книги из ГПНТБ / Воротников, Б. А. Водные потоки рассеяния сульфидного оруденения Алтая и их поисковое значение

88

характерны для средней и даже начальной стадий развития зоны окисления. Нахождение этой части Майского месторождения в пре­ делах приподнятого эродированного участка горы Березовой, воз­ можно, связано с новейшими положительными подвижками, харак­ терными для предгорной части Алтая (Розен, 1954). Исследованные воды представляют собой поверхностный водоток с расходом около 1 л/с и питающие его грунтовые воды вулканогенно-осадочных пород, выраженные в виде нисходящих источников и мочажин. Весьма про­ тяженные (до 1 км) и контрастные потоки рассеяния образуют Со, V, Ti, Fe, Zn, Al, Ga и Zr, причем Со и V обнаружены только здесь (в фоновых водах они отсутствуют). Коэффициент контрастности (Кк) для Ті и Fe равен 5, а для остальных элементов — 2 (см. табл. 8, рис. 13, 14). Менее протяженные потоки образуют Pb, Cu, Сг (до 0,5 км) и Mo, Cd, Ag, Mn (до 0,3 км). На расстоянии до 0,1 км от рудной минерализации обнаружены Li, Y, Yb, Sn, Be, а также La, Sb, Sc, отсутствующие в фоновых водах. Здесь же формируются протяженные и контрастные потоки рассеяния SO|~ (особенно воз­

нее 1). Кроме того, эти воды от аналогичного типа фоновых вод отличаются меньшей минерализацией, повышенным содержанием С 02 агр., более кислой реакцией и значительной недосыщенностью карбонатом кальция.

Таким образом, водный поток рассеяния имеет сложное строение, состоит из комплекса элементов, каждый из которых характеризуется

вданной конкретной обстановке своей миграционной способностью.

Всвязи с этим в некоторых случаях элементы могут образовывать свои отрицательные аномалии в потоке рассеяния.

Сравнение потоков рассеяния химических элементов в грунтовых

и поверхностных водах подтверждает их незначительное отличие: в первых они более протяженны и контрастны (особенно по Си и Сг)

итолько в них обнаружены упоминавшиеся Li, Yb и Y.

Вдонных осадках, отобранных одновременно с водами, контра­ стные (Кк до 5) и протяженные (более 1 км) потоки рассеяния обра­ зуют Ag, Pb, Zn. Значительно слабее (по размеру и обогащенности) проявляются потоки рассеяния по Cu, Mo, Ва, Y, Со, Ni, Mn (см. табл. 9, рис. 14). Заслуживает внимания появление в донных осадках Li и Ві, а также отсутствие As, ТІ и пониженные (Кк </ 1) содержа­ ния Sn, Be и Sr. В противоположность водной среде в донных осад­ ках поверхностных вод потоки рассеяния элементов (особенно Мп, Со, Ni) более обогащены и протяженны. Только в них прослежи­ ваются потоки рассеяния V, Сг, Ті. Исключением является Ag, которое обычно концентрируется в донных осадках в зоне разгрузки

грунтовых вод.

Сравнение потоков рассеяния элементов в водах и в связанных с ними донных осадках показывает, что в водах они более протя­ женны и контрастны по Со, V, Ti, Fe, в донных осадках — по Ag, Pb, Zn, Li. Некоторые элементы, образующие положительные потоки

8&

рассеяния в водах, в донных осадках или не обнаружены (La, Sb, Sc), или находятся на уровне фоновых содержаний (V, Cr, Ti, Fe, Al, Ga, Zr), или образуют даже отрицательные аномалии (Sn и Be). Только в донных осадках обнаружен Ві. Сходные потоки рассеяния в водах и в донных осадках образуют лишь Мп, Со и Y.

Таким образом, отчетливо видно, что элементы, характерные для потоков рассеяния в водах, как правило, не являются таковыми для тонких донных осадков, и наоборот. Эта же закономерность про­ является и в потоках рассеяния других описанных ниже место­ рождений.

Картина формирования потоков рассеяния химических элементов в водах и донных осадках Майского месторождения, видимо, была следующая.

За счет выпадающих атмосферных осадков в пределах наиболее приподнятой эродированной части месторождения формируются маломинерализованные агрессивные воды. Основные процессы, способствующие переходу элементов из зоны минерализации в воды, — это окисление и последующее растворение сульфидов, а так­ же выщелачивание элементов из рудовмещающих измененных пород.

Процесс выщелачивания сульфидов при формировании зон окис­ ления сульфидных месторождений хорошо изучен и подробно описан (Гинзбург, 1957; Дубинина, 1968; Смирнов, 1955; Шахов, 1960; Щербина, 1955; Эммонс, 1935 и др.). Отметим только, что в нашем случае сернокислый процесс более интенсивно протекает в верхней хорошо промываемой кислородсодержащими водами части рудного выхода, сложенного массивными существенно колчеданными рудами или минералами зоны вторичного сульфидного обогащения (зоны цементации). Наиболее легко разлагаемыми в зонах окисления являются пирротин, сфалерит, халькозин. При отсутствии в рудах дисульфидов железа, что в общем мало характерно для изученных нами месторождений,происходит кислородное окисление моносуль­ фидов цветных металлов, практически без образования свободной серной кислоты. В этом случае pH вод обычно не ниже 6, а вели­ чина Eh не выше +0,5 в (Голева, 1968, стр. 33). Окисление и рас­ творение сульфидов и образование сульфатов — процесс экзотерми­ ческий, поэтому он может проходить в любых климатических усло­ виях (Бугельский, 1962; Шварцев, 1964), чему в значительной степени способствует влияние микроорганизмов и органического вещества (Ляликова, 1966; Соколова, Каравайко, 1964; Соколова, 1968 и др.). Как правило, формирующиеся при этом воды отли­ чаются кислым сульфатным составом, повышенным отношением сульфат-иона к хлор-иону и особенно к кальцию, высоким устойчи­ вым значением Eh. Микрокомпонентный состав вод хорошо отражает состав первичных сульфидных руд L Элементы-спутники основных1

1 Р у д о о б р а з у ю щ и м и элементами на исследованных месторождениях являются главные элементы сульфидных руд — Zn, Cu, Pb, иногда Ag, As и Ba, и элементы-спутники, концентрирующиеся в рудных и жильных минералах, — Cd, Mo, Sn, Sb, W, Hg, U, Yb, Y, Li, Bi, TI, Be, F, иногда Fe, Co, Sr, Si.

S2

ными рудообразующими элементами. В целом по составу такие воды значительно отличаются от фоновых. Как видно из ранее изложен­ ного материала, и геологическое строение Майского месторождения, и состав водных потоков рассеяния подтверждают высказанные пред­ положения о их связи с интенсивным сернокислым процессом окис­ ления и растворения сульфидов.

Выщелачивание породообразующих элементов 1 из рудовмеща­ ющих пород природными водами обязано податливости пород хими­ ческому выветриванию. Вместе с тем такая нестойкость пород обусловлена в основном их интенсивной переработкой гидротермаль­ ными растворами, а при формировании зон окисления — сернокис­ лыми растворами. Не исключено, что это также связано с переходом труднорастворимых соединений некоторых элементов в менее устой­ чивое состояние. В нашем случае рудовмещающими породами яв­ ляются малоактивные по отношению к pH вод алевропелиты, кислые эффузивы и их туфы (по классификации П. А. Удодова), испытыва­ ющие наибольшее влияние сернокислого выветривания среди других пород месторождения (Росляков, 1970). Хорошую промываемость рудовмещающих пород обеспечивает их значительная трещиноватость.

По данным Г. Б. Свешникова (1967) и Г. А. Голевой (1968), на полиметаллических месторождениях Алтая широко развит про­ цесс электрохимического растворения сульфидов. Для восточной части Майского месторождения этот процесс не является определя­ ющим, о чем свидетельствуют состав вод, высокое значение потен­ циала естественного электрического поля (около 0,2 в) и отсутствие обильных источников вод глубокой циркуляции.

Таким образом, сформировавшиеся в непосредственной близости от зоны рудной минерализации (верхняя начальная часть водного потока рассеяния) маломинерализованные слабокислые гидрокарбо- натно-сульфатные воды имеют сложный микрокомпонентный состав; наряду с рудообразующими элементами имеются и породообразу­ ющие. Эти воды от фоновых отличаются не только составом, но и содержанием элементов (см. табл. 5, 8, 9).

Протяженность водных потоков рассеяния определяется не только начальным абсолютным содержанием элементов в водах, обусловленным интенсивностью их перехода в раствор, но и формой миграции элементов, зависящей в свою очередь от макросостава вод. Разбавление вод потоков рассеяния фоновыми водами здесь практитически отсутствует, а донные осадки представлены сильно выветрелым материалом, обладающим незначительной сорбционной емко­ стью (Перельман, 1961).

В дальнейшем по мере удаления от рудной минерализации воды потока рассеяния приходят в соприкосновение с лёссовидными1

1 V, Ti, Zr, Al, Ga, Cr, Mn, Ni и других, более характерных не для изучен­ ных руд, а для околорудноизмененных пород.

93

карбонатизированными суглинками. Растворение карбонатных по­ род, нагревание вод и их дегазация, а также обогащение органиче­ ским веществом приводят к увеличению содержания карбонат-

ихлор-ионов, к росту минерализации, понижению кислотности вод

изначения их окислительно-восстановительного потенциала. Пере­ мены в составе вод влекут за собой изменения в состоянии химических элементов. Так, по экспериментально-расчетным данным (см. далее)

внебольшом количестве выпадают в осадок гели кремнезема и гидро­

окиси железа, а в дальнейшем гели гидроокисей Al, Ga, Zr, Ti, Cr и карбоната кальция (их миграции в коллоидной форме препятствует обогащенность вод кальцием). Вместе с этими гелями выпадают даже такие малораспространенные в водах элементы, как Yb, Y, Sc, Be, Sb, Li, La, которые обогащают мелкую фракцию донных отложений. Частично переходят в осадок Pb, Zn, Со и, возможно, Ni и Sn. При этом Li, Zn и Ni захватываются гелями, несмотря на то что в растворе они находятся в устойчивом катионном состо­ янии. Лишь элементы, находящиеся в водах в устойчивой анионной форме (простые ионы F и С1 или комплексные анионы кислородных кислот S, Мо и V), мигрируют без каких-либо затруднений. Следует также отметить, что в данном случае миграции Си способствует растворенное в водах органическое вещество, а Ва и Sr — относи­ тельно небольшая сульфатность вод. Нередко содержания в водах легко гидролизующихся элементов (Fe, Al, Ga, Zr, Ti, Cr) превы­ шают допустимые по расчету для данного значения pH вод (Онуфриенок, 1959), что объясняется их миграцией в виде растворенных нейтральных молекул гидроокисей (Брусиловский, 1963), образова­ нию которых способствует органическое вещество. Условия мигра­ ции элементов в водах аналогичного состава отмечены при характеристике фоновых вод.

Выводы по геохимии микрокомпонентов в водном потоке рассе­ яния слабо окисленной части Майского месторождения основаны на данных экспериментов и расчетов (см. табл. 10). Так, при отста­ ивании вод (объем пробы около 20 л) выпадал небольшой осадок гидроокисей Fe и А1, кремнезема (биотита и полевых шпатов?), в котором обнаружены практически полностью перешедшие из вод

Yb, Y, Sc, Be, Sb и в большей своей части Fe, Al, Zn, Zr, Ti, Co, Sn

и Pb (данные рентгеноструктурного, ИКС и количественного спек­ трального анализов). Опыты по электродиализу и ионному обмену

тионном, а Al, Fe, Cr, Ti, Pb, Zr и Ga — в катионном и коллоидном. Исходя из расчетов по фактическим данным (табл. 9), можно пред­ положить, что Al, Ga, Cr, Ti, Zr и Fe (III) склонны к образованию осадков гидроокисей. Это хорошо согласуется с результатами экспе­ риментов. Иногда элементы практически полностью задерживаются катионитом и, кроме того, частично анионитом. В этом случае пред­ полагалось, что они находятся в неустойчивом катионном и коллоид­ ном состояниях (т. е. участвуют в коллоидных системах) и анионитом

94

задерживаются механически. Так, например, Pb, по-видимому, сорбируется «чужими» коллоидами. Не ясны условия миграции в водах Cd.

Опыты по ионному обмену с водами Майского месторождения про­ водились непосредственно после отбора проб и после их предвари­ тельного отстаивания. Сравнение результатов показывает, что формы нахождения химических элементов при отстаивании вод почти не изменились, только элементы, присутствовавшие в исходной воде в виде «следов», практически полностью выпали с осадком. Окисли­ тельно-восстановительные состояния элементов в водах Майского месторождения по Eh не были рассчитаны, так как их концентрации ниже пороговых и, следовательно, они не могут быть потенциалопределяющими (Пещевицкий и др., 1967). Поскольку окислительно­ восстановительный потенциал этих вод (и вод других обследованных месторождений) более низкий, чем вод Сугатовского месторождения (о чем будет сказано далее), можно предположить, что степени окис­ ления элементов в них не должны быть выше, чем в водах Сугатов­ ского месторождения.

Формы нахождения элементов в донных осадках были определены косвенно, путем раздельного анализа их гранулометрических фрак­ ций. При этом в крупной фракции (1—0,3 мм) отмечается большая концентрация Zn, Cu, Mn, в меньшей мере Mo, Bi, V, в мелкой (менее 0,05 мм) — Li, Cr, Sn, Zr, Y. Более равномерно по фракциям рас­ пределены Ni, Со, Ag, Pb (см. табл. 10). Содержания Fe, Al, Si в донных осадках всегда более 1 %, т. е. превышают верхний предел чувствительности спектрального анализа, в связи с чем их распре­ деление по фракциям не было установлено. Формам нахождения химических элементов в водах сульфидных месторождений Западного Алтая посвящена специальная статья («Формы нахождения...», 1970).

Обогащение донных осадков водного потока рассеяния элементами происходит путем их выпадения вместе с осадками. Это приводит, как уже упоминалось, к обогащению мелкой фракции. Другой путь обогащения — это разрушение рудного выхода и механический перенос обломочного материала, на возможность чего указывают многие исследователи (Жуковская, 1968). Подобным образом можно объяснить формирование в донных осадках протяженных контрастных потоков рассеяния РЬ и Zn, менее — Си и Мп, кон­ центрирующихся в крупной (1—0,3 мм) фракции. Наиболее веро­ ятно, что обломки представлены вторичными минералами зоны окисления Майского месторождения (см. табл. 7): карбонатами, суль­ фатами, а также фосфатами, ванадатами, арсенатами, силикатами, окислами и гидроокислами. Образование в донных осадках четких потоков рассеяния таких редких элементов, как Bi, Mo, Со, осо­ бенно Ag, по-видимому, связано с присутствием последних в качестве примесей в минералах зоны окисления (например, повышенное содержание Ві характерно для церуссита и ярозита; Росляков, 1970). С другой стороны, не исключено, что указанные элементы могут

95

образовывать и самостоятельные труднорастворимые соединения типа AgCl и накапливаться в осадках.

Потоки рассеяния в « п р и п о в е р х н о с т н ы х » в о д а х з н а ч и т е л ь н о о к и с л е н н о й ч а с т и р у д н о г о в ы ­ х о д а формируются на западном фланге Майского месторождения. Естественные водоисточники здесь отсутствуют, поэтому опробова­ лись неглубокие колодцы и закопуши. Воды гидрокарбонатные кальциевые,слабокислые, отличаются отсутствием или чрезвычайно низким (ниже фона) содержанием микрокомпонентов. В несколько повышенных количествах отмечены лишь SOf' и С 02 агр. (см. табл. 8 и рис. 13 и 14). Подобная обедненность вод элементами свя­ зана с их формированием в пределах поверхностной части мощной проработанной до конечной стадии (окислы, гидроокислы, силикаты и т. п.) зоны окисления. Основные рудообразующие элементы (Zn, Pb, Cu) из пород зоны окисления выщелочены или находятся в них в практически нерастворимых современными водами минеральных формах («Распределение...», 1965). Затрудняет переход элементов в водные потоки рассеяния вследствие окисления или электрохими­ ческого растворения сохранившихся сульфидов, а также вследствие выщелачивания породообразующих элементов из рудовмещающих пород очень слабая интенсивность водообмена в глинистых водо­ вмещающих породах.

ского месторождения. Здесь были опробованы источники вос­ ходящего типа с относительно высоким дебитом (около 0,5 л/с) и чрезвычайно постоянным режимом. Воды отличаются гидрокарбо­ натным магниево-кальциевым составом, нейтральной реакцией и вы­ сокими содержаниями Pb, Zn, Ni (соответственно 7, 50 и 10 мкг/л). Иловатые донные осадки, опробованные на выходе источников, характеризуются появлением в них Mo, Bi, Li и повышенным содер­ жанием Ag, Pb, Zn (0,003; 0,02 и 0,03%). Наиболее вероятное проис­ хождение вод подобного состава — электрохимическое растворение сульфидов, что видно из следующего.

Факт ускоренного растворения одного из контактирующих суль­ фидов, обладающего большим отрицательным потенциалом, известен давно (Gottschalk, Buchler, 1912; Смирнов, 1955). Наиболее полно этот вопрос освещен Г. Б. Свешниковым (1967), проводившим гидро­ геохимические исследования на сульфидных месторождениях Руд­ ного Алтая. Автор указывает, что формирующиеся подобным образом воды отличаются особенностями макро- и микросостава. Так, макро­ состав вод, величина pH и содержание SO|_ практически не отли­ чимы от фоновых. Eh вод понижен и неустойчив. Для таких вод (и связанных с ними донных осадков) характерны повышенные содер­ жания Zn, Pb, Щ, Со, Мо, иногда As, и низкие — Fe и Си. Течению этого процесса благоприятствуют полиминеральный состав руд и их

96

в том случае, если при этом площадь первых преобладает. Наличие хорошо развитых глубинных рудоконтролирующих тектонических трещин способствует необходимой при этом циркуляции вод. Процесс проходит интенсивнее в щелочных до слабокислых хлоридных или гидрокарбонатных холодных умеренно минерализованных водах в отсутствие буферных для Eh систем (Fea+/Fe3+, особенно S2_/S°). Естественное электрическое поле на месторождении, битуминозные или графитизированные рудовмещающие породы тормозят процесс, а карбонатные породы, наоборот, благоприятствуют ему.

Все изложенное позволяет заключить, что опробованные нами воды источников являются водами зон тектонических нарушений и их обогащение микрокомпонентами происходит за счет электро­ химического растворения сульфидной минерализации, приуроченной здесь к местам сопряжения широтных нарушений с меридиональ­ ными. Для подземных вод, встреченных в пределах рудного поля Майского месторождения, отмеченный химический состав иногда не характерен. По-видимому, это объясняется их приуроченностью к безрудным тектоническим трещинам.

Тушканихинское месторождение расположено в 9 км западнее Майского. Геологическое строение, особенности вмещающих и околорудноизмененных пород, минералогия и структуры первичных руд, а также морфология рудных тел этих месторождений сходны (см. табл. 7). Отметим лишь, что распространенные здесь вулканогенно­ осадочные породы разбиты серией тектонических нарушений, среди которых наиболее отчетливо выражены межпластовые, развива­ ющиеся на контактах пород с различными физическими свойствами. Эти нарушения в большинстве случаев являются рудоконтролиру­ ющими (рис. 15). Местоположение Тушканихинского месторождения в пониженной, более выровненной части Березовогорского рудного поля предопределило большую сохранность зоны окисления, мощ­ ность которой здесь достигает 70 м (на лавах и лавобрекчиях кислого состава), а по зонам дробления признаки окисления устанавливаются на глубинах до 130—150 м. Породы, подвергшиеся выветриванию, обычно прослеживаются на большую глубину, чем окисленные руды (Росляков, 1970). Среди минералов верхней части зоны окисления преобладают окислы, гидроокислы, силикаты, фосфаты, ванадаты, арсенаты (см. табл. 7), характерные для конечной стадии ее развития. Широко здесь развиты элювиальные глины и перекрывающие их переотложенные (аллохтонные) рыхлые отложения, представленные каолиновыми глинами и суглинками кочковской свиты и покровными лёссовидными, сильно карбонатизированными суглинками красно­ дубровской свиты с прослоями глин, супесей и песков. Суммарная мощность рыхлых образований колеблется от первых сантиметров на вершине горы Тушканиха до 40—50 м у ее основания.

На Тушканихинском месторождении были исследованы потоки рассеяния элементов в «приповерхностных» водах сильно окислен­ ного рудного выхода, в водах зон тектонических нарушений и в грунтовых водах погребённой зоны окисления.