Математическое моделирование химической зональности в метаморфических реакционных структурах горных пород

• Автор: Шеплев, Валентин Семенович
• Шифр специальности: 04.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 80 с. : ил.; 20х14 см

ВВЕДЕНИЕ
Одна из основных задач петрологии реконструкция процессов формирования и эволюции горных пород. В решении этой задачи большую роль играют минеральные реликты и реакционные структуры в метаморфических породах. Из них наибольшее внимание привлекают зональные литеральные структуры, образовавшиеся в результате диффузионного иили инфильтрационного метасоматоза на контакте несовместных пород. Эти структуры являются промежуточным продуктом субсолидусных превращении на пути к окончательному равновесию. Все зоны в них образуются одновременно и растут в автомодельном режиме. Значительный интерес представляет также другой тип зональности ритмическая зональность в растущем из жидкой фазы кристалле зональность образуется в результате сложного взаимодействия процессов массопереноса и нелинейных химических превращений. Зоны кольца Лизсгаяга формируются последовательно одна за другой.

Актуальность

Реакганты и продукты реакции сосуществуют в зональности в пространственно обособленных слоях, доступны для исследования и предоставляют возможность изучать не только состояние, но и процесс формирования. Объем извлекаемой информации при этом существенно возрастает. Реконструкция геохимических процессов, условий их протекания и эволюции по сохранившейся в минеральной зональности информации позволяет существенно продвинуться в решении задач петрологии. I Структур. Трудами отечественных и зарубежных ученых ДС. Н.Балашов, В. С.Голубев, В. А.Жариков, Г. П.Зарайский, И. В.Н. Шарапов, ДБарт, Р. Джостен, П. Лихтнер, Х. Мао, Р. Ортолева, Дж. Фишер, Х. Хельгесон, Р. Шехтер, ДжЭшуорт и многих других в настоящее время выяснены главные механизмы, ответственные за образование зональности, разработаны математические модели различной степени детальности, описывающие эти сложные закономерности, созданы эффективные алгоритмы и программы для их численного решения. При этом сохраняется потребность в дальнейших исследованиях минеральной зональности, в получении результатов аналитическими, качественными и асимптотическими методами. Продвижение в этом направлении позволяет исключить множество разрозненных единичных расчетов, делает непосредственно обозримым результат взаимодействия элементарных, или принимаемых за элементарные, процессов, способствует достижению более глубокого понимания. Часто результаты качественного исследования упрощенной математической модели позволяют обнаружить вытекающий из внутренней сущности изучаемого явления алгоритм, в котором наиболее трудоемкая часть вычислений исключается или заменяется вычислениями по готовым формулам. Можно констатировать, что таких результатов на сегодняшний день еще недостаточно. При анализе ритмической зональности, появляются новые проблемы. Приближение локального химического равновесия, приносящее огромную пользу при исследовании метасоматоза, здесь принципиально недопустимо модель ритмической зональности должна быть динамической и содержать сильную нелинейность. Таковы, например, модели кристаллизации из раствора Ортолева , Ванг и Меряно, , Беляев, . Однако, протекающие на поверхности кристаллизации химические реакции, изучены недостаточно. В этой ситуации мы решили остановиться на какойлибо одной модели по ряду причин выбрана известная модель ВангаМерино и провести ее полное исследование в широкой области параметров. Результаты такого исследования позволят уточнить значения параметров, допускающие существование автоколебаний. Цель работы выяснение основных закономерностей образования химической зональности в реакционных метаморфических структурах горных пород на основе комплекса аналитических, асимптотических и качественных методов. Задачи исследования. На следующих этапах снять наиболее жесткие ограничения, сохраняя полученное решение в качестве главной составляющей при анализе более сложных моделей, в частности, модели инфильтрационной колонки. Гиббса минералов, позволяющее все мнналы присутствующих в зональности фаз, независимо от их пространственного положения рассматривать как находящиеся во взаимном равновесии это открывает перспективы применения методов геотермобарометрии к пространственно неравновесным структурам коронитам и т. Онсагера оценки относительных параметров диффузионной подвижности компонентов в метагаббро и метапелитах. Скрейнемакерса определяются столбцами матрицы стехиометрических коэффициентов независимых реакций. Таким образом, автором впервые найдены и исследованы аналитические решения уравнений метасоматоза, подкрепленные анализом природных объектов. Новизна и практическая значимость. Изложенные в работе результаты оригинальны и используются в нашей стране и за рубежом при исследовании конкретных природных систем, содержащих зональные минеральные последовательности. Они являются существенной составной частью перспективных исследований но оценкам массоиерсноса и длительности метаморфизма. Личный вклад. Автору принадлежат изложенные в работе аналитические результаты, основанные на них алгоритмы, пакет программ в среде ii3 и результаты расчетов, проведенных с использованием этого пакета.