Массоперенос и зональность




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Массоперенос и зональность

Массоперенос и зональность

07.09.2017


Перенос вещества, необходимого для изменения вмещающих пород, может происходить либо путем инфильтрации (движение вещества, вызванное потоком флюида сквозь породу), либо путем диффузии (диффузионный перенос химических форм через застойные норовые флюиды), либо за счет комбинации обоих этих процессов. Теория метасоматической зональности, следующая этим двум лимитирующим моделям, была развита Д.С. Коржинским и разрабатывалась в работах. Геологически разумная комбинация процессов обоих типов вблизи трещины обсуждалась в работе.
Инфильтрация является, вероятно, преобладающим способом массопереноса в том случае, когда геологические данные указывают на перемещение вещества на большие расстояния и главным образом в одном направлении, а также на постоянство состава минералов твердых растворов в пределах каждой зоны изменения и резкое изменение состава при переходе к другой зоне. С другой стороны, диффузия представляет собой, вероятно, основной процесс в том случае, когда наблюдается движение вещества в двух направлениях (обмен веществом между соседними химически контрастными породами) или когда состав минералов твердых растворов закономерно меняется в каждой зоне и не обнаруживает резких скачков между зонами (за исключением случаев, описанных в работе).
Конечно, в любой конкретной обстановке рудообразования диффузионный и инфильтрационный процессы действуют совместно. Внутри трещины, по которой течет флюид, или вблизи нее может преобладать процесс инфильтрации, а на небольшом удалении — процесс диффузии через застойные поровые флюиды. Эта особенность приводит к неопределенности в выборе «корректных» моделей для данной геологической ситуации. Для зональных скарнов удовлетворительные модели были получены в работе, где допускается, что сама зональная картина выглядит как диффузионная, а процесс инфильтрации близ жил и трещин стремится только «распространить эти зоны вовне».
Модели совместного развития зон изменения основываются обычно на допущениях локального равновесия и возможности графического или аналитического выражений градиентов концентрации, активности или химического потенциала во флюиде или в твердом веществе. Формульное выражение получили модели чисто инфильтрационного и чисто диффузионного процессов.

На рис. 5.2, показаны расчетные результаты процесса инфильтрации флюида, неравновесного с вмещающими породами. Обозначенные на этом рисунке минеральные ассоциации и состав раствора после некоторого условного промежутка времени получены при допущении локального равновесия и полной нерастворимости алюминия для температуры 500° С и давления 1000 бар.
Две границы, определяемые резкими изменениями содержания КCl и HCl во флюиде и изменениями твердофазовых ассоциаций, перемещаются через породу в направлении движения потока флюида. Вблизи этих границ небольшие области локального равновесия разделяются бесконечно малыми зонами реакций; в реальном случае размеры этих зон определяются соотношением скорости реакции флюид — твердое и скорости переноса вещества флюидом. На окончательные количественные соотношения минералов и природу зональности оказывают влияние соотношение минералов и объем норового пространства исходных пород, а также состав флюида.
Если перенос вещества осуществляется за счет диффузии, то реакционные границы формируются аналогичным способом, за исключением того, что состав флюида между границами здесь постепенно меняется, а перенос может происходить в обоих направлениях. В этом случае скорости продвижения границ зависят от скорости диффузии и контролируются необходимыми градиентами концентрации, коэффициентами диффузии и параметрами геометрии порового пространства. Рис. 5.3 иллюстрирует характеристики такой системы, в которой несколько фаз с ограниченными областями твердого раствора контактируют с раствором, обогащенным одним из конечных членов этой системы. Следует обратить внимание на то, что в растворе градиент концентрации между границами имеет почти линейный характер, так как новые минералы растут с меньшей скоростью, чем при скорости диффузии (так называемое квазистационарное состояние). В работе приводятся примеры более сложных случаев, охватывающих процессы и инфильтрации и диффузии; здесь учет значительной роли диффузии приводит к тому, что картина, получающаяся за счет чисто инфильтрационного процесса, сглаживается и искажается. Кроме того, некоторые зоны, встречающиеся при чисто диффузионном процессе, могут не проявляться в случае инфильтрации.

Если допускается, что преобладающий способ массопереноса — диффузионный, то насыщение различными фазами — продуктами изменения удобно показывать либо на диаграммах химических потенциалов, либо на диаграммах, иллюстрирующих результат длительных реакций между «неисчерпаемыми» массами различных лимитирующих составов при данном наборе параметров заданных извне условий. Эти два типа графического выражения теоретически и топологически почти эквивалентны, что видно из примеров, представленных на рис. 5.4, и оба они могут быть использованы для объяснения или предсказания природных зональных последовательностей.

Сравнение результатов диффузионных и инфильтрационных моделей с данными по последовательностям гидротермального изменения, наблюдающимся в природе, приводит к следующим выводам:
1. Если большее число компонентов — подвижные, а другие условия постоянны, то при достаточно длительном временном промежутке зоны стремятся стать мономинеральными.
2. Как уже отмечалось на примере рудника Линчбург, Нью-Мексико, общая ширина зональной последовательности может варьировать от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров без больших изменений последовательной смены зон или ширины каждой из них. Вариации общей ширины обусловлены предположительно латеральными изменениями физических параметров на реакционных границах (например, пористости пород и количества флюида, необходимого для растворения минерала и его переотложения).
3. И напротив, ширина каждой зоны может варьировать от места к месту и в отдельных местах зона может быть вообще не представлена. Такие изменения отражают, видимо, латеральные вариации химических параметров (например, состава вмещающих пород или флюида).
4. Местами возможен также обратный ход зональной последовательности, т. е. порядок появления зон, противоположный тому, который наблюдается от жилы вовне. Такое явление отражает изменение топологии равновесной диаграммы — изменение совместимости различных минералов, обусловленное вариациями химических параметров, что выражается реакциями такого типа, как реакция для скарнов:

Так, на месторождении Кампилья-Мариттима, Тоскана, Италия, и руднике Сасагатани, префектура Симане, Япония, тонкая (1—5 мм) зона андрадита (с кварцем или без него) находится между массивным геденбергитовым скарном и мрамором. Эта зона развивалась, вероятно, регрессивно, когда реакция (5.1) шла вправо.
5. Затрудненная диффузия, т. е. диффузия против градиентов концентрация или химического потенциала, может проявляться в природных многокомпонентных системах и приводить, например, к тому, что зона, богатая кварцем, может находиться на удалении в несколько зон от предполагаемого источника кремния.
6. Данные о концентрации какого-либо компонента или элемента в данной метасоматической зоне не могут быть использованы для оценки их химического потенциала (фугитивности, активности) в том норовом флюиде, из которого они осаждались, до тех пор, пока наши знания о химических потенциалах других веществ данной системы не станут существенно больше того, что обычно известно о них сейчас. Например, наличие минералов, сильно различающихся по своему окислительно-восстановительному состоянию (таких, как андрадит (гранат) и геденбергит (клинопироксен) в зональном скарне), в различных частях зональной последовательности вовсе не обязательно указывает на градиент химического потенциала (или фугитивности) кислорода в ходе развития этой зональности.
7. Отсутствие какого-либо минерала в данной зональной последовательности вовсе не обязательно означает, что этот минерал был нестабилен относительно Р, T или фугитивности летучих компонентов. В понятиях пространства химических потенциалов (см. рис. 5.4) это может свидетельствовать о невозможности градиента химического потенциала раствора пересечь поверхность насыщения этого минерала. Кроме того, подобный факт может указывать на перенасыщение относительно этого минерала.
8. Отсутствие данного элемента или компонента (например, NaCl) в минеральной ассоциации измененных вмещающих пород вовсе не обязательно означает, что количество этого элемента или компонента во флюидной фазе было незначительным.
В большинстве ситуаций с участием диффузионного процесса переноса вещества в породы, вмещающие жилу, диффузия происходит в почти изотермической обстановке. К этому выводу приходят на основании того, что математические выражения для диффузии и теплопроводности аналогичны, а скорость проводимости тепла гораздо выше скорости химической диффузии. В околожильной области оба процесса действуют благодаря градиентам между потенциалом (химическим или температурным) в текущем в жильной полости флюиде и потенциалом в изначально гомогенных вмещающих породах. Тепловые эффекты химических реакций в основном будут гаситься относительно быстрой термальной проводимостью. Несмотря на то что в изменяющихся вмещающих породах несомненно имеются незначительные температурные градиенты, однако, вероятно, они достигают всего нескольких градусов в зоне существенного переноса за счет диффузии.