книги из ГПНТБ / Махнач, А. С. Геохимия микроэлементов группы железа в живетских и франских отложениях Белоруссии

г

количество проб с аномальными концентрациями элементов, оконтурены и показаны как перспективные. Соответствующи­ ми условными обозначениями (П, Г, К и т. д.) у скважин, расположенных в неоднородном литологическом поле на кар­ те, показано, к какому литологическому типу пород приуроче­ ны аномалии элементов.

Многие исследователи считают фон постоянной величиной в пределах довольно значительных площадей. Однако работы по составлению карты распределения некоторых элементов в осадочных породах восточной части Белорусской ССР показа­ ли переменный характер средних содержаний. Так, медианные концентрации марганца в среднедевонских отложениях Бе­ лоруссии колеблются от тысячных долей процента до 0,09 (рис. ІІ-З). Для расчета аномальных содержаний достаточно знать изменение фона в зависимости от литологических осо­ бенностей пород. Однако при восстановлении палеогеографи­ ческих условий осадкообразования этого явно недостаточно. Чтобы геохимическим методом проследить изменение этих условий, нужно знать изменение фоновых содержаний элемен­ тов по площадям. В настоящей работе, как предлагает А. Н. Заварицкнй (1944), введено понятие о геохимическом коэф­ фициенте F, представляющем собой суммарное содержание микроэлементов группы железа: Е = 2 ж(ІЧі, Со, V, Mn, Ti, Cr).

химических показателей, таких, как F, частота встречаемости, дисперсия (а), отношения пар элементов, коэффициент вариа­ ции (V) и другие, а также путем составления спектрограмм отдельных элементов были выяснены геохимические различия однотипных разновозрастных пород. Другими словами, на первом этапе выяснены возможности стратиграфического рас­ членения и корреляции отложений живетского и франского ярусов по геохимическим данным, на втором этапе проводи­ лась практическая проверка полученных выводов путем соб­ ственно расчленения разрезов отдельных конкретных скважин и их корреляции.

Реконструкция палеогеографических условий осадконакоп-

элементов является геохимическим показателем, величина ко­

40

Глава III

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ЖИВЕТСКИХ И ФРАНСКИХ ОТЛОЖЕНИЯХ БЕЛОРУССИИ

вимся на характеристике микроэлементов (т. е. элементов, сумма кларков которых в литосфере не превышает 1 %) груп­ пы железа. При описании весовые кларки литосферы, глин и

(Бордон, 1970а), коэффициенты биологического поглощения— по данным А. И. Перельмана (1961).

Кроме железа, которое не является микроэлементом (кларк литосферы равен 4,65%), из описываемой группы наи­ более распространен титан. Его кларк литосферы, а также глин и глинистых сланцев — 0,45%, песчаных разностей по­ род—0,1, карбонатных отложений—0,04, почв—0,46%. Кларк осадочного чехла Белоруссии равен для песчаных пород

0,33%, глинистых—0,58, карбонатных—0,0182% (табл. Ill-1).

В осадках современных водоемов (табл. ПІ-2) содержание титана колеблется в пределах 0,2—0,5%. В современных от­ ложениях, в частности в осадках Средиземного моря (Емель­ янов, 1966), максимальное количество титана приурочено к глинистым илам, минимальное (следы) встречено в песках.

42

В бескарбонатных осадках концентрация титана порядка 0,4—0,5%. Однако при повышении карбонатности отложений на 20% содержание элементов падает на 0,1%. В качествен­ ном отношении это положение справедливо и для девонских отложений Белоруссии. В осадочных хемогенных и биогенных породах содержание титана, как правило, гораздо ниже кларкового. Атомный вес титана 47,9 (порядковый номер в табли­ це Менделеева 22). Валентность элемента 4, 3 и 2, но в при­ родных условиях он присутствует обычно в четырехвалент­ ной форме, что и определяет повышенную устойчивость его соединений. Коэффициент биологического поглощения титана равен 0,On. Титан способен изоморфно замещать алюминий, магний, цирконий, железо. Сам он замещается железом, тан­ талом и ниобием. Эти элементы обычно входят в состав титан­ содержащих минералов. Он ассоциирует со щелочами, каль­ цием, ванадием, хромом, церием, кремнием, марганцем, фос­ фором, оловом, ураном и иттрием. Известно более 80 минералов, содержащих в том или ином количестве титан. Но большинство из них редко встречается в природе, не дает про­

43

44

«Глубоководные 0,05—0,09 Страхов, 1954

рутил, титаномагнетит, сфен. В глинах титан обычно присутст­ вует в виде мельчайших пелитовых частиц. Встречается также в форме коллоидов и вторичных минералов. Повышенные со­ держания титана в осадочных породах отмечаются в форме россыпей (ильменита, рутила), а также в продуктах коры выветривания (например, в бокситах). В гипергенно-осадоч- ном цикле титан ведет себя обычно как слабоподвижный эле­ мент. Чаще всего он мигрирует и накапливается механическим путем (водными потоками, частично ветром и т. д.), а не в форме истинных растворов. Лишь в ландшафтах влажных тро­ пиков титан может переходить в раствор и выноситься из

45

пород. Из первичных минералов возникают вторичные, такие, как лейкоксен, ксантитан и др. В целом формы подвижности титана пока изучены плохо. Ионную миграцию его допускают лишь в очень кислых растворах (pH = 2—3), в противном слу­ чае происходит гидролиз солей титана. Высокое содержание элемента в бокситах А. П. Виноградов объясняет процессами десиликации (К. И. Лукашев и В. К. Лукашев, 1967).

род— 0,0006% (табл. II1-1). В осадках современных водоемов, по данным ряда авторов (табл. ПІ-2 ), содержание марганца изменяется от 3,1% в красных глинах Тихого океана (Муррей и Ли, 1909) до 0,008—0,074% в морских осадках Северного Каспия (Бруевич, Виноградова, 1949). Атомный вес марганца 54,938 (порядковый номер 25). Валентность элемента 4, 2, ре­ же 3. По В. М. Гольдшмидту (Goldschmidt, 1954), в первичных магматических минералах преобладает двухвалентный марга­ нец, в осадочных — трех- и четырехвалентный. Коэффициент биологического поглощения элемента — 0,га—га. Марганец находится в изоморфных смесях с двухвалентным железом в ферромагнезиальных минералах. Он часто замещает железо

вмагнетите и ильмените и кальций во многих минералах из­ верженных пород (за исключением кальциевых полевых шпа­ тов, где он не обнаружен, по данным К. И. Лукашева и В. К. Лукашева, 1967). В эндогенных минералах марганец входит

визоморфные замещения с железом, кальцием, магнием, ни­ келем, кобальтом и др.

Известно свыше 100 минералов марганца, главным обра­ зом окислов, карбонатов и силикатов. Месторождения мар­ ганца осадочного генезиса подразделяются на 3 типа: первич­ нокислые (псиломелано-пиролюзитовые), манганитовые и карбонатные руды. Часто они ассоциируют с кремнистыми отложениями. В зависимости от условий образования в мар­ ганцевых рудах в тех или иных количествах обычно присутст­ вуют фосфор, сера, кобальт, никель, ванадий, молибден, вольфрам и другие элементы. Миграция марганца осуществ­ ляется в форме истинных растворов, в виде коллоидов и более грубых суспензий; большую роль играют металлорганические соединения, микроорганизмы, гумусовые кислоты. Органиче­ ское вещество играет главным образом стабилизирующую роль, удерживая марганец в растворе. Микроорганизмы окис­ ляют марганец, поглощают его и освобождают для новых реакций. Органическое вещество в водах повышает устойчи-

46

вость коллоидов в растворах и их миграцию (особенно в кис­ лой среде). Осаждение марганца из растворов происходит механическим путем с глинистыми и более грубыми вещества­ ми, путем химических реакций и биогеохимическим извлечени­ ем (К. И. Лукашев, В. К. Лукашев, 1967). Подвижность мар­ ганца ограничена слабой растворимостью окислов четырех­ валентного элемента при нормальном pH. При кислых пределах pH марганец подвижен в форме иона Мп++ (Хоке,

Уэбб, 1964).

руссии равен для песчаных пород 0,0058%; глин и сланцев — 0,0878; карбонатных пород — 0,0494% (табл. ПІ-1). В совре­ менных осадках различных водоемов содержание ванадия изменяется от 0,004—0,005% в морских отложениях Баренце­ ва моря (Кленова, 1937) до 0,4% в черных илах Черного моря на глубине 1450 м (Архангельский, Копченова, 1930). Атом­ ный вес элемента 50,942 (порядковый номер 23). Коэффициент биологического поглощения 0, п. Валентность элемента от +1 до +5. Ванадий образует с кислородом пять окислов: Ѵ20; Ѵ20 2; Ѵ20 3; Ѵ20 4; V2Os. Первые три имеют основной ха­ рактер, последние два — кислотный.

В эндогенных условиях повышенные концентрации ванадия наблюдаются в основных и ультраосновных породах, значи­ тельно реже — в щелочных и кислых. В биосфере геохимиче­ ская история ванадия тесно связана с органическим вещест­ вом, в котором он нередко накапливается (в нефти, битумах, торфах и т. д.). Однако, как замечают В. И. Данчев и П. П. Шиловский (1965), в процессе метаморфизма углистое веще­ ство несколько обедняется ванадием. Он накапливается также в тех осадочных образованиях, в формировании которых зна­ чительную роль играют минеральные коллоиды. Следует отметить, что в осадочных условиях вместе с рудами алюми­ ния, железа, а также в углях и нефтях нередко концентриру­ ются громадные количества ванадия. Например, в оолитовых бурых железняках месторождений Лотарингии, Керченского полуострова содержится 0,05—0,3% V2Os, который извлекает­ ся (Магакьян, 1955).

По классификации, приведенной К. И. Лукашевым (1956а), можно выделить три генетических типа экзогенных месторождений ванадиевых руд: инфильтрационные (карнотитовые песчаники, натронитовая и ванадинитовая форма­ ции); собственно осадочные (с железом, алюминием, в углях, нефтях); месторождения зоны окисления (с ураном, цинком, свинцом). В. И. Данчев и П. П. Шиловский (1965) несколько детализируют эту классификацию и выделяют, в частности,

47

ванадиевые^руды в окисленных зонах полиметаллических ме­ сторождений, ванадийсодержащие титаномагнетитовые пески, бурые железняки и фосфориты, ванадиеносные углисто-кремни­ стые сланцы, обогащенные ванадием песчаники, карбонаты и другие проницаемые породы и, наконец, ванадийсодержащие каустобиолиты. Наиболее благоприятными условиями концен­ трации ванадия являются сухие климатические условия и вы­ сокие температуры (Узу,нов, 1967).

Ассоциирует ванадий обычно с молибденом, ураном, свинцом, медью, цинком, висмутом, фосфором, алюминием, марганцем, железом, мышьяком. Подвижность ванадия срав­ нительно высокая и связана с его способностью быстро окисляться и восстанавливаться. Элемент может мигрировать

вследующих формах:

а) в составе механической взвеси, где он приурочен к об­ ломкам минералов, входит обычно в их кристаллическую ре­ шетку и находится, таким образом, в эндокриптном состоянии; б) вместе с другими элементами ванадий может захваты­ ваться многими минеральными коллоидами и транспортиро­

ваться в сорбированном состоянии (Малаховский, 1961);

в) часть ванадия может находиться в растворенном виде, главным образом в состоянии ванадат-иона. В зависимости от геологического строения области питания, климата, водного режима и других факторов будут преобладать те или иные формы миграции. Однако миграционную способность ванадия следует считать все же ограниченной (Garrels и др., 1961), так

как элемент выпадает в осадок в ходе многих природных процессов.

Господствующей формой нахождения ванадия в осадочных породах и рудах является рассеянное состояние: эндокриптное или сорбированное. Ванадиевые минералы присутствуют лишь в рудах с относительно высоким его содержанием. Хотя известно свыше 45 минералов ванадия, наибольшее распрост­ ранение II практическое значение имеют лишь патронит,

роскоэлит, карнотит, фольбортит, ванадинит, деклаузит и не­ которые другие.

Кларк литосферы хрома равен 0,0083%; глин и сланцев — 0.01; песчаников — 0,015; карбонатных пород— 0,0002; почв —

натных 0,000008 %. Атомный вес хрома 51,996 (порядковый номер 24). Коэффициент биологического поглощения 0 ,0 «.

В геохимических процессах гипергенеза хром разновален­ тен, причем преобладают малорастворимые трехвалентные соединения. В выоокоокислительных условиях жаркого пустынного климата возможно окисление трехвалентного хро­ ма до шестивалентного с образованием растворимых хромитов.

48

По В. М. Гольдшмидту (Goldschmidt, 1954), в процессе такого

окисления образуется ион СгО^М Он может быть либо осаж­ ден катионами тяжелых металлов в зоне окисления, например свинцом, с образованием крокоита, либо мигрировать с растворами и концентрироваться в соляных аккумуляциях в качестве изоморфных примесей.

Ассоциирует элемент в ультраосновных породах с никелем и магнием, в осадочных — с железом и алюминием (Хоке, Уэбб, 1964). Подвижность обычно слабая, за исключением ус­ ловий с высокими pH и Eh, в которых подвижный хромат-ион устойчив.

Повышенные содержания элемента наблюдаются в некото­ рых латеритах и россыпях, обогащенных хромистыми мине­ ралами. Так, в россыпях перемещенного аккумулятивного типа повышенные концентрации хромовых минералов могут быть связаны с магнетитом, титаномагнетитом, цирконом, рутилом, ильменитом, с которыми они имеют близкие удель­ ные веса (К- И. Лукашев, В. К. Лукашев, 1967). Однако, как отмечает К. Б. Краускопф (Krauskopf, 1955), содержание хро­ ма в осадочных образованиях очень непостоянно. Например, черные глинистые сланцы могут содержать хром в больших и в то же время в самых незначительных количествах.

Известно сравнительно много минералов, в состав которых входит хром (хромшпинелиды, крокоит, стихтит, хромовый хлорит, хромвезувиан, хромдиопсид, хромтурмалин, волконскоит, уваровит, фуксит и др.), но единственным промышлен­ ным минералом является хромит. Из вторичных минералов хрома, образующихся в зоне гипергенеза, в пустынях Чили на выветренной поверхности бурых железняков обнаружен тарапакаит. А. И. Перельман и С. Т. Батулин (по К. И. Лукаше­ ву, В. К. Лукашеву, 1967) обнаружили тонкие желтые пленки воднорастворимых хроматов вместе с гипсом в поверхностных трещинах эоценовых бурых железняков. В пермских красноцветах Приуралья найден редкий глиноподобный хромовый минерал — волконскоит.

Кларк литосферы никеля равен 0,0058%; глин и сланцев—