Современное состояние моделирования
гидротермальных процессов на ЭВМ
Физико-химическое
моделирование гидротермальных процессов на ЭВМ,
в том числе и рудообразующих, интенсивно
развивается последние два десятилетия.
Исследования ведутся в России, США, Франции,
Австралии, Канаде и других странах [Карпов
и др., 1976; Helgeson, 1976; Fritz, 1981; Reed, Spycher, 1985; Heinrich, 1990; Термодинамическое
моделирование..., 1992]. С участием автора на
кафедре геохимии МГУ с начала 80-х годов
проводятся разработки методик моделирования
гидротермальных процессов, алгоритмов и
программ, баз данных [Иванов, Борисов,
1980; Барсуков,
Борисов, 1980, 1982в, 1987б, 1988; Гричук, Борисов, 1983;
Борисов и др., 1984; Крайнов и др., 1988; Борисов,
Ходаковский, 1989; Борисов, Шваров, 1992, 1996].
На кафедре
геохимии МГУ разработана программа для расчета
термодинамических равновесий в системах
произвольной сложности - GIBBS [Шваров,
1982]. На ее основе создана специализированная
версия GBFLOW для IBM PC (Ю.В.Шваров, М.Ю.Коpотаев,
Д.В.Гpичук) для расчетов моделей динамических
процессов в гидротермальной области. Позже для
таких же систем подготовлен пакет HСh [Shvarov,
1992; Шваров, 1999; Shvarov, Bаstrakov, 1999], который состоит
из трех частей: программы MAIN, организующей весь
процесс вычислений, программы GIBBS и базы термодинамической информации UNITHERM.
База термодинамических данных UNITHERM (Ю.В.Шваров,
М.В.Борисов, Д.В.Гричук) содержит свойства более 600
соединений. Для водных растворов данные UNITHERM
согласованы с наиболее популярной в
геохимических работах базой данных SUPCRT92 [Johnson et al., 1992]. Программа GIBBS по своим техническим
показателям сопоставима с программами СЕЛЕКТОР [Карпов, 1981] и EQ3/6 [Wolery, 1979;
Wolery, Daveler, 1992]. В настоящее время она
используется в ряде организаций России (ГЕОХИ,
СПбУ, ИГЕМ, МГPИ, ОИГГ СО PАН), а также в
организациях Геологический службы США,
университетах США, Австралии, Швейцарии, Канады.
На основе вышеуказанного программного
и термодинамического обеспечения на кафедре
геохимии с участием автора построены
термодинамические модели, описывающие различные
аспекты функционирования ряда рудообразующих
систем: оловорудных [Волосов и др., 1981;
Sushchevskaya, Borisov, 1992], ртутных [Войцеховская
и др., 1990; Озерова и др., 1988: Шикина и др., 1985, 1993],
уранового жильного оруденения [Баpсуков,
Боpисов, 1987в; Баpсуков, Боpисов, 1988; Borisov, Barsukov, 1992],
современного рудообразования на дне океанов [Гричук, Борисов, 1983; Гричук и др., 1985;
Гричук, 2000; Бычков, 1995].
Очевидно, что
простой расчет равновесий даже в сложных
многокомпонентных системах недостаточен для
понимания процессов, происходивших в
гидротермальных системах, без учета динамики.
Равновесно-динамический подход, в котором
процесс описывается последовательностью
термодинамически устойчивых систем, связанных
между собой некоторыми динамическими
характеристиками,
разрабатывается с середины 80-х годов [Иванов,
Борисов, 1980; Барсуков, Борисов, 1982в, 1988, 1989а, 1992;
Крайнов, Шваров и др., 1988; Гричук, Борисов, 1982, 1983;
Гричук и др., 1985; Борисов, Баpсуков, 1985а, 1989;
Борисов, Горева, 1994; Borisov et al., 1995; Борисов, 1998, 2000].
Для реализации равновесно-динамического подхода
на кафедре геохимии разработана программа GBFLOW
для IBM-совместимых компьютеров, где основной
процедурой моделирования является метод
"многоволновых ступенчатых проточных
реакторов" (МСПР). В процедуре МСПР
гидротермальная система представляется как
цепочка реакторов, содержащих некоторые
количества породы при определенных T и P; порции
раствора последовательно проходят через
реакторы и на каждом шаге этого движения между
породой и раствором достигается
термодинамическое равновесие.
Метод МСПР показал хорошие результаты
при моделировании процессов ореолообразования
на жильных Pb-Zn месторождениях [Борисов,
Горева, 1994] и рудообразования в конвективных
гидротермальных системах [Абрамова,
Гричук, 1994; Гричук, 1996, 1998, 2000].
В настоящее время в мировой литературе
отсутствуют работы, в которых проводилось бы
равновесно-динамическое моделирование
процессов формирования и развития
гидротермальных систем, приводящих к
образованию месторождений от областей
мобилизации до областей ореоло- и
рудообразования. Из наиболее близких к нашим
исследованиям можно назвать работы К.Хайнрика
(Швейцарский Федеральный Технологический
институт, Цюрих) [Heinrich, 1990], где
проводится термодинамический анализ рудо- и
ореолообразования для олово и
вольфрамсодержащих рудных месторождений и
Т.С.Бауэpс (Массачусетский Технологический
институт) [Bowers, Taylor, 1985] для
современных гидротерм океана.
Построение и анализ количественных
равновесно-динамических моделей рудообразующих
гидротермальных систем позволит развить
физико-химическую теорию гидротермального
процесса, выявить причины, условия и механизмы
формирования концентрированного и вкрапленного
оруденения, что в свою очередь позволит создать
новые критерии поиска рудных месторождений.
|
