Гидрогеохимический метод поисков рудных месторождений особенно хорошо оправдывает себя при выявлении месторождений в условиях полузакрытых структур, в частности такой структурой является Колывань-Томская складчатая зона, в пределах которой располагается Томь-Яйское междуречье. Опыт гидрогеохимических исследований в Сибири на площади Колывань-Томской складчатой зоны показал, что с их помощью можно обнаружить перспективные участки на различные зоны минерализации [Удодов, 1971].
Целью данного исследования является определение фоновых концентраций микрокомпонентов в водах Томь-Яйского междуречья, в связи с проведением гидрогеохимических поисков. В рамках данной цели поставлены следующие задачи: изучение химического состава вод Томь-Яйского междуречья и выделение геохимических типов вод как однородных совокупностей для определения фоновых содержаний химических элементов.
Полевые работы в районе междуречья рек Томь и Яя, на которых базируется работа автора, проводились в период с 1992 по 2009 годы сотрудниками Томского политехнического университета и НПО «Геосфера». Гидрогеохимическое опробование осуществлялось преимущественно по речной сети в меженный период, также опробовались озера, естественные и искусственные выходы подземных вод, стоки и отстойники. Для исследования химического состава использовались разнообразные методы анализа, наиболее современными из которых являлись масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой и атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой. На основе полученных результатов была создана база данных, включающая более 1000 точек опробования.
На исследуемой территории преобладают гидрокарбонатные кальциевые и магниево-кальциевые воды. Минерализация изменяется от 102,77 до 2753,49 мг/л, главным образом воды пресные. Геохимическая среда характеризуется значениями pH от 6,3 до 8,3. Общая жесткость изменяется в широких пределах, от 0,9 до 19,6 мг-экв/л, наиболее часто встречаются воды средней жесткости (3–6 мг-экв/л) и жесткие (6–9 мг-экв/л). В отдельных точках отмечаются повышенные относительно фоновых содержания иона аммония (до 230 мг/л) и нитратов (до 565 мг/л), а также иона калия, доля которого в сумме катионов достигает 31%. Такие воды отнесены к техногенно загрязненным, состав и физические свойства которых изменены под влиянием человеческой деятельности [Колубаева, 2010].
Для определения достоверных фоновых концентраций микрокомпонентов в водах Томь-Яйского междуречья массив данных был разделен на однородные геохимические совокупности по равновесию вод с породообразующими минералами, прежде всего алюмосиликатами.
Степень насыщенности вод относительно вторичных минералов оценивалась по параметру насыщенности, исходя из принципа минимизации энергии. Расчеты параметра насыщенности производились с использованием электронных таблиц MS Excel. Для наглядного отображения результатов термодинамических расчетов данные анализов химического состава были нанесены на диаграммы полей устойчивости минералов при стандартных условиях.
Анализ равновесия показал, что воды насыщены к гидроокислам и глинистым минералам и не равновесны с эндогенными алюмосиликатами. В некоторых точках достигается равновесие вод с кальцитом за счет растворения первичных алюмосиликатов.
Помимо оценки равновесия вод к алюмосиликатным минералам была рассмотрена возможность насыщения вод к карбонатным и сульфатным минералам за счет конгруэнтного растворения пород соответствующего состава. Полученные данные показали, что воды Томь-Яйского междуречья достигают равновесия с карбонатными минералами – кальцитом, доломитом, реже магнезитом и родохрозитом. Диаграмма насыщения вод относительно кальцита при 25 °С представлена на рисунке 2. Насыщение вод сульфатными минералами не наступает, исключение составляют лишь несколько точек опробования, воды в которых равновесные с баритом. Причина этому – повышенное содержание сульфат-иона в рассматриваемых точках, источником которого возможно является техногенный загрязнитель.
По равновесию вод с вторичными минералами выделено 4 однородные геохимические совокупности, являющиеся геохимическими типами вод в соответствии с классификацией С.Л. Шварцева [Шварцев, 2007] – 1) совокупность кислых железисто-алюминиевых вод, равновесных с гиббситом, 2) совокупность алюминиево-кремнистых вод, равновесных с каолинитом, 3) совокупность кремнисто-кальциево-магниевых вод, равновесных с минералами группы монтмориллонитов, 4) совокупность щелочных карбонатно-кальциевых вод, равновесных с кальцитом. Каждая последующая совокупность характеризуется более длительным временем взаимодействия в системе вода–порода и, соответственно, большей минерализацией вод.
В рамках каждой совокупности с применением аппарата математической статистики были рассчитаны основные параметры распределения – среднее (арифметическое и геометрическое), дисперсия выборки, медиана, мода, максимальное и минимальное значения, выборочный коэффициент эксцесса и выборочный коэффициент асимметрии.
За фоновые содержания химических элементов принимаются средние значения в каждой выборке при учете закона распределения. В качестве условия применимости нормального и логнормального законов распределения были использованы неравенства [Беус, 1975].
Таким образом, было выяснено, что распределение химических элементов большинства выборок подчиняется логнормальному закону распределения, реже – нормальному (преимущественно выборка железисто-алюминиевых вод).
Описанный выше способ позволяет довольно быстро и точно оценить фоновые содержания для большого массива данных. Полученные статистические данные по основным микрокомпонентам, где фоновые концентрации химических элементов сравниваются с их средним содержанием в водах зоны выщелачивания [Шварцев, 1998].
Следует отметить, что наиболее неоднородным распределением практически по всем элементам характеризуется кислый железисто-алюминиевый геохимический тип вод. Практически для всех элементов в данном типе вод характерна высокая величина стандартного отклонения. Высокая степень неоднородности во всех типах вод отмечается также для группы редкоземельных элементов.
Анализ особенностей поведения химических элементов в разных геохимических типах вод позволил выделить три группы элементов по идентичности поведения: Si, Ti, V, Cr, Mn, As, Sr, Mo, Sn, Ba, Ce, U, концентрации которых растут от железисто-алюминеевых вод к щелочных карбонатно-кальциевых водам; Al, Fe, Li, Sc, Ni, Br, Rb, Co, Cu, Zn, Ag, Cd, Sb, Cs, Sm, Hf, Au, Hg, Pb, Th, средние содержания этих элементов уменьшаются в том же направлении; La, Eu, Tb, Yb, Lu, Ta, элементы, для которых характерны приблизительно равные концентрации во всех геохимических типах вод. Среди факторов, влияющих на особенности поведения рассмотренных элементов в геохимических типах вод, стоит отметить изменение условий миграции (рН, Eh, минерализация и др.), масштабы поступления элементов в воды и их удаление в результате взаимодействия в системе вода–порода. Так высокие содержания Mn, Ce, Ti в щелочных водах, в нехарактерной для них среде миграции, обусловлены, вероятно, значительными масштабами обогащения вод этими элементами. Для La, Eu, Yb отмечается незначительное повышение содержаний от кислых к щелочным условиям, что не характерно для редкоземельных элементов, это может быть связано с масштабами обогащения вод этими элементами.
Работа выполнена при поддержке АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект АВЦП - 2.1.1/2490).
Литература:
Беус А.А., Григорян С.В. Геохимические методы поисков и разведки месторождений твердых полезных ископаемых.–М: Недра.–1975.–280 с.
Геологическая эволюция и самоорганизация системы вода-порода / гл. ред. С.Л. Шварцев.–Новосибирск: Изд-во СО РАН.–Т.2: Система вода-порода в условиях зоны гипергенеза / отв. ред. Б.Н. Рыженко.–2007.–С.321–322.
Колубаева Ю.В., Шварцев С.Л. Копылова Ю.Г. Геохимия вод северной части Колывань-Томской складчатой зоны // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка.–2010.–№2.–С.50–58.
Удодов П.А. и др. Гидрогеохимические исследования Колывань-Томской складчатой зоны.–Томск: Изд-во Томского университета.–1971.–284 с.
Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза.–М.: Недра.–1998.–С.197–198.
| Файл тезисов: | Солдатова Е. А..doc |
| Файл с полным текстом: | Солдатова Е. А..doc |