоляторы это одна из самых динамично развивающихся областей в физике твердого тела, что связано c перспективой использования данных материалов в принципиально новых приборах спинтроники и квантовых компьютерах. Помимо значения этих соединений для фундаментального материаловедения, уже сейчас есть примеры их экспериментального применения в сверхпроизводительных транзисторах.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  1. Новосибирский государственный университет, Томский государственный университет: исследование процессов получения преобразования лазерного излучения на выращенных кристаллах
  2. ИОФ РАН: исследование оптической стойкости выращенных кристаллов при различных режимах лазерного излучения.
  3. ИАПУ ДВО РАН: создание микроструктур на поверхности выращенных кристаллов с целью оптимизации функциональных свойств.
  4. Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences: теоретическая оценка основных функциональных параметров выращенных кристаллов.
  5. Казахский национальный университет им. аль-Фараби, ИНХ СО РАН: оценка люминесцентных свойств образцов.
  6. ИГЕМ РАН: анализ однородности распределения микропримесей методом LA-ICP-MS.
  7. ИФП СО РАН, СПбГУ: электрофизические и магнитные свойства кристаллов.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Научные основы получения новых монокристаллических материалов для преобразования излучения в ультрафиолетовом диапазоне интенсивно разрабатываются в мировой науке в связи с актуальными запросами лазерной техники, микроэлектроники, экологии.
  В наших недавних работах путем изоморфного замещения в катионной части соединений боратов были получены новые соединения, исследованы их свойства. Работы по халькогенидным соединениям затрагивают соединения для НЛО приложений в ИК области, а также фундаментально новые физические свойства, связанные с магнитными эффектами в топологических изоляторах.
  Для полученных кристаллов показана возможность их применения в качестве люминофоров, лазерных сред и в нелинейно-оптических приложениях. Данные о полученных результатах опубликованы в 20 статьях за последние 2 года, а также получено 2 патента РФ на изобретения. Ниже представлены последние результаты, которые демонстрируют разнообразие и комплексность методов исследования нашего коллектива.
  • Получены новые соединения состава EuSc(BO3)2, SmSc(BO3)2, а также выращены кристаллы низкотемпературной модификации SmxSc4-x(BO3)4 и EuxSc4-x(BO3)4.
  • Для случая выращивания кристалла из испаряющегося растворителя показана перспективность метода управления пересыщением путем повышения температуры. Эффективность данного метода показана при выращивании кристаллов K7MR2(B5O10)3 из растворителя состава K2O-B2O3-MF2.
  • Для кристаллов K7MR2(B5O10)3 изучена эффективность генерации второй гармоники от Nd:YAG лазера. Максимальное значение deff относительно KDP было зарегистрировано для кристаллов K7BaIn2(B5O10)3.
  • Исследована область первичной кристаллизации BBOв растворе BaF2-BaMoO4, выращенные объемные кристаллы.
  • Построена уточненная фазовая диаграмма Na2Mo2O7 – Na2W2O7 с неограниченной смесимостью.
  • Определены условия кристаллизации фазы MnBi2Te4 с участием растворителя Bi2Te3.
  • Исследованы кристаллы MePb2Hal5:RE3+ (Me=K,Rb; Hal=Cl,Br), продемонстрирована люминесценция в диапазоне от УФ до среднего ИК. Для ряда легирующих редкоземельных ионов теоретически оценены вероятности излучательных переходов.
  • Выращены кристаллы КТА:Zr4+ (2.5, 5, 7.5, 10 мол.%). Установлено содержание Zr, которое позволяет улучшать пропускание. Получены сегнетоэлектрические кристаллы RTA высокого качества: точка Кюри 800°С; проводимость 10-13 Ом-1см-1, изучена кинетика доменной структуры при переключении поляризации.
  • Впервые выращены кристаллы LiInSe1.79Te0.21, LiInSe1.5Te0.5, LiInSe0.2Te1.8 и LixAg1-xInSe2 (0≤х≤1). Установлено, что оптимальное сочетание Δn=0.06 и dij=28 пм/В достигается для Li0.8Ag0.2InSe2 (Pna21).
  • На примере кристаллов LiInSe2 исследованы точечные дефекты в кристаллах халькогенидов. Показано их влияние на окраску кристаллов; выявлены образцы, наиболее эффективные для использования в детекторах нейтронного излучения.
  • Впервые получены объемные нелинейные монокристаллы ряда LixAg1-xGaSe2 (0≤х≤1). Определены особенности кристаллической структуры в зависимости от состава и их влияние на функциональные характеристики. Доказано, что частичное замещение ионов Li на Ag в кристаллической решетке значительно улучшает баланс между нелинейными свойствами и оптической стойкостью.
  Таким образом, коллектив, имеет большой опыт и научно- техническую базу для получения соединений, что позволит провести предлагаемые исследования в полном объёме. Результаты коллектива отражены в высокорейтинговых журналах, что подтверждает научную значимость этой тематики.
  
  
• Исполнители: Кох Александр Егорович, Кох Константин Александрович, Исаенко Людмила Ивановна, Веденяпин Виталий Николаевич, Голошумова Алина Александровна, Гореявчева Анастасия Александровна, Давыдов Алексей Владимирович, Коржнева Ксения Евгеньевна, Криницын Павел Геннадьевич, Кузнецов Артем Борисович, Курусь Алексей Федорович, Лобанов Сергей Иванович, Симонова Екатерина Александровна, Уракаев Фарит Хисамутдинович, Хамоян Аваг Гургенович, Шевченко Вячеслав Сергеевич.
  
  
• Отчеты:
  2022 год - Регистрационный номер: 223031400022-9.
  2023 год - Регистрационный номер: 224020500254-6.
  2024 год - Регистрационный номер: 225020709314-5.

Высокобарические минералообразующие процессы с участием летучих системы C-O-H-N-S и генезис алмаза

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0031
• Номер государственного учета: 122041400159-3
• Руководитель: член-корреспондент РАН Юрий Николаевич Пальянов
• Лаборатория: Экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса
  
  
• Цель научного исследования:
  Блок «Природа» - Исследование процессов минералообразования и генезиса алмаза в зонах субдукции. Блок «Эксперимент» - Экспериментальное моделирование процессов фазообразования с участием летучих при параметрах верхней мантии. Блок «Синтез» - Исследование кристаллизации алмаза, включая синтез кристаллов с заданными свойствами.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  В 2025 году планируется решить следующие задачи:
  Блок «Природа»: Проведение анализа U-Th-Pb и Lu-Hf изотопных систем, определение редкоэлементного, фазового и химического состава включений в цирконе из алмазоносных пород сверхвысоких давлений Кокчетавского массива (Северный Казахстан). Исследование особенностей деформации, изотопного состава углерода, состава минеральных и расплавных/флюидных включений алмазов из кимберлитовых трубок и россыпей Якутской алмазоносной провинции, содержащих полифазные включения.
  Блок «Эксперимент»: Модификация методики для проведения экспериментов в режиме снижения давления и температуры, воспроизводящим условия в поднимающейся с уровней литосферной мантии кимберлитовой магме.
  Экспериментальное моделирование реакций между минералами перидотита и карбонатно-силикатными расплавами при давлениях и температурах характерных для начального этапа подъема кимберлитовой магмы.
  Определение закономерностей образования углеродсодержащих фаз в процессах декарбонатизации, сопряженных с формированием CO2 флюида и гранатов различного состава в широком интервале давлений и температур, в том числе при P,T-параметрах, соответствующих «горячей» модели субдукции.
  Выявление особенностей изотопного фракционирования углерода между минеральными и флюидными фазами.
  Блок «Синтез»: Проведение экспериментов по кристаллизации алмаза в системе Mg-C c добавками азотсодержащих соединений. Определение влияния концентрации примеси азота на процессы кристаллизации углеродных фаз, морфологию и дефектно-примесный состав алмаза.
  2026 г.
  Блок «Природа»: Изучение внутренней структуры алмазов Якутской алмазоносной провинции методами катодолюминесценции, дифракции обратно рассеянных электронов, высокоразрешающей рентгеновской топографии с использованием синхротронного излучения и примесного состава локально в различных зонах роста кристаллов методами спектроскопии твердого тела. Продолжение исследований метаморфических пород сверхвысоких давлений Кокчетавского массива.
  Блок «Эксперимент»: Определение границ стабильности минералов перидотита в кимберлитоподобных расплавах в зависимости от содержания в них летучих и динамики изменения Р-Т параметров. Оценка условий дегазации кимберлитовой магмы на начальном этапе ее подъема.
  Экспериментальное моделирование процессов взаимодействия мантийных карбонатно-силикатных ассоциаций с обогащенным серой флюидом, сопряженных с генерацией S- и C-содержащих расплавов/флюидов, метасоматическими преобразованиями минеральных фаз и формированием сульфидов при P,T-параметрах литосферной мантии.
  Блок «Синтез»: Проведение экспериментальных исследований процессов кристаллизации алмаза в различных системах, направленных на получение кристаллов с заданным набором оптически-активных центров, а также алмазов пригодных в качестве элементов рентгеновской оптики.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  Результаты, которые планируется получить в целом по проекту в общих чертах можно сформулировать по блокам следующим образом:
  Блок «Природа»: Планируемые исследования позволят получить новые данные о процессах образования алмазов в зонах субдукции, оценить роль субдуцирующей плиты в этих процессах и составы флюидов/расплавов, отделяющихся от субдуцирующей плиты на глубинах астеносферной мантии и переходной зоны. Полученные данные позволят определить Р-Т-t тренды алмазоносных пород из зоны континентальной субдукции и природу их протолитов. Исследования алмазов из россыпей из Якутской алмазоносной провинции позволят оценить перспективы выявления коренных источников на северо-востоке Сибирской платформы.
  Блок «Эксперимент»: На основе полученных экспериментальных данных будет реконструирован механизм эволюции состава кимберлитовой магмы и оценены возможные механизмы её дегазации на начальном этапе подъема. Будет выполнена экспериментальная реконструкция реакций декарбонатизации, сопряженных с образованием CO2-флюида и гранатов, по составам близким к природным пироп-альмандинам и пироп-альмандин-гроссулярам. Будет выполнена реконструкция реакций сульфидизации силикатов и карбонатов, определены основные тенденции минералообразующих процессов и генерации S,C-содержащих расплавов.
  Блок «Синтез»: Выявление факторов, ответственных за формирование собственных и примесных дефектов в реальной структуре алмаза. Получение кристаллов алмаза и оценка их пригодности для высокотехнологических применений.
  В 2025 году планируется получить следующие результаты:
  Блок «Природа»: Будут определены геохронологические (U-Th-Pb абсолютный возраст) и термобарометрические характеристики циркона из алмазоносных пород сверхвысоких давлений Кокчетавского массива, а также Р-Т-t тренды алмазоносных пород и природа их протолитов. Будут реконструированы особенности среды кристаллизации и определены типоморфные особенности алмазов Якутской алмазоносной провинции с полифазными включениями, а также сделана оценка составов алмазообразующих флюидов/расплавов.
  Блок «Эксперимент»: Будет отработана методика проведения экспериментов в режиме снижения давления и температуры. Будут выполнены эксперименты при давлениях 3,0-5,5 ГПа и температурах 1200-1350°С. Будут определены фазовые отношения в продуктах реакционного взаимодействия между минералами перидотита и богатыми летучими карбонатно-силикатными расплавами. Полученные данные позволят реконструировать механизм эволюции состава кимберлитовой магмы на начальном этапе ее подъема.
  В результате экспериментальной реконструкции реакций декарбонатизации, сопряженных с образованием CO2-флюида и Mg,Fe±Ca-гранатов, по составам близким к природным пироп-альмандинам и пироп-альмандин-гроссулярам, будет проведена оценка условий генерации флюида в исходно твердофазной матрице. Методом изотопной масс-спектрометрии будет проанализирован изотопный состав углерода в исходных карбонатах и новообразованном CO2-флюиде, полученном в экспериментах по декарбонатизации. Будут установлены закономерности изотопного фракционирования углерода.
  Блок «Синтез»: В экспериментах с различной концентрацией азотсодержащих добавок к системе Mg-C будут определены граничные условия кристаллизации алмаза и выявлены закономерности изменения морфологии и дефектно-примесного состава алмазов, обусловленных влиянием примеси азота в среде кристаллизации.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Ранее было показано, что более 80% алмазов россыпей относятся к эклогитовому парагенезису. Были получены свидетельства присутствия включений силикатных расплавов и расплавов железа в алмазах. Было предположено, что эти включения являются результатом взаимодействия астеносферной мантии и субдуцирующей плиты. Продолжение этих исследований позволит определить роль расплавов железа в процессах алмазообразования и модификации литосферы. Несмотря на многолетние интенсивные исследования алмазоносных метаморфических пород, до сих пор остается открытым вопрос, какими факторами контролируется крайне неоднородное распределение алмазов в них, какие породы выступали в качестве протолитов алмазоносных пород и все ли они испытали этап плавления при метаморфизме в условиях верхней мантии. Экспериментальное моделирование фазообразования с участием летучих имеет принципиально важное значение для реконструкции процессов эволюции мантии Земли. Актуальность изучения областей стабильности фаз-концентраторов C, H, N и S при Р-Т параметрах, характерных для литосферной мантии и зон субдукции, обусловлена тем, что устойчивость таких фаз контролирует транспорт летучих между глубинными резервуарами и их участие в глобальных геодинамических процессах. До сих пор остается слабо исследованным при каких конкретно физико-химических параметрах в литосферной мантии и зонах субдукции происходит смена одних фаз-концентраторов летучих на другие (например, карбонатов, водосодержащих фаз, номинально безводных минералов, сульфидов и C-O-H-N-S флюидов). Особый интерес представляет исследование условий генерации широкого спектра флюидов, от окисленных, обогащенных CO2, до восстановленных, с высоким содержанием серосодержащих компонентов. Эти данные критически важны для реконструкции глобальных циклов летучих, процессов мантийного метасоматоза и природного алмазообразования, а также механизмов формирования и эволюции высокобарических мантийных ассоциаций. Актуальность исследований по синтезу и росту алмаза в различных системах определяется, прежде всего, фундаментальными вопросами, связанными с выявлением основных факторов, ответственных за формирование собственных и примесных дефектов в реальной структуре алмаза. С учетом этих факторов можно обосновывать генетическую информативность ряда характеристик природных алмазов, а также планировать стратегию получения кристаллов алмаза с заданными свойствами для высокотехнологических применений. Так, монокристаллы алмаза с минимальной концентрацией линейных, планарных и трехмерных дефектов в настоящее время критически важны как материал рентгеновской оптики на современных источниках синхротронного излучения. Другой перспективной областью применения кристаллов синтетического алмаза с заданными свойствами являются квантовые технологии, в которых востребованы легированные алмазы с оптически активными центрами, например, NV, SiV, GeV и SnV.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  1. Проведение совместных исследований метаморфических пород высоких и сверхвысоких давлений Кокчетавского массива, нижнекоровых ксенолитов из кимберлитовых трубок Якутии с Институтом геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (г. Иркутск) – высокоточное определение изотопного состава Sm и Nd, а также определения породообразующих элементов (Na2O, MgO, Al2O3, SiO2, P2O5, K2O, CaO, TiO2, MnO, Fe2O3) и микроэлементов (Sr, Zr, Ba) в породах на мировом уровне с использованием современной аппаратуры и общепризнанных в мировой практике образцов для сравнения (стандартов) методом РФА.
  2. Проведение совместных исследований по изучению изотопных соотношений U-Pb и изотопов Hf в цирконах с целью определения абсолютного возраста пород нижней части земной коры Якутской алмазоносной провинции со Школой наук о Земле и инженерии Нанкинского университета (г. Нанкин, КНР). Имеется Соглашение об академическом сотрудничестве.
  3. Исследование особенностей внутреннего строения природных алмазов с использованием синхротронного излучения совместно с Институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН
  4. Соглашение о совместных исследованиях с Физическим факультетом Университета Турина, Италия. Получение и исследование кристаллов синтетического алмаза, содержащих специфические оптические центры. Исследования по высокобарическому отжигу и характеризации имплантированных CVD алмазов.
  5. Научное сотрудничество с ИЯФ СО РАН и НИЦ «Курчатовский институт». Проведение поисковых исследований, направленных на оптимизацию условий роста монокристаллов алмаза и их последующего высокобарического отжига. Изготовление опытных изделий из монокристаллов алмаза для тестирования в качестве элементов рентгеновской оптики.
  6. Научное сотрудничество с ИНХ СО РАН. Проведение совместных исследований по изучению дефектно-примесной структуры природных и синтетических алмазов. Поисковые исследования по оптимизации условий роста монокристаллов алмаза и изготовление из них ориентированных подложек для создания углеродных гетероструктур.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  В течение многих лет коллективом проводятся комплексные исследования минералов высокобарических ассоциаций, включая макро- и микроалмазы из месторождений различных генетических типов [Sobolev, Shatsky, 1990; Shatsky, Sobolev, 2003; Зедгенизов и др., 1998, 2003; Шацкий и др., 2010]. В ряде работ обоснована определяющая роль метасоматических процессов в образовании алмазов [Шацкий и др., 2005; Зедгенизов и др., 2007; Shatsky et al., 2008]. Полученные результаты позволяют надеяться на достижение качественно нового уровня в понимании закономерностей высокобарических минералообразующих процессов и генезиса алмаза в зонах субдукции и в субконтинентальной литосферы.
  Коллектив обладает значительным заделом для изучения областей стабильности фаз-концентраторов C, H, N, S в условиях литосферной мантии и зон субдукции. Нами детально охарактеризован состав флюидной фазы (Sokol et al., 2009, 2017a, b, 2020), карбонатитовых и кимберлитоподобных расплавов (Palyanov et al., 2007; Sokol et al., 2013a, 2016, 2017; Крук и др., 2017, 2018), стабильных в условиях литосферной мантии и зонах субдукции. Изучены условия стабильности карбонатов и закономерности алмазообразования в процессах взаимодействия субдукционных флюидов/расплавов с металл-насыщенной мантией (Palyanov et al., 2013). Проведены работы по изучению стабильности флогопита и магнезита в кимберлитоподобных системах при параметрах литосферной мантии (Sokol et al., 2017; Крук и др., 2018). Исследованы механизмы растворения азота в мусковите и K-кимрите в редокс условиях, характерных для зон субдукции (Сокол и др., 2018; Sokol et al., 2020). В качестве непосредственных заделов исследований по экспериментальному моделированию метасоматических преобразований мантийных высокобарических минералов и их ассоциаций под воздействием преимущественно серных флюидов или расплавов можно рассматривать данные по моделированию мантийных метасоматических процессов с участием углекислого и преимущественно серного флюидов (включая алмазообразующие процессы) в системах карбонат-оксид, силикат-сера, силикат-сульфид, силикат-сульфат и силикат-карбонат-сера (Bataleva et al., 2016, 2018, 2020a,b; Баталева и др., 2020).
  В лаборатории №453 ИГМ СО РАН разработаны методы создания и стабилизации Р-Т параметров в экспериментах длительностью сотни часов на оригинальной отечественной аппаратуре высокого давления «БАРС», позволяющие выращивать высококачественные монокристаллы алмаза массой до 6 карат (Пальянов и др., 1997; Борздов и др., 2000). Реализованы условия получения основных типов кристаллов алмаза: Ib, Ia, IIa, IIb, (Pal’yanov et al., 2001, 2003). На протяжении многих лет в лаборатории проводятся исследования по кристаллизации алмаза с использованием новых растворителей катализаторов. Среди результатов, полученных в последние годы, следует особо отметить работы по синтезу и характеризации кристаллов алмаза в системах P-C, S-C, Sb-C, Sn-C, Ge-C, Mg-C (Palyanov et al., 2011, 2015, 2016, 2019), Cu-C (Kupriyanov et al., 2016) и в системах с редкоземельными элементами (Palyanov et al., 2019, 2021; Khokhryakov et al., 2020; Borzdov et al., 2020). Предшествующий опыт и результаты исследований коллектива проекта позволят получить новые данные по кристаллизации алмазов с заданными свойствами и вырастить высококачественные монокристаллы алмаза, пригодные для изготовления элементов рентгеновской и квантовой оптики.
  
  
• Исполнители: Пальянов Юрий Николаевич, Шацкий Владислав Станиславович,  Баталева Юлия Владиславна, Сокол Александр Григорьевич, Хохряков Александр Федорович, Борздов Юрий Михайлович, Здроков Евгений Владимирович, Калинина Виктория Владимировна, Крук Алексей Николаевич, Куприянов Игорь Николаевич, Нечаев Денис Валерьевич, Новоселов Иван Дмитриевич, Рагозин Алексей Львович, Фурман Ольга.
  
  
• Отчеты:
  За 2022 год - Регистрационный номер: 223031400019-9.
  За 2023 год - Регистрационный номер: 224020600623-9.
  За 2024 год - Регистрационный номер: 225021009459-7.

Свернуть  

• Термо-, петрохронологические индикаторы геодинамических режимов и рудообразования: развитие методик и интерпретации
• Роль углерода в рассеянии и концентрировании благородных, редких и радиоактивных элементов в эндогенных и экзогенных углеродсодержащих системах Сибири

Термо-, петрохронологические индикаторы геодинамических режимов и рудообразования: развитие методик и интерпретации

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0032
• Номер государственного учета: 122041400171-5
• Руководитель: д.г.-м.н. Алексей Валентинович Травин
• Лаборатории: Изотопно-аналитической геохимии; Рентгеноспектральных методов анализа
  
  
• Цель научного исследования: 
  Реконструкции возраста, термической истории, источников вещества, условий образования минеральных парагенезисов, соответствующих этапам формирования магматических, метаморфических, осадочных комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых на основе развития петрохимических, изотопно-геохимических, геохронологических исследований.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  2025
  Проведение комплексных исследований магматических и метаморфических, комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых ЦАСП.
  1. Отработать методический подход к изотопному (H, C, O, Sr) анализу природных вод с повышенной минерализацией.
  2. Проведение исследований изотопного состава кислорода силикатных минералов месторождений полезных ископаемых ЦАСП с целью верификации поставленной методики фторирования с лазерным нагревом, установления источников флюидов и подбора материала, пригодного для использования в качестве лабораторного изотопного стандарта.
  3. Сопоставление инструментальных возможностей двух масс-спектрометров ELEMENT и SUPEC 7000 и метрологических характеристик методик определения широкого набора элементов в геологических и экологических образцах.
  4. Адаптация методики 40Ar/39Ar датирования со ступенчатым прогревом с учетом возможностей нового много-коллекторного масс-спектрометра Аргоникус и системы экстракции аргона «двойного вакуума».
  5. Развитие методик оценки интенсивности датируемых геологических событий (магматизм, метаморфизм, тектоника) на основе изотопного датирования, изотопного обмена и численного моделирования поведения изотопных систем.
  6. Проведение комплексных исследований магматических и метаморфических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых Центрально-Азиатского складчатого, Монголо-Охотского складчатых поясов, а также Сибирского и других кратонов.
  2026.
  1. Оценка возможностей расширения набора определяемых элементов на основе сочетания двух многоэлементных методов – ИСП-МС и ИСП-АЭС.
  2. Составление и анализ базы регионального и сезонного распределения стабильных изотопов кислорода, водорода и углерода в водах и водорастворенной углекислоте на территории Новосибирской области.
  3. Интерпретация полученных данных, построение согласованных моделей формирования магматических и метаморфических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых Центрально-Азиатского складчатого, Монголо-Охотского складчатых поясов, а также Сибирского и других кратонов.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  2025.
  Получены новые данные о возрасте, термической истории, источниках вещества, условиях образования минеральных парагенезисов, соответствующих этапам формирования магматических и метаморфических комплексов ЦАСП и связанных с ними месторождений полезных.
  1. Сконструирована установка для предварительной очистки вод от растворенных веществ с максимально полным выделением анализируемого вещества. На примере вод нефтегазоносных отложений Западной Сибири отработана методика определения изотопного состава вод с повышенной минерализацией.
  2. Установлена валидность получаемых в лаборатории ИГМ СО РАН данных по изотопному составу кислорода силикатных минералов методом фторирования с лазерным нагревом. Сравнительный анализ полученных нами и ранее опубликованных данных показывает хорошую сходимость, что позволяет проводить прямое сравнение результатов исследований, проводимых в различных лабораториях. Подобран и апробирован материал кварцитов с широким диапазоном δ18О (до +30‰VSMOW), пригодный для использования в качестве лабораторного стандарта изотопного состава кислорода кварца.
  3. Введение в массовый анализ оптимальных методик определения широкого набора элементов в геологических и экологических образцах, учитывающих инструментальные возможности масс-спектрометров ELEMENT, SUPEC 7000.
  4. На примере эталонных объектов проведено тестирование методики 40Ar/39Ar датирования со ступенчатым прогревом, основанной на многоколлекторном масс-спектрометре Аргоникус с использованием системы экстракции аргона «двойного вакуума».
  5. На примере объектов со сложной, многостадийной геологической историей (гнейсогранитный массив Шонгчай, Северный Вьетнам, и другие) с помощью методов решения обратных задач проведено моделирование термической истории, получены оценки интенсивности наложенных событий.
  6. На основе комплексных изотопных геохронологических, изотопно-геохимических исследований получены оценки возраста, источников вещества при формирования магматических, метаморфических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых.
  2026.
  1. На основе проведенных исследований разработаны наиболее эффективные методики пробоподготовки и ИСП-МС анализа геологических и экологических образцов с целью определения максимально возможного количества элементов с низкими пределами обнаружения и хорошей сходимостью результатов.
  2. Создана база данных, объединяющая сезонное и региональное распределение стабильных изотопов O, H вод и C водорастворенной углекислоты в природных водах Новосибирской области за 2022-2026 гг., позволяющая с высокой достоверностью устанавливать области питания, разгрузки основных водных тел области, интерпретировать генезис вод глубинных водоносных горизонтов, выявлять наличие/отсутствие локальных климатических изменений, экстраполировать полученные результаты на окружающие территории, в том числе арктические области сибирского региона.
  3. Построены согласованные модели формирования магматических и метаморфических, комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых ЦАСП.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  При реконструкциях формирования Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП), являющегося сложным коллажем террейнов различного возраста и природы, актуальным является исследование метаморфических, магматических, осадочных комплексов, соответствующих последовательным этапам формирования ЦАСП с использованием современных изотопно-геохронологических методов, позволяющих не только определить возраст формирования соответствующих минеральных парагенезисов, но и реконструировать условия, источники их формирования, а также - термическую историю индикаторных пород на стадиях охлаждения, подъема к земной поверхности.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  В рамках контракта с ООО «МС-био» (Санкт-Петербург, Россия) доработка уникального многоколлекторного масс-спектрометра Аргоникус и системы пробоподготовки, предназначенных для 40Ar/39Ar датирования.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  1) Разработан алгоритм уточнения значений массовых коэффициентов поглощения элементов на основе моделирования тормозного излучения энергодисперсионных спектров с применением различных ионизационных функций. Оптимизированные значения массовых коэффициентов поглощения позволят повысить точность вычисления поправки на поглощение при проведении количественного электронно-зондового анализа, особенно, в области L- и M-краёв поглощения основных элементов матрицы.
  Планируется Совершенствование и разработка электронно-зондовых методов анализа циркона, монацита, титанита, рутила, биотита, полевого шпата, граната, пироксена и других минералов.
  2) Разработана методика определения элементов платиновой группы – Ru, Pd, Ir, Pt и Re в геологических образцах изотопным разбавлением, с масс-спектрометрическим окончанием на масс-спектрометре высокого разрешения ELEMENT. Кислотное выщелачивание проводится в микроволновой системе UltraWAVE (T = 250°C, P = 82 бар), затем аналиты отделяются ионообменной хроматографией. Пределы обнаружения - от 0.003 нг/г (Ir) до 0.09 нг/г (Pt). Правильность методики подтверждена анализом международных стандартных образцов. Подход значительно ускоряет и упрощает процедуру пробоподготовки по сравнению с использованием трубок Кариуса.
  Планируется Разработка методики пробоподготовки геологических образцов с использованием двух микроволновых систем MARS-5 и UltraWAVE с целью определения Os, Re и других ЭПГ изотопным разбавлением с масс-спектрометрическим окончанием.
  3) Изучено распределение изотопов углерода в экспериментах по взаимодействию FeNi сплава с (Mg,Cа)CO3, моделирующему мантийно-коровые редокс-реакции при Р=6.3 ГПа и температурах 800-1550 °С. При 800-1000 °С (условия холодной субдукции) восстановленный металлом карбонатный углерод растворяется в Fe-Ni сплаве, обедняясь изотопом 13С до 20 ‰. Выше 1330 °С фракционирование между карбонатным и Fe-Ni-C расплавами сокращается до 8.5 ‰ и аппроксимируется линией изотопного равновесия CaCO3—Fe3C. Выше 1400 °С кристаллизация алмаза приводит к изотопному исчерпанию расплавов.
  4) Изотопный состав вод нефтегазоносных отложений Арктического сектора Западной Сибири характеризуется кислородными сдвигами относительно линии метеорных вод от 2 до 9 ‰, что указывают на древнее седиментационное происхождение. Обогащение вод 18O за счет испарения в теплых климатических условиях в последующем дополнительно усилилось их изотопным обменом с кислородсодержащими породами. Изотопная характеристика водорастворенного неорганического углерода (DIC) широкая (δ 13 C от –51,8 до +21,8 ‰), изменяется нелинейно и указывает на многообразие конкурирующих процессов формирования и изотопного обмена углерода углекислоты со средой. Проведен сбор и частичный анализ изотопного состава кислорода и водорода атмосферных осадков Новосибирской области. На основании полученных данных сделано построение локальной линии метеорных вод, показывающей сезонное распределение изотопного состава вод.
  5) На основе термической истории гранитов Ангаро-Витимского батолита установлены этапы активной денудации возникшего при герцинской коллизии орогена: позднепалеозойский (320-250 млн лет, денудация до 10 км), связанный с коллизионными процессами в Южной Сибири; юрский (170-140 млн лет, денудация до 3 км), связанный с проявлением Монголо-Охотской орогении; плиоцен-голоценовый (5-0 млн лет, амплитуда 3-2 км), вызванный реактивацией территории в результате дальнего воздействия Индо-Евразийской коллизии.
  
  
• Исполнители: Травин Алексей Валентинович, Пономарчук Виктор Антонович, Королюк Владимир Николаевич, Реутский Вадим Николаевич, Карманов Николай Семенович, Николаева Ирина Викторовна,  Юдин Денис Сергеевич, Семенова Дина Валерьевна, Палесский Станислав Владиславович, Титов Анатолий Тихонович, Пыряев Александр Николаевич, Карпов Александр Викторович, Киселева Валентина Юрьевна, Пономарчук Антон Викторович.
  
  
• Отчеты:
  За 2022 год - Регистрационный номер: 223031400018-2.
  За 2023 год - Регистрационный номер: 224020600656-7.
  За 2024 год - Регистрационный номер: 225021009467-2.

Роль углерода в рассеянии и концентрировании благородных, редких и радиоактивных элементов в эндогенных и экзогенных углеродсодержащих системах Сибири

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0033
• Номер государственного учета: 122041400193-7
• Руководитель: д.г.-м.н. Сергей Михайлович Жмодик
• Лаборатории: Геохимии радиоактивных элементов и экогеохимии; Геохимии благородных и редких элементов
  
  
• Цель научного исследования: 
  Установление закономерностей: концентрирования и изменения форм нахождения благородных, редких и радиоактивных элементов (БРРЭ) при взаимодействии растворов различного состава и происхождения с природным органическим веществом (ОВ) в обстановках зоны гипергенеза; миграции, накопления и фракционирования редких, благородных, радиоактивных элементов и радиоизотопных индикаторов в процессах современного континентального седиментогенеза и атмосферного переноса в природных и техногенных ландшафтах; геохимии диагенеза континентальных органогенных отложений юга Сибири; условия формирования и возрастные рубежи образования металлоносных, содержащих благородные, редкие и радиоактивные элементы углеродистых образований и минералого-геохимических особенностей связанного с ними благородно- и редкометалльного оруденения (на примере Восточного Саяна и севера Зап. Забайкалья). Совершенствование методической базы определения редких, благородных и радиоактивных элементов с использованием методов атомной аналитической спектрометрии, низкофоновой радиометрии и гамма-спектрометрии.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  2025
  Провести сопоставит. анализ минералого-геохим. особенностей углеродистых отложений различных формационных типов и черных сланцев, вмещающих благороднометалльное оруденение на территории В.Саяна и определить минералого-геохимические особенности и условия формирования Au-Bi оруденения.
  Выявить минералого-геохим. признаки в минералах Pt группы и Au из аллюв. отл. для исп-я их как критериев прогноза коренного благороднометалльного оруденения юга Сибири.
  Выявление закономерностей перераспр. редких и РЗ элементов между бактериальным сообществом и питающим раствором в зависимости от характеристик последнего.
  Выявить закономерности пространств. распр. эл-в в природном ОВ потока рассеяния золотосульфидного месторождения и его хвостохранилища.
  Усовершенствование подходов по применению биоиндикаторов для изучения состава атмосферных выпадений.
  Построение и оценка миграционных путей бета-излучающих изотопов в экосистеме Енисея.
  Орп. закономерности перераспр. широкого спектра хим. эл-в между твердой (донные отложения, торф) и жидкой (озерные, болотные, поровые воды) фазах озерно-болотных отложений. Опр. механизмов трансформации ОВ, аутигенного минералообразования и концентрирования/рассеивания биоген. эл-в (C, H, N, S, P) на всем протяжении форм. озерно-болотных отложений при участии различных физиологич. групп микроорг-в. Для реконструкции климата голоцена юга З.Сибири и В.Прибайкалья будет применена группа минерал.и геохим. палеомаркеров на примере озерно-болотн. отл-й.
  Опр-е простр.-времен. распр. эл-в ( Cd, Pb, Hg, 137Cs) в дон. отл. малых озёр юга З.Сибири в процессе седиментогенеза разных типов (аридный, гумидный, нивальный).
  2026
  Опр. распростр. различных минерал.-геохим. типов углеродистых отложений, в т.ч. металлоносных, с выдел. перспективных терр-й на обнаружение благороднометалльного оруденения в юго-восточной части В.Саяна.
  На основании комплексного изучения минералов Pt группы, Au и сопутст. мин-в в аллюв. отл-х юга Сибири провести прогноз коренного благороднометалльного оруденения.
  Выявить роль экстремофил. бакт-х сообществ в концентрировании БРРЭ в низкотемпературных гидротерм. сист-х Сибири и кальдеры Узон (Камчатка).
  Выявить закономерн. распр-я эл-в в поровых водах из минерализованного органосодерж. в-ва потока рассеяния золотосульфиного хвостохранилища в зависимости от физ.-хим. пар-в и содерж. ОВ.
  Соверш-е сущ-х подходов, методов и методик опр. состава атм. выпадений.
  Оценка радиоэкол. обстановки на разл. участках поймы р. Енисей и прогноз сценариев ее эволюции.
  Обобщ. закономерн. седиментогенеза озерно-болотных отл-й на протяжении голоцена в различных ландшафтно-климатических зонах (юг З.Сибири и В.Прибайкалье).
  Оценка роли взаимодействия биотических и абиотических факторов в накоплении и фракционир. макро- и микроэлементов в процессах совр. континентального седиментогенеза в ленточных борах в малых озерах юга З.Сибири.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  2025
  На территории Восточного Саяна будет проведен сопоставительный анализ минералого-геохимических особенностей углеродистых отложений различных формационных типов и черных сланцев, вмещающих благороднометалльное оруденение и определены минералого-геохимические особенности и условия формирования Au-Bi оруденения.
  Будут выявлены минералого-геохимические признаки в минералах платиновой группы и золоте из аллювиальных отложений для использования их в качестве критериев прогноза коренного благороднометалльного оруденения юга Сибири.
  Будут выявлены закономерности перераспределения редких и редкоземельных элементов между бактериальным сообществом и питающим раствором в зависимости от характеристик последнего.
  Будут установлены закономерности пространственного распределения элементов в природном органическом веществе потока рассеяния золотосульфидного месторождения и его хвостохранилища.
  Будут проведены исследования, совершенствованию подходов по применению биоиндикаторов (мхов, лишайников) для выполнения задач по изучению состава атмосферных выпадений.
  Выявлены и оценены миграционные пути бета-излучающих изотопов внутри экосистемы пойменного биогеоценоза реки Енисей.
  Будут установлены закономерности перераспределения широкого спектра химических элементов между твердой (донные отложения, торф) и жидкой (озерные, болотные, поровые воды) фазах озерно-болотных отложений. Будут выявлены механизмы трансформации органического вещества, аутигенного минералообразования и концентрирования/рассеивания биогенных элементов (C, H, N, S, P) на всем протяжении формирования озерно-болотных отложений при участии различных физиологических групп микроорганизмов. Будет применена группа минеральных и геохимических палеомаркеров на примере озерно-болотных отложений для повышения надежности реконструкции климата голоцена юга Западной Сибири и Восточного Прибайкалья.
  Определено пространственно-временное распределение элементов (потенциальных поллютантов - Cd, Pb, Hg, 137Cs) в донных отложениях малых озёр юга Западной Сибири в процессе седиментогенеза разных типов (аридный, гумидный, нивальный).
  2026
  Будут определены ареалы распространения различных минералого-геохимических типов углеродистых отложений, в том числе металлоносных, с выделением перспективных территорий на обнаружение благороднометалльного оруденения в юго-восточной части Восточного Саяна.
  На основании комплексного изучения минералов платиновой группы, золота и сопутствующих минералов в аллювиальных отложениях юга Сибири, будет осуществлен прогноз коренного благороднометалльного оруденения.
  Выявлены закономерности накопления БРРЭ экстремофильными бактериальными сообществами в низкотемпературных гидротермальных системах Сибири и Камчатки.
  Выявлены закономерности распределения элементов в поровых водах из минерализованного органосодержащего вещества потока рассеяния золотосульфиного хвостохранилища в зависимости от физико-химических параметров и содержания органического вещества.
  Будут выполнены исследования по совершенствованию существующих подходов, методов и методик определения состава атмосферных выпадений.
  Будет дана оценка радиоэкологической обстановке на различных участках поймы и спрогнозированы сценарии ее эволюции.
  Будет проведено обобщение выявленных закономерностей седиментогенеза озерно-болотных отложений как отражение климатических флуктуаций голоцена в различных ландшафтно-климатических зонах (юг Западной Сибири и Восточное Прибайкалье).
  Будут выявлены особенности взаимодействия биотических и абиотических факторов в накоплении и фракционировании макро- и микроэлементов в процессах современного континентального седиментогенеза в ленточных борах (уникальный тип ландшафта) в малых озерах юга Западной Сибири. Полученные данные позволят дать рекомендации для разработки сапропелевых залежей в рамках рационального природопользования.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Результаты современных исследований свидетельствуют о том, что углерод определяет геохимическое своеобразие поведения многих рассеянных элементов, в том числе благородных, редких и радиоактивных, в различных геологических процессах и обстановках. Таким образом, при изучении процессов концентрирования и рассеяния элементов в углеродистых системах необходимо, прежде всего, учитывать общий цикл углерода, который включает:
  -полезные ископаемые, связанные с металлоносными углеродистыми отложениями черносланцевой формации, угленосными и торфяными залежами;
  - водную миграцию элементов с растворённым органическим и неорганическим углеродом;
  - накопление элементов в органо-содержащих осадках континентальных (пресные и солёные озёра) и морских систем;
  - аккумуляцию элементов в результате жизнедеятельности микроорганизмов в озёрно- болотных системах, термальных источниках и водоёмах;
  - воздушный аэрозольный и пылевой перенос (от извержений вулканов, горения лесов, антропогенной деятельности человека и т.д.).
  Исследования металлоносных углеродистых толщ свидетельствуют в том, что флюидо-рудогенерация происходит на разных ступенях седиментационных и постседиментационных изменений углеродистых осадочных и вулканогенно-осадочных толщ. В тоже время, природа и условия формирования золото-платинометалльной и редкометалльной минерализации, в большинстве случаев сопровождаемой высокими (рудными) концентрациями радиоактивных элементов, в углеродистых образованиях до конца не ясна, что вызывает различные толкования вопросов генезиса, механизмов и возраста возникновения таких руд. Направление, связанное с исследованием роли микробных сообществ в аккумуляции различных химических элементов в различных геологических процессах (с ориентацией на биотехнологии), является, на данный момент, одним из наиболее востребованных международным научным сообществом. В отношение благородных, редких и радиоактивных элементов, в определенных условиях, ОВ является одним из главных концентраторов и, по мере диагенетических и метаморфических изменений ОВ, может формировать рудоносные и металлоносные отложения, которые следует рассматривать как потенциальный источник рудного вещества при его трансформации в геологических процессах.
  Ландшафтно-геохимические процессы, определяющие миграционные потоки элементов и формы их нахождения в экзогенных поверхностных процессах, обуславливают их региональные фоновые уровни и формирование природных и техногенных аномалий. Углеродсодержащие органо-минеральные донные отложения озер следует рассматривать как итог сложного взаимодействия гидрологических, химических и биологических процессов. Поэтому в них содержится информация о характере направленности миграционных потоков элементов, фракционировании элементов в процессе континентального седиментогенеза в озерных системах. Необходим поиск дополнительных критериев, способных повысить информативность донных отложений и сделать их востребованными для решения задач оценки отклика донных отложений озер на изменения внешних условий среды, влияющих на миграционные потоки элементов в осадках озерных систем. Известны случаи формирования уникальных месторождений редких и радиоактивных элементов в озерно-болотных системах (месторождения Араша, Catalão I (Бразилия); Mount Weld (Австралия)). Эти актуальные проблемы находятся в центре внимания участников проекта (Страховенко и др., 2010; Маликова и др., 2011; Страховенко, 2011, Лазарева и др., 2016 и др.).Одним из актуальных научных направлений являются также исследования современных поверхностных систем, трансформаций форм нахождения элементов в различных компонентах системы, формирования аномальных концентраций с учетом влияния антропогенного фактора на природные системы, находящиеся под техногенной нагрузкой различной природы (Заварзин, 2008; Холодов, 2011 и др.).
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  И.о. зам. директора ЦНИГРИ (г. Москва) д.г.м.н. Б.Б. Дамдинов. Исследование распространения, минералого-геохимических особенностей и типов золотого оруденения на территории юго-восточной части Восточного Саяна и Западного Забайкалья;
  Доцент Бурятского государственного университета (г. Улан-Удэ) П.А. Рощектаев. Исследование геологического строения, распространения, минералого-геохимических особенностей и типов золотого оруденения на территории юго-восточной части Восточного Саяна.
  Гнс ИЗК СО РАН, чл.-корр. РАН, д.г.м.н. Е.В. Скляров. Исследование геологического строения, распространения, минералого-геохимических особенностей и типов офиолитовых комплексов на территории юго-восточной части Восточного Саяна.
  Профессор, д.г.м.н. Санкт-Петрбургского Горного университета А.В. Козлов. Исследование геологического строения, распространения, минералого-геохимических особенностей и типов золотого оруденения на территории Западного Забайкалья.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  2022
  Выявлена последовательность формирования айликитов и кальцитовых карбонатитов массива Белая Зима (Восточная Сибирь).
  Определена минералогия, геохимия и геохронология Ехэ-Шигнинского офиолитового массива Тувино-Монгольского микроконтинента (Южная Сибирь), получены свидетельства задугового происхождения и показаны геодинамические последствия.
  Получены изотопно-геохимические характеристики магматических пород офиолитового массива Улан-Сарьдаг; выявлена закономерности пространственного проявления первичных и вторичных (ремобилизованных) минеральных ассоциаций ЭПГ Оспино-Китойского офиолитового массива.
  Выполнено исследование типоморфных и минералого-геохимических особенностей золота, минералов тяжелой фракции аллювиальных отложений россыпного месторождения Мокрундя (Арктическая Сибирь, Республика Саха (Якутия), установлены возможные коренные источники золота. Определены особенности рудной минерализации долеритового дайкового комплекса из плотика россыпи, установлены стадии рудообразования и формы нахождения золота.
  Определена возможность идентификации пепловых слоёв, а также горизонтов, сформированных при участии вулканической деятельности, в осадке термального озера Фумарольное (кальдера Узон, Камчатка) на основании минералогических исследований и кластерного анализа геохимических данных, полученных при непрерывном РФА-СИ-сканировании керна.
  Установлены особенности распределения и форм нахождения тяжелых металлов и Hg в органосодержащих компонентах природно-техногенных объектов, расположенных в ореоле действия высокосульфидных месторождений, выявлены особенности накопления Hg в продуктах питания территорий с повышенным геохимическим фоном элемента и наложенной техногенной деятельностью (Акташское горно-металлургическое предприятие, Урское хвостохранилище, Саралинское хвостохранилище); установлено распределений Fe, Ni, Cu, Zn, As, Cr, Pb в почвах ореола рассеяния отходов обогащения и выявлены фоновые содержания этих элементов золоторудных территорий (Саралинское месторождение).
  Установлены уровни концентраций и особенности распределение (урана, тория, радиоцезия, ртути) в процессе седиментогенеза в сапропелевых залежах малых озер юга Сибири.
  Выполнена реконструкция формирования органогенных отложений в соленом озере Большой Баган и солоноватоводном озере Иткуль (юг Западной Сибири) с использованием минерально-геохимических индикаторов и данных радиоуглеродного датирования возраста отложений. Выявлена степень нарушенности естественного состояния озерных и болотных экосистем по геохимическим критериям.
  Выявлена роль экстремофильных бактериальных сообществ в концентрировании БРРЭ в низкотемпературных гидротермальных системах Сибири и Камчатки.
  Установлено распределение концентраций ртути в лишайниках, мхах и хвое лиственницы на территории Западной Сибири. Получены первые данные о распределении изотопов, макро- и микроэлементов из атмосферных выпадений в лишайниках арктических территорий Западной Сибири.
  Исследована миграция техногенных радионуклидов в донных отложениях р. Енисей (ближняя зона влияния Красноярского ГХК). Проведена сравнительная оценка содержания плутония и радиоцезия в мышцах рыб р. Енисей.
  Изучены особенности распределения Au по фракциям 7-ступенчатой методики ступенчатого выщелачивания с применением модельных веществ с известными формами нахождения элемента, приближенных по составу к природным образцам из ореола рассеяния сульфидных хвостохранилищ.
  2023
  Исследовано условия формирования и возрастные рубежи металлоносных, содержащих благородные, редкие и радиоактивные элементы углеродистых образований и минералого-геохимических особенностей связанного с ними благородно- и редкометалльного оруденения (массив Богдо).
  Получены данные о составе и взаимоотношениях минералов золото-браннеритовых самородков в районе Озернинского рудного узла, сложная история их возникновения.
  На примере месторождения Владимирского (Восточный Саян) определены возраст дайковых комплексов и особенности локализации золотого оруденения.
  Изучена геохимия обедненного урана на примере нано- и микрочастиц уранинита из черных сланцев Восточного Саяна, проведено сравнение с обедненным ураном современных снарядов.
  В рамках оценки вклада различных этапов преобразования, транспортировки, отложения осадочного вещества изучен цементирующий слой отвалов Коунрадского рудника (Казахстан), препятствующий дефляции, определен его минеральный состав и геохимические особенности.
  Рассмотрено взаимодействие биотических и абиотических факторов в накоплении и фракционирования редких, благородных, радиоактивных элементов в процессах современного континентального седиментогенеза в малых озерах юга Сибири.
  Проведена реконструкция условий формирования озерно-болотных отложений юга Западной и Восточной Сибири в голоцене по минерально-геохимическим индикаторам и результатам физико-химического моделирования и исследована геохимия диагенеза континентальных органогенных отложений.
  Сделана попытка идентификации периодических тысячелетних изменений климата (высокоразрешенные изменения муссонов Восточной Азии) с помощью донных отложений Японского моря.
  Исследованы закономерности миграции микроэлементов при беглых и устойчивых лесных пожарах, приведена оценка изменения концентраций микроэлементов в горелых почвах относительно фоновых, после беглых и устойчивых лесных пожаров.
  Адаптирована методика для определения 90Sr в высокоминерализованных подземных рассолах.
  2024
  В ю-в части Вост. Саяна будут определены: минералого-геохимические особенности, возраст метаморфизма и геодинамические обстановки формирования карбонатных и углеродистых отложений иркутной свиты; типы и условия формирования селенидов ЭПГ в офиолитах.
  Будут выявлены закономерности накопления благородных металлов и их изменение в зоне гипергенеза и определены коренные источники благородных металлов на территории Кузнецкого Алатау.
  Будут сопоставлены данные о распределении элементов в донных отложениях, составе и микроморфологии минералов и распределении стабильных изотопов (δ18О, δ13С, δ34S), оценена доля биогенной составляющей в зависимости от типа и характеристик термопроявления кальдеры Узон.
  На основании анализа закономерностей распределения микроэлементов будут выявлены этапы накопления/разубоживания микроэлементов в веществе германиеносных лингитов Касской впадины.
  Будут получены получить детальные данные о содержании естественных и искусственных радионуклидов во взвеси влажных атмосферных осадков.
  Будут определены наличие и соотношение подвижных/неподвижных форм бета-излучающих изотопов в компонентах пойменного биогеоценоза реки Енисей, рассчитана степень выноса и условия выноса изотопов из компонентов пойменной экосистемы.
  Будут проведены физико-химическое моделирование процессов перераспределения химических элементов в системах: озерная вода—донные отложения, донные отложения—поровые воды, атмосферная пыль—торфяник, торф—болотные воды. На основании характера распределения изотопов кислорода, углерода, азота и серы (δ18О, δ13С, δ15N, δ34S) в озерно-болотных отложениях исследуемых объектов юга Западной Сибири и Восточного Прибайкалья будет получена информация о событиях в истории развития озер и болот (колебание уровня озерных и болотных вод, обмеление/пересыхание, положительный/отрицательный гидрологический баланс, биопродуктивность экосистем, генезис органического вещества, климатические флуктуации и др.). Будет проанализирован характер распределения палеоклиматических индикаторов по длинным кернам бурения озерно-болотных отложений и выявлен ряд надежных минеральных и геохимических палеомаркеров показывающих изменения параметров внешней среды в голоцене.
  На основе данных по стабильным изотопам будут выявлены особенности взаимодействия биотических и абиотических факторов, контролирующих современные процессы аутигенного минералообразования при формировании сапропелевых отложений в малых озерах разных ландшафтов юга Сибири.
  Доступная аналитическая база, используемые методики
  Измерения рН и Eh вод проводили в полевых условиях методом потенциометрии (Анион 7051, Россия, Инфраспак-аналит). Основной ионный состав вод определялся с помощью ряда методов – капиллярный электрофорез (Капрель 103Р), ААС (Thermo Electron, Solar M6), ИСП-МС (Agilent 7500). Содержания Hg (общие и в разных формах) определяли методом ААС на анализаторе «РА-915М» с приставкой «РП-92»; предварительно к пробам применялись химические методы пробоподготовки.Содержание растворенного Сорг определялось методом ИК-спектроскопии (TOC-VCSH, Shumadzu). Анионный состав изучался методом капиллярного электрофореза.
  Содержания элементов в твердом веществе (почвы, донные осадки) получены методом рентгенофлуоресцентного анализа с синхротронным излучением на спектрометре ВЭПП-3. Содержания Hg определяли методом беспламенной атомной абсорбции, используя анализатор «РА-915М» с пироприставкой «РП-91С» по методике «М 03-09-2013» (ПНД Ф 16.1:2:2.2.80-2013).
  Состав и микроморфология исследованы на сканирующем электронном микроскопе MIRA 3 LMU (Tescan Orsay Holding) с системами микроанализа Aztec Energy/INCA Energy 450+ XMax 80 и INCA Wave 500 (Oxford Instruments Nanoanalysis Ltd), позволяющими изучать наноразмерные частицы.
  HPGe и Ge(Li) коаксиальные и планарные полупроводниковые детекторы (ППД) для определения гамма-излучающих радионуклидов, в том числе Pb-210 и Cs-137, в образцах большого объема без предварительного озоления;
  HPGe колодезные ППД большого объема в низкофоновом исполнении: EGPC192-P21/SHF 00-30A-CLF-F фирмы EURI SYS MEASURES и GWL -220-15-XLB-AWT фирмы AMETEK (ORTEC) для определения гамма-излучающих радионуклидов, связанных с атмосферными выпадениями (Be-7, Pb-210, Cs-137), в пробах малого объема (до 10 мл) в широком диапазоне активностей. Обладают высокой эффективностью регистрации в колодезной геометрии измерения. Идеально подходят для определения радионуклидов в озоленных образцах, гранулометрических фракциях взвешенного вещества снеговых вод;
  Комплекс современного отечественного и импортного периферийного спектрометрического оборудования, обеспечивающий одновременную работу всех ППД;
  Многоканальный альфа-спектрометр ALPHA-ENSEMBLE-8 фирмы AMETEK (ORTEC) с высокоразрешающими низкофоновыми полупроводниковыми детекторами площадью 300 и 450 кв. мм. Предназначен для определения, в случае необходимости, изотопов Pu-(239+240) и Pu-238;
  Бета-радиометры: РУБ-01П с использованием низкофонового блока детектирования БДЖБ-06П (г. Пятигорск) и BCF-31 (EURI SYS MEASURES) для определения Sr-90;
  Низкофоновый жидкостный сцинтилляционный альфа-бета радиометр спектрометрический Hidex SL 300 SSL для проведения жидкостно-сцинтилляционного анализа (ЖСА) некоторых бета- и альфа-излучающих радионуклидов, в том числе трития;
  Комплект образцовых радионуклидных источников для калибровки спектрометров.
  
  
• Исполнители: Жмодик Сергей Михайлович, Лазарева Елена Владимировна, Мельгунов Михаил Сергеевич, Страховенко Вера Дмитриевна, Леонова Галина Александровна, Айриянц Евгения Владимировна, Белянин Дмитрий Константинович, Восель Юлия Сергеевна, Густайтис Мария Алексеевна, Щербов Борис Леонидович, Кириченко Иван Сергеевич, Киселева Ольга Николаевна, Кропачева Марья Юрьевна, Мальцев Антон Евгеньевич, Мягкая Ирина Николаевна, Овдина Екатерина Андреевна, Сарыг-оол Багай-оол Юрьевич, Чугуевский Алексей Викторович, Малов Георгий Игоревич, Журкова Инна Сергеевна, Малов Виктор Игоревич.
  
  
• Отчеты:
  За 2022 год - Регистрационный номер: 223031400017-5.
  За 2023 год - Регистрационный номер: 224020600849-3.
  За 2024 год - Регистрационный номер: 225020709257-5.

Свернуть  

• Металлогения рудных районов Азии: модели формирования месторождений благородных и цветных металлов, комплекс поисковых критериев
• Петрология и рудный потенциал магматических формаций внутриплитных, надсубдукционных и аккреционно-коллизионных обстановок Центрально-Азиатского складчатого пояса и Сибирского кратона
• Петрология и рудный потенциал магматических формаций внутриплитных, надсубдукционных и аккреционно-коллизионных обстановок Центрально-Азиатского складчатого пояса и Сибирского кратона
• Мантийно-коровые флюидно - магматические системы в континентальной и островодужной литосфере, их эволюция и рудоносность (по флюидным и расплавным включениям в минералах и изотопно-геохимическим данным)

Металлогения рудных районов Азии: модели формирования месторождений благородных и цветных металлов, комплекс поисковых критериев

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0025
• Номер государственного учета: 122041400237-8
• Руководитель: д.г.-м.н. Юрий Александрович Калинин
• Лаборатории: Рудообразующих систем; Прогнозно-металлогенических исследований; Моделирования динамики эндогенных и техногенных систем
  
  
• Цель научного исследования:
  Предложить и обосновать генетические модели формирования месторождений благородных и цветных металлов на основе: комплексного изучения вещественного состава руд в совокупности с геохимическими характеристиками вмещающих пород; рудопродуцирующего магматизма, а также истории геологического и геодинамического развития исследуемой территории. С учетом разработанных моделей рудообразующих систем различных формационных типов обосновать и апробировать комплекс прогнозно-поисковых критериев.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  В 2025 году планируется решить следующие задачи: Изучение вещественных характеристики Cu-Mo оруденения типовых месторождений Сибири и Дальнего Востока. Выполнить петрографическое изучение магматических пород вмещающих и рудоносных интрузий, провести геохронологические (U-Pb, циркон), изотопно-геохимические (Sm-Nd, Rb-Sr, Pb) и геохимические исследования (РФА, ICP-MS) магматических пород. Выявить типоморфные характеристики породообразующих минералов порфировых рудоносных и безрудных интрузий. Исследование минералоги-геохимических характеристик и специфики состава типоморфных рудных минералов (магнетит, вольфрамит, шеелит, теллуриды) на месторождениях различного формационного типа, локализованных в различных складчатых поясах Азии. Выявление вещественных характеристик самородного золота из россыпей, пространственно ассоциированных с оруденением различных генетических типов. Изучить экспериментально формы выделения благородных металлов при фракционной кристаллизации низкосернистых расплавов системы Fe-Cu-S-(Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Ag, Au).
  Разработка численных моделей динамики мантийно-коровых рудоносных интрузий трапповых формаций и алмазоносных трубок Сибирского кратона Анабарского щита и Прианабарья и Булкурского антиклинальноког поднятия, учитывающих условия внедрения расплавов.
  Исследование особенностей Au-Te минерализации эпитермальных месторождений Северо-Востока России.
  Выявление зависимости эффективности парогазового выноса элементов и химического состава конденсатов от возраста, минерального состава, объема хвостохранилища и использованного технологического процесса обогащения.
  2026: Определение U-Pb возраста и состава гранитоидов Малмыжского Cu-порфирового месторождения (Хабаровский край, Россия). Создание геолого-генетической модели Малмыжского Cu-порфирового месторождения. Будут рассмотрены особенности проявления магматизма на месторождениях порфирового семейства, локализованных в различных сегментах ЦАСП и проведено сравнение вещественного состава, геохимических и изотопно-геохимических составов магматитов. Исследование совместного влияния Pb, Te, Bi, As, Sn, Se, Sb на образование минералов благородных металлов. Детальное изучение внутреннего строения самородного золота россыпей, локализованных в узлах с минерализацией порфирового семейства. Исследование фракционирования изотопов углерода в карбонатных минералах хвостохранилищ.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  В 2025 году планируется получить следующие результаты: Определены условия формирования Cu-Mo оруденения типовых порфировых месторождений Сибири и Дальнего Востока, установлены наиболее продуктивные возрастные рубежи магматической активности. На основе полученных геохимических, изотопно-геохимических и геохронологических данных предполагается установить генетические взаимоотношения между вмещающими гранитоидами и рудоносными порфирами на Cu-Mo-порфировых месторождениях. Установлена специфика химического состава породообразующих минералов рудоносных порфировых интрузий, предложены поисковые критерии на основе полученных данных. Установлена связь золото-теллуридной минерализации с магматическими образованиями разного состава и возраста и определена практическая значимость этой минерализации в разных типах золоторудных месторождений. Показана специфика состава вольфрамита и шеелита в зависимости от формационной принадлежности месторождений. Выявлены типоморфные характеристики магнетита разных стадий формирования скарновой минерализации на типовых объектах Забайкальского края. Показана специфика состава самородного золота из россыпей, ассоциированных с оруденением различного генезиса.
  На всем протяжении направленно закристаллизованного образца наблюдается один и тот же набор фаз, образованных основными компонентами, это эвтектическая смесь промежуточного и борнитового твердых растворов. Но распределение примесных элементов и включающих их фаз неоднородно по длине образца. Наблюдается разнообразие примесных ассоциаций и их геометрических форм вдоль образца, что свидетельствует о сложном поведении примесей благородных металлов и о взаимодействии их между собой как в процессе кристаллизации расплава, так и при субсолидусных превращениях при охлаждении образца.
  Изучена минералогия Au-Te руд одного из месторождений Северо-Востока России и выявлены особенности минерального состава эпитермальных месторождений золото-теллуридного типа.
  Построены численные модели динамики формирования мантийно-коровых рудоносных интрузий трапповых формаций и алмазоносных трубок. Определены условия образования реатомагматических извержений, продукты которых послужили образованию россыпей Эбеляха и Булкура.
  Проведена сравнительная характеристика эффективности распространения загрязнителей в виде парогазовой фазы, которая может быть использована с целью совершенствованию мониторинга территорий вокруг горно-обогатительных предприятий
  2026: Выявлены возрастные рубежи становления и специфики гранитодного магматизма Малмыжского месторождения. На основе проведенных исследований будет установлена роль отдельных факторов при формировании оруденения на месторождениях. Установлена неоднородность химического состава и гетерогенность внутреннего строения самородного золота магматогенных месторождений. Предложены и обоснованы различные механизмы формирования первичной неоднородности самородного золота. Определение изотопного состава позволит выстроить схему карбонизации вещества, выяснить состав вторичных карбонатов, что в свою очередь сделает возможным подсчет углеродных единиц.
  Возможная практическая значимость – выработка и апробация прогнозно-поисковых критериев на Cu-порфировое оруденение.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Проект предусматривает изучение месторождений и рудопроявлений, относящихся к различным формационным типам, наиболее востребованным с точки зрения промышленного освоения на сегодняшний день (порфировые, орогенные, эпитермальные). В частности, для порфировых и эпитермальных месторождений предполагается восстановить условия развития рудно-магматических систем, способных генерировать крупномасштабное оруденение, от их зарождения на глубинном уровне до рудоотложения на субповерхностном. При этом предусматривается получить новые данные по таким актуальным вопросам, необходимым для построения генетических моделей месторождений:
  - геодинамический режим развития региона,
  - роль коры и мантии в развитии рудно-магматической системы,
  - источники магм и металлов,
  - вещественные характеристики расплавов и магматических пород, являющиеся «критическими» для формирования оруденения,
  - длительность функционирования рудно-магматических систем.
  В настоящее время взгляды исследователей по многим вопросам формирования месторождений рассматриваемых типов разнятся. Это во многом объясняется не только различиями в условиях формирования месторождений разных регионов, но и недостаточной изученностью, в частности, геохимической специфики рудогенерирующих расплавов. Последнее вызвано отсутствием данных современных высокоточных геохимических методов исследования. При проведении исследований будут применяться высокоточные современные методы анализа руд, пород и минералов, что позволит получить большое количество новых данных, которые, в свою очередь, лягут в основу физико-химического моделирования процессов рудообразования. Использование методов геохронологии позволит надежно обосновывать временную связь периодов магматической и тектонической активности регионов с этапами металлогенического развития. Кроме того, актуальность проекта определяется необходимостью развития поисковых критериев рудных месторождений. Так, для дальнейшего успешного развития горно-геологической отрасли в России (как, впрочем, и во всем мире) необходима разработка нового комплекса методик поиска и прогноза месторождений полезных ископаемых, основанных не на комплексе эмпирических признаков, а на результатах фундаментальных научных исследований. Научной базой для решения этой проблемы может стать серия согласованных с геологической, петрологической и физико-химической точек зрения генетических моделей наиболее перспективных типов месторождений. Применение современных высокоточных методов анализа минералов ляжет в основу разработки новых поисковых критериев рудных месторождений различных формационных типов.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  В рамках разработки и апробации прогнозно-поисковых критериев на Cu-Mo-порфировое оруденение; а также использование вещественных характеристик самородного золота и шеелита из шлиховых потоков для прогнозирования областей коренного залегания руд, будет продолжено научное и научно - техническое сотрудничество с группами компаний «Норникель» и «Полюс».
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Коллектив исполнителей имеет большой опыт и научный задел по теме исследований, запланированных в настоящем проекте. Такие исследования проводились авторами по Интеграционным проектам Президиумов РАН и СО РАН, ОНЗ РАН, инициативных проектов РФФИ, совместных международных проектов с научными и производственными организациями Монголии, Вьетнама, Китая, Марокко и др. Тематика проектов охватывала следующий круг проблем:
  1) геохронология процессов магматизма и рудообразования;
  2) рудно-магматические системы и факторы их рудопродуктивности;
  3) термобарогеохимия процессов магмо- и рудообразования;
  4) геологические и физико-химические критерии прогноза и поисков различных типов оруденения. Главные результаты, формирующие научный задел коллектива, следующие:
  1. На основе анализа геологических данных и проведения изотопно-геохронологических исследований (U-Pb, Ar-Ar, Sm-Nd, Re-Os методы) будет проведена корреляция магматических и рудных комплексов, установлены пространственно-временные и генетические связи оруденения с базитовым и внутриплитным гранитоидным магматизмом.
  2. Оценена роль рифтогенных и рифтогенно-сдвиговых структур в области влияния Сибирского мантийного плюма в развитии разных типов рудномагматических систем и определена их длительность, направленность и этапность. Определены особенности эволюции процессов магматизма и рудообразования в рифтогенных и рифтогенно-сдвиговых структурах.
  3. Построены оригинальная теория тепломассопереноса в гетерофазных компактируемых средах и оригинальные численные схемы для описания динамики межфазных взаимодействий в применении к изучению литосферной мантии под кратоном Сибирской платформы.
  4. Разработаны программные комплексы для анализа динамики насыщенных пористых сред (Porodynamics), нестационарной динамики гетерофазных компактирующих сред (MAix-2V), крупномасштабной динамики верхней мантии и литосферы (MAix-2D), .термобарометрии (Ter55).
  5. Проведена типизация рудно-магматических систем по составу рудоносного магматизма в локальных структурах орогенных поясов и на основе изотопно-геохронологических, минерало-геохимических и изотопно-геохимических (Sr-Nd-Pb) исследований установлена длительность и этапность процессов магматизма и рудообразования для отдельных рудно-магматических систем (Cu-Mo(Au)-порфировых, Au, Au-Ag, золото-сульфидных (Au-As), Cu-Pb-Zn и редкометалльных), а также при формировании крупных и уникальных месторождений (на примерах месторождений Забайкалья, Центрально-Алданского рудного района, Камчатки, Горного и Рудного Алтая).
  6. Определены физико-химические условия формирования комплексного оруденения на W-Mo, Sn-W редкометальных грейзеновых; золото-сульфидно-кварцевых; скарновых и Cu-Mo-порфировых месторождениях, а также Ag-Pb, Au-Ag, Sb и Hg. Оценено участие в рудообразовании окисленных флюидов (присутствие во включениях Sсамор., аниона SO42-, H2S; присутствие в рудах сульфатов, выявление реакционных минеральных парагенезисов в комплексных рудах и т.д.).
  7. Определены и сопоставлены солевой состав и металлоносность восстановленных и окисленных рудообразующих флюидов, определены особенности состава соответствующих минеральных парагенезисов.
  8. Методами термобарогеохимии исследован состав и металлоносность расплавных и флюидных включений в минералах (апатит, сфен, циркон и др.) порфировых и щелочнобазитовых пород, синхронных с процессами рудообразования.
  9. Выявлены особенности состава природных халькогенидов системы Ag-Cu-S-Te ряда эпитермальных месторождений Северо-Востока РФ. На основе минеральных буферных ассоциаций оценены физико-химические параметры рудообразования (Т, lg fS2, lg fTe2), проведено сравнение с другими месторождениями, содержащими халькогениды серебра и меди.
  10. На основании анализа твердого вещества и растворов в вулкано-гидротермальных системах, а также физико-химического моделирования описаны механизмы поступления вещества (в том числе рудных компонентов) в конкретные газогидротермы. Выявлены наиболее значимые структурные особенности флюидопроводников и их влияние на состав рудоносных флюидов. Определены зоны формирования фазовых барьеров, играющих ведущую роль в рудоотложении.
  9. Изучены условия миграции и аккумуляции золота в основных “россыпеобразующих” ландшафтах Сибири (от среднегорных до предгорных и равнинных) с целью прогнозирования его коренных источников. Для разных ландшафтно-климатических зон определены закономерности миграции урана и тяжелых металлов в гипергенных системах.
  
  
• Исполнители: Калинин Юрий Александрович, Пальянова Галина Александровна, Борисенко Александр Сергеевич, Артамонова Светлана Юрьевна, Гаськов Иван Васильевич, Гаськова Ольга Лукинична, Шарапов Виктор Николаевич, Ащепков Игорь Викторович, Богуславский Анатолий Евгеньевич, Неволько Петр Александрович, Синякова Елена Федоровна, Сухоруков Василий Петрович, Боровиков Андрей Александрович, Мазуров Михаил Петрович, Гора Марина Павловна, Житова Людмила Михайловна, Колпаков Владислав Владимирович, Берзина Анита Николаевна,  Перепечко Юрий Вадимович, Редин Юрий Олегович, Рябов Виктор Владимирович, Светлицкая Татьяна Владимировна, Шевко Артем Яковлевич, Шевко Елизавета Павловна, Фоминых Павел Андреевич, Греку Евгений Дмитриевич, Имомназаров Шерзад Холматжонович, Федосеев Гелий Сергеевич, Беляева Татьяна Владимировна, Сорокин Константин Эдуардович, Гимон Виктор Олегович.
  
  
• Отчеты:
  За 2022 год - Регистрационный номер: 223031400015-1.
  За 2023 год - Регистрационный номер: 224020600590-4.
  За 2024 год - Регистрационный номер: 225020709301-5.

Петрология и рудный потенциал магматических формаций внутриплитных, надсубдукционных и аккреционно-коллизионных обстановок Центрально-Азиатского складчатого пояса и Сибирского кратона

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0027
• Номер государственного учета: 122041400044-2
• Руководитель: член-корреспондент РАН Николай Николаевич Крук
• Лаборатория: Петрологии и рудоносности магматических формаций
  
  
• Цель научного исследования: 
  На основе исследования геологической позиции, вещественного состава и возраста габбро-гранитоидных интрузивных магматических комплексов и вулканических серий Сибирского кратона и Центрально-Азиатского складчатого пояса установить главные рубежи и масштабы их проявления, формационную принадлежность, обосновать модели формирования, оценить их рудный потенциал и факторы его реализации.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  Задачи группируются в три взаимосвязанных и дополняющих друг друга блока.
  Блок 1 - магматизм крупных изверженных провинций (LIP) Сибирской платформы и Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП). Блок 2 - петрогенетические особенности, состав первичных магм, геохимические типы их источников, условия магмагенерации в «типовых» геодинамических режимах. Блок 3 –рудный потенциал магматических формаций и факторы его реализации, этапы рудообразующих процессов, продуцирующих месторождения Cu-Ni, Au, ЭПГ, Sn, Ta, Nb, Li.
  В 2025 г. планируется:
  1.1 Определить геологическое положение, особенности состава и происхождения базитовых ассоциаций ЮЗ окраины Сибирской платформы.
  1.2 Провести корреляцию масштаба, состава и источников пермского магматизма Азии для оценки роли плейт- и плюмтектонических факторов.
  1.3 установить соотношения магматических ассоциаций (D1), связанных с Алтайской LIP и Алтайской АКО, реконструировать эволюцию источников первичных магм при интерференции геодинамических режимов.
  2.1 Провести геохимическую и изотопную систематику V-PZ1 гранитоидных ассоциаций Тувы с оценкой P-T условия формирования и кристаллизации магм, составов магмообразующих субстратов.
  2.2 Изучить геологическую позицию, возраст, геохимию ключевых надсубдукционных комплексов Тянь-Шаня для определения источников и эволюции расплавов.
  2.3 Определить этапы эндогенной активности, объемы магматизма и петрогенетические механизмы мантийно-корового взаимодействия для эпох взаимодействии мантийных плюмов с литосферой складчатого сооружения.
  3.1 Показать генетические различия рудных тел и определить условия формирования руд Октябрьского месторождения на основе типоморфных особенностей рудных ассоциаций и разнонаправленных эволюций рудоформирующих систем.
  3.2 Установить источники расплавов и механизмы формирования MZ редкометальных гранитоидов Сихотэ-Алиня.
  В 2026 г. предполагается:
  1.1 Систематизировать данные по геологическому положению, возрасту, составу и геохимическим характеристикам пород PR дайковых комплексов и интрузивов юга Сибирского кратона.
  1.2 Обосновать правомерность выделения PZ1 LIP в ЦАСП, проявившейся в результате интерференции аккреционно-коллизионных обстановок и мантийного плюма.
  1.3. Реконструировать динамику эволюции магматизма (D1) Алтайской LIP.
  2.1 Определить геологическое положение, петрогенезис и геодинамические обстановки формирования базитовых ассоциаций, входящих в состав надсубдукционных и рифтогенных комплексов западной части ЦАСП.
  2.2 Определить главные рубежи, масштабы и геодинамические условия проявления гранитоидного магматизма, закономерности изменения состава и источников магм в ЦАСП (АССО, домезозойские блоки Южного Приморья, Казахстан).
  3.1 Разработать генетическую модель формирования минералого-геохимической зональности основного рудного горизонта ЭПГ-Cu-Ni месторождений норильского типа.
  3.2 Установить геодинамическую природу, источники магм и факторы реализации рудоносного потенциала в эталонных редкометалльно-гранитных системах.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  К концу 2025 года в рамках проекта планируется достижение следующих результатов:
  По блоку 1
  1. Будет дана характеристика химического и изотопного Nd состава палеопротерозойских базитовых ассоциаций Бирюсинского блока ЮЗ окраины Сибирской платформы и оценен вклад различных мантийных источников в их формирование.
  2. На основе анализа данных о составе и масштабах раннепермского магматизма в западной части Центральной Азии будут установлены главные закономерности взаимодействия Таримского плюма с литосферой позднепалеозойских складчатых сооружений ЦАСП.
  3. Будут выявлены пространственно-временные соотношения раннедевонских магматических ассоциаций, связанных с эволюцией Алтае-Саянской LIP и Алтайской активной континентальной окраиной в Алтайском секторе Центрально-Азиатского складчатого пояса, установлен характер и определены причины вариаций источников первичных магм и характера их эволюции при интерференции геодинамических режимов.
  По блоку 2.
  1. Будут выполнены геохимические, Sm-Nd, Rb-Sr и Pb-Pb изотопно-геохимические исследования венд-раннепалеозойских гранитоидных ассоциаций западной части Каахемского батолита (Восточная Тува), что позволит выяснить P-T условия формирования гранитоидов, становление которых происходило в островодужной и аккреционно-коллизионной геодинамической обстановке. На основе Sm-Nd изотопных исследований (валовые пробы) и Pb-Pb изотопных исследований будет проведена изотонная систематика гранитоидов различных возрастных уровней Каахемского батолита, а также дана оценка состава и соотношение магмообразующих субстратов (мантийных и коровых), ответственные за формирование исходных расплавов гранитоидов на различных геодинамических этапах развития региона. Вместе с тем, эти исследования позволят провести корреляцию Nd-Pb изотопно-геохимических параметров раннепалеозойских гранитоидов Восточной Тувы, с аналогичными по возрасту и геодинамической позиции гранитоидами Западного Сангилена (Юго-Восточная Тува) и Западной Монголии (Озерная зона). оценить объёмы корово-мантийного взаимодействия и влияния ювенильных и древних коровых источников на изотопные характеристики исходных расплавов, в сравнении с гранитоидами АССО.
  2. Будут определены рубежи главных этапов магматизма, условия петрогенезиса магматических и осадконакопления терригенных пород, тип мантийного источника магм (ювенильный, рециклированный, смешанный), возраст пород в питающей провинции песчаников и нижняя граница осадконакопления обломочных пород, тектонические обстановки проявления магматизма и осадконакопления (для терригенных пород). Будут подготовлены публикации по геологическому положению, возрасту, составу и изотопной систематике магматических и терригенных пород в составе офиолитовых ассоциаций, аккреционных и надсубдукционных комплексов Южного и Северного Тянь-Шаня
  3. Будут выявлены эндогенной активности, объемы магматизма и петрогенетические механизмы мантийно-корового взаимодействия при для эпох взаимодействии Таримского и Сибирского мантийных плюмов с литосферой складчатого сооружения на территории Восточного Казахстана и южного обрамления Сибирского кратона.
  По блоку 3.
  1. В результате комплексного исследования двух рудных тел средней части Октябрьского месторождения будут выявлены физико-химические условия образования рудных парагенезисов, определен тип исходных магм, из которых образовались вкрапленные и массивные руды, реконструирована роль процессов кристаллизационной дифференциации и ликвации в образовании руд.
  2. Будет представлена детальная характеристика экзоконтактовых «медистых» руд Октябрьского месторождения Хараелахской интрузии. Будут определены условия их формирования, установлена природа руд (магматические или метасоматические), будут оценены возможный состав и флюидонасыщенность исходного рудоносного расплава.
  3. Будут установлены источники расплавов и механизмы формирования позднемезозойских редкометальных гранитоидов Сихотэ-Алиня, в том числе – оценен вклад мантийных расплавов и флюидов в их формирование.
  В ходе выполнения проекта в 2026 г. предполагается получение следующих результатов:
  По блоку 1.
  1. Будет уточнен возраст, определены составы и источники родоначальных магми протерозойских дайковых поясов и рудоносных (Cu-Ni-ЭПГ) юга Сибирского кратона. Сопоставление данных по разновозрастным интрузиям региона позволит диагностировать магматические комплексы, образование которых связано с активностью мантийных плюмов.
  2. Будет обосновано выделение крупной изверженной провинции на кембро-ордовикском рубеже геологической эволюции ЦАСП, установлены диагностические признаки LIP, сформированных в результате интерференции аккреционно-коллизионных геодинамических обстановок и активности мантийного плюма.
  3. Будет реконструирована эволюция магматизма раннедевонской Алтае-Саянской крупной изверженной провинции в западной части АССО, определены механизмы плюм-литосферного взаимодействия, установлена специфика магматических ассоциаций, образующихся в условиях интерференции окраинно- и внутриконтинентальных режимов.
  По блоку 2.
  1. Будут установлены специфика вещественного состава, определены масштабы и реконструированы источники щелочного и щелочно-гранитоидного магматизма Чингиз-Тарбагатая, на этой основе будет расшифрована специфика эволюции Чингиз-Тарбагатайской окраины Казахстанского континента в палеозое.
  2. На основе синтеза данных по магматическим и осадочным породам будет выполнена реконструкция характера магматических дуг, сформированных на разных этапах эволюции западной части Палеоазиатского океана: классифицированы магматические и обломочные породы, проведено их сравнение, определен тип мантийных источников магматических пород, определен тип магматических протолитов обломочных пород в области сноса, установлена геодинамическая природа конвергентных границ (внутриокеаническая или окраинно-континентальная) Палеоазиатского океана в раннем-среднем палеозое.
  3. Для рифтогенных базитовых комплексов на основании минерального состава вкрапленников будут получены физико-химические параметры промежуточных магматических очагов
  4. Будут определены главные рубежи, масштабы и геодинамические условия проявления палеозойского гранитоидного магматизма, закономерности изменения состава и источников магм в ключевых магматических поясах Центрально-Азиатского подвижного пояса (Западный Саян, Тува, Казахстан, домезозойские блоки Южного Приморья) и мезозойского магматизма Монголо-Охотского подвижного пояса, реконструирована динамика формирования и эволюции литосферы изученных регионов в контексте их тектонической эволюции (с учетом масштабов и специфики мантийно-корового взаимодействия, оценки роли плейт – и плюмтектонических режимов).
  По блоку 3.
  1. Будет выявлены петрологические и минералого-геохимические особенности опорных разрезов месторождения Норильск-1, Хараелахской и Талнахской интрузий, установлены их общие черты и индивидуальные различия, диагностированы главные факторы, определяющие индивидуальность изученных интрузий.
  2. Будут определены механизмы и условия образования прожилково-вкрапленных «медистых» руд в месторождениях Норильской группы.
  3. Будут определены главные факторы реализации рудоносного потенциала редкометалльно-гранитных магм в структурах Центральной и Восточной Азии (Sn, W, Li).
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Изучение механизмов формирования и закономерностей эволюции магматических комплексов и слагающих их пород, оценка их рудоносного потенциала и главных факторов его реализации – одна из важнейших составляющих геологической науки, имеющая как фундаментальное так и прикладное значение. В фундаментальном плане актуальность предлагаемых исследований определяется неразрывной связью магматизма и эволюции литосферы. Процессы частичного плавления в мантии и коре, сегрегация магм и подъем их к поверхности планеты являлись ведущим механизмом дифференциации вещества Земли и обеспечивали эффективный транспорт из недр к поверхности как тепловой энергии, так и летучих компонентов, что привело в конечном итоге к формированию атмосферы и гидросферы. На всех этапах существования нашей планеты магматическая активность сопровождала (а нередко и определяла) все главные эволюционные и катастрофические изменения. Таким образом исследование процессов формирования и эволюции магм является ключом к пониманию геологической истории Земли.
  Прикладной аспект поставленной проблемы обусловлен связью с проявлениями магматической активности подавляющего большинства рудных месторождений, обеспечивающих существование человеческой цивилизации. На рубеже II и III тысячелетий бурный научно-технический прогресс и связанные с ним изменения в мировом экономическом укладе обусловили резкое расширение перечня рудных компонентов, используемых в промышленности, и существенное изменение структуры их потребления. Это обусловило необходимость наращивания сырьевой базы целого ряда элементов, ранее имевших ограниченное использование, и поставило вопрос о разработке нового поколения методик прогноза и поиска месторождений новых и нетрадиционных типов. Особенно остро этот вопрос стоит в Российской Федерации, геологическая служба которой была почти полностью разрушена в ходе постсоветских реформ.
  В рамках предлагаемого проекта решение вопросов петрогенезиса и рудоносности магматических ассоциаций планируется на примере Сибирской платформы и Центрально-Азиатского складчатого пояса. Эти сопряженные в пространстве геологические структуры фиксируют практически полную летопись эндогенных событий (от архея до современности), характеризуются многократной сменой тектонических режимов, каждый из которых сопровождался специфическим набором магматических ассоциаций. Это дает возможность найти эталонные объекты и полигоны для решения всех поставленных в проекте задач.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Исполнители проекта имеют тесные научные связи с Восточно-Казахстанским техническим университетом им. Д. Серикбаева, Усть-Каменогорск, Республика Казахстан (совместные экспедиционные исследования в Восточном Казахстане, подготовка публикаций), Институтом геологии им. М.М. Адышева Национальной Академии наук Кырзызской Республики, г Бишкек (совместные полевые исследования на Тянь-Шане, аналитические исследования, подготовка совместных публикаций), Юго-Западным университетом Жатонг, г. Чэнду, Китай (совместные аналитические исследования магматических и терригенных пород западной части ЦАСП), Геологическим институтом РАН, Москва (совместные полевые работы в Казахстане)с Казанским (Приволжским) федеральным университетом (аналитические исследования), Геологическим институтом СО РАН, Улан-Удэ (совместные полевые работы, аналитические исследования), Институтом геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, Иркутск (совместные полевые работы, аналитические исследования, подготовка публикаций), Дальневосточным геологическим институтом ДВО РАН, г. Владивосток (совместные полевые работы, аналитические исследования, подготовка публикаций).
  Также налажено постоянное взаимодействие с сотрудниками ГЕОХИ РАН, ИГЕМ РАН, ИГГД РАН, ИГГ УрО РАН, ГИ КНЦ РАН, ГИ им. А.П. Карпинского, НГУ, СПБГУ, с которыми исполнители проекта постоянно обсуждают полученные результаты и публикуют совместные статьи.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Руководитель и ключевые исполнители проекта уже более 20 лет ведут систематическое изучение петрологии и рудоносности магматических ассоциаций Центральной и Юго-Восточной Азии, являются знатоками магматической геологии региональных структур, в которых будет сконцентрирован основной объем работ, предполагаемых проектом. На большинстве эталонных полигонов уже проведены рекогносцировочные исследования, получены геологические наблюдения и коллекции каменного материала, необходимые для начала работ по проекту.
  Авторский коллектив имеет достаточную квалификацию для решения задач, поставленных проектом. За последние годы руководителем и ответственными исполнителями проекта получен ряд серьезных результатов в области петрологии и рудоносности магматических ассоциаций.
  В области изучения магматизма крупных изверженных провинций авторами проекта обосновано наличие в Центральной Азии Таримской LIP позднекаменноугольно-раннепермского возраста (Борисенко и др., 2006), показана синхронность магматизма Сибирской LIP на кратоне и в его складчатом обрамлении (Gavriyshkina et al., 2018), обоснована методика выделения центров крупных изверженных провинций на основе оценки степеней плавления в мантии и содержаний ЭПГ в породах базит-ультрабазитовых ассоциаций, доказана связь ряда расслоенных базит-ультрабазитовых массивов с Cu-Ni-ЭПГ оруденением на Сибирской платформе с магматизмом LIP. В области изучения источников, механизмов формирования и путей эволюции мантийных и коровых магм в «типовых» в геодинамических режимах реконструированы (на примере Алтая и Сихотэ-Алиня) источники и механизмы формирования габбро-гранитных серий и гранитоидных комплексов в режимах АКО Андского (субдукционный режим) и Калифорнийского (трансформный режим) типов, показано различие источников и механизмов генерации кремнекислых магм (Крук и др., 2014, 2015, 2018). Обоснована индикаторная роль габбро-гранитных серий при палеотектонических реконструкциях (Владимиров и др., 2013). Приведена комплексная характеристика магматических пород ряда аккреционных комплексов Центральной Азии и показана их принадлежность к внутриокеаническим и окраинно-континентальным (надсубдукционным) образованиям (Safonova et al., 2018, 2019, 2020, 2022). На примере Тувы и Озерной зоны Западной Монголии обоснованы источники высоко- и низкоглиноземистых плагиогранитоидов в венд-кембрийских океанических дугах (Руднев и др., 2019, 2020, 2022, 2023). На примере Ольхонского региона предложен новый метод обоснования комагматичности плутонических и вулканических комплексов, позволяющий корректно выделять вулканоплутонические ассоциации (Лавренчук и др., 2019). Получены новые данные о магматизме и эволюции литосферы юго-западной окраины Сибирского кратона в архее – палеопротерозое (Туркина и др., 2019; Turkina et al., 2020, 2023). Обоснована синколлизионная природа перидотит-габбровых интрузивных серий в аккреционно-коллизионных структурах Западной Монголии (Izokh et al., 2019) и Восточного Казахстана (Khromykh et al., 2019). Рассмотрены особенности базальтового и кремнекислого вулканизма на Алтайской активной окраине Сибирского континента в средне палеозое (Куйбида и др., 2019; Kuibida et al., 2020) и на поздних этапах эволюции Алтайской аккреционно-коллизионной системы (Хромых и др., 2020). Получены данные о длительности, этапности, составе и петрогенетических механизмах формирования крупных массивов гранитоидов в пост-орогенных и внутриплитных обстановках для Восточного Казахстана (Хромых и др., 2016; Котлер, 2017; Kotler et al., 2021) и Горного Алтая (Gavryushkina et al., 2019).
  В области исследования потенциальной рудоносности магматических комплексов и определения факторов ее реализации доказано наличие в составе интрузии Норильск-I двух самостоятельных расслоенных серий, отличающихся параметрами кристаллизации и характером ассоциирующего оруденения. Показаны закономерности распределения вкрапленных сульфидов в расслоенных сериях пород, в средней части интрузии Норильск 1, проведено исследование хромшпинелидов из платиноносного рифа в верхней контактовой зоне (Tolstykh et al., 2020a). Представлены новые геохимические и минералогические данные по рудному телу Южная-2 в Юго-Западной ветви Талнахской интрузии (Tolstykh et al., 2020b). В пределах Хангайского нагорья (Западная Монголия) исследованы мафит-ультрамафитовые массивы с PGE-Cu-Ni-минерализацией (Шаповалова и др., 2019; Shapovalova t al., 2020, Shelepaev et al.,2023). Предложена модель формирования Калгутинской рудно-магматической системы с Mo-W минерализацией (Владимиров и др., 2019). Обобщены данные по минеральному состав и возрасту редкометалльных пегматитов, связанных с гранитоидами Калбинского батолита, Восточный Казахстан (Khromykh et al., 2020). Рассмотрены особенности "внепегматитового" Li-F оруденения в Восточном Казахстане (Анникова и др., 2019), установлены закономерности эволюции редкометалльно-гранитных магм в Sn-W-носных системах Сихотэ-Алиня (Крук и др., 2022, Гаврюшкина и др., 2023)
  Коллектив обладает опытом работы с новыми минералами золота и платиноидов, так в 2023 г был открыт ауроселенид AuSe, обнаруженный на эпитермальном Au-Ag месторождении Малетойваям (Камчатка) в виде ангедральных и каплевидных зерен до 50 мкм, включенных в самородное золото. Нигде в мире до этого не встречался. Находится в ассоциации с другими новыми Au-минералами: твердыми растворами малетойваямит-толстыхит Au3Te6(Se,S)4 и гачингитом Au(Te,Se) (Tolstykh et al., 2023).
  Коллектив имеет в распоряжении широкий спектр экспедиционного снаряжения и оборудования для полевых работ, современные петрографические микроскопы Carl Zeiss (2 шт). Основной объем аналитических исследований планируется выполнять в ЦКП многоэлементных и изотопных исследований (ИГМ СО РАН). Руководитель и исполнители проекта имеют прочные связи с научными организациями в России и за рубежом, что позволяет на договорной основе выполнять недоступные в ИГМ аналитические исследования (пламенная фотометрия; Sm-Nd, Lu-Hf изотопия; изотопия O в силикатах, U-Pb датирование (SHRIMP)).
  
  
• Исполнители: Изох Андрей Эмильевич, Хромых Сергей Владимирович, Толстых Надежда Дмитриевна, Туркина Ольга Михайловна, Сафонова Инна Юрьевна, Шелепаев Роман Аркадиевич, Анникова Ирина Юрьевна, Бородина Евгения Викторовна, Вишневский Андрей Владиславович, Гаврюшкина Ольга Александровна, Васюкова Елена Александровна, Гусев Виктор Александрович, Егорова Вера Вячеславовна, Котлер Павел Дмитриевич, Куйбида Максим Леонидович, Лавренчук Андрей Всеволодович, Подлипский Максим Юрьевич, Руднев Сергей Николаевич, Шелепов Ярослав Юрьевич, Михеев Евгений Игоревич, Нарыжнова Анна Викторовна, Волосов Алексей Сергеевич.
  
  
• Отчеты:
  За 2022 год - Регистрационный номер: 223031400021-2.
  За 2023 год - Регистрационный номер: 224020600843-1.
  За 2024 год - Регистрационный номер: 225021009456-6.

Типы алмазоносных пород Сибирской платформы в геологическом времени и пространстве: причины вариаций интенсивности их проявлений и алмазоносности

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0030
• Номер государственного учета: 122041400157-9
• Руководитель: академик РАН Николай Петрович Похиленко
• Лаборатории: Литосферной мантии и алмазных месторождений; Экспериментальной петрологии и геодинамики
  
  
• Цель научного исследования: 
  Изучение процессов формирования и петролого-геохимических характеристик алмазоносных пород Сибирской и других древних платформ; выявление причин вариаций интенсивности их проявлений и алмазоносности в различные временные периоды в различных блоках литосферы; фундаментальные основы прогнозирования алмазоносных пород.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  2025
  1. Обоснование новой парадигмы алмазоносности Сибирской платформы. Комплексное изучение типов алмазоносных пород в геологическом пространстве и времени, в том числе докембрийские типы коренных источников алмазов и их распределение на Сибирской платформе на основе материала с площадей выхода докембрийского основания. Изучение характера разновозрастных кимберлитовых полей на территории Сибирской платформы: выяснение причин вариаций состава и алмазоносности одновозрастных и разновозрастных кимберлитов и интенсивности их проявлений в разных блоках платформы в связи с процессами эволюции строения и состава литосферной мантии и характера процессов в зоне взаимодействия литосфера-астеносфера. Выяснение характера форм отражения присутствующих в регионах кимберлитовых полей различных возрастов и степени алмазоносности в разновозрастных осадочных коллекторах, в том числе на основе разработанных схем парагенетического разделения мантийных и коровых гранатов и клинопироксенов.
  2. Изучение особенностей эволюции состава ультрадеплетированных и вторично обогащенных пород нижних уровней литосферной мантии зоны стабильности алмаза и зоны взаимодействия литосфера-астеносфера. Исследование характеристик литосферной мантии района Архангельской алмазоносной провинции на основе изучения ксенолитов и ксенокристов мантийных пород из кимберлитов, изучение цирконов из кимберлитов района для выявления этапов образования и преобразования нижней коры района. Экспериментальная петрология ультраосновных пород (ксенолиты кимберлитовых трубок Сибирской платформы) – моделирование влияния высоких температур и давлений на эволюцию состава пород в вертикальном разрезе литосферной мантии Сибирской платформы.
  3. Изучение водосодержащих силикатов и карбонатов в алмазах Сибирской платформы. Изучение изотопного состава кислорода и воды в оливинах из алмазов Сибирской платформы. Изучение редкоэлементного состава хромшпинелидов в алмазах из кимберлитов Сибирского и Восточно-Европейского кратонов. Изучение оптических и физических свойств алмазов из кимберлитов Снэп-Лейк (Канада). Экспериментальное изучение условий кристаллизации алмазов в условиях восстановленных доменов мантии Земли. Экспериментальное изучение особенностей образования хромистых пиропов перидотитовой ассоциации при РТ-параметрах области устойчивости алмаза в условиях присутствия флюида, обогащенного редкоземельными элементами. Экспериментальное исследование при высоких Р-Т параметрах особенностей постростовых изменений алмазов в условиях восстановленной мантии (эксперимент и природный материал). Растворение, гидрогенолиз, графитизация алмазов в условиях низкой фугитивности кислорода.
  4. Вариации химического и изотопного составов карбонатов в кимберлитах и мантийных ксенолитах Сибирского кратона. Особенности составов и эволюции расплавов лампроитов кратона Каапвааль, онтогения оливина. Изучение изотопно-геохимического состава кимберлитов трубки Ломаносовская Архангельской алмазоносной провинции.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  В целом по проекту планируется получить общие результаты, касающиеся структуры, строения и изменения во времени литосферной мантии Сибирского кратона в сравнении с характеристиками некоторых других древних платформ. Эти результаты будут включать данные по теоретическому и экспериментальному изучению происхождения алмазов различных типов и сопутствующих мантийных минералов, а также доставляющих их на поверхность кимберлитовых магм.
  Практическая значимость результатов состоит в том, что на основе синтеза этих данных с разрабатываемой в проекте новой парадигмой алмазоносности Сибирской платформы будет возможно выяснение причин вариаций состава и алмазоносности одновозрастных и разновозрастных кимберлитов и интенсивности их проявлений в разных блоках платформы, и, как следствие, выявление перспективных на коренные алмазные месторождения площадей.
  В 2025 году планируется получить следующие результаты:
  Будут обоснованы положения новой парадигмы алмазоносности Сибирской платформы на основе комплексного изучения типов алмазоносных пород в геологическом пространстве и времени, в том числе докембрийских типов коренных источников алмазов и их распределения на Сибирской платформе на основе материала с площадей выхода докембрийского основания платформы. Изучение характера разновозрастных кимберлитовых полей на территории Сибирской платформы позволит выяснить причины вариаций состава и алмазоносности одновозрастных и разновозрастных кимберлитов и интенсивности их проявлений в разных блоках платформы в связи с процессами эволюции строения и состава литосферной мантии и характера процессов в зоне взаимодействия литосфера-астеносфера. Будет определен характер форм отражения присутствующих в регионах кимберлитовых полей различных возрастов и степени алмазоносности в разновозрастных осадочных коллекторах, в том числе на основе разработанных схем парагенетического разделения мантийных и коровых гранатов и клинопироксенов.
  2. Будут изучены особенности эволюции состава пород нижних уровней литосферной мантии (ксенолитов деплетированных перидотитов зоны стабильности алмаза и вторично обогащенных перидотитов зоны взаимодействия литосфера-астеносфера). Будут получены характеристики литосферной мантии района Архангельской алмазоносной провинции на основе изучения ксенолитов и ксенокристов мантийных пород из кимберлитов, выявлены этапы образования и преобразования нижней коры района на основе изучения цирконов из кимберлитов района. Исследования в области экспериментальной петрологии ультраосновных пород (ксенолиты кимберлитовых трубок Сибирской платформы) позволят смоделировать влияние высоких температур и давлений на эволюцию состава пород в вертикальном разрезе литосферной мантии Сибирской платформы.
  3. Будут получены уникальные данные о процессах образования алмазов на основе изучения водосодержащих силикатов и карбонатов в алмазах Сибирской платформы, изучения изотопного состава кислорода и воды в оливинах из алмазов Сибирской платформы, изучения редкоэлементного состава хромшпинелидов в алмазах из кимберлитов Сибирского и Восточно-Европейского кратонов. Будет описана онтогеническая история алмазов из кимберлитов Снэп-Лейк (Канада) на основе изучения их оптических и физических свойств. В результате экспериментального изучения кристаллизации алмазов будут определены особенности этих процессов в условиях восстановленных доменов мантии Земли. На основе проведенных экспериментов будут определены особенности образования хромистых пиропов перидотитовой ассоциации при РТ-параметрах области устойчивости алмаза в условиях присутствия флюида, обогащенного редкоземельными элементами, а также особенностеи постростовых изменений алмазов в условиях восстановленной мантии (эксперимент и природный материал), получены уникальные данные по растворению, гидрогенолизу, графитизации алмазов в условиях низкой фугитивности кислорода и петрологии ультраосновных пород (ксенолитов кимберлитовых трубок Сибирской платформы).
  4. Будут определены вариации химического и изотопного составов карбонатов в кимберлитах и мантийных ксенолитах Сибирского кратона, определены особенности составов и эволюции расплавов лампроитов кратона Каапвааль, в том числе описана онтогения оливина. Будет получен изотопно-геохимического состав кимберлитов трубки Ломаносовская Архангельской алмазоносной провинции.
  В 2026 году планируется получить следующие результаты:
  1. На основании комплексного изучения различных типов алмазоносных пород, распространенных в геологическом пространстве и времени на Сибирской платформе, будет выявлен характер и причины вариаций их состава, интенсивности проявлений, алмазоносности и форм отражения в осадочных коллектроах - обоснована новая парадигма алмазоносности Сибирской платформы.
  2. На основе изучения ксеногенного материала из разновозрастных кимберлитов и иных магматитов мантийного происхождения будут получены новые теоретические и экспериментальные данные о процессах эволюции состава пород в вертикальном разрезе литосферной мантии различных районов Сибирской платформы, ее обрамления, а также некоторых других древних платформ
  3. На основании теоретических и экспериментальных исследований алмазов Сибирской платформы будут смоделированы условия их образования и постростовые изменения в условиях восстановленной мантии.
  4. На основании комплексного изучения различных кимберлитов Сибирской платформы, их минерального, геохимического и изотопного состава будут получены уникальные данные о происхождении и эволюции кимберлитовых и протокимберлитовых расплавов.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Комплексное изучение кимберлитов, их алмазов и ксеногенного материала мантийного происхождения дает ценнейшую информацию о процессах генерации расплавов в зоне взаимодействия литосферы и астеносферы, составе, строении и эволюции литосферной мантии древних платформ, образовании алмазов, формировании их месторождений. Все вместе дает фундаментальные основы совершенствования прогнозирования их месторождений. Комплексное изучение импактных пород и алмазов Попигайской астроблемы позволит получить новые знания о характере образования природного наноструктурированного алмаз-лонсдейлитового материала, его характеристиках и возможных областях использования. Данные тематики в настоящее время остается остро-дискуссионными. В последние годы появились новые сенсационные данные по изучению процессов природного алмазообразования, в частности по составам флюидных и минеральных включений в природных алмазах и условиям их образования. Алмазы остаются самым надежным контейнером, доставляющим глубинное вещество из недр Земли. Поэтому исследования летучих компонентов, законсервированных во включениях в алмазе, как литосферных, так и сублитоферных остаются наиболее информативными и их исследование будет актуальным еще многие годы. Актуальность проекта заключается в необходимости получения новых фундаментальных знаний об условиях образования алмаза и его минералов-спутников в мантии Земли, особенно о процессах, связанных с формированием и эволюцией выявленных углеводородных соединений в мантии Земли, а также в субдукционных процессах. Особенно актуальным продолжает оставаться подход, связанный с экспериментальным моделированием при высоких температурах и давлениях кристаллизации алмаза и его минералов-спутников и генерации флюидных систем, содержащихся в законсервированном виде во включениях в алмазах и различных минеральных фазах с использованием современной аналитической аппаратуры изучения компонентного состава флюида. Экспериментальные исследования с помощью техники высокого давления необходимы для расшифровки многих аспектов кристаллизации алмазов, зарождения и эволюции флюидных систем и остаются актуальными в мировой практике. До сих пор остаются открытыми проблемы образования безазотных алмазов, роль гетерогенных алмазообразующих расплавов, образования минералов-спутников алмаза в более глубинных горизонтах планеты и ряд других аспектов.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Совместные работы с Институтом земной коры СО РАН по изучению состава и строения литосферной мантии центрального и северо-восточного районов Сибирской платформы в различное время на основе данных о составе мантийных пород и минералов из кимберлитов.
  Совместные работы с Институтом геологии алмаза и благородным металлов СО РАН по исследованию кимберлитовых пород северного склона Алданской антеклизы.
  Совместные работы с ООО «Арктикгеопоиск» (г. Архангельск) и ФГБУ «ЦНИГРИ» (г. Москва) по изучению характеристик литосферы севера Восточно-Европейской платформы на основании данных по включениям мантийных пород в кимберлитах.
  Совместные работы с АК «АЛРОСА» (г. Мирный) по геохимическим особенностям постмагматического этапа кимберлитогенеза и их прогностическим перспективам.
  Различные совместные аналитические работы с Институтом геологии и геохимии им. академика
  А. Н. Заварицкого Уральского отделения РАН (г. Екатеринбург).
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  На основе детального изучения вариаций составов индикаторных минералов мантийного происхождения в разновозрастных кимберлитах с различными уровнями алмазоносности и составов минеральных включений в алмазах были разработаны минералогические критерии алмазоносности. Они были использованы при прогнозировании и открытии Архангельской алмазоносной провинции, ряда алмазоносных объектов в Якутии, крупного месторождения алмазов и новой провинции в Канаде. Их развитие и совершенствование позволит выявить новые поля алмазоносных кимберлитов на территории Сибирской платформы, включая ее арктические районы.
  Комплексное изучение ксеногенного материала мантийного происхождения из разновозрастных кимберлитов Сибирской платформы позволило выявить признаки различных типов мантийного метасоматоза, а также значительной эволюции состава и строения литосферной мантии Сибирской платформы, связанной с воздействием на глубинные части литосферы Сибирского суперплюма. Использование полученной информации поможет выявить причины вариаций интенсивности проявлений кимберлитового магматизма в пределах Сибирской платформы и различий в уровнях его алмазоносности в различных полях. Было описано состояние мезозойской литосферной мантии северо-востока Сибирской платформы, описаны состав и происхождение келифитовых кайм вокруг гранатов из мантийных перидотитов Сибирской платформы, проведено сравнительное изучение состава расплавов в литосферной мантии под Кольским кратоном.
  На основании изучения природных алмазов, минералов-спутников, ассоциирующих с алмазами Сибирской платформы и экспериментального исследования при высоких РТ параметрах, были смоделированы условия кристаллизации пиропового граната, экспериментально воспроизведены и изучены гранаты, содержащие редкие земли, описано поведение самария в структуре граната; проведены эксперименты по взаимодействию расплава железа с кимберлитом в условиях восстановленной мантии Земли. Описана первая находка калий-содержащего сульфида в ассоциации с другими редкими минералами в виде первичных включений в алмазе из кимберлитовой тр. Удачная. Сделаны выводы о важной роли метасоматических процессов в алмазообразовании. Проведено исследование алмазов различных разновидностей из месторождения Снэп Лейк (Канада), сделаны выводы о происхождении разнообразия алмазов месторождения.
  Впервые получены данные по содержанию примесных элементов в хромшпинелидах, включенных в алмазах и из микроксенолитов ряда кимберлитовых трубок различных районов Якутии, проведено сравнение с россыпными хромшпинелидами, показано, что микропримесный состав хромшпинелидов является петрогенетическим индикатором применимым при поисках алмазов. Впервые описано включение алмаза внутри зерна кимберлитового оливина, которое является уникальным как по условиям образования, так и по возрасту (3,6 млрд лет).
  Экспериментальное изучение кристаллизации алмаза в металл-углеродных системах с добавлением силикатов и серы продемонстрировало совместную кристаллизацию алмаза, силикатных и сульфидных фаз. Впервые в мире синтезированы тяжелые углеводороды в условиях, соответствующих верхней мантии Земли. Проведены экспериментальные исследования при высоких Р-Т по кристаллизации хромистых гранатов с широкими вариациями содержаний CaO и Cr2O3 в системе ультраосновного состава. В исследовании с участием редкоземельных элементов, содержащихся в природном карбонатите, получены новые данные по росту высокохромистого пиропа, содержащего широкий набор редкоземельных элементов. Было показано, что в системе, аналогичной природному перидотиту в присутствии водного флюида, обогащенного РЗЭ, кристаллизуется субкальциевый хромистый гранат, содержащий РЗЭ в количестве до 7 мас.%; выяснено, что количество катионов VI[B3++Ti4+] имеет отчетливую обратную корреляцию с суммарным количеством РЗЭ.
  
  
• Исполнители: Похиленко Николай Петрович, Афанасьев Валентин Петрович, Чепуров Анатолий Ильич, Сонин Валерий Михайлович, Головин Александр Викторович,  Логвинова Алла Михайловна, Тычков Николай Сергеевич, Чепуров Алексей Анатольевич, Агашев Алексей Михайлович, Агашева Елена Владимировна, Похиленко Людмила Николаевна, Жимулев Егор Игоревич, Бабич Юрий Васильевич, Иванова Оксана Александровна, Серебрянников Алексей Олегович, Ильина Ольга Владимировна, Лин Владимир Валерьевич, Барабаш Екатерина Олеговна, Грязнов Иван Александрович, Туркин Александр Иванович, Карпович Захар Алексеевич, Муравьева Елена Андреевна, Минин Владимир Алексеевич.
  
  
• Отчеты:
  За 2022 год - Регистрационный номер: 223031400011-3.
  За 2023 год - Регистрационный номер: 224020500180-8.
  За 2024 год - Регистрационный номер: 225021009464-1.

Мантийно-коровые флюидно - магматические системы в континентальной и островодужной литосфере, их эволюция и рудоносность (по флюидным и расплавным включениям в минералах и изотопно-геохимическим данным)

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0035
• Номер государственного учета: 122041400312-2
• Руководитель: д.г.-м.н. Томиленко Анатолий Алексеевич
• Лаборатория: Термобарогеохимии
  
  
• Цель научного исследования: 
  Главная цель исследований состоит в реконструкции состава летучих компонентов и окислительно-восстановительного режима минералообразования в литосферной мантии и выяснение условий кристаллизации мантийных базит-ультрабазитовых щелочных магм и флюидизированных магм в окраинно-континентальных и островодужных обстановках, а также условий образования золоторудных месторождений в метаморфических породах
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  В 2025 году планируется решить следующие задачи:
  Блок 1.
  Определить состав и эволюцию флюидов при метаморфизме пород гранулитовой и амфиболитовой фации Енисейского кряжа и Алданского щита с помощью микротермометрии, оптической и сканирующей микроскопии, КР- и ИК-Фурье спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии;
  Блок 2.
  Провести исследование и реконструкцию состава флюидных фаз, участвовавших в эволюции андезитовых магм на примерах островов Онекотан и Кунашир;
  Блок 3.
  Выяснить особенности эволюции состава расплавов и летучих при кристаллизации щелочных вулканитов арыджангской свиты Полярной Сибири (нефелиниты, лимбургиты и мелилититы);
  Блок 4.
  На основе новых керновых материалов определить Р-Т условия и флюидный режим формирования глубоких горизонтов Олимпиадинского золоторудного месторождения; получить новые изотопные характеристики серы сульфидов, углерода и кислорода карбонатов и углерода углекислоты из флюидных включений и оценить рудоносность глубоких горизонтов месторождения;
  Блок 5.
  Провести серию опытов по выращиванию кристаллов кварца, содержащих флюидные включения, в условиях с контролируемым содержанием в ростовой среде органических соединений (антрацен - C14H10 и щавелевая кислота - C2H2O4). Ростовые условия: температуры опытов 400-650°С, давления 0.5 – 1.5 кбар.
  В 2026 году планируется решить следующие задачи:
  Блок 1.
  Определить состав флюидных включений в алмазах из кимберлитовых трубок Якутской алмазоносной провинции и россыпей северо-востока Сибирской платформы с помощью микротермометрии, КР- и ИК-Фурье спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии и провести сравнительный анализ с составами летучих в алмазах из других алмазоносных районов России (Урала, Архангельска) и мира (Индии, Китая, Бразилии, Венесуэлы и др.);
  Блок 2.
  Провести исследование и реконструкцию исходного содержания летучих в базитовых расплавах вулканов Курило-Камчатской островодужной системы (вулкан Харчинский, посткальдерные базиты острова Итуруп, остров Райкоке, неоген-четвертичные базальты о. Кунашир);
  Блок 3.
  Определить физико-химических условия формирования мелилитовых пород массива Кугда, состав исходных магм и их флюидонасыщенность с помощью петрографических, петрохимических, минералогических, микротермометрических, КР-спектроскопических и хромато-масс-спектрометрических исследований;
  Блок 4.
  Обобщить данные о физико-химических условиях формирования золоторудных месторождений Енисейского кряжа, полученные за 2022-2025 г.г. Проанализировать полученные данные, при необходимости дополнить и установить закономерности формирования месторождений с различными запасами золота;
  Блок 5.
  Провести серию опытов по выращиванию кристаллов кварца, содержащих флюидные включения, в условиях с контролируемым содержанием в ростовой среде органических соединений (пентан - C5H12, гексан - C₆H₁₄ и толуол - C₆H₅CH₃). Ростовые условия: температуры опытов 400-650°С, давления 0.5 – 1.5 кбар
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  В 2025 году планируется получить следующие результаты:
  Блок 1.
  Будут получены новые данные о составе флюидов при метаморфизме пород гранулитовой и амфиболитовой фации Енисейского кряжа и Алданского щита;
  Блок 2.
  Будут получены новые данные о составах флюидных фаз и поведении летучих компонентов при подготовке крупных эксплозивных извержений андезитовых магм на примере кальдер островов Онекотан и Кунашир;
  Блок 3.
  Будут выяснены особенности эволюции состава расплавов и летучих при кристаллизации щелочных вулканитов Полярной Сибири;
  Блок 4.
  Будут получены новые термобарогеохимические характеристики флюидов, принимавших участие в формировании глубоких горизонтов Олимпиадинского золоторудного месторождения, и сделан прогноз о рудоносности глубоких горизонтов месторождения;
  Блок 5.
  Будут синтезированы при разных Р и Т параметрах опыта кристаллы кварца с флюидными включениями и определен их состав с помощью микротермометрии, КР- и ИК-спектроскопии и хромато-масс-спектрометрии и будет установлен состав минералообразующей среды и изучена температурная эволюция гидротермальных сред с органическими соединениями (антрацен и щавелевая кислота).
  В 2026 году планируется получить следующие результаты:
  Блок 1.
  Будут получены новые данные о составе флюидных включений в алмазах из кимберлитовых трубок Якутской алмазоносной провинции и россыпей северо-востока Сибирской платформы и проведен сравнительный анализ полученных результатов с данными по составам летучих из алмазов из алмазоносных районов Урала, Архангельска, Индии, Китая, Венесуэлы, Бразилии и др.
  Блок 2.
  Будут получены новые данные об исходном содержании летучих компонентов в базитовых расплавах вулканов Курило-Камчатской островодужной системы;
  Блок 3.
  Будут определены физико-химические условия формирования мелилитовых пород массива Кугда, состав исходных магм и их флюидонасыщенность;
  Блок 4.
  Будут представлены физико-химические параметры формирования (температура, давление, состав) золоторудных месторождений и рудопроявлений на территории Енисейского кряжа. А также будет установлена роль углеводородов в процессе переноса и отложения рудного вещества;
  Блок 5.
  Будут синтезированы при разных Р и Т параметрах опыта кристаллы кварца с флюидными включениями и определен их состав с помощью микротермометрии, КР- и ИК-спектроскопии и хромато-масс-спектрометрии и будет установлен состав минералообразующей среды и изучена температурная эволюция гидротермальных сред с органическими соединениями (пентан, гексан и толуол).
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Одной из фундаментальных проблем современной магматической петрологии по-прежнему является выяснение условий возникновения и эволюции щелочно-ультраосновных карбонатитовых расплавов как на уровне их зарождения, так и в процессе подъема к поверхности Земли. Несомненно, что решению этой проблемы будет способствовать выяснение особенностей, условий и механизма формирования летучих и их роли при формировании щелочно-ультраосновных карбонатитовых комплексов.
  В последнее время проявляется повышенный интерес к проблеме роли флюида в глубинных метаморфических процессах. Вопрос о составе флюида и его эволюции при гранулитовом и амфиболитовом метаморфизме пород земной коры в литературе освещен недостаточно и по-прежнему остается дискуссионным. Экспериментальные данные по минеральным реакциям и плавлению пород показали, что участие флюида создает значительные по масштабам эффекты, причем величина их существенно зависит от состава флюида. Обоснованные оценки РТ-параметров и трактовка теоретических моделей метаморфизма зависят от того, какие источники и какой состав флюида предполагается. Экспериментально также установлено, что наличие флюида весьма существенно сказывается и на скоростях остаточных деформаций минералов и пород. Все это ставит исследование метаморфических флюидов в ряд важнейших геодинамических проблем. Одной из наиболее важных и в то же время дискуссионных проблем метаморфической петрологии является вопрос об источниках и химическом составе флюидов, участвующих в высокотемпературном метаморфизме глубинных частей земной коры.
  Известно, что в углеродисто-терригенных комплексах заключено более половины всех запасов золота России и именно они определяют основной объем добычи этого металла на ближайшие десятилетия. Енисейский кряж является одним из богатейших и стратегически важных золоторудных районов в России. На его территории сконцентрировано огромное количество месторождений с запасами от первых десятков до нескольких сотен тонн золота. Поэтому получение новых данных о генезисе коренных месторождений данного типа на Енисейском кряже и научное обоснование критериев локализации богатого оруденения на основании изучения минералообразующих сред приобретает особое значение, как для фундаментальной науки, так и для поисково-разведочных работ. Использование синтетических флюидных включений, полученных в средах кристаллизации с a priori известным составом, является одним из ведущих методов, позволяющих совершенствовать методики изучения флюидных и расплавных включений в природных минералах. Одной из главных проблем в этой области является способ контролируемого получения включений в средах заданного состава при заданных Р и Т параметрах в разных минералах, используемых при термобарогеохимических исследованиях, что требует изучения процессов роста кристаллов, приводящих к захвату первичных включений, и механизмов их залечивания. Несомненно, важным является так же вопрос о возможности использования содержимого структурных (берилл) и сверхструктурных (турмалин) каналов для реконструкции флюидных режимов процессов минералообразования.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  отсутствует.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Участники предлагаемого проекта в течение ряда лет проводили исследования по выяснению природы, условий возникновения и кристаллизации кимберлитовых магм; геохронологических и физико-химических параметров образования мантийных пород; определению состава мантийных флюидов; петрохимических, геохимических, изотопно-геохимических, геохронологических и физико-химических параметров образования щелочно-ультраосновных мантийных пород, карбонатитов; детальные исследования условий становления очагов и подготовки мощных эксплозивных событий, произошедших на рубеже Плейстоцена и Голоцена на острове Итуруп; участия глубинных магм в развитии кальдеры Медвежьей острова Итуруп и оценки исходных содержаний воды и уровня их дегазации; флюидных включений и изотопно-геохимических характеристик золоторудных месторождений Енисейского кряжа.
  - впервые в природных алмазах из кимберлитовых трубок и россыпей Якутии обнаружены и детально исследованы с помощью микротермометрии, КР- и ИК-спектроскопии и хромато-масс-спектрометрии первичные существенно углеводородные флюидные включения. Показано, что в составе этих включений, наряду с водой, метаном и азотом, присутствуют тяжелые углеводороды вплоть до гексадекана (Томиленко и др., 2016, 2017, 2018; Соболев и др., 2018; Sobolev et al., 2019a, 2019b; Сокол и др., 2020);
  - уникальный состав первичных флюидных включений впервые зафиксирован в одном из типичных округлых алмазов из россыпей Урала. С помощью КР-спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии впервые в первичных флюидных включениях обнаружен твердый азот, что свидетельствуют о высоком остаточном давлении внутри включений, достигающем более 8.5 ГПа при комнатной температуре (Sobolev et al., 2019b);
  - впервые установлено, что при кристаллизации минералов мантийных ксенолитов существенную роль играли углеводороды и их производные. При этом суммарное содержание углеводородов и их производных в минералах мантийных ксенолитов в отдельных случаях даже выше (до 92.6 отн. %) по сравнению с алмазами из кимберлитовых трубок Якутии и россыпей северо-востока Сибирской платформы и Урала; согласно составу летучих и рассчитанной величины отношений [Н/(О+Н) 0.72-0.91] кристаллизация мантийных минералов и алмазов [Н/(О+Н) 0.74-0.93] происходила в достаточно близких окислительно-восстановительных условиях; во всех изученных минералах мантийных ксенолитов в составе летучих было обнаружено более 18 азотсодержащих соединений (амины, амиды, имиды, нитрилы и др.) и более 27 серосодержащих соединений (Н2S, SО2, СS2, С2Н6S2 и ряд тиофенов от 2-метилтиофена С5Н6S до 2-децилтиофена С14Н24S (2022 год);
  - впервые установлено, что окислительно-восстановительная обстановка при кристаллизация поликристаллических алмазов, в целом, была более окисленной по сравнению с условиями кристаллизации монокристаллов алмаза [(Н/(О+Н) 0.49-0.74 и 0.81-0.93, соответственно]. Исследования показали, что кристаллизация поликристаллических алмазов осуществлялась при активном участии флюидов, в составе которых, наряду с водой и углекислотой, важную роль играли углеводороды и их производные, а также азот- и серосодержащие соединения (2023 год);
  - будут получены с помощью микротермометрии, оптической и сканирующей микроскопии, КР- спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии первые данные о составе летучих в алмазах из россыпей Бразилии (площадь Жуина) и Венесуэлы (аллювиальные алмазы, кимберлитовая провинция Гуаниамо) (2024 год);
  - проведены детальные исследования условий становления очагов и подготовки мощных эксплозивных событий, произошедших на рубеже Плейстоцена и Голоцена на острове Итуруп (перешеек Ветровой и кальдера Львиная Пасть) и участия глубинных магм в развитии кальдеры Медвежьей острова Итуруп и оценены исходные содержания воды и уровень их дегазации (Смирнов и др., 2017; Смирнов и др., 2018; Smirnov et al., 2019; Низаметдинов и др., 2019);
  - адаптированы и доработаны методики определения содержания воды в стеклах расплавных включений (Kotov et al., 2017) и определения плотности CO2 в газовой фазе флюидных и расплавных включений (Миронов и др., 2020);
  - сделан вывод, что газовый состав флюидных и расплавных включений в минералах (плагиоклазе и кварце) из пемз крупного кальдерного перешейка Ветрового (о. Итуруп) более разнообразен, чем это показывают результаты КР спектроскопии. В газовой фазе из плагиоклаза установлено от 170 до 206 компонентов, в кварце от 164 до 195 компонентов. Помимо H2O, CO2 и H2S, обнаруженных методом КР спектроскопии, удалось определить содержания большого количества углеводородных соединений, SO2, Ar, N2 и др. газов. В газовой фазе включений установлены углеводородные соединения с Cl, F, Br, B, S и N; состав углеводородной составляющей в магматогенных флюидах перешейка Ветрового на качественном уровне сопоставим с составами фумарольных газов, однако полученные данные показали, что суммарная доля углеводородов в магматогенном флюиде может существенно превышать долю неорганических газов (2022 год);
  - сделан вывод, что при формировании пород посткальдерного этапа вулканизма кальдеры Медвежья (о. Итуруп) в малоглубинных периферических очагах происходило смешение основной магмы с подчиненным количеством кислого расплава (2023 год);
  - будут получены новые данные по составам и эволюции флюидных фаз и расплавов, участвующих в образовании кальдер и экструзий острова Кунашир (2024 год);
  - изучение расплавных и флюидных включений в породах щелочно-ультраосновных карбонатитовых массивов показало, что в их формировании участвуют несколько магм. Было установлено, что в оливинитах Крестовской интрузии оливин начал кристаллизоваться из ларнит-нормативной щелочно-ультрамафитовой (камафугитовой) магмы, существенно обогащенной несмесимыми компонентами при температурах много выше 1230 °С (Панина и др., 2018);
  - на основании изучения расплавных включений было установлено, что кристаллизация калиевых лампрофиров на Томторском массиве происходила из гетерогенной магмы, состоящей из смешанных базитовых расплавов, близких по составу к нефелиновым и лейцитовым мелафонолитам, обогащенным карбонатной составляющей (Панина и др., 2016; 2017);
  - установлено, что монтичеллитовые породы Крестовской интрузии кристаллизовались из высокотемпературных (>1200 ºC), обогащенных летучими компонентами, калиевых камафугитовых и более магнезиальных и глиноземистых натриевых щелочных пикритоидных расплавов на стадии проявления в них силикатно-солевой и многофазной карбонатно-солевой несмесимости; показано, что дуниты кристаллизовались из меланефелинитовой магмы при некотором участии меймечитовых и пикритоидных расплавов в связи с их вероятным подтоком по рифтовым разломам и последующего некоторого смешения (2022 год);
  - установлено, что глубинные мантийные базит-ультрабазитовые магмы Гулинского плутона изначально были обогащены летучими компонентами, среди которых преобладали углеводороды и их производные, а также азот- и серосодержащие соединения, H2O и CO2; Исходя из величины отношения Н/(О+Н) = 0.87, рассчитанной на основании хромато-масс-спектрометрического изучения флюидных и расплавных включений в оливинах, кристаллизация оливина меймечитов происходила в высоко восстановительных условиях (2023 год);
  - на основе комплекса термобарогеохимических методов в совокупности с изотопно-геохимическими данными и результатами хромато-масс-спектрометрического анализа будут определены условия формирования пород ийолит-мельтейгитовой серии и карбонатитов Гулинского щелочно-ультраосновного плутона 2024 год);
  - согласно Ar/Ar данным формирование уникального по запасам золота Олимпиадинского месторождения происходило в период от 817 до 660 млн. лет, т.е. в течение не менее 150 млн. лет (Гибшер и др. 2019);
  - установлено, что образование золотоносных кварцевых жил месторождения Эльдорадо происходило из гетерогенных водно-углекисло-углеводородных флюидов в интервале температур от 180 до 490оС, солености от 9 до 22 мас. % и давлении от 0.1 до 2.3 кбар. (Гибшер и др., 2018);
  - показано, что золото-кварцевые жилы месторождения Панимба сформированы металлоносными Mg-Na-Cl-содержащими водно-углекисло-углеводородными флюидами в интервале температур от 180 до 410 °С и давлений от 0.2 до 3.3 кбар. Возраст гидротермальной золото-сульфидной минерализации месторождения Панимба составляет 817.2 ± 5.3 - 744 ± 17 млн лет (Гибшер и др., 2017);
  - установлено, что кварцево-жильные зоны месторождения Доброе, Енисейский кряж, были сформированы в среднетемпературных условиях (180 – 360 °С), при перепаде давлений 0.2 – 2.6 кбар и умеренной солености от 1.5 до 15.0 мас. % (NaCl-экв.); показано, что минералообразующие флюиды представляли собой сложную многокомпонентную систему: H2O, CO2, алифатические, циклические, кислородсодержащие углеводороды, азот-, серо- и галогенсодержащие соединения, которые потенциально способны транспортировать рудные элементы, в том числе и золото (2022 год).
  - установлено, что формирование Удерейского и Ведугинского золоторудных месторождений Енисейского кряжа происходило при участии водно-углекислотных и углекислотно-углеводородных флюидов в интервале температур 255–330 °С, давлений 0,3–1.1 кбар и минерализации от 6 до 11 мас. % (NaCl–экв.) и 220-480 ⁰С, давлений 0,6 – 1,5 кбар и солености 8,5 – 13,5 мас. %, соответственно (2023 год).
  - проведена серия методических работ по нагреванию и охлаждению флюидных включений, содержащих ортоборную кислоту и щелочно-боратные водные растворы, и разработан метод гомогенизации расплавных включений в автоклаве под давлением воды (Смирнов и др., 2017; Thomas et al., 2017; Thomas, Fursenko, 2018).
  - впервые с использованием газового хромато-масс-спектрометрического анализа был определен состав синтетического флюидного включения в кварце, полученного в эксперименте в системе Н2О-стеариновая кислота (С17Н35COOH) при Т=450 оС и Р=0.5 кбар. Согласно полученного результата анализа в составе синтетического флюидного включения было установлено вода, углекислота, 214 углеводородов и их производных, 26 азотсодержащих соединений и 25 серосодержащих соединений (2022 год).
  - впервые с использованием газовой хромато-масс-спектрометрии был определен состав синтетических флюидных включений в кварцах, полученных в экспериментах при Т=450 оС и Р=0.5 кбар в системах Н2О–антрацен (С14Н10) и Н2О-щавелевая кислота (С2Н2O4). Были установлены, помимо воды и углекислоты, 250 и 226 различных углеводородов и их производных, 43 и 35 азотсодержащих и 13 серосодержащих соединений, соответственно (2023 год).
  - будут синтезированы кристаллы кварца с флюидными включениями и определен их состав с помощью микротермометрии, КР- и ИК-спектроскопии и хромато-масс-спектрометрии и будет установлен состав минералообразующей среды и изучена температурная эволюция гидротермальных сред с органическими соединениями (стеариновая кислота). Ростовые условия: температуры опытов 500-650°С, давления 0.5 – 1.5 кбар (2024 год).
  
  
• Исполнители: Томиленко Анатолий Алексеевич, Смирнов Сергей Захарович, Шарыгин Виктор Викторович, Панина Лия Ивановна, Гибшер Надежда Александровна, Томас Виктор Габриэлевич, Старикова Анастасия Евгеньевна, Кузьмин Дмитрий Владимирович, Шапаренко Елена Олеговна, Низаметдинов Ильдар Рафитович, Бульбак Тарас Александрович, Рокосова Елена Юрьевна, Исакова Александра Тимофеевна, Затолокина Ксения Игоревна, Соколова Екатерина Николаевна, Тимина Татьяна Юрьевна, Фурсенко Дмитрий Александрович, Хоменко Маргарита Олеговна.
  
  
• Отчеты:
  За 2022 год - Регистрационный номер: 223031500014-3.
  За 2023 год - Регистрационный номер: 224020500316-1.
  За 2024 год - Регистрационный номер: 225021009468-9.

Свернуть  

• Детальная стратиграфия, палеогеография и закономерности глобальных изменений климата и природной среды Сибири в четвертичном периоде для регионального прогноза

Детальная стратиграфия, палеогеография и закономерности глобальных изменений климата и природной среды Сибири в четвертичном периоде для регионального прогноза

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0034
• Номер государственного учета: 122041400243-9
• Руководитель: д.г.-м.н. Владимир Сергеевич Зыкин
• Лаборатория: Геологии кайнозоя, палеоклиматологии и минералогических индикаторов климата
  
  
• Цель научного исследования: 
  Целью проекта является разработка высокоразрешающей стратиграфии на ключевых участках, проведение разномасштабных палеогеографических реконструкций для теплых и холодных эпох и установление пространственно-временных закономерностей эволюции природной среды и климата в четвертичном периоде Сибири для регионального экологического прогноза возможных последствий естественных глобальных изменений климата с выявлением вероятных реакций природных геосистем на колебания климата.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  В 2025 г. планируется решить следующие задачи.•
  1.Выполнить комплекс исследований вещественного состава позднечетвертичных донных отложений юга Западной Сибири (оз. Малое Яровое и Саргуль), включающий методы рентгеновской дифрактометрии, ИК-спектроскопии, лазерной гранулометрии и др. Установить присутствующие в осадках ассоциации аллотигенных и аутигенных минералов и определить структурно-кристаллохимические характеристики отдельных минеральных фаз. Методом математического моделирования рентгеновских дифракционных профилей карбонатов и слоистых силикатов выявить в озерных отложениях минералы-индикаторы природно-климатических обстановок голоцена и позднего плейстоцена, установить закономерности их распределения в разрезе. На основе полученных данных, дополненных результатами геохимических, палинологических, палеонтологических исследований озерных осадков, выполнить реконструкции природной среды и климата голоцена изучаемых районов Сибири;
  2. Установить пространственно-временных закономерности формирования плейстоценового и голоценового эолового рельефа Западно-Сибирской равнины;
  3. Дать биостратиграфическую характеристику плейстоценовых отложений долины р. Иртыша и восстановить в ней закономерности развития речного стока в плейстоцене.
  Задачи на 2026 г.
  1. Продолжить литолого-минералогические исследования позднечетвертичных донных осадков озер различной минерализации и ландшафтной приуроченности, расположенных на территории Восточной и Западной Сибири для проведения региональных палеоклиматических реконструкций. Особое внимание планируется уделить новому объекту исследований – озерам ленточных боров юга Западной Сибири.
  2. Установить основные закономерности эволюции природной среды и климата региона в четвертичном периоде при разномасштабных глобальных изменениях климата и провести палеогеографические реконструкции для построение аналогового палеогеографического сценария ближайшего будущего для Западной Сибири по данным последнего межледниковья;
  3. Обобщить результаты исследований по проекту за 2022-2026 годы.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  В 2025 году планируется получить следующие результаты…
  1. Будут выполнены комплексные литологические и минералого-кристаллохимические исследования озерных отложений юга Западной Сибири (оз. Малое Яровое и Саргуль). Комплексом аналитических методов, включающим рентгеновскую дифрактометрию, ИК-спектроскопию, лазерную гранулометрию, элементный анализ и другие, будет определен вещественный состав осадков, установлены структурные и кристаллохимические характеристики отдельных минеральных фаз. Методами моделирования рентгеновских дифракционных профилей будут выявлены минералы и их ассоциации, служащие палеоклиматическими индикаторами. Будет выполнена реконструкция эволюционных изменений природной среды и климата изучаемых территорий Сибирского региона в позднечетвертичное и голоценовое время.
  2. Будут установлены пространственно-временные закономерности формирования плейстоценового и голоценового эолового рельефа Западно-Сибирской равнины.
  и восстановление закономерностей развития речного стока в долине р. Иртыша в плейстоцене;
  3. Будет получена биостратиграфическую характеристику плейстоценовых отложений долины р. Иртыша и восстановлены закономерности осадконакопления и развития речного стока в долине в плейстоцене.
  Областями применения полученных результатов являются: 1) вклад в достоверное определение современного состояния природной среды и климата Сибири для оценки антропогенного и естественного влияния на их изменения, 2) вклад в выявление возможных последствий глобальных изменений климата и пространственное размещение зон повышенного эко-геологического риска в Сибири для экологического прогноза ближайшего будущего, эффективного планирования экономики и размещения крупных народнохозяйственных объектов, для разработки мер адаптации к изменяющимся условиям природной среды и климата. В результате выполнения проекта будет осуществлен вклад в прогнозирование состояние окружающей среды при изменении термического режима, связанный с продовольственной безопасностью, предупреждением и ликвидацией чрезвычайных ситуаций природного характера.
  В 2026 г.
  1.Будет получена литолого-минералогическая характеристика позднечетвертичных донных отложений озер различной минерализации на территории Восточной и Западной Сибири. На основе результатов многолетних исследований будет выполнена реконструкция климата голоцена-позднего плейстоцена, определение продолжительности периодов его увлажнения и аридизации, скорости протекания процессов смены климатических обстановок в Сибирском регионе.
  2. Будут установлены основные закономерности эволюции природной среды и климата региона в четвертичном периоде при разномасштабных глобальных изменениях климата и проведены палеогеографические реконструкции для построение аналогового палеогеографического сценария ближайшего будущего для Западной Сибири по данным последнего межледниковья;
  3. Будут обобщены результаты исследований по проекту за 2022-2026 годы.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Актуальность проблемы определяется необходимостью установления закономерностей, причин и механизмов происходящих в настоящее время глобальных изменений климата и природной среды, выяснению их проявления в конкретных регионах и выявлению зависимости компонентов природной среды с изменениями температуры. Усиление катастрофических процессов, связанных с глобальным потеплением, в последнее время привело к признанию, что изменения климата, происходящие на планете, являются главной мировой угрозой существованию человечества. Для выработки мер, необходимых для смягчения климатической угрозы и адаптации к грядущим трансформациям природной среды необходим прогноз их развития на ближайшее будущее, выявление причин, механизмов и закономерностей развития глобальных изменений климата и его последствий. Существенно возросшее в последние годы во всем мире внимание к проблемам изменений климатических условий и природной среды обеспечило достижение значительного прогресса в понимании их причин и закономерностей. Тем не менее, многие вопросы изменения климата остаются противоречивыми и являются предметом острых дискуссий. До настоящего времени наиболее спорной является проблема выявления основных причин глобального потепления - антропогенных или естественных. Не достигнут консенсус и относительно потепления или похолодания климата на середину и конец 21 века. Значительной проблемой является осуществление прогноза изменений климата и природной среды в конкретных регионах в ближайшем будущем. Особенно слабо изучено воздействие глобальных климатических изменений на природную среду внутриконтинентальных регионов в которых проживает основная часть населения Земли. Исходя только из современного состояния климатической системы планеты и очень коротких рядов наблюдений за изменениями температуры и количеством парниковых газов в атмосфере, невозможно определить степень реальной опасности глобальных изменений климата и выявить их последствия. Неоднозначность прогноза региональных изменений температуры и атмосферных осадков при развитии глобального потепления с помощью современных моделей климата предполагает использование палеоклиматических данных в качестве одного из необходимых источников информации для разработки прогнозных аналоговых сценариев развития природной среды ближайшего будущего, как для планеты в целом, так и для ее конкретных регионов. Один из основных подходов к разработке наиболее вероятных сценариев дальнейшей эволюции климата и природной среды заключается в поисках закономерностей, причин и взаимоотношений изменений климата и природной среды в недавнем геологическом прошлом. Важным направлением исследований по выявлению последствий изменений климата является разработка палеогеографических аналоговых сценариев для определенных термических режимов. Эти исследования предполагают получение огромного массива информации о состоянии компонентов климата и природной среды на определенные временных срезах недавнего геологического прошлого для значительных территорий, соответствующим конкретным климатическим режимам, вероятным в ближайшем будущем. Здесь на первый план выходит задача выявления геологических объектов, представляющих собой палеоклиматические архивы как для создания последовательностей климатических событий и соответствующим им изменений природной среды в различных районах мира, так и для разработки палеогеографических аналоговых сценариев для значительных территорий и для реконструкций конкретных состояний природной среды и климата в прошлом. Климатические летописи, полученные из осадочных разрезов, представляющих собой уникальные естественные архивы изменений климата и природной среды, имеют фундаментальное научное значение. Они важны не только для оценки степени влияния глобальных и региональных факторов на динамику эволюции природной среды в геологическом прошлом, но и для построения вероятных сценариев будущих климатических изменений. Только на фоне детального изучения флуктуаций климата в геологическом и историческом прошлом и установления их возможной периодичности можно понять и оценить происходящие ныне глобальные и региональные изменения. Во внутриконтинентальных районах с преобладающей латеральной стратификацией четвертичных отложений для построения непрерывной последовательности климатических изменений на изучаемых территориях имеют стратиграфические исследования. Cоздание полной последовательности геологических, биотических, климатических и палеогеографических событий в квартере двух смежных областей Западно-Сибирской равнины и Горного Алтая путем детализации местных стратиграфических шкал, их межрегиональной и глобальной корреляции, выявление основных региональных закономерностей эволюции климата и природной среды на основе разрабатываемой высокоразрешающей стратиграфической последовательности, обоснованной литолого-генетическими, палеопедологическими, биостратиграфическими, палеомагнитными данными и материалами определения абсолютного возраста является основной задачей проекта. Эта проблема требует длительного накопления фактического материала и его тщательного анализа. Континентальные четверичные отложения представлены в Западной Сибири полно и имеют отчетливое циклическое строение, богатую палеонтологическую характеристику, позволяющих детальное расчленение, точную корреляцию и обеспечивающих надежную регистрацию палеоклиматических событий и изменений природной среды. Уникальность Западно-Сибирской равнины для палеоклиматических исследований определяется широтным характером размещения и отчетливой последовательностью чередования с севера на юг природных зон, зональностью распределения важнейших элементов климата, ее положением в умеренных широтах.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Научно-техническое сотрудничество будет осуществляться с Институтом географии РАН по люминесцентному датированию четвертичных отложений
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Кратко можно выделить следующие наиболее важные результаты, полученные авторами проекта за последние годы, способствующие выполнению проекта.
  Сопоставление профилей почвы, сформировавшейся в МИС11, во время которой геометрия орбиты Земли была близка современной, а стабильные тёплые межледниковые условия продолжались около 40 000 лет с современной почвой, показало, что ее мощность в три раза больше, чем у голоценовой почвы, развивающейся в тех же автоморфных условиях. Это соответствует непрерывному почвообразованию продолжительностью около 40 000 лет, что позволяет говорить о том, что голоцен продолжающийся только 11 000 лет представляет начальную фазу длительного потепления климата.
  Для региональной, межрегиональной и глобальной корреляции лессово-почвенной последовательности, а также для сопоставления с качественно различными глобальными записями климата и их сравнительного анализа разработан метод сопоставления лессово-почвенной последовательности в виде представления данных в форме сопоставимой с ними графической кривой. Для этого предложено использовать структуру ископаемых педокомплексов в полных разрезах. Так как общий уровень потепления и увлажнения эпох почвообразования отразились на интенсивности педогенеза, строении ископаемых почв и педокомплексов для оценки и сравнения интенсивности педогенеза в различные эпохи почвообразования предложена их полуколичественная характеристика по пятибальной шкале. Мощность почвенного профиля отражает продолжительность эпох почвообразования. Применение этой методики позволяет проводить сравнительный анализ локальных и региональных почвенных образований с глобальными записями климата в единой графической системе.
  На основании межрегиональной корреляции климатостратиграфических горизонтов полной средне-позднеплейстоценовой лёссово-почвенной последовательности Сибири с одновозрастными горизонтами лёссовых провинций Евразии, обладающими наибольшей полнотой стратиграфической и палеогеографической информации установлена отчетливая синхронность эпох аридизации и увлажнения климата, как в зоне западного переноса воздушных масс, так и в зоне муссонного климата, что подтверждает глобальность, общность хода и единый механизм эволюции климата Земли.
  На основании люминесцентного и радиоуглеродного датирования и пространственно-временного прослеживания ископаемых почв разработана уточненная геохронология формирования лессово-почвенной последовательности верхнего плейстоцена Западной Сибири и реконструкция палеогеографических и климатических особенностей образования лессовых и почвенных горизонтов.
  Показано, что во время образования эоловых песков на севере и юге Западной Сибири в течение последних 1200 лет происходили короткие квазипериодические (около 200-300 лет) колебания среднегодовой температуры воздуха и увлажнения климата, проявившиеся в чередовании горизонтов эоловых песков и почв. В течение коротких фаз похолодания и аридизации климата усиливались эоловые процессы и формировались эоловые пески и эоловый рельеф. В течение коротких фаз потепления и увлажнения климата происходило закрепление эоловых песков растительностью и образование почв. В интервале от 1560 до 1860 гг., соответствующему холодному малому ледниковому периоду, установлена фаза интенсивной активизации эоловых процессов, выраженная в формировании эолового рельефа и осадков.
  Установление дополнительных доказательств эолового генезиса аккумулятивно-денудационного рельефа, развитого на огромных пространствах юга Западно-Сибирской равнины, с обособлением сомкнутых пространственно дифференцированных территорий протекания эоловых процессов с однонаправленной ориентировкой форм рельефа позволило реконструировать на этой территории для каждой ледниковой эпохи среднего и позднего плейстоцена огромную пустыню с преобладающим юго-западным направлением господствующих ветров.
  Литолого-генетический и геоморфологический анализ грядово-ложбинного рельефа у подножия северного склона Северо-Чуйского хребта в Курайской впадине, принятого за гигантскую рябь течения, а также сравнительный анализ «курайской ряби течения» с современной рябью течения, позволили установить, что формирование этого рельефа связано с образованием зандровых конусов выноса, с хорошо выраженными, ветвящимися ложбинами стока талых ледниковых вод на его поверхности, отходящими от фронта морен.
  Для юго-востока Западной Сибири впервые описана фауна мелких млекопитающих второй половины среднего плейстоцена. Фауны представлена комплексом степных грызунов послевяткинского (послетираспольского/послекромерского) облика. Эволюционный уровень мелких млекопитающих хорошо согласуется со стратиграфическим строением геологических разрезов и позволяет датировать фауну первой половиной позднего среднего плейстоцена (MIS 11-9).
  Показаны значимые отличия в составе стабильных изотопов углерода (повышение значений δ13C) и азота (снижение значений δ15N) коллагена млекопитающих Минусинской котловины в LGP в отличие от животных других регионов. Вариации δ15N объяснены мозаичностью ландшафтов и высотной поясностью региона. Особенности δ13C, связаны с региональной геохимией – наличием минеральных озер и засоленных почв, на них чаще встречаются галофитные растения с С4 типом фотосинтеза.
  Накопленный опыт изучения кристаллохимических особенностей и реальной структуры минералов, многолетний интерес к вопросам типоморфизма кристаллических структур, минералогии, геохимии и литологии осадочных отложений, эволюции минерального вещества, собственные методические разработки, дают коллективу уверенность в успешном выполнении поставленных задач. В течение нескольких лет мы занимались поиском климатических сигналов в минеральной составляющей осадочных летописей двух самых больших озер Азии – Байкала и Хубсугула, в рамках международных программ. Международное признание полученных результатов и наши лидирующие позиции среди участников проектов были обеспечены разработкой (созданием алгоритмов и программ) авторских методов моделирования XRD профилей слоистых силикатов и карбонатов в многокомпонентных системах и получением на их основе высокоразрешающих летописей климата позднего кайнозоя Сибири.
  Аналитическая база включает следующее оборудование ультра-низкофоновый жидкостносцинтилляционный спектрометр «Quantulus 1220» финской фирмы «Wallac» (2 шт.) для радиоуглеродного датирования и линия пробоподготовки для него, установка термолюминесцентное оборудование (в том числе система термолюминесцентного датирования Automated TL/OSL Dating System Model Riso TL/OSL-DA-15C/D), вся необходимая палеомагнитная аппаратура (в том числе LDA-3A AF Demagnetizer, Bartington Susceptibility/Temperature System, MS2C Core Scanning Sensor, Dual Speed Spinner Magnetometer JR-6A, MAG-03M, Magnetic Measurements Thermal Demagnetiser (MMTD80), микроскопы МБС-2, ПОЛАМ М-213, SteREO Discovery V8 и V20, микровесы, муфельная печь. Кроме того, лаборатория обладает рентгеновскими автоматизированными дифрактометрами: ДРОН-4, ДРОН-3М, порошковым рентгеновским дифрактометром ARL X'TRA (Швейцария), ИК-спектрометрами: Specord-75IR, Specord-M80, Фурье спектрометром FT-IR VERTEX 70. Для генетического анализа кайнозойских отложений по гранулометрическому составу в широком диапазоне фракций от илистой до крупного песка и гравия в лаборатории находится вибрационный грохот Vibratory Sieve Shaker Analysette 3 model Pro в комплектации, а также лазерный дифракционный микроанализатор частиц Laser-Particle-Sizer “Analysette 22” Comfort.
  При изучении геологических разрезов в лаборатории используются литолого-генетические, палеонтологические, палеоэкологические, палеопедологические, палеомагнитные методы, гранулометрический анализ, а также радиоуглеродное и люминесцентное (ОСЛ) датирования. Для изучения лессовых пород и диагностики эоловых и других отложений применен метод морфоскопии и морфометрии песчаных кварцевых зерен, позволяющий определить тип транспортировки частиц и условия седиментации, а также гранулометрический анализ. Донные осадки озер изучаются комплексом традиционных и современных методов, включающим рентгеновскую дифрактометрию (XRD), ИК-спектроскопию, лазерную гранулометрию, электронную микроскопию, рентгенофлуоресцентный анализ и др. Реконструкция природной среды и палеоклимата проводится сопряженным анализом литолого-генетических, палеопедологических, геохимических, палеоботанических, палеофаунистических, и палеоэкологических материалов. Региональная и глобальная корреляция геологических, биотических и климатических событий осуществлена комбинацией климатостратиграфических, палеомагнитных, биостратиграфических, палеогеографических данных и данных определения абсолютного возраста при установлении достаточно полной последовательности событий в конкретных районах.
  
  
• Исполнители: Зыкин Владимир Сергеевич, Зыкина Валентина Семеновна,  Вольвах Анна Олеговна, Вольвах Николай Евгеньевич, Даниленко Ирина Владимировна, Жданова Анастасия Николаевна, Маликов Дмитрий Геннадьевич, Маликова Екатерина Леонидовна, Мирошниченко Леонид Валерьевич, Мороз Татьяна Николаевна,  Пальчик Надежда Арсентьевна, Солотчин Павел Анатольевич, Солотчина Эмилия Павловна.
  
  
• Отчеты:
  За 2022 год - Регистрационный номер: 223021600003-7.
  За 2023 год - Регистрационный номер: 224020600824-0.
  За 2024 год - Регистрационный номер: 225020709265-0.

Свернуть  

• Технологии решения типовых задач в области наук о Земле методами ГИС и ДЗ. Пространственно-временной анализ и геоинформационное моделирование геосистем

Технологии решения типовых задач в области наук о Земле методами ГИС и ДЗ. Пространственно-временной анализ и геоинформационное моделирование геосистем 

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0028
• Номер государственного учета: 122041400252-1
• Руководитель: д.г.-м.н. Иван Дмитриевич Зольников
• Лаборатория: Геоинформационных технологий и дистанционного зондирования
  
  
• Цель научного исследования: 
  Основная цель исследования – разработка и апробация геоинформационных технологий решения типовых задач в области наук о Земле. Выявление пространственно-структурных закономерностей и динамики геосистем, в т.ч. средствами геоинформационного анализа и информационного моделирования.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  В 2025 году планируется решить следующие задачи.
  Разработка методик геоинформационного моделирования и картографирования геолого-геоморфологического каркаса на примере различных объектов Российской части Центральной Азии (включая районы Арктики и Субарктики). Адаптация и практическая верификация методов предобработки и обработки материалов дистанционного зондирования (прежде всего космоснимков и цифровых моделей рельефа) для создания основ для разнопрофильных геологических исследований.
  Разработка подходов к геоинформационному моделированию рудоконтролирующих факторов на примере конкретных примеров на территории Северной и Центральной Азии. Обоснование динамики существования вымирания мамонтов в Северной Евразии на основе анализа методами ГИС данных по радиоуглеродному возрасту находок мамонтов в Сибири и прилегающих районах.
  Разработка методик, выявляющих закономерности пространственной локализации палеолитических комплексов в геолого-геоморфологическом контексте территорий.
  Создание базы данных озер, которые значительно повышали свои уровни. В нее будут включены пространственные и атрибутивные данные по выявленным озерам и опубликованные материалы по их истории. Выполнить пространственный ГИС анализ котловин этих озер и промоделировать их экстремально высокие состояния, получить численные параметры озер (площадь, глубина, объем, прирост объема).
  В 2026 году планируется решить следующие задачи
  Усовершенствовать методики картографирования геологических, геоэкологических, географических объектов. Провести исследование ключевых объектов на предмет выявления хронологии событий и определения времени экстремальных повышений уровней и их связи с известными гидроклиматическими событиями северного полушария. Обосновать степень адаптации древних людей к климатическим условиям Северной Евразии в интервале 45 – 25 тыс. лет назад на основе анализа появления одежды и других адаптивных признаков. Адаптация методики обработки данных дистанционного зондирования для выявления особенностей морфологии складчатых структур и кинематики разрывных нарушений для базит-ультрабазитовых ассоциаций Горного Алтая, Тувы, Западного Саяна.
  В 2027 году планируется решить следующие задачи.
  Оптимизация методик по дешифрированию снимков среднего, высокого и детального (БПЛА) разрешения для решения типовых задач геологического картирования, рудной геологии, геоэкологии. Составление и пополнение баз геоданных по геологии, палеонтологии, геоархеологии и разработка подходов, нацеленных на использование этих баз геоданных для решения задач стратиграфии, палеогеографии, палеоэкологии. Разработка методик пространственного анализа и моделирования для решения палеогеографических задач.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  В 2025 году планируется получить следующие результаты:
  Методики создания дистанционной основы (ДО) нового поколения для целей среднемасштабного геологического картирования северных территорий России. Методики вероятностного анализа и поиска геологических объектов по заданным спектральным характеристикам, а также другим формализованным и измеряемым признакам. Методики интеграции разнородных геологических данных, и их совместного (сквозного) анализа для геологического, геоморфологического, геокриологического картографирования и оценки современного состояния систем окружающей среды и палеореконструкций. Создание модели существования и вымирания мамонтов в Северной Евразии на фоне изменений природной среды в интервале 50 – 8 тыс. лет назад. Для этого будет использован весь существующий набор данных по хронологии и палеогеографии позднего плейстоцена Сибири и прилегающих районов. Обработка фактического материала будет вестись с помощью методов ГИС. Методики оценки современного состояния и картографирования криогенного рельефа с использованием ГИС-анализа ДДЗ на примере ключевых участков Cибирской Арктики.Будут опубликованы материалы по геолого-геоморфологическому анализу и морфометрии исследованных озер, как основа для дальнейших работ по датированию и палеогеографических реконструкций на ключевых объектах. Полученные результаты будут иметь практическое значение для оценок рисков хозяйственной деятельности в бассейнах исследуемых озер, а также риска катастрофических или крупномасштабных событий, которые происходили, а значит, могут произойти в районе исследования.
  В 2026 году планируются следующие результаты:
  Методики подготовки и коррекции цифровых пространственных данных, полученных с использованием методов дистанционного зондирования (включая цифровые модели рельефа). В части предметно-тематических исследований: Геоинформационная модель пространственно-временной структуры палеосреды и системы жизнеобеспечения древнего человека и его связей с мегафауной за последние 50 тысяч лет на ключевых районах региона. Гидроклиматическая эволюция областей «гидросферных катастроф» Северной Монголии и пограничных районов России — изучение озер, уровни которых значительно повышались в голоцене. Изучение природных архивов, в которых зафиксирована эволюция опасных и катастрофических процессов в Центральной Азии — вулканическая деятельность, затопления и, наоборот, спуски вод.
  В 2027 году планируются следующие результаты:
  Трансрегиональные исследования природных изменений в Центральной Азии в голоцене и позднем плейстоцене. Пространственное распределение обсидиана на Северо-Востоке Сибири по геохимическим данным (на примере бассейна р. Омолон). Реконструкция системы жизнеобеспечения древнего человека в Сибири и на Дальнем Востоке России на основе комплексного анализа (хронология, источники каменного сырья, пищевые преференции), вуключая отработку надежной методики радиоуглеродного датирования костей ископаемых животных и древних людей. Выявление закономерностей осадконакопления и реконструкции изменений окружающей среды и климата внутренних бассейнов Барабинско-Кулундинской области юга Западной Сибири. Хронология и палеогеография максимума последнего оледенения Сибири в связи с заселением древним человеком севера Евразии. Разработка, создание и пополнение баз геоданных по геологии, палеонтологии, геохронометрии, геохимии, геоархеологии, геофизике и др. направлениям в области наук о Земле. Методики пространственно-морфологического анализа геологических тел, в частности в районах перспективных на поиски и разведку полезных ископаемых
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Серия стратегических задач, ставящихся в настоящее время Президентом и Правительством РФ, касающихся проблем освоения северных и дальневосточных территорий, а также глобальные вызовы, включая проблемы изменения климата, баланса водных и биоресурсов, требуют качественного изменения подходов к способам и основам изучения, мониторинга и прогнозирования.
  На государственном уровне, это становится вызовом для российской фундаментальной и прикладной науки. Необходим переход от моделей, основанных на гипотезах, к моделям, основанным на количественных и полуколичественных измерениях. Традиционные подходы к решению задач мониторинга и исследования состояния окружающей среды основываются преимущественно либо на описательных моделях (полнота и достоверность которых зависят в основном от имеющихся аналитических данных) и/или на физических моделях изучаемых процессов. Эти подходы зачастую вступают в противоречие друг с другом или существенно эволюционируют в соответствии с изменениями парадигмы представления об объекте исследования или в связи с появлением новых данных, противоречащих полученным ранее. Особенно это заметно в решении геологических задач, где большая часть информации является косвенной, в том числе по причине фактора времени.
  Вместе с тем, непрерывно расширяющийся набор аналитических методов, включающих методы прямого наблюдения за изменяемыми параметрами обстановок окружающей среды создают все более объемный (зачастую непрерывный) поток разнородных данных, которые требуют все больших усилий по их систематизации. Несмотря на широкое использование современных компьютерных технологий, применяемых для передачи, хранения, и обработки данных, наблюдается некоторый разрыв, особенно в России, между современными технологическими возможностями, которые предлагают разработчики ГИС, и реальными теоретическими и прикладными работами геологов.
  В практике эко- и геологических исследований эти технологии используются недостаточно или не на должном уровне. Классические формы представления информации о внутреннем строении, эволюции и процессах, происходящих в природных системах (карта, схема, разрез) вступают в противоречие с задачами создания гетерогенных информационных систем, поскольку требуют точного соответствия информации (тип, структура, формат и т.п.), поступающей из различных источников, требованиям модели изучаемого процесса.
  Необходимо создание новых моделей данных, удовлетворяющих требованиям пространственной обработки и одновременно базирующихся на моделях наблюдений за объектами окружающей среды в стационарных, мобильных и дистанционных условиях, а также разработка новых и адаптация существующих методик обработки пространственной и пространственно-временной информации. Особое значение имеет дистанционное зондирование Земли. В части исследования природных ресурсов, мультиспектральные и гиперспектральные сенсоры современных систем дистанционного зондирования Земли, теперь не просто фотографируют Землю, но являются спектрометрами, количественно измеряющими характеристики и свойства поверхности планеты. Однако, для того, чтобы получить из спутниковой «фотографии» количественную или полуколичественную модель результата ИЗМЕРЕНИЙ для области наук о Земле, необходимо создание цифровой производной съемки, которая, будет удовлетворять условиям улучшения результатов геологического картирования, разведки полезных ископаемых, цифрового картирования почв и установления исходных экологических условий для понимания и реагирования на продовольственную безопасность, изменения климата, прогнозировать ухудшение состояния окружающей среды, водного баланса и угрозы биоразнообразию.
  Для этого необходимо разработать дистанционную основу (ДО), которая должна обеспечивать возможности качественного (полуколичественного) дешифрирования геологических и тектонических границ, распознавания пород по вещественному составу, эффективный поиск отложений по заданным критериям. Для верификации разработанных методик, и полученных на их основе данных требуется проведение предметно-тематических исследований, включающих ГИС-анализ и моделирование современных природно-антропогенных геосистем; выявление закономерностей динамики озер, мерзлоты, ледников, негативных и опасных экзогенных геологических процессов в условиях глобальных изменений природной среды. Проведение палеогеографических исследований с использованием методов ГИС и ДЗ для реконструкции обстановок палеосреды недавнего прошлого и систем расселения древнего человека в Сибири и на прилегающей территории.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  С институтом Археологии и этнографии СО РАН предполагается проведение совместных работ на территории бассейнов Оби и Иртыша для выявления связей между древним человеком и природной средой, информация о которой заключена в геологической летописи плейстоцена.Сотрудничество с Юго-Западным Университетом Жатонг, Китай, непосредственно по данной тематике – исследования озер, расположенных на территории Монголии и центрального Китая, договор о сотрудничестве от 10 февраля 2023 г. Сотрудничество с Кызылординским университетом им. Коркыт-Ата, Казахстан, по углубленному изучению изменений Аральского моря в голоцене, договор о сотрудничестве 03-04/20 от 22 января 2021 г
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Коллективом авторов проекта разработана серия алгоритмов, методик и моделей, позволяющих приблизиться к решению проблемы создания ДО геолого-геоморфологического каркаса на территорию Сибири и Дальнего Востока (включая Камчатку). Методика частично опробована на частных примерах изучения геологического строения отдельных участков территории Сибирской платформы, задач поиска золоторудных проявлений Магаданской области, поиска перспективных площадей проявления россыпей алмазов в Якутии, выявления зон загрязнений, вызванных деятельностью человека (в т.ч. последствий «Норильской катастрофы 2020 г), и других проектах. Несмотря на имеющиеся у авторов аппаратно-программные средства, требуется подключение соответствующих решений, позволяющих использовать технологии обработки больших массивов данных (Big data), методов машинного обучения и др. Требуется разработка и адаптация методов и алгоритмов верификации данных, а также проведение исследований их применимости для решения различных практических задач. Разработана эффективная методика сопряженного анализа ЦМР и ДДЗ для ретроспективного и текущего мониторинга трансформации ПТК. Разработаны методики морфометрического анализа, позволяющие строить схемы блочной делимости, проводить морфотектоническое районирование в условиях платформы, низко-, средне- и высокогорья, автоматически картографировать формы и типы современного рельефа, проводить корреляцию геоморфологических признаков с другими тематическими геоданными. Проведены исследования в направлении реконструкции процесса взаимодействия природной среды и древнего человека. В это направления входят: определение типа ландшафта (главным образом, растительности), в котором обитал древний человек; хронологическая привязка (на основе анализа радиоуглеродных дат); реконструкция хозяйственной деятельности (в основном, видов животных, на которых охотился человек); основные качественные показатели климата (теплее или холоднее; влажнее или суше, чем в настоящее время). Проведена реконструкция изменений уровня крупных континентальных водных бассейнов (включая Аральское море) по данным геоморфологии, седиментологии, палеонтологии, геохимии, археологии и историографии. Проведены комплексные исследования, включающие изучение изменений осадконакопления (седиментология), растительности, климата и озерных экосистем (палинология, остракоды), геохимические исследования, возраст (радиоуглерод).Эта тема была представлена научной общественности на совещании в Улан-Баторе . Результаты дистанционного исследования территории Монголии были опубликованы в 2020 г. , в 2021 г. были проведены исследования на оз. Иссык-Куль, Киргизия, по результатам которых было датировано последнее повышение его уровня. Зафиксированы значительные повышения двух озер на юге Западной Сибири – Большой Баган и Чаны, сделаны предварительные публикации по строению донных отложений . Реконструированы обстановки природной среды в голоцене для бассейна озера Чаны. Обобщены данные по истории природной среды в зависимости от особенностей неотектонического развития для впадин Байкальской рифтовой зоны. Исследовано изменение уровня увлажнения в южной части Байкальской рифтовой зоны в голоцене.
  За последние 5 лет, полученные результаты опубликованы в более чем 90 статьях в рецензируемых изданиях (из них, индексируемых в WoS: 72)
  
  
• Исполнители: Зольников Иван Дмитриевич, Кузьмин Ярослав Всеволодович, Кривоногов Сергей Котантинович, Картозия Андрей Акакиевич, Лямина Виктория Александровна, Добрецов Владимир Николаевич, Глушкова Надежда Владимировна, Данильсон Дарья Анатольевна, Добрецов Николай Николаевич.
  
  
• Отчеты:
  За 2022 год - Регистрационный номер: 223031400020-5.
  За 2023 год - Регистрационный номер: 224020500231-7.
  За 2024 год - Регистрационный номер: 225020709308-4.

Свернуть