книги из ГПНТБ / Крайнов, С. Р. Геохимия редких элементов в подземных водах (в связи с геохимическими поисками месторождений)

133

думеиа. Содержания рубидия в во­

ментов

в зоне континентального

за­

дах месторождений гораздо ниже, они

соления

принадлежит сорбционным

обычно не превышают 20—40 мкг/л.

процессам, интенсифицирующимся

в

содержаниях (до 10

мкг/л) обнаружи­

зация и щелочная среда, присущие

вается обычно только в водах место­

водам

аридной

зоны,

способствуют

рождений, содержащих поллуцит или

образованию

по

первичным

силика­

обогащенный

цезием

лепидолит. Аб­

там глин монтмориллонитовой груп­

солютные содержания редких щелоч­

пы

[81]. Образование монтморилло­

ных элементов в водах месторожде­

нита в современной коре выветри­

ний различных

гидрогеохимических

вания аридной зоны было подтвер­

зон грунтовых вод более или менее

ждено

нами

экспериментально

на

однообразны.

Несмотря

на

увели­

примере пегматитовых полей пустын­

чение минерализации грунтовых

вод

ных и сухостепных ландшафтов

Сред­

в

зоне

континентального

засоления,

ней Азии. Изучение

глинистой

фрак­

содержания редких

щелочных

эле­

ции ( < 0,005 мм) этих кор показало

ментов в этих водах не так велики,

повсеместное

преобладание

в

них

как можно было бы ожидать, исходя

глин

монтмориллонитовой

группы

из

минерализации

грунтовых

вод.

(диагностика

глин

производилась в

При этом подсчет относительных кон­

рентгено структурной

лаборатории

центраций элементов (% к минера­

ВСЕГИНГЕО Ц. М. Райтбурт

и

лизации)

показал,

что

существует

А. М. Царевой). Учитывая натрие­

непрерывное

падение

этих

концент­

вый состав вод аридной зоны, ясно,

раций с ростом минерализации вод

что в этой зоне редкие щелочные

(см. рис.. 37), в связи с этим относи­

элементы должны интенсивно изы­

тельные

концентрации

редких

ще­

маться из ореольных вод монтморил­

лочных элементов в грунтовых водах

лонитом. Это с одной стороны при­

месторождений

зоны

континенталь­

водит к снижению концентраций ли­

ного засоления на целый порядок

тия

и

рубидия

в ореольных

водах,

ниже их концентраций в грунтовых

а с другой, — к формированию сорб-

водах

месторождений

зоны

выщела­

ционных ореолов в твердой фазе.

чивания. Существует целый ряд при­

Изложенное

согласуется с распреде­

чин этого. Помимо общих причин,

лением лития, рубидия и цезия в

обусловливающих

падение

относи­

корах

выветривания

указанных

пег­

тельных

концентраций всех

микро­

матитовых полей. Из кор выветри­

элементов подземных

вод

с

ростом

вания пегматитовых полей в разных

их

минерализации,

падение

отно­

геохимических ландшафтах было ото­

сительных концентраций редких ще­

брано 45 образцов. Образцы спект­

лочных элементов связано и с част­

рально проанализированы в лабо­

ными, специфическими для этих эле­

ратории ИМГРЭ (руководитель Е. А.

ментов, причинами. Одной из них

Фабрикова), в результате чего уста­

является уменьшение

углекислотной

новлено, что при выветривании пег­

агрессивности

грунтовых

вод

зоны

матитов в аридной зоне значитель­

континентального

засоления

вслед­

ная

часть

редких

щелочных

эле­

ствие

их

повышенной

минерализа­

ментов остается в их корах вывет­

ции.

ривания (табл.

48).

Немаловажная роль в уменьшении

Наоборот,

природные

условия

зо­

концентраций

редких щелочных

эле­

ны

выщелачивания

более благопри-

135

ответственно

изменяются

и

коэффи­

Нарушение

связей

между элемен­

циенты водной миграции редких ще­

тами

в водах

является

отражением

лочных элементов в водах пегмати­

нарушения связей между этими же

тов: L i

0,и—0,0?г;

К

?г—0,?г;

Rb

элементами

в

породах

месторожде­

0,n—0,On;

CsO.n—0,0n;Csn • 10"2 —

ний.

Известно,

что

K/Rb

и

K/Cs

п • Ю-3 .

отношения в пегматитах в резуль­

Таким

образом,

ряд

подвижности

тате рудообразовательного

процесса

щелочных

элементов

в

грунтовых

опускаются

до

п — п • 10.

водах

выглядит

следующим

обра­

В связи с этим низкие

значения

зом:

указанных

коэффициентов

корреля­

ции в грунтовых водах являются

Ряд подвижности . .

К >

Rb >

L i >

Cs

попсковыми

признакамп полей

пег­

Радиус

в

кристалли­

матитов.

ческой

решетке, À

1,33

1,49

0,68

1,65

Положение

щелочных

элементов

ОСОБЕННОСТИ ГЕОХИМИИ

в ряду их подвижности в грунтовых

РЕДКИХ ЩЕЛОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

водах

несколько

не

соответствует

В УГЛЕКИСЛЫХ И ТЕРМАЛЬНЫХ ВОДАХ

теоретическому и

экспериментально­

му рядам их сорбции (см. предыду­

Редкие щелочные элементы явля­

щие разделы). Этот ряд искажается

ются

типоморфнымп

элементами уг­

литием, который, обладая минималь­

лекислых вод. В этих водах они

ным радиусом иона, по своей под­

обнаруживаются повсеместно. Гисто­

вижности в грунтовых водах пегма­

граммы распределения лития, ру­

титов неожиданно уступает неко­

бидия

и

цезия

в углекислых

водах

торым, другим элементам (калий и

различных

регионов приведены

на

рубидий). Это, видимо, связано с

рис. 39. Из гистограмм видно,

что

тем, что литий, обладая малым ра­

наиболее

распространенные

содер­

диусом иона, не только

сорбируется

жания редких

щелочных

элементов

глинами,

но

и

способен

входить

в углекислых и термальных водах

в октаэдрические

пустоты

решеток

составляют

L i > 4 мг/л; Rb,

Cs

<

глин. Особенно легко

литий входит

< 0 , 5

мг/л. Вместе с тем в отдель­

в трехслоистые пакеты типа гидро­

ных районах и группах углекислых

слюд и монтмориллонита

[180]. В за­

и

термальных

вод содержания

ред­

ключение

отметим,

что характерной

ких

щелочных

элементов

чрезвы­

особенностью

геохимии

рубидия

и

чайно

возрастают: L i — до 100 мг/л

цезия в грунтовых водах пегмати­

и

более,

Rb — до

10 мг/л,

Cs —

товых полей является резкое нару­

до

6 мг/л

и

более,

что

находит

шение характера их связей с калием.

отражение в наличии вторых пиков

Если в водах вне пегматитовых по­

на

гистограммах.

Химический

со­

лей между рубидием и цезием, с од­

став углекислых и термальных вод,

ной стороны, и калием — с другой,

наиболее

обогащенных

редкими ще­

обычно

существует

значимая

поло­

лочными

элементами,

приведен

в

жительная корреляция, то в водах

табл.

50.

литиеносных

и

цезиеносных

пег­

Рассмотрим

специфику

распреде­

матитов

коэффициенты

корреляции

ления и химического состава таких

Rb—К и Cs—К

резко

снижаются,

вод. Прежде всего надо отметить,

принимая

даже

значимые

отрица­

что есть ряд регионов, в которых

тельные

значения.

наиболее

часто

обнаруживаются

уг-

70

70

70

60

60

•

60

50

50

•

50

40

40

-

40

30

30

•

30

20

20 •

20

10

1С •

10

j мг/л

J мг/л

J мг/л

О 2 4 6 6 Ю МО

2 4

2 4 6

ІО 40

2

4

6

6

ІО >I0

j мг/л

0

JM2/H

0 2 4

6 8

10

Jмг/л

2

4 6

8

10

12 14

16

->мг/л

'

2 4 6

0

100

%

1

1

90

SOI-

П І

SO

80

70

a

70

60

60

50

50

50

40

40 N—,

40

40

[ - 1

30

30

30

30

20

20

20

20

-

10

10

10

Ю- — 1 _ Г ~ П — ,

О

1

1,5

2

2.5 3

3.5 4

^иг/л

о

г/л

о

1,5 2 2.5

3

' н г ' л

0

J e

П

і

,1 і 'HZ/J7

<U5

<0.5 1 1,5 2 2.5 3

>3

<0.5 I

<0,5

1

1,5 2

2.5

3

Рпс.

39.

регионов.

I — литий; а •

Большой Кавказ (ті = 230);

б — Памир (п ••

23); в — Малый Кавказ (п =

205); г •

Карпаты

(п =

277);

Ѳ — Чешский

массив

(п = 66);

е — Францияя (п(п== 20);; ж— НоваяHoi

Зелан­

дия

(п =

67). I I — рубидии: а—Большой

Кавказ

(п = 224); бб——Новаяя

Зеландияш (п = 78),

I I I — ц е з и й : а — Большой Кавказ (п =

229); б

Новая Зеландия

(гг = 76).

лекпслые и термальные воды, обо­

в районах распространения гало­

гащенные литием, рубидием, цезием.

генных

образований

[164],

[167].

В подавляющем большинстве случаев

За

рубежом — это Новая

Зеландия,

это области альпийского тектономаг-

Япония, западные штаты США. Со­

матизма. В СССР это Кавказ,

Кар­

держания редких щелочных

элемен­

паты и др. Здесь углекислые

воды,

тов в термальных водах этих регио­

обогащенные редкими щелочными эле­

нов составляют: в Японии, по дан­

ментами,

наиболее часто

формиру­

ным Я . Узумаса [441], L i 55,8 (ист.

ются в районах

позднечетвертичного

Арима), Rb 10,0, Cs 6,2

мг/л (ист.

и

современного

магматизма,

зонах

Футамата); в Новой Зеландии, по

неотектонических движений, а также

данным

Р. М. Гольдинг

и М. Спир

Т а б л и ц а 50

Химический состав углекислых и термальных вод с высокими содержаниями редких щелочных

элементов

Кристаллические породы

Песчаяо-сланцевые,

Кавказ, ист. I

Чешский массив.

Центральное

плато

Кавказ,

Кавказ,

Фраытишковы

Франции, ист.

ист. з

ист. 2

Лазне. Глаубер IV

Ройят

16

13,1

50

18,5

99,8

12,0

22

13,0

1,5

2,0

3,1

2,64

4,35

2,6

1637

6491

1398

1400

1768

78

159,7

179

171

600

407

538,9

391

315

380

115

145,6

117

95

68

1360

2451

1068

2010

3936

306

10 242

110

65

2724

2354

2298

2305

921

1900

908,2

1500

6,7

6,2

6,6

52

85,5

193,5

29,5

39,3

230,8

0,57

0,46

1,19

М6

,

НСО|„С1

4 3

М.

S O ç 2 , 7 C l a i

I-ICOg4 ClJ 3

Мв,о

CleoHCOfo

М7

,і

C l 8 7 H C O ? z

M g e

L i 4

7 (Na +

K ) 7 0

(Na + K ) 7 5 C a 1 7

(Na + K)ei Са 1 Б

6 '°'(Na + K ) 7 8 C a j B

23,5' (Na + K ) 8 3 C a 8

Данные автора

[417]

[440]

Данные

автора

139

[380] л А. Эллис и С. Вильсон [368],

Кавказа

показало, что в зонах со­

L i 24; Rb 7,7; Cs 4,7 мг/кг; в запад­

временных глубинных разломов весь­

ных штатах США, по данным Д. Уайт

ма часто концентрируются углеки­

Е.Андерсон, Д. Груббс [285] и А. Эл­

слые воды, наиболее обогащенные

лис

[323, 323 а], L i 321; Rb 100;

хлором и редкимп элементами (в про­

Cs

20 мг/кг (Солтон-Си). Имеются

центном

выражении).

сведения,

что аналогично

высокие

Преобладающей

формой

нахожде­

содержания цезия (15—20 мг/л) уста­

ния редких щелочных элементов в

новлены в термальных водах Чили.

углекислых водах являются их про­

В редких случаях углекислые воды,

стые

катионы

(табл. 51).

обогащенные редкимищелочными эле­

Для

углекислых вод

характерно

ментами,

формируются н в структу­

возрастание

содержаний

лития,

ру­

рах

вне современного

и позднечет-

бидия, цезия с увеличением минера­

вертичного магматизма

(Памир — Cs

лизации этих вод (рис. 40). Поэтому

1,15 мг/л; Тянь-Шань —Cs 1,12 мг/л,

в общей

схеме

гидрогеохимнческой

Забайкалье — L i 18,9 мг/л). Специфи­

зональности

углекислых

вод любого

ческой

особенностью этих

областей

района при прочих равных

условиях

является интенсивное проявление не­

наиболее обогащены редкими щелоч­

отектонических процессов. В гидро­

ными

элементами

минерализованные

геологическом отношении углекислые

C l - H C O g - N a

и Н С О з - C l - N a

во­

воды, обогащенные

редкими щелоч­

ды нижних

гпдрогеохпмнческих зон

ными

элементами,

обычно

приуро­

(табл. 52). Но наиболее резкое обо­

чены к бассейнам трещинно-жильных

гащение НС03 —Cl—Na и Cl—НС03 —

и пластово-трещинных вод, заклю­

Na вод

редкими

щелочными

эле­

ченным

в

кристаллических,

сланце­

ментами

происходит на

участках

вых, галогенно-осадочных (Кавказ,

позднечетвертичного (и современного)

западные штаты США) вулканогенно-

магматизма.

Обогащенные

редкими

осадочных

(Новая

Зеландия,

Япо­

щелочными

элементами

углекислые

ния) породах. Среди этих гидрогео­

и термальные воды этпх участков

логических структур

особое

место

(даже в случае формирования в гра-

занимают зоны региональных глу­

нитоидных породах) всегда

характе­

бинных

разломов и особенно

узлы

ризуются высокой хлоридностью. Пр и

их пересечения с поперечными струк­

этом на примере углекислых вод

турами. Обобщение

наших

материа­

районов

позднечетвертичного магма­

лов

по геохимии

углекислых

вод

тизма

и

неотектонических

процес-

Т а б л и ц а 51

Формы нахождения рубидия в углекислых водах

(по

расчетам Г. А. Волкова для 2 5 9 С )

Химический состав вод

Kb+, %

HbCl, %

НСОз— Ca

>

99,99

<0,01

H C O s - N a

99,68-99,99

0,01—0,32

Н С О 3 — Cl — Na (Cl<35%)

99,48—99,94

0 06-0,52

C l -

НСОз — Na (Cl>35%)

98,46—99,0

0,38-1,54

Водоносные комплексы:

1 — кристаллические породы AR — PZ; г

— метаморфические и

вулкано­

генные породы палеозоя; з — песчано-сланцевые породы юры.

сов Кавказа можно видеть, что су­

Далее рассмотрим соотношение ме­

ществует корреляционная

связь ме­

жду щелочными

элементами

в угле­

наду концентрациями редких

щелоч­

кислых

и термальных

водах

райо­

ных

элементов

и

хлора

в

водах.

нов современного

и

позднечетвер­

На рис. 41 показано изменение кон­

тпчного магматизма. В этих районах

центраций,

Rb.Cs,

Cl,

а

также

воды

с

высокими

концентрациями

значений K/Rb и K/Cs в углекислых

лития, рубидия, цезия всегда имеют

водах

вблизи

Эльбрусского

очага

высокие содержания калия. Отно­

позднечетвертпчного

магматизма. На

шение

Na/K

в

них

снижается до

рисунке видно, что с приближением

10 (иногда до 5). В общей массе

к очагу магматизма происходит па­

углекислых вод отдельных регионов

раллельное

возрастание

концентра­

обычно

наблюдается

корреляцион­

ций

редких

щелочных

элементов

ная связь между калием, с одной

(мг/л и % к минерализации) и хлора

стороны, и редкими щелочными эле­

(% мг-экв) в углекислых водах.

ментами — с

другой.

Особенно

тес­

Аналогичные

примеры приведены в

ная связь с калием характерна для

работе А. Эллис и С. Вильсон

[368],

рубидия

и цезия

(табл. 53).

которыми показано

уменьшение от­

С приближением

участков

форми­

ношений Na/K, Ca/Li, Na/Rb, и

рования углекислых вод к зонам

увеличение хлоридности вод с при­

неотектонических

процессов

и

оча­

ближением

к

геотермальному

очагу

гам магматизма по мере увеличения

системы Вайракей (Новая Зелан­

концентраций редких щелочных

эле­

дия).

ментов

корреляционная

связь

этих