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: реконструкции 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.
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     Предполагается проведение совместных научно-исследовательских работ: с Вилюйской ГРЭ АК «АЛРОСА» (ПАО), ТПУ и ИАЭТ СО РАН. В рамках работ с с Вилюйской ГРЭ АК «АЛРОСА» (ПАО) планируется изучение типоморфных особенностей шпинелидов из различных магматических и осадочных пород юго-западной части Сибирской платформы с целью прогноза пространственного расположения потенциально алмазоносных пород в границах южного обрамления Сибирской платформы. Сотрудничество с ТПУ предполагает участие в создании станции 1-1 ЦКП СКИФ. В рамках совместных исследований с ИАЭТ СО РАН планируется построение палеореконструкций по озерам Алтая.
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     Коллектив имеет обширный задел по предложенному проекту. Он определяется большим количеством ежегодно издаваемых публикаций, оригинальными разработанными исследовательскими методиками, набором аналитического оборудования к которому имеется доступ, объектами изучения, многие из которых представляют собой исследовательские полигоны, на которых наблюдения осуществляются длительное время и с участием специалистов из различных научных центров России и других стран.
     Коллектив лаборатории литогеодинамики осадочных бассейнов ежегодно выполняет государственное задание по количеству и качеству публикаций. Ежегодно сотрудники лаборатории публикуют статьи в журналах Q1 Wos. Семь участников предлагаемого проекта входят в список Штерна, объединяющего высокоцитируемых ученых. Крупным научным обобщением по всестороннему изучению состава осадочных последовательностей является монография «Ограничения и возможности литогеохимических и изотопных методов при изучении осадочных толщ» вышедшая в 2018 году, соавторами которой являются руководитель предлагаемого проекта Е. Ф. Летникова и участник проекта – А. В. Иванов. Е.Ф.Летниковой в соаторстве с А.В.Ивановым и А.И. Прошенкиным в 2020 году издана монография «Позднедокембрийские осадочные бассейны Тувино-Монгольского микроконтинента». В этих двух монографиях исполнители обобщили собственные материалы рудам венд-кембрийских месторождений марганца, глинозема, рудопроявлениям баритов.
     
     Среди последних достижений можно отметить следующие результаты:
     1. Установлены следы плейстоценовых флювиальных катастроф в горном обрамлении Котловины Больших Озер Монголии.
     2. Установлено, что в межгорных впадинах юго-западной Тувы основа современных ландшафтов была заложена в плейстоцене в ходе покровного оледенения и его деградации. Катастрофические спуски ледниково-подпрудных озер во впадинах сопредельных районов Алтая и Тувы произошли ранее 10 тыс. л. н.
     3. Установлено влияние на результаты радиоуглеродного датирования переотложения древнего органического материала во впадинах и тектоногенных долинах ЮВ Алтая. На современном уровне развития радиоуглеродного метода полное разделение «древнего» и «молодого» углерода в образцах невозможно. Такое смешение приводит к получению 14С дат, которые не характеризуют ни истинный возраст органического материала, ни время его переотложения, и влияет на корректность геохронологических реконструкций плейстоцена.
     4. Проведено исследование современных морских и континентальных донных осадков с использованием источников синхротронного излучения (установки «MegaScience»).
     5. В пределах северо-западной части Алтае-Саянской складчатой области выявлено наличие трех сближенных поверхностей выравнивания, выработанных на абсолютных высотных отметках 200, 250 и 300 м. Высота каждой из поверхностей отражает длительную стабилизацию уровня Мирового океана на рубеже раннего и позднего мела, в позднем мелу - раннем палеогене и в раннем - среднем палеогене.
     6. Обобщение данных по результатам U-Pb датирования детритовых цирконов из позднедокембрийских и палеозойских песчаников юго-запада Сибирской платформы позволили проследить основные этапы тектоно-магматической активности в ее пределах. Отмечены характерные для Сибири архейские и раннепротерозойские источники сноса, а также этап магматической активности на рубеже 630 млн лет, который связывают с базитовым, в том числе щелочным, магматизмом в обстановках континентального растяжения. 7. Установлен вендский возраст осадконакопления тассевской серии западной окраины Сибирской платформы. 8. Изучена эволюция источников сноса мезозойских внутриконтинентальных осадочных бассейнов киргизского Тянь-Шаня, в связи с ростом мезозойских горных сооружений. В данном регионе выявлены раннекиммерийское (200 млн лет) и позднекиммерийское (140-130 млн лет) орогенные события. 9. С использованием точных временных моделей, основанных на подсчете годовых слоев и изотопном датировании, получены хронологии осадконакопления в озерах таежной и степной зон Восточной Сибири для двух последних тысячелетий. 10 Создана методика аналитической микростратиграфии керновых проб донных осадков с использованием микро-РФА с возбуждением синхротронным излучением. 10. Установлен рифейский этап накопления железо-марганцевых руд в юго-восточной части складчатого обрамления Сибирской платформы и показана несинхронность в формировании в девоне железо-марганцевых руд Жайремского рудного поля в Центральном Казахстане.
     
     У коллектива имеется оборудование для выполнения проекта. Для работы на озерах, участниками проекта создан мобильный пробоотборный комплекс - легкое плавсредство с ручным подъемным механизмом и современными пробоотборниками. Создан набор седиментационных ловушек. Исполнители проекта имеют доступ к современному аналитическому оборудованию, которым оснащен ЦКП Многоэлементных и изотопных исследований СО PAН. На базе ЦКП «Сибирский центр синхротронного излучения» совместно с сотрудниками ИЯФ СО РАН активно ведется развитие метода РФА СИ. У коллектива исполнителей проекта имеется доступ к аналитическим комплексам, включая ЦКП, для изотопно-геохимических исследований российских и зарубежных научных центров, где исполнители проекта проводят аналитические работы (ГЕОХИ РАН (Sm-Nd изотопия), ИГГ УрО РАН и ИЗК СО РАН (Sr изотопия), ИЯФ СО РАН (РФА-СИ), СФУ (дендрохронология), научные центры Бельгии (термохронология апатита), Китая и Австралии (U-Pb датирования детритовых цирконов), Польши (датирование кайнозойских отложений).
     Современное осадконакопление в озерах Шира, Иткуль, Телецкое изучается ежегодно, в том числе при помощи донных ловушек на протяжении двух десятилетий, что дает уникальный материал о процессе осадконакоплении в реальном времени.
     Коллектив проекта располагает коллекциями образцов горных пород и других материалов (пробы органических остатков), а также готовых препаратов для исследования (монофракции минералов, шлифы, пластинки, керновые пробы), характеризующими объекты исследования и полученными в ходе экспедиционных работ в том числе в труднодоступные районы (высокогорный пояс Алтая, район Тунгусской импактной структуры и др.).
   • Исполнители: Агатова Анна Раульевна, Бабич Валерий Васильевич, Ветров Евгений Валерьевич, Ветрова Наталья Игоревна, Дарьин Андрей Викторович, Иванов Александр Владимирович, Калугин Иван Александрович, Летникова Елена Феликсовна, Маркович Татьяна Ивановна, Непоп Роман Кириллович, Нечаев Иван Олегович, Новиков Игорь Станиславович, Прошенкин Артем Игоревич.

---

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: 
     Целью проекта является получение структурно-вещественных характеристик для выделения аккреционных и коллизионных орогенов Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП), выявления взаимосвязей их формирования с Сибирской платформой и мантийными плюмами. Проект состоит из трех блоков:
     Блок I. Геодинамический (руководитель: д.г.-м.н., гнс , по совмещению зав. лабораторией геодинамики и магматизма № 212 ИГМ СО РАН М.М. Буслов).
     1.Геодинамика и тектоника ЦАСП: основные закономерности строения и формирования аккреционных и коллизионных орогенов, роль плюмов, микроконтинентов гондванской группы и крупноамплитудных сдвигов как основы для составления геологических, тектонических и геодинамических карт, схем металлогенического районирования, развитие метода U-Pb датирования цирконов в решении задач определения возрастов геодинамических событий, эволюции орогенов и осадочных бассейнов.
     2. Осадочные бассейны, рост и деформации коры Азии в мезозое-кайнозое: формирование внутриконтинентальных орогенов и осадочных бассейнов как результата дальнего тектонического воздействия коллизий на границах плит, развитие метода трекового датирования в решении задач возраста и масштабов проявления орогенов.
     Блок II. Магматический (руководитель: д.г.-м.н., г.н.с. лаб. № 212 В.А. Симонов).
     1.Геодинамика палеоокеанического магматизма ЦАСП в сравнительном анализе с оригинальными данными по современным океаническим областям: геодинамические и физико-химические условия формирования офиолитовых ассоциаций ЦАСП в сравнительном анализе со структурами из современных океанических областей (океаны Атлантический и Тихий).
     2.Плюмовый магматизм Центральной Азии и Сибирской платформы: условия генерации и физико-химические параметры плюмовых базальтовых магматических систем ЦАСП, базитового и ультрабазитового плюмового магматизма на Сибирской платформе.
     Блок III. Экспериментальное и теоретическое моделирование тепловой и гидродинамической структуры термохимических плюмов (руководитель: д.г.-м.н., зав. лабораторией № 445 ИГМ СО РАН А.А. Кирдяшкин).
     1. Построение моделей взаимодействия термохимического плюма с верхней мантией в континентальных областях и в зонах субдукции на основе использования геологических данных, термодинамических характеристик горных пород и физико-химических параметров магматических расплавов.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     2024
     Блок 1.
     1.Выяснить основные закономерности строения и формирования аккреционных и коллизионных орогенов в Центрально-Азиатском складчатом поясе (ЦАСП), их взаимоотношений с Сибирской платформой.
     Блок 2.
     1.Установить характерные черты физико-химических и геодинамических процессов развития магматических систем, формировавших палеоокеанические ассоциации ЦАСП и внутриплитные плюмовые базит-ультрабазитовые комплексы Сибирской платформы.
     Блок 3.
     1. На основе моделирования и геологических данных определить влияние мощности термохимического плюма на глубину расположения его кровли и влияние глубины залегания кровли плюма и взаимного расположения группы плюмов на изменение рельефа поверхности.
     2. На основе лабораторного и теоретического моделирования и геологических данных определить тепловую и гидродинамическую структуру и основные параметры мантийного плюма промежуточной мощности, действующего в районе тройного сочленения срединно-океанических хребтов, на примере плюма Буве (Южная Атлантика).
     3. На основе экспериментального и теоретического моделирования определить закономерности влияния силы Кориолиса во вращающейся системе на структуру свободно-конвективных течений в канале и на подошве термохимического плюма.
     2025
     Блок 1.
     1.Выявить закономерности формирования ЦАСП и Сибирской платформы, показать роль плюмов и крупноамплитудных сдвигов.
     Блок 2.
     1.Определить взаимосвязи магматических процессов развития структур древних океанов в ЦАСП и плюмовых комплексов Сибирской платформы с геодинамическими системами.
     Блок 3.
     1.Определить тепловую и гидродинамическую структуру Таримского термохимического плюма на основе экспериментального и теоретического моделирования и геологических данных о его поверхностных проявлениях.
     2026
     Блок 1.
     1.Подготовить методические основы составления геодинамических и тектонических карт Северной Евразии и отдельных ключевых регионов для позднего докембрия - фанерозоя, палеотектонических реконструкций формирования Азиатского континента.
     Блок 2.
     1.Выяснить особенности эволюции магматизма в ходе геодинамического развития глобальных типов тектонических структур в ЦАСП и на Сибирской платформе
     Блок 3.
     1. На основе моделирования и геологических данных представить развитие во времени поднятий над отдельными плюмами и группами плюмов при их различном взаимном расположении. Определить условия выхода термохимических плюмов на поверхность образовавшегося поднятия и их параметры.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     2024
     Результаты по блокам 1 и 2.
     1.Составлены геодинамическая и тектоническая схемы ЦАСП и отдельных ключевых регионов для позднего докембрия – палеозоя как результат дальнего тектонического воздействия коллизии Восточно-Европейского континента с Северной Евразией. Показано роль крупноамплитудных сдвигов в деформациях и металлогении ЦАСП. Выявлены взаимосвязи формирования сдвигов, горообразования и осадконакопления в крупных угольных бассейнах ЦАСП.
     2.В результате термобарогеохимических и минералогических данных определены геодинамические и физико-химические условия магматических систем, формировавших палеоокеанические ассоциации ЦАСП и базит-ультрабазитовые комплексы Сибирской платформы.
     Результаты по блоку 3.
     1. По данным моделирования будут определены величины тепловой мощности на подошве плюма и соответствующие глубины расположения кровли плюма. Будут оценены время выхода плюма на стационарный режим теплообмена между каналом плюма и окружающей мантией. По данным моделирования и с использованием геологических данных будет определена высота поднятия и рельеф для различных времен образования поднятия, глубин залегания кровли плюма и относительных расположений плюмов.
     2. На основе данных лабораторного и теоретического моделирования будет представлена схема канала термохимического плюма промежуточной мощности, выплавляющегося в мантии от ядро–мантийной границы и будут определены тепловая мощность и диаметр плюма Буве, действующего в зоне тройного сочленения срединно-океанических хребтов в Южной Атлантике. Будет определен геодинамический режим плюма Буве и представлено взаимодействие плюма Буве с системой верхнемантийных свободно–конвективных течений в районе Буве.
     3. Будут представлены результаты экспериментального моделирования структуры течения у подошвы плюма в условиях влияния силы Кориолиса во вращающейся системе и в отсутствие вращения. Будут представлены вихревая структура в зависимости от тепловой мощности на подошве плюма и ее возможное влияние на магнитное поле.
     2025
     Результаты по блокам 1 и 2.
     1.Составлены геодинамическая и тектоническая схемы Северной Евразии и отдельных ключевых регионов для позднего докембрия – палеозоя как результат сложного взаимодействия тектонических плит Палеопацифики и Палео-Азиатского океана.
     2.Выявлены основные закономерности строения и формирования ЦАСП как аналога современной структуры юго-восточной Азии, в эволюции которой участвуют Индо-Австралийская и Тихоокеанская плиты. Они являются современными аналогами плиты Палеоазиатского океана и Палеопацифики.
     3.На основе исследования расплавных включений выяснены особенности геодинамики магматических процессов развития палеоокеанических структур в ЦАСП и плюмовых комплексов Сибирской платформы
     Результаты по блоку 3.
     3.1. По геологическим данным и данным моделирования будут оценены структура и параметры Таримского плюма.
     2026
     Результаты по блокам 1 и 2.
     1.Составлены геодинамические и тектонические карты- схемы Северной Евразии и отдельных ключевых регионов для позднего докембрия- фанерозоя, создана модель палеотектонических реконструкций формирования Азиатского континента.
     2.В результате петрологических, минералогических и термобарогеохимических исследований установлены условия геодинамических и магматических процессов формирования глобальных типов тектонических структур в ЦАСП и на Сибирской платформе
     Результаты по блоку 3.
     1. Будет представлена эволюция поднятия и оценено время выхода плюмов на поверхность поднятия, формирующегося под их воздействием.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Актуальность проблемы обусловлена тем, что эволюция литосферы теснейшим образом связана с развитием океанов, процессами в субдукционных зонах и воздействием мантийных плюмов. Об этом свидетельствуют многочисленные публикации последних лет, показывающие значительную роль палеоокеанических и плюмовых комплексов при формировании складчатых поясов. В частности, выяснено, что структура Азиатского континента представлена образованиями двух континентальных плит, состоящих из океанической коры, островных дуг и микроконтинентов, сформировавшихся при участии плюмов. Установлено также, что взаимодействие тектонических плит и плюмовый магматизм оказали влияние как на формирование Азиатского континента, так и на экологию, климат и развитие жизни на Земле. Актуальность исследований в области геодинамического моделирования мантийных плюмов определяется необходимостью:
     1) экспериментального и теоретического моделирования плюмов различной тепловой мощности, которая обусловливает различный характер прорыва плюма на поверхность и различные геологические проявления этих плюмов (плюмы, создающие крупные поднятия поверхности, алмазоносные плюмы, плюмы с грибообразной головой, плюмы крупных магматических провинций (КМП) и плюмы, образующиеся на границе верхняя – нижняя мантия в зонах субдукции);
     2) выяснения тепловой и гидродинамической структуры верхних ячеек канала плюма и анализа процессов теплообмена в них;
     3) определения влияния мантийных термохимических плюмов на скорость образования и высоту поднятий поверхности и рассмотрения основных сил, вызывающих деформации поднятий;
     4) исследований термодинамических характеристик минералов и горных пород и использования их результатов для построения моделей мантийных термохимических плюмов. Решение указанных вопросов требует необходимости анализа геодинамических моделей на основе данных теплофизического (лабораторного и теоретического) и данных исследований основных термодинамических характеристик минералов и их твердых растворов.
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     Совместно с Казахстанско-Британским техническим университетом (г.Алма-ата), Китайским университетом геологических наук (г. Пикин) и Китайским университетом геологических наук (г. Вухань) будут проводиться совместные работы по доизучению тектоники и геодинамики Центрально-Азиатского складчатого пояса с массовым получением геохронологических и геохимических данных по ключевым геологическим объектам.
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     В результате комплексных исследований в коллективе накоплен большой объем геологических, петрологических, геохимических и изотопных данных на основе которых охарактеризованы возрасты, вещественный состав, структура и геодинамика формирования позднепротерозойско-палеозойских комплексов Центрально-Азиатского складчатого пояса (ЦАСП) (Добрецов, Буслов, 2007, 2011, 2012; Буслов, 2011, 2014; Буслов и др., 2013; Симонов и др,, 2008, 2014; Ножкин и др., 2017, 2019; Зиновьев и др., 2018; Куликова и др., 2018; Абилдаева и др., 2019). Разработано представление об определяющей роли крупноамплитудных позднепалеозойских сдвигов в формировании структуры ЦАСП (Буслов и др., 2003, 2009; Buslov et al., 2004, 2017, 2018). На основе геологического картирования, тектонического и геодинамического анализа, применения геохронологических и геохимических данных рассмотрена тектоно-магматическая эволюция океанической коры и плюмов при развитии структур различных частей ЦАСП (Буслов, 2011, 2014; Добрецов, Буслов, 2012). Разработано представление о формировании кайнозойской внутриконтинентальной структуры Центральной Азии как результат передачи деформаций от коллизии Индийского континентов на дальние расстояния по «принципу домино» через «жесткие» структуры докембрийских микроконтинентов (Буслов и др., 2007; Буслов, 2012; Dobretsov, Buslov, 1996, Buslov et al., 2006; De Grave, Buslov, 2007). Обоснована сложная геодинамическая история формирования горного обрамления и осадочного выполнения Кузнецкого и Канско-Ачинского бассейнов в мезозое, Иссык-Кульского, Телецкого и Курайско-Чуйского бассейнов в кайнозое (Буслов и др., 1999, 2010, 2012; Buslov et al., 2007; Buslov, 2008; Devis, Buslov, 2007; Le Heron, Buslov, 2008).
     В последние годы большое внимание в исследованиях коллектива уделяется палеоокеаническим ассоциациям ЦАСП и плюмовым магматическим комплексам Сибирской платформы. На основе минералогических, геохимических и термобарогеохимических данных выяснены условия физико-химических и геодинамических процессов формирования офиолитовых ассоциаций Горного Алтая и Кузнецкого Алатау (Симонов и др., 2020; Kotlyarov et al., 2018), а также установлены параметры неопротерозойского и раннекембрийского плюмового магматизма Палеоазиатского океана (Симонов и др., 2010, 2020). В результате исследования расплавных включений, а также на основе данных по составам минералов и пород, установлены физико-химические параметры и геодинамические условия формирования рудоносных комплексов Восточной Тувы в древней переходной зоне океан-континент (Симонов и др., 2019; Симонов, Масленников, 2020).
     На основе анализа расплавных включений в хромшпинелидах установлены физико-химические условия кристаллизации пород ультраосновных массивов Сибирской платформы (Симонов и др., 2010, 2011, 2016, 2017). В результате расчетного моделирования с использованием данных по расплавным включениям выяснены особенности эволюции условий кристаллизации базальтовых и пикробазальтовых расплавов Сибирской платформы в глубинных магматических камерах (Симонов и др., 2019). Исследования магматических комплексов архипелага Земля Франца-Иосифа (Северный Ледовитый океан) (Симонов и др., 2019) дали возможность получить значительный объем фактически эталонных данных о физико-химических параметрах внутриплитного плюмового магматизма для сравнительного анализа с результатами исследования магматизма Сибирской платформы.
     У коллектива имеется обширный научный задел по моделированию термохимических плюмов, который будет использован для достижения целей исследований плюмового магматизма ЦАСП и Сибирской платформы. В качестве модели термохимического плюма используется представление, в котором мантийный термохимический плюм формируется на границе ядро–мантия, течение расплава в канале плюма происходит в условиях нестационарной свободной конвекции (Кирдяшкин и др., 2004; Dobretsov et al., 2008). В основу исследований, выполняемых в рамках настоящего проекта, положена диаграмма геодинамических режимов мантийных плюмов (Kirdyashkin et al., 2016). С использованием этой диаграммы выделены следующие типы плюмов: плюмы малой тепловой мощности, которые не достигают поверхности и создают ее значительные поднятия (Kirdyashkin A.G., Kirdyashkin А.А., 2015); плюмы промежуточной мощности, выносящие расплав с глубин, больших 150 км (Kirdyashkin А.А., Kirdyashkin А.G., 2016); плюмы, образующие грибообразную голову при плавлении корового слоя и ответственные за образование крупных интрузивных тел и плюмы большой тепловой мощности (Kirdyashkin et al., 2016). На основе лабораторного и теоретического моделирования установлены геодинамические условия излияния расплава из канала мантийного термохимического плюма (Кирдяшкин и др., 2005), представлена структура плюмов малой и промежуточной тепловой мощности и плюмов крупных магматических провинций, представлены способы и соотношения для оценки их тепловой мощности (Kirdyashkin A.G., Kirdyashkin А.А., 2016).
     На основе экспериментального и теоретического моделирования гидродинамики и теплообмена в зоне субдукции и геологических данных определены силы, вызывающие движение субдуцирующей плиты, и найдены коэффициенты трения на границе плиты с мантией на континентальном крыле зоны субдукции (Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., 2014).
     Одной из основных проблем геологии является установление физико-химических условий в глубинных зонах литосферы и верхней мантии, в том числе, в зонах активного действия мантийных плюмов. Для расчетов этих условий используются основные термодинамические характеристики минералов и их ассоциаций. В интервале температур 103-630 K было экспериментально изучено термическое поведение никельсодержащего оливина - либенбергита (Ni2SiO4) (Gartvich, Galkin, 2019).
   • Исполнители: Буслов Михаил Михайлович, Кирдяшкин Алексей Анатольевич, Кирдяшкин Анатолий Григорьевич, Симонов Владимир Александрович, Леснов Феликс Петрович, Ножкин Александр Дмитриевич, Дистанов Валерий Элимирович, Жимулев Игроь Федорович, Зиновьев Сергей Валентинович, Котляров Алексей Васильевич, Банушкина Софья Викторовна, Куликова Анна Викторовна, Голицына Зоя Фридриховна, Гладков Игорь Николаевич, Рубанова Елена Сергеевна, Бишаев Юрий Александрович, Фидлер Марина Анатольевна, аспирант Зиндобрый Виктор Дмитриевич.

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.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     2024 г
     1. Провести петролого-геохимические исследования щелочных пород массива Удкуска.
     2. Изучить включения в щелочных метасоматитах Кондерского массива
     3. Изучить влияние щелочей (Na, K) и лиганд на кристаллизацию акцессорных минералов в щелочных породах
     2025-2026 гг
     Получить изотопно-геохимическую (Sr, Nd) характеристику щелочных пород
     Изучить формы нахождения F, Cl, S, CO2 при магмо- и рудообразующем процессах.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     2024 г.
     1. Определены петрологические особенности формирования щелочных пород массива Удкуска
     2. Определены устойчивость, вхождение щелочей (Na, K) и лиганд в структуру акцессорных минералов из щелочных пород в зависимости от состава растворов
     3. Определены физико-химические условия формирования метасоматитов Кондерского массива.
     2025-2026 гг.
     Будет дана характеристика источников вещества щелочных пород Будет определено влияние F, Cl, S, CO2 в магмо- и рудообразующем процессах.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Изучение щелочного магматизма является актуальным, поскольку с щелочными комплексами связаны месторождения разных типов стратегически важного минерального сырья: редкие (Nb, Ta, Zr, Li и др.) редкоземельные (REE), радиоактивные (U, Th) и благородные (Au, Ag, Pt) металлы, а также месторождения апатита, флюорита и другие. Кроме того, щелочной магматизм несет уникальную информацию о составе и физико-химических параметрах глубинных геосфер. С его изучением связана расшифровка механизмов происходящих мантийных процессов, включая окислительно-восстановительные условия, и процессы мантийно-корового взаимодействия, определение взаимосвязи между различными типами щелочного магматизма и связанного с ними оруденения (разный уровень глубин в пределах верхней мантии; различные типы мантийного метасоматоза и/или поведения различных метасоматических минералов при частичном плавлении и окислительно-восстановительные условия генерации магм и сопровождающих флюидов).
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     Сотрудничество с Китайскми Университетом Геонаук в Пекине (China University of Geosciences) (профессор Т. Ху (Tong Hou)) - совместные экспериментальные исследования расплав-твердое вещество-флюид.
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     Участники проекта занимаются проблемами щелочного магматизма Сибирского кратона и Центрально-Азиатского складчатого пояса, у коллектива исполнителей накоплен большой опыт в проведении исследований, аналогичных запланированным в проекте. Имеется большой научный задел для решения задач поставленных в проекте. Авторами проекта получен ряд важных результатов по источникам вещества, характеристике первичных расплавов и их эволюции, факторам рудоносности щелочных комплексов (Дорошкевич и др., 2003, 2004; Doroshkevich et al., 2007 a,b; 2010a, b; 2008; 2012, 2016, 2017, 2018, 2020; Прокопьев и др., 2012, 2014, 2018; Prokopyev et al., 2016, 2017, 2018, 2020; Chebotarev et al., 2017 a, b; Mikhailenko et al., 2020, Rezvukhin et al., 2020, Golovin et al., 2018, Васюкова и др., 2011, 2014, 2019, Nikolenko et al., 2018, 2020 и многие другие). Определено, что щелочные породы ключевых массивов в Центрально-Алданском, Верхне-Амгинском и Тыркандинском рудных районах Алдан-Станового щита сформированы дискретными эпизодами внедрения, ограниченные возрастным интервалом 147-120 млн. лет, 139-117 млн. лет и 121-111 млн. лет, соответственно (Прокопьев и др., 2018; Prokopyev et al., 2019; Пономарчук и др., 2019 а, б; 2020; Васюкова и др., 2020). Щелочные породы Джелтулинского массива образованы в результате процесса кристаллизационной дифференциации из единой родительской магмы, а граниты - корового анатексиса (Doroshkevich et al., 2020). В формировании пород Ыллымахского массива существенный вклад внесла ассимиляция корового материала (Васюкова и др., 2019). Щелочные породы обоих массивов были сформированы из изотопно обогащенного мантийного источника, обогащение которого относительно деплетированной мантии произошло в позднем архее (Васюкова и др., 2020; Doroshkevich et al., 2020). Важные результаты были получены членами коллектива при изучении магматических рудоносных флюидов, связанных со щелочными интрузиями. Установлено, что они существенно отличаются значениями редокс-потенциала от окисленных сульфатных до восстановленных метан-содержащих и значительно варьируют по составу: хлоридно- карбонатные, сульфатно-карбонатные, хлоридно-сульфатно-карбонатные, хлоридно-углекислотные (Прокопьев, 2012, 2013, 2014; Prokopyev et al., 2016, 2017, 2018, 2020; Redina at al., 2016, 2019, 2020; Nikolenko et al., 2018). Определено, что золоторудные метасоматиты, связанные с позднемезозойскими щелочными комплексами ключевых рудных районов (Центрально-Алданский, Верхне-Амгинский, Нимныро-Эвотинский и Тыркандинский) Алдан-Станового щита были сформированы в две стадии, характеризующиеся определёнными параметрами флюидного режима: (1) среднетемпературной (390-330 °С) сульфидной/золото-сульфидной стадии, образованной из концентрированных (32-44 мас.%) хлоридных и хлоридно-карбонатных флюидных растворов; и (2) низкотемпературной (эпитермальной) (230-150 °C) золото-теллуридной стадии, за которую отвечали низкоконцентрированные (9.2–3.3 мас.% NaCl-экв.) хлоридные растворы (Prokopyev et al., 2019). Время формирования рудоносных метасоматитов находится в интервале 135-120 млн лет (Пономарчук и др., 2020). Участники проекта занимаются экспериментальным определением и термодинамическими расчетами коэффициентов распределения редких и редкоземельных элементов между несмешивающимися расплавами и флюидами в щелочных системах (Chebotarev et al., 2019, 2020; Nikolenko et al., 2019, Широносова и Прокопьев, 2018, 2019, 2020). Авторы выявили фазы концентраторы СО2 и S в щелочных породах, реконструировали формы нахождения углерода и серы в первичных щелочных расплавах, а также источниках магмогенерации (Golovin et al., 2019, 2020. Mikhailenko et al., 2019, Rezvukhin et al., 2019, Korsakov et al.2019 a, b и многие другие).
     Эти и многие другие результаты авторов проекта и других исследователей – коллег по изучению щелочного магматизма позволили сформулировать цели и задачи настоящего проекта и могут послужить надежной основой для его реализации. Проект обеспечен фактическим материалом, ключевыми объектами для решения заявленных задач и необходимым оборудованием для достижения запланированных результатов.
   • Исполнители: Нугуманова Язгуль Наилевна, Крук Михаил Николаевич, Резвухин Дмитрий Иванович, Демин Сергей Павлович, Дорошкевич Анна Геннадьевна, Резвухина Ольга Владимировна, Михайленко Денис Сергеевич, Головин Александр Викторович, Широносова Галина Петровна, Лаптев Юрий Владимирович, Редина Анна Андреевна, Васюкова Елена Александровна, Чеботарев Дмитрий Александрович, Прокопьев Илья Романович, Корсаков Андрей Викторович, Калугина Анастасия Дмитриевна.

---

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 разных типов (геохимическую специфику протолита, эволюцию Р-Т параметров, длительность, формы переноса тепла и летучих компонентов и др.). На основе реконструкции процессов формирования и эволюции метаморфических комплексов разной геодинамической природы с контрастными термодинамическими режимами выяснить специфику развития метаморфических комплексов и разработать P-T-t-d модели их эволюции в обстановках коллизии, растяжения и сдвига. Выяснение роли K-Ca карбонатов в глубинном транспорте калия и углерода, связанном с кристаллизацией высокобарических карбонатных фаз в условиях субдуцирующей литосферы и верхней мантии. 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:
     2024 г.
     По результатам минералого-петрологических, геохимических и изотопно-геохронологических исследований определить возраст и термодинамические условия метаморфизма, реконструировать геодинамические обстановки формирования, состав и природу протолитов метапелитов, метабазитов и метавулканитов зоны сочленения Северо- и Южно-Енисейского кряжа (Приангарье). Определение геохимической специализации осадков и магматических тел при контактовом метаморфизме. Идентификация комплекса элементов-маркеров и минеральных фаз – их носителей. Определение масштабов и реконструкция механизмов транспорта вещества в зонах контактов химически контрастных сред Определить условия ранне- и позднеордовикского базитового и гранитоидного магматизма на северо-западной окраине Тувино-Монгольского массива. Охарактеризовать структурно-петрологические особенности метаморфизма при тектонической эксгумации высокобарических пород (Чарский офиолитовый пояс). Изучение сжимаемости двойных карбонатов с соотношением К:Са = 2:1, 2:2, 2:3 методом монокристальной рентгеновской дифракции in situ при высоком давлении с использованием синхротронного излучения и алмазной ячейки. Выявление незакаливаемых субсолидусных фазовых переходов и границ существования высокобарических полиморфов для бучлиита K2Ca(CO3)2, основной фазы включений в глубинных минералах.
     2025 г.
     По результатам минералого-петрологических, геохимических и изотопно-геохронологических исследований охарактеризовать особенности происхождения и метаморфизма вулканогенно-осадочных и магматических образований енисейского комплекса Ангаро-Канского блока. Построение концентрационных профилей (в частности, изотопных профилей C, O, S) вкрест контактов прослоев (пород) химически контрастных составов контактово-метаморфических ореолов. Определить вклад мантийно-корового взаимодействия и тектонических процессов в образование магматических и метаморфических пород раннекаледонских комплексов на окраине Тувино-Монгольского массива. Изучение сжимаемости и термоэластичных свойств двойных карбонатов с соотношением К:Са = 8:3, 2:3, 2:1, 2:2 методом монокристальной рентгеновской дифракции in situ при высоком давлении и температуре с использованием синхротронного излучения и алмазной ячейки.
     2026 г.
     Реконструкция источников флюидов. Изотопные характеристики новообразованных минералов (карбонатов, карбонато-силикатов и сульфидов), позволяющие однозначно определить источники C, O и S: внутренние (осадочные породы протолита, продукты их дегидратации и декарбонатизации; седиментационные воды, рассолы) или внешние (магматогенные флюиды; захороненные метеорные воды). На основании структурно-петрологических исследований выявить влияние пермских тектоно-магматических событий на формирование геологических структур Юго-Восточной и Восточной Тувы и Восточного Казахстана. Определение Р-Т границ существования карбонатов различной стехиометрии и выявление незакаливаемых субсолидусных фазовых переходов при высоких Р-Т параметрах.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     2024 г.
     Будут выяснены особенности происхождения пород Ангарского метаморфического комплекса и установлены импульсы его мезо-неопротерозойской эндогенной активности на западной окраине Сибирского кратона. Анализ ресурсной базы полезных ископаемых Енисейского кряжа показывает, что здесь имеется ряд перспективных объектов высокоглиноземистого сырья (ВГС), образование которых генетически связано с тектоно–метаморфическими процессами гренвильской и байкальской орогении. Слагающие их минералы группы силлиманита, а также другие источники ВГС, содержащие ставролит и хлоритоид, обладают достаточными ресурсами для использования в промышленности совместно с разведанными месторождениями бокситов, глинозёмистых железных руд и нефелиновых сиенитов. В качестве первоочередного для постановки поисковых работ может быть изучен участок вблизи Каламинского гранитоидного массива. На основании проведенного анализа литолого-стратиграфических особенностей пород и эволюции метаморфизма были выявлены новые перспективные площади палеопротерозойских метапелитов амфиболитовой фации свиты хребта Карпинского для поиска силлиманитовых руд в юго-западном обрамлении Каламинского массива, требующие проведения детальных машрутных и горных работ. В частности, в прилегающих с р. Тея районах оконтурена зона распространения силлиманита площадью около 40 км2, где содержание глинозема в сланцах по штуфным пробам достигает 30 мас%. Для Анакитского (Н. Тунгуска) и Бирхинского (Приольхонье) ореолов спуррит-мервинитового метаморфизма будет дана минералогическая и изотопно-геохимическая характеристика слагающих их пород и создана база аналитических данных. Выполнен анализ видового разнообразия минералов и их кристаллохимических особенностей; определен набор акцессорных фаз и редких индекс-минералов для конкретных объектов (Анакит, Бирхин, метапелитовые ксенолиты из вулканов о. Итуруп). На материале объектов с различной геохимической специализацией выявлен характер фракционирования макро- и микроэлементов, включая РЗЭ, при параметрах спуррит-мервинитового метаморфизма. Дана оценка минералогическая продуктивность таких систем. Коллизионный магматизм Западного Сангилена и Каахемского батолита (Восточная Тува) характеризуется пульсационным характером. В результате многократного плавления надсубдукционного источника с разницей в 30 млн лет произошло формирование Nb-обогащенных базальтов, слагающих разновозрастные минглинг и базитовые дайки в пределах Каахемского батолита. Для высокобарических пород Чарского офиолитового пояса установлен синтектонический характер образования минералов, связанных с эксгумацией блока. Вычислены модули объёмного сжатия синтетического аналога бутчлиита K2Ca(CO3)2 и K2Ca2(CO3)3, K2Ca3(CO3)4; выявлены закономерности в сжимаемости и устойчивости структур карбонатов в отношении деформаций и реконструктивных переходов в зависимости от их состава. Определен вид фазовой диаграммы бучлиита K2Ca(CO3)2 в области 100-600оС и 1-12 ГПа.
     2025 г.
     Будет выяснена петрогеохимическая и изотопная специфика формирования вулканогенно-осадочных и магматических пород енисейского комплекса, времени и фациальных условий их метаморфизма, и их взаимоотношений с канским гранулитогнейсовым комплексом для понимания палеопротерозойских геодинамических событий на западной окраине Сибирского кратона Построение концентрационных и изотопных профилей в различных метаморфических/метасоматических зонах, на разном удалении от термического контакта и в различных типах пород (мраморы, цемент брекчий, жилы и т.п.), которое позволит оценить глубину проникновения метасоматического фронта от магматического тела (источника высокой температуры и флюидов) внутрь вмещающей осадочной толщи. Построение крупномасштабных схем распределения изотопных характеристик (O и C карбонатных групп), что позволит визуализировать пути распространения флюидов в метаморфизованных осадках: разрывы, литологические и иные границы, нарушения сплошности пород в зонах дробления, сеть микротрещин и т.п. Тепловой поток и влияние мантийных базитовых расплавов при формировании коллизионных магматических и метаморфических комплексов на окраине Тувино-Монгольского массива контролировался активными глубинными тектоническими событиями, связанными с причленением микроконтинента и Таннуольской островной дуги к Сибирскому кратону.
     2026 г.
     Будет разработан и практически реализован алгоритм использования двух независимых методических подходов – минералогического и изотопно-геохимического, что позволит осуществить взаимоконтроль результатов и повысит достоверность генетических построений. Будет осуществлена реконструкция режимов метаморфизма и выявлен вклад метасоматических процессов. По результатам структурно-петрологических и изотопно-геохронологических исследований будут получены данные о длительности и характере магматизма в северной части Центрально-Азиатского складчатого пояса, определены тектонические обстановки его проявления. Выявлены закономерности эволюции и устойчивости структур К-Са карбонатов при повышении давления в зависимости от соотношения К/Са. Вычислены модули объёмного сжатия и коэффициенты термического расширения при высоком давлении двойных карбонатов с соотношением К:Са = 2:3, 8:3, 2:1, 2:2; выявлено влияние температуры на структурное поведение и устойчивость этих фаз при высоком давлении до 10 ГПа и 200-700оС: последовательность фазовых превращений, эффекты упорядочения-разупорядочения, возможное разложение с образованием новых фаз, закаливаемость; оценена возможность использования полученных данных о термоэластических свойствах К-Са карбонатов для интерпретации карбонатных включений в глубинных минералах. Оценена возможность существования кристаллических К-Са карбонатов в условиях субдуцирующей литосферы и верхней мантии. Прикладной аспект этих исследований связан с кристаллохимическим дизайном новых оптических материалов на основе структур высокобарических щелочных карбонатов, в частности, K2Ca3(CO3)4.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Проект посвящен одному из актуальных направлений петролого-геохимических исследований – реконструкции процессов формирования и эволюции метаморфических пород. 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. Потоки тепла и тектонические перемещения вещества нарушали сложившееся в прошлом термодинамическое равновесие. Объектами исследований являются малоизученные метаморфические комплексы Ангаро-Канского блока, Заангарья Енисейского кряжа, Восточного Казахстана и Тувы, охватывающих широкий спектр контрастных термодинамических режимов метаморфизма пород разного состава - от низкотемпературных голубых сланцев до ультравысокотемпературных (UHT) гранулитов. Эти комплексы являются индикаторами специфических геодинамических обстановок. Другим типом метаморфизма, рассматриваемого в проекте, является низкобарический термометаморфизм или спуррит-мервинитовый метаморфизм, проявленный в структурах Прибайкалья и Тунгусского бассейна. Сегодня радикально изменившиеся аналитические возможности позволяют решить задачи массотеплопереноса на разных масштабных уровнях на материале пород контактовых ореолов вблизи траппових тел, базит-ультрабазитовых интрузий. Среди петрологов до сих пор отсутствует единство взглядов на роль и масштабы транзита вещества в целом (и транспорта флюидов, в частности) при контактовом метаморфизме. Механизмы и объемы транспорта флюидов, их состав, источники, стадийность, дальность и конкретные пути проникновения в массив метаморфических пород, возникших на контакте с магматическими телами, - это перечень наиболее актуальных научных тематик в связи с проблемой контактового метаморфизма и метасоматоза. С ними теснейшим образом связана проблема поиска закономерностей, контролирующих тип, размеры и локализацию оруденения в зонах контактов химически и термически контрастных сред. Принципиально важным также является создание баз данных («матриц» химических, минералогических, изотопных характеристик минералов и горных пород), характеризующих вещество реальных геологических объектов по единой схеме с использованием современного аналитического инструментария. Наличие таких баз позволит повысить надежность верифицикации модельных построений и сопоставлять объекты между собой. Актуальным направлением в метаморфической и магматической петрологии является развитие экспериментальной базы и изучение методами in situ 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. Щелочные карбонаты являются значимой, но малоисследованной частью глубинного цикла углерода, связанного с формированием и эволюцией мантийных карбонатитовых расплавов. Калиевая «специфика» этих систем выявлена в экспериментах по частичному плавлению мантийных пород, а также подтверждена многочисленными данными по включениям в алмазах. Предлагаемое в проекте детальное изучение структуры и устойчивости К-Са карбонатов при высоких Р-Т параметрах актуально с точки зрения интерпретации карбонатных включений в мантийных минералах, а также оценки возможности глубинного транспорта калия в составе твердых фаз карбонатов.
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     Большой объем аналитических исследований будет обеспечиваться в сотрудничестве с ЦКП УрО РАН «Геоналитик» (Екатеринбург), который оснащен комплексом разнообразного современного аналитического оборудования, позволяющего проводить анализ зерен с высоким пространственным разрешением. В рамках международного проекта РФФИ 21-55-14001 АНФ_а «Глубинные К-содержащие карбонаты: структура, устойчивость и связь с мантийными карбонатитовыми расплавами» (2021-2024 гг.) будут проведены совместные эксперименты с австрийскими партнерами (университет Вены) по дифракционной съемке К-Са карбонатов при высоком давлении и температуре на синхротронном источнике (Elettra, Италия) и, при возможности, КР-спектроскопические измерения при высоком давлении и температуре на оборудовании университета Вены. В сотрудничестве с Институтом физики Федерального исследовательского центра КНЦ СО РАН (Красноярск) используются in-situ и ex-situ методы КР спектроскопии в аппаратах с алмазными наковальнями HT-DAC μScope (EasyLab-UK, с резистивным нагревом до 500 °C и давлением до 7 ГПа) и спектрометр Horiba Jobin Yvon T64000.
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     Авторским коллективом проекта выполнен критический анализ современных геотермобарометров, используемых для оценки Р-Т условий метаморфизма и охарактеризованы области их применения. Описаны причины, геодинамические факторы и модели метаморфизма в широком спектре обстановок: с привносом мантийного тепла, при рифтогенезе, в коллизионном режиме. Классифицированы P-T-t тренды как результат эволюции метаморфических комплексов. Изложена квазистационарная модель диффузионного метасоматоза и его модификация для условий неустановившегося равновесия (Reverdatto et al., 2019). Имеется солидный опыт в изучении геологии, минералогии, геохимии и реконструкции условий высокотемпературного-низкобарического метаморфизма. В породах спуррит-мервинитовой фации изучены более 40 редких и открыты 4 новых минеральных вида. Выполнены геохимические исследования широкого спектра пирометаморфических пород и их протолитов. Отработан алгоритм 40Ar/39Ar-датирования молодых пирометаморфических пород (Sokol et al., 2017; 2019).
     Изучены коллекции из нескольких сот образцов, характеризующие различные линии минералообразующих процессов в пределах вышеназванных метаморфических комплексов и контактовых ореолов (Енисейского кряжа, Сангилена, Тунгусского бассейна и др.). Коллектив имеет многолетний опыт совместных работ и располагает арсеналом современных аналитических методов, что создает все предпосылки для получения качественно новых научных знаний в области минералогии и петрологии метаморфических комплексов разных фаций и успешного выполнения поставленных в проекте задач (Ревердатто и др., 2017).
     Авторы проекта имеют значительный опыт в области экспериментальных исследований при высоких давлениях, прежде всего дифракционных и КР-спектроскопических измерений с использованием алмазной ячейки. Основные результаты получены по силикатным минералам (Seryotkin et al. (2011); Goryainov et al. (2015); Likhacheva et al. (2013). Изучены особенности сжимаемости ряда цеолитов в зависимости от их топологии и состава сжимающей среды, расшифрованы структуры фаз высокого давления некоторых силикатных минералов в сверхгидратированном состоянии. Важным достижением коллектива является отработка методики дифракционной и КР-спектроскопической съемки в нагреваемой алмазной ячейке, которая позволяет проводить измерения in situ при Р Т параметрах, отвечающих глубинным условиям нижней коры и верхней мантии. На этом оборудовании проведены эксперименты по изучению вхождения воды в структуру силикатных минералов в связи с проблемой ее транспорта в глубинные горизонты Земли (Rashchenko et al. 2016; Лихачева и Ращенко, 2016). Используемый коллективом метод алмазной ячейки в сочетании с синхротронным излучением и КР-спектроскопией в исследовании минеральных объектов является уникальным в России.
     Авторами проекта были разработаны методики идентификации синтектонического магматизма и метаморфизма в различных регионах ЦАСП. Был разработан и апробирован новый метод структурного картирования деформаций, опирающийся на анализ интенсивности, механизмов и реологического поведения пород при деформациях. Предшествующие многолетние исследования позволили создать коллекцию и информационную базу данных по наблюдениям и каменному материалу по планируемым объектам исследования. Предложена структурная модель эволюции Западно-Сангиленского коллизионного орогена (Владимиров и др., 2005, 2017). Предложены и обоснованы механизмы магматического минглинга композитных даек (Владимиров и др., 2019).
   • Исполнители: Полянский Олег Петрович, Ревердатто Владимир Викторович, Лиханов Игорь Иванович, Сокол Эллина Владимировна, Сереткин Юрий Владимирович, Горяйнов Сергей Владимирович, Лихачева Анна Юрьевна, Ращенко Сергей Владимирович, Кох Светлана Николаевна, Бабичев Алексей Владимирович , Кармышева Ирина Владимировна, Владимиров Владимир Геннадьевич.

---

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: 
     Проект направлен на разработку и экспериментальную апробацию новых кристаллических материалов с уникальными свойствами, а также высокоэффективных технологических решений синтеза и выращивания различных кристаллов для фотоники (лазерной техники и пр.) и других областей 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:
     2024
     1. Оптимизация условий кристаллизации топологических изоляторов в системах MnTe-Bi2Te3-допант.
     2. Определение влияния изоморфных замещений на условия получения и функциональные свойства материалов на примере кристаллохимически сходных анионных групп WO3-MoO3, SiO2-GeO2 и др.
     3. Исследование функциональных свойств наиболее перспективных выращенных кристаллов халькогенидов. Изучение особенностей оптических спектров кристаллов с регулярной микроструктурой на поверхности.
     4. Изучение системы Cs/K/Ti/Zr/AsO5 с целью получения сегнетоэлектрического материала с высокой прозрачностью в диапазоне 3-5 микрон.
     2025-2026
     Усовершенствование ростовых методик для получения кристаллов боратов, фторидоборатов, галогенидов, халькогенидоввысокого качества на основе методов Чохральского, Кирополоса, Бриджмена и т.д. Определение базовых функциональных свойств для выявления наиболее перспективных материалов. 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.
     Результаты
     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.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     2024
     1. Будут выращены и изучены кристаллы магнитных топологических изоляторов MnBi2Te4: Pb,Ge,Si,Sn.
     2. Будут получены материалы в системах CaWO4-CaMoO4, BaGeO3-BaSiO3 и др. различными методами. Будут оценены условия синтеза и люминесцентные свойства промежуточных составов при допировании РЗЭ.
     3. Будут исследованы функциональные свойства наиболее перспективных выращенных кристаллов халькогенидов. Будут изучены особенности оптических спектров кристаллов с регулярной микроструктурой на поверхности. Результаты позволят выявить перспективный нелинейно-оптический материал для преобразования лазерного излучения в ИК диапазоне.
     4. Будет изучена система Cs/K/Ti/Zr/AsO5, в результате будет найден состав сегнетоэлектрического материала с высокой прозрачностью в диапазоне 3-5 микрон.
     2025-2026/ 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 и др.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Актуальность и масштабность научной проблемы подчеркнуты повышенным вниманием в мире к тематике создания новых функциональных материалов. Тема связана с поиском и развитием путей осуществления целенаправленной корреляции между химическим составом, структурой и физическими свойствами кристаллических материалов. В решение этих проблем вовлечены многие группы исследователей во всем мире. Это важно как для развития фундаментальных представлений, так и при разработке новых перспективных материалов. Очевидно, что решение такого рода задач возможно при осуществлении целенаправленного и управляемого роста объемных монокристаллов высокого качества. Особое внимание уделяется поиску нелинейных кристаллов с широкой запрещенной зоной, позволяющих реализовать когерентное излучение в ВУФ-УФ, ИК и далее до терагерцового диапазона. Актуальность определяется все возрастающей необходимостью применения лазерного излучения для медицины, мониторинга окружающей среды, промышленной обработки материалов, литографии, научных, военных применений, измерительных приборов, связи, оптической памяти, записи изображений и т.д. Другая группа исследуемых объектов охватывает сцинтилляционные и лазерные кристаллы. Проблема создания активных лазерных сред с минимальными потерями на тепловыделение и высоким квантовым выходом на излучательных переходах актуальна для телекоммуникационных усилителей, оптических конверторов, оптических линий связи и др. Новым направлением в деятельности лаборатории являются халькогенидные кристаллы с новыми электронными свойствами. Например, топологические изоляторы это одна из самых динамично развивающихся областей в физике твердого тела, что связано c перспективой использования данных материалов в принципиально новых приборах спинтроники и квантовых компьютерах. Помимо значения этих соединений для фундаментального материаловедения, уже сейчас есть примеры их экспериментального применения в сверхпроизводительных транзисторах.
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     ТГУ: исследования спектроскопии, генерации второй гармоники и др. новых соединений; ИФП СО РАН: исследования фундаментальных физических свойств синтезированных соединений; КазНУ (г. Алматы, Казахстан): исследование люминесцентных свойств синтезированных соединений. 
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     Научные основы получения новых монокристаллических материалов для преобразования излучения в ультрафиолетовом диапазоне интенсивно разрабатываются в мировой науке в связи с актуальными запросами лазерной техники, микроэлектроники, экологии. В настоящее время именно боратные системы рассматривают как наиболее перспективные для создания новых функциональных оптических материалов УФ-диапазона. Связано это с весьма удачным сочетанием свойств боратов: широким диапазоном прозрачности, приемлемыми значениями нелинейно-оптических коэффициентов, высоким порогом интенсивности разрушающего излучения, высоким двулучепреломлением. Сочетание свойств обуславливает повышенный интерес к использованию кристаллов боратов и в терагерцовых компонентах, таких как поляризаторы, фазовращатели, модуляторы.
     При исследовании фазовых равновесий в боратных системах участниками проекта обнаружен ряд новых соединений – боратов и фторидоборатов – с перспективными оптическими и нелинейно-оптическими свойствами, получены патенты на изобретение (кристаллический материал для регистрации рентгеновского излучения Ba4–xSr3+x(BO3)4–yF2+3y; материал для дихроичной поляризации света LiBa12(BO3)6F4). Предлагаемый в рамках проекта физико-химический анализ борсодержащих систем в сочетании с кристаллохимическим анализом новых фаз позволяет выявить взаимосвязь между составом и свойствами и разработать научно-обоснованные ростовые методики соединений, востребованных современной наукой и практикой.
     Список нелинейных кристаллов для среднего ИК очень ограничен, каждый из них имеет свои достоинства и недостатки и постоянно идет поиск новых. Нами впервые были получены крупные кристаллы LiMX2 (M=In,Ga, X=S,Se) оптического качества. Совместно с коллегами из Франции, Германии были определены функциональные параметры. В последнее время повышенное внимание в мире уделяется четверным халькогенидным соединениям, однако их характеристики оцениваются ориентировочно по порошкам, либо рассчитаны из первых принципов. Достоверные результаты можно получить только при наличии монокристаллов оптического качества. Открытыми остаются фундаментальные проблемы: выявление тенденций изменения характеристик, определяющих эффективность нелинейных преобразователей, путем направленного варьирования состава, влияющего на характер химической связи в ряду кристаллов многокомпонентных халькогенидов, природы основных дефектов и особенности дефектообразования.
     До настоящего времени остается актуальной проблема создания новых активных лазерных сред для среднего ИК диапазона (10 микрон) с минимальными потерями на тепловыделение и высоким квантовым выходом на излучательных переходах. Исследованы кристаллы MePb2Hal5:RE3+ (Me=K,Rb; Hal=Cl,Br), продемонстрирована люминесценция в диапазоне от УФ до ср. ИК. Для ряда РЗЭ теоретически оценены вероятности излучательных переходов.
     Новое научное направление, связанное с исследованием топологических изоляторов (ТИ), является одной из самых динамично развивающихся областей в физике твердого тела.
     Основными критериями пригодности ТИ для практических приложений являются высокая спиновая поляризация носителей заряда и широкая запрещенная щель в их спектре.
     Среди известных ТИ наиболее изученными являются двойные соединения V-VI - Bi2Se3 и Bi2Te3, благодаря относительной простоте строения поверхностного ТИ состояния. Не менее интересны сложные соединениями ((Bi,Sb)2Se3, Bi2(Te,Se,S)3 и др.), т.к. возможность плавного изменения состава при изоморфном замещении позволяет тонко регулировать электронные свойства. Исследования на образцах, полученных коллективом были опубликованы в высокорейтинговых журналах Advancedmaterials, Nature, Nanoletters и др.
     Следующий этап, уже активно осваиваемый теоретиками, группа соединений с переходными элементамиMnBi2Te4, PbTaSe2 и др.
   • Исполнители: Веденяпин Виталий Николаевич, Голошумова Алина Александровна, Гореявчева Анастасия Александровна, Давыдов Алексей Владимирович, Исаенко Людмила Ивановна, Коржнева Ксения Евгеньевна, Кох Александр Егорович, Кох Константин Александрович, Криницын Павел Геннадьевич, Кузнецов Артем Борисович, Курусь Алексей Федорович, Лобанов Сергей Иванович, Симонова Екатерина Александровна, Тарасова Александра Юрьевна, Уракаев Фарит Хисамутдинович, Хамоян Аваг Гургенович, Хан Элона, Храмцова Дарья Михайловна, Шевченко Вячеслав Сергеевич.

---

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:
     Блок «Природа»
     2024 год
     Будут продолжены комплексные исследования алмазов из россыпей северо-востока Сибирского кратона, включающие установление вариаций содержания азота и степени его агрегации в пределах отдельных монокристаллов алмаза, определение состава минеральных и флюидных включений методами рентгеноспектрального микроанализа, сканирующей электронной микроскопии и Рамановской спектроскопии. Особенное внимание будет уделено алмазам с черными включениями, которые, как показали проведенные нами исследования, во многих случаях, представляют включения карбидов или оксидов железа, а также полиминеральные включения, фиксирующие процессы взаимодействия отделяющихся от субдуцирующей плиты расплавов/флюидов с ультраосновными породами окружающей мантии на глубинах, отвечающих астеносфере и переходной зоне.
     2025-2026гг. С целью определения факторов, контролирующих процессы алмазообразования, в различных типах метаморфических пород сверхвысоких давлений из зон континентальной субдукции, будут продолжены исследования включений в цирконах из алмазоносных метаморфических пород Кокчетавской коллизионно-субдукционной зоны. Будет определен U-Pb возраст цирконов и их редкоэлементный состав.
     Блок «Эксперимент»
     2024 год
     Реконструкция процессов фазообразования в серпентинсодержащем перидотите, обеспечивающих генерацию богатых водой флюидов в зонах субдукции при давлении в диапазоне 3,0-6,3 ГПа. Оптимизация условий экспериментов для получения крупных кристаллов оливина для их последующего изучения методом ИК-спектроскопии. Анализ особенностей вхождения воды (ОН дефектов) в структуру оливина в присутствии дегидратационного флюида при субдукционных P-T параметрах. Экспериментальное моделирование условий формирования Fe3+-содержащего магнезиовюстита в литосферной мантии и зонах субдукции, в результате взаимодействия (Mg,Fe)O с минералами-концентраторами летучих (С, H, O, Cl) - карбонатами, гидроксидами, хлоридами при различных значениях фугитивности кислорода. Выявление закономерностей распределения ионов двух- и трехвалентного железа в структуре магнезиовюстита методом Мёссбауэровской спектроскопии, а также определение ключевых спектроскопических характеристик полученных кристаллов.
     2025-2026 год
     Модификация методики для проведения экспериментов в режиме снижения давления и температуры, воспроизводящим условия в поднимающейся кимберлитовой магме. Экспериментальное моделирование реакций между минералами перидотита и кимберлитоподобными карбонатно-силикатными расплавами при давлениях 3,0-5,5 ГПа и температурах 1200-1350°С. Определение границ стабильности оливина, граната, пироксенов и магнезита в зависимости от состава расплава в диапазоне температур, характерных для кимберлитовых магм на глубинах 100-150 км. Определение закономерностей фазообразования в процессах декарбонатизации, сопряженных с формированием CO2 флюида и гранатов различного состава в широком интервале давлений и температур, в том числе при P,T-параметрах, соответствующих «горячей» модели субдукции.
     Блок «Синтез»
     2024 год
     Поисковые исследования по оптимизации условий роста монокристаллов алмаза, и изготовление из них ориентированных подложек для создания углеродных гетероструктур.
     2025-2026 гг. Поисковые исследования, направленные на оптимизацию условий роста монокристаллов алмаза и их последующего высокобарического отжига, направлены в конечном итоге на получение высококачественных монокристаллов и оценку перспектив применения изделий из кристаллов в качестве элементов рентгеновской оптики – «фазовых пластинок». Оценка плотности линейных и планарных дефектов в монокристаллах алмаза методами селективного травления. Проведение исследований по распределению линейных, планарных и точечных дефектов.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     Блок «Природа»
     2024 год
     Планируемые исследования позволят получить новые данные о процессах образования алмазов в зонах субдукции, оценить роль субдуцирующей плиты в этих процессах и составы флюидов/расплавов, отделяющихся от субдуцирующей плиты на глубинах астеносферной мантии и переходной зоны.
     2025-2026 гг. Будут получены данные о минеральном составе включений и U-Pb возрасте цирконов из алмазоносных гранат-пироксеновых, известково-силикатных и гранат-пироксен кварцевых пород Кокчетавской коллизионно-субдукционной зоны. Полученные данные позволят определить Р-Т-t тренды алмазоносных пород из зоны континентальной субдукции и природу их протолитов.
     Блок «Эксперимент»
     2024 год
     Будут реконструированы стабильные фазовые ассоциации, образующиеся при дегидратации серпентинсодержащего перидотита в условиях горячей субдукции на глубины 100-200 км. Будут определены формы вхождения и концентрация воды (ОН дефектов) в оливине, образующемся в перидотите в присутствии дигидратационного флюида при Р-Т параметрах, характерных для зон субдукции. На основе полученных данных будет оценена роль оливина как транспортера воды в погружающихся слэбах при Р-Т параметрах горячей субдукции. Будут реконструированы реакции взаимодействия магнезиовюстита с карбонатами, гидроксидами и хлоридами, сопряженные с частичным окислением (Mg,Fe)O до Fe3+-содержащего магнезиовюстита. В зависимости от значений фугитивности кислорода и состава среды будут определены ключевые особенности химического состава и структуры магнезиовюстита, а также его Мёссбауэровские спектроскопические характеристики (закономерности вхождения и распределения Fe3+, концентрационные неоднородности, координация Fe2+ и Fe3+, количество неэквивалентных позиций, симметрия локального окружения, и пр.).
     2025-2026 гг.
     Будут выполнены эксперименты при давлениях 3,0-5,5 ГПа и температурах 1200-1350°С. Будут определены фазовые отношения в продуктах реакционного взаимодействия между основными фазами перидотита и богатыми летучими карбонатно-силикатными расплавами. Будет показано, как снижение давления и температуры влияет на стабильность ликвидусных фаз и определены возможные реакции, обеспечивающие образование CO2 флюида в кимберлитовой магме. На основе полученных данных будут оценены возможные механизмы дегазации кимберлитовой магмы на начальном этапе ее подъема. В результате проведения исследований будет выполнена экспериментальная реконструкция реакций декарбонатизации, сопряженных с образованием CO2-флюида и Mg,Fe±Ca-гранатов, по составам близким к природным пироп-альмандинам и пироп-альмандин-гроссулярам. Будет проведена оценка условий генерации флюида в исходно твердофазной матрице. Методом изотопной масс-спектрометрии будет проанализирован изотопный состав углерода в исходных карбонатах и новообразованном CO2-флюиде, полученном в экспериментах по декарбонатизации. Будут установлены закономерности изотопного фракционирования углерода.
     Блок «Синтез»
     2024 год
     Будут проведены поисковые исследования по оптимизации условий роста монокристаллов алмаза и изучению их основных характеристик. Будут изготовлены ориентированные по (100) алмазные подложки и проведена их характеризация для последующего создания поверхностных углеродных гетероструктур.
     2025-2026 гг.
     Будут проведены поисковые исследования, направленные на оптимизацию условий роста крупных монокристаллов алмаза и их последующего высокобарического отжига. Будут получены данные о влиянии высокобарического отжига на структурное совершенство кристаллов алмаза. Будет оценена плотность линейных и планарных дефектов методом селективного травления, а также определены закономерности распределения линейных, планарных и точечных дефектов. Будут изготовлены ориентированные по (100) и (110) алмазные элементы для последующей оценки перспектив их применения в качестве фазовых пластинок для преобразования линейно-поляризованного синхротронного излучения в круго-поляризованное.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Ранее было показано, что более 80% алмазов россыпей относятся к эклогитовому парагенезису. Были получены свидетельства присутствия включений силикатных расплавов и расплавов железа в алмазах. Было предположено, что эти включения являются результатом взаимодействия астеносферной мантии и субдуцирующей плиты. Продолжение этих исследований позволит определить роль расплавов железа в процессах алмазообразования и модификации литосферы. Несмотря на многолетние интенсивные исследования алмазоносных метаморфических пород, до сих пор остается открытым вопрос, какими факторами контролируется крайне неоднородное распределение алмазов в них, какие породы выступали в качестве протолитов алмазоносных пород и все ли они испытали этап плавления при метаморфизме в условиях верхней мантии. Экспериментальное моделирование фазообразования с участием летучих имеет принципиально важное значение для реконструкции процессов эволюции мантии Земли. Актуальность изучения областей стабильности фаз-концентраторов C, H, N и S при Р-Т параметрах, характерных для литосферной мантии и зон субдукции, обусловлена тем, что устойчивость таких фаз контролирует транспорт летучих между глубинными резервуарами и их участие в глобальных геодинамических процессах. До сих пор остается слабо исследованным при каких конкретно физико-химических параметрах в литосферной мантии и зонах субдукции происходит смена одних фаз-концентраторов летучих на другие (например, карбонатов, водосодержащих фаз, номинально безводных минералов, сульфидов и C-O-H-N-S флюидов). Особый интерес представляет исследование условий генерации широкого спектра флюидов, от окисленных, обогащенных CO2, до восстановленных, с высоким содержанием серосодержащих компонентов. Эти данные критически важны для реконструкции глобальных циклов летучих, процессов мантийного метасоматоза и природного алмазообразования, а также механизмов формирования и эволюции высокобарических мантийных ассоциаций. Актуальность исследований по синтезу и росту алмаза в различных системах определяется, прежде всего, фундаментальными вопросами, связанными с выявлением основных факторов, ответственных за формирование собственных и примесных дефектов в реальной структуре алмаза. С учетом этих факторов можно обосновывать генетическую информативность ряда характеристик природных алмазов, а также планировать стратегию получения кристаллов алмаза с заданными свойствами для высокотехнологических применений. Так, монокристаллы алмаза с минимальной концентрацией линейных, планарных и трехмерных дефектов в настоящее время критически важны как материал рентгеновской оптики на современных источниках синхротронного излучения. Другой перспективной областью применения кристаллов синтетического алмаза с заданными свойствами являются квантовые технологии, в которых востребованы легированные алмазы с оптически активными центрами, например, NV, SiV, GeV и SnV.
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     1. Проведение совместных исследований метаморфических пород высоких и сверхвысоких давлений Кокчетавского массива, нижнекоровых ксенолитов из кимберлитовых трубок Якутии с Институтом геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (г. Иркутск) – высокоточное определение изотопного состава Sm и Nd, а также определения породообразующих элементов (Na2O, MgO, Al2O3, SiO2, P2O5, K2O, CaO, TiO2, MnO, Fe2O3) и микроэлементов (Sr, Zr, Ba) в породах на мировом уровне с использованием современной аппаратуры и общепризнанных в мировой практике образцов для сравнения (стандартов) методом РФА.
     2. Проведение совместных исследований по изучению изотопных соотношений U-Pb и изотопов Hf в цирконах с целью определения абсолютного возраста пород нижней части земной коры Якутской алмазоносной провинции со Школой наук о Земле и инженерии Нанкинского университета (г. Нанкин, КНР). Имеется Соглашение об академическом сотрудничестве.
     3. Исследование особенностей внутреннего строения природных алмазов с использованием синхротронного излучения совместно с Институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН
     4. Соглашение о совместных исследованиях с Физическим факультетом Университета Турина, Италия. Получение и исследование кристаллов синтетического алмаза, содержащих специфические оптические центры. Исследования по высокобарическому отжигу и характеризации имплантированных CVD алмазов.
     5. Научное сотрудничество с ИЯФ СО РАН и НИЦ «Курчатовский институт». Проведение поисковых исследований, направленных на оптимизацию условий роста монокристаллов алмаза и их последующего высокобарического отжига. Изготовление опытных изделий из монокристаллов алмаза для тестирования в качестве элементов рентгеновской оптики.
     6. Научное сотрудничество с ИНХ СО РАН. Проведение совместных исследований по изучению дефектно-примесной структуры природных и синтетических алмазов. Поисковые исследования по оптимизации условий роста монокристаллов алмаза и изготовление из них ориентированных подложек для создания углеродных гетероструктур.
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     В течение многих лет коллективом проводятся комплексные исследования минералов высокобарических ассоциаций, включая макро- и микроалмазы из месторождений различных генетических типов [Sobolev, Shatsky, 1990; Shatsky, Sobolev, 2003; Зедгенизов и др., 1998, 2003; Шацкий и др., 2010]. В ряде работ обоснована определяющая роль метасоматических процессов в образовании алмазов [Шацкий и др., 2005; Зедгенизов и др., 2007; Shatsky et al., 2008]. Полученные результаты позволяют надеяться на достижение качественно нового уровня в понимании закономерностей высокобарических минералообразующих процессов и генезиса алмаза в зонах субдукции и в субконтинентальной литосферы.
     Коллектив обладает значительным заделом для изучения областей стабильности фаз-концентраторов C, H, N, S в условиях литосферной мантии и зон субдукции. Нами детально охарактеризован состав флюидной фазы (Sokol et al., 2009, 2017a, b, 2020), карбонатитовых и кимберлитоподобных расплавов (Palyanov et al., 2007; Sokol et al., 2013a, 2016, 2017; Крук и др., 2017, 2018), стабильных в условиях литосферной мантии и зонах субдукции. Изучены условия стабильности карбонатов и закономерности алмазообразования в процессах взаимодействия субдукционных флюидов/расплавов с металл-насыщенной мантией (Palyanov et al., 2013). Проведены работы по изучению стабильности флогопита и магнезита в кимберлитоподобных системах при параметрах литосферной мантии (Sokol et al., 2017; Крук и др., 2018). Исследованы механизмы растворения азота в мусковите и K-кимрите в редокс условиях, характерных для зон субдукции (Сокол и др., 2018; Sokol et al., 2020). В качестве непосредственных заделов исследований по экспериментальному моделированию метасоматических преобразований мантийных высокобарических минералов и их ассоциаций под воздействием преимущественно серных флюидов или расплавов можно рассматривать данные по моделированию мантийных метасоматических процессов с участием углекислого и преимущественно серного флюидов (включая алмазообразующие процессы) в системах карбонат-оксид, силикат-сера, силикат-сульфид, силикат-сульфат и силикат-карбонат-сера (Bataleva et al., 2016, 2018, 2020a,b; Баталева и др., 2020).
     В лаборатории №453 ИГМ СО РАН разработаны методы создания и стабилизации Р-Т параметров в экспериментах длительностью сотни часов на оригинальной отечественной аппаратуре высокого давления «БАРС», позволяющие выращивать высококачественные монокристаллы алмаза массой до 6 карат (Пальянов и др., 1997; Борздов и др., 2000). Реализованы условия получения основных типов кристаллов алмаза: Ib, Ia, IIa, IIb, (Pal’yanov et al., 2001, 2003). На протяжении многих лет в лаборатории проводятся исследования по кристаллизации алмаза с использованием новых растворителей катализаторов. Среди результатов, полученных в последние годы, следует особо отметить работы по синтезу и характеризации кристаллов алмаза в системах P-C, S-C, Sb-C, Sn-C, Ge-C, Mg-C (Palyanov et al., 2011, 2015, 2016, 2019), Cu-C (Kupriyanov et al., 2016) и в системах с редкоземельными элементами (Palyanov et al., 2019, 2021; Khokhryakov et al., 2020; Borzdov et al., 2020). Предшествующий опыт и результаты исследований коллектива проекта позволят получить новые данные по кристаллизации алмазов с заданными свойствами и вырастить высококачественные монокристаллы алмаза, пригодные для изготовления элементов рентгеновской и квантовой оптики.
   • Исполнители: Баталева Юлия Владиславна, Борздов Юрий Михайлович, Здроков Евгений Владимирович, Калинина Виктория Владимировна, Колесниченко Мария Владимировна, Крук Алексей Николаевич, Куприянов Игорь Николаевич, Машковцев Рудольф Иванович, Нечаев Денис Валерьевич, Новоселов Иван Дмитриевич, Пальянов Юрий Николаевич, Рагозин Алексей Львович, Ситникова Екатерина Сергеевна, Сокол Александр Григорьевич, Хохряков Александр Федорович, Шацкий Владислав Станиславович.

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:
     2024.
     Проведение комплексных элементных (электронно-зондовый микроанализ, рентгенофлуоресцентный анализ, сканирующая микроскопия), геохимических (микроэлементная ИСП-масс-спектрометрия), изотопно-геохимических (масс-спектрометрия стабильных изотопов C, N, O, S, Sr), геохронологических исследований магматических и метаморфических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых Центрально-Азиатского складчатого, Монголо-Охотского складчатых поясов, а также Сибирского и других кратонов.
     1. Совершенствование и разработка электронно-зондовых методов анализа циркона, монацита, титанита, рутила, биотита, полевого шпата, граната, пироксена и других минералов.
     2. Адаптация методики 40Ar/39Ar датирования со ступенчатым прогревом с учетом возможностей нового многоколлекторного масс-спектрометра Аргоникус.
     3. На основе дифференциальной методики разложения карбонатов и Rb/Sr исследований выявить взаимоотношение изотопных составов карбонатных фаз айликитов и карбонатитов Белозиминского карбонатитового месторождения.
     4. Мониторинг атмосферных осадков и вод на территории Новосибирской области, проведение изотопных исследований, систематизация и анализ полученных данных. Составление карты регионального распределения стабильных изотопов и локальной линии метеорных вод за 2022-2023 гг.
     5. Разработка методики пробоподготовки геологических образцов с использованием двух микроволновых систем MARS-5 и UltraWAVE с целью определения Os, Re и других ЭПГ изотопным разбавлением с масс-спектрометрическим окончанием.
     6. На основе комплексных термохронологических, петрохронологических исследований провести реконструкцию этапов формирования Черногорского месторождения ювелирного скаполита (Центральный Памир). Выявить влияние коллизионных процессов на его формирование.
     2025.
     Проведение комплексных исследований магматических и метаморфических, комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых ЦАСП.
     1. Развитие методик оценки интенсивности датируемых геологических событий (магматизм, метаморфизм, тектоника) на основе изотопного датирования, изотопного обмена и численного моделирования поведения изотопных систем.
     2. Проведение комплексных исследований магматических и метаморфических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых Центрально-Азиатского складчатого, Монголо-Охотского складчатых поясов, а также Сибирского и других кратонов.
     3. Отработать методический подход комплексирования изотопного состава органического и неорганического углерода в образованиях кор выветривания со структурно-морфологическими признаками участия микроорганизмов.
     4. Сравнение инструментальных возможностей двух масс-спектрометров ELEMENT и SUPEC 7000 и метрологических характеристик методик определения широкого набора элементов в геологических и экологических образцах.
     2026.
     1. Развитие методик оценки интенсивности датируемых геологических событий (магматизм, метаморфизм, тектоника) на основе изотопного датирования, изотопного обмена и численного моделирования поведения изотопных систем.
     2. Провести пилотные исследования по постановке современного метода определения температуры образования карбонатов по изотопологам углекислого газа.
     3. Оценка возможностей расширения набора определяемых элементов на основе сочетания двух многоэлементных методов – ИСП-МС и ИСП-АЭС.
     4. Составление и анализ базы регионального и сезонного распределения стабильных изотопов кислорода, водорода и углерода в водах и водорастворенной углекислоте на территории Новосибирской области.
     5. Интерпретация полученных данных, построение согласованных моделей формирования магматических и метаморфических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых Центрально-Азиатского складчатого, Монголо-Охотского складчатых поясов, а также Сибирского и других кратонов.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     2024.
     На основе результатов 2022-2023 гг будут усовершенствованы или разработаны новые методики электронно-зондового анализа циркона, монацита, алланита, титанита, рутила, биотита, полевого шпата, граната, оливина пироксена и других минералов с повышенной точностью и повышенной производительностью.
     1. Предложены методические подходы реконструкции источников вещества и условий образования минеральных парагенезисов, соответствующих этапам формирования магматических и метаморфических комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых.
     2. Получены изотопные составы С и О, а также Sr карбонатных фаз айликитов и карбонатитов Белозиминского карбонатитового месторождения, что, при сопоставлении с таковыми Томторского месторождения, позволяет предложить изотопные критерии рудоносности.
     3. Дополнена локальная линия метеорных вод данными за 2024 гг., расширен охват карты регионального распределения стабильных изотопов в природных водах Новосибирской области.
     4. Разработана методика определения осмия, наряду с другими ЭПГ и рением, в геологических образцах на уровне нг/г и ниже, правильность и применимость разработанной методики доказана на стандартных образцах разного состава.
     5. Реконструирована история формирования Черногорского месторождения ювелирного скаполита (Центральный Памир). Выяснена роль коллизионных процессов при его формировании. Проведена оценка пригодности скаполита на роль минерала – геохронометра.
     2025.
     Получены новые данные о возрасте, термической истории, источниках вещества, условиях образования минеральных парагенезисов, соответствующих этапам формирования магматических и метаморфических комплексов ЦАСП и связанных с ними месторождений полезных.
     1. На примере Томторского месторождения отработана методика комплексного анализа изотопного состава органического и неорганического углерода в экзогенных образованиях кор выветривания со структурно-морфологическими признаками участия микроорганизмов, что расширит доказательную базу участия бактерий в процессах рудообразования.
     2. Введение в массовый анализ оптимальных методик определения широкого набора элементов в геологических и экологических образцах, учитывающих инструментальные возможности масс-спектрометров ELEMENT, SUPEC 7000.
     2026.
     1. Построены согласованные модели формирования магматических и метаморфических, комплексов и связанных с ними месторождений полезных ископаемых ЦАСП.
     2. Проведена оценка возможностей масс-спектрометрического анализа карбонатов по изотопологам углекислого газа. В настоящее время эта модификация изотопного анализа является уникальной в России.
     3. На основе проведенных исследований разработаны наиболее эффективные методики пробоподготовки и ИСП-МС анализа геологических и экологических образцов с целью определения максимально возможного количества элементов с низкими пределами обнаружения и хорошей сходимостью результатов.
     4. Создана база данных, объединяющая сезонное и региональное распределение стабильных изотопов O, H вод и C водорастворенной углекислоты в природных водах Новосибирской области за 2022-2026 гг., позволяющая с высокой достоверностью устанавливать области питания, разгрузки основных водных тел области, интерпретировать генезис вод глубинных водоносных горизонтов, выявлять наличие/отсутствие локальных климатических изменений, экстраполировать полученные результаты на окружающие территории, в том числе арктические области сибирского региона.
   • 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.
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     Исследование Черногорского месторождения ювелирного скаполита (Центральный Памир) совместно с Институтом геологии, сейсмостойкого строительства и сейсмологии НАНТ, Республика Таджикистан.
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     На основании измерений интенсивности характеристического излучения стехиометричных минералов уточнены значения массовых коэффициентов поглощения "лёгких" элементов (Mg, Al, Si), K-серии характеристических линий, расположенных в области L-краёв поглощения более "тяжёлых" элементов (Fe, Zn и др.), что позволило повысить правильность результатов электронно-зондового микроанализа породообразующих минералов. В результате отклонение (отн. %) состава андрадита от стехиометрии при расчёте коэффициентов поглощения не превышает 0.5 отн. % (Лаврентьев и др., 2020).
     Разработана методика микроволнового кислотного разложения основных и ультраосновных пород с последующим определением редкоземельных элементов в полученных растворах методом ИСП-МС. Достигнутые пределы обнаружения РЗЭ составили от 0.0002 до 0.008 мкг/г. Достоинством разработанной методики являются ее экспрессность и низкие пределы обнаружения.
     На протяжении более 25 лет в ИГМ СО РАН развиваются методы исследований стабильных изотопов лёгких элементов (C,H,O,S), а также стронция. Успешно разработаны и адаптированы методики определения изотопного состава многих природных и синтетических объектов, включая карбонатные минералы и самородные элементы, сульфиды и сульфаты, рассеянные формы углерода и серы, карбонат-иона в воде, содержимого флюидных включений, органического вещества и т.п.. По программе обновления приборной базы ведущих организаций, выполняющих научные исследования и разработки, в рамках федерального проекта «Развитие инфраструктуры для научных исследований и подготовки кадров» национального проекта «Наука» проведена закупка оборудования для постановки методик фторирования силикатов в целях изотопного анализа кислорода.
   • Исполнители: Даниловская Виктория Александровна, Карманов Николай Семенович, Королюк Владимир Николаевич, Нигматулина Елена Николаевна, Николаева Ирина Викторовна, Пономарчук Виктор Антонович, Реутский Вадим Николаевич, Травин Алексей Валентинович, Юдин Денис Сергеевич.

---

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:
     2024
     В ю-в части Вост. Саяна определить: минералого-геохимические особенности и возраст метаморфизма карбонатных и углеродистых отложений иркутной свиты; типы и условия формирования селенидов ЭПГ в офиолитах. Выявить закономерности накопления благородных металлов и их изменение в зоне гипергенеза и определить коренные источники благородных металлов на территории Кузнецкого Алатау. На основании комплексного анализа распределения микроэлементов и стабильных изотопов (δ18О, δ13С, δ34S) оценить вклад микроорганизмов в формирование минералов в донных отложениях термальных водоёмов кальдеры Узон в зависимости от типа и характеристик термопроявления. На основании анализа закономерностей распределения микроэлементов выявить этапы накопления/разубоживания микроэлементов в веществе германиеносных лингитов Касской впадины . На основе усовершенствованных методов пробоподготовки ацетатных фильтров с атмосферной взвесью, полученных после фильтрации атмосферных осадков, получить детальные данные о содержании естественных и искусственных радионуклидов во взвеси влажных атмосферных осадков. Определение форм нахождения бета-излучающих изотопов в основных компонентах пойменного биогеоценоза реки Енисей в зоне влияния ГХК. Расчет подвижных форм изотопов и их выноса из экосистем в компонентах биогеоценоза. Выявить физико-химические и минералого-геохимические факторы формирования озерно-болотных отложений как реконструкция палеогеохимиче-ских условий континентального литогенеза в истории развития малых озер и болотных массивов юга Западной Сибири и Восточного Прибайкалья в голоцене. Для этого в голоценовых разрезах озерно-болотных отложений будет:
     1. проведено физико-химическое моделирование;
     2. определены содержания химических элементов, C, H, N, S и изотопы δ18О, δ13С, δ15N, δ34S;
     3. выявлен характер распределения палеомаркеров.
     На основе данных по стабильным изотопам выявить особенности взаимодействия биотических и абиотических факторов, контролирующих современные процессы аутигенного минералообразования при формировании сапропелевых отложений в малых озерах разных ландшафтов юга Сибири.
     2025
     Провести сопоставительный анализ минералого-геохимических особенностей углеродистых отложений различных формационных типов и черных сланцев, вмещающих благороднометалльное оруденение на территории Восточного Саяна и определить минералого-геохимические особенности и условия формирования Au-Bi оруденения. Выявить минералого-геохимические признаки в минералах платиновой группы и золоте из аллювиальных отложений для использования их в качестве критериев прогноза коренного благороднометалльного оруденения юга Сибири. Выявление закономерностей перераспределения редких и редкоземельных элементов между бактериальным сообществом и питающим раствором в зависимости от характеристик последнего. Выявление закономерности пространственного распределения элементов в природном органическом веществе потока рассеяния золотосульфидного месторождения и его хвостохранилища. Продолжить исследования по совершенствованию существующих подходов. В частности, усовершенствовать подходы по применению биоиндикаторов (мхи, лишайники) для изучения состава атмосферных выпадений. Построение и оценка миграционных путей бета-излучающих изотопов внутри экосистемы реки Енисей. Применить группу минеральных и геохимических палеомаркеров на примере озерно-болотных отложений для повышения надежности реконструкции климата голоцена юга Западной Сибири и Восточного Прибайкалья. Определить физико-химические особенности донных отложений и поровых растворов, формирующихся в соленых озерах юга Сибири.
     2026
     Создать карту распространения различных минералого-геохимических типов углеродистых отложений, в том числе металлоносных, с выделением перспективных территорий на обнаружение благороднометалльного оруденения в юго-восточной части Восточного Саяна. На основании комплексного изучения минералов платиновой группы, золота и сопутствующих минералов в аллювиальных отложениях юга Сибири, провести прогноз коренного благороднометалльного оруденения. Выявление роли экстремофильных бактериальных сообществ в концентрировании БРРЭ в низкотемпературных гидротермальных системах Сибири и Камчатки. Выявление закономерностей распределения элементов в поровых водах из минерализованного органосодержащего вещества потока рассеяния золотосульфиного хвостохранилища в зависимости от физико-химических параметров и содержания органического вещества Продолжить исследования по совершенствованию существующих подходов, методов и методик определения состава атмосферных выпадений. Оценка радиоэкологической обстановки на различных участках поймы р. Енисей и прогноз сценариев ее эволюции. Обобщить закономерности седиментогенеза озерно-болотных отложений на протяжении голоцена в различных ландшафтно-климатических зонах (юг Западной Сибири и Восточное Прибайкалье). Выявить роль микроорганизмов в концентрировании редких, рассеянных и радиоактивных элементов в осадках соленых озер юга Сибири.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     2024
     В ю-в части Вост. Саяна будут определены: минералого-геохимические особенности, возраст метаморфизма и геодинамические обстановки формирования карбонатных и углеродистых отложений иркутной свиты; типы и условия формирования селенидов ЭПГ в офиолитах. Будут выявлены закономерности накопления благородных металлов и их изменение в зоне гипергенеза и определены коренные источники благородных металлов на территории Кузнецкого Алатау. Будут сопоставлены данные о распределении элементов в донных отложениях, составе и микроморфологии минералов и распределении стабильных изотопов (δ18О, δ13С, δ34S), оценена доля биогенной составляющей в зависимости от типа и характеристик термопроявления кальдеры Узон. На основании анализа закономерностей распределения микроэлементов будут выявлены этапы накопления/разубоживания микроэлементов в веществе германиеносных лингитов Касской впадины. Будут получены получить детальные данные о содержании естественных и искусственных радионуклидов во взвеси влажных атмосферных осадков. Будут определены наличие и соотношение подвижных/неподвижных форм бета-излучающих изотопов в компонентах пойменного биогеоценоза реки Енисей, рассчитана степень выноса и условия выноса изотопов из компонентов пойменной экосистемы. Будут проведены физико-химическое моделирование процессов перераспределения химических элементов в системах: озерная вода—донные отложения, донные отложения—поровые воды, атмосферная пыль—торфяник, торф—болотные воды. На основании характера распределения изотопов кислорода, углерода, азота и серы (δ18О, δ13С, δ15N, δ34S) в озерно-болотных отложениях исследуемых объектов юга Западной Сибири и Восточного Прибайкалья будет получена информация о событиях в истории развития озер и болот (колебание уровня озерных и болотных вод, обмеление/пересыхание, положительный/отрицательный гидрологический баланс, биопродуктивность экосистем, генезис органического вещества, климатические флуктуации и др.). Будет проанализирован характер распределения палеоклиматических индикаторов по длинным кернам бурения озерно-болотных отложений и выявлен ряд надежных минеральных и геохимических палеомаркеров показывающих изменения параметров внешней среды в голоцене. На основе данных по стабильным изотопам будут выявлены особенности взаимодействия биотических и абиотических факторов, контролирующих современные процессы аутигенного минералообразования при формировании сапропелевых отложений в малых озерах разных ландшафтов юга Сибири.
     2025
     На территории Восточного Саяна будет проведен сопоставительный анализ минералого-геохимических особенностей углеродистых отложений различных формационных типов и черных сланцев, вмещающих благороднометалльное оруденение и определены минералого-геохимические особенности и условия формирования Au-Bi оруденения. Будут выявлены минералого-геохимические признаки в минералах платиновой группы и золоте из аллювиальных отложений для использования их в качестве критериев прогноза коренного благороднометалльного оруденения юга Сибири. Будут выявлены закономерности перераспределения редких и редкоземельных элементов между бактериальным сообществом и питающим раствором в зависимости от характеристик последнего. Будут установлены закономерности пространственного распределения элементов в природном органическом веществе потока рассеяния золотосульфидного месторождения и его хвостохранилища. Будут проведены исследования, совершенствованию подходов по применению биоиндикаторов (мхов, лишайников) для выполнения задач по изучению состава атмосферных выпадений. Выявлены и оценены миграционные пути бета-излучающих изотопов внутри экосистемы пойменного биогеоценоза реки Енисей. Будут установлены закономерности перераспределения широкого спектра химических элементов между твердой (донные отложения, торф) и жидкой (озерные, болотные, поровые воды) фазах озерно-болотных отложений. Применить группу минеральных и геохимических палеомаркеров на примере озерно-болотных отложений для повышения надежности реконструкции климата голоцена юга Западной Сибири и Восточного Прибайкалья. Будут определены физико-химические особенности донных отложений и поровых растворов, формирующихся в соленых озерах юга Сибири. 2026 Будет создана карта распространения различных минералого-геохимических типов углеродистых отложений, в том числе металлоносных, с выделением перспективных территорий на обнаружение благороднометалльного оруденения в юго-восточной части Восточного Саяна (Отв. исполнители: к.г.м.н. Белянин Д.К., к.г.м.н. Айриянц Е.В., к.г.м.н. Киселева О.Н., д.г.м.н. Жмодик С.М.). На основании комплексного изучения минералов платиновой группы, золота и сопутствующих минералов в аллювиальных отложениях юга Сибири, будет осуществлен прогноз коренного благороднометалльного оруденения. Выявлены закономерности накопления БРРЭ экстремофильными бактериальными сообществами в низкотемпературных гидротермальных системах Сибири и Камчатки. Выявлены закономерности распределения элементов в поровых водах из минерализованного органосодержащего вещества потока рассеяния золотосульфиного хвостохранилища в зависимости от физико-химических параметров и содержания органического вещества. Будут выполнены исследования по совершенствованию существующих подходов, методов и методик определения состава атмосферных выпадений. Будет дана оценка радиоэкологической обстановке на различных участках поймы и спрогнозированы сценарии ее эволюции. Будет проведено обобщение выявленных закономерностей седиментогенеза озерно-болотных отложений как отражение климатических флуктуаций голоцена в различных ландшафтно-климатических зонах (юг Западной Сибири и Восточное Прибайкалье). Будет выявлена роль микроорганизмов в концентрировании редких, рассеянных и радиоактивных элементов в осадках соленых озер юга Сибири.
   • 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.).
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     Зам. директора ГИНа СО РАН (г.Улан-Удэ) д.г.м.н. Б.Б. Дамдинов. Исследование распространения, минералого-геохимических особенностей и типов золотого оруденения на территории юго-восточной части Восточного Саяна и Западного Забайкалья; Доцент Бурятского государственного университета (г. Улан-Удэ) П.А. Рощектаев. Исследование геологического строения, распространения, минералого-геохимических особенностей и типов золотого оруденения на территории юго-восточной части Восточного Саяна. Гнс ИЗК СО РАН, чл.-корр. РАН, д.г.м.н. Е.В. Скляров. Исследование геологического строения, распространения, минералого-геохимических особенностей и типов офиолитовых комплексов на территории юго-восточной части Восточного Саяна. Профессор, д.г.м.н. Санкт-Петрбургского Горного университета А.В. Козлов. Исследование геологического строения, распространения, минералого-геохимических особенностей и типов золотого оруденения на территории Западного Забайкалья.
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     1. На основании комплексного изучения офиолитовых комплексов ю-в части Восточного Саяна, в частности, хромититов, базитов, вулканитов, углеродистых отложений выделены различные геодинамические обстановки их формирования, что отражается на уровне концентраций благородных металлов (Kiseleva, Zhmodik, 2017; Kiseleva et al., 2020; Гордиенко, Добрецов, Жмодик и др. 2021). Причем наиболее высокие содержания и максимальное количество месторождений и рудопроявлений, в частности золота, фиксируется в Урик-Китойской зоне, в которой распространены породы впервые выделенного офиолитового пояса, формирование которого происходило в обстановке островной дуги с участием внутриплитного магматизма.
     2.Получены данные о специфической платинометалльной минерализации в зонах углеродизации Восточного Саяна. На примере офиолитовых комплексов Восточного Саяна показано, что их формирование происходило в условиях задуговой или междуговой зоны спрединга. Уже на этом этапе образуются руды золота, как с высокой концентрацией, так и с рассеянной минерализацией: в частности металлоносные углеродистые и кремнистые отложения. Характерными особенностями золота таких руд являются: высокая углеродистость; неоднородность состава (от кюстелита с 24-30% Au до высокопробного (до 100%) золота); возможное присутствие теллуридов и сульфидов золота; различная морфология частиц золота; преимущественное нахождение самородного золота в сульфидных минералах: пирите, пирротине, халькопирите, галените; нахождение в золоте углерода и хлора; разнообразие элементов-примесей в золоте, таких, как Pt, Pd, Cu, Sb, Bi,Te и др; совместное нахождение в рудах золота минералов, образующихся в различных термодинамических условиях: пирротин, ютенбогардит, пирит, халькопирротин, халькопирит. Часто в углеродисто-кремнистых отложениях, являющихся составной частью офиолитового комплекса, накапливаются совместно с Au и Ag, также Pt и Pd. Последующее преобразование форм нахождения Au, Ag, Pt и Pd, типов руд, связано с процессами изменения, происходящими в зонах аккреции и, прежде всего, субдукции. Деформационные процессы, в сочетании с высокой флюидонасыщенностью пород, в условиях, соответствующих хлорит-мусковитовой зоне метаморфизма, приводят к перераспределению и накоплению элементов (в 10-100 раз) в замковых частях образующихся складок и особенно в трещинах, паралельных осевым поверхностям складок. Наиболее значительные перераспределения Au устанавливаются в обстановке флюидонасыщенности, при взаимодействии золотосодержащих пород офиолитового комплекса с расплавом кислого или основного состава (Жмодик и др., 2008). В результате экспериментальных исследований с использованием радионуклидов 195Au, 198Au, 110mAg, 192Ir исследованы некоторые возможные механизмы рудоотложения благородных металлов. В частности, исследован процесс осаждения Au, Ag и Ir в низкотемпературных условиях на сульфидах и вхождения Ir в сульфиды при высокотемпературном гидротермальном синтезе.
     3. Минералы платиновой группы (МПГ) и самородное золото в россыпях несут большую информацию о типах коренных пород и руд, условиях их формирования и изменения. Применение комплекса традиционных и современных методов локального анализа (СЭМ, микрозонд) позволяет определять различные характеристики минералов. На примере МПГ из россыпей юга Сибири показано, что морфология частиц МПГ и их состав, текстура, морфология и состав микровключений силикатов, оксидов, интерметаллидов, тип изменения минералов могут быть использованы в качестве эффективных индикаторов коренных источников элементов платиновой группы (Жмодик и др., 2016; Nesterenko et al., 2017, 2019).
     4. Коллективом совместно с сотрудниками ИЦиГ СО РАН, ИХХТ СО РАН и ИК СО РАН проводятся комплексные интеграционные исследования, направленные на выявление геохимической роли микроорганизмов в концентрировании БРРЭ и преобразовании вещества в гидротермальных системах на примере Байкальской рифтовой зоны и Курило-Камчатского вулканического пояса. Показано накопление Ge циано-бактериальными сообществами, формирующимися на выходе щелочных термальных источников с повышенным содержанием Rn (Баргузинская долина) (Lazareva et al., 2009), гипераккумаляция Hg бентосным сообществом ист. Заварзина (Кальдера Узон) (Rozanov et al., 2014). Подробно охарактеризованы микробные сообщества Нефтяной площадки (Кальдера Узон), которая представляет собой участок термального поля с термальными выходами и значительным градиентом температуры, Eh-pH и геохимических параметров растворов (Dobretsov et al., 2015; Peltek et al, 2021). Согласно данным высокопроизводительного секвенирования в исследуемых пробах нефтяного поля и реперных точек выявлено более 300 тыс. последовательностей. Установлена статистически значимая зависимость между геохимическими параметрами исследованных экосистем, таксономическим составом и заполненностью метаболических путей микробных сообществ. Показано, что совокупность геохимических параметров является значимым фактором, определяющим структуру и метаболический потенциал исследованных микробных сообществ.
     На основании минералогических исследований, датирования и сопоставления с известными событиями в регионе восстановлена история формирования осадка IV озерка оз. Фумарольное. Около двух 2000 лет назад, на месте отбора керна донных отложений была окислительная обстановка, соответствующая зоне окисления. В интервале времен с 13 - 713 н.э. произошло изменение физико-химических условий, подъем уровня воды озера, поверхность воды накрыла лежащие слои ярозита, способствуя образованию пирита из гидротермального раствора. 1200 лет назад произошел мощный выброс пирокластического материала вулкана Кихпиныч. Мощность пирокластического горизонта в точке отбора керна составляет до 1.5 см., пирокластический слой послужил геохимическим барьером, благодаря которому стало возможно выпадение кристаллов антимонита из раствора.
     После извержения вулкана Кихпиныч, характер осадконакопления резко изменился, вместо кристаллического пирита начинает образовываться фромбоидальный пирит, что говорит об обстановке, благоприятствующей для развития сульфатредуцирующих бактерий. Наблюдается существенный рост числа диатомовых водорослей. Извержение вулкана Кихпиныч с выбросом пеплового материала 500 лет назад, не произвел такого большого влияния на процесс осадконакопления, как извержение 1200 лет назад (Kirichenko et al., 2020).
     5. Показано, что взаимодействие торфяного вещества с кислым дренажным раствором и отходами накладывает отпечаток на его состав и в результате формируются геохимические аномалии с высокими рудными концентрациями Au, Hg, Ag, Se (Cu, Zn). Многие из анализируемых элементов в торфе образуют собственные минералы (Fe, Cu, Zn, Se, Hg, Au, Ag, I, Pb и Ba) или являются примесями в этих минералах (Sr, As и Cd). Ряд элементов (Rb, Y, Zr, Nb, Mo, Sn, Sb и Te) имеют относительно низкое содержание и не были обнаружены их вторичные минералы или они не были выявлены в качестве примеси в других минералах. Установлены устойчивые корреляции между Hg-Ag, Cu-Zn (Cd), Ba-Sr, что отражает формирование соответствующих вторичных минералов. Факторным анализом показано, что в торфяном веществе с устойчивой парой Hg-Ag тесно связаны Se и Au, с группой Cu-Zn(Cd) - Fe, As, Mo, Pb, и Y. Следовательно, накопление Au, Ag, Hg происходит в результате иного процесса, чем отложение вторичных сульфидов (Lazareva et al., 2019). При разложении органики с развитием процессов бактериальной сульфатредукции различные группы микроорганизмов создают благоприятные условия для концентрирования Au, Ag, Hg и вторичных сульфидов. Изучены особенности аутигенного минералообразования в торфяном веществе из потока рассеяния Урского хвостохранилища (Кемеровская область, Россия), взаимодействующее с минерализованным дренажным раствором (рН = 2). Формируются сульфаты (гипс, ярозит, барит, англезит), гидроксиды Fe (III), алюмосиликаты, сульфиды (фрамбоидальный пирит, сульфиды Zn (минералы группы сфалерита) и Hg (метациннабарит)), селениды Hg (тиманнит), йодиды Ag (йодаргирит) и Au0 (Myagkaya et al., 2020). Изучен групповой состав органического вещества, взаимодействующего с кислым дренажным раствором, а также формы нахождения благородных и потенциально токсичных элементов в органических фракциях, на примере вещества из потока рассеяния Урского хвостохранилища (Кемеровская область, Россия) (Myagkaya et al., 2021). Под действием дренажного раствора происходит окисление органического вещества, меняется соотношение основных форм группового состава относительно природных торфов, не подверженных техногенному влиянию. В исследуемых образцах преобладают водорастворимые вещества, гуминовые кислоты и негидролизуемый остаток. Основная часть Au и Ag связана с гуминовыми кислотами и легко-гидролизуемыми веществами.
     Получены первые результаты сопоставительного анализа изменения состава микробных сообществ (по данным метагеномного секвенирования), геохимических параметров растворов и распределения элементов в колонке донных отложений щелочного солёного озера Зап. Сибири (Bryanskaya et al., 2021).
     6. Используя метод физико-химического моделирования с применением программного комплекса «Селектор-C» (Карпов, 1981; Чудненко, 2010), исполнителями проекта установлено, что основными формами миграции Ca, Na, Mn, Mg, K, Sr, Ba, Ni, Co, Cd в поверхностной воде оз. Очки (Прибайкалье) являются аква-ионы (Me+ и Me2+). Fe преобладает в виде фульватов (Fe-Fulvat = 51.69%) и гидроксидных комплексов Fe(III): (Fe(OH)2+ = 45,64%, FeOH2+ = 2,8% и Fe(OH)30 = 0,36% (Леонова и др., 2018). В поверхностной и поровой воде оз. Духовое (Прибайкалье) щелочные и щелочноземельные элементы превалируют в виде аква-ионов (Me+ и Me2+). Алюминий в озерной воде находится преимущественно в гидроксидной форме (Al(OH)4-). В поровых водах сапропеля – в гидроксидных (AlOH2+, Al(OH)2+) и сульфатных комплексах (AlSO4+), составляя в сумме около 99%. Железо в воде оз. Духовое присутствует в основном в гидроксидных комплексах Fe (III): Fe(OH)2+, Fe(OH)30, Fe(OH)4-. В поровых водах сапропеля основную долю составляют аква-ионная форма Fe(II) до 82%, в меньшем количестве гидрокарбонатные (FeHCO3+) и сульфатные (FeSO40aq) комплексы (Мальцев, Богуш, Леонова, 2014). В поровых водах озерно-болотных отложений Cu, Zn, Pb находятся преимущественно в формах, связанных с гидрокарбонатами (MeHCO3+), Si, Cr, As присутствуют в составе оксидов. Количество растворенных форм Fe возрастает по глубине разрезов озерно-болотных отложений вследствие восстановления окисленных форм Fe (III) до подвижных форм Fe (II) (Мальцев и др., 2019). Применение модифицированной методики ступенчатого выщелачивания позволило определить формы нахождения химических элементов в твердой фазе озерно-болотных отложениях, а также установить ряды их подвижности (Мальцев и др., 2019, 2020). Используя геохимические палеомаркеры и минералого-геохимический подход в изучении озерно-болотных отложений были выделены стадии их эволюции, определяемые циклами аридизации/гумидизации регионального климата. Было установлено, что большинство озерно-болотных отложений юга Западной Сибири сформировались в начале атлантической (в конце бореальной) фазы 7,8–5,3 (14С) л.н. Был установлен рост δ18O в нижних интервалах разрезов большинства озерных и болотных отложений, свидетельствующий о том, что начальное формирование озер и торфяников происходило в условиях сухого и холодного климата. Выявлено облегчение изотопного состава C и S по глубине разрезов озерно-болотных отложений, что является следствием изотопного фракционирования в результате деятельности микроорганизмов-редуцентов – сульфатредуцирующих бактерий (Мальцев и др., 2019). Сравнительный анализ коэффициентов обогащения показал, что озерные отложения обогащены Si и Fe, а верхние интервалы еще и Cu, Zn. Для болотных отложений характерно обогащение торфяных залежей Fe и Mn, а верхних интервалов — As, Cd, Sb, Pb, Hg (Leonova et al., 2019, 2020; Бобров и др., 2019; Мальцев и др., 2019, 2020).
     7. В процессе многолетних исследований (1991-2021 годы) коллективом авторов собран большой материал по содержанию микроэлементов, естественных и искусственных радионуклидов в целинных почвах, донных отложениях, хвойных подстилках, торфах, мхах, лишайниках и других компонентах биогеоценоза ряда регионов Сибири (Алтайский, Забайкальский, Красноярский края, Республики Алтай, Бурятия, Тыва и Саха (Якутия), Новосибирская, Томская, Иркутская и Кемеровская области, Ямало-Ненецкая автономный округ и др.) (Щербов и др., 2001, 2003, Маликова и др., 2008, Страховенко и др., 2005, Malikova et al., 2019 и др.). Отработаны методы и методики отбора представительных образцов изучаемых компонентов биогеоценоза, выбора информативных площадок пробоотбора в пределах структурных единиц ландшафта. В процессе выполнения ряда региональных и федеральных программ нами была создана база данных по распределению радионуклидов и некоторым микроэлементов в почвах для территории Алтайского края. Выявлены площади былого локального загрязнения радионуклидами при ядерных испытаниях по информативным точкам опробования и современное радиационное состояние почв Алтайского края. Установлена латеральная мозаичность распределения радиоцезия, связанная с неравномерным поступлением атмосферных радиоактивных выпадений от ядерных взрывов на Семипалатинском, Новоземельском полигонах в отличии от распределения естественных радионуклидов (Страховенко и др., 2008, 2010; Malikova et al., 2018, 2019). Для территории Сибири впервые применена методика опробования пирологических объектов, позволившая определить количественную сторону атмосферной эмиссии ряда радионуклидов и химических элементов при различных типах лесных пожаров. На основании изучения более двух десятков пожарищ в различных районах Сибири показано, что в воздушную миграцию при лесных пожарах может вовлекаться до 40-50 % искусственных радионуклидов, Hg и Cd, изначально содержавшихся в почвенно-растительном покрове. Мигрирующие элементы дополнительно загрязняют, по крайней мере, прилегающие к пожарищам площади. Наиболее детально динамику осаждения и степень фракционирования химических элементов в атмосфере Западной Сибири с использованием радиоизотопных индикаторов (Pb-210, Cs-137) участники проекта исследовали под руководством В.М. Гавшина (2003, 2004) на примере послойного опробования торфяной залежи Кирсановского болота в таежной зоне Томской области. Комплексное изучение озерных осадков, торфов, хвойных подстилок, мхов и лишайников как свидетелей изменения геохимического фона Западной и Восточной Сибири вообще предпринято нами впервые (Гавшин и др., 1999) и прочно вошло в практику наших исследований (Бобров и др. 2009; Страховенко и др., 2010; Щербов и др., 2015; Malikova et al., 2018; Vosel et al, 2020; Belyanin et al, 2020). Получены первые данные о характере и некоторых закономерностях современного поступления 210Pb, 7Be и 137Cs в составе снеговых выпадений на территории Западной Сибири (Melgunov et al, 2020; Mezina et al, 2020).
     8. Авторами Проекта проводятся многолетние исследования поймы Енисея, в ходе которых установлены многие закономерности перераспределения радиоактивных изотопов. Изучены особенности радиоактивного загрязнения пойменных почв, донных отложений и биоты. В целом, пойма вне зоны затопления паводками не загрязнена техногенными изотопами, их содержания не превышают глобальных выпадений (Bolsunovsky и др., 1999), однако на островах ближней зоны влияния ГХК было отмечены их локальные выпадения (Sukhorukov, Melgunov, Kovalev, 2000). Загрязненность донных отложений уменьшается с удалением от ГХК, причем по всей глубине отложений изотопы прочно связаны с веществом отложений и их составом (Bondareva, 2012; Semizhon и др., 2010). Содержания изотопов в донных отложениях изменяются по глубине (Bondareva, Bolsunovsky, 2008). Подвижность и доступность изотопов в донных отложениях различна для разных изотопов (Bolsunovsky, Melgunov, 2014; Bondareva, 2012). Удельные активности 137Cs на порядок и более превышают фоновые значения и существенная доля 137Cs в системе «почва – ризосфера - растение» находится в подвижных формах, благоприятных для его поступления в трофические цепи. Хотя 137Cs в почве и ризосфере связан в основном с неподвижными формами (алюмосиликатами, гидроксидами железа и органическим веществом), процент водорастворимых форм в масштабах поймы достигает значимой величины (Kropacheva, Melgunov, Makarova, 2013; Kropacheva и др., 2011). Лабораторным экспериментом подтвержден весьма активный вынос 137Cs из растений во время паводка (Kropacheva и др., 2011; Чугуевский и др., 2019). Корневая система растений, произрастающих на загрязненной территории, накапливает 152Eu и 154Eu, хотя в надземных частях растений изотопов не обнаружено; степень накопления зависит от физиологической активности их органов (Kropatcheva, Chuguevsky, Melgunov, 2012). Распределение техногенных радионуклидов в биомассе наземных сосудистых растений может изменятся из года в год и в значительной степени зависит от возраста растения (Kropacheva, Melgunov, Makarova, 2017). Характерной особенностью радиоактивного загрязнения поймы Енисея является присутствие в пойменных отложениях «горячих» частиц (Sukhorukov и др., 2004; Sukhorukov, Melgunov, Kovalev, 2000; Bolsunovsky, Melgunov, 2014; Bolsunovsky, Tcherkezian, 2001; Gritchenko и др., 2001; Sukhorukov, Melgunov, Chuguevsky, 2009). Эксперименты показали, что в естественных условиях «горячие» частицы под действием фильтрующейся воды и влаги поровых растворов постепенно растворяются, а входящие в их состав радионуклиды вовлекаются в повторную миграцию (Chuguevskii и др., 2010; Чугуевский, Мельгунов, Макарова, 2018).
     9. Авторами применен оригинальный методологический подход к решению проблемы формирования органоминеральных отложений малых озёр юга Западной Сибири. Генезис органоминеральных отложений детально рассмотрен с учетом того, что биологическая составляющая озера является не только как источником углеродистого вещества, но и главным фактором в создании минеральной матрицы. Для этого применен новый методический принцип детального исследования отдельно взятого озера в тесной взаимосвязи со всей системой компактно расположенных озёр (озёрной системой) в одинаковых ландшафтно-климатических и геолого-геохимических условиях, что дает представление, как об общих особенностях минерально-геохимического состава в пределах ландшафтных зон, так и озёрных систем и, в частности, каждого отдельно взятого озера (Страховенко и др., 2014, 2015, 2016, 2017; Страховенко, Гаськова, 2018; Strakhovenko et al., 2017; Ovdina et al., 2019, 2020).
   • Исполнители: Айриянц Евгения Владимировна, Белянин Дмитрий Константинович, Восель Юлия Сергеевна, Густайтис Мария Алексеевна, Жмодик Сергей Михайлович, Кириченко Иван Сергеевич, Киселева Ольга Николаевна, Кропачева Марья Юрьевна, Лазарева Елена Владимировна, Леонова Галина Александровна, Мальцев Антон Евгеньевич, Мельгунов Михаил Сергеевич, Мягкая Ирина Николаевна, Овдина Екатерина Андреевна, Сарыг-оол Багай-оол Юрьевич, Страховенко Вера Дмитриевна, Чугуевский Алексей Викторович.

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 обосновать и апробировать комплекс прогнозно-поисковых критериев. Для достижения цели работы в рамках проекта выделены 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.
     Целью третьего блока является физико-химическое моделирование процессов рудообразования на месторождениях различного формационного типа. Разработка количественных моделей формирования геохимического состава и транспорта гидротермальных 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:
     2024 г.
     Анализ геологического положения и вещественных характеристик месторождений порфирового семейства ЦАСП; детальное изучения петрографических и петрохимических характеристик гранитоидов, особенностей состава их породообразующих и акцессорных минералов, U-Pb геохронологические исследования. Проведение анализа результатов геохронологических (U-Pb, циркон), изотопно-геохимических (Sm-Nd, Rb-Sr, Pb) и геохимических (РФА, ICP-MS) исследований по магматическим породам рудных узлов с целью получения информативного материала по взаимосвязи вмещающего плутона и рудоносных малых интрузий. Изучение распределения редкоземельных элементов в шеелитах из месторождений различного формационного типа. Развитие численных моделей формирования магматических очагов в литосферной мантии и земной коре Сибирского кратона и области перехода океан-континент Северо-Западной Пацифики. Имитация процесса образования платиноносных норильских руд - эвтектических срастаний кристаллов Iss и Pbss. Синтез фаз системы Ag-Cu-S-Te и исследование состава природных и синтетических сульфотеллуридов Ag и Cu. Детальное минералого-геохимическое изучение самородного золота из эндогенных и экзогенных источников. Создание термодинамических моделей трансформации вещества хвостохранилищ, содержащих минералы основных пород, под влиянием атмосферных газов.
     2025 г.
     Изучение вещественных характеристики Cu-Mo оруденения Улантовского гранитоидного массива (Западный Салаир, Россия) и создание геолого-генетической модели Cu-Mo оруденения. Проведение анализа геолого-геодинамического положения Cu-Mo-порфировых месторождений центральной части ЦАСП, выполнить петрографическое изучение магматических пород «вмещающего» массива и рудоносных малых интрузий, провести геохронологические (U-Pb, циркон), изотопно-геохимические (Sm-Nd, Rb-Sr, Pb) и геохимические исследования (РФА, ICP-MS) магматических пород. Разработка численных моделей динамики мантийно-коровых рудоносных интрузий трапповой формации и алмазоносных трубок, учитывающих условия внедрения расплавов. Исследование природных и синтетических фаз системы Au-Ag-S-Se-Te. Экспериментальное изучение реакций карбонизации вещества хвостохранилищ, содержащих минералы основных и ультраосновных пород. Проведение лабораторных экспериментов при контролируемых параметрах (минеральный состав, время эксперимента, размер частиц, парциальное давление СО2, рН и т.д.).
     2026 г.
     Определение U-Pb возраста и состава гранитоидов Малмыжского Cu-порфирового месторождения (Хабаровский край, Россия). Создание геолого-генетической модели Малмыжского Cu-порфирового месторождения. Будут рассмотрены особенности проявления магматизма на месторождениях порфирового семейства, локализованных в различных сегментах ЦАСП и проведено сравнение вещественного состава, геохимических и изотопно-геохимических составов магматитов. Исследование совместного влияния Pb, Te, Bi, As, Sn, Se, Sb на образование минералов благородных металлов. Детальное изучение внутреннего строения самородного золота россыпей, локализованных в узлах с минерализацией порфирового семейства. Исследование фракционирования изотопов углерода в карбонатных минералах хвостохранилищ.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     2024 г.
     Предполагаемые результаты и их возможная практическая значимость.
     Дана изотопно-геохимическая характеристика магматических пород и руд месторождений порфирового семейства ЦАСП. Выявлены возрастные рубежи становления и специфики рудоносного гранитодного магматизма. Предполагается решение дискуссионного для Cu-Mo порфировых месторождений вопроса о связи (пространственной или генетической) магматизма плутонов и локализованных в них рудоносных порфиров. Будут построены численные модели циклического формирования рудоносных магматических очагов в литосферной мантии и земной коры кратонов и области перехода океан-континент. Исследованы составы природных и синтетических сульфотеллуридов Ag и Cu. Рассмотрены типоморфные характеристики самородного золота с позиции его эволюции в экзогенных системах. Получены характеристики редкоземельного состава шеелита из руд месторождений различного типа, проведена их генетическая интерпретация. Предложены модели улавливания и хранения углерода в отвалах рудников с целью ограничения антропогенного потепления.
     Возможная практическая значимость – (1) выработка и апробация прогнозно-поисковых критериев на Cu-Mo-порфировое оруденение; использование вещественных характеристик самородного золота и шеелита из шлиховых потоков для прогнозирования областей коренного залегания руд. (2) Определен существующий уровень загрязнений и предложены мероприятия по снижению их распространения для низкоуровневых РАО предприятий РосАтома.
     2025 г.
     Определены условия формирования Cu-Mo оруденения Улантовского массива. На основе полученных геохимических, изотопно-геохимических и геохронологических данных предполагается установить генетические взаимоотношения между вмещающими плутоногенными гранитоидами и рудоносными порфирами на Cu-Mo-порфировых месторождениях, определить источники магм, выяснить роль мантийного и корового источников при формировании магм, установить потенциальные источники металлов. Построены численные модели динамики формирования мантийно-коровых рудоносных интрузий трапповой формации и алмазоносных трубок. Исследованы устойчивые фазы в системе Au-Ag-S-Se-Te. Для рудно-россыпных районов юга Сибири будет получен комплекс вещественных характеристик самородного золота из россыпей и коренных месторождений. Выработаны рекомендации по созданию схем утилизации СО2 на отдельных предприятиях.
     Возможная практическая значимость – выработка и апробация прогнозно-поисковых критериев на Cu-порфировое оруденение.
     2026 г.
     Выявлены возрастные рубежи становления и специфики гранитодного магматизма Малмыжского месторождения. На основе проведенных исследований будет установлена роль отдельных факторов при формировании оруденения на месторождениях. Установлена неоднородность химического состава и гетерогенность внутреннего строения самородного золота магматогенных месторождений. Предложены и обоснованы различные механизмы формирования первичной неоднородности самородного золота. Определение изотопного состава позволит выстроить схему карбонизации вещества, выяснить состав вторичных карбонатов, что в свою очередь сделает возможным подсчет углеродных единиц.
     Возможная практическая значимость – выработка и апробация прогнозно-поисковых критериев на Cu-порфировое оруденение.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Проект предусматривает изучение месторождений и рудопроявлений, относящихся к различным формационным типам, наиболее востребованным с точки зрения промышленного освоения на сегодняшний день (порфировые, орогенные, эпитермальные). В частности, для порфировых и эпитермальных месторождений предполагается восстановить условия развития рудно-магматических систем, способных генерировать крупномасштабное оруденение, от их зарождения на глубинном уровне до рудоотложения на субповерхностном. При этом предусматривается получить новые данные по таким актуальным вопросам, необходимым для построения генетических моделей месторождений:
     - геодинамический режим развития региона,
     - роль коры и мантии в развитии рудно-магматической системы,
     - источники магм и металлов,
     - вещественные характеристики расплавов и магматических пород, являющиеся «критическими» для формирования оруденения,
     - длительность функционирования рудно-магматических систем.
     В настоящее время взгляды исследователей по многим вопросам формирования месторождений рассматриваемых типов разнятся. Это во многом объясняется не только различиями в условиях формирования месторождений разных регионов, но и недостаточной изученностью, в частности, геохимической специфики рудогенерирующих расплавов. Последнее вызвано отсутствием данных современных высокоточных геохимических методов исследования. При проведении исследований будут применяться высокоточные современные методы анализа руд, пород и минералов, что позволит получить большое количество новых данных, которые, в свою очередь, лягут в основу физико-химического моделирования процессов рудообразования. Использование методов геохронологии позволит надежно обосновывать временную связь периодов магматической и тектонической активности регионов с этапами металлогенического развития. Кроме того, актуальность проекта определяется необходимостью развития поисковых критериев рудных месторождений. Так, для дальнейшего успешного развития горно-геологической отрасли в России (как, впрочем, и во всем мире) необходима разработка нового комплекса методик поиска и прогноза месторождений полезных ископаемых, основанных не на комплексе эмпирических признаков, а на результатах фундаментальных научных исследований. Научной базой для решения этой проблемы может стать серия согласованных с геологической, петрологической и физико-химической точек зрения генетических моделей наиболее перспективных типов месторождений. Применение современных высокоточных методов анализа минералов ляжет в основу разработки новых поисковых критериев рудных месторождений различных формационных типов.
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     В рамках разработки и апробации прогнозно-поисковых критериев на Cu-Mo-порфировое оруденение; а также использование вещественных характеристик самородного золота и шеелита из шлиховых потоков для прогнозирования областей коренного залегания руд, будет продолжено научное и научно - техническое сотрудничество с группами компаний «Норникель» и «Полюс».
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     Коллектив исполнителей имеет большой опыт и научный задел по теме исследований, запланированных в настоящем проекте. Такие исследования проводились авторами по Интеграционным проектам Президиумов РАН и СО РАН, ОНЗ РАН, инициативных проектов РФФИ, совместных международных проектов с научными и производственными организациями Монголии, Вьетнама, Китая, Марокко и др. Тематика проектов охватывала следующий круг проблем:
     1) геохронология процессов магматизма и рудообразования;
     2) рудно-магматические системы и факторы их рудопродуктивности;
     3) термобарогеохимия процессов магмо- и рудообразования;
     4) геологические и физико-химические критерии прогноза и поисков различных типов оруденения.
     Главные результаты, формирующие научный задел коллектива, следующие:
     1. На основе анализа геологических данных и проведения изотопно-геохронологических исследований (U-Pb, Ar-Ar, Sm-Nd, Re-Os методы) будет проведена корреляция магматических и рудных комплексов, установлены пространственно-временные и генетические связи оруденения с базитовым и внутриплитным гранитоидным магматизмом.
     2. Оценена роль рифтогенных и рифтогенно-сдвиговых структур в области влияния Сибирского мантийного плюма в развитии разных типов рудномагматических систем и определена их длительность, направленность и этапность. Определены особенности эволюции процессов магматизма и рудообразования в рифтогенных и рифтогенно-сдвиговых структурах.
     3. Построены оригинальная теория тепломассопереноса в гетерофазных компактируемых средах и оригинальные численные схемы для описания динамики межфазных взаимодействий в применении к изучению литосферной мантии под кратоном Сибирской платформы.
     4. Разработаны программные комплексы для анализа динамики насыщенных пористых сред (Porodynamics), нестационарной динамики гетерофазных компактирующих сред (MAix-2V), крупномасштабной динамики верхней мантии и литосферы (MAix-2D), .термобарометрии (Ter55).
     5. Проведена типизация рудно-магматических систем по составу рудоносного магматизма в локальных структурах орогенных поясов и на основе изотопно-геохронологических, минерало-геохимических и изотопно-геохимических (Sr-Nd-Pb) исследований установлена длительность и этапность процессов магматизма и рудообразования для отдельных рудно-магматических систем (Cu-Mo(Au)-порфировых, Au, Au-Ag, золото-сульфидных (Au-As), Cu-Pb-Zn и редкометалльных), а также при формировании крупных и уникальных месторождений (на примерах месторождений Забайкалья, Центрально-Алданского рудного района, Камчатки, Горного и Рудного Алтая).
     6. Определены физико-химические условия формирования комплексного оруденения на W-Mo, Sn-W редкометальных грейзеновых; золото-сульфидно-кварцевых; скарновых и Cu-Mo-порфировых месторождениях, а также Ag-Pb, Au-Ag, Sb и Hg. Оценено участие в рудообразовании окисленных флюидов (присутствие во включениях Sсамор., аниона SO42-, H2S; присутствие в рудах сульфатов, выявление реакционных минеральных парагенезисов в комплексных рудах и т.д.).
     7. Определены и сопоставлены солевой состав и металлоносность восстановленных и окисленных рудообразующих флюидов, определены особенности состава соответствующих минеральных парагенезисов.
     8. Методами термобарогеохимии исследован состав и металлоносность расплавных и флюидных включений в минералах (апатит, сфен, циркон и др.) порфировых и щелочнобазитовых пород, синхронных с процессами рудообразования.
     9. Выявлены особенности состава природных халькогенидов системы Ag-Cu-S-Te ряда эпитермальных месторождений Северо-Востока РФ. На основе минеральных буферных ассоциаций оценены физико-химические параметры рудообразования (Т, lg fS2, lg fTe2), проведено сравнение с другими месторождениями, содержащими халькогениды серебра и меди.
     10. На основании анализа твердого вещества и растворов в вулкано-гидротермальных системах, а также физико-химического моделирования описаны механизмы поступления вещества (в том числе рудных компонентов) в конкретные газогидротермы. Выявлены наиболее значимые структурные особенности флюидопроводников и их влияние на состав рудоносных флюидов. Определены зоны формирования фазовых барьеров, играющих ведущую роль в рудоотложении.
     9. Изучены условия миграции и аккумуляции золота в основных “россыпеобразующих” ландшафтах Сибири (от среднегорных до предгорных и равнинных) с целью прогнозирования его коренных источников. Для разных ландшафтно-климатических зон определены закономерности миграции урана и тяжелых металлов в гипергенных системах.
   • Исполнители: Калинин Юрий Александрович, Артамонова Светлана Юрьевна, Ащепков Игорь Викторович, Берзина Анита Николаевна, Богуславский Анатолий Евгеньевич, Боровиков Андрей Александрович, Гаськов Иван Васильевич, Гаськова Ольга Лукинична, Гора Марина Павловна, Житова Людмила Михайловна, Колпаков Владислав Владимирович, Неволько Петр Александрович, Пальянова Галина Александровна, Перепечко Юрий Вадимович, Редин Юрий Олегович, Рябов Виктор Владимирович, Светлицкая Татьяна Владимировна, Синякова Елена Федоровна, Сухоруков Василий Петрович, Шварцева Ольга Сергеевна, Шевко Артем Яковлевич, Шевко Елизавета Павловна, Фоминых Павел Андреевич, Шавекина Альфия Шамилевна.

---

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. Для проекта в целом 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 (1.8, 1.2 и 0.75-0.8 млрд лет) и Центрально-Азиатского складчатого пояса (кембро-ордовикская, раннедевонская, а также частично изученные Таримская (C2-P1) и Сибирская (P3-T1) крупные изверженные провинции). Для каждой LIP планируется определить особенности состава пород, оценить закономерности эволюции магматических систем в пространстве и во времени, провести их сопоставление с магматизмом других геодинамических обстановок, построить петрологические модели магматизма. В 2024 году в рамках данного блока планируется
     1) Обосновать отнесение палеопротерозойских рудоносных (Cu-Ni-ЭПГ) ультрамафит-мафитовых ассоциаций и автономных анортозитов с Fe-Ti-V оруденением юга Сибирского кратона к магматизму крупных изверженных провинций. Провести оценки составов родоначальных магм, их мантийных источников, условий дифференциации и факторов рудообразования.
     2) На основе исследования внутреннего строения, вещественного и изотопного состава, возраста определить механизмы мантийно-корового взаимодействия при формировании Семейтауской вулканоплутонической структуры Восточного Казахстана как отражения активности Сибирского суперплюма.
     3) Для Алтайского сектора раннедевонской Алтае-Саянской LIP установить продолжительность магматизма, пространственно-временные соотношения вулканических и плутонических пород, определить особенности их состава и изотопные характеристики, реконструировать источники мантийных и коровых магм и закономерности их эволюции как отражение взаимодействия мантийного плюма с континентальной литосферой.
     В 2025-2026 годах предполагается
     1. Провести сопоставление составов родоначальных магми и их источников для неопротерозойских дайковых поясов и рудоносных (Cu-Ni-ЭПГ) юга Сибирского кратона.
     2. На примере раннепалеозойского (кембро-ордовик) этапа ультрамафит-мафитового магматизма ЦАСП обосновать правомерность выделения на этом возрастном рубеже специфической LIP, проявившейся в результате интерференции аккреционно-коллизионных геодинамических обстановок и активности мантийного плюма.
     3. Определить этапы эндогенной активности, объемы магматизма и петрогенетические механизмы мантийно-корового взаимодействия при для эпох взаимодействии Таримского и Сибирского мантийных плюмов с литосферой складчатого сооружения на территории Восточного Казахстана.
     4. Для раннедевонского (локхов-ранний эмс) магматизма Алтае-Саянской крупной изверженной провинции уточнить временной интервал проявления, реконструировать характер латеральной и временной зональности магматиза, определить источники и главные закономерности эволюции мантийных и коровых магм, главные факторы их рудоносности.
     Блок 2 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. В 2024 году в рамках данного блока планируется 1. Расшифровать особенности внутреннего строения раннепалеозойских аккреционных и надсубдукцинных комплексов Центрально-Азиатского складчатого пояса (Южный Тянь-Шань, Киргизия, Горный Алтай, Западное Прибайкалье, Монголия), установить источники расплавов, особенности петрогенезиса и обстановки формирования входящих в них магматических пород.
     2. Провести пространственно-временную корреляцию гранитоидных и габброидных комплексов Западного Саяна, на примере эталонных массивов, расположенных в различных структурно-формационных зонах (террейнах) этого региона.
     3. Определить роль различных мантийных источников и процессов коровой контаминации в формировании магм для палеопротерозойских базитовых комплексов южного фланга Сибирского кратона), оценить вклад субконтинентальной литосферы и других мантийных источников в их формирование.
     В 2025-2026 годах предполагается
     1. Определить геологическое положение, условия петрогенезиса и геодинамические обстановки формирования магматических ассоциаций, входящих в состав палеозойских аккреционных и надсубдукцинных комплексов западной части Центрально-Азиатского складчатого пояса.
     2. Определить главные рубежи, масштабы и геодинамические условия проявления палеозойского гранитоидного магматизма, закономерности изменения состава и источников магм в ключевых магматических поясах Центрально-Азиатского подвижного пояса (Западный Саян, Тува, домезозойские блоки Южного Приморья).
     3. Определить главные рубежи и масштабы проявления мезозойского магматизма Монголо-Охотского подвижного пояса, установить закономерности изменения состава и источников магм, геодинамические обстановки их проявления. Блок 3 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). Определённое внимание будет уделено, также, гранитоидным ассоциациям, с которыми связаны золоторудные месторождения.
     В 2024 году в рамках данного блока планируется:
     1. Провести исследования геологической позиции, вещественного и изотопного состава, возраста и на этой основе установить формационную принадлежность базитового и гранитоидного магматизма ответственного за формирование золотого оруденения Акжал-Боко-Ашалинской металлогенической зоны Восточного Казахстана.
     2. Установить типоморфные особенности и условия формирования ЭПГ-минерализации сульфидных Cu-Ni руд ултрамафит-мафитовых массивов Восточного Саяна.
     В 2025-2026 годах предполагается
     1. Разработать генетическую модель формирования минералого-геохимической зональность основного рудного горизонта ЭПГ-Cu-Ni месторождения Норильск 1.
     2. Выяснить механизмы и условия образования прожилково-вкрапленных «медистых» руд в Норильских месторождениях
     3. Установить главные факторы реализации рудоносного потенциала редкометалльно-гранитных магм в структурах Центральной и Восточной Азии (Sn, W, Li).
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     К концу 2024 года в рамках проекта планируется достижение следующих результатов:
     По блоку 1
     1. На основе сопоставления вещественного состава и условий формирования ультрамафит-мафитового магматизма и массивов автономных анортозитов предполагается обосновать выделение двух этапов протерозойских LIP (1880 Ma и 1750 Ма) и на этой основе оценить перспективы юга Сибирского кратона и Центральной Монголии в отношение Cu-Ni-ЭПГ и Fe-Ti-V оруденения.
     2. На основе обобщения комплекса данных будет построена петрогенетическая модель мантийно-корового взаимодействия при взаимодействии Сибирского плюма и литосферы складчатой структуры Восточного Казахстана.
     3. Будет создана обобщенная модель раннедевонского магматизма Алтайского сектора раннедевонской Алтае-Саянской LIP, учитывающая специфику плюм-литосферного взаимодействия и интерференцию плейт-и плюмтектонических факторов.
     По блоку 2.
     1. Будет получена характеристика минерального, химического и изотопного Nd состава палеопротерозойских базитовых ассоциаций, на этой основе будет обоснована гетерогенность субконтинентальной литосферной мантии, участвовавшей в формировании базитовых ассоциаций южного фланга Сибирского кратона.
     2. Будут установлены главные рубежи мантийного и корового магматизма Западного Саяна.
     По блоку 3.
     1. На основе обобщения комплекса данных будет определена формационная принадлежность магматических образований, ответственных за формирование золотого оруденения на территории Восточного Казахстана.
     2. На основе комплексного изучения пород ультрамафит-мафитовых массивов Восточного Саяна и связанных с ними сульфидных Cu-Ni (+ ЭПГ) руд будут установлены условия и механизмы формирования оруденения, выявлены главные факторы реализации рудоносного потенциала базит-ультрабазитов.
     В ходе выполнения проекта в 2025-2026 гг. предполагается получение следующих результатов:
     По блоку 1.
     1. Будет уточнен возраст, определены составы и источники родоначальных магми неопротерозойских дайковых поясов и рудоносных (Cu-Ni-ЭПГ) юга Сибирского кратона. Сопоставление данных по разновозрастным интрузиям региона позволит диагностировать магматические комплексы, образование которых связано с активностью мантийных плюмов.
     2. Будет обосновано выделение крупной изверженной провинции на кемборо-ордовикском рубеже геологической эволюции ЦАСП, установлены диагностические признаки LIP, сформированных в результате интерференции аккреционно-коллизионных геодинамических обстановок и активности мантийного плюма.
     3. Будут определены механизмы формирования базитовых и гранитоидных магматических ассоциаций, оценены масштабы, динамика развития и характер эволюции магматизма Алтае-Саянской (D1) и Таримской (C3-P1) крупных изверженных провинций в западной части ЦАСП.
     По блоку 2.
     1. На основе синтеза данных по магматическим и осадочным породам будет выполнена реконструкция характера магматических дуг, сформированных на разных этапах эволюции западной части Палеоазиатского океана: классифицированы магматические и обломочные породы, проведено их сравнение, определен тип мантийных источников магматических пород, определен тип магматических протолитов обломочных пород в области сноса, установлена геодинамическая природа конвергентных границ (внутриокеаническая или окраинно-континентальная) Палеоазиатского океана в раннем-среднем палеозое.
     2. Будут определены главные рубежи, масштабы и геодинамические условия проявления палеозойского гранитоидного магматизма, закономерности изменения состава и источников магм в ключевых магматических поясах Центрально-Азиатского подвижного пояса (Западный Саян, Тува, домезозойские блоки Южного Приморья) и мезозойского мезозойского магматизма Монголо-Охотского подвижного пояса, реконструирована динамика формирования и эволюции литосферы изученных регионов в контексте их тектонической эволюции (с учетом масштабов и специфики мантийно-корового взаимодействия, оценки роли плейт – и плюмтектонических режимов).
     По блоку 3.
     1. Будет разработана модель формирования минералого-геохимической зональности основного горизонта ЭПГ-Cu-Ni руд месторождения Норильск-1.
     2. Будут определены механизмы и условия образования прожилково-вкрапленных «медистых» руд в месторождениях Норильской группы.
     3. Будут определены главные факторы реализации рудоносного потенциала редкометалльно-гранитных магм в структурах Центральной и Восточной Азии (Sn, W, Li).
     Практическая значимость. Полученные результаты и установленные закономерности позволят существенно уточнить схемы магматизма изученных регионов и металлогеническую специализацию отдельных магматических ассоциаций, выявить факторы реализации рудного потенциала базитовых и гранитоидных магм в геологических структурах Центрально-Азиатского складчатого пояса. Эти результаты могут использоваться при выполнении прогнозно-металлогенических исследований и составить научную основу нового поколения методик прогноза и поиска месторождений полезных ископаемых.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Изучение механизмов формирования и закономерностей эволюции магматических комплексов и слагающих их пород, оценка их рудоносного потенциала и главных факторов его реализации – одна из важнейших составляющих геологической науки, имеющая как фундаментальное так и прикладное значение. В фундаментальном плане актуальность предлагаемых исследований определяется неразрывной связью магматизма и эволюции литосферы. Процессы частичного плавления в мантии и коре, сегрегация магм и подъем их к поверхности планеты являлись ведущим механизмом дифференциации вещества Земли и обеспечивали эффективный транспорт из недр к поверхности как тепловой энергии, так и летучих компонентов, что привело в конечном итоге к формированию атмосферы и гидросферы. На всех этапах существования нашей планеты магматическая активность сопровождала (а нередко и определяла) все главные эволюционные и катастрофические изменения. Таким образом исследование процессов формирования и эволюции магм является ключом к пониманию геологической истории Земли.
     Прикладной аспект поставленной проблемы обусловлен связью с проявлениями магматической активности подавляющего большинства рудных месторождений, обеспечивающих существование человеческой цивилизации. На рубеже II и III тысячелетий бурный научно-технический прогресс и связанные с ним изменения в мировом экономическом укладе обусловили резкое расширение перечня рудных компонентов, используемых в промышленности, и существенное изменение структуры их потребления. Это обусловило необходимость наращивания сырьевой базы целого ряда элементов, ранее имевших ограниченное использование, и поставило вопрос о разработке нового поколения методик прогноза и поиска месторождений новых и нетрадиционных типов. Особенно остро этот вопрос стоит в Российской Федерации, геологическая служба которой была почти полностью разрушена в ходе постсоветских реформ.
     В рамках предлагаемого проекта решение вопросов петрогенезиса и рудоносности магматических ассоциаций планируется на примере Сибирской платформы и Центрально-Азиатского складчатого пояса. Эти сопряженные в пространстве геологические структуры фиксируют практически полную летопись эндогенных событий (от архея до современности), характеризуются многократной сменой тектонических режимов, каждый из которых сопровождался специфическим набором магматических ассоциаций. Это дает возможность найти эталонные объекты и полигоны для решения всех поставленных в проекте задач.
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     Исполнители проекта имеют тесные научные связи с Восточно-Казахстанским техническим университетом им. Д. Серикбаева, Усть-Каменогорск, Республика Казахстан (совместные экспедиционные исследования в Восточном Казахстане, подготовка пуцбликаций), Юго-западным университетом Джатонг, Чэнду, Китай (геохронологические и изотопные исследования пород аккреционных комплексов Центральной Азии, совместные публикации), с Геологическим институтом РАН, Москва (совместные полевые работы в Казахстане), с Казанским (Приволжским) федеральным университетом (аналитические исследования), Геологическим институтом СО РАН, Улан-Удэ (совместные полевые работы, аналитические исследования), Институтом геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, Иркутск (совместные полевые работы, аналитические исследования, подготовка публикаций), Дальневосточным геологическим институтом ДВО РАН, г. Владивосток (совместные полевые работы, аналитические исследования, подготовка публикаций).
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     Руководитель и ключевые исполнители проекта уже более 20 лет ведут систематическое изучение петрологии и рудоносности магматических ассоциаций Центральной и Юго-Восточной Азии, являются знатоками магматической геологии региональных структур, в которых будет сконцентрирован основной объем работ, предполагаемых проектом. На большинстве эталонных полигонов уже проведены рекогносцировочные исследования, получены геологические наблюдения и коллекции каменного материала, необходимые для начала работ по проекту.
     Авторский коллектив имеет достаточную квалификацию для решения задач, поставленных проектом. За последние годы руководителем и ответственными исполнителями проекта получен ряд серьезных результатов в области петрологии и рудоносности магматических ассоциаций.
     В области изучения магматизма крупных изверженных провинций авторами проекта обосновано наличие в Центральной Азии Таримской LIP позднекаменноугольно-раннепермского возраста (Борисенко и др., 2006), показана синхронность магматизма Сибирской LIP на кратоне и в его складчатом обрамлении (Gavriyshkina et al., 2018), обоснована методика выделения центров крупных изверженных провинций на основе оценки степеней плавления в мантии и содержаний ЭПГ в породах базит-ультрабазитовых ассоциаций, доказана связь ряда расслоенных базит-ультрабазитовых массивов с Cu-Ni-ЭПГ оруденением на Сибирской платформе с магматизмом LIP. В области изучения источников, механизмов формирования и путей эволюции мантийных и коровых магм в «типовых» в геодинамических режимах реконструированы (на примере Алтая и Сихотэ-Алиня) источники и механизмы формирования габбро-гранитных серий и гранитоидных комплексов в режимах АКО Андского (субдукционный режим) и Калифорнийского (трансформный режим) типов, показано различие источников и механизмов генерации кремнекислых магм (Крук и др., 2014, 2015, 2018). Обоснована индикаторная роль габбро-гранитных серий при палеотектонических реконструкциях (Владимиров и др., 2013). Приведена комплексная характеристика магматических пород ряда аккреционных комплексов Центральной Азии и показана их принадлежность к внутриокеаническим и окраинно-континентальным (надсубдукционным) образованиям (Safonova et al., 2018, 2019, 2020). На примере Тувы и Озерной зоны Западной Монголии обоснованы источники высоко- и низкоглиноземистых плагиогранитоидов в венд-кембрийских океанических дугах (Руднев и др., 2019, 2020). На примере Ольхонского региона предложен новый метод обоснования комагматичности плутонических и вулканических комплексов, позволяющий корректно выделять вулканоплутонические ассоциации (Лавренчук и др., 2019). Получены новые данные о магматизме и эволюции литосферы юго-западной окраины Сибирского кратона в архее – палеопротерозое (Туркина и др., 2019; Turkina et al., 2020). Обоснована синколлизионная природа перидотит-габбровых интрузивных серий в аккреционно-коллизионных структурах Западной Монголии (Izokh et al., 2019) и Восточного Казахстана (Khromykh et al., 2019). Рассмотрены особенности базальтового и кремнекислого вулканизма на Алтайской активной окраине Сибирского континента в средне палеозое (Куйбида и др., 2019; Kuibida et al., 2020) и на поздних этапах эволюции Алтайской аккреционно-коллизионной системы (Хромых и др., 2020). Получены данные о длительности, этапности, составе и петрогенетических механизмах формирования крупных массивов гранитоидов в пост-орогенных и внутриплитных обстановках для Восточного Казахстана (Хромых и др., 2016; Котлер, 2017; Kotler et al., 2021) и Горного Алтая (Gavryushkina et al., 2019).
     В области исследования потенциальной рудоносности магматических комплексов и определения факторов ее реализации доказано наличие в составе интрузии Норильск-I двух самостоятельных расслоенных серий, отличающихся параметрами кристаллизации и характером ассоциирующего оруденения. Показаны закономерности распределения вкрапленных сульфидов в расслоенных сериях пород, в средней части интрузии Норильск 1, проведено исследование хромшпинелидов из платиноносного рифа в верхней контактовой зоне (Tolstykh et al., 2020a). Представлены новые геохимические и минералогические данные по рудному телу Южная-2 в Юго-Западной ветви Талнахской интрузии (Tolstykh et al., 2020b). В пределах Хангайского нагорья (Западная Монголия) исследованы мафит-ультрамафитовые массивы с PGE-Cu-Ni-минерализацией (Шаповалова и др., 2019; Shapovalova t al., 2020). Предложена модель формирования Калгутинской рудно-магматической системы с Mo-W минерализацией (Владимиров и др., 2019). Обобщены данные по минеральному состав и возрасту редкометалльных пегматитов, связанных с гранитоидами Калбинского батолита, Восточный Казахстан (Khromykh et al., 2020). Рассмотрены особенности "внепегматитового" Li-F оруденения в Восточном Казахстане (Анникова и др., 2019).
     Коллектив имеет в распоряжении широкий спектр экспедиционного снаряжения и оборудования для полевых работ, современные петрографические микроскопы Carl Zeiss (2 шт). Основной объем аналитических исследований планируется выполнять в ЦКП многоэлементных и изотопных исследований (ИГМ СО РАН). Руководитель и исполнители проекта имеют прочные связи с научными организациями в России и за рубежом, что позволяет на договорной основе выполнять недоступные в ИГМ аналитические исследования (пламенная фотометрия; Sm-Nd, Lu-Hf изотопия; изотопия O в силикатах, U-Pb датирование (SHRIMP)).
   • Исполнители: Анникова Ирина Юрьевна, Бородина Евгения Викторовна, Вишневский Андрей Владиславович, Гаврюшкина Ольга Александровна, Гусев Виктор Александрович, Егорова Вера Вячеславовна, Изох Андрей Эмильевич, Котлер Павел Дмитриевич, Куйбида Максим Леонидович, Лавренчук Андрей Всеволодович, Михеев Евгений Игоревич, Подлипский Максим Юрьевич, Руднев Сергей Николаевич, Сафонова Инна Юрьевна, Толстых Надежда Дмитриевна, Туркина Ольга Михайловна, Хромых Сергей Владимирович, Шелепаев Роман Аркадиевич, Шелепов Ярослав Юрьевич.

---

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:
     2024.
     1. Характер и типы процессов вторичного обогащения истощенных перидотитов литосферной мантии древних платформ в этапах эволюции литосферы, их причины и связь с образованием и алмазоносностью кимберлитов. Причины обратной связи между интенсивностью и алмазоносностью проявлений кимберлитового магматизма как метод оценки алмазоносности прогнозируемых кимберлитовых полей. Геохимические особенности постмагматического этапа кимберлитогенеза и их прогностические перспективы. Схемы парагенетического разделения мантийных и коровых гранатов и клинопироксенов в целях изучения состава и строения литосферы древних платформ и решения прогнозно-поисковых задач. Новые данные об известных и прогнозируемых кимберлитах Сибирской платформы в пределах Тунгусской синеклизы, южного склона Вилюйской синеклизы, северного склона Алданской антеклизы, восточного обрамления Анабарского щита и о минерализации лампроитов южной окраины платформы (Ингашинское поле).
     2. Состав, строение и эволюция разновозрастной ЛМ различных частей Сибирской платформы в сравнении характеристиками ЛМ других древних кратонов – севера Восточно-Европейской и Южно-Африканской платформ. Экспериментальное моделирование состава минералов ультаосновных парагенезисов, сосуществующих с алмазом.
     3. Изучение включений хромшпинелидов в алмазах и различных включений в алмазах V разновидности (Сибирская платформа), типизация и онтогенез алмазов месторождения Снэп Лейк (Северо-Американская платформа).
     4. Изучение изменения формы включений минералов в алмазе как результата диффузионных процессов, экспериментальное изучение влияния твердых углеводородов в качестве источника углерода на кристаллизацию алмаза.
     5. Комплексное изучение кимберлитов Сибирской платформы, особенностей их минерального, геохимического и изотопного состава, вопросы происхождения.
     2025. 2026.
     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 условиях восстановленной 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.
     5. Комплексное изучение кимберлитов Сибирской платформы, особенностей их минерального, геохимического и изотопного состава, вопросы происхождения.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     2024.
     1. На основе данных о характеристиказ мантийного вещества из различных кимберлитов Сибирской платформы сделаны выводы о причинах и связи процессов вторичного обогащения пород литосферы с образованием кимберлитов и их алмазоносностью, о причинах обратной связи между интенсивностью и алмазоносностью проявлений кимберлитового магматизма, в связи с этим предложен метод оценки алмазоносности прогнозируемых кимберлитовых полей. Показаны прогностические перспективы геохимических особенностей вмещающих пород как результата постмагматического этапа кимберлитогенеза. Разработаны схемы парагенетического разделения мантийных гранатов и клинопироксенов в целях изучения литосферной мантии (ЛМ) древних платформ и решения прогнозно-поисковых задач. Получены и систематезированы новые данные об известных и прогнозируемых кимберлитах Сибирской платформы в пределах Тунгусской синеклизы, южного склона Вилюйской синеклизы, северного склона Алданской антеклизы, восточного обрамления Анабарского щита и о минерализации лампроитов южной окраины платформы (Ингашинское поле).
     2. На основании изучения мантийных включений из кимберлитов изучены состав, строение и эволюция палеозойской ЛМ центральных частей Сибирской платформы в сравнении с мезозойской ЛМ с-в части платформы и характеристиками ЛМ других древних кратонов – севера Восточно-Европейской и Южно-Африканской платформ. Проведено экспериментальное моделирование и выяснение возможности вхождения максимального количества хрома в структуру минерала-спутника алмаза пиропа в ультраосновных парагенезисах.
     3. Изучены включения хромшпинелидов в алмазах и различные включений в алмазах V разновидности (Сибирская платформа), проведена типизация, описан онтогенез алмазов месторождения Снэп Лейк (Северо-Американская платформа).
     Исследованы изменения формы включений минералов в алмазе как результата диффузионных процессов, проведено экспериментальное изучение влияния твердых углеводородов в качестве источника углерода на кристаллизацию алмаза.
     5. Изучен минеральный, геохимический и изотопный состав и его вариации для различных кимберлитов Сибирской платформы, сделаны выводы об особенностях их происхождения.
     2025. 2026.
     1. На основании комплексного изучения различных типов алмазоносных пород, распространенных в геологическом пространстве и времени на Сибирской платформе, будет выявлен характер и причины вариаций их состава, интенсивности проявлений, алмазоносности и форм отражения в осадочных коллектроах - обоснована новая парадигма алмазоносности Сибирской платформы.
     2. На основе изучения ксеногенного материала из разновозрастных кимберлитов и иных магматитов мантийного происхождения будут получены новые теоретические и экспериментальные данные о процессах эволюции состава пород в вертикальном разрезе литосферной мантии различных районов Сибирской платформы, ее обрамления, а также некоторых других древних платформ
     3. На основании теоретических и экспериментальных исследований алмазов Сибирской платформы будут смоделированы условия их образования и постростовые изменения в условиях восстановленной мантии.
     4. На основании проведенного экспериментального изучения плавления и кристаллизации тагамитов, изучения сохранности импактных алмазов в условиях графитизации и растворения, изучения взаимоотношения кубической фазы и лонсдейлита и природы лонсдейлита будут получены уникальные комплексные данные о происхождении и свойствах импактных пород и алмазов Попигайской астроблемы.
     5. На основании комплексного изучения различных кимберлитов Сибирской платформы, их минерального, геохимического и изотопного состава получены уникальные данные о происхождении и эволюции кимберлитовых и протокимберлитовых расплавов.
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Комплексное изучение кимберлитов, их алмазов и ксеногенного материала мантийного происхождения дает ценнейшую информацию о процессах генерации расплавов в зоне взаимодействия литосферы и астеносферы, составе, строении и эволюции литосферной мантии древних платформ, образовании алмазов, формировании их месторождений. Все вместе дает фундаментальные основы совершенствования прогнозирования их месторождений. Комплексное изучение импактных пород и алмазов Попигайской астроблемы позволит получить новые знания о характере образования природного наноструктурированного алмаз-лонсдейлитового материала, его характеристиках и возможных областях использования.
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     Совместные работы с Институтом земной коры СО РАН по изучению состава и строения литосферной мантии центрального и северо-восточного районов Сибирской платформы в различное время на основе данных о составе мантийных пород и минералов из кимберлитов. Совместные работы с Институтом геологии алмаза и благородным металлов СО РАН по исследованию кимберлитовых пород северного склона Алданской антеклизы. Совместные работы с ООО «Арктикгеопоиск» (г. Архангельск) и ФГБУ «ЦНИГРИ» (г. Москва) по изучению характеристик литосферы севера Восточно-Европейской платформы на основании данных по включениям мантийных пород в кимберлитах. Совместные работы с АК «АЛРОСА» (г. Мирный) по геохимическим особенностям постмагматического этапа кимберлитогенеза и их прогностическим перспективам. Различные совместные аналитические работы с Институтом геологии и геохимии им. академика А. Н. Заварицкого Уральского отделения РАН (г. Екатеринбург).
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     1. На основе детального изучения вариаций составов индикаторных минералов мантийного происхождения в разновозрастных кимберлитах с различными уровнями алмазоносности и составов минеральных включений в алмазах были разработаны минералогические критерии алмазоносности. Они были использованы при прогнозировании и открытии Архангельской алмазоносной провинции, ряда алмазоносных объектов в Якутии, крупного месторождения алмазов и новой провинции в Канаде. Их развитие и совершенствование позволит выявить новые поля алмазоносных кимберлитов на территории Сибирской платформы, включая ее арктические районы.
     2. Комплексное изучение ксеногенного материала мантийного происхождения из разновозрастных кимберлитов Сибирской платформы позволило выявить признаки различных типов мантийного метасоматоза, а также значительной эволюции состава и строения литосферной мантии Сибирской платформы, связанной с воздействием на глубинные части литосферы Сибирского суперплюма. Использование полученной информации поможет выявить причины вариаций интенсивности проявлений кимберлитового магматизма в пределах Сибирской платформы и различий в уровнях его алмазоносности в различных полях.
     3. Экспериментальное изучение кристаллизации алмаза в металл-углеродных системах с добавлением силикатов и серы продемонстрировало совместную кристаллизацию алмаза, силикатных и сульфидных фаз. Впервые в мире синтезированы тяжелые углеводороды в условиях, соответствующих верхней мантии Земли. Проведены экспериментальные исследования при высоких Р-Т по кристаллизации хромистых гранатов с широкими вариациями содержаний CaO и Cr2O3 в системе ультраосновного состава. В исследовании с участием редкоземельных элементов, содержащихся в природном карбонатите, получены новые данные по росту высокохромистого пиропа, содержащего широкий набор редкоземельных элементов.
     4. За последние 10 лет изучен основной комплекс минералогических особенностей импактных алмазов Попигайской астроблемы; изучены алмазы («якутиты») из россыпей вокруг астроблемы, показана их импактная природа; изучены петрохимические особенности импактных пород астроблемы; проведены полевые работы на астроблеме, собран богатый каменный материал. Имеющегося задела достаточно для продолжения работ по части генезиса импактных алмазов и импактных пород.
   • Исполнители: Агашев Алексей Михайлович, Агашева Елена Владимировна, Афанасьев Валентин Петрович, Головин Александр Викторович, Жимулев Егор Игоревич, Логвинова Алла Михайловна, Похиленко Николай Петрович, Сонин Валерий Михайлович, Тычков Николай Сергеевич, Чепуров Алексей Анатольевич, Чепуров Анатолий Ильич.

---

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: 
     Главная цель исследований состоит в 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:
     2024 год
     Блок 1.
     Определить состав флюидных включений в природных алмазах из россыпей Бразилии (площадь Жуина) и Венесуэлы (аллювиальные алмазы, кимберлитовая провинция Гуаниамо) с помощью микротермометрии, оптической и сканирующей микроскопии, КР- спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии;
     Блок 2.
     Провести исследование и реконструкцию состава флюидных фаз, участвовавших в эволюции кислых магм, сформировавших кальдеры и экструзии острова Кунашир;
     Блок 3.
     Установить особенности состава летучих компонентов и эволюции расплава при кристаллизации пород ийолит-мельтейгитовой серии и карбонатитов на поздних этапах становления Гулинского плутона по термобарогеохимическим, изотопно-геохимическим и хромато-масс-спектрометрическим данным;
     Блок 4.
     Изучить состав летучих компонентов рудоносных флюидов Аяхтинского золоторудного месторождения и рудопроявлений Базисный и Кондуяк Аяхтинского рудного узла, Енисейский кряж, с помощью оптической микроскопии, КР-спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии. Получить новые данные о температуре, давлении, составе и источнике флюидов.
     Блок 5.
     Провести серию опытов по выращиванию кристаллов кварца, содержащих флюидные включения, в условиях с контролируемым содержанием в ростовой среде органических соединений (стеариновая кислота - C18H36O2). Ростовые условия: температуры опытов 400-650°С, давления 0.5 – 1.5 кбар.
     2025 год.
     Блок 1.
     Определить состав флюидных включений в алмазах из тр. Маджгаван (Индия) и лампроитов Австралии (тр. Аргайл, тр Эллендейл-4) с помощью микротермометрии, оптической и сканирующей микроскопии, КР- и ИК-Фурье спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии;
     Блок 2.
     Провести исследование и реконструкцию состава флюидных фаз, участвовавших в эволюции андезитовых магм на примерах островов Онекотан и Кунашир;
     Блок 3.
     Выяснить особенности эволюции состава расплавов и летучих при кристаллизации щелочных вулканитов арыджангской свиты Полярной Сибири (нефелиниты, лимбургиты и мелилититы);
     Блок 4.
     На основе новых керновых материалов определить Р-Т условия и флюидный режим формирования глубоких горизонтов Олимпиадинского золоторудного месторождения; получить новые изотопные характеристики серы сульфидов, углерода и кислорода карбонатов и углерода углекислоты из флюидных включений и оценить рудоносность глубоких горизонтов месторождения;
     Блок 5.
     Провести серию опытов по выращиванию кристаллов кварца, содержащих флюидные включения, в условиях с контролируемым содержанием в ростовой среде органических соединений (антрацен - C14H10 и щавелевая кислота - C2H2O4). Ростовые условия: температуры опытов 400-650°С, давления 0.5 – 1.5 кбар.
     2026 год.
     Блок 1.
     Определить состав флюидных включений в алмазах из кимберлитовых трубок Якутской алмазоносной провинции и россыпей северо-востока Сибирской платформы с помощью микротермометрии, КР- и ИК-Фурье спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии и провести сравнительный анализ с составами летучих в алмазах из других алмазоносных районов России (Урала, Архангельска) и мира (Индии, Китая, Бразилии, Венесуэлы и др.);
     Блок 2.
     Провести исследование и реконструкцию исходного содержания летучих в базитовых расплавах вулканов Курило-Камчатской островодужной системы (вулкан Харчинский, посткальдерные базиты острова Итуруп, остров Райкоке, неоген-четвертичные базальты о. Кунашир);
     Блок 3.
     Определить физико-химических условия формирования мелилитовых пород массива Кугда, состав исходных магм и их флюидонасыщенность с помощью петрографических, петрохимических, минералогических, микротермометрических, КР-спектроскопических и хромато-масс-спектрометрических исследований;
     Блок 4.
     Обобщить данные о физико-химических условиях формирования золоторудных месторождений Енисейского кряжа, полученные за 2022-2025 г.г. Проанализировать полученные данные, при необходимости дополнить и установить закономерности формирования месторождений с различными запасами золота;
     Блок 5.
     Провести серию опытов по выращиванию кристаллов кварца, содержащих флюидные включения, в условиях с контролируемым содержанием в ростовой среде органических соединений (пентан - C₅H₁₂, гексан - C₆H₁₄ и толуол - C₆H₅CH₃). Ростовые условия: температуры опытов 400-650°С, давления 0.5 – 1.5 кбар.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     2024 год
     Блок 1.
     Будут получены с помощью микротермометрии, оптической и сканирующей микроскопии, КР- спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии первые данные о составе летучих в алмазах из россыпей Бразилии (площадь Жуина) и Венесуэлы (аллювиальные алмазы, кимберлитовая провинция Гуаниамо);
     Блок 2.
     Будут получены новые данные по составам и эволюции флюидных фаз и расплавов, участвующих в образовании кальдер и экструзий острова Кунашир;
     Блок 3.
     На основе комплекса термобарогеохимических методов в совокупности с изотопно-геохимическими данными и результатами хромато-масс-спектрометрического анализа будут определены условия формирования пород ийолит-мельтейгитовой серии и карбонатитов Гулинского щелочно-ультраосновного плутона;
     Блок 4.
     Будут получены новые данные о составе летучих и выявлена их роль в формировании золотоносных ассоциаций. На основе полученных изотопных данных серы (δ34S) и углерода (δ13С) будет выявлен вероятный источник металлоносных флюидов при формировании месторождения. Определены физико-химические условия формирования Аяхтинского месторождения и рудопроявлений Базисный и Кондуяк;
     Блок 5.
     Будут синтезированы при разных Р и Т параметрах опыта кристаллы кварца с флюидными включениями и определен их состав с помощью микротермометрии, КР- и ИК-спектроскопии и хромато-масс-спектрометрии и будет установлен состав минералообразующей среды и изучена температурная эволюция гидротермальных сред с органическими соединениями (стеариновая кислота).
     2025 год.
     Блок 1.
     Будут получены новые данные о составе флюидных включений в алмазах из тр. Маджгаван (Индия) и лампроитов Австралии (тр. Аргайл, тр Эллендейл-4);
     Блок 2.
     Будут получены новые данные о составах флюидных фаз и поведении летучих компонентов при подготовке крупных эксплозивных извержений андезитовых магм на примере кальдер островов Онекотан и Кунашир;
     Блок 3.
     Будут выяснены особенности эволюции состава расплавов и летучих при кристаллизации щелочных вулканитов Полярной Сибири;
     Блок 4.
     Будут получены новые термобарогеохимические характеристики флюидов, принимавших участие в формировании глубоких горизонтов Олимпиадинского золоторудного месторождения, и сделан прогноз о рудоносности глубоких горизонтов месторождения;
     Блок 5.
     Будут синтезированы при разных Р и Т параметрах опыта кристаллы кварца с флюидными включениями и определен их состав с помощью микротермометрии, КР- и ИК-спектроскопии и хромато-масс-спектрометрии и будет установлен состав минералообразующей среды и изучена температурная эволюция гидротермальных сред с органическими соединениями (антрацен и щавелевая кислота).
     2026 год.
     Блок 1.
     Будут получены новые данные о составе флюидных включений в алмазах из кимберлитовых трубок Якутской алмазоносной провинции и россыпей северо-востока Сибирской платформы и проведен сравнительный анализ полученных результатов с данными по составам летучих из алмазов из алмазоносных районов Урала, Архангельска, Индии, Китая, Венесуэлы, Бразилии и др.
     Блок 2.
     Будут получены новые данные об исходном содержании летучих компонентов в базитовых расплавах вулканов Курило-Камчатской островодужной системы;
     Блок 3.
     Будут определены физико-химические условия формирования мелилитовых пород массива Кугда, состав исходных магм и их флюидонасыщенность;
     Блок 4.
     Будут представлены физико-химические параметры формирования (температура, давление, состав) золоторудных месторождений и рудопроявлений на территории Енисейского кряжа. А также будет установлена роль углеводородов в процессе переноса и отложения рудного вещества;
     Блок 5.
     Будут синтезированы при разных Р и Т параметрах опыта кристаллы кварца с флюидными включениями и определен их состав с помощью микротермометрии, КР- и ИК-спектроскопии и хромато-масс-спектрометрии и будет установлен состав минералообразующей среды и изучена температурная эволюция гидротермальных сред с органическими соединениями (пентан, гексан и толуол).
   • Актуальность проблемы, предлагаемой к решению:
     Одной из фундаментальных проблем современной магматической петрологии по-прежнему является выяснение условий возникновения и эволюции щелочно-ультраосновных карбонатитовых расплавов как на уровне их зарождения, так и в процессе подъема к поверхности Земли. Несомненно, что решению этой проблемы будет способствовать выяснение особенностей, условий и механизма формирования летучих и их роли при формировании щелочно-ультраосновных карбонатитовых комплексов. Известно, что в углеродисто-терригенных комплексах заключено более половины всех запасов золота России и именно они определяют основной объем добычи этого металла на ближайшие десятилетия. Енисейский кряж является одним из богатейших и стратегически важных золоторудных районов в России. На его территории сконцентрировано огромное количество месторождений с запасами от первых десятков до нескольких сотен тонн золота. Поэтому получение новых данных о генезисе коренных месторождений данного типа на Енисейском кряже и научное обоснование критериев локализации богатого оруденения на основании изучения минералообразующих сред приобретает особое значение, как для фундаментальной науки, так и для поисково-разведочных работ. Использование синтетических флюидных включений, полученных в средах кристаллизации с a priori известным составом, является одним из ведущих методов, позволяющих совершенствовать методики изучения флюидных и расплавных включений в природных минералах. Одной из главных проблем в этой области является способ контролируемого получения включений в средах заданного состава при заданных Р и Т параметрах в разных минералах, используемых при термобарогеохимических исследованиях, что требует изучения процессов роста кристаллов, приводящих к захвату первичных включений, и механизмов их залечивания. Несомненно, важным является так же вопрос о возможности использования содержимого структурных (берилл) и сверхструктурных (турмалин) каналов для реконструкции флюидных режимов процессов минералообразования.
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     отсутствует.
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     Участники предлагаемого проекта в течение ряда лет проводили исследования по выяснению природы, условий возникновения и кристаллизации кимберлитовых магм; геохронологических и физико-химических параметров образования мантийных пород; определению состава мантийных флюидов; петрохимических, геохимических, изотопно-геохимических, геохронологических и физико-химических параметров образования щелочно-ультраосновных мантийных пород, карбонатитов; детальные исследования условий становления очагов и подготовки мощных эксплозивных событий, произошедших на рубеже Плейстоцена и Голоцена на острове Итуруп; участия глубинных магм в развитии кальдеры Медвежьей острова Итуруп и оценки исходных содержаний воды и уровня их дегазации; флюидных включений и изотопно-геохимических характеристик золоторудных месторождений Енисейского кряжа.
     - впервые в природных алмазах из кимберлитовых трубок и россыпей Якутии обнаружены и детально исследованы с помощью микротермометрии, КР- и ИК-спектроскопии и хромато-масс-спектрометрии первичные существенно углеводородные флюидные включения. Показано, что в составе этих включений, наряду с водой, метаном и азотом, присутствуют тяжелые углеводороды вплоть до гексадекана (Томиленко и др., 2016, 2017, 2018; Соболев и др., 2018; Sobolev et al., 2019a, 2019b; Сокол и др., 2020);
     - уникальный состав первичных флюидных включений впервые зафиксирован в одном из типичных округлых алмазов из россыпей Урала. С помощью КР-спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии впервые в первичных флюидных включений обнаружен твердый азот, что свидетельствуют о высоком остаточном давлении внутри включений, достигающем более 8.5 ГПа при комнатной температуре (Sobolev et al., 2019b);
     - впервые были обнаружены и детально изучены с помощью микротермометрии, КР- и ИК-спектроскопии и хромато-масс-спектрометрии первичные существенно углеводородные флюидные включения в гранатах из алмазоносных эклогитов из кимберлитовых трубок Якутии (Томиленко и др., 2016; Sobolev et al., 2019а);
     - впервые в оливинах и пикроильменитах из кимберлитовых трубок Якутии по данным хромато-масс-спектрометрического анализа и КР-спектроскопии были обнаружены флюидные включения, состоящие из углеводородов и их производных: алифатических (парафины, олефины), циклических (нафтены, арены, нафталин), кислородсодержащих (спирты, эфиры, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты), азот-, галоген-, серосодержащих соединений. (Томиленко и др., 2016 a, б; Томиленко и др., 2017);
     - впервые в мире обнаружены и детально изучены первичные флюидные и расплавные включения в магматических карбонатах из основной массы кимберлитов. Получены первые данные по изотопному составу углерода и кислорода данных карбонатов и новые данные по изотопному составу кислорода в мегакристаллах и фенокристаллах оливина из кимберлитов и мантийных ксенолитов (Томиленко и др., 2017);
     - проведены детальные исследования условий становления очагов и подготовки мощных эксплозивных событий, произошедших на рубеже Плейстоцена и Голоцена на острове Итуруп (перешеек Ветровой и кальдера Львиная Пасть) и участия глубинных магм в развитии кальдеры Медвежьей острова Итуруп и оценены исходные содержания воды и уровень их дегазации (Смирнов и др., 2017; Смирнов и др., 2018; Smirnov et al., 2019; Низаметдинов и др., 2019).
     - адаптированы и доработаны методики определения содержания воды в стеклах расплавных включений (Kotov et al., 2017) и определения плотности CO2 в газовой фазе флюидных и расплавных включений (Миронов и др., 2020).
     - изучение расплавных и флюидных включений в породах щелочно-ультраосновных карбонатитовых массивов показало, что в их формировании участвуют несколько магм. Было установлено, что в оливинитах Крестовской интрузии оливин начал кристаллизоваться из ларнит-нормативной щелочно-ультрамафитовой (камафугитовой) магмы, существенно обогащенной несмесимыми компонентами при температурах много выше 1230 °С (Панина и др., 2018);
     - на основании изучения расплавных включений было установлено, что кристаллизация калиевых лампрофиров на Томторском массиве происходила из гетерогенной магмы, состоящей из смешанных базитовых расплавов, близких по составу к нефелиновым и лейцитовым мелафонолитам, обогащенным карбонатной составляющей (Панина и др., 2016; 2017);
     - согласно Ar/Ar данным формирование уникального по запасам золота Олимпиадинского месторождения происходило в период от 817 до 660 млн. лет, т.е. в течение не менее 150 млн. лет (Гибшер и др. 2019);
     - установлено, что образование золотоносных кварцевых жил месторождения Эльдорадо происходило из гетерогенных водно-углекисло-углеводородных флюидов в интервале температур от 180 до 490оС, солености от 9 до 22 мас. % и давлении от 0.1 до 2.3 кбар. (Гибшер и др., 2018);
     - показано, что золото-кварцевые жилы месторождения Панимба сформированы металлоносными Mg-Na-Cl-содержащими водно-углекисло-углеводородными флюидами в интервале температур от 180 до 410 °С и давлений от 0.2 до 3.3 кбар. Возраст гидротермальной золото-сульфидной минерализации месторождения Панимба составляет 817.2 ± 5.3 - 744 ± 17 млн лет (Гибшер и др., 2017);
     - проведена серия методических работ по нагреванию и охлаждению флюидных включений, содержащих ортоборную кислоту и щелочно-боратные водные растворы, и разработан метод гомогенизации расплавных включений в автоклаве под давлением воды (Смирнов и др., 2017; Thomas et al., 2017; Thomas, Fursenko, 2018).
   • Исполнители: Бульбак Тарас Александрович, Гибшер Надежда Александровна, Затолокина Ксения Игоревна, Исакова Александра Тимофеевна, Кузьмин Дмитрий Владимирович, Низаметдинов Ильдар Рафитович, Овсюк Николай Николаевич, Панина Лия Ивановна, Рокосова Елена Юрьевна, Рябуха Мария Алексеевна, Секисова Виктория Сергеевна, Смирнов Сергей Захарович, Соколова Екатерина Николаевна, Старикова Анастасия Евгеньевна, Тимина Татьяна Юрьевна, Томас Виктор Габриэлевич, Томиленко Анатолий Алексеевич, Фурсенко Дмитрий Александрович, Хоменко Маргарита Олеговна, Шапаренко Елена Олеговна, Шарыгин Виктор Викторович.

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: 
     Целью предлагаемого проекта является разработка высокоразрешающей стратиграфии на ключевых участках, проведение разномасштабных палеогеографических реконструкций для теплых и холодных эпох и установление пространственно-временных закономерностей эволюции природной среды и климата в четвертичном периоде Сибири для регионального экологического прогноза возможных последствий естественных глобальных изменений климата с выявлением вероятных реакций природных геосистем на колебания климата.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     1. Провести комплексные исследования вещественного состава позднечетвертичных донных отложений минерального оз. Большое Яровое (юг Западной Сибири) и пресноводного оз. Саган-Нур (Байкальский регион) методами рентгеновской дифрактометрии, ИК-спектроскопии, лазерной гранулометрии, сканирующей электронной микроскопии; установить присутствующие в осадках ассоциации аллотигенных и аутигенных минералов и определить структурно-кристаллохимические характеристики отдельных минеральных фаз. Методом математического моделирования рентгеновских дифракционных профилей выявить в осадках минералы-индикаторы палеоклиматических обстановок. На основе полученных данных, дополненных результатами геохимических, палинологических, палеонтологических исследований, выполнить реконструкции природной среды и климата изучаемых районов Сибири;
     2. Получение относительно непрерывной последовательности геологических, биотических и климатических событий в позднем плейстоцене Яломано-Катунской зоне Горного Алтая и их корреляция с глобальными событиями;
     3. На основания люминесцентного датирования, геоморфологических и седиментологических исследований провести уточнение генезиса и возраста гривного рельефа Барабинской равнины юга Западной Сибири.
     4. Уточнить последовательность фаун млекопитающих плейстоцена Предалтайской равнины и верхнего плейстоцена Минусинской котловины.
     2025 г.
     1. Установить пространственно-временных закономерностей формирования плейстоценового и голоценового эолового рельефа Западно-Сибирской равнины и восстановление закономерностей развития речного стока в долине р. Иртыша в плейстоцене;
     2. Определить динамику изменений ассоциаций, состава и типоморфных особенностей кристаллических структур карбонатных и глинистых минералов в разрезах донных отложений озер различной минерализации, расположенных на территории Восточной и Западной Сибири.
     2026 г.
     1. Установление основных закономерностей эволюции природной среды и климата региона в четвертичном периоде при разномасштабных глобальных изменениях климата и построение аналогового палеогеографического сценария для ближайшего будущего для Западной Сибири по данным последнего межледниковья; 2. Выполнить литолого-минералогические исследования позднечетвертичных донных осадков озер различной минерализации и ландшафтной приуроченности, расположенных на территории Восточной и Западной Сибири для проведения региональных палеоклиматических реконструкций. Обобщить результаты исследований за 2022-2026 годы.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     Ожидаемыми научными результатами будут новые знания о закономерностях эволюции климата и природной среды, из которых основными будут являться:
     2024 г. 
     1. Выполнены литологические и минералого-кристаллохимические исследования озерных отложений юга Западной Сибири (разрез оз. Большое Яровое) и Байкальского региона (разрез оз. Саган-Нур). Комплексом аналитических методов, включающим рентгеновскую дифрактометрию, ИК-спектроскопию, лазерную гранулометрию, сканирующую электронную микроскопию определен вещественный состав осадков, установлены структурные и кристаллохимические характеристики отдельных минеральных фаз. Методами моделирования рентгеновских дифракционных профилей выявлены минералы и их ассоциации, служащие палеоклиматическими маркерами. Реконструирована эволюция природной среды и климата изучаемых территорий Сибирского региона в позднечетвертичное время.
     2. Относительно непрерывная последовательность геологических, биотических и климатических событий в позднем плейстоцене Яломано-Катунской зоне Горного Алтая и их корреляция с глобальными событиями;
     3. Модель формирования гривного рельефа Барабинской равнины юга Западной Сибири.
     4. Уточненная последовательность фаун млекопитающих плейстоцена Предалтайской равнины и верхнего плейстоцена Минусинской котловины.
     2025 г.
     1. Установить пространственно-временных закономерностей формирования плейстоценового и голоценового эолового рельефа Западно-Сибирской равнины и восстановление закономерностей развития речного стока в долине р. Иртыша в плейстоцене;
     2. Будет определена динамика изменений ассоциаций, состава и типоморфных особенностей кристаллических структур карбонатных и глинистых минералов в разрезах донных отложений озер различной минерализации, расположенных на территории Восточной и Западной Сибири.
     2026 г.
     1. Прогнозный аналоговый сценарий природной среды и климата ближайшего будущего на основе палеогеографической модели последнего межледниковья;
     2. Модель развития природного процесса в четвертичном периоде Сибири с установлением разномасштабной периодичности, направленности и возможного прогноза его развития в условиях изменяющегося климата.
     3. Будут выполнены литолого-минералогические исследования позднечетвертичных донных отложений озер различной минерализации на территории Восточной и Западной Сибири. На основе результатов многолетних исследований будет выполнена реконструкция климата голоцена-позднего плейстоцена, определение продолжительности периодов его увлажнения и аридизации, скорости протекания процессов смены климатических обстановок в Сибирском регионе.
   • 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.
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     Научно-техническое сотрудничество будет осуществляться с Институтом географии РАН по люминесцентному датированию четвертичных отложений.
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     Кратко можно выделить следующие наиболее важные результаты, полученные авторами проекта за последние годы, способствующие выполнению проекта.
     Сопоставление профилей почвы, сформировавшейся в МИС11, во время которой геометрия орбиты Земли была близка современной, а стабильные тёплые межледниковые условия продолжались около 40 000 лет с современной почвой, показало, что ее мощность в три раза больше, чем у голоценовой почвы, развивающейся в тех же автоморфных условиях. Это соответствует непрерывному почвообразованию продолжительностью около 40 000 лет, что позволяет говорить о том, что голоцен продолжающийся только 11 000 лет представляет начальную фазу длительного потепления климата.
     Для региональной, межрегиональной и глобальной корреляции лессово-почвенной последовательности, а также для сопоставления с качественно различными глобальными записями климата и их сравнительного анализа разработан метод сопоставления лессово-почвенной последовательности в виде представления данных в форме сопоставимой с ними графической кривой. Для этого предложено использовать структуру ископаемых педокомплексов в полных разрезах. Так как общий уровень потепления и увлажнения эпох почвообразования отразились на интенсивности педогенеза, строении ископаемых почв и педокомплексов для оценки и сравнения интенсивности педогенеза в различные эпохи почвообразования предложена их полуколичественная характеристика по пятибальной шкале. Мощность почвенного профиля отражает продолжительность эпох почвообразования. Применение этой методики позволяет проводить сравнительный анализ локальных и региональных почвенных образований с глобальными записями климата в единой графической системе.
     На основании межрегиональной корреляции климатостратиграфических горизонтов полной средне-позднеплейстоценовой лёссово-почвенной последовательности Сибири с одновозрастными горизонтами лёссовых провинций Евразии, обладающими наибольшей полнотой стратиграфической и палеогеографической информации установлена отчетливая синхронность эпох аридизации и увлажнения климата, как в зоне западного переноса воздушных масс, так и в зоне муссонного климата, что подтверждает глобальность, общность хода и единый механизм эволюции климата Земли.
     Показано, что во время образования эоловых песков на севере и юге Западной Сибири в течение последних 1200 лет происходили короткие квазипериодические (около 200-300 лет) колебания среднегодовой температуры воздуха и увлажнения климата, проявившиеся в чередовании горизонтов эоловых песков и почв. В течение коротких фаз похолодания и аридизации климата усиливались эоловые процессы и формировались эоловые пески и эоловый рельеф. В течение коротких фаз потепления и увлажнения климата происходило закрепление эоловых песков растительностью и образование почв. В интервале от 1560 до 1860 гг., соответствующему холодному малому ледниковому периоду, установлена фаза интенсивной активизации эоловых процессов, выраженная в формировании эолового рельефа и осадков.
     Накопленный опыт изучения кристаллохимических особенностей и реальной структуры минералов, многолетний интерес к вопросам типоморфизма кристаллических структур, минералогии, геохимии и литологии осадочных отложений, эволюции минерального вещества, собственные методические разработки, дают коллективу уверенность в успешном выполнении поставленных задач. В течение нескольких лет мы занимались поиском климатических сигналов в минеральной составляющей осадочных летописей двух самых больших озер Азии – Байкала и Хубсугула, в рамках международных программ. Международное признание полученных результатов и наши лидирующие позиции среди участников проектов были обеспечены разработкой (созданием алгоритмов и программ) авторских методов моделирования XRD профилей слоистых силикатов и карбонатов в многокомпонентных системах [Solotchina et al., 2002, 2009].
   • Исполнители: Вольвах Анна Олеговна, Вольвах Николай Евгеньевич, Даниленко Ирина Владимировна, Жданова Анастасия Николаевна, Зыкин Владимир Сергеевич, Зыкина Валентина Семеновна, Маликов Дмитрий Геннадьевич, Маликова Екатерина Леонидовна, Мирошниченко Леонид Валерьевич, Мороз Татьяна Николаевна, Овчинников Иван Юрьевич, Пальчик Надежда Арсентьевна, Савельева Полина Юрьевна, Солотчин Павел Анатольевич, Солотчина Эмилия Павловна, Щеглова Снежана Николаевна.

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: 
     Основная цель исследования – разработка и апробация геоинформационных технологий решения типовых задач в области наук о Земле. Выявление пространственно-структурных закономерностей и динамики геосистем, в т.ч. средствами геоинформационного анализа и информационного моделирования.
   • Описание задач, предлагаемых к решению:
     2024 г
     1) Разработка геоинформационных методов выявления и моделирования рудоконтролирующих факторов и апробация разработанных технологий на ключевых участках Сибири и прилегающих территорий (Монголия). Моделирование зависимостей золотого оруденения от разломной сети в пределах Южно-Гобийского золоторудного пояса;
     2) Изучение гидроклиматической эволюции озерных котловин юга Западной Сибири в голоцене на примере озер Саргуль и Большой Баган. Реконструкция истории торфяников и голоценовых изменений климата Танхойской предгорной равнины: геохимические данные из Выдринского болота (южный Байкал).
     3) ГИС-анализ пространственно-временных изменений популяций мегафауны на территории Сибири и Дальнего Востока. Выявление палеогеографической специфики миграций древних людей современного типа на севере Сибири
     4) Разработка методик геоинформационного моделирования и картографирования геолого-геоморфологического каркаса криолитозоны Российской Арктики и Субарктики.
     2025
     Разработка методов ГИС и ДЗ для геологического, геоморфологического, геокриологического, геоэкологического картирования и апробация их в Сибирском регионе и на прилегающих территориях. реконструкция изменения окружающей среды и пространственно-временной структуры системы жизнеобеспечения древнего человека и его связей с ключевыми компонентами палеосреды (в частности с мегафауной) в Северной Азии за последние 50 тысяч лет на основе ГИС-анализа комплекса баз геоданных.
     2026
     Разработка методов предобработки и обработки материалов дистанционного зондирования (прежде всего космоснимков и цифровых моделей рельефа) для создания основы для разнопрофильных геологических исследований в регионе. Разработка и апробация технологий ретроспективного моделирования и мониторинга динамики природных и антропогенных объектов и процессов методами ГИС и ДЗ 2024. 2025. 2026.
   • Предполагаемые (ожидаемые) результаты и их возможная практическая значимость (применимость):
     2024.
     Геоинформационные модели связей золотого оруденения и разломной сети на примере ключевых районов Южно-Гобийского золоторудного пояса. Реконструкции гидроклиматической эволюции озерных котловин югп Западной Сибири на примере озер Саргуль и Большой Баган Схемы палеогеографической динамики мегафауны верхнечетвертичной мегафауны на территории Сибири и Дальнего Востока. Реконструкции образа жизни и миграционной специфики верхнепалеолитического человека на основе изучения ресурсов жизнеобеспечения. Методики геоинформационного картографирования геолого-геоморфологической основы ландшафтов на основе обработки данных ГИС и ДЗ.
     2025.
     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.
     2026
     Методики подготовки и коррекции цифровых пространственных данных, полученных с использованием методов дистанционного зондирования (включая цифровые модели рельефа). В части предметно-тематических исследований: Геоинформационная модель пространственно-временной структуры палеосреды и системы жизнеобеспечения древнего человека и его связей с мегафауной за последние 50 тысяч лет на ключевых районах региона. Гидроклиматическая эволюция областей «гидросферных катастроф» Северной Монголии и пограничных районов России — изучение озер, уровни которых значительно повышались в голоцене. Изучение природных архивов, в которых зафиксирована эволюция опасных и катастрофических процессов в Центральной Азии — вулканическая деятельность, затопления и, наоборот, спуски вод.
     2027
     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.
   • Научное и научно - техническое сотрудничество, в том числе международное:
     С институтом Археологии и этнографии СО РАН предполагается проведение совместных работ на территории бассейнов Оби и Енисея для выявления связей между древним человеком и природной средой, информация о которой заключена в геологической летописи плейстоцена.
   • Научный задел, имеющийся у коллектива, который может быть использован для достижения целей, предлагаемых к разработке научных тем или результаты предыдущего этапа:
     Коллективом авторов проекта разработана серия алгоритмов, методик и моделей, позволяющих приблизиться к решению проблемы создания ДО геолого-геоморфологического каркаса на территорию Сибири и Дальнего Востока (включая Камчатку). Методика частично опробована на частных примерах изучения геологического строения отдельных участков территории Сибирской платформы, задач поиска золоторудных проявлений Магаданской области, поиска перспективных площадей проявления россыпей алмазов в Якутии, выявления зон загрязнений, вызванных деятельностью человека (в т.ч. последствий «Норильской катастрофы 2020 г), и других проектах. Несмотря на имеющиеся у авторов аппаратно-программные средства, требуется подключение соответствующих решений, позволяющих использовать технологии обработки больших массивов данных (Big data), методов машинного обучения и др. Требуется разработка и адаптация методов и алгоритмов верификации данных, а также проведение исследований их применимости для решения различных практических задач. Разработана эффективная методика сопряженного анализа ЦМР и ДДЗ для ретроспективного и текущего мониторинга трансформации ПТК. Разработаны методики морфометрического анализа, позволяющие строить схемы блочной делимости, проводить морфотектоническое районирование в условиях платформы, низко-, средне- и высокогорья, автоматически картографировать формы и типы современного рельефа, проводить корреляцию геоморфологических признаков с другими тематическими геоданными. Проведены исследования в направлении реконструкции процесса взаимодействия природной среды и древнего человека. В это направления входят: определение типа ландшафта (главным образом, растительности), в котором обитал древний человек; хронологическая привязка (на основе анализа радиоуглеродных дат); реконструкция хозяйственной деятельности (в основном, видов животных, на которых охотился человек); основные качественные показатели климата (теплее или холоднее; влажнее или суше, чем в настоящее время).
     Проведена реконструкция изменений уровня крупных континентальных водных бассейнов (включая Аральское море) по данным геоморфологии, седиментологии, палеонтологии, геохимии, археологии и историографии. Проведены комплексные исследования, включающие изучение изменений осадконакопления (седиментология), растительности, климата и озерных экосистем (палинология, остракоды), геохимические исследования, возраст (радиоуглерод).
     Реконструированы обстановки природной среды в голоцене для бассейна озера Чаны. Обобщены данные по истории природной среды в зависимости от особенностей неотектонического развития для впадин Байкальской рифтовой зоны. Исследовано изменение уровня увлажнения в южной части Байкальской рифтовой зоны в голоцене.
     За последние 5 лет, полученные результаты опубликованы в более чем 90 статьях в рецензируемых изданиях (из них, индексируемых в WoS: 72). В том числе, в 2020 году: 17 (14).
   • Исполнители: Глушкова Надежда Владимировна, Данильсон Дарья Анатольевна, Добрецов Владимир Николаевич, Добрецов Николай Николаевич, Задорожный Михаил Васильевич, Зольников Иван Дмитриевич, Картозия Андрей Акакиевич, Кривоногов Сергей Котантинович, Кузьмин Ярослав Всеволодович, Лямина Виктория Александровна.

Свернуть