ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СУБМАРИННЫХ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМ

6.4.2. Фазовая сепарация в контакте с породой (открытая система)

рис.6.7

    Постепенное отделение паровой фазы от раствора - ступенчатая дистилляция, как известно, является более эффективным механизмом разделения вещества. Закон релеевского исчерпания широко используется для описания различных геохимических процессов. Применительно к многокомпонентной системе, рассматриваемой в настоящей работе непосредственно использовать уравнение релеевского исчерпания не удается из-за изменчивости коэффициента фракционирования вследствие фазовых переходов в минеральной части системы. Поэтому было выполнено численное моделирование фазовой сепарации с шагом по давлению 1 бар. При таком шаге доля образующейся, а затем - отделяющейся паровой фазы составляла всего около 10^o/o (за счет чего модель не слишком отклонялась от непрерывной релеевской). В этой модели состав системы на очередном шаге брался равным составу раствора на предыдущем. Тем самым воспроизводилось пространственное перемещение жидкости - модель соответствует медленному подъему кипящей жидкости в очаге системы с постепенной фазовой сепарацией. Количество добавляемой в систему свежей породы на каждом шаге принималось равным 10 г/кг исходного флюида - такой добавки было достаточно для эффективного буферирования кислотности флюида, но в то же время слишком мало для изменения ассоциаций метасоматических минералов (Аб + Эп + Хл + Акт) вследствие роста П/В.

    Результаты моделирования влияния фазовой сепарации на металлоносность кипящих гидротермальных растворов показаны на рис.6.7. В соответствии с теорией постепенная фазовая сепарация паровой фазы оказывается существенно более эффективной для удаления H₂S из жидкой фазы. Уже при Р = 155 бар и двукратном упаривании исходного раствора в жидкой фазе остается 0,8^o/o от исходного количества сульфидной серы (в описанной выше модели закрытой системы - 8,4^o/o). Соответственно, мобилизация рудных металлов также происходит при гораздо меньшем давлении. Полное извлечение Zn из породы достигается при Р = 161 бар (при потере 9^o/o воды), Pb - при Р = 157 бар (потеря 32^o/o исходной воды). При двукратном концентрировании воды (Р = 155 бар) извлечение Cu из породы составляет 26^o/o, тогда как в закрытой системе при такой концентрации откипевшей воды мобилизация меди только еще начиналась. На рис.6.7 хорошо видно, что при сепарации паровой фазы концентрации H₂S и Cu меняются значительно сильнее, чем в закрытой системе. В то же время содержания цинка оказались практически совпадающими, из-за того, что этот элемент в обоих случаях полностью перешел в раствор. Концентрации Fe в обоих задачах контролируются твердофазными ассоциациями, и нечувствительны к потере летучих компонентов.

    Растворы в задаче с фракционированием фаз также значительно быстрее отдают растворенный водород и метан. Однако рН_Т раствора в задаче с фракционированием практически не меняется (6,4 0,05) в диапазоне условий, охваченных моделированием из-за буферирования твердыми фазами.

    Таким образом, при сепарации образующейся газовой фазы кипение может привести к очень интенсивной мобилизации тяжелых металлов из породы. Этот результат согласуется с выводом, полученным ранее в работе [Drummond, Ohmoto, 1985].