Научные исследования

ТЕМАТИКИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ИГМ СО РАН (2022-2026)

Направления фундаментальных и поисковых научных исследований:

1.5.2. Тектоника и геодинамика  

1. • Название: Диагностика и хронология глобальных и локальных событий в летописи континентальных осадочных бассейнов
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0036
   • Номер государственного учета: 122041400214-9
   • Руководитель: д.г.-м.н. Елена Феликсовна Летникова
   • Лаборатория: Литогеодинамики осадочных бассейнов
   • Цель научного исследования: реконструкция хронологии событий в геологической истории на основе изучения отложений осадочных последовательностей современными аналитическими методами.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     1. Выявить типовые осадочные последовательности - индикаторы вариаций геологических и климатических условий седиментации в разновозрастных докайнозойских осадочных бассейнах Сибири и Азии;
     2. Установить характер и хронологию событий осадконакопления в межгорных и предгорных впадинах аридной Центральной Азии;
     3. Изучить ритмично слоистые осадочные геохронометры от сезонных до вековых и установить периодичные и аномальные события в современных внутриконтинентальных и шельфовых осадочных бассейнах азиатской части Северной Евразии и их аналогов в прошлом.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     Построение хронологических моделей континентального, в том числе, постколлизионного, типа седиментации в изученных осадочных бассейнах Сибири и Азии на основе изотопно-геохимических характеристик осадочных пород и их аналогов.
     Детализация моделей отражения тектонических и климатических перестроек в коррелятных отложениях сопряженных осадочных бассейнов.
     Область применения – составление геологических карт нового поколения, металлогеническое прогнозирование месторождений, локализованных в осадочных толщах, оценка риска катастрофических склоновых процессов, прогноз глобальных и локальных геологических и климатических изменений окружающей среды.
     
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Почти две трети территории Российской Федерации занимают осадочные породы различного возраста и генезиса. При этом Россия в значительной степени отстает от зарубежных стран по доле осадочных месторождений в структуре минерально-сырьевой базы; известные же месторождения во многих случаях значительно уступают по качеству руд иностранным аналогам.
     Все это делает крайне актуальной проблему разработки научных основ новой стратегии изучения осадочного выполнения разновозрастных осадочно-породных бассейнов. Наиболее перспективным, на наш взгляд, подходом к ее решению является реконструкция источников поступления взвешенного и растворенного материала в осадочные бассейны, особенностей транспортировки вещества в осадочные бассейны, а также анализ факторов, контролирующих процессы седиментации, в том числе, концентрирование рудных компонентов на основе современных изотопно-геохимических данных, позволяющий установить различные по условиям формирования/геодинамической позиции осадочно-породные бассейны. Установление особенностей проявления этих процессов различными методами, в том числе по данным геохимии и изотопии, создаст предпосылки для прогноза и поисков рудных объектов с низким статусом обнаружения.
     Наиболее важным при решении поставленной задачи является вопрос о масштабах влияния локальных или глобальных событий на строение и состав осадочного выполнения конкретного осадочно-породного бассейна. Еще одним, также весьма важным, направлением данного проекта является получение изотопно-геохимических характеристик современных руд марганца, бария, фосфора из океанических и пресноводных осадочных бассейнов известной геодинамической природы и сопоставление их с аналогичной информацией по древним гомологам, что позволит получить принципиально новую информацию о механизмах формирования экономически значимых концентраций перечисленных элементов.
     

---

2. • Название: Геодинамическая и структурно-вещественная эволюция литосферы Азиатского континента: взаимосвязи и закономерности проявления тектонических процессов и магматизма, моделирование тепловой и гидродинамической структуры плюмов.
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0037
   • Номер государственного учета: 122041400057-2
   • Руководитель: д.г.-м.н. Михаил Михайлович Буслов
   • Лаборатории: Геодинамики и магматизма; Физического и химического моделирования геологических процессов
   • Цель научного исследования: получение структурно-вещественных характеристик для выделения аккреционных и коллизионных орогенов Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП), выявление взаимосвязей их формирования с Сибирской платформой и мантийными плюмами.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     Блок 1. Геодинамический (руководитель: д.г.-м.н., г.н.с. М.М. Буслов).
     1.1. Обосновать основные закономерности тектоники и геодинамики аккреционных и коллизионных орогенов Алтае-Саянской складчатой области и сопредельных территорий, выявить взаимосвязи их формирования с Сибирской платформой.
     1.2.Рост и деформации коры Азии в мезозое-кайнозое: закономерности формирования внутриконтинентальных орогенов и осадочных бассейнов как результата дальнего тектонического воздействия коллизионных событий на границах плит.
     Блок 2. Магматический (руководитель: д.г.-м.н., г.н.с. В.А. Симонов).
     2.1. Выяснить условия формирования магматических комплексов Палеоазиатского океана - сравнительный анализ с оригинальными данными по магматизму современных океанов.
     2.2. Установить РТ - параметры расплавов в процессах формирования базит-ультрабазитовых комплексов Сибирской платформы.
     Блок 3. Построение моделей взаимодействия термохимического плюма с верхней мантией в континентальных областях и в зонах субдукции на основе использования геологических и геофизических данных(руководитель: д.г.-м.н. А.А. Кирдяшкин).
     3.1 .На основе экспериментального и теоретического моделирования и геологических данных определить влияние глубины расположения кровли плюма, не вышедшего на поверхность, на структуру и высоту поднятия поверхности. Определить влияние взаимного расположения плюмов на образование различных форм рельефа.
     3.2. На основе экспериментального и теоретического моделирования выяснить влияние горизонтального градиента давления, создающегося из-за наличия склона поднятия, на процесс горообразования.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     1.1. В Алтае-Саянской складчатой области и Казахстане будет доказано наличие двух типов позднедокембрийско-палеозойских орогенов: аккреционного и коллизионного, разделенных позднепалеозойской сутурно-сдвиговой зоной и совместно нарушенных позднепалеозойскими сдвигами и сопряженными надвигами. Будет выявлено, что докембрийские микроконтиненты с гренвильскими возрастами (0.85-1.5 млрд. лет) магматических и метаморфических событий являются ключевыми структурами только коллизионных орогенов, которые характеризуются обильным содержанием обломочных цирконов в осадочных бассейнах с возрастами 0.85-1.5 млрд. лет. Для позднедокембрийско-кембрийской Кузнецко-Алтайской островной дуги на основе новых палеонтологических, геохронологических, геохимических и петрологических данных пород океанической коры (офиолиты, океанические острова и плато) и внутриокеанической островной дуги охарактеризована обстановка аккреционного орогена .
     1.2. На основе новых данных геологического картирования, структурного анализа и геохронологии (U-Pb и Ar-Ar изотопного датирования) будут определены возрасты геодинамических комплексов и событий в Алтае-Саянской складчатой области и Казахстане (магматических пород активных окраин, субдукционных и коллизионных метаморфических пород , осадочных пород различных геодинамических обстановок).
     1.3. На основе данных низкотемпературной геохронологии и геолого-геофизических данных будут составлены тектонические схемы и определена геодинамика формирования ключевых объектов Тянь-Шаньской и Алтае-Саянско-Байкальской горной системы, сделаны обобщения по взаимосвязи формирования орогенов и осадочных бассейнов.
     2.1. В результате сравнительного анализа с оригинальными данными по современному субдукционному и плюмовому магматизму Тихого и Атлантического океанов выяснены особенности магматических систем, формировавших офиолиты Сибири.
     2.2. На основе данных по расплавным включениям установлены РТ - параметры расплавов, принимавших участие в процессах формирования базит-ультрабазитовых комплексов Сибирской платформы.
     3.1. Будут вычислены высоты поднятия над отдельным плюмом, линейно расположенными плюмами и над группой плюмов. Будут найдены условия образования горных хребтов и плато.
     3.2. На основе геологических данных и экспериментального и теоретического моделирования будут оценены движущие силы, создающиеся горизонтальным градиентом давления, и их влияние на изменение рельефа во времени.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Актуальность проблемы обусловлена тем, что эволюция литосферы теснейшим образом связана с развитием океанов, последующими процессами в субдукционных зонах на окраинах континентов и воздействием мантийных плюмов на всех этапах формирования складчатых и платформенных структур. Об этом свидетельствуют многочисленные публикации последних лет, показывающие значительную роль палеоокеанических и плюмовых комплексов при формировании складчатых поясов. В частности, установлено, что взаимодействие тектонических плит и плюмовый магматизм оказали влияние как на формирование Азиатского континента, так и на экологию, климат и развитие жизни на Земле. Для решения геодинамических проблем развития Центрально-Азиатского складчатого пояса и Сибирской платформы актуальным является создание геодинамических моделей плюмов на основе экспериментального и теоретического моделирования, а также данных по минералам и расплавным включениям.

Свернуть  

 

1.5.3. Минералогия и петрология  

1. • Название: Щелочной магматизм Сибири: источники, условия генерации расплавов, их эволюция и рудообразование
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0024
   • Номер государственного учета: 122041400241-5
   • Руководитель: д.г.-м.н. Анна Геннадьевна Дорошкевич
   • Лаборатории: Рудоносности щелочного магматизма; Теоретических и экспериментальных исследований высокобарического минералообразования
   • Цель научного исследования: Определение условий генерации щелочных магм, изучение их эволюции и характеристика рудообразующего процесса. Получение новых данных о: возрасте, источниках вещества, петрологии, физико-химических условиях генерации щелочных магм и связанного с ним оруденения, основных факторах рудоносности щелочных комплексов Алдано-Станового щита и сравнение с щелочными комплексами Сибирского кратона.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     Провести петрологические исследования щелочных сиенитов Эвотинского массива, Центрально-Алданский рудный район (Алдано-Становой щит)
     Продолжить изучение включений в породообразующих (оливин, гранат, клинопироксен) и акцессорных (шпинель) минералах лампрофиров Верхне-Амгинского рудного района (Алдано-Становой щит) и сравнить с таковыми в кимберлитах Сибирского кратона
     Дать минералогическую характеристику щелочных метасоматитов Кондерского массива (Алдано-Становой щит)
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     В 2023 году планируется
     - определить петрологические особенности формирования пород Эвотинского щелочного массива, Центрально-Алданский рудный район (Алдано-Становой щит)
     - получить минералогическую характеристику щелочных метасоматитов Кондерского массива (Алдано-Становой щит)
     - получить данные о составе расплавов, продуцирующих лампрофиры Верхне-Амгинского рудного района (Алдано-Становой щит) и сравнить с таковыми для кимберлитов Сибирского кратона
     Полученные результаты могут быть важными в решении глобальных вопросов генерации щелочных магм и их рудоносности и могут быть использованы для разработки критериев рудоносности щелочных комплексов. Молодые участники проекта овладеют новейшими методами минералогических, петрохимических, геохимических и термобарогеохимических исследований. Соответствие результатов мировому уровню научных исследований будет гарантировано сотрудничеством с мировыми экспертами в области щелочного магматизма и рудообразования, апробациями на конференциях и публикациями в ведущих высокорейтинговых журналах системы WoS.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Изучение щелочного магматизма является актуальным, поскольку с щелочными комплексами связаны месторождения разных типов стратегически важного минерального сырья: редкие (Nb, Ta, Zr, Li и др.) редкоземельные (REE), радиоактивные (U, Th) и благородные (Au, Ag, Pt) металлы, а также месторождения апатита, флюорита и другие. Кроме того, щелочной магматизм несет уникальную информацию о составе и физико-химических параметрах глубинных геосфер. С его изучением связана расшифровка механизмов происходящих мантийных процессов, включая окислительно-восстановительные условия, и процессы мантийно-корового взаимодействия, определение взаимосвязи между различными типами щелочного магматизма и связанного с ними оруденения (разный уровень глубин в пределах верхней мантии; различные типы мантийного метасоматоза и/или поведения различных метасоматических минералов при частичном плавлении и окислительно-восстановительные условия генерации магм и сопровождающих флюидов). Использование в качестве полигона щелочных комплексов Алдано-Станового щита и верификация получаемых результатов с таковыми для щелочных комплексов Сибирского кратона позволит нам: (i) охарактеризовать мантийные источники и процессы мантийного метасоматоза, (ii) проследить процессы дифференциации щелочных магм в земной коре, включая фракционную кристаллизацию, коровую контаминацию, возможность смешения магм, ликвацию, а также эволюцию магматических и постмагматических флюидов, играющих важную роль в их формировании, (iii) определить механизмы концентрирования рудных компонентов. Передовая инструментальная база и накопленный опыт участников проекта позволяет провести высокоточные аналитические исследования и получить современные научные результаты международного уровня, которые могут быть использованы в геологоразведочной отрасли в качестве критериев прогноза, поисков и оценки месторождений полезных ископаемых, связанных с щелочными комплексами.

---

2. • Название: Закономерности минерально-структурных преобразований в метаморфических процессах и массотеплоперенос в масштабе от кристаллической решетки до геологических тел 
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0026
   • Номер государственного учета: 122041400176-0
   • Руководитель: д.г.-м.н. Олег Петрович Полянский
   • Лаборатории: Метаморфизма и метасоматизма; Структурной петрологии
   • Цель научного исследования:
     Цель проекта – выявить термодинамические, кинетические и деформационные особенности метаморфизма различных типов (эволюцию Р-Т параметров, тип протолита, длительность, формы переноса тепла и летучих компонентов, индикаторы синкинематического минералообразования). Выявление закономерностей эволюции структуры кристаллического и некристаллического вещества земной коры и мантии под воздействием экстремальных условий, в том числе для развития прикладных подходов контроля структуры и свойств функциональных материалов.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     По результатам минералого-петрологических, геохимических и изотопно-геохронологических исследований охарактеризовать особенности петрогенезиса, термодинамические условия формирования, возраст метаморфизма и протолита пород Гаревского метаморфического комплекса Енисейского кряжа.
     Определить соотношения главных компонентов флюидов (H2O, CO2, соединения азота, серы и органические соединения), законсервированных в виде газово-жидких включений в минералах мраморов, габброидов и метасоматически измененных пород.
     Методом комбинационного рассеивания с использованием аппарата с алмазными наковальнями установить границы стабильности карбонато-силиката гидроканкринита, сжатого в водной среде, и возможные фазовые переходы при одновременно высоких Р-Т-параметрах для моделирования субдукционных процессов.
     Выявление роли тектонических факторов в механизмах смешения и гибридизации контрастных по составу расплавов в обстановках синколлизионного корово мантийного взаимодействия.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     Выяснены особенности происхождения пород Гаревского метаморфического комплекса и установлены импульсы неопротерозойской эндогенной активности на западной окраине Сибирского кратона, связанные со становлением суперконтинента Родиния.
     Выполнен систематический анализ состава флюида, законсервированного в виде включений в породообразующих минералах мраморов из различных зон Кочумдекского контактового ореола, а также из пород кровли траппового тела.
     На примере распада гидроканкринита смоделирован возможный абиогенный синтез простых органических молекулярных соединений (формиатов) и участие в субдукционных процессах составных минералов (карбонато-силикатов).
     Установлена роль тектонических факторов в механизмах смешения и гибридизации контрастных по составу расплавов (на примере Западно-Сангиленского и Каа-Хемского массивов).
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Проект посвящен одному из актуальных направлений петролого-геохимических исследований – реконструкции процессов формирования и эволюции метаморфических пород. Минеральные превращения при метаморфизме пород фиксируют изменения температуры и давления в результате действия геодинамических процессов, состоящих в перераспределении вещества и потоков тепла в земной коре и мантии. Объектами исследований являются малоизученные метаморфические комплексы Восточной Сибири. Решение поставленных задач будет выполнено на ключевых объектах Енисейского кряжа, Тувино-Монгольского массива, Кокчетавского массива и Тунгусских траппов, охватывающих спектр контрастных термодинамических режимов метаморфизма пород разного химического состава - от низкотемпературных голубых сланцев до ультравысокотемпературных гранулитов. Эти комплексы являются индикаторами контрастных геодинамических обстановок: глаукофановые сланцы маркируют положение субдукционных палеозон и входят в состав субдукционно-аккреционных комплексов; проявления гранулитового регионального метаморфизма свидетельствуют о наличии в пределах нижней коры аномально разогретых областей, что имеет важное значение для понимания процессов корово-мантийного взаимодействия.
     Сегодня радикально изменившиеся аналитические возможности позволяют решить задачи массотеплопереноса на разных масштабных уровнях на материале пород контактовых ореолов вблизи траппових тел, базит-ультрабазитовых интрузий. Тепломассоперенос рассматривается на примере низкобарического термометаморфизма спуррит-мервинитового типа.
     Актуальным направлением в метаморфической и магматической петрологии является развитие экспериментальной базы и изучение методами in situ минералов при высоких давлении и температуре. Их целью станет определение закономерностей преобразования минерального вещества в условиях метаморфизма субдукционных обстановок и связанных с ним процессов переноса летучих компонентов. Структурные и спектроскопические исследования in situ при высоких давлениях и температурах – интенсивно развивающееся направление в современной минералогии, являющееся базовым для создания сложных моделей строения и эволюции глубинных горизонтов Земли. Эксперименты in situ лишены недостатков традиционных закалочных методов, а также значительно облегчают исследование кинетики фазовых переходов и минеральных реакций.

---

3. • Название: Физико-химические основы поиска функциональных кристаллов и разработка методик их получения.
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0029
   • Номер государственного учета: 122041400031-2
   • Руководитель: д.т.н. Александр Егорович Кох
   • Лаборатория: Роста кристаллов
   • Цель научного исследования: разработка и экспериментальная апробация новых кристаллических материалов с уникальными свойствами, а также высокоэффективных технологических решений синтеза и выращивания различных кристаллов для фотоники (лазерной техники и пр.) и других областей техники. Конечной целью является получение функциональных монокристаллов с управляемыми свойствами. Такие материалы обеспечивают технологический прорыв в создании нового инструментария для широкого спектра применений, в частности широкополосных лазерных спектрометров, необходимых для экологического мониторинга окружающей среды, неинвазивной диагностической медицины и др. Поиск новых и модификация известных химических соединений и структур, обладающих ярко выраженными эффектами различной физической природы, важен как для разработки новых перспективных материалов, так и для развития фундаментальных представлений в кристаллографии, кристаллофизике,материаловедении.
     Эффективность использования кристаллов зависит от потенциала, который заложен в самой монокристаллической матрице, а также от того, насколько полно реализованы потенциальные возможности кристалла. Последнее зависит от его качества и, в конечном итоге, от существующего уровня развития методов выращивания. Поэтому актуальны как поиск новых функциональных соединений, так и улучшение методических основ процессов выращивания уже известных кристаллов. Блоки проекта охватывают весь комплекс задач – от фундаментальных исследований элементарных процессов роста, фазовых диаграмм, поиска новых кристаллических сред до практического решения конкретных проблем, связанных с выращиванием объемных кристаллов.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     2023 год
     1. Поиск условий роста кристаллов халькогенидов переходных металлов.
     2. Разработка методических основ поиска новых смешано-анионных соединений.
     3. Изучение сегнетоэлектрических переходов и выявление особенностей формирования доменной структуры в кристаллах рядов (K/Rb)TiOAsO4 и K(Ti/Zr)OAsO4.
     4. Создание четверных композитов на базе тройных соединений теллуридов. Исследование эволюции структуры, функциональных свойств кристаллов в зависимости от состава. Визуализация протяженных дефектов кристаллооптическими методами, выявление точечных собственных дефектов методами оптической (абсорбционной, люминесцентной и термолюминесцентной) спектроскопии.
     2024 (кратко)
     Определение физико-химических свойств выращиваемых кристаллов боратов, фторидоборатов, галогенидов, халькогенидов и др. Тестирование функциональных свойств для выявления наиболее перспективных материалов. Изучение особенностей оптических спектров (отражения, фотолюминесценции и т.д.), возникающих при создании на поверхности кристаллов микроструктурных систем.
     2025 (кратко)
     Усовершенствование ростовых методик для получения кристаллов боратов, фторидоборатов, галогенидов, халькогенидов высокого качества. Разработка способов кристаллизации объемных и тонкопленочных кристаллов на основе методов Чохральского, Кирополоса, Бриджмена и т.д.
     Модернизация методики выращивания кристаллов в условиях низких температурных градиентов на основе моделирования тепловых потоков в ростовых установках с учетом физико-химических характеристик для получения материалов с низким содержанием дефектов.
     2026 (кратко)
     Разработка и тестирование прототипов оптических преобразователей, полупроводниковых затворов, люминофоров, детекторов ионизирующего излучения на основе новых кристаллов. Выявление особенностей эволюции функциональных свойств исследуемых кристаллов при направленном изменении состава.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     В рамках базового проекта будут изучены структурные особенности новых и уже известных функциональных соединений, проведены комплексные оптико-спектроскопические исследования, выделены структурные фрагменты, отвечающие за проявление нелинейно-оптических и иных функциональных свойств, выявлена взаимосвязь между условиями кристаллизации и свойствами полученных фаз. Будут изучены соответствующие фазовые диаграммы, разработаны методики синтеза и получения кристаллов методами раствор-расплавной кристаллизации, методом Бриджмена.
   • 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.

---

4. • Название: Высокобарические минералообразующие процессы с участием летучих системы C-O-H-N-S и генезис алмаза
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0031
   • Номер государственного учета: 122041400159-3
   • Руководитель: член-корреспондент РАН Юрий Николаевич Пальянов
   • Лаборатория: Экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса
   • Цель научного исследования:
     Определить закономерности высокобарических минералообразующих процессов и генезиса алмаза в зонах субдукции и в субконтинентальной литосфере по минералогическим и экспериментальным данным.
     Проект включает три взаимосвязанных блока «Природа», «Эксперимент» и «Синтез», с соответствующими основными задачами:
     Блок «Природа» - Исследование процессов минералообразования и генезиса алмаза в зонах субдукции.
     Блок «Эксперимент» - Экспериментальное моделирование процессов фазообразования (минералы, флюиды, расплавы) с участием летучих (С, О, Н, N, S) в зонах субдукции и в субконтинентальной литосфере при параметрах верхней мантии.
     Блок «Синтез» - Экспериментальное исследование процессов кристаллизации алмаза в различных системах, включая синтез кристаллов с заданными наборами дефектно-примесных центров для высокотехнологических применений.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     Задачи по блоку «Природа»: Определение фазового и химического состава включений в алмазах из россыпей северо-востока Сибирского кратона, вариаций содержания азота и степени его агрегации в пределах отдельных монокристаллов алмаза. Установление особенностей процессов минералообразования в областях сублитосферной мантии, где достигается насыщение железом. Выявление типоморфных особенностей алмазов, образующихся в зонах взаимодействия литосферной плиты с мантией. Определение факторов, контролирующих процессы алмазообразования в различных типах метаморфических пород сверхвысоких давлений из зон континентальной субдукции.
     Задачи по блоку «Эксперимент»: Определение граничных условий стабильности Ca, Mg, Fe- карбонатов в модельных карбонатно-силикатных водосодержащих системах при субдукционных P-T параметрах. Экспериментальное моделирование реакционного взаимодействия между субдукционными флюидами/расплавами и перидотитами при мантийных P-T параметрах. Анализ условий образования фаз-концентраторов летучих (карбонатов, водосодержащих фаз и расплавов), стабильных в условиях литосферы. Экспериментальное моделирование процессов декарбонатизации, сопряженных с образованием CO2 флюида и гранатов различного состава в широком интервале давлений и температур, в том числе при P,T-параметрах, соответствующих «горячей» модели субдукции.
     Задачи по блоку «Синтез»: Оптимизация условий роста монокристаллов алмаза с минимальными концентрациями линейных и планарных дефектов, перспективных для применения в качестве элементов рентгеновской оптики. Совершенствование методов селективного травления для оценки плотности линейных и планарных дефектов в монокристаллах алмаза, изготовление изделий из монокристаллов алмаза для апробации их в качестве элементов рентгеновской оптики. Проведение поисковых экспериментальных исследований по синтезу алмазов в системах, обеспечивающих образование в структуре алмаза примесно-вакансионных центров NV, SiV, GeV, SnV и др., перспективных для квантовых технологий. Оптимизация условий синтеза алмазов с оптически активными центрами, изучение особенностей реальной структуры кристаллов, включая определение типов дефектно-примесных центров и их спектроскопических характеристик.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     По блоку «Природа»: Будет определён фазовый и химический состав включений в алмазах, вариации содержаний азота и степени его агрегации в пределах отдельных монокристаллов алмаза из россыпей северо-востока Сибирской платформы.
     С целью определения Р-Т трендов алмазоносных пород из зоны континентальной субдукции будет определён состав минеральных включений и U-Pb возраст цирконов из метаморфических пород сверхвысоких давлений.
     Полученные данные дадут возможность подойти к решению вопроса о коренных источниках алмазов из россыпей северо-востока Сибирского кратона и рассмотреть процессы взаимодействия субдуцирующей плиты с литосферной и сублитосферной мантией.
     По блоку «Эксперимент»: Будут определены граничные условия стабильности Ca, Mg, Fe-карбонатов в водосодержащих модельных карбонатно-силикатных системах при мантийных P-T параметрах. На основе анализа полученных данных будет оценено влияние температуры и редокс условий на устойчивость карбонатов в модельных водосодержащих карбонатно-силикатных системах.
     Будет проведено экспериментальное моделирование реакционного взаимодействия между субдукционными флюидами/расплавами и перидотитами при P-T параметрах литосферной мантии. Будут реконструированы условия образования фаз-концентраторов летучих (карбонатов, водосодержащих фаз и расплавов), стабильных в условиях литосферы.
     Будет выполнена экспериментальная реконструкция реакций декарбонатизации, сопряженных с образованием CO2-флюида и Mg,Fe±Ca-гранатов, по составам аналогичным природным пироп-альмандинам и пироп-альмандин-гроссулярам. Будут определены P,T-области устойчивости природных Mg,Fe,Ca-карбонатов в ассоциации с оксидами, проведена оценка условий генерации флюида в исходно твердофазной матрице и установлены граничные условия кристаллизации Mg,Fe,Ca-гранатов в P,T-поле.
     По блоку «Синтез» в значительной степени ориентированном на практическую значимость: Будут оптимизированы температурный режим и скорость роста для получения крупных монокристаллов алмаза с минимальными концентрациями линейных и планарных дефектов.
     Будут усовершенствованы методы селективного травления монокристаллов алмаза (оптимизация условий травления: состав, температура, длительность) для выявления линейных и планарных дефектов, оценки их плотности и специфики распределения. Будут изготовлены опытные изделия из монокристаллов алмаза для апробации в качестве элементов рентгеновской оптики.
     Будут проведены поисковые экспериментальные исследования по синтезу алмаза в ультра-восстановленных системах, направленные на получение безазотных кристаллов, легированных оптически активными примесями.
     Будут определены оптимальные условия синтеза алмазов с оптически активными центрами и проведены исследования реальной структуры и дефектно-примесного состава кристаллов.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Ранее было показано, что более 80% алмазов россыпей относятся к эклогитовому парагенезису. Были получены свидетельства присутствия включений силикатных расплавов и расплавов железа в алмазах. Было предположено, что эти включения являются результатом взаимодействия астеносферной мантии и субдуцирующей плиты. Продолжение этих исследований позволит определить роль расплавов железа в процессах алмазообразования и модификации литосферы.
     Несмотря на многолетние интенсивные исследования алмазоносных метаморфических пород, до сих пор остается открытым вопрос, какими факторами контролируется крайне неоднородное распределение алмазов в них, какие породы выступали в качестве протолитов алмазоносных пород и все ли они испытали этап плавления при метаморфизме в условиях верхней мантии.
     Экспериментальное моделирование фазообразования с участием летучих имеет принципиально важное значение для реконструкции процессов эволюции мантии Земли. Актуальность изучения областей стабильности фаз-концентраторов C, H, N и S при Р-Т параметрах, характерных для литосферной мантии и зон субдукции, обусловлена тем, что устойчивость таких фаз контролирует транспорт летучих между глубинными резервуарами и их участие в глобальных геодинамических процессах. До сих пор остается слабо исследованным при каких конкретно физико-химических параметрах в литосферной мантии и зонах субдукции происходит смена одних фаз-концентраторов летучих на другие (например, карбонатов, водосодержащих фаз, номинально безводных минералов, сульфидов и C-O-H-N-S флюидов). Особый интерес представляет исследование условий генерации широкого спектра флюидов, от окисленных, обогащенных CO2, до восстановленных, с высоким содержанием серосодержащих компонентов. Эти данные критически важны для реконструкции глобальных циклов летучих, процессов мантийного метасоматоза и природного алмазообразования, а также механизмов формирования и эволюции высокобарических мантийных ассоциаций.
     Актуальность исследований по синтезу и росту алмаза в различных системах определяется, прежде всего, фундаментальными вопросами, связанными с выявлением основных факторов, ответственных за формирование собственных и примесных дефектов в реальной структуре алмаза. С учетом этих факторов можно обосновывать генетическую информативность ряда характеристик природных алмазов, а также планировать стратегию получения кристаллов алмаза с заданными свойствами для высокотехнологических применений. Так, монокристаллы алмаза с минимальной концентрацией линейных, планарных и трехмерных дефектов в настоящее время критически важны как материал рентгеновской оптики на современных источниках синхротронного излучения. Другой перспективной областью применения кристаллов синтетического алмаза с заданными свойствами являются квантовые технологии, в которых востребованы легированные алмазы с оптически активными центрами, например, NV, SiV, GeV и SnV.

Свернуть  

 

1.5.4. Геохимия и космохимия  

1. • Название: Термо-, петрохронологические индикаторы геодинамических режимов и рудообразования: развитие методик и интерпретации
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0032
   • Номер государственного учета: 122041400171-5
   • Руководитель: д.г.-м.н. Алексей Валентинович Травин
   • Лаборатории: Изотопно-аналитической геохимии; Рентгеноспектральных методов анализа
   • Цель научного исследования: реконструкции возраста, термической истории, источников вещества, условий образования минеральных парагенезисов, соответствующих этапам формирования магматических и метаморфических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых на основе развития петрохимических, изотопно-геохимических, геохронологических исследований.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     2023
     Отработка новых методических подходов и проверка согласованности результатов на примере эталонных объектов Центрально-Азиатского складчатого, Монголо-Охотского складчатых поясов, а также Сибирского и других кратонов.
     1. Выявить влияние на точность анализа минералов электронно-зондовым методом значений массовых коэффициентов поглощения характеристического излучения в области L- и M-краёв поглощения основных элементов матрицы.
     2. Оценить влияние матричных эффектов на правильность учёта спектральных наложений в электронно-зондовом микроанализе.
     3. Подбор объектов для проведения системных исследований распределения изотопов кислорода, углерода и серы в минеральных парагенезисах с целью определения температур их формирования и источников рудного вещества. Набор первичных данных, расчёт термодинамических параметров изотопного обмена.
     4. Разработка методики определения ЭПГ и Re с масс-спектрометрическим окончанием и использованием новой микроволновой системы UltraWAVE на стадии пробоподготовки (вместо трубок Кариуса).
     5. На основе дифференциальной методики разложения карбонатов провести С- и О-изотопные исследование эндогенных карбонатных фаз из 4 скважин РЗЭ-месторождения Томтор и экзогенных карбонатных фаз в двух скважинах кор выветривания этого же месторождения. Провести Rb/Sr исследования. Выявить изотопные критерии и механизмы формирования карбонатных биоминералов.
     6. На основе комплексных исследований разработать петрохронологические критерии диагностики коллизионного магматизма на примере Памиро-Гималайской системы. Провести сопоставление с коллизионным магматизмом ЦАСП.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     2023.
     1. На основе оптимизации методов расчёта массовых коэффициенты поглощения в области L- и M-краёв поглощения будет повышена точность электронно-зондового метода определения состава минералов при сокращении используемых образцов сравнения.
     2. Разработана универсальная система учёта спектральных наложений в электронно-зондовом микроанализе (одиночных, каскадных, взаимных) повышенной точности за счёт корректного учёта матричных эффектов, прежде всего, поглощения. Внедрение системы существенно повысит точность анализа при исследовании минералов сложного состава, например минералов РЗЭ, и значительно увеличит производительность анализа.
     3. Разработана методика разложения геологических образцов с использованием новой микроволновой системы UltraWAVE (вместо трубок Кариуса) с целью ИСП-МС определения ЭПГ и рения методом изотопного разбавления.
     4. Получены изотопно-геохимические данные по эталонным объектам ЦАСП. Оценены граничные условия применимости и погрешности расчётов термодинамических параметров формирования минеральных ассоциаций этих объектов на основе данных о распределении изотопов кислорода, углерода и серы.
     5. Будут получены С- и О-, а также Sr- изотопные характеристики эндогенных карбонатных фаз карбонатитов Томторского месторождения, что позволит провести оценку их магматической и постмагматической истории. Важные результаты получены при исследовании дифференциальной методики разложения экзогенных многофазных карбонатов кор выветривания для горизонтов месторождения, с которыми ассоциируются ультрабогатые руды РЗЭ. Выяснена роль бактериальных сообществ в формировании многофазных карбонатов. Расшифровка процессов образования многофазных карбонатов по изотопам С и О и увязка их с процессом рудообразования в корах выветривания по карбонатитам проведена впервые.
     6. На основе геохронологических, минералого-петрографических, геохимических и изотопных данных установлены петрогенетические особенности, составы и источники родоначальных магм, условия генерации магматических расплавов в аккреционно-коллизионной обстановке.
   
   
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     При реконструкциях формирования Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП), являющегося сложным коллажем террейнов различного возраста и природы, актуальным является исследование метаморфических, магматических комплексов, соответствующих последовательным этапам формирования ЦАСП с использованием современных изотопно-геохронологических методов, позволяющих не только определить возраст формирования соответствующих минеральных парагенезисов, но и реконструировать условия, источники их формирования, а также - термическую историю индикаторных пород на стадиях охлаждения, подъема к земной поверхности.

---

2. • Название: Роль углерода в рассеянии и концентрировании благородных, редких и радиоактивных элементов в эндогенных и экзогенных углеродсодержащих системах Сибири
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0033
   • Номер государственного учета: 122041400193-7
   • Руководитель: д.г.-м.н. Сергей Михайлович Жмодик
   • Лаборатории: Геохимии радиоактивных элементов и экогеохимии; Геохимии благородных и редких элементов
   • Цель научного исследования: установление закономерностей концентрирования и изменения форм нахождения благородных, редких и радиоактивных элементов (БРРЭ) при взаимодействии растворов различного состава и происхождения с природным органическим веществом в обстановках зоны гипергенеза; миграции, накопления и фракционирования редких, благородных, радиоактивных элементов и радиоизотопных индикаторов в процессах современного континентального седиментогенеза и атмосферного переноса в природных и техногенных ландшафтах; геохимии диагенеза континентальных органогенных отложений юга Сибири; условия формирования и возрастные рубежи образования металлоносных, содержащих благородные, редкие и радиоактивные элементы углеродистых образований и минералого-геохимических особенностей связанного с ними благородно- и редкометалльного оруденения (на примере Восточного Саяна и севера Зап. Забайкалья). Совершенствование методической базы определения редких, благородных и радиоактивных элементов с использованием методов атомной аналитической спектрометрии, низкофоновой радиометрии и гамма-спектрометрии.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     Для выполнения проекта будет применен комплексный, интеграционный подход, который предполагает участие специалистов различных направлений: геохимии, минералогии, геологии, биогеохимии, аналитической геохимии, а также применение и использование современных методов, приемов и оборудования. Будет широко использоваться метод радиоизотопных индикаторов в различных вариантах для исследования геохимических эндогенных и экзогенных систем содержащих углерод: 1 - естественные радиоактивные элементы (уран, торий, калий), редкоземельные и редкие элементы как индикаторы природных геохимических процессов; 2 – искусственные радионуклиды (цезий-137, стронций-89, уран-238, уран-234, плутоний-239+240, плутоний-238) как индикаторы природных процессов; 3 – искусственные радионуклиды (золото-195, золото-198, иридий-192, платина-197) в экспериментальных геохимических моделях. Объектами исследований являются: углеродистые, в том числе металлоносные и рудоносные сланцы Вост.Саяна, Зап. и Вост.Забайкалья, Кузнецкого Алатау; зоны углеродизации и графитизации в породах офиолитовых и щелочных комплексов Вост.Саяна; аллювиальные и элювиальные образования Кузнецкого Алатау, Вост.Саяна; речные, озерные, озерно-болотные, низкотемпературные гидротермальные и пирогенно-лесные системы Зап. и Вост.Сибири, Камчатки. Для выполнения проекта необходима разработка и усовершенствование методов определения БРРЭ, прежде всего, в геологических объектах, содержащих углерод: альфа-, бета- и гамма-спектрометрические методы, атомно-эмиссионные спектральные методы, методы селективного выщелачивания.
     Блок 1. Закономерности рассеяния и концентрирования благородных, редких и радиоактивных элементов (БРРЭ) в эндогенных углеродсодержащих системах (Руководитель: д.г.-м.н. Жмодик С.М.).
     1. Определить возрастные рубежи, физико-химические и минералого-геохимические условия формирования металлоносных углеродистых отложения и связанного с ними оруденения благородных, редких и радиоактивных элементов Сибири (Отв. исполнители: к.г.м.н. Белянин Д.К., д.г.-м.н. Жмодик С.М.). 2. Углерод- и карбонат-содержащие металлоносные образования офиолитовых комплексов: минералого-геохимические особенности, геодинамические обстановки и физико-химические условия формирования юга Сибири (Отв. исполнители: к.г.м.н. Айриянц Е.В., к.г.-м.н. Киселева О.Н.). 3. Выявить закономерности накопления благородных металлов в зоне гипергенеза и определить коренные источники благородных металлов юга Сибири (Отв. исполнители: д.г.м.н. Нестеренко Г.В., д.г.-м.н. Жмодик С.М.). 4. Выявление роли экстремофильных бактериальных сообществ в концентрировании БРРЭ в низкотемпературных гидротермальных системах Сибири и Камчатки (Отв. исполнители: к.г.м.н. Лазарева Е.В., д.г.-м.н. Жмодик С.М.).
     Блок 2. Закономерности рассеяния и концентрирования благородных, редких и радиоактивных элементов в экзогенных углеродсодержащих системах (Руководители: д.г.-м.н. Леонова С.М., д.г.-м.н. Страховенко В.Д.).
     1. Выявить 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). Установить минералого-геохимические критерии и коэффициенты концентрирования для последующих палеореконструкций (Отв. исполнители: к.г.м.н. Лазарева Е.В., к.г.-м.н. Мягкая И.Н., к.г.-м.н. Густайтис М.А.). 2. Выявить на примере природных лабораторий (современных речных, озерных, лесных систем) особенности распределения и состава редких, благородных и радиоактивных элементов рассеянного вещества в средах (вода, снег, лед), живом веществе (водная и наземная растительность, мхи, лишайники и др.), донных отложениях и почвах, связанных с современными природными процессами континентального седиментогенеза из разных ландшафтов Сибири (Отв. исполнители: д.г.м.н. Страховенко В.Д., к.г.-м.н. Мельгунов М.С.). 3. Провести реконструкцию условий формирования озерно-болотных отложений юга Западной и Восточной Сибири в голоцене по минерально-геохимическим индикаторам и результатам физико-химического моделирования (Отв. исполнители: д.г.м.н. Леонова Г.А., к.г.-м.н. Мальцев А.Е.). 4. Провести совершенствование существующих подходов, методов и методик определения благородных, редких и радиоактивных металлов применительно к углеродсодержащим геологическим объектам (Отв. исполнители: к.г.-м.н. Мельгунов М.С., вед.инж. Букреева Л.Н.).
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     Блок 1
     1. На основании комплексных геологических, минералого-геохимических и геохронологических данных будут определены возрастные рубежи, физико-химические и минералого-геохимические условия формирования металлоносных углеродистых отложения и связанного с ними оруденения благородных, редких и радиоактивных элементов Сибири (Отв. исполнители: к.г.м.н. Белянин Д.К., д.г.-м.н. Жмодик С.М.).
     2. Будут изучены минералого-геохимические особенности, геодинамические обстановки и физико-химические условия формирования углерод- и карбонат-содержащих металлоносных образований офиолитовых комплексов юга Сибири (Отв. исполнители: к.г.м.н. Айриянц Е.В., к.г.-м.н. Киселева О.Н.).
     3. На основании комплексного исследования минералов платиной группы и самородного золота в элювиальных и аллювиальных отложениях будут выявлены закономерности накопления благородных металлов в зоне гипергенеза и определены коренные источники благородных металлов юга Сибири (Кузнецкий Алатау, Горная Шория) (Отв. исполнители: д.г.м.н. Нестеренко Г.В., д.г.-м.н. Жмодик С.М.).
     4. Будет описана роль экстремофильных бактериальных сообществ в концентрировании благородных, редких и радиоактивных элементов в низкотемпературных гидротермальных системах Сибири и Камчатки. На основании анализа геохимических параметров за пределами и внутри сообществ определены причины осаждения полезных компонентов и степень концентрирования в зависимости от состава растворов, физико-химических параметров среды и состава микробных сообществ (работы ведутся совместно с сотрудниками ИЦиГ СО РАН, ИК СО РАН и ИХХТ СО РАН). Будут выявлены условия накопления микробными сообществами полезные компоненты для разработки биотехнологий (Отв. исполнители: к.г.м.н. Лазарева Е.В., д.г.-м.н. Жмодик С.М.).
     Блок 2.
     1. Будут выявлены закономерности концентрирования/рассеяния редких и радиоактивных элементов и их различных форм при взаимодействии живого (циано-бактериальные и бактериальные сообщества, растения) и детритового (захороненное торфяное вещество) органического вещества с растворами различного происхождения на примере взаимодействия кислых Fe-Al-SO4 (растворы хвостохранилищ, кислые растворы вулканического происхождения), щелочных (растворы отходов цианидного передела), солёные (щелочные озёра Барабинской степи), термальные (источники Байкальской рифтовой зоны и Курило-Камчатского вулканического пояса). Будут установлены минералого-геохимические критерии и коэффициенты концентрирования редких и радиоактивных элементов для последующих палеореконструкций. Практическая значимость состоит в создании базы для технологических решений рекультивации отходов обогатительного производства с последующим формированием техногенных месторождений. Кроме того, будут выявлены условия накопления микробными сообществами полезных компонентов для разработки биотехнологий (Отв. исполнители: к.г.м.н. Лазарева Е.В., к.г.-м.н. Мягкая И.Н., к.г.-м.н. Густайтис М.А.).
     2. Будут выявлены основные особенности и закономерности атмосферного поступления искусственных и природных радионуклидов, микроэлементов, в том числе тяжелых металлов, в составе «сухих» пыле-аэрозольных и «мокрых» (снеговых и дождевых) выпадений, оценена его роль в формировании современного геохимического фона поверхности Западной Сибири. (Отв. исполнители: к.г.м.н. Мельгунов М.С., к.г.-м.н. Восель Ю.С.)
     3. Будут выявлены формы нахождения искусственных радионуклидов в главных компонентах пойменного биогеоценоза реки Енисей, выявлены и оценены миграционные пути внутри экосистемы, дана оценка радиоэкологической обстановке на различных участках поймы и спрогнозированы сценарии ее эволюции. (Отв. исполнители: к.г.м.н. Кропачева М.Ю., к.г.-м.н. Мельгунов М.С.)
     4. Будут определены физико-химические и минералого-геохимические факторы формирования озерно-болотных отложений как палеогеохимическая реконструкция природных условий континентального литогенеза в истории развития малых озер и болотных массивов юга Западной Сибири и Восточного Прибайкалья в голоцене. (Отв. исполнители: д.г.м.н. Леонова Г.А., к.г.-м.н. Мальцев А.Е.).
     5. Будут выявлены особенности взаимодействия биотических и абиотических факторов в накоплении и фракционирования редких, благородных, радиоактивных элементов в процессах современного континентального седиментогенеза в малых озерах юга Сибири. Полученные данные позволят дать рекомендации для разработки сапропелевых залежей в рамках рационального природопользования и методов их переработки в сырье для получения востребованных продуктов (Отв. исполнители: д.г.м.н. Страховенко В.Д., н.с. Овдина Е.А.).
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Результаты современных исследований свидетельствуют о том, что углерод определяет геохимическое своеобразие поведения многих рассеянных элементов, в том числе благородных, редких и радиоактивных, в различных геологических процессах и обстановках. Таким образом, при изучении процессов концентрирования и рассеяния элементов в углеродистых системах необходимо, прежде всего, учитывать общий цикл углерода, который включает:
     -полезные ископаемые, связанные с металлоносными углеродистыми отложениями черносланцевой формации, угленосными и торфяными залежами;
     - водную миграцию элементов с растворённым органическим и неорганическим углеродом;
     - накопление элементов в органо-содержащих осадках континентальных (пресные и солёные озёра) и морских систем;
     - аккумуляцию элементов в результате жизнедеятельности микроорганизмов в озёрно- болотных системах, термальных источниках и водоёмах;
     - воздушный аэрозольный и пылевой перенос (от извержений вулканов, горения лесов, антропогенной деятельности человека и т.д.).
     Исследования металлоносных углеродистых толщ свидетельствуют в том, что флюидо-рудогенерация происходит на разных ступенях седиментационных и постседиментационных изменений углеродистых осадочных и вулканогенно-осадочных толщ. В тоже время, природа и условия формирования золото-платинометалльной и редкометалльной минерализации, в большинстве случаев сопровождаемой высокими (рудными) концентрациями радиоактивных элементов, в углеродистых образованиях до конца не ясна, что вызывает различные толкования вопросов генезиса, механизмов и возраста возникновения таких руд. Направление, связанное с исследованием роли микробных сообществ в аккумуляции различных химических элементов в различных геологических процессах, является, на данный момент, одним из наиболее востребованных международным научным сообществом. В отношение благородных, редких и радиоактивных элементов, в определенных условиях, органическое вещество является одним из главных концентраторов и, по мере диагенетических и метаморфических изменений органического вещества, может формировать рудоносные и металлоносные отложения, которые следует рассматривать как потенциальный источник рудного вещества при его трансформации в геологических процессах.
     Ландшафтно-геохимические процессы, определяющие миграционные потоки элементов и формы их нахождения в экзогенных поверхностных процессах, обуславливают их региональные фоновые уровни и формирование природных и техногенных аномалий. Углеродсодержащие органо-минеральные донные отложения озер следует рассматривать как итог сложного взаимодействия гидрологических, химических и биологических процессов. Поэтому в них содержится информация о характере направленности миграционных потоков элементов, фракционировании элементов в процессе континентального седиментогенеза в озерных системах. Необходим поиск дополнительных критериев, способных повысить информативность донных отложений и сделать их востребованными для решения задач оценки отклика донных отложений озер на изменения внешних условий среды, влияющих на миграционные потоки элементов в осадках озерных систем. Известны случаи формирования уникальных месторождений редких и радиоактивных элементов в озерно-болотных системах (месторождения Араша, Catalão I (Бразилия); Mount Weld (Австралия)). Эти актуальные проблемы находятся в центре внимания участников проекта (Страховенко и др., 2010; Маликова и др., 2011; Страховенко, 2011, Лазарева и др., 2016 и др.).Одним из актуальных научных направлений являются также исследования современных поверхностных систем, трансформаций форм нахождения элементов в различных компонентах системы, формирования аномальных концентраций с учетом влияния антропогенного фактора на природные системы, находящиеся под техногенной нагрузкой различной природы (Заварзин, 2008; Холодов, 2011 и др.).

Свернуть  

 

1.5.5. Геология твердых полезных ископаемых  

1. • Название: Металлогения рудных районов Азии: модели формирования месторождений благородных и цветных металлов, комплекс поисковых критериев.
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0025
   • Номер государственного учета: 122041400237-8
   • Руководитель: д.г.-м.н. Юрий Александрович Калинин
   • Лаборатории: Рудообразующих систем; Прогнозно-металлогенических исследований;Моделирования динамики эндогенных и техногенных систем
   • Цель научного исследования:
     Предложить и обосновать генетические модели формирования месторождений благородных и цветных металлов на основе комплексного изучения вещественного состава рудных месторождений в совокупности с геохимическими характеристиками вмещающих пород, рудопродуцирующего магматизма, а также историей геологического и геодинамического развития исследуемой территории. С учетом разработанных моделей рудообразующих систем различных формационных типов разработать и апробировать комплекс прогнозно-поисковых критериев.
     Для достижения цели работы в рамках проекта включаются 4 взаимосвязанных блока исследований:
     Первый блок, наиболее обширный, включает в себя изучение вещественных характеристик оруденения (минеральный состав руд, особенности метасоматических преобразований, химизм рудных и метасоматических минералов, изотопные характеристики, условия образования на основе данных изучения флюидных включений, возраст формирования минерализации и т.д.). Особое внимание будет уделяться специфике рудоносного магматизма (петрографические, петрохимические и геохимические характеристики, особенности состава породообразующих и акцессорных минералов, возрастные рубежи становления и т.д.).
     Второй блок посвящен изучению экзогенных рудообразующих систем: россыпи, месторождения кор выветривания, техногенно-минеральные образования. Главное внимание будет уделено выявлению закономерностей гипергенной эволюции (миграции, трансформации и аккумуляции) рудных минералов и элементов в процессе физико-химического экзогенного преобразования разнотипной эндогенной минерализации для различных по геолого-металлогеническим и ландшафтно-геоморфологическим характеристикам районов.
     Третий блок направлен на разработку численных моделей динамики возникновения и эволюции рудно-магматических и рудообразующих систем (порфировой и других формационных типов), сопряженных с кристаллизацией коровых интрузовов в зонах разломов, развития проницаемых зон, интрудирования флюидосодержащих магм, а также эволюции гетерофазных флюидов, закономерностей изменения их химического и фазового состава в широком диапазоне PТ-условий.
     Четвертый блок посвящен выявлению и апробации поисковых критериев на оруденение, относящиеся к различным формационным типам (порфировое, орогенное, эпитермальное и т.д.)
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     2023. Анализ геологического положения и вещественных характеристик ключевых золоторудных месторождений различных рудно-формационных типов Забайкалья, Монголии, Восточного Казахстана, а также сравнение с аналогичными рудными объектами Мира; изучение магматических образований и вмещающих пород, проведение геохимических и изотопно-геохронологических исследований. Численный анализ динамики формирования магматических каналов с учетом возникающих напряжений; динамики интрудирования магматических расплавов с учетом метасоматического преобразования вмещающих пород. Исследование закономерностей поведения благородных металлов при образовании пирротин-халькопирит-пентландитовых руд, влияние висмута на их концентрирование. Исследование природных и синтетических фаз системы Ag-Cu-S-Te.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     2023. Дана характеристика геохимического состава и изотопно-геохронологического положения магматических пород и руд ключевых золоторудных месторождений различных рудно-формационных типов Забайкалья, Монголии, Восточного Казахстана, а также ряда других рудных объектов ЦАСП; установлены потенциальные источники РМС, установлены условия формирования и критические факторы, влияющие на их рудопродуктивность. Установлены закономерности совместного поведения благородных металлов и Bi вдоль пути кристаллизации зонального пирротин-халькопирит-пентландитового образца. Изучены составы Ag-Cu сульфотеллуридов с разным соотношением элементов Te и S в рудах месторождений Бабарыкинское и Лунное. Проведен анализ формирования трещиновато-пористых магматических каналов в литосфере с учетом метасоматического преобразования вмещающих пород на основе согласованных термодинамических и гидродинамических данных расчетов интрудирования магматических расплавов.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Проект предусматривает изучение месторождений и рудопроявлений, относящихся к различным формационным типам, наиболее востребованным с точки зрения промышленного освоения на сегодняшний день (порфировые, орогенные, эпитермальные). В частности, для порфировых и эпитермальных месторождений предполагается восстановить условия развития рудно-магматических систем, способных генерировать крупномасштабное оруденение, от их зарождения на глубинном уровне до рудоотложения на субповерхностном. При этом предусматривается получить новые данные по таким актуальным вопросам, необходимым для построения генетических моделей месторождений:
     - геодинамический режим развития региона,
     - роль коры и мантии в развитии рудно-магматической системы,
     - источники магм и металлов,
     - вещественные характеристики расплавов и магматических пород, являющиеся «критическими» для формирования оруденения,
     -получения объемной структуры конкретных рудных объектов и рудных месторождений порфирового и других формационных типов;
     - длительность функционирования рудно-магматических систем.
     В настоящее время взгляды исследователей по многим вопросам формирования месторождений рассматриваемых типов разнятся. Это во многом объясняется не только различиями в условиях формирования месторождений разных регионов, но и недостаточной изученностью, в частности, геохимической специфики рудогенерирующих расплавов. Последнее вызвано отсутствием данных современных высокоточных геохимических методов исследования.
     При проведении исследований будут применяться высокоточные современные методы анализа руд, пород и минералов, что позволит получить большое количество новых данных, которые, в свою очередь, лягут в основу физико-химического моделирования процессов рудообразования. Использование методов геохронологии позволит надежно обосновывать временную связь периодов магматической и тектонической активности регионов с этапами металлогенического развития.
     Кроме того, актуальность проекта определяется необходимостью развития поисковых критериев рудных месторождений. Так, для дальнейшего успешного развития горно-геологической отрасли в России (как, впрочем, и во всем мире) необходима разработка нового комплекса методик поиска и прогноза месторождений полезных ископаемых, основанных не на комплексе эмпирических признаков, а на результатах фундаментальных научных исследований. Научной базой для решения этой проблемы может стать серия согласованных с геологической, петрологической и физико-химической точек зрения генетических моделей наиболее перспективных типов месторождений. Применение современных высокоточных методов анализа минералов ляжет в основу разработки новых поисковых критериев рудных месторождений различных формационных типов.

---

2. • Название: Петрология и рудный потенциал магматических формаций внутриплитных, надсубдукционных и аккреционно-коллизионных обстановок Центрально-Азиатского складчатого пояса и Сибирского кратона
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0027
   • Номер государственного учета: 122041400044-2
   • Руководитель: член-корреспондент РАН Николай Николаевич Крук
   • Лаборатория: Петрологии и рудоносности магматических формаций
   • Цель научного исследования: На основе исследования геологической позиции, вещественного состава и возраста габбро-гранитоидных интрузивных магматических комплексов и вулканических серий Сибирского кратона и Центрально-Азиатского складчатого пояса установить главные рубежи и масштабы их проявления, формационную принадлежность, обосновать модели формирования, оценить их рудный потенциал и факторы его реализации.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     Задачи, которые необходимо решить для достижения конечной цели поставленного проекта, группируются в три взаимосвязанных и дополняющих друг друга блока.
     Первый блок посвящен изучению магматизма крупных изверженных провинций Сибирской платформы и Центрально-Азиатского складчатого пояса. В рамках этого блока планируется установить возрастные рубежи и определить масштабы проявления ультрамафит-мафитового, монцодиорит-сиенитового и гранитоидного магматизма крупных изверженных провинций (LIP), проявившихся в пределах Сибирской платформы и Центрально-Азиатского складчатого пояса; для каждой LIP определить особенности состава пород, слагающих магматические ассоциации, оценить закономерности эволюции магматических систем в пространстве и во времени, провести их сопоставление с магматизмом других геодинамических обстановок (зоны коллизии, активные континентальные окраины субдукционного и трансформного типов), построить для изученных LIP петрологические модели магматизма.
     К настоящему моменту достаточно надежно обоснованы Таримская (P1), Сибирская (P3-T1), Эмейшаньская (P2) и Хангайская (P2-T1) крупные изверженные провинции. В рамках предлагаемого проекта основное внимание будет сосредоточено на обосновании докембрийских (1.8, 1.2 и 0.75-0.8 млрд лет) LIP на Сибирском кратоне, определению масштабов и построению петрогенетических моделей магматизма кембро-ордовикской и раннедевонской (Алтае-Саянской) крупных изверженных провинций в Центрально-Азиатском складчатом поясе. Уникальность двух последних LIP связана с формированием в обстановке интерференции плейт-и плюм-тектонических режимов (кембро-ордовик – наложение плюма на аккреционно-коллизионную систему, ранний девон – взаимодействие плюма с активной континентальной окраиной Сибири). Также в рамках проекта определенное внимание будет уделено исследованию петрологии магматических ассоциаций Таримской и Сибирской LIP с упором на рудоносные магматические комплексы.
     Второй блок предусматривает изучение петрогенетических особенностей, составов родоначальных магм, природы и состава их источников, условий генерации магматических ассоциаций в «типовых» геодинамических режимах (палеоокеанические, субдукционные, аккреционно-коллизионные, внутриплитные). В этом направлении за последние полвека в российской и мировой геологической науке достигнут значительный прогресс: определены особенности состава, источники, условия и механизмы генерации первичных магм, закономерности их эволюции для большинства магматических серий «типовых» геодинамических режимов. В рамках данного проекта основное внимание будет уделено изучению изменений масштабов магматизма, источников и условий формирования первичных магм, закономерностей их эволюции в процессе смены тектонических режимов (переход от субдукции к аккреции и/или коллизии, инверсия субдукционных и трансформных режимов на активных окраинах континентов). Отдельное внимание будет уделено исследованию аккреционных комплексов, объединяющих породы разного возраста, состава и генезиса. Расшифровка особенностей их внутреннего строения, особенностей петрогенезиса магматических пород (совместно с реконструкцией источников и фациальных обстановок накопления терригенных отложений) позволит не только реконструировать особенности магматизма ранних стадий эволюции ключевых геологических структур, но и получить «прямые» оценки состава источников кремнекислых магм, сформированных на более поздних этапах тектонической эволюции ЦАСП.
     Объектами исследования в рамках данного блока послужат преимущественно палеозойские вулкано-плутонические пояса и аккреционные комплексы Центральной Азии (Кузнецкий Алатау, Тува, Западный Саян, Алтай, Монголия, домезозойские блоки Южного Приморья), а также габброидные и гранитоидные интрузии южной части Сибирского кратона и аккретированных к нему блоков, сформированные в возрастном диапазоне от палео- до неопротерозоя.
     Третий блок будет посвящен оценке рудного потенциала магматических формаций и факторов его реализации, определению этапов рудообразующих процессов, продуцирующих месторождения Cu-Ni, Au, ЭПГ, Sn, Ta, Nb, Li. Исследования в рамках данного блока будут в полной мере использовать данные об источниках и механизмах формирования первичных магм и путях их эволюции, полученные в рамках предыдущего направления, опираться на существующие и новые петрологические модели. Главное внимание будет сосредоточено на двух аспектах: 1) диагностика главных факторов, определяющих формирование потенциально рудоносных магм (включая источник рудного вещества); 2) реконструкция основных факторов, совокупность которых определяет реализацию рудного потенциала магматических комплексов и образование месторождений. Главными объектами исследования будут расслоенные ультрабазит-базитовые интрузии с Cu-Ni-ЭПГ минерализацией, локализованные в пределах Сибирского кратона, а также массивы редкометалльных гранитоидов в разных регионах ЦАСП (Восточный Казахстан, Алтай, Забайкалье). Также определённое внимание будет уделено гранитоидным ассоциациям, с которыми связаны золоторудные месторождения.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     Блок 1.
     1. Будет обосновано положение центральных областей разновозрастных крупных изверженных провинций (LIP) Сибирского кратона и Центрально-Азиатского складчатого пояса.
     2. Будут получены данные о времени проявления, составе, источниках и особенностях петрогенезиса позднепалеозойских гранитоидных интрузивных ассоциаций Алтайской аккреционно-коллизионной системы как следствия взаимодействия Таримского мантийного плюма с литосферой.
     3. Будут выявлены стадии и особенности взаимодействия Таримского и Сибирского мантийных плюмов с литосферой Обь-Зайсанской складчатой системы в позднем палеозое – раннем мезозое.
     4. Будет определена специфика мантийного и корового магматизма разновозрастных крупных изверженных провинций Центрально-Азиатского складчатого пояса по сравнению с магматизмом других геодинамических обстановок.
     Блок 2.
     1. Будут определены возрастные рубежи, состав и источники расплавов, условия генерации и особенности эволюции магматических серий, входящих в состав «эталонных» аккреционных комплексов и вулкано-плутонических поясов центральной и восточной части ЦАСП (Тува, Западный Саян, Южный Тянь-Шань, Центральная и Западная Монголия, Забайкалье, Дальний Восток России).
     2. Будут реконструированы изменения источников и условий генерации первичных мантийных и коровых магм, механизмов их эволюции при смене геодинамического режима (с субдукционного на коллизионный и/или трансформный).
     3. Будет определена роль различных мантийных источников и коровой контаминации в формировании магм для палеопротерозойский габброидных и дайковых комплексов Шарыжалгайского выступа (юго-запад Сибирского кратона), оценен вклад субконтинентальной литосферы и других мантийных источников в формирование палеопротерозойских базитовых комплексов юга Сибирского кратона
     4. Будет определен характер мантийных источников для разновозрастных мафических магм, оценено влияние состава и возраста субконтинентальной литосферы на изотопные и геохимические параметры пород базитовых комплексов Сибирского кратона и его южного складчатого обрамления.
     Блок 3.
     1. Будут предложены модели фракционной кристаллизации сульфидной жидкости при формировании разных типов высокомедистых (низко- и высокосернистых) руд Талнахского и Октябрьского месторождений.
     2. Будут получены основные характеристики слабофракционированных руд Талнахской интрузии, показаны формы концентрирования в них тугоплавких платиноидов и проанализированы возможные механизмы их формирования.
     3. Будут получены новые данные о корреляции золотого и редкометалльного оруденения с магматическими комплексами Восточного Казахстана, установлена их позиция в схеме корреляции магматизма Алтайской аккреционно-коллизионной системы, что позволит перейти к прогнозированию золотого и редкометалльного оруденения в пределах аккреционно-коллизионных складчатых систем.
     Практическая значимость ожидаемых результатов определяется тем фактом, что они представляют собой фундаментальную научную основу для создания нового поколения методик регионального, локального прогноза и поиска месторождений стратегических полезных ископаемых в сложных геологических условиях. Создание подобного комплекса методик является первостепенной задачей для устойчивого воспроизводства в России минерально-сырьевой базы как основы для развития инновационной экономики.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Изучение механизмов формирования и закономерностей эволюции магматических комплексов и слагающих их пород, оценка их рудоносного потенциала и главных факторов его реализации – одна из важнейших составляющих геологической науки, имеющая как фундаментальное так и прикладное значение.
     В фундаментальном плане актуальность предлагаемых исследований определяется неразрывной связью магматизма и эволюции литосферы. Процессы частичного плавления в мантии и коре, сегрегация магм и подъем их к поверхности планеты являлись ведущим механизмом дифференциации вещества Земли и обеспечивали эффективный транспорт из недр к поверхности как тепловой энергии, так и летучих компонентов, что привело в конечном итоге к формированию атмосферы и гидросферы. На всех этапах существования нашей планеты магматическая активность сопровождала (а нередко и определяла) все главные эволюционные и катастрофические изменения. Таким образом исследование процессов формирования и эволюции магм является ключом к пониманию геологической истории Земли.
     Прикладной аспект поставленной проблемы обусловлен связью с проявлениями магматической активности подавляющего большинства рудных месторождений, обеспечивающих существование человеческой цивилизации. На рубеже II и III тысячелетий бурный научно-технический прогресс и связанные с ним изменения в мировом экономическом укладе обусловили резкое расширение перечня рудных компонентов, используемых в промышленности, и существенное изменение структуры их потребления. Это обусловило необходимость наращивания сырьевой базы целого ряда элементов, ранее имевших ограниченное использование, и поставило вопрос о разработке нового поколения методик прогноза и поиска месторождений новых и нетрадиционных типов. Особенно остро этот вопрос стоит в Российской Федерации, геологическая служба которой была почти полностью разрушена в ходе постсоветских реформ.
     В рамках предлагаемого проекта решение вопросов петрогенезиса и рудоносности магматических ассоциаций планируется на примере Сибирской платформы и Центрально-Азиатского складчатого пояса. Эти сопряженные в пространстве геологические структуры фиксируют практически полную летопись эндогенных событий (от архея до современности), характеризуются многократной сменой тектонических режимов, каждый из которых сопровождался специфическим набором магматических ассоциаций. Это дает возможность найти эталонные объекты и полигоны для решения всех поставленных в проекте задач.

---

3. • Название: Типы алмазоносных пород Сибирской платформы в геологическом времени и пространстве: причины вариаций интенсивности их проявлений и алмазоносности
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0030
   • Номер государственного учета: 122041400157-9
   • Руководитель: академик РАН Николай Петрович Похиленко
   • Лаборатории: Литосферной мантии и алмазных месторождений; Экспериментальной петрологии и геодинамики
   • Цель научного исследования: Изучение процессов формирования и петролого-геохимических характеристик алмазоносных пород Сибирской и других древних платформ; выявление причин вариаций интенсивности их проявлений и алмазоносности в различные временные периоды в различных блоках литосферы; фундаментальные основы прогнозирования алмазоносных пород.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     1. Обоснование новой парадигмы алмазоносности Сибирской платформы: комплексное изучение типов алмазоносных пород в геологическом пространстве и времени; выявление характера и причин вариаций состава, интенсивности проявлений, алмазоносности и форм отражения в осадочных коллекторах.
     2. Теоретическое и экспериментальное изучение процессов эволюции состава пород в вертикальном разрезе литосферной мантии различных районов Сибирской платформы и ее обрамления (по ксеногенному материалу мантийного происхождения из разновозрастных кимберлитов и иных магматитов мантийного происхождения).
     3. Теоретическое и экспериментальное изучение условий образования алмазов, ассоциирующих минералов и их постростовых изменений в восстановительных условиях мантии Сибирской платформы.
     4. Комплексное изучение импактитов и импактных алмазов Попигайской астроблемы: экспериментальное изучение плавления и кристаллизации тагамитов; изучение сохранности импактных алмазов в условиях графитизации и растворения; изучение взаимоотношения кубической фазы и лонсдейлита и природы лонсдейлита.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     1. Обоснование полигенности и полихронности типов алмазоносных пород Сибирской платформы, популяции связанных с ними алмазов.
     Характер и причины взаимосвязей интенсивности и алмазоносности проявлений среднепалеозойского этапа кимберлитового магматизма на территории Сибирской платформы.
     Разработка генетической классификации гранатов из перидотитов литосферной мантии в том числе на основе редкоэлементного состава и распределений РЗЭ в целях изучения эволюции литосферной мантии и использования в поисковых целях.
     2. Минеральный и химический состав пород и минералов мантийного происхождения из кимберлитов Сибирского кратона в сравнении с материалами с кратона Касаи (Ангола) и Архангельской алмазоносной провинции.
     Экспериментальное моделирование кристаллизации высокохромистых пиропов перидотитовой ассоциации в условиях верхней мантии Земли при участии флюида, обогащенного отдельными редкоземельными элементами.
     3. Онтогения алмазов как отражение эволюции литосферы, формы постростовых изменений алмазов. Исследование включений сложного карбонатитового состава в алмазах с целью выяснения состава материнских алмазообразующих расплавов/растворов глубинного происхождения. Изучение особенностей минералогии редких корундовых алмазоносных ксенолитов.
     4. Природа лонсдейлита в импактных алмазах, пути модификации структуры импактных алмазов.
     Экспериментальное исследование при высоких Р-Т параметрах графитизации импактных алмазов Попигайской астроблемы.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Комплексное изучение кимберлитов, их алмазов и ксеногенного материала мантийного происхождения дает ценнейшую информацию о процессах генерации расплавов в зоне взаимодействия литосферы и астеносферы, составе, строении и эволюции литосферной мантии древних платформ, образовании алмазов, формировании их месторождений. Все вместе дает фундаментальные основы совершенствования прогнозирования их месторождений. Комплексное изучение импактных пород и алмазов Попигайской астроблемы позволит получить новые знания о характере образования природного наноструктурированного алмаз-лонсдейлитового материала, его характеристиках и возможных областях использования.

---

4. • Название: Мантийно-коровые флюидно - магматические системы в континентальной и островодужной литосфере, их эволюция и рудоносность (по флюидным и расплавным включениям в минералах и изотопно-геохимическим данным)
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0035
   • Номер государственного учета: 122041400312-2
   • Руководитель: д.г.-м.н. Томиленко Анатолий Алексеевич
   • Лаборатория: Термобарогеохимии
   • Цель научного исследования: реконструкции состава летучих компонентов и окислительно-восстановительного режима минералообразования в литосферной мантии и выяснение условий генерации и кристаллизации мантийных базит-ультрабазитовых щелочных магм и флюидизированных магм в окраинно-континентальных и островодужных обстановках, а также условий образования золоторудных месторождений в метаморфических породах на основе комплексного изучения флюидных и расплавных включений в минералах и изотопно-геохимических данных.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     Блок 1. 2023 год – Определить состав флюидных включений в поликристаллических агрегатах алмаза из кимберлитовых трубок Якутской алмазоносной провинции и Южной Африки с помощью оптической микроскопии, КР- и ИК-Фурье спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии;
     Блок 2. 2023 год - По данным изучения включений минералообразующей среды во вкрапленниках базальтов и андезитов кальдеры Медвежья (о. Итуруп) изучить роль фракционирования исходных основных магм и смешения их с кислыми коровыми выплавками при формировании пород посткальдерного этапа вулканизма.
     Блок 3. 2023 год – Выяснить особенности состава летучих и расплавов при кристаллизации ультраосновных меймечитов маймечинской свиты Маймеча-Котуйской провинции (Полярная Сибирь) с помощью оптической и сканирующей электронной микроскопии, микрозондового анализа, КР-спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии;
     Блок 4. 2023 год - Определить Р-Т условия и флюидный режим формирования глубоких горизонтов Олимпиадинского золоторудного месторождения по керновым материалам; установить изотопные характеристики серы сульфидов, углерода и кислорода карбонатов, углерода углекислоты и гелия из флюидных включений.
     Блок 5. 2023 год – В условиях с контролируемым содержанием в ростовой среде углеводородов (в виде исходной смеси предельных углеводородов), азота (в форме N2 и NH4+- иона) и серы вырастить кристаллы берилла, содержащие флюидные включения, пригодные для термометрического и газово-хроматографического исследования. Ростовые условия ограничить температурой ~600оС и давлениями в пределах 1.0 – 3.5 кбар.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     Будут получены прямые данные о составе глубинных флюидов, в частности, о сложных углеводородных системах, имеющих большое значение для понимания условий образования и устойчивости природных алмазов. Будут получены принципиально новые данные, позволяющие реконструировать особенности глубинного цикла углерода, серы и азота, которые играли важную роль в формировании гидросферы и атмосферы Земли и развитии жизни на нашей планете.
     Будут получены оригинальные данные об источниках и характере поведения летучих компонентов в магмах коровых очагов вулканов, роли флюидных фаз, смешения и фракционирования расплавов в подготовке и развитии мощных кальдерных извержений и посткальдерного вулканизма в пределах Курило-Камчатской островодужной системы.
     На основе комплекса термобарогеохимических и хромато-масс-спектрометрических исследований расплавных и флюидных включений в минералах в совокупности с минералогическими и изотопно-геохимическими данными будут выяснены особенности поведения летучих компонентов и состава расплава при кристаллизации вулканитов и интрузивных пород щелочно-карбонатитовых комплексов Маймеча-Котуйской провинции, Полярная Сибирь.
     Будут получены новые данные, позволяющие расширить представления о физико-химических условиях формирования золоторудных месторождений в метаморфических комплексах. В частности, предполагается получить принципиально новые данные о роли и поведении углеводородных соединений в гидротермальных процессах транспорта и отложения рудных минералов, источниках флюидов и рудных компонентов в них.
     Будут построены диаграммы скоростей роста берилла в литиево-фторидных кислых гидротермальных растворах для температуры ~600°С и давлений в интервале 1.0 – 3.5 кбар и определены основные ориентировки затравок, пригодные для генерации в берилле синтетических флюидных включений. В условиях с контролируемым содержанием в ростовой среде углеводородов, азота и серы будут выращены кристаллы кварца, содержащие флюидные включения.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Проблема состава флюидных фаз в мантии по-прежнему является предметом жарких научных дискуссий и относится к числу наиболее важных для реконструкции процессов метасоматоза и плавления в литосферной мантии. Несомненно, более полное знание об особенностях состава и поведения углеводородного вещества в мантии позволит глубже понять причины происхождения алмазов и определить степень влияния глубинных литосферных флюидов на гидросферу и атмосферу Земли. Огромный интерес исследователей продолжает привлекать проблема состава летучих в процессах вулканизма в окраинно-континентальных и островодужных обстановках, которые во многом определяют ход развития субвулканических магматических очагов Земли. Актуальность изучения подобных систем определяется еще и тем, что они контролируют поведение и миграцию летучих компонентов, формируя малоглубинные рудообразующие и геотермальные газо-гидротермальные системы и влияют на изменения климата и химию атмосферы.
     Одной из фундаментальных проблем современной магматической петрологии по-прежнему является выяснение условий возникновения и эволюции щелочно-ультраосновных карбонатитовых расплавов как на уровне их зарождения, так и в процессе подъема к поверхности Земли. Несомненно, что решению этой проблемы будет способствовать выяснение особенностей, условий и механизма формирования летучих и их роли при формировании щелочно-ультраосновных карбонатитовых комплексов.
     Известно, что в углеродисто-терригенных комплексах заключено более половины всех запасов золота России и именно они определяют основной объем добычи этого металла на ближайшие десятилетия. Енисейский кряж является одним из богатейших и стратегически важных золоторудных районов в России. На его территории сконцентрировано огромное количество месторождений с запасами от первых десятков до нескольких сотен тонн золота. Поэтому получение новых данных о генезисе коренных месторождений данного типа на Енисейском кряже и научное обоснование критериев локализации богатого оруденения на основании изучения минералообразующих сред приобретает особое значение, как для фундаментальной науки, так и для поисково-разведочных работ.
     Использование синтетических флюидных включений, полученных в средах кристаллизации с a priori известным составом, является одним из ведущих методов, позволяющих совершенствовать методики изучения флюидных и расплавных включений в природных минералах. Одной из главных проблем в этой области является способ контролируемого получения включений в средах заданного состава при заданных Р и Т параметрах в разных минералах, используемых при термобарогеохимических исследованиях, что требует изучения процессов роста кристаллов, приводящих к захвату первичных включений, и механизмов их залечивания. Несомненно, важным является так же вопрос о возможности использования содержимого структурных (берилл) и сверхструктурных (турмалин) каналов для реконструкции флюидных режимов процессов минералообразования.

Свернуть  

 

1.5.10. География, геоэкология и рациональное природопользование  

1. • Название: Детальная стратиграфия, палеогеография и закономерности глобальных изменений климата и природной среды Сибири в четвертичном периоде для регионального прогноза
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0034
   • Номер государственного учета: 122041400243-9
   • Руководитель: д.г.-м.н. Владимир Сергеевич Зыкин
   • Лаборатория: Геологии кайнозоя, палеоклиматологии и минералогических индикаторов климата
   • Цель научного исследования: разработка высокоразрешающей стратиграфии на ключевых участках, проведение разномасштабных палеогеографических реконструкций для теплых и холодных эпох и установление пространственно-временных закономерностей эволюции природной среды и климата в четвертичном периоде Сибири для регионального экологического прогноза возможных последствий естественных глобальных изменений климата с выявлением вероятных реакций природных геосистем на колебания климата.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     1. Получение литолого-минералогические характеристики верхнеплейстоцен-голоценовых озерных осадков и субаэральных образований, приуроченных к различным ландшафтно-климатическим зонам Сибирского региона (юг Западной Сибири и Западное Забайкалье);
     2. Комплексом методов, включающим рентгеновскую дифрактометрию, ИК-спектроскопию, лазерную гранулометрию, сканирующую электронную микроскопию и др. провести анализ вещественного состава отложений, выявить структурно-кристаллохимические особенности отдельных минеральных фаз и их ассоциаций в датированных разрезах; с помощью математического моделирования рентгеновских дифракционных профилей осадков определить минералы-индикаторы палеоклимата.
     3. Установление детальной стратиграфической последовательности плейстоценовых отложений долины р. Иртыш в среднем течении и лессово-почвенной последовательности низкогорий и среднегорий Горного Алтая, верхнеплейстоценовых отложений долины р. Катуни, голоценовых донных осадков малых озер Западной Сибири и Забайкалья с выявлением последовательности фаун млекопитающих и пресноводных моллюсков на основании комплексного детального исследования опорных разрезов;
     4. Проведение реконструкций обстановок осадконакопления и биотических и климатических событий в конкретных опорных разрезах и установление их региональной последовательности, выявление местных и региональных особенностей их формирования, их межрегиональная и глобальная корреляция;
     5. Установление основных закономерностей эволюции природной среды и климата региона в четвертичном периоде при разномасштабных глобальных изменениях климата. Обобщение материалов по проекту.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     Ожидаемыми научными результатами будут новые знания о стратиграфии, осадконакоплении и закономерностях эволюции климата и природной среды, из которых основными будут являться:
     1) Комплексом аналитических методов, включающего рентгеновскую дифрактометрию, ИК-спектроскопию, лазерную гранулометрию, сканирующую электронную микроскопию будет определен вещественный состав осадков, установлены парагенезисы аутигенных минералов получена литологическая и минералого-кристаллохимическая характеристика плейстоцен-голоценовых озерных и субаэральных отложений юга Западной Сибири и Западного Забайкалья и проведена реконструкция эволюции природной среды и климата в позднем плейстоцене и голоцене. 2) усовершенствованные стратиграфические схемы ключевых участков плейстоцена Сибири; 3) последовательность фаун млекопитающих и пресноводных моллюсков и уточненная лессово-почвенная шкала плейстоцена Сибири; 4) реконструкция региональных разномасштабных климатических колебаний в плейстоцене и голоцене и их сопоставление с глобальными климатическими событиями Северного полушария на основе детальной геохронологии; 5) восстановление эволюция эолового рельефа Западной Сибири; 6) основных закономерностей эволюции природной среды и климата региона в четвертичном периоде при разномасштабных глобальных изменениях климата.
     Возможная практическая значимость результатов проекта связана с прогнозом развития глобальных и региональных изменений климата и их последствий, предсказанием конкретных обстановок природной среды в связи с температурными изменениями и оценкой устойчивости природных систем на изменения климата для выработки стратегии устойчивого развития исследуемого региона.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Актуальность проблемы определяется необходимостью установления закономерностей, причин и механизмов происходящих в настоящее время глобальных изменений климата и природной среды, выяснению их проявления в конкретных регионах и выявлению зависимости компонентов природной среды с изменениями температуры. Усиление катастрофических процессов, связанных с глобальным потеплением, в последнее время привело к признанию, что изменения климата, происходящие на планете, являются главной мировой угрозой существованию человечества. Для выработки мер, необходимых для смягчения климатической угрозы и адаптации к грядущим трансформациям природной среды необходим прогноз их развития на ближайшее будущее. Тем не менее, многие вопросы изменения климата остаются противоречивыми и являются предметом острых дискуссий. Исходя из современного состояния климатической системы планеты и очень коротких рядов наблюдений за изменениями температуры и количеством парниковых газов в атмосфере, невозможно определить степень реальной опасности глобальных изменений климата и выявить их последствия. Особенно слабо изучено воздействие глобальных климатических событий на конкретные регионы планеты. Неоднозначность прогноза региональных изменений температуры и атмосферных осадков при развитии глобального потепления с помощью современных моделей климата предполагает использование палеоклиматических данных в качестве одного из необходимых источников информации для разработки прогнозных аналоговых сценариев развития природной среды ближайшего будущего, как для планеты в целом, так и для ее конкретных регионов. Только на фоне детального изучения флуктуаций климата в геологическом и историческом прошлом можно понять и оценить происходящие ныне глобальные и региональные изменения.

Свернуть  

 

1.5.12. Метрология и цифровизация в науках о Земле  

1. • Название: Технологии решения типовых задач в области наук о Земле методами ГИС и ДЗ. Пространственно-временной анализ и геоинформационное моделирование геосистем 
   • Код (шифр) научной темы: FWZN-2022-0028
   • Номер государственного учета: 122041400252-1
   • Руководитель: д.г.-м.н. Иван Дмитриевич Зольников
   • Лаборатория: Геоинформационных технологий и дистанционного зондирования
   • Цель научного исследования: разработка и апробация геоинформационных технологий решения типовых задач в области наук о Земле. Выявление пространственно-структурных закономерностей и динамики геосистем, в т.ч. средствами геоинформационного анализа и информационного моделирования.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     2. Комплексом методов, включающим рентгеновскую дифрактометрию, ИК-спектроскопию, лазерную гранулометрию, сканирующую электронную микроскопию и др. провести анализ вещественного состава отложений, выявить структурно-кристаллохимические особенности отдельных минеральных фаз и их ассоциаций в датированных разрезах; с помощью математического моделирования рентгеновских дифракционных профилей осадков определить минералы-индикаторы палеоклимата.
     3. Установление детальной стратиграфической последовательности плейстоценовых отложений долины р. Иртыш в среднем течении и лессово-почвенной последовательности низкогорий и среднегорий Горного Алтая, верхнеплейстоценовых отложений долины р. Катуни, голоценовых донных осадков малых озер Западной Сибири и Забайкалья с выявлением последовательности фаун млекопитающих и пресноводных моллюсков на основании комплексного детального исследования опорных разрезов;
     4. Проведение реконструкций обстановок осадконакопления и биотических и климатических событий в конкретных опорных разрезах и установление их региональной последовательности, выявление местных и региональных особенностей их формирования, их межрегиональная и глобальная корреляция;
     5. Установление основных закономерностей эволюции природной среды и климата региона в четвертичном периоде при разномасштабных глобальных изменениях климата. Обобщение материалов по проекту.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     В части разработки методик: Методики создания дистанционной основы (ДО) нового поколения для целей среднемасштабного геологического картирования северных территорий России. Методики вероятностного анализа и поиска геологических объектов по заданным спектральным характеристикам, а также другим формализованным и измеряемым признакам. Методики интеграции разнородных геологических данных, и их совместного (сквозного) анализа для геологического, геоморфологического, геокриологического картографирования и оценки современного состояния систем окружающей среды и палеореконструкций.
     Методики подготовки и коррекции цифровых пространственных данных, полученных с использованием методов дистанционного зондирования (включая цифровые модели рельефа).
     В части предметно-тематических исследований: Геоинформационная модель пространственно-временной структуры палеосреды и системы жизнеобеспечения древнего человека и его связей с мегафауной за последние 50 тысяч лет на ключевых районах региона. Гидроклиматическая эволюция областей «гидросферных катастроф» Северной Монголии и пограничных районов России — изучение озер, уровни которых значительно повышались в голоцене. Изучение природных архивов, в которых зафиксирована эволюция опасных и катастрофических процессов в Центральной Азии — вулканичекая деятельность, затопления и, наоборот, спуски вод. Трансрегиональные исследования природных изменений в Центральной Азии в голоцене и позднем плейстоцене. Пространственное распределение обсидиана на Северо-Востоке Сибири по геохимическим данным (на примере бассейна р. Омолон). Реконструкция системы жизнеобеспечения древнего человека в Сибири и на Дальнем Востоке России на основе комплексного анализа (хронология, источники каменного сырья, пищевые преференции), вуключая отработку надежной методики радиоуглеродного датирования костей ископаемых животных и древних людей.
     Выявление закономерностей осадконакопления и реконструкции изменений окружающей среды и климата внутренних бассейнов Барабинско-Кулундинской области юга Западной Сибири. Хронология и палеогеография максимума последнего оледенения Сибири в связи с заселением древним человеком севера Евразии.
     В процессе выполнения проекта предполагается разработка, создание и пополнение баз геоданных по геологии, палеонтологии, геохронометрии, геохимии, геоархеологии, геофизике и др. направлениям в области наук о Земле.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Серия стратегических задач, ставящихся в настоящее время Президентом и Правительством РФ, касающихся проблем освоения северных и дальневосточных территорий, а также глобальные вызовы, включая проблемы изменения климата, баланса водных и биоресурсов, требуют качественного изменения подходов к способам и основам изучения, мониторинга и прогнозирования. На государственном уровне, это становится вызовом для российской фундаментальной и прикладной науки. Необходим переход от моделей, основанных на гипотезах, к моделям, основанным на количественных и полуколичественных измерениях.
     Традиционные подходы к решению задач мониторинга и исследования состояния окружающей среды основываются преимущественно либо на описательных моделях (полнота и достоверность которых зависят в основном от имеющихся аналитических данных) и/или на физических моделях изучаемых процессов. Эти подходы зачастую вступают в противоречие друг с другом или существенно эволюционируют в соответствии с изменениями парадигмы представления об объекте исследования или в связи с появлением новых данных, противоречащих полученным ранее. Особенно это заметно в решении геологических задач, где большая часть информации является косвенной, в том числе по причине фактора времени. Вместе с тем, непрерывно расширяющийся набор аналитических методов, включающих методы прямого наблюдения за изменяемыми параметрами обстановок окружающей среды создают все более объемный (зачастую непрерывный) поток разнородных данных, которые требуют все больших усилий по их систематизации. Несмотря на широкое использование современных компьютерных технологий, применяемых для передачи, хранения, и обработки данных, наблюдается некоторый разрыв, особенно в России, между современными технологическими возможностями, которые предлагают разработчики ГИС, и реальными теоретическими и прикладными работами геологов. В практике эко- и геологических исследований эти технологии используются недостаточно или не на должном уровне. Классические формы представления информации о внутреннем строении, эволюции и процессах, происходящих в природных системах (карта, схема, разрез) вступают в противоречие с задачами создания гетерогенных информационных систем, поскольку требуют точного соответствия информации (тип, структура, формат и т.п.), поступающей из различных источников, требованиям модели изучаемого процесса. Необходимо создание новых моделей данных, удовлетворяющих требованиям пространственной обработки и одновременно базирующихся на моделях наблюдений за объектами окружающей среды в стационарных, мобильных и дистанционных условиях, а также разработка новых и адаптация существующих методик обработки пространственной и пространственно-временной информации.
     Особое значение имеет дистанционное зондирование Земли. В части исследования природных ресурсов, мультиспектральные и гиперспектральные сенсоры современных систем дистанционного зондирования Земли, теперь не просто фотографируют Землю, но являются спектрометрами, количественно измеряющими характеристики и свойства поверхности планеты. Однако, для того, чтобы получить из спутниковой «фотографии» количественную или полуколичественную модель результата ИЗМЕРЕНИЙ для области наук о Земле, необходимо создание цифровой производной съемки, которая, будет удовлетворять условиям улучшения результатов геологического картирования, разведки полезных ископаемых, цифрового картирования почв и установления исходных экологических условий для понимания и реагирования на продовольственную безопасность, изменения климата, прогнозировать ухудшение состояния окружающей среды, водного баланса и угрозы биоразнообразию. Для этого необходимо разработать дистанционную основу (ДО), которая должна обеспечивать возможности качественного (полуколичественного) дешифрирования геологических и тектонических границ, распознавания пород по вещественному составу, эффективный поиск отложений по заданным критериям.
     Для верификации разработанных методик, и полученных на их основе данных требуется проведение предметно-тематических исследований, включающих ГИС-анализ и моделирование современных природно-антропогенных геосистем; выявление закономерностей динамики озер, мерзлоты, ледников, негативных и опасных экзогенных геологических процессов в условиях глобальных изменений природной среды. Проведение палеогеографических исследований с использованием методов ГИС и ДЗ для реконструкции обстановок палеосреды недавнего прошлого и систем расселения древнего человека в Сибири и на прилегающей территории.

Свернуть