В земной коре непрерывно происходят разные процессы. Один из них — метасоматоз — приводит к исчезновению одних минералов и появлении других под воздействием раствора (флюида). При этом минералы почти все время остаются в твердом состоянии. Рассчитав, как протекает метасоматоз, можно определить, как формируются или распределяются рудные залежи. Ученые Кольского научного центра создали математическую модель метасоматоза и доказали ее эффективность на примере богатого редкоземельными элементами массива в Мурманской области. Эта модель поможет геологам снизить материальные и временные затраты на изучение геологических объектов и процессов, которые в них происходят, ускорит и упростит поиск месторождений и структурирует знания о происхождении и эволюции минералов.
Один из наиболее эффективных инструментов исследования метасоматоза — это разработанный Рэндоллом Ли Гресенсом и модифицированный Джейсоном Грантом метод баланса масс, называемый изоконным анализом. Обычно он используют для расчета химических параметров перехода одной породы в другую. Научные сотрудники Геологического института Кольского научного центра РАН Евгений Козлов и Екатерина Фомина применили этот метод для решения более сложной проблемы.
Авторы разработали основанную на изоконном анализе математическую модель, применимую для разнообразных геологических объектов, в которых рудные компоненты переносятся флюидом из одних пород и переосаждаются в других, в одних случаях формируя рудные залежи, а в других — рассредоточивая уже накопленные рудные концентрации. Статья об этом опубликована в междисциплинарном журнале о методологических исследованиях MethodsX.
Продуктивность предлагаемого подхода продемонстрирована на примере изучения богатых редкоземельными элементами карбонатитов комплекса Вуориярви, находящегося в Мурманской области. Как показали более ранние результаты этих же авторов, эти ценнейшие в экономическом аспекте породы сформировались при активном участии прошедшего в несколько этапов метасоматоза. Ученые выяснили, как перераспределялись элементы в ходе нескольких сопряженных процессов, протекавших одновременно.
Итогом численного моделирования стало определение объемов задействованных материнских пород. Это позволило оценить масштабы перераспределения вещества на разных этапах становления комплекса и перспективы рудоносности пород, отвечающих этим этапам, а также выявить рудоконтролирующие структуры.
Было показано, что на раннем этапе был задействован большой объем карбонатитов, из которых магматическими флюидами выносились редкие земли, барий, стронций, осаждавшиеся в зонах дробления и формировавшие богатейшие руды этих элементов. Поздний этап метасоматоза, согласно проведенным расчетам, носил локальный характер, был связан с поступлением относительно холодных коровых флюидов по системам трещин и вызвал снижение качества руд.
Модель прошла проверку практикой — результаты расчетов совпали с результатами непосредственных геологических изысканий, проведенных комплексом независимых «классических» геологических методов.
Созданная учеными Кольского научного центра модель поможет геологам уменьшить материальные и временные затраты на изучение геологических объектов и процессов, которые в них происходят. Это не только упростит поиск потенциальных месторождений полезных ископаемых, но и придаст более системный характер получению знаний о строении земной коры, происхождении и эволюции минералов.