ИКД
5013 Информационная
карта диссертации
04 кандидатская
05 докторская
5418 Исходящий номер.
дата.
 
5715 Язык
диссертации
 русский
5715 Инвентарный
номер
 
5409 Дата защиты
 10 апреля 2009
6444 Шифр научной
специальности
 25.00.09
7425 На соискание
степени
 кгмн
2061 Предствлено к защите:
61 Рукопись, в т.ч. научный доклад
52 Монография
43 Учебник
6147 Фамилия, Имя, Отчество соискателя
Николаева Ирина Юрьевна
Фамилия, инициалы
Ученая степень
Шифр научной специальности
6156 Научные руководители
Бычков А. Ю

6165 Официальные оппоненты
профессор . 
Шилобреева С. Н

6255
кгмн

4662
дхн
кгмн

6453

4626

5733 Кол‑во томов
5742 Кол‑во стр.

Номер тома
Кол‑во стр.

5751 Приложений
5787 Источников

5778 Таблиц
5760 Иллюстраций

Сведения об организации, в совете которой проходила защита
2457 Код ОКПО

2934 Телефон

2394 Телефакс

2754 Город

1332 Сокращенное наименование министерства (ведомства)

7452 Шифр совета

2151 Полное наименование организации

2358 Сокращенное наименование организации

2403 Код ВНТИЦ

2655 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

Сведения об организации, в которой работает соискатль
2988 Телефон

3087 Телефакс

2781 Город

2187 Наименование организации

2385 Сокращенное наименование организации

2682 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

9045 Наименование диссертации
Экспериментальное исследование форм переноса бора в условиях низко‑ и среднетемпературного гидротермального процесса
9117 Реферат
Объект исследования и цель работы. Методы исследования и аппаратура. Теоретические и практические результаты и их новизна. Степень и эффективность внедрения. Область применения.
Перенос компонентов в газовой фазе широко обсуждается в геохимической литературе. Обнаружены свидетельства большого значения газового транспорта при формировании гидротермальных  
месторождений. Экспериментальных данных, пригодных для расчета термодинамических характеристик форм переноса компонентов в газовой фазе пока недостаточно, что ограничивает  
возможности построения термодинамических моделей.  
 
Исследование явления газового переноса можно проводить по нескольким направлениям: лабораторные эксперименты и изучение природных систем. Экспериментальные исследования растворимости  
минералов позволяют определить формы переноса и рассчитать их термодинамические характеристики. Для согласования результатов различных экспериментальных методов используются  
термодинамические расчеты. Исследования современных гидротермальных систем дают важную информацию о процессах, которые могут приводить к формированию рудных месторождений.  
Если для древних объектов условия рудообразования и составы рудообразующих флюидов требуют реконструкции, то на современных объектах они могут быть изучены непосредственно.  
Поэтому современные гидротермальные системы считаются природными лабораториями, где можно проверить основные идеи и гипотезы о рудообразовании.  
 
На кафедре геохимии проводятся исследования переноса рудных и нерудных компонентов в газовой фазе. Бор  один из элементов, для которых перенос в газовой фазе имеет важное  
геохимическое значение. Вулканические газы выносят значительные количества бора. В низкотемпературном гидротермальном процессе бор накапливается во вторичных конденсатах.  
Термальные воды областей современного вулканизма содержат высокие концентрации борной кислоты. Вместе с тем, летучесть борной кислоты и термодинамические свойства соединений  
бора изучены недостаточно. Литературные данные часто противоречат друг другу и приводят к неправильным выводам об устойчивости фаз. Так, использование термодинамических свойств  
для системы B2O3‑H2O из известных баз данных показывает, что при нормальных условиях должна быть устойчива не борная, а метаборная кислота, что противоречит наблюдениям.  
 
Цель работы  определение основных закономерностей поведения бора в условиях низко‑ и среднетемпературного гидротермального процесса при формировании геотермальных систем,  
связанных с современным вулканизмом на континенте.  
 
Для этого решались следующие задачи:  
исследование топологии диаграммы состояния и согласование термодинамических данных для системы B2O3‑H2O. Определение областей устойчивости орто‑ и метаборной кислот;  
изучение растворимости борных кислот в газообразной воде при разных температурах;  
экспериментальное изучение распределения борной кислоты между жидкостью и газом при повышенных температурах;  
разработка методики отбора и опробование сосуществующих парогазовой и водной фаз из парогидротерм Камчатки: кальдеры Узон, Долины Гейзеров, Академии Наук (вулкан Карымский),  
Дачные, Медвежьи и Донное поле (вулкан Мутновский) и определение концентраций бора в газах и воде источников;  
интерпретация результатов экспериментов и природных данных и определение реальных форм нахождения бора в газовой фазе.  
 
Научная новизна. Экспериментальные исследования растворимости борных кислот в газообразной воде при повышенных давлениях раньше не проводились. Изучение состава конденсата  
современных гидротермальных систем является новой геохимической информацией. В работе разработана новая и оригинальная методика опробования термальных источников, которая  
позволила уменьшить вклад факторов, искажающих результаты: загрязнение каплями раствора и частичную конденсацию.  
 
Практическая значимость. Построена диаграмма состояния одновариантной мультисистемы B2O3‑H2O, в которой учтены все экспериментальные данные. Согласованы и исправлены согласно  
фазовым равновесиям термодинамические данные для метаборита и сассолина. Эти данные рекомендованы для использования в расчетах.  
 
Установлено, что при повышенных давлениях в парогазовой фазе не образуется других форм переноса бора, кроме H3BO3 и возможно HBO2. Термодинамические характеристики газообразных  
форм бора согласованы с коэффициентами распределения в системе газ‑жидкость. Эти данные могут быть использованы в расчетах геологических и технологических процессов.  
 
Предложено использовать распределение бора между газом и жидкостью в современных гидротермальных источниках как геохимический индикатор присутствия в недрах системы пародоминирующей  
зоны и оценки температуры глубинного кипения вод. Это имеет важное значение для поиска и оценки месторождений термальных вод для геотермальной энергетики.  
 
Фактический материал и методы исследования. Работа проводилась в лаборатории экспериментальной геохимии кафедры геохимии МГУ. За время работы было поставлено более 250 опытов  
при шести изотермах, выполнено более 600 определений бора в смывных растворах. Проведено более 150 опытов по определению распределения бора между жидкой и газовой фазами.  
Проведено 6 полевых экспедиций в 2002‑2007 годах на современные гидротермальные системы Камчатки, за время которых было отобрано 170 проб конденсатов и 185 проб воды. Для  
всего объема отобранного материала (природных вод и конденсатов) были проведены аналитические определения 57 элементов методом ICP‑MS.  
 
Личный вклад автора заключался в постановке задачи, проведении всех экспериментальных и аналитических работ, обработке результатов и их интерпретации.  
 
Структура и объем работы. Диссертация объемом 135 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения. Список литературы включает 112 наименований. В работе 75 рисунка, 5 таблиц  
и 10 приложений.  
 
Апробация работы. Результаты исследования опубликованы в 2 статьях в журналах рекомендованных ВАК РФ. Материалы докладывались на Ежегодном семинаре по экспериментальной минералогии,  
петрологии и геохимии  Москва 2002, 2003, 2004, 2006, 2007, 2008, на XV Российском совещании по экспериментальной минералогии  Сыктывкар 2005, Международной конференции  
"Новые идеи в науках о Земле"  Москва, 2003, 15 Международной Гольдшмидтовской конференции  Москва (США), 2005, на семинаре международной программы научного бурения на континентах,  
Петропавловск‑ Камчатский, 2006.  
 
Защищаемые положения  
 
1. На основании построения диаграммы состояния системы B2O3‑H2O и ее топологического анализа согласованы термодинамические свойства метаборита, сассолина и борного ангидрита.  
Поле устойчивости метаборита ограничено снизу по температуре, что объясняет присутствие этого минерала только в метаморфических породах. При температуре ниже 138оС этот минерал  
не стабилен.  
 
2. Впервые определена растворимость борной и метаборной кислот в парогазовой фазе при температурах 100‑200оС и давлении до насыщения по жидкой фазе. Определена основная форма  
переноса бора в этих условиях ‑ Н3BO3. Рассчитаны термодинамические характеристики этой частицы, которые хорошо согласуются с результатами предыдущих исследователей.  
 
3. Распределение бора между газом и жидкостью в современных гидротермальных системах характеризуются широким интервалом значений коэффициента распределения. Выявлено, что  
для гидротерм, где происходит подъем парогазовой смеси с глубины (скважины ГеоЭС, источники Долины Гейзеров и часть источников Кальдеры Узон и Верхне‑Апапельские источники)  
преобладают коэффициенты распределения близкие к экспериментальным данным. Для термальных источников, в которых разгружаются паровые струи, газовая фаза содержит существенно  
более высокие концентрации бора, чем рассчитанные по термодинамическим данным в системе B2O3‑H2O.  
 
Благодарности  
 
Автор выражает признательность своему научному руководителю, А. Ю. Бычкову за всестороннюю помощь в проведении работы, Д. А. Бычкову за содействие в интерпретации полученных  
результатов и проведении термодинамических расчетов, Ю.В. Алехину за полезное обсуждение полученных результатов и точные замечания. Автор благодарит А.В.Зотова, Н.Н. Акинфиева,  
В.В. Реукова за предоставленные автоклавы и активное участие в обсуждении результатов; Т.В.Шестакову, А.А. Мигдисова, Г.С. Покровского, В.В. Пухова, Н.Ф. Пчелинцеву, Я.В.  
Бычкову за помощь в освоении и проведении различных аналитических исследований в ходе выполнения работы; А.Е.Самсонова за техническую поддержку на всех этапах работы; О.В.  
Димитрову, Н.В. Зубкову и Д.А. Ксенофонтова за неоценимую помощь в кристаллографических определениях получаемых фаз; А.И. Пушкина за переводы с немецкого. Особенно хочется  
поблагодарить Г.А. Карпова, Е.Г. Лупикину, Д.Ю. Кузьмина, А.Г. Николаеву, А.А. Кузьмину, И.И. Чернева, С.А. Чиркова, Ю.Д. Кузьмина, В.М. Ладыгина, А.В. Самсонова, Г.М. Гавриленко,  
Ю.О. Егорова, Д.В. Мельникова, Е.Г. Сидорова, Я.Д. Муравьева, В.В. Зуйкова, сотрудников Карымшинской станции и многих других прекрасных людей за неоценимую помощь в проведении  
полевых работ на Камчатке. Исследования проводились при финансовой поддержке РФФИ (00‑05‑64266‑а, 03‑05‑06157‑мас, проект 03‑05‑64696‑а, 06‑05‑65156‑а, 06‑05‑79107‑к, 08‑05‑00581‑а).
5436
Фамилия, инициалы
Должность
Уч. степень
Подпись МП
Руководитель организации
6111 
6311 
6210   кархн

Председатель
диссертационного совета
6264 
6320 
6462   кархн

5634 Индексы УДК
7434 Дата
7506 Входящий номер

5616 Коды тематических рубрик

5643 Ключевое слово