• Реконструкция хронологии геологических и климатических событий, в том числе катастрофических, в современных и древних осадочных бассейнах Северной и Центральной Азии
• Процессы формирования и преобразования континентальной коры в различных типах складчатых поясов Азии

 

Реконструкция хронологии геологических и климатических событий, в том числе катастрофических, в современных и древних осадочных бассейнах Северной и Центральной Азии

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0011
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: д.г.-м.н. Елена Феликсовна Летникова
• Лаборатория: Литогеодинамики осадочных бассейнов; Геологии кайнозоя, палеоклиматологии и минералогических индикаторов климата.
  
  
• Цель научного исследования:
  Реконструкция хронологии событий в геологической истории Северной и Центральной Азии на основе изучения осадочных последовательностей современными минералогическими, палеонтологическими и аналитическими методами.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  Основным направлением проекта является изучение стратифицированных, в том числе осадочно-вулканогенных и вулканогенных, последовательностей, формирование которых происходило в обстановках континентального литогенеза в мобильных и стабильных областях Северной и Центральной Азии, начиная с позднего докембрия. Все исследования в проекте будут начинаться с диагностики осадочных и вулканических событий в осадочных архивах Северной и Центральной Азии и оценки влияния геологических и климатических процессов на седиментацию и смену источников поступления взвешенного и растворенного вещества в аккумулятивные бассейны. Это позволит определить периодичность эволюционных и экстремальных событий в осадочной летописи изучаемой части Евразийского континента и провести детализацию хронологии событий в наиболее полных осадочных архивах мобильных и стабильных областей континентального литогенеза Северной и Центральной Азии, а также на основе минералогического и геохимического изучения провести оценку их минерагенического потенциала (Mn, Fe, Pb-Zn, Au, РЗЭ, U, Li и др.).
  Объекты исследования разделены нами на три группы, изучение каждой из которых позволит получить определенные типовые характеристики седиментации в различных континентальных обстановках.
  В строении Центральной и Северной Азии значительное место занимают горные системы, относящиеся к мобильным обстановкам континентов. При этом при реконструкциях обстановок накопления для древних континентальных блоков о существование горных сооружений можно судить лишь при диагностики сохранившихся в аккумулятивных бассейнах фрагментов предгорной молассы, т.к сами горные системы в результате денудационных процессов были нивелированы. Поэтому важным аспектом данного исследования является всестороннее изучение кайнозойских отложений межгорных и предгорных впадин и корреляция условий седиментации с равнинными осадками, как более полными осадочными архивами.
  Осадочные последовательности голоцен-плейстоценовых внутриконтинентальных и шельфовых осадочных бассейнах Северной и Центральной Азии наиболее полно отражают влияние геологических и климатических факторов, определяющих общие черты континентального литогенеза, где возможно практически послойно проследить их влияние на минеральный и геохимический состав осадков и выработать алгоритм диагностических особенностей обусловленных влиянием доминирующих геологических, биотических и климатических факторов седиментогенеза. Но эти осадочные последовательности являются короткоживущими и их изучение не позволяет проводить реконструкции на длительный интервал геологического времени.
  Изучение докайнозойских стратифицированных последовательностей в данном проекте направлено на изучение пассивных и активных окраин и внутриконтинентальных рифтов древних континентальных блоков Северной и Центральной Азии, в том числе Сибирской платформы и ее Арктической зоны. Их изучение позволит проследить хронологию геологических и климатических событий в континентальных бассейнах на длительных временных промежутках и установить господствующие факторы, определяющие процессы седиментогенза при их формировании.
  Для всех запланированных к изучению стратифицированных последовательностях с целью построения хронологических моделей развития осадочных бассейнов будут проводиться палеонтологические, дендрохронологические, варвохронологические и геохронологические исследования, направленные на оценку времени их седиментации. Палеонтологический метод исследований также будет важным инструментом для изучения влияния геологических и климатических событий на вариации в условиях седиментации.
  Кратко можно сформулировать три основных задачи данного проекта:
  1. Установить характер и хронологию событий осадконакопления в межгорных, предгорных впадинах и равнинах Северной и Центральной Азии.
  2. Изучить голоцен-плейстоценовые озерные отложения и установить периодичные и аномальные геологические и климатические события в современных внутриконтинентальных и шельфовых осадочных бассейнах Северной и Центральной Азии.
  3. Выявить типовые осадочные последовательности - индикаторы вариаций геологических и климатических условий седиментации в разновозрастных докайнозойских осадочных бассейнах Северной и Центральной Азии, в том числе Арктической зоны.
  Планируется использовать широкий спектр современных геологических, литологических, аналитических, минералогических и математических методов исследования.
  Изучение минерального состава осадочных пород и руд – минералогическое и петрографическое изучение, включая минералы тяжелой фракции, РСА (рентгеноструктурный анализ), электронная микроскопия, ИК и рамановская спектроскопия, лазерная гранулометрия;
  Изучение геохимических и изотопных характеристик осадочных пород и руд – µРФА-СИ, РФА, атомно-адсорбционный, ICP-MS (РЗЭ), Rb-Sr и Sm-Nd изотопия;
  Определение возраста отложений – палеонтологический, OSL, дендрохронологический, варвохронология, радиоуглеродный, геоморфологический (для кайнозойских отложений), Sr- и С-хемостратиграфия, U-Th-Pb датирование циркона и его Lu-Hf систематика, Cs-137 и Pb-210 для современных.
  Ретроспективный спектральный анализ палеореконструкций климатических параметров на длительном временном интервале, в том числе для Арктической зоны, на основе изучения осадочных отложений - метод коррелограммной аддитивной декомпозиции (МКАД) (Бабич, Дарьин, 2016). .
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  Модели развития осадочных бассейнов Центральной и Северной Азии, в том числе Арктического региона, позволят более обоснованно проводить металлогеническое прогнозирование месторождений, локализованных в осадочных толщах, оценку риска катастрофических явлений, прогноз глобальных и региональных климатических изменений и могут быть использованы при составлении геологических карт нового поколения.
  Результаты изучения голоценовых отложений могут быть использованы как один из критериев при оценке природного потенциала территорий для целей аграрного землепользования, ландшафтного планирования, здравоохранения.
  
  
• 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. Детализация изучения осадочных последовательностей, представляющих собой архив палеоклиматической, в том числе связанной с катастрофическими явлениям, информации, в настоящий момент для Северной Азии, включая Арктическую зону, является далеко не полной. Повышение температуры на 1,5 градуса в 2024 г., относительно доиндустриального уровня показывает, что глобальное потепление, рассматриваемое раньше как отдаленная угроза в настоящее время стало реальностью.
  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 построение хронологических моделей континентального типа седиментации в изученных осадочных бассейнах Северной и Центральной Азии на основе геологических, литологических, минералогических, палеонтологических, изотопно-геохимических данных для осадочных пород и их аналогов, а также детализация моделей отражения тектонических и климатических перестроек и коррелятивных отложениях сопряженных осадочных бассейнов.
  В настоящий момент в нашей стране остро стоит вопрос о недостаточном литологическом изучении осадочных и вулканических отложений во многом обусловленном отсутствием специалистов в этой области. При этом зарубежные коллеги считают методы диагностики и датирования осадочных и вулканомиктовых пород действенным инструментом при палеоклиматических и геодинамических реконструкциях, стратиграфических построениях различного масштаба (глобальные вулканические события как стратиграфические маркеры/тефростратиграфия; локальные события – основа для датирования определенных осадочных комплексов), реконструкциях эпизодов и эпох вулканизма, прогнозирование связанных с ними полезных ископаемых, изучении биотических кризисов (Benitoetal., 1999; Königeretal., 2002; Duggen et al., 2007; He et al., 2007, 2014; Huff, 2008; Kleiman et al., 2009; Gao et al., 2013; Liao et al., 2016; Pointo et al., 2018, Reimer et al., 2020; Capron et al., 2021; Anderson et al., 2022; Sabatier et al., 2022и др.). Крупные зарубежные добывающие компании поддерживают научные исследования в этом направлении. Все эти усилия направлены на получение как фундаментальных результатов – необходимых для понимания геологических процессов, формирующих в том числе благоприятные и негативные условия среды обитания на нашей планете, так и прикладные – позволяющие оценивать перспективы обнаружения месторождений полезных ископаемых и проявления катастрофических событий, которые могут причинять вред человеку, гражданской и промышленной инфраструктуре, прогнозировать климатические тренды. Изучение современных осадочных бассейнов дают возможность оценить природный потенциал территорий для целей аграрного землепользования, ландшафтного планирования, здравоохранения.
  В рамках данного проекта впервые для Сибирского региона объедены усилия специалистов в области осадочной геологии, занимающихся изучением разных по возрасту и продолжительности накопления стратифицированных последовательностей континентального типа литогенеза, используя при этом широкий спектр современных геологических, литологических, минералогических, геохимических, изотопных, палеонтологических, и математических методов исследования.
  Таким образом, исследования в рамках данного проекта направлены на решение актуальных фундаментальных и прикладных вопросов осадочной геологии и позволят получить результаты, в том числе, необходимые для устойчивого и благополучного социально-экономического развития, и научного лидерства в мировой геологической практике.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Исследования по проекту будут проводиться в сотрудничестве с коллегами геолого-геофизического факультета Новосибирского государственного университета, ИНГГ СО РАН, ИЗК СО РАН, ИГХ СО РАН, ВИМСа и ЦКП “Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения”, и ЦКП СКИФ. Работы по позднеголоценовым озерным отложениям будут проводиться с коллегами из Института геологии и геофизики КАН (Пекин) в рамках Договора о сотрудничестве. Планируются совместных исследованиях с геологами ПАО «Алроса» и и специалистами ООО «Новосибирский оловянный комбинат» (НОК).
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  В проекте объедены усилия 6 докторов и 9 кандидатов геолого-минералогических наук, являющихся одними из ведущих специалистов в области изучения осадочной геологии Северной и Центральной Азии.
  Высокий профессиональный уровень и большой научный задел по проекту руководителя и исполнителей проекта, активно и результативно работающих по решению проблем осадочной геологии (24 публикации в журналах первого квартиля Q1 и 73 публикации в журналах Web of Science за пять лет) обеспечат успешное выполнение предлагаемого проекта в указанные сроки и в полном объеме. В исследованиях исполнители проекта успешно применяли свой опыт при решении ряда геологических проблем и показали перспективность литологических, минералогических, палеонтологических, изотопно-геохимических исследований разновозрастных осадочных и вулканогенно-осадочных комплексов, в том числе, в рамках исследований по успешно выполненным проектам РНФ и РФФИ.
  Кадровый состав исполнителей проекта, где объединены усилия специалистов в различных направлениях осадочной геологии, позволит успешно решить задачи, обозначенные в проекте. При этом исполнители проекта на протяжения ряда лет проводят самостоятельные минералогические (рентгеноструктурный анализ (РСА), электронный сканирующий микроскоп, катодолюминесцентная микроскопия), геохимические (µРФА-СИ) и изотопные (Sr-хемостратиграфия, U-Pb датирование цирконов) исследования, заканчивается постановка метода ОСЛ-датирования на базе современного аналитического оборудования.
  Проводится развитие аналитической микростратиграфии с использованием РФА на пучках синхротронного излучения. Разработаны и аттестованы методики микро-РФА-СИ для геохимических исследований кернов донных осадков с годовым временным разрешением, что позволяет выделять природные циклы различной периодичности и находить следы катастрофических событий (Бабич и др., 2021, 2023, 2024; Darin et al., 2023; Дарьин и др., 2023, 2024; Новиков и др., 2024; Novikov et al., 2024; Meydan et al., 2024;
  Исполнители проекта имеют успешный опыт исследований литологии, минералогии, геохимии донных отложений озер различной минерализации, расположенных в разных ландшафтно-климатических зонах Северной и Центральной Азии. В качестве примера можно привести участие в двух долгосрочных международных программах научного бурения глубоководных озер: “Baikal Drilling Project” и “Hovsgol Drilling Project”; а также в целом ряде проектов, посвященных изучению отложений малых минеральных озер Сибири. Практические навыки работы с керновым материалом озерных осадков, представительный комплекс литолого-минералогических, кристаллохимических и других методов исследований, собственные методические разработки, имеющаяся современная аналитическая база лабораторий и возможность использования оборудования ЦКП научных институтов СО РАН – все это создает значительный потенциал для успешного решения поставленных задач (Солотчин и др., 2023; Солотчина и др., 2024) .
  Многолетние литологическое, минералогическое и изотопно-геохимическое изучение древних осадочных карбонатных пород, песчаников, конгломератов, стратифицированных вулканических пород, фосфатных и марганцевых руд и бокситов позволили провести реконструкции условий накопления в осадочных бассейнах различных геодинамических обстановок и выявить неизвестные ранее вулканические события проявленные в пределах Сибирской платформы и отдельных террейнов Центрально-Азиатского складчатого пояса (Летникова и др., 2021,2023; Иванов и др., 2021, 2023; Vetrova et al., 2024; Vetrov et al., 2024).
  Активно ведется изучение осадочных комплексов кайнозоя в горных и равнинных обстановках, при определении их возраста применяется целый комплекс палеонтологических, изотопных и дендрохронологических методов датирования возраста отложений (Agatova et al., 2020; Агатова и др., 2022? 2023; Nepop et al., 2020; Volvakh et al., 2022; Malikov et al., 2023, 2024; Zykina et al., 2022; Зыкин и др., 2021; Новиков и др., 2023; Маликова и др., 2020).
  Проведено геолого-геоморфологическое районирование с надежным выделением границ осадочных бассейнов юга Сибири. Выявлены морфологические критерии проведения границ. На эталонных участках разработаны типовые легенды и построены картографические геоморфологические модели. Выявлены геоморфологические критерии разделения по генезису рыхлых позднекайнозойских отложений, слагающих земную поверхность. Данный задел, позволит включить в область изучения новые районы Северной и Центральной Азии (Новиков и др., 2023).
  Таким образов, исполнители проекта имеют опыт решения задач подобных поставленных в проекте, владеют современными методическими подходами на уровне мировых практик при изучении стратифицированных комплексов и используют данные, полученные современными аналитическими и инструментальными методами исследования.
  
  
• Исполнители: 
  Летникова Елена Феликсовна, Зыкин Владимир Сергеевич, Зыкина Валентина Семеновна, Новиков Игорь Станиславович, Солотчин Павел Анатольевич, Солотчина Эмилия Павловна, Агатова Анна Раульевна, Бабич Валерий Васильевич, Ветрова Наталья Игоревна, Вольвах Николай Евгеньевич,
  Дарьин Андрей Викторович, Жданова Анастасия Николаевна, Иванов Александр Владимирович,
  Маликов Дмитрий Геннадьевич, Маркович Татьяна Ивановна, Непоп Роман Кириллович, Вольвах Анна Олеговна, Даниленко Ирина Владимировна, Колесов Константин Константинович,
  Маликова Екатерина Леонидовна, Мирошниченко Леонид Валерьевич.
  
  
• Отчеты:
  ------------------------------------

 

2.3.2. Геология

---

 

Процессы формирования и преобразования континентальной коры в различных типах складчатых поясов Азии

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0009
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: член-корреспондент РАН Крук Николай Николаевич
• Лаборатории: Петрологии и рудоносности магматических формаций
  
  
• Цель научного исследования:
  Реконструкция специфики процессов формирования и преобразования континентальной коры в разных типах орогенных поясов (аккреционный, коллизионный, трансформный) с выделением основных эпизодов ее прироста и деструкции, выявлением природы этих эпизодов и их связи с образованием индикаторных типов месторождений полезных ископаемых.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  1. Исследование вулкано-плутонических ассоциаций и вулканогенно-осадочных отложений палео-островодужных и палео-окраинно-континентальных систем, включая аккреционные комплексы: определение структурной позиции и взаимоотношений магматических и обломочных пород в составе аккреционных комплексов; для обломочных пород – петрографические исследования, анализ геохимического и изотопного состава, определение возраста и изотопных характеристик детритового циркона, реконструкция природы питающих областей и типа бассейна, для магматических – определение изотопного возраста (U-Pb, Ar-Ar), изучение геохимических и изотопных характеристик, определение характера источника и геодинамических обстановок формирования для реконструкции состава и механизмов формирования первичной коры, оценки соотношения ювенильного и рециклированного компонента в ее составе.
  2. Комплексное исследование пост-аккреционных магматических ассоциаций –вулканических и габбро-гранитоидных серий, гранитоидных батолитов: определение рубежей и масштабов магматизма, закономерностей локализации магматических ареалов, минералогических особенностей пород, спектра их геохимических типов, реконструкция источников и условий формирования первичных магм, оценка потенциальной рудоносности с целью определения главных рубежей и закономерностей преобразования первичной ювенильной коры в кору континентального типа.
  3. Исследование глубокометаморфизованных комплексов (метапелитовые и метабазитовые породы гранулитовой и амфиболитовой фаций): определение характера их протолитов с целью реконструкции их природы (фрагменты фундаментов докембрийских микроконтинентов или результат фанерозойских аккреционно-коллизионных процессов), деформационных процессов, условий и возраста их преобразования на различных уровнях земной коры с целью реконструкции полистадийности эндогенных процессов, определения вклада в формирование и эволюцию континентальной коры изучаемых складчатых поясов и выделения обстановок, благоприятных для рудообразования.
  4. Синтез данных полученных по магматическим, вулканогенно-осадочным и метаморфическим комплексам и ассоциациям. Корреляция данных по составу и источникам осадочных, магматических и метаморфических пород сопредельных зон и секторов складчатых поясов для определения их первичной структуры; реконструкция основных закономерностей формирования и эволюции континентальной коры изученных регионов (природа, механизмы образования, пропорции ювенильного и рециклированного материала главные рубежи и масштабы преобразования, эволюция состава коры в пространстве и времени), выделения специфических черт корообразующих процессов в орогенных поясах разного типа, в том числе – приводящих к образованию индикаторных типов месторождений полезных ископаемых.
  Объектами исследования являются складчатые структуры западной части Центрально-Азиатского складчатого пояса: Объ-Зайсанская складчатая система (Рудный Алтай, Восточный Казахстан, Томь-Колыванская складчатая область), западная часть Алтае-Саянской складчатой области (Горный Алтай, Салаир), Северный и Южный Тянь-Шань. В качестве актуалистического современного аналога привлекается Сихотэ-Алиньский орогенный пояс, где за последние десять лет у авторов проекта получены значимые результаты.
  
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  В результате исследования обломочных пород аккреционных клиньев будет определен возраст, состав и природа магматических пород в области сноса, установлена нижняя граница осадконакопления (при отсутствии палеонтологических данных), определен тип бассейна осадконакопления (глубоководный желоб, преддуговой, междуговой или задуговой бассейн), реконструирован тип питающей магматической дуги, оценены пропорции ювенильного и рециклированного материала в составе осадочных пород;.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Актуальность. Складчатые пояса внутри континентов и на их окраинах представляют собой сложно дислоцированные структуры с длительной историей, включающие комплексы пород, образованные в различных обстановках. Формирование таких поясов связано с процессами аккреции океанической коры и островных дуг к окраинам континентов, а в их составе совмещены разные фрагменты литосферы: микроконтиненты, комплексы океанической коры, аккреционных клиньев, островных дуг и континентальных окраин, а также интрузивные комплексы до-, син-, и постаккреционной природы.
  В целом складчатые пояса, образованные на конвергентных и трансформных границах континентов, определяют глобальный баланс прироста и разрушения континентальной коры. При этом пропорции ювенильной и рециклированной коры, типы метаморфизма и деформаций, характер ассоциирующего магматизма существенно различаются для поясов разных типов: аккреционных (западно-тихоокеанский и андийский), коллизионных (альпийско-гималайский) или трансформных (кордильерский). Точно также различается и металлогеническая специализация поясов разного типа.
  В этом контексте расшифровка процессов роста и эволюции континентальной коры является актуальной задачей, поскольку природа многих складчатых поясов Азии остается дискуссионной (Jahn, 2004; Kröner et al., 2014; Safonova, 2017; Wang et al., 2023). Это связано с потерей части ювенильной коры в результате субдукционной эрозии, деформацией структуры поясов крупномасштабными сдвигами, изменением состава коры в результате магматизма, связанного с мантийным плюмами, а также с длительной историей развития складчатых поясов и сменой, зачастую неоднократной, их природы в ходе геологической истории.
  Степень изученности проблемы
  Несмотря на значительное количество работ, посвященных складчатым поясам современной Азии, остаются не до конца решенными вопросы, связанные с пропорциями ювенильной и рециклированной коры в составе орогенов, тектонической историей и преобладающем стилем деформаций, а также закономерностями эволюции континентальной коры, определяющими локализацию месторождений.
  Полученные за последние десятилетия результаты исследований геологической позиции геологических комплексов Центральной Азии, изотопно-геохимические, палеомагнитные и геохронологические данные внесли существенный вклад в исследование становления коры ЦАСП (Диденко и др., 1994; Дегтярев, 1999, 2012; Добрецов и др., 2003; Khain et al., 2003; Sklyarov et al., 2003; Гладкочуб и др., 2008; Гордиенко и др., 2007, 2010; Xiao et al., 2010; Donskaya et al., 2013; Safonova et al., 2012, 2016, 2018). Однако вопрос о доминирующем типе коры и её природе по-прежнему остается дискуссионным (Jahn et al., 2000; Jahn, 2004; Kröner et al., 2014, 2017; Safonova, 2017 и др.). Наряду с исследованием вулкано-плутонических ассоциаций появляется всё больше результатов изучения вулканогенно-осадочных отложений островных дуг и активных окраин с использованием широкого спектра аналитических методов. Особое внимание уделяется изучению обломочных пород, дающих информацию о характере ранее существовавших магматических дуг (Long et al., 2010, 2012; Zhang et al., 2018; Konopelko et al., 2022; Safonova et al., 2021, 2022, 2024). Важную информацию дает изучение изотопных характеристик Sm-Nd по породе и Hf в цирконе, что позволяет надежно установить ювенильную или рециклированную природу областей сноса. На данный момент наибольшее количество таких исследований проведено для Китая (Jiang et al., 2011; Long et al., 2010, 2012; Yang et al., 2012; Lu et al., 2020; Zhang et al., 2021; Hou et al., 2024 и др.), в меньшей степени доступны данные по Алтаю (Chen et al., 2016; Kruk et al., 2017; Safonova et al., 2023), Казахстану (Safonova et al., 2022, 2023, 2024; Перфилова и др., 2022а, б), Монголии (Bold et al., 2016; Jiang et al., 2017; Savinskiy et al., 2022), Киргизии (Biske et al., 2019; Alexeiev et al., 2023, 2024), Узбекистану (Konopelko et al., 2022), Западному Прибайкалью (Школьник, Макрыгина, 2017), в то время как для северо-западных (Объ-Зайсанская складчатая система) и южных (Тянь-Шань) регионов ЦАСП таких данных, за редким исключением (Safonova et al., 2024) практически нет.
  Научная новизна исследований заключается в применении всестороннего подхода к изучению геологических комплексов складчатых поясов, что позволяет корректно подходить к созданию геодинамических моделей. Предполагается комплексное применение современных методов: геологическое картирование, петрографическое, изотопно-геохимическое и изотопно-геохронологическое изучение магматических, метаморфических и осадочных комплексов, что в полной мере соответствует мировому уровню.
  Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при геологическом картировании и геодинамическом моделировании, что позволит с уточнить существующие и разработать альтернативные тектонические модели, а также уточнить и разработать новые критерии регионального прогноза месторождений полезных ископаемых.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  В ходе выполнения проекта авторы планируют активное взаимодействие с рядом академических и отраслевых институтов: ГИН РАН (совместные полевые работы в Казахстане, обмен информацией, совместные публикации), ИГЕМ РАН (совместные полевые работы в Рудном Алтае, аналитические исследования, совместные публикации), ГЕОХИ РАН (изотопные исследования, совместные публикации), ДВГИ РАН (совместные полевые работы в Сихотэ-Алине, аналитические исследования, совместные публикации), ИГГ УрО РАН (изотопные исследования, совместные публикации), Казансский (Приволжский) университет (геохронологические исследования, совместные публикации), ВСЕГЕИ, ЦНИГРИ (обмен информацией, обсуждение результатов, совместные публикации).
  В рамках Меморандума о научном сотрудничестве между ИГМ СО РАН и Институтом геологии НАН Киргизской Республики будет продолжено сотрудничество в сфере изучения строения и состава надсубдукционных и аккреционных комплексов Киргизского Тянь-Шаня проведены совместные полевые работы.
  В рамках Меморандума о сотрудничестве с юго-западным университетом Цзяотун (Чэнду, Китай) будет проведена серия совместных экспериментов по изучению изотопного состава цирконов, направленная на выяснение источников мантийных магматических пород.
  пасоглашения о сотрудничестве с Казанским (Приволжским) федеральным университетом будет проведена серия экспериментов, направленная на выяснение…
  В рамках соглашения о научном сотрудничестве с Восточно-Казахстанским Технологическим университетом им. Серикбаева (Усть-Каменогорск, Казахстан) будут продолжены совместные исследования геодинамики, магматизма и рудоносности Восточного Казахстана..
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Для реализации проекта и достижения поставленной цели выбраны эталонные объекты (складчатые пояса и их фрагменты) Центральной и Восточной Азии, достаточно хорошо изученные в геологическом отношении как авторами, так и коллегами и предшественниками: западная часть Алтае-Саянской каледонско-герцинской складчатой области (Горно-Алтайский и Салаирский сегменты), Обь-Зайсансая герцинская складчатая область (Томь-Колыванский, Рудно-Алтайский, Калба-Нарымский, Чарский, Жарминский сегменты), складчатые пояса Северного и Южного Тянь-Шаня, Сихотэ-Алиньский складчатый пояс. Во всех перечисленных регионах авторы проекта в течение длительного времени вели исследования магматизма, метаморфизма и тектоники, имеют большой «багаж» детальных геологических наблюдений, располагают представительными коллекциями образцов и проб для детальных исследований.
  В Горном Алтае выполнены исследования состава и возраста магматических, метаморфических и осадочных комплексов (Крук и др., 1999, 2004, 2007, 2009, 2013, Куйбида и др., 2014; Сафонова и др., 2008, 2011, Kruk et al., 2011, 2018; Safonova et al., 2011, 2024), выявлены главные рубежи проявления интенсивных тектонических деформаций и определена их кинематика установлены главные особенности формирования и преобразования континентальной коры (Крук, 2015). В частности, показано, что Горно-Алтайский сегмент ЦАСП не имеет древнего (раннедокембрийского) основания, первичная кора региона была сформирована в два этапа (ранне- и позднекаледонский) и различается по составу, механизмам формирования, пропорциям ювенильного и рециклированного компонентов. Также показано, что в блоках разной природы и возраста кора континентального типа сформировалась практически синхронно (в среднем-позднем девоне). Показано, что образование терригенных осадочных толщ происходило в разных бассейнах: задуговой и преддуговой природы в результате разрушения раннепалеозойских внутриокеанических дуг (Safonova et al., 2024a; Крутикова и др., 2024).
  В Рудном Алтае установлены возрастные этапы, охарактеризованы геохимические особенности и оценены источники расплавов средне-позднедевонских вулканических комплексов (Куйбида и др., 2015, 2019; Kuibida et al., 2020), охарактеризована связь вулканизма, тектоники и рудообразования (Куйбида и др., 2025), выявлены главные рубежи, геохимические особенности, источники расплавов и тектоническая позиция гранитоидных комплексов северо-западной части Рудного Алтая (Куйбида и др., 2013, Крук и др., 2024).
  В Восточном Казахстане выполнены систематические исследования магматических базитовых и гранитоидных интрузивных комплексов каменноугольно-пермского возраста (Хромых и др., 2011, 2013, 2014, 2016, 2017, 2020, 2022; Khromykh et al., 2019, 2021, 2022, 2024; Котлер и др., 2015, 2017; Kotler et al., 2021); а также вулканитов разной геодинамической природы: океанических базальтов раннепалеозойского возраста в составе тектонического меланжа, островодужных базальтов и андезитов в составе тектонических блоков аккреционных призм, орогенных и посторогенных базальтов (Safonova et al. 2012, 2018, 2021; Хромых и др., 2020). В последние годы получены данные о возрасте и составе источников терригенных толщ, участвующих в строении как палеоокеанических террейнов Обь-Зайсанского океана, так и в аккреционных комплексах его окраин (Safonova et al., 2021; Перфилова и др., 2024; Пенкина и др., 2024). Полученные данные позволяют в целом охарактеризовать общую последовательность геодинамических событий при закрытии Обь-Зайсанского океанического бассейна и формировании герцинского орогенного сооружения Восточного Казахстана, отдельные этапы эволюции литосферы сопровождались характерными режимами осадконакопления и проявлениями вулканизма и интрузивного магматизма. Установлено, что масштабная эндогенная активность на территории Восточного Казахстана, выразившаяся в формировании наибольшего объема гранитоидов и сопровождавшаяся проявлениями базитового магматизма, произошла в ранней перми (300-275 млн лет назад), на пост-орогенной стадии развития (Khromykh et al., 2019; Хромых, 2022).
  В Северном Тянь-Шане в последние годы начаты исследования терригенных и вулканогенных пород, показавшие надсубдукционное происхождение офиолитов Киргизского хребта, образованных в пределах континентальной ранне-среднеордовикской дуги, существовавшей на конвергентных окраинах Терскейской ветви Палеоазиатского океана (Сафонова и др., 2004). Для структур Южного Тянь-Шаня установлены источники и обстановки излияния базальтов, а также начаты исследования граувакковых песчаников из аккреционных комплексов Алайского хребта, которые показали, что они накапливались при разрушении зрелой внутриокеанической дуги, либо при разрушении молодой активной окраины, а среднепалеозойские песчаники накапливались в результате размыва силур-девонской континентальной дуги и/или активной окраины (Перфилова и др., 2025).
  В пределах Сихотэ-Алинского орогенного пояса в последние годы определены возрасты детритового циркона в отложениях ряда террейнов (Диденко и др. 2020), реконструированы источники кластического материала для терригенных толщ Хабаровского террейна (Медников и др., 2024), получены данные о вещественном составе и изотопных характеристиках песчаников и алевролитов Самаркинского и Журавлевского террейнов (частично опубликованы в (Крук и др., 2014; Khanchuk et al., 2015). Установлены возрастные рубежи, геохимические типы и источники раннемеловых гранитоидов Самаркинского и Журавлевского террейнов (Крук и др., 2014а, 2016). Проведены комплексные исследования метаморфических пород Анюйского купола, показано, что он представляет собой мезозойский комплекс метаморфического ядра (Крук и др., 2014б).
  
  
• Исполнители:
  Крук Николай Николаевич, Сафонова Инна Юрьевна, Хромых Сергей Владимирович, Куйбида Максим Леонидович, Котлер Павел Дмитриевич, Владимиров Владимир Геннадьевич, Кармышева Ирина Владимировна, Михеев Евгений Игоревич, Хохрякова Ольга Александровна, Перфилова Алина Александровна, Котляров Алексей Васильевич, Жимулев Федор Игоревич, Яковлев Владислав Александрович, Гурова Александра Владимировна.
  
  
• Отчеты:
  ---------------------------------.

 

2.3.2. Геология

---

 

Свернуть  

 

• Закономерности метаморфических процессов: эволюция вещества в масштабе от кристаллической решетки до геологических тел
• Процессы фазообразования (минералы, флюиды, расплавы) при физико-химических параметрах зон субдукции и литосферной мантии, генезис и синтез алмаза
• Петрология и потенциальная рудоносность магматических формаций крупных изверженных провинций Азии
• Физико-химические основы поиска функциональных материалов и разработка методик их получения
• Рудный потенциал метасоматических процессов, связанных с щелочными и карбонатитовыми комплексами

  

Закономерности метаморфических процессов: эволюция вещества в масштабе от кристаллической решетки до геологических тел

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0016
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: д.г.-м.н. Олег Петрович Полянский
• Лаборатории: Метаморфизма и метасоматизма; Структурной петрологии
  
  
• Цель научного исследования:
  Цель проекта – установить термодинамические, кинетические и деформационные факторы метаморфизма различных типов, разработать термомеханические модели деформационно-метаморфических процессов, а также выявить закономерности эволюции структуры кристаллического и некристаллического вещества земной коры и мантии под воздействием экстремальных условий для развития кристаллохимических подходов изучения структуры и свойств природных и функциональных материалов.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  

  Задание 1. Метаморфические индикаторы геодинамических обстановок коллизии, растяжения и сдвиговых зон земной коры: регионального метаморфизма низких давлений/высоких температур, ультравысокотемпературного/гранулитового метаморфизма коллизионного метаморфизма умеренных давлений/высоких температур и высоких давлений/низких температур, связанных с надвигами и субдукцией, стресс-метаморфизма при деформациях пород, а также тепловые источники метаморфизма в режиме внутриплитного рифтогенеза.
  В ходе реализации проекта планируется проанализировать связи метаморфизма с магматизмом и тектоникой, их причины и определяющие факторы. Предполагаемые исследования метаморфических комплексов с применением современного комплекса аналитических методов позволят выполнить детальную типизацию метаморфитов (по составу, времени образования, режимам метаморфизма и глубине ретроградных изменений), реконструировать их осадочные протолиты, а также отвечающие им геодинамические обстановки, детализировать историю геологического развития региона исследования. В результате будут установлены диагностические метаморфические P-T-t тренды «по» или «против часовой стрелки», характерные для пород, сформированных в зонах активного тектогенеза - при растяжении, сжатии и в сдвиговых (шовных) зонах земной коры и разработаны теплофизические модели, описывающие эти процессы.
  Задание 2. Выявить тренды фракционирования макро- и микроэлементов в процессах высокотемпературного низкобарического метаморфизма. Дать оценку коррозионной стойкости высокотемпературных фаз в ретроградных процессах.
  Этапы исследований по заданию. 2026 г. Минералого-геохимическая аттестация HT/LP пород, возникших по карбонатным протолитам. Определение геохимических особенностей индивидуальных фаз и характера распределения микроэлементов между породообразующими и акцессорными минералами. 2027 г. Определение характера перераспределения микроэлементов в продуктах ретроградных изменений метакарбонатных HT/LP пород. 2028 г. Минералого-геохимическая аттестация метапелитовых HT/LP пород. Определение геохимических особенностей индивидуальных фаз и характера распределения микроэлементов между породообразующими и акцессорными минералами и продуктами. 2029 г. Минералого-геохимическая аттестация HT/LP пород, возникших по фосфатно-карбонатным протолитам. 2030 г. Обобщение полученных результатов; формулировка заключения о главных факторах (кристаллохимических и физико-химических), контролирующих фракционирование элементов и образование ими собственных минеральных фаз на прогрессивной и регрессивной стадиях HT/LP метаморфизма.
  Задание 3. Разработать комплексную методику моделирования преобразований минерального вещества в широком диапазоне температур и давлений (в том числе в присутствии флюидной фазы) на базе экспериментов в режиме in situ в сочетании с термодинамическим моделированием. На базе этой методики:
  - определить устойчивость и кинетику преобразования индекс-минералов HT/LP метаморфизма (в том числе являющихся природными аналогами «клинкерных фаз») при их взаимодействии с флюидами на регрессивных этапах метаморфизма (T < 300 °C, P < 2 кбар);
  - установить механизмы адаптации кристаллических структур HT/LP фаз к воздействию давления и температуры; уточнить их термодинамические параметры, необходимые для достоверного моделирования минеральных равновесий в соответствующих многокомпонентных системах.

• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  1. В пределах Приенисейской региональной сдвиговой зоны Енисейского кряжа на основании комплексного анализа структурно-геологических, петролого-геохимических и изотопно-геохронологических данных установлена пространственная связь и выполнена корреляция вариаций Р-Т параметров метаморфизма с интенсивностью деформирования пород. Разработана численная термомеханическая модель напряженно-деформированного состояния тектонитов, показывающая возможность превышения динамического давления над литостатическим в условиях сдвиговых деформаций. На основании комплексной интерпретации структурно-геологических, петролого-геохимических и изотопно-геохронологических данных определены особенности формирования и P-T-t-d тренды эволюции метапелитов Северо-Енисейского кряжа в условиях коллизионного метаморфизма при утолщении земной коры в результате надвигов. На основании комплексной интерпретации структурно-геологических, петролого-геохимических и изотопно-геохронологических данных определены особенности петрогенезиса, геотектонические обстановки, термодинамические параметры и возраст метаморфизма и протолита для контрастных по составу пород Гаревского, Тейского и Ангарского метаморфических комплексов для решения вопроса о вхождении Сибирского кратона в состав древнего суперконтинента Родиния. Определен вещественный состав, Р-Т условия и возраст полиметаморфизма и метапикрит-базальтового вулканизма в пределах Ишимбинско-Татарской шовной зоны, сформированной в обстановке растяжения, и установлена связь эндогенных процессов с тектоникой, карбонатитовым магматизмом плюмовой природы и рудообразованием. Выполнено обобщение комплекса данных по выявлению индикаторных диагностических P-T-t трендов метаморфизма, характерных для пород, образованных в зонах активного тектогенеза - при растяжении, сжатии и в сдвиговых зонах земной коры. Будут установлены особенности формирования и эволюции метаморфических пород Енисейского кряжа, интерпретированы результаты численного теплофизического моделирования и проведена корреляция с последовательностью глобальных геологических процессов региона.
  2. Комплексом прецизионных методов будут охарактеризованы кристаллические и аморфные фазы из ассоциаций UHT/LP метаморфических пород. Будет дана оценка устойчивости Ca силикатов и акцессорных фаз в ретроградных (температура до 400°C) процессах геологической длительности. Будет выполнена оценка изоморфной емкости породообразующих и акцессорных минералов из ассоциаций спуррит-мервинитовой фации, возникших по протолитам с различной геохимической специализацией. Определены коэффициенты накопления тяжелых металлов, токсичных и радиоактивных элементов в минералах UHT/LP метаморфических пород. Породы UHT/LP метаморфизма и продукты их ретроградных и гипергенных изменений будут рассмотрены как долгоживущие природные аналоги цементного клинкера и минеральных вяжущих (Прикладной результат).
  3. Будет выполнен анализ in situ влияния давления на динамику решетки и удельный объем высокотемпературных-низкобарических фаз (безводные силикаты Ca и Ca-Mg), для которых отсутствует экспериментально определенные параметры уравнения состояния.
  Практическая значимость: будет отработан комплексный подход к экспериментальному моделированию преобразований минерального вещества в широком диапазоне температур, давлений и под воздействием флюидной фазы с использованием рентгеновской дифракции и КР-спектроскопии в режиме in situ с использованием ячеек с алмазными наковальнями; будут экспериментально определены кинетические параметры реакций преобразования HT/LP фаз (в том числе являющихся природными аналогами «клинкерных фаз») при взаимодействии с флюидами на регрессивных этапах метаморфизма (T < 300 °C, P < 2 кбар), а также охарактеризованы продукты таких преобразований; на основе комплексного исследования методами рентгеновской дифракции и КР-спектроскопии определены параметры PVT-уравнений состояния кальциевых силикатов (ранкинита, килхоанита, кальциооливина, тиллеита и др.), необходимые для термодинамического моделирования многокомпонентных систем с их участием в широком диапазоне PT-условий.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  

  Обоснование значимости проблемы
  Метаморфические породы являются одной из важнейших составляющих литосферы. Процессы метаморфизма осуществляются в различных геодинамических обстановках, вследствие чего они являются одним из индикаторов геодинамики, а их корреляция с магматизмом и тектоникой позволяет реконструировать последовательность глобальных событий развития литосферы (England, Thompson, 1984; Добрецов 1995; Spear, 1995; Johnson, Harley, 2012; Reverdatto et al., 2019). На базе анализа метаморфических парагенезисов осуществляется реконструкция P-T-t-d трендов и построение моделей, корректно описывающих совокупность эндогенных процессов. В метаморфических комплексах локализованы гигантские запасы полезных ископаемых (железистых кварцитов, пьезооптического сырья, Ti, V, Mn, U, Au и глиноземистых силикатных руд; драгоценных и поделочных камней). Полистадийная история геологического развития комплексов регионального метаморфизма резко осложняют достоверный прогноз их рудоносного потенциала, оценку запасов и качества сырьевых ресурсов. Однако ее детальная реконструкция на базе современных аналитических техник и алгоритмов интерпретации способна существенно повысить точность таких прогнозов и выявить потенциальные рудоносные зоны.
  На сегодняшний день в рамках проблемы метаморфического петрогенеза наиболее актуальны следующие направления исследований:
  – анализ режимов метаморфизма и пространственно-временных соотношений разных типов метаморфических комплексов, приуроченных к подвижным поясам на границах древних континентов в областях роста, переработки и рециклинга земной коры;
  – анализ связей между метаморфизмом и деформациями;
  – совершенствование алгоритмов и методологии картирования метаморфических комплексов;
  – реконструкция геодинамических обстановок на базе петро- и геохимических индикаторов;
  – реконструкция природы протолитов;
  – изотопно-геохимические аспекты полистадийных метаморфических процессов;
  – количественный анализ массопереноса и оценка миграционной подвижности микроэлементов в процессах метаморфизме;
  – оценка рудогенерирующего потенциала метаморфических комплексов различного типа.
  Актуальность заявленных в проекте исследований определяется острым дефицитом современных геохимических (особенно, изотопных) данных и результатов абсолютного датирования пород полистадийных метаморфических комплексов. Приоритетное значение имеют разработки новых подходов к оценке длительности и скорости метаморфических процессов - одной из ключевых проблем учения о метаморфизме.
  Для полноценной реконструкции процессов образования и последующего преобразования метаморфических пород всестороннее исследование природных объектов должно быть дополнено комплексным моделированием, включающим как экспериментальную, так и теоретическую составляющие. При этом, поскольку процессы преобразования «сухих» минералов HT/LP пород при взаимодействии с флюидами характеризуются высокой степенью неравновесности, наиболее информативным экспериментальным подходом являются эксперименты in situ, позволяющие при актуальных PT-параметрах диагностировать состояние взаимодействующих фаз, кинетику этих процессов и наличие промежуточных продуктов таких взаимодействий.
  Метаморфизм изучает физические и химические процессы твердофазного преобразования вещества в пределах литосферы. Традиционными направлениями исследований метаморфических комплексов являются: выявление и анализ зональности, анализ парагенезисов, совершенствование количественной основы для термодинамических расчетов, определение Р-Т условий метаморфизма и т.д. Анализ геохимических особенностей метаморфических процессов зачастую сводился к фиксации характера распределения петрогенных элементов в пределах толщи и между минералами переменного состава. Вследствие этого значительные усилия были направлены на повышение представительности петрохимических данных, на улучшение точности количественных оценок Р-Т условий формирования различных типов пород и детальной характеристике их состава в крупных структурных единицах земной коры. Геодинамическая обусловленность и геохимические аспекты метаморфизма, особенно его динамические и кинетические факторы, в целом изучены значительно слабее (Ревердатто и др., 2017).
  В последние годы метаморфическая петрология движется от статических приближений, доминирующих при изучении фазовых равновесий, к развитию количественных моделей, ориентированных на понимание особенностей поведения вещества при изменении РТ-параметров. Это имеет первостепенную значимость для повышения достоверности прогноза рудоносности метаморфических толщ сложного строения. Один их объектов наших исследований, докембрийские комплексы Енисейского кряжа, представляет собой суперпозицию проявлений контактового и зонального LP/HT метаморфизма, связанного с магматическим источником тепла, коллизионного MP/HT и глаукофансланцевого HP/LT метаморфизма, связанных с надвигами и субдукцией, а также проявлений гранулитового метаморфизма. Многие из этих полиминеральных пород/ассоциаций обладают высокой генетической информативностью и являются, вследствие этого, индикаторами рудоносности метаморфических толщ.
  В этом направлении интенсивно изучаются особенности распределения микроэлементов в метаморфических минералах, что позволяет получать информацию о подвижности элементов, характере диффузионных процессов (Скублов, 2005; Rohr et al, 2007). В ряде современных работ была показана эффективность геохимии микроэлементов для доказательства достижения равновесия (Carlson, 2002; Zack et al, 2002), оценки Р-Т параметров (Lane, Carlson, 2003; Скублов, 2005;), определения последовательности минералообразования (Sen et al, 2003; Clarke et al, 2003), выделения этапов метаморфизма (Whitehouse, 2003; Rubatto, 2002; Zeh et al, 2004) и оценки их длительности (Herman, Rubatto, 2003; Baxter, DePaolo, 2004; Dragovic et al., 2012). В частности, по направлению контактового метаморфизма современное состояние исследований характеризуется: (i) отсутствием целостной концепции явления спуррит-мервинитового метаморфизма, который реализуется в экстремальных условиях высоких температур (от 850 до > 1000 °C) и низких давлений (от 1 атм до ≤ 2 кбар) (UHT/LP режим) и (ii) необходимостью охарактеризовать поведение в этих процессах вещества осадочных протолитов с различной геохимической нагрузкой.
  Приведенные примеры очевидно показывают, что в последнее время активно развиваются новые, нетрадиционные для метаморфической петрологии, аналитические и экспериментальные методы, которые позволяют охарактеризовать термодинамические и некоторые кинетические параметры преобразования вещества при метаморфизме.

  Научная новизна и инновационность
  Прогресс в понимании геохимических особенностей метаморфизма в значительной мере обусловлен внедрением новых аналитических методов. Эффективным инструментом реконструкции состава и расшифровки природы протолита пород стал анализ спектров REE и отношений ряда индикаторных элементов (Bolnar et al, 2005; Sifeta et al, 2005; Likhanov, Reverdatto, 2008; Sokol et al., 2014; 2016; 2017). Перспективным продолжением этих работ представляется использование высокоразрешающих локальных методов анализа вещества, открывающих новые возможности для реконструкции процессов формирования и эволюции метаморфических комплексов.
  Новым элементом в рамках проекта является также моделирование процессов тепломассопереноса при метаморфизме посредством численного решения задач флюидо-динамики и механики деформируемого твердого тела, что позволит установить механизм теплопереноса и оценить масштабы транспортировки растворенных компонентов при контактовом и региональном метаморфизме. Предполагаемые трехмерные модели конвективной неизотермической гидродинамики в настоящем проекте будут реализованы с применением вычислений на многоядерных компьютерах, что является эффективным аппаратом исследований геохимических процессов (Lichtner et al., 1996; Steefel et al., 2015). Численный эксперимент позволяет получить количественные оценки параметров конвективного тепломассопереноса и является активно развивающимся методом верификации геохимических концепций (Connolly and Podladchikov, 2013; Семенов, Полянский 2017; Gerya, 2019). Будут использованы самые современные вычислительные пакеты ANSYS-Fluent и MSC.Marc для моделирования процессов флюидо-динамики и механики деформируемого твердого тела, соответственно. Применимость вычислительных пакетов MSC.MARC и ANSYS-Fluent для ряда геотектонических и петрологических задач отражена в многочисленных публикациях исполнителей проекта.
  Наиболее важным фундаментальным результатом исследований будет усовершенствование методики изучения геологических комплексов тектонитов в шовных зонах земной коры и расширение возможности ее применения для палеотектонических реконструкций в областях активного тектогенеза, в том числе геодинамических и геохимических аспектов метаморфических процессов в областях полициклического развития. Эффективность предлагаемого исследования высока для решения одной из ключевых проблем метаморфической петрологии – разработки подходов к оценке длительности метаморфических процессов. В итоге, новые данные позволят существенно расширить представления о механизмах массопереноса при контактовом метаморфизме, тектонометаморфической истории развития Енисейского кряжа в докембрии.

  Практическая значимость
  Итоги выполнения проекта могут быть использованы в смежных областях науки и технологии (химия, материаловедение) для прогноза поведения «клинкерных фаз» в пределах и за пределами поля их стабильности, и способности к аккумуляции примесей, включая ценные, токсичные и радиоактивные. Информация о безводных силикатах (стехиометричного состава и сложных твердых растворах) и параметрах их устойчивости в природных процессах (в том числе в агрессивной газовой среде, в процессах гидратации и солевой коррозии) может быть использована для оптимизации: (i) технологий синтеза и режимов эксплуатации термо- и коррозионностойких неорганических материалов (керамик, огнеупоров, покрытий), (ii) производства цементного клинкера с высокой долей техногенного (золошлакового) сырья. Прикладным итогом проекта будет создание технологических основ получения особо стойких геополимерных бетонов.
  Результаты минералого-геохимических исследований пород спуррит-мервинитовой фации метаморфизма могут найти практическое применение: (1) при разработке технологий утилизации отходов цветной металлургии, химических производств, ядерной энергетики и теплоэнергетики; (2) для прогноза долговременной устойчивости фаз-иммобилизаторов токсичных и радиоактивных элементов в составе силикатных матриц, конструкционных материалов и в местах их захоронения.

  Соответствие современным трендам и вызовам
  Передовым направлением в выполняемом проекте является экспериментальное изучение методами in situ минералов при высоких давлениях и температурах. Это позволяет продвинуться в понимании 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.
  Динамика тектонометаморфических процессов будет реконструирована с привлечением компьютерного моделирования методом конечных элементов с перебором теплофизических параметров модели и граничных условий. Для изучения геодинамических причин деформации коры и литосферы будут использоваться петрологические и геохронологические данные, которые ограничивают выбор параметров модели (начальная геотерма, мантийный тепловой поток, граничные силы или скорость деформаций). Задачи решаются в связной постановке, т.е. с учетом влияния температуры и давления на свойства вещества, и тем самым на скорость деформации. Используя подходы механики деформируемых тел (МДТ), удается учитывать в моделях сложное поведение материалов при пластическом, хрупком и вязком деформировании, это позволяет учитывать гетерогенное строение коры, мантии и взаимодействие расплав/порода. Подход к моделированию динамики геосред с помощью уравнений МДТ выгоден тем, что учитывает изменение геометрии взаимодействующих сред на основе выполнения физических законов сохранения. Будут применяться высокопроизводительные 3D алгоритмы описания поведения вещества с большими градиентами температур и деформаций. Алгоритмы адаптации расчетной сетки является современной тенденцией при решении многомерных задач. Этот подход успешно применяется авторами настоящего проекта к решению задач тепломассопереноса при магматизме и метаморфизме (см. список публикаций).
  Запланированные исследования отвечают задачам сегодняшнего дня. Их реализуемость обеспечивает современный уровень аналитических возможностей, мощность вычислительных ресурсов и эффективность методик, используемых участниками проекта. Гарантией успешного решения поставленных в проекте задач, получения результатов мирового уровня и их опубликования в ведущих международных геологических журналах являются следующие факторы. 1) Мультидисциплинарность авторского коллектива, объединяющего признанных специалистов по метаморфической петрологии, геохимии, кристаллохимии, а также математического моделирования геологических процессов. 2) Задел авторского коллектива включает результаты многолетних экспедиционных работ, знание геологической ситуации районов исследований, наличие базы данных, разработанные и успешно апробированные методические подходы, включая геотермобарометрию, эксперимент с использованием алмазных наковален, вычислительные пакеты. 3) Приборная аналитическая база ЦКП ИГМ СО РАН (г. Новосибирск) полностью обеспечивает нужды проекта.

  Заключение
  Будет выполнено крупное обобщение результатов исследования главных факторов (кристаллохимических и физико-химических), контролирующих фракционирование элементов и образование ими собственных минеральных фаз на прогрессивной и регрессивной стадиях HT/LP метаморфизма.
  Реконструкция этапов развития активных континентальных окраин, коллизионных поясов и внутриплитных рифтовых зон возможна только при комплексных метаморфических, изотопно-геохимических и кристаллохимических исследованиях, что позволит найти связь минеральных преобразований с геодинамикой, рассматривая их в масштабе от кристаллической решетки до крупных геологических тел. Результатом будут новые знания, в частности, термодинамические, геохимические и деформационные особенности метаморфизма различных типов, среди них: эволюция Р-Т параметров, тип протолита, длительность, масштабы переноса тепла и летучих компонентов.
  Будут выявлены ранее не охарактеризованные закономерности эволюции структуры кристаллического вещества земной коры и мантии под воздействием экстремальных условий, важные для понимания процессов субдукции и фазовых превращений в карбонатных системах.
  Таким образом, актуальность и значимость новых научных знаний, которые будут получены в ходе выполнения данного проекта, несомненна. Результаты будут в равной мере востребованы и фундаментальной минералогией/кристаллохимией и материаловедением.

• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Исполнители проекта проводят аналитические исследования в «Центре коллективного пользования научным оборудованием много-элементных и изотопных исследований СО РАН» (Новосибирск), а также в Центре коллективного пользования «Геоаналитик» УрО РАН (Екатеринбург). Моделирование выполняется с использованием собственных суперкомпьютерных ресурсов.
  Разные виды исследований проводятся на оборудовании и в соавторстве с сотрудниками следующих научных организаций:
  1. Европейский центр синхротронного излучения (ESRF, Гренобль, Франция)
  2. Университет Вены (Австрия)
  3. Итальянский центр синхротронного излучения (Elettra, Триест, Италия)
  4. Новосибирский государственный университет
  5. Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского (ГЕОХИ РАН, Москва)
  6. Сибирский центр синхротронного излучения СЦСТИ (Институт ядерной физики СО РАН. Новосибирск),
  7. Институт неорганической химии СО РАН (Новосибирск),
  8. Санкт-Петербургский государственный университет.
  9. ИГАБМ СО РАН (Якутск).
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Участники проекта на протяжении многих лет проводят исследования геологических комплексов Енисейского кряжа. За это время построены геологические схемы и карты ряда опорных участков, созданы представительные коллекции образцов и базы аналитических данных. Авторы обладают практическим опытом полевого изучения и картирования (в том числе крупномасштабного) высокоглиноземистых метаморфических комплексов Енисейского кряжа, зональных комплексов нагорья Сангилен, Урала, контактовых ареалов траппов Сибирской платформы. Имеется значительный опыт в P-T-t-d реконструкциях, парагенетическом анализе и численном моделировании процессов коллизионного и метаморфизма растяжения земной коры (Ревердатто и др., 2017).
  Используя минералого-петрологические, геохимические, изотопно-геохронологические и экспериментальные методы исследований, авторами проекта ранее были получены абсолютно новые результаты, которые представлены в публикациях в высокорейтинговых журналах по направлениям метаморфической петрологии, минералогии, кристаллохимии и материаловедения. Некоторые результаты предыдущих этапов следующие. Разработанные участниками проекта компьютерные программы успешно применены для численного моделирования процессов субдукции, складчатости, магмогенерации, диапиризма и дайкообразования (Семенов, Полянский, 2017, Polyansky et al., 2017; Ревердатто и др., 2022).
  На основании природных наблюдений и численной модели формирования бластомилонитов Приенисейской сдвиговой зоны Енисейского кряжа показана возможность превышения давления над литостатическим в породах в условия сдвиговых деформаций. Для тектонитов Ангаро-Канского и Исаковского террейнов получены оценки максимального избыточного давления от 25 до 50% от литостатического. Показано, что сверхлитостатическое давление может сохраняться в локальном объеме в геологическом масштабе времени, достаточном для фиксации в метаморфических минералах. Модельные и геобарометрические оценки пиковых величин при стресс-метаморфизме позволяют предложить новые свидетельства неоднородности давления в природных минеральных ассоциациях (Полянский и др., 2024).
  Выполнены определения изотопного состава C и O в валовых пробах карбонатных пород, в кальците и в (CO3)-группах карбонато-силикатов (спуррита, тиллеита и скаполита) из Кочумдекского ореола. С применением метода беспиролизной газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС) впервые определены соотношения H2O и CO2 во флюиде при пиковых параметрах спуррит-мервинитового метаморфизма. В координатах δ13C–δ18O короткий тренд снижения величины δ13C при переходе от известняков к мраморам указывает на то, что равновесный с ними флюид был богат CO2. В спурритах главным флюидным компонентом оказалась вода, что выявляет резкий контраст состава флюидов, законсервированных в минералах карбонатных и силикатных прослоев. Реконструированные параметры формирования кочумдекских мраморов составили: T = 725-925 °C при PCO2 ≥ 0.3-0.4 Pобщ. Необычный состав протолита, его структурно-текстурная неоднородность, ограниченный массоперенос и высокие температуры являются причинами возникновения редких минералов и минеральных ассоциаций при метаморфизме и метасоматозе. Чаще всего это наблюдается в малоглубинных условиях при поступлении в породы дополнительного тепла магматическими интрузиями [Сокол и др., 2023; 2022; Sokol et al., 2021; Девятиярова и др., 2021; Deviatiiarova, 2023].
  Методом КР с использованием аппарата с алмазными наковальнями установлены границы стабильности одного из распространенных K-Са карбонатов - бючлиита K2Ca(CO3)2, который встречен во включениях в глубинных минералах. Использовались методы in situ КР-спектроскопии и монокристальной рентгеновской дифракции в сочетании с алмазной ячейкой. Изучена фазовая диаграмма бючлиита в пределах 300оС и 100 кбар. Поле устойчивости исходной тригональной фазы расширяется в область высоких давлений с ростом температуры. Это подтверждает важность бючлиита как стабильной фазы при Р-Т условиях охлаждения захваченных включений глубинных карбонатитовых расплавов. Установлено, что деформация координационного полиэдра катиона K и разупорядочение катионов K и Са являются факторами стабилизации структур щелочных карбонатов при повышении давления. Показано, что сжимаемость K-Са карбонатов практически не зависит от упорядоченности структуры и фазовых переходов (Likhacheva et al., 2024).
  
  
• Исполнители:
  Полянский Олег Петрович, Сокол Эллина Владимировна, Лиханов Игорь Иванович, Сереткин Юрий Владимирович, Лихачева Анна Юрьевна, Кох Светлана Николаевна, Селятицкий Александр Юрьевич, Горяйнов Сергей Владимирович, Дребущак Валерий Анатольевич, Ращенко Сергей Владимирович, Казанцева Лидия Константиновна, Семенов Александр Николаевич, Михно Анастасия Олеговна, Половых Анна Сергеевна, Некипелова Анна Владиславовна, Свердлова Вера Грегоровна, Крылов Александр Александрович, Лесная Ульяна Михайловна, Романенко Александр Владимирович.
  
  
• Отчеты:
  ----------------------------------------.

 

2.3.3. Минералогия и петрология

---

Процессы фазообразования (минералы, флюиды, расплавы) при физико-химических параметрах зон субдукции и литосферной мантии, генезис и синтез алмаза

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0013
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: член-корреспондент РАН Юрий Николаевич Пальянов
• Лаборатория: Экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса
  
  
• Цель научного исследования:
  Реконструкция процессов образования минералов, флюидов, расплавов и генезис алмаза в зонах субдукции и литосферной мантии по минералогическим и экспериментальным данным. Синтез алмазов, легированных примесями Si, Ge, N, P.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  Проект включает три блока: «Природа», «Эксперимент», «Синтез» с соответствующими задачами:
  Блок «Природа»
  Основной задачей проекта по блоку «Природа» является определение причин существования контрастных сред алмазообразования в литосферной мантии и вариаций фугитивности кислорода, достигающих 10 логарифмических единиц. В рамках этой задачи предполагается:
  1. Проведение исследований, направленных на оценку соотношения состава включений расплавов и флюидов в алмазах с составом окружающей мантии.
  2. Выявление механизмов образования алмазов в различных доменах мантии.
  3. Определение роли окислительно-восстановительных реакций в генезисе алмаза и сопоставление полученных данных с результатами экспериментальных исследований.
  Блок «Эксперимент»
  1. Определение растворимости карбонатов в водном флюиде при Р-Т параметрах литосферной мантии. Выявление эффективности транспорта углерода окисленными водными флюидами.
  2. Экспериментальное моделирование реакционного взаимодействия между водно-хлоридными флюидами субдуцирующей плиты и мантийными перидотитами.
  3. Анализ условий образования флогопита и магнезита при реакционном взаимодействии субдукционных водно-хлоридно-карбонатных флюидов с мантийными перидотитами. Выявление параметров возникновения в литосферной мантии флогопит- и/или карбонатсодержащих перидотитов.
  4. Определение характера фазовых превращений в субдуцируемых породах слэба при их взаимодействии с резко восстановленной металлсодержащей мантией. Оценка параметров устойчивости мантийных оксидов (минералов-спутников алмаза - пикроильменита, хромита, шпинелидов и др.) в присутствии обогащенных серой расплавов/флюидов, которые являются потенциальными восстановительными агентами мантийного метасоматоза.
  5. Экспериментальное моделирование фазообразования при метасоматической переработке металл- и карбидсодержащих пород восстановленной мантии обогащенными серой расплавами/флюидами. Выявление индикаторных характеристик полученных железосодержащих (Fe0, Fe2+, Fe3+) фаз.
  6. Экспериментальное моделирование процессов взаимодействия восстановленных обогащенных серой флюидов с карбонатсодержащими породами слэба при P,T-параметрах «горячей» субдукции и мантийного клина.
  Блок «Синтез»
  Поисковые экспериментальные исследования по оптимизации условий кристаллизации алмаза в различных средах, тестированию новых потенциально алмазообразующих систем и высокобарическому отжигу синтезированных кристаллов для получения алмазов с примесными (Si, Ge, N, P) центрами и оценки перспектив их применения.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  

  2026
  Проведено определение сингенетичности минеральных и полифазных включений в алмазах из россыпей и кимберлитовых трубок Сибирской платформы. Предложена комплексная методика исследования кристаллов алмаза.
  Определена растворимость карбонатов в водном флюиде при Р-Т параметрах литосферной мантии. Выявлена эффективность транспорта углерода окисленными водными флюидами. Предложен механизм транспорта углерода водными флюидами в условиях литосферной мантии Земли.
  На основании экспериментальных данных проведена оценка параметров устойчивости мантийных минералов-спутников алмаза (пикроильменита, хромита, шпинелидов и др.) в присутствии обогащенных серой агентов мантийного метасоматоза.
  Реализован синтез кристаллов алмаза с SiV и GeV центрами, с применением инновационных подходов при выборе и оптимизации условий ростовых экспериментов, включая состав растворителя-катализатора, схему кристаллизации и Р-Т параметры.

  2027
  Выполнена визуализация внутреннего строения кристаллов алмазов из россыпей и кимберлитовых трубок Сибирской платформы, выявлены основные закономерности ростовой и постростовой истории алмазов. Для алмазов из исследованных месторождений определены P-T условия формирования и оценена роль расплавов/флюидов в алмазообразующих процессах.
  Выявлены закономерности реакционного взаимодействия между субдукционными водно-хлоридными флюидами и мантийными перидотитами, определены граничные условия образования флогопита в перидотитах.
  Оценена возможность образования мантийных сульфидов, близких по составам к сульфидным включениям в природных алмазах, при воздействии серосодержащих агентов мантийного метасоматоза на минералы-спутники алмаза (пикроильменит, хромит, шпинелиды и др.).
  Разработаны методы синтеза, позволяющие получать опытные образцы кристаллов, содержащих SiV и GeV центры, и предоставлять их в ведущие научные центры для проведения исследований и разработки опытных устройств.

  2028
  Установлена специфика процессов алмазообразования в различных мантийных доменах, в результате исследования внутреннего строения и включений в алмазах из кимберлитовых трубок, расположенных в областях Сибирского кратона с корой архейского возраста и алмазов из россыпей, локализованных в тектонической провинции с корой палеопротерозойского возраста.
  Определены закономерности реакционного взаимодействия между субдукционными водно-хлоридно-карбонатными флюидами и мантийными перидотитами. Предложена экспериментально обоснованная модель метасоматоза мантийных перидотитов водно-хлоридными и водно-хлоридно-карбонатными флюидами, вносящая важный вклад в развитие модели глубинных резервуаров воды.
  Проведена реконструкция процессов фазообразования при метасоматической переработке пород восстановленной мантии обогащенными серой расплавами/флюидами и оценена роль данного метасоматического воздействия в формировании графит- и алмаз-продуцирующих расплавов.
  Проведена оптимизация методов получения кристаллов алмаза, легированных примесью азота, с использованием различных по составу растворителей-катализаторов и добавок азотсодержащих соединений.

  2029
  Реконструирован термический режим формирования алмазов, а также определена роль окислительно-восстановительных реакций в генезисе алмаза, в результате исследования алмазов с полифазными включениями из россыпей северо-востока Сибирского кратона и коренных месторождений Якутской алмазоносной провинции.
  Определены характерные особенности фазовых превращений в субдуцируемых породах слэба при их взаимодействии с резко восстановленной металлсодержащей мантией, определены условия стабильности фаз, обогащенных летучими компонентами, участвующих в данных процессах.
  На основании теоретически обоснованных и экспериментально воспроизведенных сценариев поведения восстановленных серосодержащих флюидов в мантии Земли, предложена модель сульфидизации углеродсодержащих доменов восстановленной мантии.
  Изучен дефектно-примесный состав синтезированных кристаллов алмаза, легированных азотом. Определены тип и концентрация азотных дефектов. Отработан методический подход по контролируемому варьированию концентрации и типа примесных азотных дефектов.

  2030
  Определена роль мантийных плюмов и субдуцированной окисленной литосферной плиты в алмазообразующих процессах. Сопоставлены полученные данные по природным кристаллам с результатами экспериментальных работ.
  Установлены температурные режимы, при которых в породах слэба при фугитивности кислорода, характерной для восстановленной металлсодержащей мантии, формируется силикатный расплав – потенциальный агент мантийного метасоматоза.
  Проведена реконструкция потенциальных сценариев образования мантийных сульфидов в результате воздействия восстановленных обогащенных серой флюидов на модельные карбонатно-силикатные породы слэба и мантийного клина.
  На основании результатов поисковых экспериментальных исследований определены наиболее перспективные ростовые системы и условия для высокобарического синтеза и роста кристаллов алмаза, легированных примесью фосфора.

• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Проект включает три блока: «Природа», «Эксперимент», «Синтез».
  Блок «Природа» Включения, захваченные кристаллами алмаза, являются идеальными образцами вещества мантии, доступными для исследований. В настоящее время накоплен большой массив данных о составе минеральных включений в алмазах. Однако до сих пор не ясно, являются ли эти включения сингенетичными алмазу и насколько они соответствуют среде его кристаллизации. Полученные данные по исследованию расплавных включений показывают значительные вариации состава среды кристаллизации алмазов, а также контрастность значений фугитивности кислорода. Причины этих вариаций могут быть связаны с взаимодействием окисленных расплавов/флюидов субдуцирующей плиты с мантийными породами, содержащими металлическое железо, либо с процессами взаимодействия восстановленных флюидов поднимающихся плюмов с окисленной литосферной мантией. Алмазы с включениями дают уникальную возможность реконструировать процессы минералообразования на различных уровнях мантии, в том числе в обстановках субконтинентальной мантии и в зонах субдукции.
  Блок «Эксперимент»
  Для полноценной реконструкции процессов эволюции мантии Земли необходимым является систематическое исследование процессов фазообразования с участием летучих. Актуальность изучения стабильности C-, O-, H-, S- и N-содержащих фаз при давлениях, температурах, а также редокс обстановках, характерных для литосферной мантии и зон субдукции, обусловлена тем, что устойчивость фаз-концентраторов летучих контролирует их транспорт между глубинными резервуарами, а также участие в глобальных геодинамических процессах. Однако, остается слабо изученным, при каких конкретно физико-химических параметрах в литосферной мантии и зонах субдукции происходит смена одних фаз-концентраторов летучих на другие. Например, образование в ходе дегидратации и декарбонатизации пород слэба C-O-H-S-N флюидов – триггеров образования глубинных расплавов, а также агентов, ответственных за карбонатитовый и флогопитовый метасоматоз литосферной мантии. Особый интерес представляет исследование условий генерации как окисленных, так и восстановленных флюидов, с высокими концентрациями серосодержащих компонентов. В целом, полученные при решении поставленной проблемы данные будут востребованы для реконструкции глобальных циклов летучих, процессов мантийного метасоматоза и природного алмазообразования, а также механизмов формирования и эволюции высокобарических мантийных ассоциаций.
  Актуальность исследований по блоку «Синтез» определяется необходимостью поиска новых алмазообразующих сред, оптимизацией условий синтеза алмаза и постростовых воздействий для получения алмазов с примесными центрами на основе Si, Ge, N, P, представляющими интерес в плане практического применения в высокотехнологических областях.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  В рамках Соглашения о сотрудничестве с Международным центром квантовой оптики и квантовых технологий планируется продолжение квантово-физических исследований синтезированных по проекту алмазов, легированных примесями. В сотрудничестве с ИГЕМ РАН будут продолжены исследования по фракционированию изотопов кислорода и углерода в экспериментально полученных образцах, моделирующих минералообразующие процессы в мантии.
  При выполнении Проекта предполагается продолжение работ, в сотрудничестве с Институтом неорганической химии СО РАН, Институтом физики полупроводников СО РАН, Институтом ядерной физики СО РАН и другими организациями, по исследованию дефектно-примесной структуры синтетических алмазов и оценке перспектив их применения. В частности, в сотрудничестве с Институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН планируется проведение детальных исследований внутреннего строения природных алмазов методом дифракции обратно рассеянных электронов и высокоразрешающей рентгеновской топографии. Совместно с Институтом неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН планируются исследования примесного состава природных и синтетических алмазов методами ЭПР-спектроскопии и люминесцентной спектроскопии.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Блок «Природа»
  Изучение изотопного состава углерода алмазов и изотопного состава кислорода гранатов из включений в алмазах россыпей северо-востока Сибирского кратона свидетельствует об участии флюидов/расплавов субдуцированной земной коры в алмазообразовании (Шацкий и др., 2011; Shatsky et al., 2014, 2015; Zedgenizov et al., 2016). С применением методов просвечивающей электронной микроскопии установлено, что металлические включения в алмазах из россыпей представлены нанокристаллическими агрегатами, состоящими из карбидов железа, элементарного железа и алмазов (Shatsky et al., 2020). В алмазах были обнаружены включения мэйджоритовых гранатов эклогитового и ультраосновного парагенезисов (Шацкий и др., 2010; Shatsky et al., 2015, 2020). В поликристаллических включениях в алмазах установлено совместное нахождение кальцита и муассанита, что предполагает экстремальную гетерогенность значений фугитивности кислорода (Шацкий и др., 2025).
  Блок «Эксперимент»
  Основу аппаратурно-методического задела составляют функционирующие многопуансонные установки высокого давления (БАРС), а также комплекс методик проведения экспериментов при P-T-fO2 параметрах зон субдукции и литосферной мантии. В частности, коллективом отработан и успешно применяется широкий спектр приемов проведения экспериментов с образцами, богатыми летучими, размещенными в герметичных ампулах из платины или золота (Palyanov et al., 1999, 2009; Sokol et al., 2000, 2013, 2017; Kruk, Sokol, 2022). Широко используются методики контроля fO2 c использованием буферов Fe-FeO, Ni-NiO, Re-ReO2 и Fe3O4-Fe2O3 (Sokol et al., 2009, 2015, 2019; Khokhryakov et al., 2021). Основу научного задела составляет успешный опыт экспериментального определения основных закономерностей кристаллизации алмаза во флюидах/расплавах сложного состава в системах силикат-карбонат, силикат-флюид, сульфид-карбонат-силикат (Palyanov et al., 2007; Sokol et al., 2008, 2009; Bataleva et al., 2016a) и металл-карбонат (Palyanov et al., 2013; Пальянов и др., 2023). Установлены граничные условия алмазообразования в сульфидсодержащих системах (Palyanov et al., 2006, 2007, 2020, 2021; Bataleva et al., 2016a, 2017, 2019). Членами коллектива изучено метасоматическое взаимодействие перидотита с водно-углекислым флюидом и карбонатными расплавами, в том числе содержащими растворенные H2O и CO2, при Р-Т параметрах основания субконтинентальной литосферы (Sokol et al., 2016; 2021; Kruk, Sokol, 2022). Установлены границы стабильности флогопита и магнезита при метасоматическом воздействии кимберлитоподобных расплавов на перидотит (Sokol et al., 2017; Крук и др., 2018). Проведено моделирование метасоматических процессов с участием серосодержащих флюидов при P-T параметрах верхней мантии (Bataleva et al., 2016б,в, 2018, 2019). Выявлены основные закономерности процессов сульфидизации минералов мантийных парагенезисов (Bataleva et al., 2016б,в, 2018, 2019; Zdrokov et al., 2019). Определены закономерности фракционирования воды между оливином и водосодержащими силикатными и силикатно-карбонатными расплавами, а также азота между фенгитом и флюидом (Sokol et al., 2013a,b, 2023; Kupriyanov et al., 2023, 2024). Коллектив имеет опыт изучения растворения кристаллов алмаза в системах H2O-CO2, карбонат-H2O и силикат-H2O (Khokhryakov, Palyanov, 2007, 2010, 2015; Khokhryakov et al., 2021). О значительном научном заделе свидетельствует большой опыт опубликования полученных данных в ведущих высокорейтинговых научных журналах, уровня Q1.
  Блок «Синтез»
  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). Среди результатов, полученных в последние годы, следует особо отметить работы по синтезу и характеризации кристаллов алмаза как в малоизученных системах - P-C, S-C, Mg-C, так и в новых – Sb-C, Sn-C, Ge-C, Cu-C, РЗМ-С, что позволило получить приоритетные данные по вхождению примесей в структуру алмаза (Palyanov et al., 2011, 2015 а-d; Kupriyanov et al., 2016)..
  
  
• Исполнители:
  Пальянов Юрий Николаевич, Шацкий Владислав Станиславович, Сокол Александр Григорьевич, Хохряков Александр Федорович, Баталева Юлия Владиславна, Борздов Юрий Михайлович, Крук Алексей Николаевич, Рагозин Алексей Львович, Новоселов Иван Дмитриевич, Ситникова Екатерина Сергеевна, Куприянов Игорь Николаевич, Нечаев Денис Валерьевич, Здроков Евгений Владимирович, Калинина Виктория Владимировна, Фурман Ольга.
  
  
• Отчеты:
  ---------------------------------------------

 

2.3.3. Минералогия и петрология

---

Петрология и потенциальная рудоносность магматических формаций крупных изверженных провинций Азии

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0003
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: член-корреспондент РАН Изох Андрей Эмильевич
• Лаборатория: Петрологии и рудоносности магматических формаций
  
  
• Цель научного исследования:
  Определить специфику источников, условий генерации и эволюции мафит-ультрамафитовых ассоциаций центральных и периферийных зон крупных изверженных провинций (LIP) Сибирского кратона и ЦАСП; установить особенности размещения и эволюции потенциально рудоносных магм LIP.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  В проекте предполагается рассмотреть вопросы временной эволюции и пространственного размещения мафит-ультрамафитового магматизма разновозрастных LIP для Сибирского кратона и его складчатого обрамления и построить петрогенетические модели формирования магматогенных месторождений (Cu-Ni-ЭПГ, Pt, Ti-V-P) связанных с этими этапами.
  В рамках проекта будут решаться следующие задачи:
  - обоснование возрастных рубежей LIP на Сибирском кратоне и его складчатом обрамление включая ЦАСП;
  - выявление центральных областей конкретных LIP основываясь на оценках составов родоначальных мантийных магм и их источников;
  - реконструкция возрастной эволюции мантийного магматизма конкретных LIP (палеопротерозойской (1880 Ма), неопротерозойской (720 Ма), раннепалеозойской (490-460 Ма), девонской (400 Ма), Таримской (285 Ма), Сибирской (250 Ма);
  - построение петрогенетических моделей эволюции мантийных расплавов с учетом дифференциации в промежуточных камерах, коровой контаминации и ликвации;
  - прецизионные исследования геохимии ЭПГ в мантийных магмах LIP для оценки участия плюмового компонента в формировании рассматриваемых ассоциаций
  - выявление вариаций (S, Sr, Nd, Pb, Hf, Re-Os) изотопов для идентификации источников вещества и оценки роли мантийно-корового взаимодействия при формировании исследуемых комплексов и руд.
  - определение позиции потенциально рудоносных магматических ассоциаций в общей схеме магматизма изученных ареалов;
  - определения главных процессов рудообразования в исследуемых комплексах с прогнозированием на платиновое, медно-никелевое и железо-титан-ванадиевое оруденение;
  - определение главных факторов локализации рудного компонента при кристаллизации магм в исследуемых ассоциациях,
  - Синтез полученных данных, определение специфических черт магматизма LIP, разработка научных основ прогноза магматогенного оруденения (Cu-Ni-ЭПГ, Ti-V-P, Pt).
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  1. Будет проведена систематика по составу долеритов дайковых роев и рудоносных интрузий неопротерозойской LIP, определены возрастные рамки и области распространения магматических ассоциаций, выявлена изотопно-геохимическая специфика ассоциаций в различных литосферных блоках. Будет обоснована Восточно-Сибирская докембрийская ЭПГ-Cu-Ni металлогеническая провинция в обрамлении Сибирского кратона ВСМП (728-710 млн. лет), которая включает дунит-перидотит-пироксенит-габбровые интрузии с ЭПГ-Cu-Ni минерализацией, характеризующиеся общими типоморфными признаками: пикробазальтовый состав исходного расплава, обогащение платиноидами с повышенной долей тугоплавких элементов, общие петрохимические и минералого-геохимические тренды. Будут оценены составы родоначальных расплавов, типы мантийных источников и главные петрогенетические факторы рудообразования и обосновано, что особенности состава рудоносных комплексов согласуются с плюмовой моделью их формирования, предусматривающей высокие степени плавления мантийного источника и продуктивность материнских магм в отношении ЭПГ
  2. Будет дана сравнительная характеристика состава ультрамафит-мафитовых магматических комплексов Алданского щита и Шарыжалгайского выступа, выявлены особенности состава родоначальных расплавов и типы мантийных источников для рудоносных и безрудных ассоциаций. Будут обосновано отнесение автономных анортозитов Алданского щита в палеопротерозойской LIP и оценена их рудоносноть
  3. будет сопоставлен характер эволюции ультрамафит-мафитового магматизма и его рудоносность для центральной зоны (Маймеча-Котуйский район) и Норильского района, установить состав и глубинные источники вещества, участвующие в формировании этих ассоциаций на разных этапах, а также проведена реконструкцию петрогенезиса магматических комплексов и процессов, ответственных за рудообразование. Будут выявлены условия кристаллизации различных типов руд Норильского и Талнахского рудных узлов и их потенциал: Массивные халькопиритовые руды Южная-2 Талнахской интрузии; массивные пирротиновые руды из рудника Скалистый Талнахской интрузии; вкрапленные руды интрузии Норильск 1; малосульфидный горизонт интрузии Норильск 1; массивные и вкрапленные руды Хараелахской интрузии. Будут установлены принципиальные черты рудоносных и безрудных ультрамафит-мафитовых комплексов Центральной и Западной Монголии и проедено их сопоставление с мантийным магматизмом Таримской и Сибирской LIP.
  4. будут обобщены петрологические и изотопно-геохимические данные для раннепалеозойского ультрамафит-мафитового магматизма Алтае-Саянской области и Западной Монголии и обосновано его отнесение к своеобразной габбро-гранитной крупной изверженной провинции. Для раннедевонского базитового магматизма Алтае-Саянской области и Западной Монголии планируется обосновать положение центра для этой LIP, который нами предполагается в районе хр. Цаган-Шибету в Туве и Западной Монголии где проявлен пикритовый магматизм, включая рудоносные ультрамафит-мафитовые интрузивы
  5. Синтез полученных данных по разновозрастным LIP Сибирского кратона и его складчатого обрамления. Будут определены специфических черт магматизма разновозрастных LIP, выявлена роль петрогенетических факторов магматогенного оруденения (Cu-Ni-ЭПГ; Ti-V-P, Pt), предложены научных основы его прогноза.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  В последние годы большое внимание уделяется изучению магматизма крупных изверженных провинций (LIP), выяснению их роли в их формировании мантийных плюмов, мантийно-корового взаимодействия, а также их рудоносности [Maruyama, 1994; Storey et al., 1995; Pirajno, 2004; Добрецов, 1997, 2005; Ярмолюк и др., 2000; Добрецов, Верниковский, 2001; Коваленко и др., 2002, 2009; Кузьмин и др., 2003; Dobretsov et al., 2008; Campbell, 2005; Sobolev et al., 2011; Klein and Philpotts, 2020; Dannberg et al., 2023]. Эти вопросы рассмотрены применительно к относительно молодым LIP — Сибирской, Эмейшаньской, Онтонг Джава, Гавайской, которые проявились на континентальной или океанической литосфере. Для Сибирского кратона и его складчатого обрамления актуальным является обоснование возрастных рубежей LIP (раннепротерозойской, неопротерозойской, раннепалеозойской, среднепалеозойской и позднепалеозойской (Таримской)). Анализ геологических процессов, связанных с формированием крупных магматических провинций и проявлением мантийных плюмов, позволяет выявить специфические особенности металлогении ареалов развития плюмового магматизма как на кратоне, так и в его складчатом обрамлении, оценить условий зарождения и развития мантийных и мантийно-коровых рудообразующих систем, функционирование которых нередко приводит к формированию крупных и уникальных рудных месторождений. Ранее нами показано, что наиболее продуктивными в отношении Cu-Ni и платинового оруденения являются центральные области LIP (Добрецов и др., 2010; Поляков и др., 2013), в которых достигаются максимальные степени плавления как литосферной. так и астеносферной мантии. Для этих зон характерны аномально высокие содержания элементов платиновой группы (Изох и др., 2016), что может быть связано с участием глубинного мантийного плюма. В то же время для формирования крупных и уникальных месторождений Cu-Ni-ЭПГ, Pt, Ti-V-P руд необходимым условием является наличие глубинных промежуточных камер, в которых происходят процессы дифференциации, контаминации и ликвации.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Планируемые работы предполагается проводить в сотрудничестве с Институтами геологического профиля Сибирского отделения РАН (ГИН СО РАН, ИЗК СО РАН, ГЕОХИ СО РАН), а также ИГЕМ РАН (г. Москва), ИГГД РАН (г. Санкт-Петербург), Институтом геологии и геохимии УрО РАН (г. Екатеринбург). Всероссийским научно-исследовательским геологическим институтом им. А.П. Карпинского (г. Санкт-Петербург), ЦНИГРИ (г. Москва).
  Кроме того, предполагается тесная связь с Сибирскими университетами (НГУ (г. Новосибирск), ТГУ (г. Томск), СФУ (г. Красноярск).
  Международное сотрудничество планируется осуществлять с Академиями наук Казахстана, КНР и Вьетнама.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Руководитель (А.Э. Изох) и основные исполнители (Н.Д.Толстых, О.М.Туркина, Р.А.Шелепаев) проекта обладают значительным теоретическим заделом по вопросам геологии, минералогии, геохимии, изотопной геохимии, геохронологии и условий образования магматических образований различных формационных типов, а также обладают опытом руководства и успешного выполнения большого количества научных проектов по базе, грантам РФФИ, РНФ, СО РАН, в том числе и международных. На основании комплексных разработок по моделям эволюции глубинных плюмов, формирующих крупные изверженные провинции, и полученных эмпирических данных по эволюции Эмейшаньской, Таримской, Центрально- Европейской и Сибирской LIP, предложена следующая последовательность проявления магматических ассоциаций, с которыми сопряжены разнотипные рудные формации: 1) воздымание земной коры при подходе глубинного плюма к границе литосферы, что проявляется в формировании общего поднятия, а затем ранних рифтовых систем с щелочно-базитовым, щелочно-пикритовым и карбонатитовым магматизмом; 2) растекание плюма вдоль границы литосферы, которое сопровождается ее трансформацией, на конечной стадии – массовым, катастрофическим излиянием траппов (пикритов и базальтов), формированием структур с бимодальным магматизмом по периферии LIP; 3) прогрев коры, который сопровождается наиболее активным мантийно-коровым взаимодействием, формированием габбро-гранитных серий, гранитоидных батолитов, синплутонических и минглинг-даек; 4)регрессивный этап остывания LIP, который фиксируется формированием редкометалльных гранитоидов, поясов даек лампрофиров, эльванов, онгонитов. Из данной модели вытекает возникновение зональности ареалов, с увеличением степени корово-мантийного взаимодействия к периферии ареалов. На основе изучения Сибирской, Таримской, Эмейшаньской и Центрально-Европейской крупных магматических провинций (LIP) дан анализ металлогении областей влияния мантийных плюмов. Главными чертами, определяющими специфику металлогении ареалов LIP являются: а) развитие своеобразного комплекса оруденения, включающего – магматическое Cu-Ni-Pt и Fe-Pt; гидротермальное Ni-Co-As (± Ag, U, Au), редкометалльное, Au-As, Ag-Sb, Au-Hg, Sb-Hg и стратиформное Cu (медистые песчаники и сланцы, обогащенные Co, Ni, Ag, Pt); б) ареально-очаговый характер размещения оруденения (в отличие от линейно- поясового для субдукционных, островодужных и рифтогенных обстановок); в) зональное распределение разных типов оруденения относительно центров LIP: преимущественная локализация Cu-Ni-Pt, Fe-Pt и стратиформного Cu в центральных их зонах, а гидротермального – в периферических частях LIP; г) высокая синхронизация по времени формирования каждого из типов оруденения в ареалах крупных магматических провинций, а также временная сопряженность Cu-Ni-Pt, Ni-Co-As и Au-As, локализованных в разных зонах LIP. Выявленные особенности локализации разных типов оруденения в ареалах LIP, его возрастные и генетические связи с определенными типами магматизма, своеобразие геологических обстановок формирования оруденения послужили основой для разработки комплекса геологических, магматических, литологических и геохимических критериев прогноза и оценки перспектив выявления новых промышленных объектов в ареалах LIP. Эти подходы мы планирует распространить на другие разновозрастные LIP на Сибирском кратоне и его складчатом обрамлении.
  
  
• Исполнители:
  Изох Андрей Эмильевич, Толстых Надежда Дмитриевна, Туркина Ольга Михайловна, Руднев Сергей Николаевич, Шелепаев Роман Аркадиевич, Егорова Вера Вячеславовна, Лавренчук Андрей Всеволодович, Вишневский Андрей Владиславович, Подлипский Максим Юрьевич, Васюкова Елена Александровна, Шаповалова Мария Олеговна, Бородина Евгения Викторовна, Шелепов Ярослав Юрьевич.
  
  
• Отчеты:
  ----------------------------------.

 

2.3.3. Минералогия и петрология

---

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

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0005
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: д.т.н. Александр Егорович Кох
• Лаборатория: Роста кристаллов
  
  
• Цель научного исследования: 
  Разработка и экспериментальная апробация новых кристаллических материалов с уникальными свойствами, основываясь на принципах кристаллохимического подхода и объединяя передовые технологии материаловедения с глубоким пониманием природных процессов минералообразования. Конечной целью является создание конкурентоспособных функциональных материалов с управляемыми свойствами, которые найдут применение в различных инновационных областях.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  Эффективность использования материала зависит от потенциала, который заложен в самой кристаллической матрице, а также от того, насколько полно реализованы потенциальные возможности кристалла. Последнее зависит от его дефектно-примесного состава и, в конечном итоге, от существующего уровня развития методов синтеза, кристаллизации и постобработки. Поэтому актуальны как поиск новых функциональных соединений, так и улучшение методических основ получения уже известных материалов.
  Блоки проекта охватывают широкий комплекс задач, важных для фундаментального и прикладного материаловедения:
  • Изучение фазовых диаграмм, оценка ширины области гомогенности целевой фазы, определение области первичной кристаллизации целевой фазы в многокомпонентных системах. (д.г.-м.н. Кох К.А., д.т.н. Исаенко Л.И.)
  • Поиск новых кристаллических фаз. Кристаллохимический дизайн новых материалов на основе изо- и гетеровалентного изоморфизма в известных соединениях. (к.г.-м.н. Кузнецов А.Б.)
  • Разработка методик воспроизводимого синтеза поликристаллических агрегатов и нанокристаллов с требуемой фазовой и химической однородностью.(д.г.-м.н. Кох К.А., д.х.н. Уракаев Ф.Х.)
  • Комплексные оптико-спектроскопические исследования, установление взаимосвязи с условиями получения и постобработки. (д.г.-м.н. Кох К.А., д.т.н. Исаенко Л.И., д.х.н. Уракаев Ф.Х.)
  • Практическое решение технологических проблем, связанных с выращиванием объемных кристаллов методами Бриджмена, TSSG и др., приготовлением нанокристаллов в механохимических реакторах. (д.т.н. Кох А.Е., д.г.-м.н. Кох К.А.,д.т.н. Исаенко Л.И., д.х.н. Уракаев Ф.Х.).
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  Эффективность использования материала зависит от потенциала, который заложен в самой кристаллической матрице, а также от того, насколько полно реализованы потенциальные возможности кристалла. Последнее зависит от его дефектно-примесного состава и, в конечном итоге, от существующего уровня развития методов синтеза, кристаллизации и постобработки. Поэтому актуальны как поиск новых функциональных соединений, так и улучшение методических основ получения уже известных материалов.
  Блоки проекта охватывают широкий комплекс задач, важных для фундаментального и прикладного материаловедения:
  • Изучение фазовых диаграмм, оценка ширины области гомогенности целевой фазы, определение области первичной кристаллизации целевой фазы в многокомпонентных системах. (д.г.-м.н. Кох К.А., д.т.н. Исаенко Л.И.)
  • Поиск новых кристаллических фаз. Кристаллохимический дизайн новых материалов на основе изо- и гетеровалентного изоморфизма в известных соединениях. (к.г.-м.н. Кузнецов А.Б.)
  • Разработка методик воспроизводимого синтеза поликристаллических агрегатов и нанокристаллов с требуемой фазовой и химической однородностью.(д.г.-м.н. Кох К.А., д.х.н. Уракаев Ф.Х.)
  • Комплексные оптико-спектроскопические исследования, установление взаимосвязи с условиями получения и постобработки. (д.г.-м.н. Кох К.А., д.т.н. Исаенко Л.И., д.х.н. Уракаев Ф.Х.)
  • Практическое решение технологических проблем, связанных с выращиванием объемных кристаллов методами Бриджмена, TSSG и др., приготовлением нанокристаллов в механохимических реакторах. (д.т.н. Кох А.Е., д.г.-м.н. Кох К.А.,д.т.н. Исаенко Л.И., д.х.н. Уракаев Ф.Х.).
  
  
• 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:
  В рамках совместных исследований с НГУ будет проведено исследование процессов получения преобразования лазерного излучения на кристаллах, выращенных в лаборатории.
  Планируется совместное исследование оптической стойкости выращенных кристаллов при различных режимах лазерного излучения и создание микроструктур на поверхности выращенных кристаллов с целью оптимизации функциональных свойств вместе с коллегами из ИОФ РАН, ИАПУ ДВО РАН, ИАИЭ СО РАН, ИЛФ СО РАН.
  В рамках совместных исследований с Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences планируется проведение теоретической оценки основных функциональных параметров выращенных кристаллов.
  Исследования нелинейно-оптических свойств – совместно с ТГУ г. Томск
  Исследование люминисценции частично совместно с ТГУ, ИНХ СО РАН, ИСАН г.Троицк.
  Электрофизические свойства халькогенидных кристаллов – ИФП СО РАН, СПбГУ
  Измерение вязкости раствор-расплавных систем – ИметУрО РАН
  Оценка микронеоднородности стандартов для LA-ICP-MS – частично с ИГЕМ РАН.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  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) и LixAg1-xInSe2 (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, Уракаев Фарит Хисамутдинович, Кузнецов Артем Борисович, Шевченко Вячеслав Сергеевич, Тарасова Александра Юрьевна, Лобанов Сергей Иванович, Симонова Екатерина Александровна, Голошумова Алина Александровна, Коржнева Ксения Евгеньевна, Курусь Алексей Федорович, Криницын Павел Геннадьевич, Веденяпин Виталий Николаевич, Давыдов Алексей Владимирович, Гореявчева Анастасия Александровна.
  
  
• Отчеты:
  ------------------------------------.

 

2.3.3. Минералогия и петрология

---

Рудный потенциал метасоматических процессов, связанных с щелочными и карбонатитовыми комплексами

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0002
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: д.г.-м.н. Анна Геннадьевна Дорошкевич
• Лаборатории: Рудоносности щелочного магматизма; Теоретических и экспериментальных исследований высокобарического минералообразования
  
  
• Цель научного исследования: 
  Реконструкция метасоматических процессов, связанных с зарождением, эволюцией и становлением щелочных и карбонатитовых комплексов, являющихся одними из ключевых процессов, ответственных за их рудоносность; определение особенностей формирования, состава и специфики протекающих метасоматических процессов.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  

  Главными факторами рудоносности щелочного и карбонатитового магматизма, наряду с длительными процессами дифференциации, являются мантийные метасоматические процессы (разный уровень глубин в пределах верхней мантии; различные типы мантийного метасоматоза (карбонатный, флогопит-карбонатный, флогопитовый, амфиболовый) и поведения различных метасоматических минералов, в том числе акцессорных, при частичном плавлении), метасоматические и автометасоматические процессы при становлении щелочных и карбонатитовых комплексов.
  Планируемые к решению задачи:
  Реконструкция типов мантийного метасоматоза исследуемых щелочных и карбонатитовых комплексов, ответственных за геохимическую специализацию расплавов, продуцирующих породы щелочных и карбонатитовых комплексов (отв. исполнитель: Корсаков А.В., исполнители: Агашева Е.В., Михайленко Д.С., Дорошкевич А.Г., Малыгина Е.В., Нугуманова Я.Н., Зубакова Е.А.).
  Определение типов автометасоматических и метасоматических процессов и их места в эволюции щелочных и карбонатитовых комплексов (отв. исполнитель: Дорошкевич А.Г., исполнители: Избродин И.А., Прокопьев И.Р., Корсаков А.В.).
  Характеристика источников вещества различных типов метасоматитов, сопоставление с таковыми для магматических пород исследуемых щелочных и карбонатитовых комплексов (отв. исполнитель: Дорошкевич А.Г., исполнители: Нугуманова Я.Н., Зубакова Е.А., Крук М.Н.).
  Характеристика рудной минерализации различных типов метасоматитов и её типизация; определение факторов и процессов рудоносности различных типов метасоматитов щелочных и карбонатитовых комплексов (отв. исполнитель: Избродин И.А., исполнители: Крук М.Н., Малютина А.В.)
  Определение условий образования и реконструкция составов расплавов/флюидов, ответственных за формирование различных типов метасоматитов, связанных с щелочными и карбонатитовыми комплексами (отв. исполнитель: Прокопьев И.Р., исполнители: Редина А.А., Корсаков А.В., Михайленко Д.С., Нугуманова Я.Н.).
  Экспериментальное определение и термодинамические расчеты по закономерностям перераспределения рудного (РЗЭ-Nb-Zr) вещества при автометасоматических процессах в щелочных и карбонатитовых системах и формирования рудных минералов (отв. исполнитель: Чеботарев Д.А, исполнители: Демин С.П., Широносова Г.П., Лаптев Ю.В.).
  Реконструкция этапов тектоно-термальных событий в мантии и земной коре для выявления закономерностей размещения щелочных и карбонатитовых комплексов и связанных с ними метасоматических процессов (отв. исполнитель: Агашева Е.В., исполнители: Избродин И.А., Корсаков А.В., Прокопьев И.Р., Дорошкевич А.Г.).
  Для решения поставленных задач будет применяться комплекс современных аналитических методов. Характеристика типов мантийного метасоматоза будет осуществляется с помощью изучения химического, в том числе, редкоэлементного состава минералов наименее дифференцированных разновидностей исследуемых комплексов и глубинных мантийных парагенезисов, флюидных и расплавных включений в них, а также геохимической, включая изотопную (Sr, Nd, Hf), спецификации пород. Для реконструкции этапов тектоно-термальных событий планируются геохронологические U-Pb LA ICP MS исследования цирконов из различных типов пород исследуемых комплексов, включая глубинные ассоциации и метасоматиты. Определение условий образования и составов расплавов/флюидов, ответственных за формирование различных типов метасоматитов, связанных с щелочными и карбонатитовыми комплексами, будет осуществляться с помощью изучения расплавных и флюидных включений в минералах (термо- и криометрия, ИК и КР спектроскопия, сканирующий электронный микроскоп и микрозондовый анализ, LA ICP-MS) и минеральных геотермобарометров. Для характеристики источников вещества, вещественной характеристики различных типов метасоматитов и рудной минерализации будет использоваться петрографическое и минералогическое исследования пород (оптический и электронный микроскоп, микрозонд и LA ICP-MS анализ) с редкоэлементной характеристикой минералов, петрохимическое и геохимическое изучение состава пород (РФА и ICP-MS) и определение состава радиогенных (Sr, Nd, Hf) и стабильных (С, О) изотопов в породах и минералах. Экспериментальные работы будут осуществляется на гидротермальных установках с системой быстрого охлаждения при различных параметрах метасоматических процессов (t = 250 – 700°C, P = до 1.5 кбар). Экспериментальные образцы будут анализироваться с помощью LA-ICP-MS, микрозонда и сканирующего электронного микроскопа, КР-спектроскопии. Термодинамические расчеты - с использованием программного комплекса HCh – Uniterm.

• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  Комплексное исследование различных рудоносных щелочных и карбонатитовых комплексов позволит определить: (i) особенности состава и специфики метасоматических процессов, связанных с зарождением, эволюцией и становлением изученных щелочных и карбонатитовых комплексов, (ii) главные факторы рудоконцентрования, распределения и перераспределения рудного вещества в них.
  Ожидаемые результаты:
  Дана характеристика типов мантийного метасоматоза исследуемых щелочных и карбонатитовых комплексов, ответственных за геохимическую специализацию расплавов, продуцирующих породы щелочных и карбонатитовых комплексов.
  Определены типы метасоматитов, сформированных на разных стадиях становления, исследуемых щелочных и карбонатитовых комплексов.
  Дана характеристика источников их вещества и оценены условия их образования.
  Выявлены закономерности распределения и перераспределения рудного (РЗЭ-Nb-Zr) вещества при метасоматических процессах в щелочных и карбонатитовых системах и формирования рудных минералов.
  Определены факторы и процессы рудоносности различных типов метасоматитов исследуемых щелочных и карбонатитовых комплексов.
  Определены этапы тектоно-термальных событий в мантии и земной коре и выявлен комплекс признаков, ответственных за размещение щелочных комплексов и связанных с ними метасоматических процессов.
  Используя петрогенетические критерии рудоносности метасоматитов можно будет решать задачу по поиску перспективных рудных зон в пределах щелочных и карбонатитовых комплексов. Полученные в рамках проекта данные будут важны для совершенствования существующих и создания новых технологических схем извлечения рудных компонентов при отработке месторождений, а также для определения факторов оруденения, закономерностей формирования РЗЭ-Nb-Zr месторождений и разработки поисковых критериев. Выявление поисково-прогнозных критериев размещения щелочных комплексов позволит прогнозировать локализацию новых, еще не обнаруженных объектов.
  Результаты работ будут востребованы для геолого-поисковых, геолого-разведочных и добывающих предприятий..
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  

  Проблема изучения метасоматических процессов, связанных с зарождением, эволюцией и становлением щелочных и карбонатитовых комплексов является одной из ключевых в области петрологии, так как именно с этими комплексами связаны месторождения стратегически важных полезных ископаемых. Решение данной проблемы позволит определить особенности формирования, состав и специфику протекающих метасоматических процессов на различных этапах формирования щелочных и карбонатитовых комплексов (начиная от генерации и заканчивая становлением), оценить факторы, ответственные за их рудоносность.
  Несмотря на большой интерес к изучению щелочных и карбонатитовых комплексов и глубинных мантийных парагенезисов, посвященных мантийным метасоматическим процессам и петрогенетическим аспектам формирования щелочных комплексов, остаются нерешенными вопросы, связанные с определением глубин зарождения, характеристикой мантийного метасоматоза, роли метасоматических и автометасоматических процессов при становлении щелочных и карбонатитовых комплексов. В частности, недостаточно изучены типы мантийного метасоматоза (карбонатный, флогопит-карбонатный, флогопитовый, амфиболовый). Вместе с тем, воздействие этих метасоматизирующих агентов оказывает значительное влияние на геохимическую специализацию возникающих расплавов. Кристаллизация этих расплавов на различных глубинах продуцирует различные ассоциации пород щелочных комплексов. Имеются значительные пробелы в определении этапности тектоно-термальных событий в мантии и земной коре при становлении щелочных комплексов, места автометасоматических и метасоматических процессов в их эволюции. На сегодняшний день наиболее актуальными остаются ряд вопросов: каковы источники вещества, условия (PTX-параметры и состав расплавов/флюидов) метасоматического и автометасоматического преобразования пород щелочных комплексов, на каких этапах становления щелочных комплексов эти процессы протекают и какова их роль в рудогенезе щелочных комплексов.
  Научная новизна данного исследования заключается в создании целостного представления о роли метасоматических процессов, связанных с зарождением, эволюцией и становлением щелочных и карбонатитовых комплексов. Впервые будут проведены комплексные современные исследования уникальных геологических объектов (рудоносные (РЗЭ-Nb-Zr) щелочно-ультраосновные, щелочно-основные, щелочно-сиенитовые и карбонатитовые комплексы Сибирского кратона, Восточно-Европейской платформы и прилегающих территорий (включая арктические)) как на макроуровне (породы и минералы), так и на микроуровне (флюидные и расплавные включения), в сочетании с экспериментальными данными и термодинамическими расчетами.
  Результаты могут быть использованы для фундаментальных и прикладных исследований. Развитие и совершенствование моделей метасоматических процессов на всем протяжении геологической истории от зарождения до становления щелочных и карбонатитовых комплексов, определение факторов, контролирующих закономерности формирования стратегически важных месторождений и рудопроявлений, а также разработка поисковых критериев, являются одним из приоритетных в фундаментальных исследованиях.
  Прикладной аспект может быть связан с результатами детальных минералого-геохимических исследований, которые могут быть использованы для совершенствования существующих и создания новых технологических схем извлечения рудных компонентов при отработке месторождений. Выявление поисково-прогнозных критериев размещения щелочных комплексов позволит прогнозировать локализацию новых, еще не обнаруженных объектов. Это актуально для поисковых, разведочных и добывающих предприятий.
  Исследования, несомненно, соответствуют современным трендам в области петрологии и рудообразования, поскольку несут информацию об особенностях протекания рудоносных метасоматических процессов, связанных с щелочными и карбонатитовыми комплексами. Такие исследования являются эксклюзивными в современной петрологии и позволяют отечественной науке являться конкурентоспособной и передовой на международной арене. Они также отвечают на вызовы, связанные с дефицитом критически важных металлов и необходимостью технологической независимости РФ в условиях растущего спроса на них.
  Таким образом, проведение данного исследования является актуальным, так как оно направлено на решение ключевых задач в области познания процессов рудного метасоматоза, протекающего при становлении щелочных и карбонатитовых комплексов. Эти исследования несут приоритетное значение для развития науки и производства, поскольку с щелочными комплексами связаны месторождения на редкие (Nb, Ta, Zr и др.), редкоземельные и радиоактивные (Th, U) элементы, благородные (Au, Ag, Pt) металлы и др. Эти компоненты широко востребованы в машино- и кораблестроении, авиации, сплавах, катализаторах и синтезе вещества, медицине, сельском хозяйстве, военно-промышленном комплексе и т.д. Исследования месторождений РЗЭ, в настоящее время, является приоритетной задачей, неоднократно обозначенной Президентом РФ.

• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Планируются совместные научно-исследовательские работы щелочных и карбонатитовых комплексов совместно с коллегами из ИГЕМ РАН, ИГГД РАН, ИЗК СО РАН, ГИ КНЦ РАН..
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  В научный коллектив входят ведущие специалисты в области исследования высокобарического минералообразования, включая метаморфические и метасоматические породы сверхвысоких давлений, а также ксенолитов эклогитов и перидотитов из кимберлитов, петрогенезиса и рудообразования щелочных и карбонатитовых комплексов, экспериментальной петрологии. На протяжении многих лет участники проекта занимаются проблемами фазовых превращений, частичного плавления корового и мантийного субстрата при высоких давлениях и возможности генерации силикатных и карбонатных расплавов в различных геодинамических обстановках. Был получен ряд важных результатов по источникам вещества, минералогии, геохимии, петрогенезису и рудообразованию различных щелочных и карбонатитовых комплексов Сибирского кратона, Центрально-Азиатского складчатого пояса, Монголии и Таймыра. Использование геохимических данных о составе минералов и пород Архангельской алмазоносной провинции позволило выделить особенности состава и эволюции литосферной мантии в данном регионе. Проведено экспериментальное моделирование взаимодействия агрессивных карбонатитовых магм с вмещающими пироксенитами и процессов формирования рудной минерализации в метасоматитах. Опубликован ряд работ по термодинамическому моделированию распределения РЗЭ в охлаждающихся, ассоциированных с карбонатитами, флюидах. Список публикаций исследователей включает высокоцитируемые статьи в высокорейтинговых рецензируемых журналах (Nature Sc. Rep., Ore Geol. Rew., Lithos, Journal of Petrology, Петрология, ДАН и мн. др.). У коллектива есть задел совместных научных исследований рудоносных щелочно-ультраосновных, в том числе, карбонатитовых (с фоскоритами), щелочно-основных и щелочно-сиенитовых комплексов Сибирского кратона и складчатого обрамления (Центрально-Азиатский складчатый пояс). Коллектив располагает представительной коллекцией ксенолитов, щелочных пород и карбонатитов из различных комплексов Сибирской и Восточно-Европейской платформ и прилегающих территорий (включая арктические). По объектам есть первичные наработки и базовые результаты комплексных петрологических исследований и предварительной минералого-петрографической классификации метасоматитов, которые позволят усовершенствовать модели формирования различных типов метасоматитов, связанных с щелочными комплексами, а также обозначить специфику процессов метасоматоза, широко проявленных на щелочных объектах Сибирского кратона, Восточно-Европейской платформы и прилегающих территорий (включая арктические).
  
  
• Исполнители:
  Дорошкевич Анна Геннадьевна, Корсаков Андрей Викторович, Прокопьев Илья Романович, Избродин Иван Александрович, Агашева Елена Владимировна, Михайленко Денис Сергеевич, Широносова Галина Петровна, Чеботарев Дмитрий Александрович, Лаптев Юрий Владимирович, Малыгина Елена Вениаминовна, Редина Анна Андреевна, Крук Михаил Николаевич, Демин Сергей Павлович, Нугуманова Язгуль Наилевна, Зубакова Елизавета Алексеевна, Малютина Александра Владиславовна.
  
  
• Отчеты:
  ---------------------------------.

 

2.3.3. Минералогия и петрология

Свернуть  

 

• Петрохронологический подход реконструкции этапов формирования метаморфических, магматических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых, основанный на развитии методик элементного, изотопно-геохимического и геохронологического анализов
• Геохимическая роль углерода в рассеянии и концентрировании благородных, редких и радиоактивных элементов в эндогенных и экзогенных углеродсодержащих системах Сибири

  

Петрохронологический подход реконструкции этапов формирования метаморфических, магматических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых, основанный на развитии методик элементного, изотопно-геохимического и геохронологического анализов

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0018
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: д.г.-м.н. Алексей Валентинович Травин
• Лаборатории: Изотопно-аналитической геохимии; Рентгеноспектральных методов анализа
  
  
• Цель научного исследования: 
  Реконструкции возраста, термической истории, источников, условий образования минеральных парагенезисов, соответствующих основным этапам формирования метаморфических, магматических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых на основе петрохимических, изотопно-геохимических, геохронологических исследований.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  

  Модернизация макро- и микроэлементных (электронно-зондовый микроанализ, РФА, сканирующая микроскопия), геохимических (микроэлементная ИСП-масс-спектрометрия), изотопно-геохимических (изотопная масс-спектрометрия C, N, O, S, H, Sr, Nd), геохронологических методов (U/Pb, 40Ar/39Ar, Rb/Sr, AFT) с целью формирования сквозного подхода, позволяющего охарактеризовать источники вещества, условия, возраст и термическую историю формирования минеральных парагенезисов, соответствующих конкретным этапам развития метаморфических, магматических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых.
  Развитие методик реконструкции термической истории, истории эксгумации геологических комплексов, а также - оценки интенсивности датируемых геологических событий (магматизм, метаморфизм, тектоника) на основе изотопного датирования и численного моделирования поведения изотопных систем.
  Отработка новых методических подходов применительно к конкретным типам объектов: зоны сдвиговых и покровно-надвиговых дислокаций, метаморфические комплексы, вулканические и осадочные толщи, гранитоидные батолиты и базит-ультрабазитовые интрузии, рудные месторождения.
  Апробация новых разработанных подходов на эталонных объектах Центрально-Азиатского, Монголо-Охотского складчатых поясов, а также Сибирского и других кратонов.
  Проведение комплексных элементных (электронно-зондовый микроанализ, РФА, сканирующая микроскопия, установки класса «мегасайнс»), геохимических (микроэлементная ИСП-масс-спектрометрия), изотопно-геохимических (изотопная масс-спектрометрия C, N, O, S, H, Sr, Nd), геохронологических (U-Pb, Ar-Ar) исследований метаморфических, магматических комплексов и связанных с ними месторождений Центрально-Азиатского и Монголо-Охотского складчатых поясов; создание аналитической базы данных, являющейся основой для построения корректных геолого-геохимических и генетических моделей их формирования.
  По годам:
  2026
  Адаптация методик 40Ar/39Ar датирования с учетом возможностей нового многоколлекторного масс-спектрометра Аргоникус и высоковакуумной высокотемпературной печи двойного вакуума на примере эталонных образцов.
  Отработка методик 2D-картирования элементного состава минералов с использованием рентгеновского излучения с пространственным разрешением порядка 10 мкм на примере циркона и монацита с целью геохронологического (U/Pb) датирования и определения геохимических характеристик (U, Th, Pb и др. редких элементов).
  Создание эффективной схемы изучения массовой доли и изотопных характеристик рассеянных форм серы, включая: 1) разработку и калибровку метода определения массовой доли серы в геологических образцах различного происхождения и 2) адаптацию метода полного количественного окисления серы в геологических образцах различного происхождения для изотопного анализа проб с низкими содержаниями серы. Отработка методик подготовки высокоминерализованных вод для изотопного анализа.
  Петрохронологическое исследование (U/Pb, 40Ar/39Ar, трековое датирование) метаморфических пород сдвиговых и покровно-надвиговых зон Восточного и Северного Казахстана, Рудного Алтая РФ.
  Разработка методического подхода к постановке петрохронологических исследований вулканических, интрузивных, осадочных и метаморфических пород, входящих в состав офиолитовых и палеосубдукционных.

  2027
  Отработка методик 3D-картирования элементного состава минералов с использованием конфокальной рентгеновской микроскопии с пространственным разрешением порядка 10 мкм на примере циркона и монацита) с целью определения возраста (U/Pb) и геохимических характеристик (U, Th, Pb и др. редких элементов).
  Создание метода локального определения изотопного состава кислорода в геологических образцах. Поиск и опробование минералов, пригодных для использования в качестве лабораторных стандартных образцов при локальных изотопных исследованиях кислорода.
  Внедрение методик 40Ar/39Ar датирования с использованием нового многоколлекторного масс-спектрометра Аргоникус и высоковакуумной высокотемпературной печи двойного вакуума в практику рутинного датирования геологических образцов.
  Комплексное геохронологическое (U/Pb, 40Ar/39Ar, трековое датирование) исследование деформационно-метаморфических событий на эталонных объектах сдвиговых и покровно-надвиговых зон Рудного Алтая, Алтае-Саянской складчатой области и Енисейского кряжа РФ.
  Адаптация петрохронологического подхода для целей исследования магматических и метаморфических пород офиолитовых и палеосубдукционных комплексов на примере ключевых участков Восточного Казахстана, Алтае-Саянской складчатой области.

  2028
  Выбор и отработка сценариев экспериментов по картированию в условиях высокой интенсивности возбуждающего ондуляторного рентгеновского излучения и с использованием различных схем фокусировки для достижения субмикронного пространственного разрешения с целью определения возраста (U/Pb) и геохимических характеристик (U, Th, Pb и др. редких элементов).
  Разработка и калибровка метода определения массовых долей углерода и азота в геологических образцах. Подбор режимов экстракции, поиск и опробование материалов для использования в качестве стандартных образцов. Опробование на эталонных геологических объектах.
  Петрохронологическое исследование (U/Pb, 40Ar/39Ar, трековое датирование) метаморфических пород эталонных объектов в пределах сдвиговых и покровно-надвиговых зон Алтае-Саянской складчатой области и Енисейского кряжа РФ.

  2029
  Внедрение рентгеновских волнодисперсионных методик для повышения чувствительности и разрешающей способности метода в условиях высокой интенсивности возбуждающего ондуляторного излучения на примере эталонных образцов с целью определения возраста и геохимических характеристик.
  Разработка и калибровка метода определения массовых долей кислорода и водорода в геологических образцах. Подбор режимов экстракции, поиск и опробование материалов для использования в качестве лабораторных стандартных образцов. Опробование на геологических объектах.
  На основе петрохронологических исследований определение механизмов, условий и этапов формирования метаморфических комплексов эталонных объектов в покровно-надвиговых и сдвиговых зонах Северного и Восточного Казахстана, Алтае-Саянской области и Енисейского кряжа РФ.

  2030
  Применение разработанных методик, основанных на ондуляторном рентгеновском излучении, для определения возраста и геохимических характеристик в соответствии с опробованными сценариями экспериментов для решения геологических задач.
  Опробование комплексного изучения изотопно-геохимических характеристик лёгких элементов (С,S,O,H,N) на эталонных объектах.
  На обобщении результатов петрохронологических исследований изученных эталонных объектов и опубликованных данных определить этапы формирования покровно-надвиговых и сдвиговых структур в северной части ЦАСП (Северного и Восточного Казахстана, Алтае-Саянской области РФ) и краевых частях Сибирского кратона (Енисейский кряж и др.).
  Провести типизацию петрохронологических сценариев формирования офиолитовых и палеоостроводужных комплексов в складчатых областях северной части ЦАСП и выявить корреляцию с их металлогенической специализацией.

• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  

  1. Разработаны методики петрохронологического подхода на эталонных объектах, позволяющие с помощью мульти-системного исследования охарактеризовать источники вещества, условия, возраст, формирования минеральных парагенезисов, соответствующих конкретным этапам формирования метаморфических, магматических комплексов различных геодинамических и тектонических обстановок и связанных с ними месторождений полезных ископаемых.
  2. На примере эталонных объектов Центрально-Азиатского, Монголо-Охотского складчатых поясов отработаны новые методические подходы к проведению комплексных элементных (электронно-зондовый микроанализ, РФА, сканирующая микроскопия, установки класса «мегасайнс»), геохимических (микроэлементная ИСП-масс-спектрометрия), изотопно-геохимических (масс-спектрометрия стабильных изотопов, Sr, Nd), геохронологических исследований метаморфических, магматических комплексов и связанных с ними месторождений Центрально-Азиатского, Монголо-Охотского складчатых поясов.
  3. Выбор и отработка сценариев экспериментов по картированию в условиях высокой интенсивности возбуждающего ондуляторного рентгеновского излучения и с использованием различных схем фокусировки для достижения субмикронного пространственного разрешения с целью определения возраста (U/Pb) и геохимических характеристик (U, Th, Pb и др. редких элементов).
  4. Разработаны методики реконструкции термической истории, истории эксгумации метаморфических, магматических комплексов эталонных объектов различных геодинамических и тектонических обстановок и связанных с ними месторождений полезных ископаемых, а также - оценки интенсивности датируемых геологических событий (магматизм, метаморфизм, тектоника) на основе изотопного датирования и численного моделирования поведения изотопных систем.
  5. На основе результатов петрохронологических исследований эталонных объектов выявлены масштабы и этапы формирования покровно-надвиговых и сдвиговых структур, определены возраст и условия формирования магматических и метаморфических пород палеоокеанических и палеосубдукционных зон складчатых поясов Северной части ЦАСП.

• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Петрохронология - это область в науках о Земле, основанная на изучении образцов горных пород и связывающая: а) время (то есть возраст или продолжительность), б) процессы, приводящие к формированию минеральных фаз, в) физическое состояние минеральных фаз. Петрохронология основана на геохронологии, петрологии и геохимии, которые определяют формирование петрогенетического состава в привязке к геодинамической эволюции комплексов горных пород. Петрохронология может рассматриваться как сестра термохронологии: петрохронология обычно фокусируется на процессах, ведущих к образованию магматических и метаморфических пород - минералы и текстуры, которые мы наблюдаем и процессы, которые их образовали - тогда как термохронология делает упор на процессы охлаждения в результате магматических, метаморфических и тектонических событий. хронометрического, т.е. изотопного и химического анализа (Reviews in Mineralogy & Geochemistry, 2017, V. 83, pp. 1-12).
  Последние 30 лет были отмечены широким развитием изотопно-геохимических и геохронологических аналитических методов. Их применение в решении геологических задач привело к пониманию, что вне зависимости от типа изучаемой геологической породы (магматическая, метаморфическая, осадочная), ее формирование является результатом преобразования одной или нескольких пород-предшественников. Исследователи установили, что эти преобразования редко «стирают память» породы полностью. Многие образцы содержат реликты одной или нескольких стадий их геологической истории. Часто следствием сложной истории образца является формирование химической, изотопной зональности в пределах отдельных зерен минералов, или наличие нескольких разновозрастных генераций одного минерала в породе. Влияет это, или нет, на результаты геохронологических, изотопно-геохимических определений, элементного анализа, зависит от пространственного, временного разрешения используемых аналитических методов, их точности и чувствительности. С другой стороны, проявления подобного рода неоднородностей состава могут использоваться для расшифровки сложной истории формирования геологической породы, определения источников вещества, условий, возраста основных этапов ее формирования. С учетом сказанного и в связи с революционным развитием методов элементного, структурного, изотопного анализа, все большую и большую роль в решении широкого круга геологических проблем играют комплексные геохронологические, изотопно-геохимические исследования с высоким пространственным разрешением. В повседневной практике геохронологических исследований одним из самых востребованных методов определения возраста является U/Pb датирование методом УФ-лазерной абляции по цирконам. Также не менее востребованным в науках о Земле является 40Ar/39Ar метод, позволяющий датировать микронавески минералов, соответствующие разновозрастным магматическим, метаморфическим, рудным парагенезисам. Завершающие этапы в истории геологических пород, соответствующие их выводу к земной поверхности реконструируются с помощью методов низкотемпературной термохронологии. Наиболее распространенным здесь является метод трекового датирования по апатиту. Изотопно-геохимические особенности датируемых пород и минералов, получаемые рентгеновскими, масс-спектрометрическими и атомно-спектральными методами, позволяют установить их вещественные генетические взаимоотношения. При реконструкциях сложной, многоэтапной истории геологических пород на основе комплекса методов датирования важно четко представлять соотношение между температурой закрытия изотопной системы и температурой формирования датируемой минеральной фазы. Термохронологический подход, предложенный Додсоном (Dodson, 1973), Жилетти (Giletti, 1974), основывается на измеренных в лабораторных условиях кинетических параметрах дочерних изотопов и, соответственно, предполагает неизменность кристаллической структуры минерала, то есть рассматривается только случай, когда температура закрытия значительно меньше температуры ее формирования, или трансформации. Петрохронологический подход (Reviews in Mineralogy & Geochemistry, 2017, Vol. 83) рассматривает случай, когда температура закрытия изотопной системы значительно выше температуры формирования минерала. Это позволяет проводить прямое датирование соответствующих минеральных фаз. В нашей практике, располагая возможностями датирования с использованием всех перечисленных методов, мы считаем перспективным совмещение в исследованиях как термохронологического, так и петрохронологического подходов, прекрасно дополняющих друг друга. При этом, нередко такое совмещение становится актуальным при интерпретации результатов комплексного мультиминерального, мультисистемного датирования, полученных в пределах одного геологического образца, или для одного магматического, метаморфического комплекса. Ценная информация об источниках вещества, условиях формирования широкого круга геологических объектов (метаморфические, гидротермальные породы, рудные месторождения и др.) может быть получена с использованием комплекса рентгеновских методов, изотопной геохимии, атомной спектроскопии, масс-спектрометрии и других. Таким образом, актуальность петрохронологического подхода в реконструкции этапов формирования метаморфических, магматических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых, в первую очередь, обусловлена возможностями развития и применения методик элементного, изотопно-геохимического и геохронологического анализов. В настоящем проекте на основе указанных методик предлагается реконструировать этапы и предложить корректные модели формирования магматических, метаморфических комплексов Центрально-Азиатского и Монголо-Охотского складчатых поясов и различных типов месторождений полезных ископаемых, будут получены оценки основных источников вещества, условий и времени их формирования.
  Развитие предлагаемого в настоящем проекте подхода позволит значительно продвинуться в решении таких важных проблем в области наук о Земле, как эволюция литосферы континентов, металлогения, вулканическая и сейсмическая активность, которые теснейшим образом связаны с взаимодействием литосферных плит, развитием аккреционных и коллизионных процессов, а также – с воздействием мантийных плюмов.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Соглашения о научном обмене по проведению совместных научных исследований и обучению студентов между ИГМ СО РАН и Институтом геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета, Китайским университетом Наук о Земле (Ухань), Хоккайдо Университетом (Япония), Гентским университетом (Бельгия), Потсдамским центром наук о Земле им. Гемгольдса (Германия), Университетом Британской Колумбии (Канада).
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Разработана методика кислотного выщелачивания в микроволновой системе UltraWAVE для определения ЭПГ и рения (Николаева и др., 2024). В результате экспериментов был отработан режим, позволяющий избежать потерь осмия на стадии микроволновой кислотной обработки: начальное давление - 65 бар, нагревание в течение 30 минут, выдерживание при 250°С в течение 1 час, давление при этом составляло 115 бар, мощность микроволнового воздействия была близка к максимальной - 1500 ватт. Температура начала сброса давления - 25°С, падение температуры в течение 1 часа, затем был включен режим сброса давления с минимально возможной скоростью – 1 бар/мин. Таким образом, весь процесс микроволнового кислотного выщелачивания занял 4.5 часа, в отличие от пробоподготовки в трубках Кариуса и HPA, которое составляет обычно от 16 до 48 часов и более. Пробирки с полученной смесью в обратной царской водке дополнительно охлаждали в холодильнике и после разбавления определяли концентрацию осмия изотопным разбавлением. Отмечено, что определение Os190/Os192 в данном случае осложнено изобарными наложениями от Pt190,192, а также интенсивность сигнала уменьшается за счет разбавления, что приводит к увеличению погрешности определения. В связи с этим была введена дополнительная стадия отгонки осмия. Приемник охлаждали смесью льда и воды, процесс отгонки проводили в течение часа при температуре около 130°С. Полученный водный раствор, содержащий OsO4, сразу использовали для определения Os без дополнительных операций, при этом чувствительность существенно выше за счет летучести OsO4, отсутствия наложений и разбавления. Правильность определения осмия доказана на основе сравнения полученных нами результатов с известными данными для стандартных образцов GP-13 и UB-N. Используемая нами ранее методика с улавливанием OsO4 в спиртовый раствор и восстановлением также была эффективна, но существенно более продолжительна из-за добавления стадии высушивания спиртового раствора.
  На основе термохронологических исследований, основанных на U/Pb, 40Ar/39Ar и трековом методах датирования, для позднепалеозойских гранитоидов Ангаро-Витимского батолита (АВБ) реконструирована тектоно-термическая эволюция Забайкалья (Травин и др., 2023). Последовательное закрытие изотопных систем от циркона, амфибола до биотита свидетельствует о быстром охлаждении пород АВБ сразу после кристаллизации и об эпохе интенсивной денудации пород мощностью до 7-4 км, связанной с обширной позднепалеозойской орогенией на территории южной Сибири. После эпохи тектонической стабилизации, характеризующейся постепенным закрытием изотопной системы биотита в ранней перми – средней юре (295-170 млн лет), происходит закрытие изотопной системы полевого шпата в средней юре – раннем мелу (170-140 млн лет). Этот интервал совпадает с началом формирования Монголо-Охотского орогена и характеризуется денудацией около 3 км мощности. Далее, в палеогене-миоцене (60-5 млн лет), на территории Забайкалья происходила медленная денудация, за которой наступил период относительно резкого охлаждения пород в течение последних 5 млн лет и денудацией около 3-2 км мощности, связанной с реактивацией территории Забайкалья в результате дальнего тектонического воздействия Индо-Евразийской коллизии.
  Авторы проекта имеют большой опыт работы с использованием методов трекового датирования апатита, 40Ar/39Ar датирования амфиболов, слюд и полевых шпатов, U/Pb датирования цирконов. Руководитель проекта д.г.-м.наук А. В. Травин является создателем единственной в России геохронологической лаборатории по 40Ar/39Ar датированию минералов, которая успешно работает более 30 лет. Д.г.-м.н. М.М. Буслов являлся приглашенным ученым в Казанском Университете, где под его руководством в период 2018-2022 гг был успешно реализован мегапроект «Создание Евроазиатского геотермохронологического научно-образовательного центра в Казанском федеральном университете для повышения эффективности прогноза и поисков углеводородного сырья». Работы с использованием U/Pb изотопного датирования циркона, 40Ar/39Ar датирования амфибола, биотита и полевых шпатов, трекового датирования апатита проводились исполнителями проекта в период последних тридцати лет совместно с учеными из Бельгии и Китая и были связаны с изучением геологического строения, тектоники и геодинамики складчатых областей Киргизии, Казахстана, Алтае-Саянского региона, Тувы, Забайкалья, Северо-Западного Китая. К настоящему времени с использованием трекового датирования изучены почти все горные системы, расположенные на территории Восточного Казахстан и Алтае-Саяна [Буслов и др., 2008; Ветров и др., 2016; De Grave et al., 2002, 2008, 2009, 2011; Glorie et al., 2011, 2012, 2019; Жимулев и др., 2022]. В большинстве случаев, полученные результаты использованы для характеристики кайнозойской тектоники и геодинамики регионов [Буслов и др., 2008, Буслов, 2012; Добрецов и др., 2016; Ветров и др., 2016], и не были применены для обоснования проявления позднепалеозойских и мезозойских событий. Многочисленные опубликованные результаты трекового датирования и новые данные будут нами использованы в комплексе с другими геохронологическими и геохимическими методами для характеристики позднепалеозойского и мезозойского горообразования, реконструкции изменения рельефа и выявления особенностей тектоники и геодинамики северной части ЦАСП.
  С использованием петро- и термохронологического подходов проведена реконструкция тектонотермической эволюции гранитогнейсового массива Шонгчай, Северный Вьетнам, Южный Китай (Travin et al., 2024). На основании широкого диапазона (420-465 млн лет) фиксируемого по магматическому циркону и Rb/Sr методом по валовым образцам гранитных пород массива значений возраста сделано предположение о длительном, в течении нескольких десятков млн лет, существовании частично расплавленного слоя на глубине 20-30 км. К девону – раннему карбону разрез избыточно утолщенной коры был денудирован, массив был поднят на уровень верхней коры, произошла «заморозка» изотопных систем. Скорость подъема пород массива оценивается порядка 0.2-0.5 мм/год. В дальнейшей истории гнейсогранитного массива фиксируется связанное с индосинийской коллизией повторное погружение на глубину около 13 км, метаморфизм нижнего уровня амфиболитовой, зеленосланцевой фации, сопровождаемый тектоническим транспортом в виде покровной пластины. В течении последующих 200 млн лет подъем пород массива и эрозия вышележащих толщ происходили дискретными импульсами, во время последовательности тектонических активизаций. Таким образом, в истории массива Лаоджуншан-Шонгчай фиксируются следы двух орогенических циклов, связанных с коллизией блоков Катайзия и Янцзы в нижнем палеозое и c индосинийской коллизией в триасе.
  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; Травин и др., 2001, 2016, 2022,2024; Buslov et al., 2022-2024; Travin et al., 2021-2025). 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; Кирдяшкин и др., 2021, 2022, 2024).
  Одними из основных геологических особенностей позднепалеозойской алтайской аккреционно-коллизионной системы (ААКС) в Восточном Казахстане являются гранитоиды калба-нарымского батолита и иртышской зоны сдвига (ИЗС). Традиционно считается, что позднепалеозойские сдвиговые разломы играли ключевую роль на всех этапах развития ААКС, они должны были контролировать деформацию, магматизм и рудные месторождения. Проблема тектонической эволюции ААКС решалась нами (Travin et al., 2025) на основе реконструкции термической истории гранитоидов Калба-нарымского батолита в связи со структурой Чечекского метаморфического купола, который является одним из сильно метаморфизованных блоков, описанных в пределах ИЗС. Новые геологические и геохронологические данные, представленные в этой работе, позволили установить последовательность формирования калба-нарымского гранитоидного батолита и связать ее с эволюцией ИЗС. Выявлено, что в позднем каменноугольном периоде – ранней перми (312-289 млн лет назад), во время северо–западного сжатия, ИЗС сформировалась как пологая надвиговая система, в которую вторглись габбро Суровского массива. Совместное проявление магматических и тектонических процессов привело к образованию тектонического меланжа с катакластическими габбро и метаморфическими породами структуры Чечекского метаморфического купола (312-289 млн лет). Сжатие привело к образованию покровно-надвиговой структуры. Утолщение земной коры под действием вероятного термического воздействия Таримского плюма привело к образованию раннепермского калба-нарымского батолита (297-284 млн лет) в пределах Калба–Нарымского террейна. Денудация орогена произошла до начала раннего триаса (280-229 млн лет назад). Таким образом, последовательность формирования Калба-нарымского батолита и ИЗС согласуется с представлениями об этапах взаимодействия плюма и литосферы в пределах ААКС под влиянием позднекаменноугольного-раннепермского таримского магматического периода.
  Авторами проекта проведены работы по совершенствованию, адаптации и внедрению современных методик изотопного анализа и применения их для решения геологических задач. В частности, на модельных системах установлено, что изотопное фракционирование углерода при высокотемпературном и высокобарическом взаимодействии металлов с карбонатами значительно превышает расчётные равновесные величины и зависит от фазового состояния компонентов системы (Реутский и др., 2023). Такое взаимодействие моделирует широко дискутируемые процессы, происходящие при субдукции карбонатсодержащего материала литосферной плиты в металлсодержащую мантию (например, Rohrbach, Schmidt, 2011, Palyanov et al, 2013). При отсутствии плавления («холодная» субдукция) восстановленный субстрат мантии экстрагирует из карбоната преимущественно лёгкий изотоп углерода, а дальнейшее изотопное фракционирование при диффузии может достигать 20 ‰. Другим примером применения изотопно-геохимических методов, реализуемых авторами проекта, является обнаружение обеднения сульфидов тяжёлым изотопом серы с увеличением редкоземельной минерализации карбонатитов Кольской щелочной провинции, что объяснено эволюцией окислительно-восстановительного состояния флюида в процессе становления карбонатитовых систем (Козлов и др., 2024). Обнаруженная зависимость предложена в качестве регионального поискового признака на редкоземельное оруденение.
  
  
  
• Исполнители:
  Травин Алексей Валентинович, Реутский Вадим Николаевич, Буслов Михаил Михайлович, Карманов Николай Семёнович, Ракшун Яков Валерьевич, Королюк Владимир Николаевич, Титов Анатолий Тихонович, Нигматулина Елена Николаевна, Николаева Ирина Викторовна, Палесский Станислав Владиславович, Юдин Денис Сергеевич, Зиновьев Сергей Валентинович, Киселева Валентина Юрьевна, Пыряев Александр Николаевич, Жданов Артём Александрович, Пономарчук Антон Викторович, Фидлер Марина Анатольевна, Банушкина Софья Викторовна, Голицына Зоя Фридриховна, Мурзинцев Николай Геннадьевич, Семенова Дина Валерьевна, Даниловская Виктория Александровна, Карпов Александр Викторович, Бишаев Юрий Александрович, Жимулев Федор Игоревич.
  
  
• Отчеты:
  -------------------------.

 

2.3.4. Геохимия и космохимия

---

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

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0008
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: к.г.-м.н. Лазарева Елена Владимировна
  
• Лаборатории: Геохимии радиоактивных элементов и экогеохимии; Геохимии благородных и редких элементов
  
  
• Цель научного исследования: 
  Установление минералого-геохимических особенностей распределения и изменения форм нахождения благородных, редких и радиоактивных элементов в углеродсодержащих эндогенных, экзогенных и природно-техногенных системах Сибири (включая Арктическую зону) и Камчатки: металлоносные углеродистые сланцы, поверхностные низкотемпературные гидротермальные системы островодужных и континентальных областей, континентальный седиментогенез, атмосферный перенос.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  Блок 1. Закономерности рассеяния и концентрирования БРиРАЭ в эндогенных углеродсодержащих системах Восточного Саяна, Зап. Забайкалья, Сибири, в т.ч. Арктической зоны (Руководитель: д.г.-м.н. Жмодик С.М.).
  1. Определить геохимические и минералогические условия формирования металлоносных углеродистых отложений и офиолитовых комплексов Сибири, в т.ч. Арктической зоны, и связанного с ними оруденения БРиРАЭ; выявить закономерности накопления благородных металлов в зоне гипергенеза и определить их коренные источники; оценить роль органического вещества в концентрировании БРиРАЭ в гидротермальных системах, связанных с островодужным и континентальным вулканизмом Сибири и Дальнего Востока (Отв. исполнители: к.г.-м.н. Айриянц Е.В., к.г.-м.н. Белянин Д.К., к.г.-м.н. Киселева О.Н., к.г.-м.н. Лазарева Е.В., д.г.-м.н. Жмодик С.М.).
  2. Выявить химический и минеральный состав осадков и роль органического вещества в концентрировании БРиРАЭ в низкотемпературных гидротермальных системах, связанных с островодужным и континентальным вулканизмом Сибири (в т. ч. Арктической зоны) и Дальнего Востока (Отв. исполнители: к.г.-м.н. Лазарева Е.В., д.г.-м.н. Жмодик С.М., к.г.-м.н. Кириченко И.С.).
  Блок 2. Закономерности рассеяния и концентрирования БРиРАЭ в экзогенных углеродсодержащих системах (Руководители: д.г.-м.н. Леонова Г.А, д.г.-м.н. Страховенко В.Д.).
  1. Выявить, на примере природных лабораторий (озерные, болотные системы, почвы, мохово-лишайниковый покров) геохимические и минералогические маркеры типа континентального седиментогенеза при решающем участии биогеохимического процесса Сибири, включая Арктические территории, и особенности распределения БРиРАЭ в них для оценки: роли углеродного вещества в их концентрировании, рассеянии и депонировании углерода; определения источников их поступления и степени антропогенной нагрузки.
  1.Выявить, на примере природных лабораторий (озерные, болотные системы, почвы, мохово-лишайниковый покров) Сибири, включая Арктические территории, геохимические и минералогические факторы влияющие на распределение БРиРАЭ в них для оценки роли углеродного вещества в их концентрировании, рассеянии и депонировании углерода; определения источников их поступления и степени антропогенной нагрузки (Отв. исполнители: д.г.-м.н. Страховенко В.Д., к.г.-м.н. Овдина, к.г.-м.н. Мельгунов М.С., д.г.-м.н. Леонова Г.А., к.г.-м.н. Мальцев А.Е, к.г.-м.н. Кропачева М.Ю.).
  2. Выявить минералого-геохимические особенности миграции и фиксации БРиРАЭ и их различных форм при взаимодействии живого и детритового органического вещества с растворами различного состава (кислые дренажные, щелочные, солёные) в природно-техногенных системах ореолов рассеяния рудных месторождений, с оценкой повторного концентрирования полезных компонентов, техногенной нагрузки на территории и рисков для здоровья населения. (Отв. исполнители: к.г.-м.н. Лазарева Е.В., к.г.-м.н. Мягкая И.Н., к.г.-м.н. Густайтис М.А.).
  Блок 3.
  1. Провести совершенствование существующих подходов, методов и методик определения БРиРАЭ применительно к углеродсодержащим геологическим объектам: атомно-эмиссионного спектрального, атомно-абсорбционного, альфа-, бета- и гамма-спектрометрического, РФА-СИ. (Отв. исполнители: Мельгунов М.С., к.г.-м.н. Кириченко И.С., к.г.-м.н. Сарыг-оол Б.Ю.).
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  1. Будут охарактеризованы минералогические и изотопно-геохимические особенности, распределения БРиРАЭ в металлоносных углеродистых отложениях и зонах углеродизации и графитизации пород офиолитовых и щелочных комплексов Восточного Саяна, Западного Забайкалья, Сибири, в т.ч. Арктической зоны. Определены физико-химические условия, возрастные рубежи, геодинамические обстановки формирования металлоносных углеродистых образований и связанного с ними благороднометалльного и редкометалльного оруденения. Выявлены процессы концентрирования и перераспределения БРиРАЭ в зонах гипергенеза. Будут определены коренные источники БРиРАЭ из россыпных отложений Сибири, в том числе Арктической Сибири и Западного Забайкалья. Будут выделены перспективные территории на обнаружение благороднометалльного и редкометалльного оруденения. Полученные данные явятся основой для разработки и совершенствования технологий обогащения руд.
  2. Будет определен химический и минеральный состав осадков и роль органического вещества в концентрировании БРиРАЭ в низкотемпературных островодужных и континентальных гидротермальных Сибири и Камчатки. Полученные данные позволят: выявить характерные маркеры палеовулканической активности; реконструировать эволюцию гидротермальных систем; оценить динамику геохимических процессов, связанных геотермальной активностью. На основании фактических данных, включая преобразование Фурье и вейвлет-анализ, будут получены сведения о колебаниях физико-химических параметров на различных временных масштабах. Результаты могут быть использованы при прогнозировании вулканической активности и оценке рисков.
  3. Будут установлены особенности распределения БРиРАЭ в системе «вода-гидробионты-донный осадок» малых озер, пространственно приуроченных к разным ландшафтам Сибири, геохимические и минералогические маркеры в них, характеризующие особенности протекания процесса континентального седиментогенеза при решающем участии биогеохимического процесса и дана эколого-геохимическая оценка сапропелевых отложений малых озер юга Западной Сибири в условиях антропогенной нагрузки. Практическая значимость: Результаты могут быть использованы для поисковой геологии при оценке запасов сапропеля, мониторинговых работ по оценке их эколого-геохимической безопасности при разработке основ рационального природопользования.
  4. Используя минералого-геохимические индикаторы седиментогенеза будут определены механизмы деструкции органического вещества и концентрирования/рассеяния БРиРАЭ в процессах раннего диагенеза, а также выполнена реконструкция условий формирования озерно-болотных отложений юга Западной Сибири и Восточного Прибайкалья в голоцене. Будет проведен экологический мониторинг и дана оценка современного состояния озерно-болотных систем.
  5. Будут установлены закономерности концентрирования / разубоживания редких и радиоактивных элементов и их различных форм при взаимодействии живого и детритового органического вещества с растворами различного происхождения (кислые дренажные, щелочные, солёные, термальные, талые).
  6. Будут установлены физико-химические, геохимические и минералогические особенности накопления БРиРАЭ в почвах, донных отложениях, поверхностных водах, проведена эко-геохимическая оценка состояния окружающей среды территорий с накопленным экологическим ущербом на основании знаний фоновых содержаний, индексов загрязнения и накопления, форм нахождения элементов. Результаты могут быть использованы для организации безопасности населения и живых организмов в пределах изучаемых территорий; с целью усовершенствования методик оценки антропогенной нагрузки и для создания Национальных программ мониторинга; для ликвидации и рекультивации накопленного экологического вреда и введения в хозяйственный оборот загрязненных территорий.
  7. Будет дана оценка радиоэкологической обстановке на участках речных пойм под влиянием предприятий ядерно-топливного цикла, спрогнозированы сценарии ее эволюции, определены миграционные параметры радиоактивных элементов в компонентах пойменных биогеоценозов. Практическая значимость: результаты могут быть использованы при расчетах различных экологических рисков, для обеспечения безопасности жизнедеятельности человека, при организации мониторинговых наблюдений соответствующих служб, в долгосрочных исследованиях влияния низких доз на организм человека и на продукцию сельского хозяйства.
  8. Будут установлены закономерности и особенности формирования геохимического фона редких и радиоактивных элементов, связанные с атмосферным переносом вещества, в поверхностных углеродсодержащих природных системах (мохово-лишайниковый покров, торфяные залежи) различных ландшафтно-географических зон Сибири, оценено влияние на них антропогенного и техногенного факторов
  9. Будет осуществлена разработка и совершенствование методов определения БРиРАЭ в углеродсодержащих геологических объектах: AAC, альфа-, бета- и гамма-спектрометрического, РФА-СИ и т.д.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Углерод определяет геохимическое своеобразие поведения многих рассеянных элементов, в том числе благородных, редких и радиоактивных (БРиРАЭ) как в эндогенных, так и в экзогенных системах: металлоносных углеродистых отложениях черносланцевой формации, зонах углеродизации в офиолитовых комплексах и щелочных массивах; угленосных и торфяных залежах; при водной миграции элементов с растворённым органическим и неорганическим углеродом; в процессах накопления элементов в органо-содержащих осадках континентальных (пресные и солёные озёра) и морских систем; при аккумуляции элементов в результате жизнедеятельности микроорганизмов в озёрно-болотных системах, термальных источниках и водоёмах; в процессах воздушного аэрозольного и пылевого переноса (от извержений вулканов, горения лесов, антропогенной деятельности человека и т.д.).
  Флюидо-рудогенерация в металлоносных углеродистых осадочных и вулканогенно-осадочных толщах происходит на разных ступенях седиментационных и постседиментационных изменений. Природа и условия формирования благородно- и редкометалльной минерализации, в большинстве случаев сопровождаемой высокими концентрациями радиоактивных элементов, в углеродистых образованиях до конца не ясна, что вызывает различные толкования вопросов генезиса, механизмов и возраста возникновения руд. Органическое вещество является одним из главных концентраторов БРиРАЭ в определенных условиях, и, по мере диагенетических и метаморфических изменений, могут формироваться рудоносные и металлоносные отложения. Транспорт и перераспределение БРиРАЭ с потоками эндогенных восстановленных углеродсодержащих флюидов широко обсуждается и является актуальной темой.
  Исследование химического и минерального состава отложений, формирующихся на выходе низкотемпературных гидротермальных континентальных и островодужных систем имеет важное значение для понимания процессов концентрирования БРиРАЭ. Изучение роли микробных сообществ в аккумуляции элементов является одним из наиболее востребованных международным научным сообществом направлений. Биоминералогические и биогеохимические исследования активно развиваются, получаемые результаты используются также и в практической области: для извлечения полезных компонентов из руд, предотвращения миграции потенциально токсичных и радиоактивных элементов и т.д. Обсуждаются технологии микробиального концентрирования элементов.
  Органоминеральные отложения пресноводных и соленых озер (сапропели), верховых и низинных болот следует рассматривать как итог взаимосвязанных процессов: перемещения осадочного материала с водосборных площадей водными и воздушными потоками; образования аутигенного органического и минерального вещества в результате жизнедеятельности гидробионтов в процессе седиментогенеза и диагенеза. Отложения депонируют в виде геохимической летописи изменения условий осадконакопления, что позволяет реконструировать ход развития экосистем. Необходим поиск дополнительных маркеров, способных повысить информативность таких летописей. Актуальность определяется недостаточной изученностью процессов раннего диагенеза и его индикаторов, генезиса и источников поставки автохтонного и аллохтонного органического вещества, и его микробной деструкции.
  Складированные отходы обогатительного производства представляют собой лаборатории, в которых геохимические процессы развиваются с большой скоростью и позволяют прослеживать взаимодействие растворов различного состава с органическим веществом, представляющим биогеохимический барьер на пути миграции не только потенциально токсичных элементов, но и благородных металлов. Длительный натурный эксперимент на базе складированных отходов является первым этапом на пути разработки методик переконцентрирования элементов. Подобные исследования тесно связаны с работами по экогеохимической оценке состояния окружающей среды территорий с накопленным экологическим ущербом, картированию мест, требующих особого внимания на фоне увеличения запросов общества к безопасности.
  Современное радиоэкологическое состояние окружающей среды имеет признаки улучшения после прекращения ядерных испытаний, но нуждается в мониторинге. Подобные исследования актуальны не только с точки зрения безопасности, но и для расчета рисков в стратегическом планировании. Важную роль играет изучение воздействия живого вещества биогеоценозов на миграционные свойства радиоактивных элементов. Радионуклиды играют важную индикаторную роль в геохимических процессах.
  Атмосферный перенос вещества является одним из основных факторов, определяющих формирование и состояние современного геохимического фона поверхности. Загрязняющие вещества попадают в атмосферу и осаждаются на земную поверхность в результате природных и антропогенных процессов. Общепринятым инструментом при исследовании атмосферного переноса вещества является изучение биоиндикаторов (мхи, лишайники, хвоя лиственных деревьев, лесная подстилка) хорошо аккумулирующих поступающие из атмосферы элементы и радионуклиды.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  Коллективом традиционно проводятся работы в рамках межинститутского и междисциплинарного сотрудничества, в том числе международного с сотрудниками: Санкт-Петербургского Горного Университета; Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена (С-Петербург); Института водных проблем Севера КарНЦ РАН, (Петрозаводск); Байкальского института природопользования СО РАН; Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН (Новосибирск); Бурятского государственного университета им. Доржи Банзарова; ООО Горная компания «Шелковый Путь» (Чита); Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН (Владивосток), University of Bradford (United Kingdom), First Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources Qingdao (China).
  Исследования биологических и микробиологических объектов проводятся совместно с сотрудниками Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск); Института Института общей и экспериментальной биологии СО РАН (Улан-Удэ); Института цитологии и генетики СО РАН (г. Новосибирск).
  Исследование состава органического вещества проводится совместно с сотрудниками Института катализа СО РАН (Новосибирск) и Химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН (Красноярск).
  Многолетнее сотрудничество в области изучения радиоэкологического состояния поймы реки Енисей в зоне влияния Красноярского ГХК с Институтом биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН (Красноярск).
  В рамках договора о научно-техническом сотрудничестве проводятся работы с ТОО «Проектно-экологическое бюро» (Респ. Казахстан), научно-исследовательские работы с ТОО «Сары Казна» (Респ. Казахстан). Результаты совместных исследований публикуются в открытой печати.
  Подписано соглашение о международном сотрудничестве о возможности совместных работах с коллегами из Китая (Институт Геохимии КАН, г.Гуян) с целью исследования компонентов окружающей среды в ореолах действия месторождений.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  

  Намеченные исследования являются продолжением работ, ведущихся коллективом на протяжении последних десятилетий. Сильной стороной проекта является комплексный всесторонний подход к изучению проблемы, интегрирование данных, получаемых при исследовании разнообразных объектов. В распоряжении коллектива имеются представительные коллекции образцов из углеродистых осадочных и вулканогенно-осадочных толщ, углеродизированных перидотитов и лампрофироподобных пород из зон флюодизации офиолитовых и щелочных комплексов Восточного Саяна. Предварительные минералого-геохимические исследования, подтверждают важную роль углерода в перераспределении БРиРАЭ. Получены первые данные по изотопным и возрастным характеристикам черносланцевых толщ. Выполненные исследования офиолитовых комплексов позволят предполагать различные геодинамические обстановки формирования и флюидный режим в сопряженных с ними углеродсодержащих толщах. Имеется коллекция образцов и кернов отложений термальных проявлений Камчатки и Байкальской рифтовой зоны. Ведутся исследования процессов накопления БРиРАЭ и аутигенного минералообразования в компонентах систем термопроявлений: бактериальные сообщества, минеральные отложения источников, осадки термальных водоёмов и котлов.
  Собран представительный материал и сформирована база данных по содержанию БРиРАЭ в компонентах малых озер Сибири и Карелии, Онежского озера. Показано, что биологическая составляющая озера является как источником углеродистого вещества, так и главным минералообразующим фактором. Принцип детального исследования озера в тесной взаимосвязи с системой компактно расположенных озёр в одинаковых ландшафтных и геолого-геохимических условиях позволил показать основополагающую роль в формировании геохимического и минерального состава донных отложений азональных (локальных) факторов. Проводятся комплексные биогеохимические исследования процессов раннего диагенеза сапропелей, озерных и болотных отложений малых озер и торфяников. Выявлены типы диагенеза, закономерности трансформации поровых и болотных вод, описаны основные механизмы деструкции органического вещества и аутигенного минералообразования.
  Изучены особенности концентрирования БРиРАЭ и аутигенного минералообразования в органосодержащих веществах ореолов рассеяния месторождений и складированных отходов обогатительного производства (Урского и Комсомольского хвостохранилищ, Саралинского рудного узла, Курайской ртутной зоны). Исследуются закономерности изменения группового состава органического вещества и форм нахождения БРиРАЭ, выявляются главные поллютанты. Показана роль вторичного минералообразования в снижении миграционной способности элементов.
  Исследуется распределение изотопов в компонентах лесных и степных биогеоценозов Сибири. Выявлены площади загрязнения радионуклидами от ядерных испытаний, установлена латеральная мозаичность распределения Cs-137. Применена методика опробования пирологических объектов, позволившая определить количественную сторону атмосферной эмиссии радионуклидов и элементов при лесных пожарах. Исследуются закономерности атмосферного переноса элементов и радионуклидов, впервые дана оценка выпадений Be-7, Pb-210 и Cs-137 в Арктической части Западной Сибири. Установлены закономерности перераспределения радионуклидов в системах рр. Обь, Томь и Енисей. Проводятся масштабные работы по изучению специфических форм нахождения изотопов, всесторонне исследуются «горячие» частицы, и процессы, приводящие к повторному вовлечению радионуклидов в миграцию.
  Проводится экологический мониторинг изучаемых систем, оценка состояния различных компонентов биоценозов согласно российским и зарубежным нормативным показателям. Традиционно особое внимание уделяется изучению закономерностей изменения форм Hg и их миграционной способности.
  В коллективе применяются комплексный отбор компонентов системы, широкий спектр современных геохимических и минералогических методов анализа вещества, исследования состава микробных сообществ (секвенирование генов 16S рРНК и метагеномные исследования в рамках интеграции). Используется широкий спектр современных методов и подходов, применяемых и разрабатываемых коллективом на базе AAC, ИСП-МС, ИСП-АЭС, α-, β- и γ-спектрометрия. Разработаны и совершенствуются методики определения Pb-210, форм нахождения Hg, вскрытия проб с большим количеством упорных минералов, органического вещества, адаптируются методики селективного выщелачивания и т.д. Доступ к инфраструктуре ЦКП многоэлементных и изотопных исследований СО РАН на базе ИГМ СО РАН и ЦКП «СЦСТИ» на базе УНУ «Комплекс ВЭПП-4 – ВЭПП-2000» в ИЯФ СО РАН. Основные исполнители проекта имеют большой опыт совместной работы и реализации научных проектов, включая проекты РФФИ, РНФ, интеграционные проекты и хоздоговорные работы. Результаты, проведенных авторами совместных исследований, опубликованы в многочисленных научных работах и прошли апробацию на российских и зарубежных научных конференциях, и совещаниях, за последние 5 лет защищены 4 кандидатские диссертации.

• Исполнители:
  Жмодик Сергей Михайлович, Леонова Галина Александровна, Страховенко Вера Дмитриевна, Мельгунов Михаил Сергеевич, Лазарева Елена Владимировна, Айриянц Евгения Владимировна, Кропачева Марья Юрьевна, Киселева Ольга Николаевна, Густайтис Мария Алексеевна, Мальцев Антон Евгеньевич, Белянин Дмитрий Константинович, Мягкая Ирина Николаевна, Кириченко Иван Сергеевич, Восель Юлия Сергеевна, Сарыг-оол Багай-оол Юрьевич, Овдина Екатерина Андреевна, Малов Виктор Игоревич, Мезина Ксения Александровна, Журкова Инна Сергеевна, Малов Георгий Игоревич.
  
  
• Отчеты:
  ----------------------------------------------

 

2.3.4. Геохимия и космохимия

Свернуть  

 

• Летучие компоненты и флюидные фазы в процессах эндогенного минерало- и рудообразования (по флюидным и расплавным включениям в минералах)
• Концепция формирования месторождений алмазов Сибирской Арктики: связь характера эволюции литосферной мантии с процессами образования алмазов и алмазоносных кимберлитов; формирование и свойства импактных алмазов и новых функциональных материалов
• Металлогенические провинции, эпохи и рудные месторождения складчатых поясов Азии: от генетических моделей к прогнозу минеральных ресурсов

 

Летучие компоненты и флюидные фазы в процессах эндогенного минерало- и рудообразования (по флюидным и расплавным включениям в минералах)

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0017
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: д.г.-м.н. Смирнов Сергей Захарович
  
• Лаборатория: Термобарогеохимии
  
  
• Цель научного исследования: 
  Реконструкция поведения летучих компонентов и параметров эволюции флюидов при магматическом, метаморфическом и гидротермальном минерало- и рудообразовании; разработка научных основ для моделей эволюции флюидов в мантии, образования очагов флюидонасыщенных магм в литосфере, рудных месторождений и прогноза рудоносности на примере Сибирского кратона и активных поясов Северо-Востока Азии.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  В рамках предлагаемого проекта предполагается изучение флюидных и расплавных включений в минералах интрузивных и вулканических пород областей молодого и современного магматизма Дальнего Востока и щелочно-карбонатитовых комплексов Полярной Сибири и Забайкалья; мантийных ксенолитов и алмазов из кимберлитов и россыпей Якутии, северо-востока Сибирской платформы и других регионов; в кварце и сульфидах орогенных золоторудных месторождений Енисейского кряжа; изучение синтетических включений в кварце для решения методических вопросов.
  Основу методического подхода составляют методы классической термобарогеохимии в сочетании с современными методиками валового анализа и микроаналитических исследований флюидных и расплавных включений, минералов, содержащих включения и, при необходимости, составов пород. Акцент ставится на получение информации по содержаниям летучих компонентов во флюидах, расплавах и сосуществующих с ними ассоциациях минералов. Для построения моделей поведения летучих компонентов в эндогенных процессах планируется привлечение методов рентгено-спектрального и ЛА-ИСП-МС микроанализа, спектроскопии КРС для решения задач идентификации дочерних фаз включений (с привлечением технологий на базе ИИ), а также количественного и полуколичественного анализа флюидных фаз и стекол расплавных включений, газовой хромато-масс-спектрометрии, изотопной геохимии (C, O, S), элементного анализа валовых составов пород, методов термодинамического моделирования эволюции магматических расплавов и свойств флюидов.
  Для достижения поставленной цели предполагается решение следующих задач:
  - Изучение поведения летучих компонентов, составов и эволюция флюидных фаз в магмах окраинно-континентальных и островодужных флюидно-магматических систем. Решение этой задачи предполагает изучение поведения летучих компонентов, составов и эволюция флюидных фаз в магмах окраинно-континентальных и островодужных флюидно-магматических систем на примере областей молодого и современного вулканизма Дальнего Востока РФ. Для этого планируется на основании изучения расплавных и флюидных включений выявить особенности поведения широкого спектра летучих компонентов в островодужных магмах различного состава с целью реконструкции флюидного режима глубинных дегазирующих магм и его влияния на развитие верхнекоровых очагов флюидонасыщенных магм.
  - Определение роли летучих компонентов в образовании разных типов пород щелочных комплексов Сибирского кратона и его обрамления. В рамках поставленной задачи планируется провести исследование состава и поведения летучих компонентов в расплавах и флюидах при кристаллизации щелочно-сиенитовых, щелочно-ультраосновных и карбонатитовых магм на примере массивов Полярной Сибири, Прибайкалья и Алданского щита с целью установления особенностей их перераспределения между расплавами и флюидами, влияния на процессы кристаллизации щелочно-силикатных и карбонатитовых расплавов и воздействия магматогенного флюида на вмещающие породы.
  - Изучение вариативности составов летучих компонентов и условий образовании алмаза и других минералов в литосферной мантии Земли по расплавным и флюидным включениям методами термобарогеохимии и газовой хромато-масс-спектрометрии. Решение этой задачи предполагает систематическое изучение включений в алмазах Северо-Востока Сибирского кратона, Якутской алмазоносной провинции и некоторых других регионов мира (Китай, Индия) методами термобарогеохимии и газовой хромато-масс-спектрометрии с целью оценки особенностей состава мантийного флюида, его роли в мантийном минералообразовании и генезисе природного алмаза.
  - Реконструкция флюидного режима и определение роли летучих компонентов в процессах образования орогенных золоторудных месторождений Енисейского кряжа. Решение этой задачи предполагает изучение включений в кварце и сульфидах Ведугинского, Боголюбовского месторождений и глубоких горизонтов Благодатного месторождения методами термобарогеохимии, геохимии стабильных изотопов и газовой хромато-масс-спектрометрии с целью создания модели формирования золоторудных месторождений в пределах Енисейского кряжа и разработки инновационный термобарогеохимический метода оценки рудного потенциала глубоких горизонтов на действующих и разведанных золоторудных месторождений, а также при специализированных поисковых работах на золото в пределах Енисейского кряжа.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  Этап 2026 года. Проведена реконструкция флюидного режима эволюции мантийных магм во фронтальной зоне Курильской островной дуги (КОД) на примере вулкана Кудрявый (о. Итуруп, КОД); определены состав и особенности эволюции флюидов на контакте Тажеранского массива щелочных сиенитов (Прибайкалье) с карбонатными породами и выявлена взаимосвязь между составом летучих компонентов и Ti- и Zr-минерализацией в метасоматитах; методами микротермометрии, КР- и ИК-Фурье спектроскопии, газовой хромато-масс-спектрометрии и изотопии определены состав и происхождение флюидов, участвовавших в образовании алмазов из россыпей северо-востока Сибирской платформы; получены новые данные о составе и происхождении золотоносных флюидов на основании изучения флюидных включений и состава стабильных изотопов в кварце и сульфидах верхних горизонтов Боголюбовского месторождения, Енисейский кряж.
  Этап 2027 года. Проведена реконструкция флюидного режима эволюции мантийных магм в тыловой зоне КОД на примере вулкана Алаид (о. Атласова, КОД); определен состав летучих компонентов и установлена их роль в образовании мелилитовых пород Гулинского массива (Полярная Сибирь); методами микротермометрии, КР- и ИК-Фурье спектроскопии, газовой хромато-масс-спектрометрии и изотопии определены состав и происхождение флюидов, участвовавших в образовании алмазов и минералов алмазоносных эклогитов из кимберлитовых трубок Якутской алмазоносной провинции (ЯАП); получены новые данные о составе и происхождении золотоносных флюидов на основании изучения флюидных включений и состава стабильных изотопов в кварце и сульфидах из глубоких горизонтов Боголюбовского месторождения, Енисейский кряж;
  Этап 2028 года. На основе сопоставления данных полученных по вулкану Кудрявый и вулканам острова Симушир (КОД) реконструированы особенности флюидного режима базитовых магм в областях развития кальдерного вулканизма фронтальной части КОД, установлены причины отсутствия мощных эксплозивных извержений в тыловых частях островных дуг; будут выявлены характерные особенности состава и поведения летучих компонентов при кристаллизации лампроитовых магм дайки Молбо (Западный Алдан); методами микротермометрии, КР- и ИК-Фурье спектроскопии, газовой хромато-масс-спектрометрии и изотопии определены состав и происхождение флюидов, участвовавших в образовании алмазов и минералов алмазоносных перидотитов из трубок Удачная, Мир и Интернациональная ЯАП; получены новые данные о составе и происхождении золотоносных флюидов на основании изучения флюидных включений и состава стабильных изотопов в кварце и сульфидах из жил Ведугинского месторождения, Енисейский кряж.
  Этап 2029 года. На основании сопоставления данных по флюидному режиму эволюции дацитовых магм кальдеры Львиная Пасть (о. Итуруп, КОД) с результатами, полученными ранее по аналогичным магмам перешейка Ветрового, будет реконструирован флюидный режим эволюции верхнекорового очага дацитовой магмы, вызвавшей мощное кальдерное извержение; получены новые данные об особенностях состава летучих компонентов меланефелинитовой магмы Гулинского массива; методами микротермометрии, КР- и ИК-Фурье спектроскопии, газовой хромато-масс-спектрометрии и изотопии определены состав и происхождение флюидов, участвовавших в образовании алмазов и минералов алмазоносных перидотитов из трубок Айхал, Юбилейная и др. (ЯАП); получены новые данные о составе и происхождении золотоносных флюидов на основании изучения флюидных включений и состава стабильных изотопов в кварце и сульфидах из глубоких горизонтов Благодатного месторождения, Енисейский кряж.
  Этап 2030 года. На основании сопоставления данных о флюидном режиме эволюции дацитовой магмы мощного посткальдерного извержения на перешейке Ветровом в позднем голоцене (разрез Гурам) с полученными ранее данными по позднеплейстоценовым извержениям перешейка Ветрового и кальдеры Львиная Пасть реконструирована динамика изменения флюидного режима верхнекорового очага дацитовой магмы на посткальдерном этапе его развития; определен флюидный режим образования пироксенитов и кальцитовых карбонатитов и выяснены особенности эволюции родоначальной магмы Гулинского массива; методами микротермометрии, КР- и ИК-Фурье спектроскопии, газовой хромато-масс-спектрометрии и изотопии определены состав и происхождение флюидов, участвовавших в образовании алмазов из алмазоносных районов Китая и Индии; проведено обобщение и установлены составы мантийных флюидов и условия образования алмаза; проведен всесторонний анализ составов флюидов золоторудных месторождений и разработана модель формирования золоторудных месторождений Енисейского кряжа; разработан инновационный термобарогеохимический метод оценки рудного потенциала глубоких горизонтов действующих и разведанных золоторудных месторождений в пределах Енисейского кряжа, а также новых объектов, выявленных при специализированных поисковых работах на золото.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Летучие компоненты играют ключевую роль в эндогенных процессах благодаря их высокой подвижности и способности обеспечивать химический транспорт элементов, определяющих ход и параметры минерало- и рудообразования. Эти элементы входят в состав важнейших руд, что делает их изучение критически важным для понимания процессов формирования месторождений полезных ископаемых.
  Дегидратация погружающейся в зоне субдукции океанической коры и осадков приводит к обогащению островодужных и окраинно-континентальных магм летучими компонентами. Кислые магмы, накапливающиеся в верхних горизонтах земной коры, концентрируют эти компоненты, что определяет их связь с месторождениями полезных ископаемых, термальной активностью и мощными вулканическими взрывами, часто катастрофическими. Обогащение летучими может определяться разными факторами, зависящими от механизма образования кислой магмы: особенностями фракционирования более примитивных магм, частичного плавления коровых субстратов или взаимодействия магмы с продуктами глубинной дегазации. Несмотря на обилие данных о составе летучих в островодужных магмах, остаются дискуссионными закономерности их насыщения, параметры процессов флюидно-магматического взаимодействия и влияния комбинации разных факторов на процессы дегазации магм, формирование рудных месторождений и развитие катастрофических эксплозий. Это определяет актуальность изучения поведения летучих в малоглубинных очагах островодужных и окраинно-континентальных магм.
  Летучие компоненты играют существенную роль в формировании магматических пород щелочных комплексов и ореолов, окружающих их метасоматитов. Они влияют на физико-химические свойства расплавов, транспортировку и концентрацию различных элементов (в том числе рудных), процессы минералообразования и поля стабильности минералов. Несмотря на долгую историю исследования щелочных комплексов, роль летучих компонентов в процессах их формирования всё ещё является предметом дискуссии.
  Проблема состава летучих в мантии Земли остаётся ключевой для понимания метасоматоза, плавления и кристаллизации минералов. Накопленные данные позволили построить петрологическую модель мантии, но вопросы о составе летучих и их источниках остаются открытыми. Прямые данные о летучих при кристаллизации алмазов ограничены. Современные модели связывают состав летучих и рост алмазов с C-O-H-N-S-Cl флюидами, возможно растворёнными в расплавах. Основным источником информации являются флюидные включения в мантийных минералах, особенно в алмазах. Исследования таких включений с помощью прецизионных методов, включая газовую хромато-масс-спектрометрию, расширили знания о генезисе алмазов и роли углеводородных флюидов. Изучение летучих из разных алмазоносных провинций поможет глубже понять процессы минералообразования и условия генезиса алмазов.
  Красноярский край – лидер золотодобычи в России. Здесь разрабатываются крупные месторождения в терригенно-карбонатных и терригенных толщах (Олимпиадинское, Ведугинское, Благодатное и др.). На Енисейском кряже выявлено 305 месторождений и проявлений золота, относящихся к орогенному типу и связанных с кварцевыми жилами в метаморфических толщах. Вопрос о связи орогенного золота с корообразующими процессами, источником рудного вещества и гидротермальных растворов, а также возрастом минерализации остаётся дискуссионным. Ответы можно получить, изучая флюидные включения в минералах и проводя изотопные исследования серы, углерода, кислорода и гелия. Это позволит охарактеризовать минералообразующую среду, её эволюцию и приблизиться к пониманию источников золота.
  Наши исследования месторождений Енисейского кряжа показали, что рудные тела формировались в сходных физико-химических условиях из однотипных флюидов, функционировавших в разных структурных областях в схожих геодинамических обстановках. Это позволяет разработать общую модель их формирования. Всесторонний анализ месторождений с контрастными запасами золота поможет создать инновационный термобарогеохимический метод оценки рудного потенциала глубоких горизонтов и поисков новых месторождений на Енисейском кряже.
  Детальное исследование поведения летучих компонентов и флюидных фаз, выступающих их концентраторами, способствует реконструкции процессов, влияющих на перераспределение летучих компонентов в глубинных недрах планеты, развитие в верхних горизонтах коры очагов флюидизированных магм, с которыми связывают образование месторождений и вулканические катастрофы, и, в конечном итоге, выявлению закономерностей концентрирования элементов, которые представляют особый интерес для высокотехнологичных отраслей промышленности, таких как производство электроники, возобновляемая энергетика и другие инновационные направления.
  Таким образом, изучение летучих компонентов не только расширяет фундаментальные знания о геологических процессах, но и имеет практическое значение для развития современных методов предсказания природных катастроф и обеспечения сырьевой базы для промышленности, что и определяет актуальность поставленных задач.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  В рамках соглашения о сотрудничестве с Сибирским федеральным университетом, г. Красноярск будут проведены совместные работы по изучению золоторудных месторождений Енисейского кряжа. Планируются совместные исследования составов тефр, пемз и игнимбритов в рамках комплексного исследования новейшего и современного вулканизма Курильской островной дуги вместе с коллегами из ИВиС ДВО РАН, г. Петропавловск-Камчатский и ИМГиГ ДВО РАН, г. Южно-Сахалинск.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Коллектив данного проекта на протяжении многих лет специализируется на изучении включений минералообразующих сред в минералах магматических, метаморфических пород и гидротермальных образований, а также на реконструкции РТХ-параметров этих процессов. В лаборатории разработаны и адаптированы методы микротермометрии включений (при атмосферном и высоком сдерживающем давлении), микроаналитических исследований (рентгеноспектральный анализ, спектроскопия КР и ИК) (Котов и др., 2021), а также прецизионного анализа газовой фазы флюидных включений методами газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии. Активно применяется методика изучения включений в синтетическом кварце, включая спонтанную и контролируемую генерацию флюидных включений различного размера. Разработана уникальная методика гомогенизации расплавных включений в автоклаве в условиях противодавления D2O, позволяющая контролировать их герметичность (Соколова и др., 2011).
  Участники проекта обладают значительным опытом в изучении включений флюидов и расплавов в минералах мантийных пород и кристаллах алмаза. Впервые для изучения флюидных включений в природном алмазе минералах из ксенолитов мантийных пород в кимберлитах был применен беспиролизный хромато-масс-спектрометрический анализ и, помимо азота, обнаружены углеводороды и их производные, вода и углекислота (Sobolev et al., 2019). Получены уникальные данные о составе мантийных флюидов и расплавных включений в дунитах, меймечитах, ийолит-мельтейгитах и доломитовых карбонатитах Гулинского плутона, а также в оливинитах Крестовской интрузии (Панина и др., 2023–2025; Panina et al., in press). Проведены детальные исследования метасоматических пород Тажеранского массива (Старикова и др., 2013, 2014).
  Коллектив также специализируется на изучении малоглубинных флюидизированных магм, их связи с рудообразованием (Соколова и др., 2023) и катастрофическими извержениями вулканов (Smirnov et al., 2019; Kotov et al., 2023). Установлены особенности состава минералообразующих сред и поведения летучих компонентов в редкометалльно-гранитных и гранитно-пегматитовых системах, обогащенных бором, фтором и редкими щелочными металлами, а также выявлены закономерности эволюции среды при переходе от магматической кристаллизации к гидротермальной стадии пегматитообразования (Смирнов, 2015).
  Изучение РТХ параметров процессов образования золоторудных месторождений орогенного типа на Енисейском кряже коллективом предлагаемого проекта продолжается уже много лет и накоплен уникальный фактический материал. Установлены РТ параметры, составы флюидов их возраст и источники летучих для месторождений Аяхтинское, Кондуякское, Доброе, а также крупных месторождений Олимпиадинское, Советское и Эльдорадо. 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. Имеется опыт изучения составов газовой фазы в кварце и сульфидах (Shaparenko et al., 2021, 2023, 2025).
  В последние годы показано, что формирование очагов кальдерных извержений в островодужных обстановках связано с частичным плавлением и образованием водонасыщенных дацитовых и риолитовых расплавов в верхних горизонтах коры (Smirnov et al., 2019; Kotov et al., 2023). Исследования включений в минералах примитивных островодужных базитов подтвердили, что мантийные магмы могут быть значительным источником разнообразных летучих для магм в верхних горизонтах островодужной коры (Низаметдинов и др., 2022; Кузьмин и др., 2023; Тимина и др., 2025).
  В распоряжении авторов имеются представительные коллекции изверженных пород современных вулканов КОД, алмазов и мантийных ксенолитов Якутии, щелочных пород Гулинского и Тажеранского массивов, дайки Молбо и образцов рудных жил из месторождений Енисейского кряжа.
  
  
• Исполнители:
  Смирнов Сергей Захарович, Томиленко Анатолий Алексеевич, Шарыгин Виктор Викторович, Томас Виктор Габриэлевич, Панина Лия Ивановна, Гибшер Надежда Александровна, Бульбак Тарас Александрович, Кузьмин Дмитрий Владимирович, Старикова Анастасия Евгеньевна, Соколова Екатерина Николаевна, Тимина Татьяна Юрьевна, Исакова Александра Тимофеевна, Низаметдинов Ильдар Рафитович, Шапаренко Елена Олеговна, Фурсенко Дмитрий Александрович, Рокосова Елена Юрьевна, Хоменко Маргарита Олеговна, Затолокина Ксения Игоревна, Секисова Виктория Сергеевна.
  
  
• Отчеты:
  ------------------------------.

 

2.3.5. Геология твердых полезных ископаемых

---

Концепция формирования месторождений алмазов Сибирской Арктики: связь характера эволюции литосферной мантии с процессами образования алмазов и алмазоносных кимберлитов; формирование и свойства импактных алмазов и новых функциональных материалов

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0014
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: академик РАН Николай Петрович Похиленко
• Лаборатории: Литосферной мантии и алмазных месторождений; Экспериментальной петрологии; 
  
  
• Цель научного исследования: 
  Разработка новой концепции формирования алмазных месторождений в целях улучшения методик их прогнозирования и оценки алмазоносности для развития добывающей промышленности на основе комплексного изучения литосферной мантии. Изучение алмазов из кимберлитов, импактных алмазов и пород, минералоподобных структур, образующихся при Р-Т параметрах, отвечающих условиям литосферы и мантии Земли для машиностроения и инструментальной промышленности.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  1.
  1.1. Полигенность и полихронность алмазов из алмазоносных магматитов на основе комплексного изучения популяций алмазов и сопутствующих минералов из месторождений Сибирской платформы и иных алмазоносных провинций Земли.
  1.2. Экспериментальное обоснование условий устойчивости алмазов в периоды роста и постростовой эволюции в условиях литосферной мантии Сибирской платформы в сравнении с другими регионами мира для повышения эффективности методов прогнозирования и поисков месторождений алмазов.
  2.
  2.1. Изучение характера и причин взаимосвязей интенсивности проявлений и уровня алмазоносности кимберлитового магматизма Сибирской платформы для целей прогнозирования и усовершенствования методов выявления новых кимберлитовых полей (в том числе с промышленным содержанием алмазов) как результат изучения состава, структуры и термического режима разновозрастной литосферной мантии различных частей платформы (и сравнения с характеристиками литосферы других кратонов) и определения характера и вариаций интенсивности процессов вторичного обогащения вещества литосферной мантии на основе комплексного изучения ксеногенного мантийного материала из кимберлитов разновозрастных полей региона.
  2.2. Экспериментальное моделирование процессов и условий образования ассоциирующих с алмазами минералов и их постростовых изменений в условиях мантии Сибирской платформы.
  2.3. Комплексное изучение кимберлитов и родственных им пород Сибирской платформы и ряда других архейских кратонов, особенностей их состава и вопросы происхождения.
  3.
  3.1. Комплексное изучение импактитов и импактных алмазов Попигайской астроблемы: генезис, петрографические и минералогические особенности и пути практического использования.
  Экспериментальное изучение устойчивости в процессах спекания импактных лонсдейлитсодержащих алмазов Попигайской астроблемы с металлами, в том числе твердыми сплавами при высоких температурах и давлениях как перспективного материала для использования в машиностроения и инструментальной промышленности.
  3.2. Политипизм и фазовые переходы карбонатов, сульфидов и лонсдэйлитов в условиях литосферной мантии Земли.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  1.
  1.1. Критерии разделения алмазов из россыпей Сибирской платформы по типам коренных источников и их возрасту.
  Диагностика алмазов из потенциально докембрийских коренных источников, генетические особенности этих алмазов, возможности поиска коренных источников.
  Разработка топоминералогической карты северо-востока Сибирской платформы с элементами прогноза среднепалеозойских коренных месторождений алмазов.
  Комплекс минералогических критериев прогнозирования коренных среднепалеозойских и россыпных докембрийских месторождений алмазов на Сибирской платформе.
  1.2. Обоснование влияния температуры и давления на фазовый состав и структуру включений в природных алмазах, взаимодействующих с алмазом-хозяином.
  Гомоморфные и типоморфные морфологические особенности природных алмазов из мантийных ксенолитов из кимберлитов.
  Посредством метода экспериментального моделирования подтверждение условий устойчивости алмазов и возможного состава среды, влияющих на сохранность алмазов в ЛМ.
  Оценка результатов экспериментального моделирования по синтезу и росту алмазов с целью обоснования наиболее вероятной среды природного алмазообразования в ЛМ.
  Особенности механизма алмазообразования ювелирных алмазов типа CLIPPIR в восстановленных доменах ЛМ.
  2.
  2.1. Методика парагенетического анализа ксенокристаллов основных породообразующих силикатов пород ЛМ из кимберлитов и комплексная методика определения состава пород разреза ЛМ на этой основе.
  Схематические модели разрезов ЛМ различных частей Сибирской платформы на различное время.
  Комплекс методов термобарометрии для определения условий образования обогащенных и ультрадеплетированных перидотитов ЛМ.
  Концепция зависимости потенциальной алмазоносности различных блоков ЛМ Сибирской платформы в связи с характером ее изменений в различное время и с масштабами проявления кимберлитового магматизма.
  2.2. Экспериментальное обоснование условий формирования типичных распределений РЗЭ в хромистых пиропах, моделирование кристаллизации высокохромистых шпинелидов с целью выяснения особенностей их совместного образования с хромистым пиропом в мантийных условиях.
  Обоснование условий образования минеральных ассоциаций с хромсодержащим клинопироксеном в процессах мантийного метасоматоза.
  Экспериментальное подтверждение оценки окислительно-восстановительных условий образования оливинов, кристаллизующихся совместно с хромистым пиропом.
  Экспериментальное доказательство устойчивости и сохранности минералов – спутников алмаза при взаимодействии с кимберлитовым расплавом при Р-Т параметрах ЛМ.
  2.3. Модель формирования оливина в когерентных кимберлитах Сибирского кратона, включающая термодинамические условия формирования различных его зон.
  Дополнение и уточнение модели мантийного метасоматоза - определение роли и вариаций химического состава карбонатных и хлоридных расплавов в многоэтапных процессах метасоматоза литосферной мантии (ЛМ).
  Уточнение роли карбонатных расплавов в концепции глобального цикла углерода в плане изучения карбонатной составляющей кимберлитов и мантийных ксенолитов из этих пород.
  Изучение процесса ликвации кимберлитовых расплавов.
  Проверка корректности методики составления образа кимберлитового проявления по вариациям состава пикроильменита из этого кимберлита.
  3.
  3.1. Комплексное изучение импактитов Попигайской астроблемы и изменения свойств импактных алмазов при воздействии на них высоких давлений и температур.
  Петрографические и петрохимические особенности тагамитов Попигайской астроблемы; графитизация импактных алмазов при их отжиге при высоких Р-Т параметрах.
  Возможные пути практического использования тагамитов Попигайской астроблемы; особенности смачивания импактных алмазов расплавами переходных металлов (Ni, Co, Cr) при давлениях от 2 до 6 Гпа и температурах от 1400 до 1800°С.
  Минералогические особенности импактных алмазов Попигайской астроблемы; растворимость импактных алмазов в переходных металлах при высоких Р-Т параметрах.
  Использование вещества импактного происхождения Арктической зоны Сибири как перспективного материала; экспериментальное обоснование механизма спекания импактных лонсдейлитсодержащих алмазов с твердыми сплавами на основе карбида вольфрама.
  3.2. Концепция влияния микроструктуры кристаллов арагонита на особенности его спектров.
  Теоретическая модель образования гексагонального арагонита в пределах дефектных участков карбоната кальциях.
  Оценка возможности образования деформационных двойников арагонита.
  Кристаллохимическая модель влияния крупных катионов на высокобарические модификации щелочных и щелочно-земельных карбонатов, стабилизирующихся при P-T параметры литосферной мантии.
  Кристаллохимическая модель соотношения моноэлементных фаз со структурами лонсдэйлита и алмаза, оценка влияния дефектов упаковки.
  Кристаллохимическая модель изменения структуры тройных халькогенидов с анионными каркасами алмазного и лонсдэйлитового типов.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Обоснование значимости проблемы
  Тема включает два блока: 1 – алмазы и алмазоносные породы, закономерности их формирования в различные этапы эволюции литосферы Сибирской платформы (далее СП); 2 – импактиты и импактные алмазы Попигайской астроблемы (далее ПА) как функциональные материалы для современных технологий. Первый блок предусматривает развитие новой парадигмы алмазоносности СП, предусматривающей полигенность и полихронность алмазоносного магматизма, включая докембрийскую эпоху. В фундаментальном плане работа направлена на дальнейшее развитие знаний о закономерностях строения и эволюции литосферы СП, месте и характере процессов формирования в ней алмазов и алмазоносных магматитов. Практическое значение работ связано с дефицитом сырьевой базы алмазодобывающй отрасли и необходимостью выявления новых поисковых заделов. Второй блок нацелен на изучение импактных алмазов и импактитов ПА. В фундаментальном плане он направлен на изучение закономерностей образования пород и минералов крупных астроблем. Практическое значение работы связано с технологическими свойствами импактных алмазов и пород – тагамитов и выработкой рекомендаций по их использованию в конкретных технологиях.
  Степень изученности проблемы
  По первому блоку работ вопросы эволюции литосферы, формирования алмазов и алмазоносносных кимберлитов изучались на основе принятия среднепалеозойского возрастного уровня как наиболее древнего этапа кимберлитового магматизма СП. Однако авторами проекта найдены признаки докембрийской эпохи алмазоносного магматизма, явившиеся базой новой парадигмы алмазоносности СП (Afanasiev, Pokhilenko, 2022). Исследования в рамках новой парадигмы актуальны как в фундаментальном плане, поскольку касаются более древних уровней алмазоносного магматизма на СП, так и в прикладном отношении, позволяя выделять в россыпных алмазах только связанные со среднепалеозойскими кимберлитами, что важно для поисковых работ. Исследования по второму блоку закончились более 40 лет назад. Нами найдены остатки импактных алмазов, а также проведены полевые работы по сбору каменного материала в пределах ПА. Это дало возможность за последние 10 лет далеко продвинуться в изучении этого уникального объекта. Продолжение исследований открывает новые актуальные направления. В частности, установлено, что импактная порода тагамит представляет собой природную керамику с очень высокой твердостью, а его структурные особенности позволяют относить тагамит к высокоэнтропийным материалам и здесь можно ожидать значительных фундаментальных и прикладных результатов.
  Научная новизна и инновационность
  Научная новизна первого блока работ очевидна, поскольку гипотеза гетерогенности и гетерохронности алмазоносного магматизма СП впервые сформулирована и находится в стадии разработки. В ее основе лежит деление алмазов из россыпей северо-востока СП на кимберлитовые и связанные с неизвестными типами коренных источников, вероятно докембрийского возраста. Деление на популяции основывается на изучении всего комплекса россыпных алмазов, поскольку пока только в россыпях выделены алмазы, связанные с потенциально докембрийскими источниками. Научная новизна работ по второму блоку связана с возобновлением работ по изучению пород и минералов ПА на современном аналитическом и методическом уровне, с учетом информации, полученной первыми исследователями кратера. Исследование технологических свойств импактных алмазов и пород важно для обоснования промышленной добычи высокотехнологичного абразивного материала для отечественной инструментальной промышленности.
  Практическая значимость
  Результаты работ по первому блоку будут востребованы для постановки геологоразведочных работ на алмазы. Картирование алмазоносности северо-востока СП на основе выделения популяций алмазов позволит локализовать перспективные площади под поиски продуктивных полей среднепалеозойских кимберлитов. Практическая значимость работ по второму блоку определяется изучением технологических свойств импактных алмазов и импактитов. Они актуальны также в рамках импортозамещения китайского абразивного сырья. Необходимость разработки Попигайского месторождения указана в Стратегии развития Арктической зоны РФ и обеспечении национальной безопасности на период до 2035 года.
  Соответствие современным трендам и вызовам
  Исследования по первому блоку направлены на расширение ресурсной базы полезных ископаемых в Арктической зоне РФ. Исследования по второму блоку направлены на обеспечение инструментальной промышленности РФ сырьем с уникальными свойствами, а также на решение вопросов импортозамещения. В целом проект вписывается в политику РФ на освоение Арктики.
  Заключение
  Таким образом, проведение данных исследований актуально и своевременно, поскольку прямо связано с развитием Арктической зоны РФ, включая расширение ресурсной базы алмазодобывающей промышленности, отвечает запросу промышленности РФ на собственное высокотехнологичное абразивное сырье и решает ряд вопросов импортозамещения.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  1. Сотрудничество с НАН республики Беларусь по части исследования технологических свойств импактных алмазов и импактитов и определение сфер их применения, подготовка совместных патентов.
  2. Совместное изучение мантийных ксенолитов (в том числе – изотопные) разных парагенетических групп из трубки Удачная (Якутия) вместе с китайскими коллегами (Ming Chen) из School of Earth Sciences, China university of Geosciences (Wuhan)
  3. Будет проведено исследование кристаллов арагонита методом просвечивающей электронной микроскопии в рамках сотрудничества по проекту ‘Aragonite structure and formation’, поддержанного Словено-Венгерским исследовательским грантом No. N1-0230 со стороны Словенского Исследовательского Агентсва (ARIS), и No. SNN-139585 со стороны Национального Оффиса Исследований Развития и Инноваций Венгрии (NKFIH).
  4. 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.
  5. Совместные работы с Институтом геологии алмаза и благородным металлов СО РАН по исследованию кимберлитовых пород северного склона Алданской антеклизы.
  6. 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.
  7. Совместные работы с АК «АЛРОСА» (г. Мирный) по геохимическим особенностям постмагматического этапа кимберлитогенеза и их прогностическим перспективам.
  8. 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:
  В результате комплексных многолетних работ подготовлена аргументация для создания новой парадигмы алмазоносности Сибирской платформы (Afanasiev V.P., Pokhilenko N.P. Approaches to the diamond potential of the Siberian craton: A new paradigm // Ore Geology Reviews, 147 (2022)). Показано наличие связи между характером и уровнем процессов вторичного обогащения истощенных перидотитов нижних уровней литосферной мантии для различных блоков Сибирской платформы с интенсивностью и уровнем алмазоносности проявлений кимберлитового магматизма (Pokhilenko N.P., Afanasiev V.P., Agashev A.M., Pokhilenko L.N., Tychkov N.S. Lithospheric mantle composition and structure variations under the Siberian Platform kimberlite fields of different ages.// Geodynamics and Tectonophysics, 2022, V. 13, 4).
  Общая модель петрогенезиса кимберлитов крайне важна для понимания закономерностей происхождения и размещения алмазных месторождений. Из-за недостаточного учёта процессов контаминации и серпентинизации кимберлитов, ошибочно считалось, что кимберлитовые расплавы являются обогащёнными H2O силикатными жидкостями. Наши исследования расплавных включений и уникальных несерпентинизированных кимберлитов показали, что кимберлитовые расплавы по всему миру являются карбонатными жидкостями, как на этапе их генерации в мантии, так и в процессе последующей эволюции. В дальнейшем планируется проведение исследований, направленных на разработку и уточнение механизмов петрогенезиса кимберлитов в контексте карбонатного состава кимберлитовых расплавов.
  Были проведены масштабные работы по изучению состава и строения литосферной мантии Сибирской платформы на различное время. Проведена типизация оливина, как основного минерала ЛМ, клинопироксена и граната, как основных минералов, дающих представление о процессах обеднения и вторичного обогащения мантийных пород (Tychkov et al., 2008, 2018, 2020). Проводились работы по определению РТ-параметров формирования наиболее деплетированных мантийных перидотитов – мегакристаллических дунитов из трубки Удачная (Якутия). Выявлены наиболее подходящие геотермометры и барометры для данной группы пород (Pokhilenko et al., 2024). Предполагается расширить выборку пород и геотермобарометров, подходящих для надежного определения Р-Т параметров их образования.
  Детально изучены минералогические особенности импактных алмазов, изучены их технологические свойства в естественном состоянии; планируется расширение исследований технологических свойств как алмазов, так и импактных пород.
  Важной частью проекта является экспериментальная составляющая исследований по всем направлениям. При высоких Р-Т параметрах получены кристаллы хромистых гранатов и других фаз, аналогов минералов, ассоциирующих с алмазом в породах мантии Земли; исследованы их составы, проведена оценка условий их образования в мантии, впервые получены и изучены синтетические субкальциевые хромистые пиропы, содержащие редкоземельные элементы. Экспериментально показано, что в насыщенной хромом среде при давлении 5 Гпа кристаллизуется низкокальциевый пироп с максимальным содержанием хрома, не превышающим 16 мас.% Cr2O3. Впервые изучен состав флюидной фазы, захваченной алмазами при росте в металл-углеродной системе в присутствии силикатов, карбонатов, металлического Ti. Диагностированы углеводороды, включая тяжелые соединения (С13-С17), СО2, Н2О, азот- и серосодержащие соединения. При использовании в виде исходного источника углерода - антрацена получены алмазы в присутствии Fe,Ni расплава при относительно низком давлении - 5.5 ГПа. Определена роль серы при кристаллизации алмазов типа IIa. При растворении алмазов в расплаве Fe,Ni-S при высоком давлении получены морфологические аналоги алмазов из ксенолитов из кимберлитов. Определены условия устойчивости металлических включений в алмазах. Начаты экспериментальные исследованиями импактных алмазов Попигайской астроблемы. Впервые осуществлено наращивание кристаллов искусственного алмаза на подложки, представленные образцами импактного алмаза (Чепуров и др., 2021). Продолжены работы по изучению взаимодействия алмаза с металлами и исследование скульптур на поверхности алмаза (Filatov et al., 2023). Проведены эксперименты по отжигу кристаллов импактных алмазов при давлении 5,5 ГПа и температурах 2000-2200 ºC, выявившие фазовые изменения кристаллов после отжига (Chepurov et al., 2023).
  Коллектив проекта располагает богатым опытом проведения теоретических исследований, в ходе которых были достигнуты успехи в обнаружении новых структур карбонатов, в частности впервые были обнаружены представители нового класса соединений, ортокарбонатов, стабилизирующихся при давлениях литосферной мантии. Проведенное исследование микроструктуры арагонита свидетельствует, что микроструктурные особенности, такие как наноразмерное двойникование и микроскручивание могут быть использованы для определения температур и давлений, давая возможность отличить кристаллы литосферной мантии от продуктов метастабильной кристаллизации в приповерхностных условиях.
  
  
• Исполнители:
  Афанасьев Валентин Петрович, Похиленко Николай Петрович, Елисеев Александр Павлович, Машковцев Рудольф Иванович, Логвинова Алла Михайловна, Агашев Алексей Михайлович, Похиленко Людмила Николаевна, Тычков Николай Сергеевич, Головин Александр Викторович, Минин Владимир Алексеевич, Барабаш Екатерина Олеговна, Резвухина Ольга Владимировна, Ильина Ольга Владимировна, Иванова Оксана Александровна, Муравьева Елена Андреевна, Серебрянников Алексей Олегович, Чепуров Анатолий Ильич, Сонин Валерий Михаилович, Гаврюшкин Павел Николаевич, Беккер Татьяна Борисовна, Жимулев Егор Игоревич, Чепуров Алексей Анатольевич, Туркин Александр Иванович, Бабич Юрий Васильевич, Сагатова Динара, Сагатов Нурсултан, Карпович Захар Алексеевич, Грязнов Иван Алексеевич, Лин Владимир Валерьевич.
  
  
• Отчеты:
  -----------------------------------.

 

2.3.5. Геология твердых полезных ископаемых

---

Металлогенические провинции, эпохи и рудные месторождения складчатых поясов Азии: от генетических моделей к прогнозу минеральных ресурсов

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0007
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: д.г.-м.н. Юрий Александрович Калинин
• Лаборатории: Рудообразующих систем; Прогнозно-металлогенических исследований; Моделирования динамики эндогенных и техногенных систем
  
  
• Цель научного исследования:
  На основе синтеза геологических, геохимических и геохронологических данных разработка научно-обоснованных генетических моделей формирования рудных месторождений различного формационного типа, локализованных в пределах орогенных поясов. С использованием многофакторных моделей формирования рудных месторождений обоснование и верификация минералого-геохимического прогнозно-поискового комплекса.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  Синергия проекта достигается реализацией 4 взаимосвязанных направлений исследований (блоков).
  Первый блок - изучение геолого-геохимических и геохронологических характеристик отдельных рудных месторождений. Исследования минерального состава руд и рудовмещающих пород, специфики химизма типоморфных минералов, физико-химических параметров рудообразующих процессов. Установление закономерностей геологического строения и геохронологии развития магматизма и оруденения в пределах Cu-Mo-Au порфировых, скарновых, эпитермальных и орогенных рудно-магматических систем. На основе комплексного изучения рудной минерализации и гидротермально-метасоматических ассоциаций установление последовательности их формирования, источников металлов и рудоносных флюидов. Анализ петрологических, минералогических, и изотопно-геохимических характеристик магматических пород и индикаторных минералов (циркон, апатит, биотит и др.), определение ключевых характеристик (степень окисленности, содержание воды, состав летучих компонентов) и особенностей эволюции рудоносных магм. Изучение условий метаморфизма вмещающих пород и руд золоторудных орогенных месторождений, оценка роли метаморфических процессов при их формировании. Ответственные исполнители: д.г.-м.н. Гаськов И.В., к.г.-м.н. Редин Ю.О., к.г.-м.н. Сухоруков В.П., д.г.-м.н. Пальянова Г.А.
  Второй блок - изучение поведения рудных элементов и компонентов в зоне гипергенеза. Объекты исследования - месторождения кор выветривания, россыпи, техногенно-минеральные образования, являющиеся неотъемлемой частью природной рудной системы. Комплексное исследование экзогенных рудообразующих процессов будет способствовать развитию прогнозно-поискового комплекса, базирующегося на анализе изменчивости рудных компонентов в приповерхностных условиях. Ответственные исполнители: д.г.-м.н. Калинин Ю.А., д.г.-м.н. Пальянова Г.А., к.г.-м.н. Колпаков В.В., к.г.-м.н. Фоминых П.А.
  Третий блок - физико-химическое моделирование процессов рудообразования на эндогенных, экзогенных и техногенных месторождениях различного типа. Создание численных моделей, описывающих состав и условия миграции вещества для широкого диапазона физико-химических параметров. Определение условий формирования геохимических барьеров на участках добычи и переработки минерального сырья, выявление устойчивости геохимических аномалий. Ответственные исполнители: д.г.-м.н. Пальянова Г.А., д.г.-м.н. Гаськова О.Л., д.г.-м.н. Шевко Е.П., д.г.-м.н. Богуславский А.Е., д.г.-м.н. Артамонова С.Ю., д.г.-м.н. Юркевич Н.В., к.г.-м.н. Беляева Т.В.
  Четвертый блок - обоснование и верификация минералого-геохимического прогнозно-поискового комплекса, разработанного на основе многофакторных моделей формирования рудных месторождений с учетом влияния эндогенных и экзогенных факторов. Статистическая обработка накопленного банка данных минералого-геохимических критериев, сопоставление с существующими моделями и разработка авторских методик. Ответственные исполнители: к.г.-м.н. Неволько П.А., к.г.-м.н. Светлицкая Т.В., д.г.-м.н. Синякова Е.Ф.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  - Будет определена последовательность эволюции Cu-Mo-Au порфировых, скарновых и орогенных рудно-магматических систем и усовершенствованы геолого-генетические модели их формирования.
  - Будут выявлены источники и охарактеризованы процессы эволюции рудоносных магм, определены их ключевые геохимические характеристики.
  - Установлены генетические взаимоотношения между вмещающими гранитоидами и рудоносными порфировыми интрузиями на Cu-Mo-порфировых месторождениях.
  - Изучены геологические и вещественные характеристики минерализации, дана типизация рудных месторождений в различных складчатых поясах Азии.
  - Изучены условия метаморфизма пород и руд месторождений, оценена роль процессов метаморфизма при формировании золоторудных и полиметаллических месторождений, расположенных в метаморфических толщах.
  - Исследован макро- и микрохимический состав самородного золота, оценены количественные соотношения минералов золота в рудах благороднометалльных месторождений орогенного, порфирового и эпитермального типов, а также кор выветривания, россыпей и ТМО.
  - Охарактеризованы процессы преобразования золота в зонах гипергенеза и россыпях.
  - Будут обоснованы различные механизмы формирования гипергенной зональности в насыпных хвостохранилищах сульфидных месторождений и причины появления широких ореолов рассеяния сульфатного типа, проявляющихся в составе почв и грунтовых вод.
  - Будут построены численные модели формирования геохимических барьеров разной природы и выявлены условия формирования геохимических аномалий.
  - Будет построена гидродинамическая и термодинамическая модель формирования биогеохимических барьеров для урана и ТМ, на основании которой будут сформулированы условия образования техногенных барьеров по природным моделям с целью предотвращения бесконтрольной миграции урана и ТМ, а также ремедиации загрязненных участков водоносных горизонтов.
  - Экспериментально обоснована взаимосвязь между зональностью направленно закристаллизованного образца и образованием включений минералов благородных металлов: эксперименты в геохимической системе Fe-Ni-Cu-S-(Pt, Pd, Au, Ag)-(Pb, Sn, Bi, As, Te и Se).
  - В рамках разработки индикаторов рудоносности гранитов на порфировое и скарновое оруденение, базирующийся на геохимических характеристиках пород и содержащихся в них акцессорных минералов (циркон, апатит, биотит и др.), будет усовершенствован комплекс прогнозно-поисковых критериев для поиска Cu-Mo-Au порфировых и скарновых месторождений.
  - С применением методов математической статистики разработаны и верифицированы минералого-геохимические индикаторы рудной минерализации различного формационного типа.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Обоснование значимости проблемы
  Проблема создания научно обоснованных генетических моделей формирования рудных месторождений различного формационного типа, локализованных в пределах орогенных поясов, является одной из ключевых в современной металлогении. Её фундаментальность связана с необходимостью установления основных закономерностей распределения и эволюционирования крупных и уникальных Au, Au-Ag, Cu-Mo(Au)-порфировых и редкометалльных месторождений на основе синтеза геологических, геохимических, геохронологических и минералогических данных. Прикладное значение - использование комплекса геологических, геохимических, геохронологических, и минералогических для решения прогнозно-поисковых задач.
  Для некоторых типов рудных месторождений существуют достаточно непротиворечивые генетичеcкие модели: для медно-никелевых магматических, вулканогенно-осадочных колчеданно-полиметаллических, медно-молибден-порфировых и эпитермальных Au-Ag [Налдретт, 2003; Sillitoe, 1995, 2005; Сотников и др., 1998, 2003; Коваленкер, 1995, 2004; Гончаров, 1983; Сидоров, Волков, 2001, 2004; Berger, Henley, 1989; Bonham, 1986; Rye, 1093; Hedenquist, 1995; Richards, 1995 и многие др.]. Для некоторых их них имеются современные аналоги в областях активного вулканизма (Курило-Камчатская островная дуга, Охотско-Чукотский вулканогенный пояс), что позволяет верифицировать модели рудно-магматических систем, разработанные для более древних месторождений. В настоящем проекте анализу начальных этапов формирования рудообразующих систем и их эволюции будет уделено отдельное внимание. В то же время, для многих типов гидротермальных месторождений различные аспекты их генезиса остаются недоизученными. То же касается и комплексных месторождений, где пространственно совмещены различные типы оруденения: Au-сульфидные и Au-сурьмяные, Au-урановые, «тип Карлин» (Au, Ag, As, Sb, Hg), IOCG (Fe, Cu, Au, Ag, Co, REE), золотосодержащие Cu-Mo-порфировые (Cu, Mo, Au, Ag, ±W, Fe, PGE), «щелочные Au-Te», «пятиэлементной формации» (Ni-Co-Bi-Ag-U) и др. Совершенствование изотопно-геохронологических и изотопно-геохимических методов позволяет более обосновано подходить к решению ряда важных проблем рудообразования: определение возраста, длительности и этапности формирования месторождений, корреляции оруденения с проявлениями магматизма, выяcнение источников рудного вещества и рудообразующих флюидов, уcловий генеpации флюидов, опpеделение иx cоcтава и металлоноcноcти и др. На решение таких проблем и планируется направить исследования по предлагаемому проекту.
  Степень изученности проблемы
  Рудно-магматические системы Азии продуцируют ряд важных геолого-промышленных типов оруденения (Cu-Mo-порфировые, Au-Te, IOGC, Ni-Co-Ag, TR-редкоземельные, Sn-Ag, Au-сульфидное оруденение в черных сланцах и др.), представленных рядом крупных и уникальных месторождений: Эрдэнэт, Кальмакыр, Бугдая, Кочбулак, Кумтор и др. [Sillitoe, 2005; Berger, Henley, 1989; Hedenquist, 1995; Bodnar, 1995; Берзина и др., 2007; Сотников и др., 1998, 2003; Плотинская, 2008; Коваленкер, 1995, 2004; Сook, Simmons, 2000; Сидоров, Волков, 2001, 2004; Bonham, 1986; Rye, 1993; Richards, 1995; Leroy, 1992; Williams, Skirrоw, 2000; Orris and Grabch, 2002; Corriveau et. al., 1998, 2003; Smith and Chenguy, 2000; Gandhi, 2003; Борисенко и др. 2006, 2011 и др.].
  Специфика магматизма и металлогении Азии во многом связана с крупномасштабными геологическими процессами, являющихся отражением развития мантийных плюмов, а также в вызванных их влиянием структурах внутриплитного рифтогенеза, горячих сдвиговых зон и т.д. [Добрецов, Верниковский, 2000; Борисенко и др., 2006 и др.]. Этими процессами, вероятно, определяется зарождение и развитие высокопродуктивных рудно-магматических систем, сформировавших крупные месторождения таких металлов как Cu, Ni, Co, Pt, Au, Mo и др. Примерами являются области влияния Сибирского и Таримского плюмов, временным уровням проявления которых соответствует образование месторождений - гигантов золота - Мурунтау, Кочбулак, Кумтор, Кальмакыр, а также Эрдэнэт (Cu-Mo-порфировое), Хайдаркан, Чаувай, Джижикрут (Sb-Hg), Талнах, Хуангшань (Сu-Ni-Pt) и других.
  Однако, целый ряд проблем, важных для построения корректных генетических моделей таких систем, остаются не до конца ясными:
  - выявление возрастной корреляции магматических и рудных комплексов;
  - роли рифтогенных и рифто-сдвиговых структур в локализации оруденения; эволюция и этапность развития процессов рудообразования;
  - специфики проявления мантийных и мантийно-коровых рудно-магматических систем в различных геодинамических обстановках Азии; условия их зарождения и развития, факторы их высокой рудопродуктивности и т.д
  Важнейшими во всех отношениях являются гидротермальные месторождения благородных и цветных металлов, локализованные в областях черносланцевой седиментации (Мурунтау, Бакырчик, Олимпиада, Сухой Лог, Нежданинское, Кючус, Майское, Наталкинское). В последние годы были получены новые результаты, важные для понимания генезиса такого оруденения. Установлено, что по времени формирования золотосульфидное оруденение в важнейших рудных районах (Енисейский кряж, Восточный Казахстан, Западный и Восточный Тяньшань, Верхоянье и др.) совпадает не с основными этапами проявления гранитоидного магматизма, а отвечает этапам развития рифтогенного внутриплитного базитового магматизма [Mao et. al., 2004, 2006; Morelli et. al., 2006; Неволько, 2009; Наумов и др., 2009; Борисенко и др., 2006; Ножкин и др., 2011; Добрецов и др., 2010, 2011 и др.]. Новые данные являются основой для разработки корректных генетических моделей «черносланцевых» (орогенных») месторождений, но одновременно ставят ряд новых проблем для изучения.
  1. Недостаточная геохронологическая изученность (U-Pb, Ar-Ar, Re-Os методы) процессов магматизма и рудообразования;
  2. Слабая изотопно-геохимическая обоснованность (изотопные характеристики Pb, Sr, Nd, He, S, C, O и др.) существующих представлений о генетических связях разных типов оруденения с магматизмом;
  3. Недоизучен ряд генетических проблем магматизма и рудообразования, в том числе и физико-химических условий рудоотложения для разных типов оруденения;
  4. Неполная геохимическая изученность разрезов углеродисто-терригенных отложений в рудных районах Азии.
  5. Недостаточно полно изучены минеральные формы нахождения полезных компонентов руд.
  В этой связи основными объектами изучения предусматриваются рудные системы (Au, Cu, Mo, As, Fe, Sb, W, Sb и т.д.), включающие в себя месторождения, проявления, пункты минерализации, зоны их вторичного изменения, ореолы рассеяния и перспективные площади, локализованные в складчатых поясах различной геодинамической природы на территории Азии.
  Научная новизна и инновационность
  Научная новизна данного исследования заключается в комплексном использовании целого ряда традиционных и новых методов изучения всех аспектов процессов рудообразования. Современный уровень решения проблем может быть достигнут лишь на основе применения новых инструментальных методов анализа возраста магматических пород и руд (U-Pb, Ar-Ar и Re-Os методы), изотопного состава He, O, C, Sr, Pb и др., геохимии индикаторных элементов (РЗЭ, породообразующих и рудных элементов), а также термодинамическом и экспериментальном моделировании процессов рудообразования. Эти и целый ряд других исследований предполагается провести в предлагаемом проекте.
  Практическая значимость
  Результаты исследования могут быть использованы производственными геологическими организациями при поисках рудных месторождений. В частности, разработка индикаторов рудоносности гранитов на порфировое и скарновое оруденение, базирующаяся на геохимических характеристиках пород и содержащихся в них акцессорных минералов (циркон, апатит, биотит и др.), позволит применять комплекс прогнозно-поисковых критериев для выявления и разбраковки площадей на Cu-Mo-Au порфировое и скарновое оруденения. Кроме того, с применением методов математической статистики планируется разработка и верификация аналогичных минералого-геохимических индикаторов рудной минерализации различного формационного типа.
  В рамках разработки «модельного» блока будут обоснованы различные механизмы формирования гипергенной зональности в насыпных хвостохранилищах сульфидных месторождений и установлены причины появления широких ореолов рассеяния сульфатного типа, проявляющихся в составе почв и грунтовых вод. Будут построены численные модели формирования геохимических барьеров разной природы и выявлены условия формирования геохимических аномалий. Данные разработки особенно актуальны для эксплуатируемых и частично или полностью отработанных месторождений, накопивших огромные количества трансформирующихся горных отвалов. Очевидна экологическая направленность подобного рода исследований.
  Соответствие современным трендам и вызовам
  Исследования по проекту находятся в тренде современных работ в области металлогении. Это касается как создания генетических моделей формирования рудных месторождений различного формационного типа, так и обоснования и верификации минералого-геохимических прогнозно-поисковых комплексов. Подобные исследования ведутся во всех ведущих странах.
  Заключение
  За последние годы в ходе выполнения базовых, инициативных проектов РФФИ и РНФ, а также многочисленных хоздоговорных работ с производственными геологическими организациями коллективом накоплен большой фактический материал, который положен в основу выполнения настоящего проекта. Его анализ и обобщение позволит разработать и обосновать надежные и эффективные подходы к прогнозированию и поискам месторождений цветных, благородных и редких металлов, адаптированные к специфике геологических условий известных эталонных и перспективных районов и рудных узлов. Очевидна не только фундаментальная, но и прикладная составляющая планируемых работ по данному проекту.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  1. Планируется совместное изучение рудных месторождений (в том числе в рамках КНП) вместе с коллегами из ИГЕМ РАН, ЦНИГРИ, ВСЕГЕИ, ИЗК СО РАН, ИПРЭК СО РАН и ИГАБМ СО РАН.
  2. Кольский Научный Центр РАН, Казанский федеральный университет и ООО «Норильскгеология» - геологическая интерпретация результатов геофизических работ в пределах Газимуро-Заводского рудного района (Забайкалье).
  3. Институт Геологических Наук Вьетнамской Академии Наук и Технологий (ИГН ВАНТ, г. Ханой, Вьетнам) - совместные исследования магматизма и рудных месторождений Северо-Западной части Вьетнама.
  4. Проведение совместных полевых и аналитических исследований с ИВиС ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский), ТОИ ДВО РАН (Владивосток), ИНГГ СО РАН, ИГХ СО РАН (Иркутск) в Охотском море и на Курильских островах, а также на золоторудных месторождениях Казахстана со специалистами из ТОО «К-ПЛЕЙСЕР» и ТОО «Жерек» (г. Семей).
  5. Совместно со специалистами Института физической химии и электрохимии РАН (Москва) – изучение отклика микробиоты на изменение химии грунтовых вод при формировании биогеохимических барьеров.
  
  
• Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
  Исполнители проекта в ходе выполнения предыдущих базовых проектов, грантов РФФИ, проектов министерства образования и науки РФ, комплексных и интеграционных проектов СО РАН получили целый ряд новых результатов по рассматриваемым проблемам, что является научным заделом и основой для постановки новых задач для предлагаемого проекта. Эти исследования проводились в рамках следующих проектов и грантов:1) Рудно-магматические системы крупных магматических провинций Азии: возрастные рубежи, флюидный режим, модели рудообразования (Базовый проект, 2007-2009 гг.); Магматогенные флюиды мантийно-коровых рудно-магматических систем (Sn-Ag, Cu-Mo-Au, Ni-Co-Ag, TR-редкоземельные), условия их генерации и факторы металлоносности (Базовый проект, 2010-2012 гг.); Внутриплитные рудно-магматические системы Cu-Mo(Au)-порфировых, Au-Ag-Te и редкометалльных месторождений: возрастные рубежи проявления, флюидный режим и факторы рудопродуктивности (Базовый проект, 2013-2016 гг.); 2) Экстракция рудных компонентов из магматических расплавов при их ликвации и кипении и физико-химические факторы возникновения высокометаллоносных флюидов. – Интеграционный проект СО РАН, 2003-2005 г. 3) Пермо-триасовые рудообразующие системы Азии и их связь с магматизмом мантийных плюмов. – Комплексный международный проект СО РАН, 2006-2008 г. 4) Эволюция базитовых и мантийно-коровых гранитоидных рудно-магматических систем, продуцирующих Pt-Cu-Ni; Cu-Mo-порфировое и эпитермальное Au-Ag оруденение. – Проект Минобрнауки РФ, 2006-2008. 5) Рудно-магматические системы Монголо-Охотского пояса: хронология процессов магматизма и рудообразования, флюидный режим, факторы рудопродуктивности. - Интеграционный проект СО РАН-ДВО РАН, 2011-2013 и другие. Кроме того, реализованы совместные международные проекты с научными и производственными организациями Монголии, Вьетнама, Китая, Марокко и др. В обобщенном виде 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.
  Таким образом, квалификация и опыт коллектива исполнителей проекта позволяют быть уверенным в успешности его выполнения.
  
  
• Исполнители:
  Калинин Юрий Александрович, Пальянова Галина Александровна, Синякова Елена Федоровна, Артамонова Светлана Юрьевна, Сухоруков Василий Петрович, Редин Юрий Олегович, Шевко Елизавета Павловна, Шевко Артем Яковлевич, Неволько Петр Александрович, Светлицкая Татьяна Владимировна, Гаськов Иван Васильевич, Гаськова Ольга Лукинична, Колпаков Владислав Владимирович, Фоминых Павел Андреевич, Богуславский Анатолий Евгеньевич, Юркевич Наталия Викторовна, Перепечко Юрий Вадимович.
  
  
• Отчеты:
  -------------------------.

 

2.3.5. Геология твердых полезных ископаемых

---

 

Свернуть  

 

• Геоинформационное картографирование и моделирование геосистем и геологических объектов Сибири, в том числе Арктики и Субарктики, включая разработку методов ГИС-анализа и обработки данных

  

Геоинформационное картографирование и моделирование геосистем и геологических объектов Сибири, в том числе Арктики и Субарктики, включая разработку методов ГИС-анализа и обработки данных 

• Код (шифр) научной темы: FWZN-2026-0004
• Номер государственного учета: 
• Руководитель: д.г.-м.н. Иван Дмитриевич Зольников
• Лаборатория: Геоинформационных технологий и дистанционного зондирования
  
  
• Цель научного исследования: 
  Разработка и практическая адаптация геоинформационных технологий, ориентированных на решение типовых задач в области наук о Земле, пространственный анализ, цифровое моделирование и картографирование геологических объектов, процессов и явлений; создание баз геоданных; разработка новых подходов к комплексированию разнородных и междисциплинарных геоданных, а также приемов их сопряженной обработки.
  
  
• Описание задач, предлагаемых к решению:
  Разработка методов ГИС и ДЗ для геологического, геоморфологического, геокриологического, геоэкологического картирования и апробация их в Сибирском регионе и на прилегающих территориях.
  Разработка и апробация технологий ретроспективного моделирования и мониторинга динамики природных и антропогенных объектов и процессов (в том числе негативных, опасных и катастрофических процессов) методами ГИС и ДЗ.
  Разработка структурно-морфологических моделей на основе комплексирования цифровых моделей местности, баз геоданных, данных ДЗЗ, и других тематических геоданных из области наук о Земле и смежных научных дисциплин.
  Адаптация методов картографирования в области наук о Земле с использованием ГИС-инструментария. Создание типовых геоинформационных моделей и макетов цифровых карт на конкретных примерах и полигонах. Создание основ для разнопрофильных геологических исследований в том числе путем разработки методов предобработки и обработки материалов дистанционного зондирования (прежде всего космоснимков и цифровых моделей рельефа).
  Концептуальная разработка семантической составляющей баз геоданных для решения общегеологических, геоструктурных, стратиграфических, палеонтологических, геоархеологических, геоэкологических, геофизических и других типовых задач в области наук о Земле.
  Разработка геоинформационных методов выявления и моделирования рудоконтролирующих факторов; апробация этих методов на ключевых участках и объектах Сибири и прилегающих территорий.
  Перевод нарабатываемых в результате выполнения заданий НИОКТР методик, разрабатываемых алгоритмов, программных компонент в соответствующие РИД. В том числе, на уровне готовых технологических цепочек (УГТ3-4) по решению геолого-съемочных и поисково-прогнозных задач.
  Обобщение имеющегося опыта и результатов применения данных дистанционного зондирования Земли для целей картографирования, и в интересах решения геолого-съемочных, прогнозных и поисковых задач, с выработкой оптимальной модели исходных данных, используемых в НИОКТР на 1-2 уровне УГТ.
  
  
• Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
  Модели пространственно-структурированных геосистем для показательных районов Сибири, и территорий приоритетного развития, в том числе территорий Арктики и Субарктики Российской Федерации.
  Алгоритмы, методы и методики обработки геопространственных данных.
  Базы геоданных (ГИС) по геологическим, палеонтологическим и геоархеологическим объектам, а также комплексные базы геоданных нового поколения на основе синтеза геоданных из смежных научных дисциплин, включая временные серии геоданных.
  Экспериментальные исследования и разработки по использованию этих баз геоданных в построении информационных моделей строения геологических объектов и структур различного генезиса и разного уровня иерархии, а также палеогеографические реконструкции обстановок природной среды и условий обитания древнего человека.
  Цифровые карты местности разных функциональных масштабов, геоструктурно-морфологические карты, карты месторождений и территорий перспективных на поиск и разведку полезных ископаемых, карты геолого-геоморфологической основы ландшафтов, карты оценки территорий на устойчивость и уязвимость от негативных, опасных и катастрофических природных и антропогенных процессов и др.
  Ретроспективные и прогнозные геоинформационные модели антропогенного воздействия на природные ландшафты, а также на объекты народного хозяйства.
  Практическое значение:
  Повышение эффективности комплексного геологического картирования, совершенствование методов оценки природных и антропогенных воздействий на территории разной степени хозяйственного освоения, оптимизация подходов к поиску и разведке полезных ископаемых. Перевод, с помощью цифровизации, фундаментальных результатов, полученных полностью или частично в рамках исследований, проводимых в разных направлениях наук о Земле, в плоскость практического применения.
  Алгоритмы, методы и методики обработки геопространcтвенных данных.
  
  
• Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
  Метрология и цифровизация в науках о Земле – новое направление, обусловленное потребностью в изучении фундаментальных принципов измерений, математических моделях и оценке неопределенностей в современных системах наблюдений. Это также касается необходимости комплексной интерпретации геолого-геофизических данных и интеграции ГИС в геологические исследования, включая оценку применимости ИИ и численного моделирования. Эти потребности соответствуют стратегическим задачам РФ, особенно в отношении развития северных и дальневосточных территорий, а также глобальным вызовам, таким как изменение климата и управление ресурсами, требующим улучшенных подходов к изучению, мониторингу и прогнозированию. Это вызов для российской науки, требующий перехода от моделей, основанных на гипотезах, к моделям, основанным на количественных измерениях.
  Традиционные исследования состояния окружающей среды (особенно, палеореконструкции) опираются на описательные модели (зависящие от доступности данных) и/или эмпирические физические/физико-химические модели. Эти подходы могут конфликтовать или эволюционировать с изменением степени понимания предмета или появлением новых, противоречивых данных. Особенно это актуально в геологии, где большая часть информации косвенная, неполная и дискретная. В то же время, расширяющиеся аналитические методы генерируют растущий поток разнообразных данных, требующих больших усилий для комплексного анализа и систематизации.
  Несмотря на широкое использование компьютерных технологий, сохраняется разрыв (особенно в России) между возможностями ИТ и геологическими приложениями. Даже доступные ГИС-технологии используются недостаточно. Традиционные форматы представления пространственной информации (карты, схемы, разрезы) способствуют накоплению знаний, но не интегрированы в современные системы обмена данными, и часто противоречат требованиям гетерогенных информационных систем к согласованности данных.
  Проект направлен на разработку и адаптацию геоинформационных технологий для задач наук о Земле, пространственного анализа, цифрового моделирования и геологического картографирования. Он фокусируется на создании баз геоданных и разработке новых подходов к интеграции и обработке разнообразных геоданных. Разработка новых и адаптация существующих методов обработки пространственной и пространственно-временной информации остается решающей. Новизна исследования заключается в одновременном создании новых формализованных моделей объектов и процессов (с учетом масштаба) и новых информационных моделей (включая модели данных), отвечающих требованиям цифровой пространственной обработки.
  Результаты исследования повысят эффективность комплексного геологического картирования, улучшат методы оценки природных и антропогенных воздействий на окружающую среду и оптимизируют подходы к поиску и разведке полезных ископаемых. Проект также направлен на перенос результатов фундаментальных исследований в практические приложения посредством цифровизации. Верификация разработанных методов, моделей и данных, также имеет важное значение, требуя тематических исследований, включая ГИС-анализ и моделирование природно-антропогенных геосистем, выявления динамики озер, мерзлоты, ледников, негативных и опасных экзогенных геологических процессов при глобальных изменениях окружающей среды, включая палеогеографические реконструкции с использованием ГИС и дистанционного зондирования.
  Современное дистанционное зондирование (в широком смысле) предоставляет огромные наборы цифровых данных, описывающих различные оболочки Земли посредством измеряемых параметров (например, цифровые модели рельефа/поверхности, модели гравитационного и магнитного полей, данные мультиспектральной аэро- космосъемки, и др.). Поток подобных данных непрерывно возрастает. Их точность и качество, также непрерывно увеличивается. Данные становятся все более подробными и требуют разработки цифровых производных съемки, которые, будут удовлетворять условиям улучшения геологического (и не только) картирования, поиска и разведки полезных ископаемых, геоинформационного моделирования обстановок окружающей среды, включая моделирование в пространстве и времени.
  Проведение данного исследования является актуальным и своевременным, так как оно направлено на одновременное решение фундаментальной научной задачи адаптации современных информационных технологий и реализуемых с их помощью методов обработки данных, и практических задач по адаптации результатов научных исследований к современным требованиям, с последующим вовлечением этих результатов в среду информационного обмена.
  
  
• Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
  В рамках сотрудничества с Институтом археологии и этнографии СО РАН планируется анализ пространственно-территориального распределения археологических памятников на территории Западной Сибири.
  В рамках сотрудничества с Лабораторией археометрии, Университет Миссури, г. Колумбия, штат Миссури, США запланировано исследование геохимии обсидиана Евразии с целью выяснения пространственно-временных закономерностей добычи и использования каменного сырья на этой территории в палеолите и неолите.
  В рамках сотрудничества с Лабораторией археологии и истории искусств, Университет Оксфорда, Оксфорд, Великобритания планируется изучение времени и места появления, а также закономерности территориального распространения в пределах Евразии домашних животных (собак) в эпоху палеолита (с использованием методов палеонтологии и древней ДНК).
  Согласно договора о сотрудничестве с Кызылординским университетом им. Коркыт-Ата, Кызылорда, Казахстан планируется проводить пространственный анализ территорий Приаралья – зоны экологического бедствия. Будет выполнено картирование и интерпретация природных изменений.
  Согласно договора Юго-Западного транспортного университета, Чэнду, Китай планируется картирование и геоморфологический анализ водосборных бассейнов озер, которые значительно изменяли свои уровни в недавнем прошлом.
  
  
• 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 дистанционной основы среднего пространственного разрешения на территорию Сибири и Дальнего Востока, а также базовых ГИС (цифровых подложек), необходимых для цифрового картографического сопровождения проводимых предметно тематических исследований в области наук о Земле. Имеется опыт в части разработки и адаптации методов и алгоритмов верификации данных и результатов, а также проведение исследований их применимости для решения различных практических задач. Разработана эффективная методика сопряженного анализа цифровых моделей рельефа/местности (ЦМР/ЦМП) и данных дистанционного зондирования Земли для ретроспективного и текущего мониторинга трансформации природно-территориальных комплексов. Разработаны собственные 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. Разработаны новые алгоритмы обработки ЦМП высокого и среднего разрешения для целей преобразования данных в гидрологически-корректные ЦМР, а также извлечения из них компонент рельефа разного масштабного уровня и различной природы. Разработаны собственные методики вероятностного анализа данных космической съемки в спектральном домене с возможностью поиска и выделения отложений по заданным вещественным признакам.
  Методики частично опробованы на примерах изучения геологического строения отдельных участков Сибирской платформы и на прилегающей территории, задач поиска золоторудных месторождений и рудопроявлений, поиска перспективных площадей проявления россыпей алмазов, выявления зон загрязнений, вызванных деятельностью человека, и других проектах.
  На основе разрабатываемых методик, в части предметно-тематических исследований, проведены работы по изучению и моделированию динамики криогенных ландшафтов Крайнего Севера. При помощи плотностных карт разломов разного возраста и ориентировки проанализированы соотношения древних и новейших разрывных структур на территории западной части Алтае-Саянской горной области. Проведены исследования, ориентированные на выявление закономерностей взаимного пространственного расположения рудопроявлений и зон тектонических нарушений в пределах Южно-Гобийского золоторудного пояса. Проведены комплексные мультидисциплинарные исследования изменений окружающей среды и климата северного сектора Центральной Азии, как фактическая основа для геоинформационного анализа и моделирования природных изменений. В том числе, проведены работы по изучению пространственного распространения климатического феномена озер, которые резко повышали свои уровни в позднем плейстоцене и голоцене в Центральной Азии. Созданы соответствующие базы геоданных. Данное исследование позволяет лучше понять и выполнить пространственно-временной анализ климатических и гидрологических изменений недавнего прошлого. Созданы базы геоданных и выполнен анализ распространения и соленых озер в Центральной Азии, которые являются источником палеоклиматической информации по данным биомаркеров в отложениях озер. Получены важные новые данные по пространственному распределению в Евразии находок различных крупных млекопитающих. Проведены работы по созданию соответствующих баз геоданных. Ведется разработка методик для пространственно-временного анализа подобных данных, обладающих выраженной дискретностью, как во времени, так и в пространстве.
  На стыке наук о Земле и археологии проведены работы по изучению пространственной структуры и хронологии погребений и других археологических памятников различного возраста с целью выработки критериев и граничных условий для реконструкции процессов взаимодействия природной среды и древнего человека. С помощью изучения минералого-петрографических свойств обсидианов, исследовано пространственно-временное распределение памятников и распространение предметов и орудий из вулканического стекла на Северо-Востоке Сибири и на Дальнем Востоке России. Средствами ГИС реконструированы основные пути их распространения. Подобные работы проводятся по пространственному анализу и хронологии находок ископаемых остатков древнего человека в Сибири и Восточной Европе.
  Все перечисленные предметно-тематические работы и результаты служат, прежде всего экспериментальной базой для отработки и верификации разрабатываемых методик и технологий.
  За последние 5 лет, полученные результаты опубликованы в 72 статьях в рецензируемых изданиях (из них 38 индексируемых в WoS & Scopus ). В том числе в изданиях первого и второго квартилей более 20. Опубликовано 6 монографий.
  
  
• Исполнители:
  Зольников Иван Дмитриевич, Кузьмин Ярослав Всеволодович, Кривоногов Сергей Константинович, Добрецов Николай Николаевич, Глушкова Надежда Владимировна, Лямина Виктория Александровна, Данильсон Дарья Анатольевна, Картозия Андрей Акакиевич, Филатов Егор Алексеевич, Добрецов Владимир Николаевич.
  
  
• Отчеты:
  --------------------------.

   

Свернуть