5.7. Окислительно-восстановительные условия и миграция элементов

Некоторые рудные месторождения, особенно инфильтрационные месторождения урана с перемещающимся фронтом, являются след­ствием редокс-реакций в подземных водах. Интенсивность мигра­ции элементов принято характеризовать коэффициентом водной миграции К_х, равным частному от деления количества элемента х в минеральном остатке природной воды на его содержание в горных породах, дренируемых этой водой:

К_х = т_х, (100)

где m_х – содержание элемента х в воде, мг/л;

n_х – содержание эле­мента х в породах, %;

а – минерализация воды, мг/л.

Чем больше величина К_х, тем больше миграционная способ­ность данных элементов.

Очень подвижные активные мигранты имеют значение К_х свы­ше 20, подвижные – от 20 до 1. Коэффициент водной миграции та­ких слабоподвижных мигрантов, как железо, титан и алюминий, не превышает 0,1. Изменение интенсивности миграции в одних и тех же условиях среды в зависимости от формы, в которой элемент содержится в породе, характеризуется коэффициентом контрастно­сти миграции. Например, в различных обстановках миграция ионов Zn в сульфидной форме и в форме оксида имеет коэффициент кон­трастности миграции около 100.

Одними из наиболее важных характеристик, существенным образом влияющих на миграцию элементов в ландшафтах, явля­ются кислотно-основные и окислительно-восстановительные харак­теристики среды. Однако следует иметь в виду, что живые организ­мы способны в значительной степени трансформировать процессы миграции.

Геохимический барьер – это участок зоны гипергенеза, где на ко­ротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции, что приводит к концентрированию химических элемен­тов.

Физико-химические барьеры возникают при резких изменениях величины рН или соотношения рН/Е_h. Например, если кислород­содержащая вода начинает двигаться по водному горизонту, в ко­тором первоначально существовали восстановительные условия, то между окислительной и восстановительной средами может образо­ваться редокс-фронт. Этот фронт будет перемещаться в направле­нии движения воды, но со значительно меньшей скоростью, чем вода. Скорость движения фронта определяется способностью во­доносного горизонта (особенно содержащегося в нем органического вещества) потреблять кислород. Если типичный водоносный гори­зонт в осадочных породах содержал 1% реакционноспособного орга­нического углерода, а подземная вода – 10 мг/л растворенного ки­слорода, то, согласно расчету, фронт должен мигрировать в 13000 раз медленнее, чем вода. Ряд элементов (особенно уран, селен, мы­шьяк, молибден) не растворимы в восстановительных условиях и растворимы в окислительных. При продвижении фронта окисления эти элементы, присутствующие в водоносном горизонте, растворя­ются. Движущиеся подземные воды переносят их через фронт в восстановительную среду, где они сразу же снова осаждаются. Та­ким образом, элемент, содержащийся во всем водоносном горизон­те до прохождения фронта или перенесенный из других областей системы подземных вод, концентрируется в непосредственной бли­зости к фронту, что создает возможность экономически выгодной его добычи.