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

Области

архейских

и

протерозойских

складчатастей

(докембрпйскпе платформы): 1 — щиты

(выступы

фундамента),

сложенные

архейскими

п протерозойскимп складчатыми

образованиями; 2—

области

неглубокого залегания фундамента (погруженные склоны

щитов пантеклиз); з

— области глубокого за­

легания фундамента (синеклпзы). Области варисцийской

складчатости:

4 — древние массивы,

сложен­

ные байкальскими и более древними складчатыми образованиями, частично переработанными

каледон­

скими и варисцийскиыи

движениями; s

— выходы

вариецнйских

складчатых сооружений;

в — ва-

рпецпйские

складчатые

сооружения

перекрытые

мезозойским

и

кайнозойским

платформенным

чехлом.

Области

альпийской

складчатости:

7 — краевые прогибы

и

межгорные впадины; S — вы­

ходы альпийских складчатых сооружений (эвгеосинклинальные

зоны); 9 — срединные

массивы;

10 —

выходы альпийских

складчатых

сооружений

(млогеосппклинальные

зоны);

11 — границы

складча­

тых областей

различных

эпох;

12 — простирания складок; 13

— границы межгорных

впадин, крае­

вых прогибов, спнеклиз,

антеклиз;

14 — региональные глубинные

разломы, тектонические

швы;

IS — группы

бороносных

вод

с

содержанием

бора 100—500

мг/л;

IG — группы бороносных

вод

с содержанием бора 500 мг/л и более; 17

— месторождения вулканогепно-оеадочных боратов; IS — уча­

стки углекислых и термальных вод, формирующих в настоящее время

месторождения боратов. Области

варисцийской

складчатости:

1 — Армориканскии массив; 2 — Морван;

3 — Южная

Франция; 4 —

Арденны, Судеты, Сплезия; 5—Пиренейский полуостров. Древниеядра:

6 — Вандея;

7— Централь­

ный массив; 8— Вогезы

и Шварцвальд;

9 — Чешский

массив. Впадины

зшшалеозойской платформы

ская впадина. Погребенные вариецпды: 14 — Адриатическое море; 15 — Сирия, Ливан;

16 — Добруд-

жа; 17 — Валашская впадина; 18 — Скифская плита. Области

альпийской

складчатости:

19 — Малый

Кавказ; 20 — Загрос; 21 — Большой

Кавказ; 22 — Куринская и .Закаспийская впадина; 23 — Тер-

ско-Каспийская

впадина; 24 — Индолс-Кубанская

впадина;

25 — Крым; 26 — Западный и Восточ­

ный Понт; 27 — система Тавра; 28 — Стара Планпна;

29 — Эллениды; 30 — Дпнариды; 31 — Пред-

карпатский

краевой прогиб; 32 — Карпаты; 33 — Венгерская впадина; 34 — Алышды; 35 — Предаль-

лнйскнй краевой прогиб; 36 — впадина бассейна р.

По; 37 — Апеннины;

38 — Бетскне

Кордильеры;

39 — Пиренеи;

40 — Калабрпйскнй

массив; 41 — Родопский массив;

42 — массивы

Мендересс и

Киршехир.

развития. Внутренняя зона характе­

витием вулканизма. Сколько-нибудь

ризуется широким проявлением вул­

значительные проявления

четвертич­

канизма на всем протяжении мезо­

ного вулканизма в этой зоне извест­

зойской

и

кайнозойской

истории.

ны

в

пределах

Большого

Кавказа

В настоящее время отдельные струк­

и Карпат. По 10. А. Билибину [29],

туры этой зоны (Апеннины, Малая

внутренняя и внешняя зоны форми­

Азия, Тибет) характеризуются совре­

руются в различные стадии геоспн-

менным вулканизмом. Внешняя зона

клииального развития. Внешняя зо­

отличается относительно слабым раз­

на, прилегающая к платформе, соот-

207

ветствует

раннему

этапу геосинкли­

Т а б л и ц а

78

нального

развития,

внутренняя

—

Максимальные содержания

бора

более позднему, т. е. более молодому.

в

углекислых водах некоторых

От

платформы

миогеосинкли-

горноскладчатых

сооружений

внутренней

нальная

(внешняя)

зона

Средизем­

зоны

Средиземноморского

пояса

номорского пояса отделяется краевы­

Горпосклад-

Максимальное

ми прогибами, главными из которых

Источник

являются:

Предальпийский,

Пред-

чатые

содержание

сведений

сооружения

бора,

мг/л

карпатский, Азово-Кубанский, Тер-

•ско-Карабогазский и т. д.

Кроме территорий собственно аль­

Апеннины . До 1000 и более

[382]

пийской

складчатости,

альпийскому

Малая

Азия

»

600

[295]

тектогенезу были подвергнуты

неко­

Иранское

нагорье .

»

678

[295]

торые

герцинские,

киммерийские и

Тибет . . .

Очень много

(про­

[295]

лярамийские

платформенные

струк­

исходит

отложе­

туры. Значительные дислокации пре­

ние

боратов

па

терпели западно-европейские герци-

выходах)

ниды

(Центральное

плато

Франции,

Чешский массив, Рейнская

область),

Количество бора, выносимого на по­

где

альпийский

тектогенез

сопрово­

ждался вулканическими излияниями,

верхность

углекислыми

водами вну­

а также герцпниды Средней Азии,

тренней

зоны,

чрезвычайно

велико.

где

происходило

главным

образом

Ранее нами [160] было показано,

глыбовое

перемещение

масс

вдоль

какие огромные количества бора вы­

линий глубоких региональных разло­

носятся

водами

отдельных

источни­

мов

земной

коры.

ков этой зоны. Так, вынос

бора

Бороносность углекислых вод вну­

водами источников Салфер-Бэнк со­

тренней зоны может быть весьма зна­

ставляет 39,420 т/год. Иными сло­

чительной.

В

большинстве

горно­

вами,

для

образования

месторожде­

складчатых

сооружений

этой

зоны

ния с запасами 10 млн.

т

В 2

0 3

известны углекислые воды с содержа­

(среднее

североамериканское

место­

нием

бора

до

500

мг/л

и

более

рождение) необходимо 63 000 лет дея­

(табл.

78).

тельности источников типа Салфер-

Еще большей бороносностью

обла­

Бэнк, а для создания запасов круп­

дают

углекислые

воды

внутренней

нейшего

месторождения

вулканоген­

зоны Тихоокеанского пояса. Терри­

ных боратов Крамер (36 млн. т

В 2 0 3 )

тория

распространения

бороносных

230 000 лет.

вод

Тихоокеанского

пояса

широкой

Детальный анализ

рудо образую­

полосой протягивается вдоль побере­

щей деятельности углекислых

боро­

жий Тихого океана, проходя через

носных вод структур внутренних зон

Камчатку,

Курильские

и

Японские

Средиземноморского

и

Тихоокеан­

о-ва, Новую Зеландию, горы запад­

ского

поясов

альпийской

системы

ных штатов США, Аляску, Алеут­

показал,

что

эти

воды

способны

ские

о-ва.

к различным процессам рудообразо-

В ряде регионов эти воды обладают

вания

как

путем непосредственного

способностью к образованию так на­

выделения боратов из воды, так и

зываемых

«вулканогенно-осадочных»

вследствие замещения карбонатов бо­

боратов

(см.

табл. 78

и

рис.

63).

ратами. Действительно,

содержания

210

имеют минимальную

бороносность

них являются промышленными место­

даже в случае их тяготения к участ­

рождениями

бора.

кам третичного магматизма (табл. 81).

Промышленные бороносные

озера

Таким образом, в пределах альпий­

известны

в

западных

штатах

США,

ских reo синклинальных областепмак-

а также в Цайдамской впадине Ки­

симальной

бороносностыо

обладают

тая. Характеристика их приведена

углекислые воды внутренней (эвгео-

Дж. Типл

[436], И. Н.

Лепешковым

спнклинальнон) и внешней (мпогео-

[183],

Юань

Цзян-цп

[3261,

Т.

Ф.

спнклннальной)

зон,

находящихся

Бойко

[30],

[32].

Поэтому

здесь

в центральных частях этих областей

отметим лишь,

что

содержание

бора

и претерпевающих начальные стадии

в рапе оз. Сёрлз достигает 3,4 кг/т

своего гидрогеологического

развития.

(карбонатный тип, по М. Г.

Ва-

В заключение отметим, что геоло­

ляшко, минерализация 33,6 вес. %,

гическая

деятельность углекислых

pH 9,4). В рапе некоторых озер

бороносных вод во внутренней и внеш­

Цайдамской

впадины

(Махе,

Децу-

ней зонах альпид приводит к форми­

Махе,

Тацетан и др.) количество бора

рованию

не только

месторождений

достигает 580—1000 г/т (сульфатный

вулканогенно-осадочных боратов, но

тип по М. Г. Валяшко), минерализа­

и бороносных

озер.

Некоторые пз

ция > 2 6

вес.

%

(32,

326).

творах. Но, как было показано в пре­

мпческих

особенностей внешней

сре­

дыдущих

разделах,

комплекс

при­

ды, так и от свойств и содержаний

родных

условий

(формы нахождения

отдельных элементов. Поскольку фор­

элементов

в

породах,

концентрации

мы миграции зависят от химического

тех пли иных аддендов в водах, спе­

состава подземных вод, то они изме­

цифика

природных

сорбцпонных и

няются вместе с изменением химиче­

ионообменных процессов и т. д.) на­

ского состава и так же, как этот

кладывает

существенный

отпечаток

состав, подвержены зональностям. В

на распределение редких

элементов

частности,

можно

утверждать,

что

в подземных водах. Поэтому физико-

значение

комплексных

соединений

химические свойства элементов опре­

редких элементов с фтором и органи­

деляют

возможность протекания

тех

ческим веществом в аридной зоне сни­

или ішых процессов (переход в воду,

жается,

так

как

в

этой

зоне

фтор

концентрирование, осаждение и т. д.)

и органические вещества

связывают­

только в вероятностном плане, ибо

ся

кальцием

и

выводятся

из

вод

возможность

протекания

этих

про­

в

виде

плохорастворимых

соедине­

цессов

и

их

интенсивность

опреде­

ний. Формы

нахождения

отдельных

ляются уже внешними гпдрогеохпмп-

редких элементов, особенно элемен-

ческпми

условиями.

тов-комплексообразователей,

также

определяются свойствами п содержа­

ФОРМЫ

НАХОЖДЕНИЯ

ниями самих этих элементов. При­

РЕДКИХ

ЭЛЕМЕНТОВ

мер изучения состояний титана в под­

В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ

земных водах показал, что титано-

Достоверное объяснение

особенно­

органические

вещества имеют реша­

стей

поведения

редких

элементов

ющее значение преимущественно

прп

в подземных водах разного химиче­

малых содержаниях

титана.

ского состава в настоящее время

ВЛИЯНИЕ

немыслимо без знания их форм нахо­

ждения в водах. Из ранее изложен­

КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНЫХ УСЛОВИЙ

ного ясно, что определение форм

ПОДЗЕМНЫХ

в о д

нахождения

элементов

в подземных

НА МИГРАЦИЮ И КОНЦЕНТРАЦИЮ

водах

чрезвычайно

сложная

задача,

В НИХ РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.

с одной стороны, вследствие много­

ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ДИАПАЗОНЫ

компонентное™ этих вод, а с дру­

ВОДНОЙ МИГРАЦИИ

гой — вследствие неполноты наших

РЕДКИХ

ЭЛЕМЕНТОВ

знаний об их химическом составе. По­

Влияние кислотно-щелочных усло­

этому

в настоящее время этот вопрос

вий на водную миграцию редких эле­

можно решать только в вероятност­

ментов — один из наиболее

важных,

ном плане. В результате комплекса

но недостаточно изученных

вопросов

экспериментальных

и расчетных

ис­

гидрогеологии и геохимии. В каче­

следований мы установили

наиболее

стве основного критерия для оценки

вероятные формы нахождения редких

подвижности в водах многих редких

элементов

в

подземных

водах

элементов в настоящее время часто

(табл. 82).

используется pH гидролиза и оса­

Формы

миграции

редких

элемен­

ждения гидроокисей

элементов. Мы

тов, показанные в табл. 82, не яв­

уже отмечали, что миграция многих

ляются неизменными для всех усло­

редких элементов, особенно элемен-

вий. Они зависят как от гидрогеохи-

тов-комплексообразователей,

далеко

213

не ограничена, да и не может быть

связывать с большей интенсивностью

•ограничена

величиной pH гидролиза

сорбциоиного

извлечения

цезия из

и осаждения элемента. Комплексо-

щелочных вод. Основанием для тако­

•образование

значительно

увеличива­

го

утверждения

служат

следующие

ет

pH

гидролиза элементов, что су­

положения:

а) цезий

является

эле­

щественно

расширяет

диапазон их

ментом, наиболее сорбирующимся из

водной миграции. В зависимости от

редких щелочей, б) в щелочных сре­

физико-химических параметров эле­

дах широко развиваются глины монт-

ментов и условий внешней среды раз­

мориллонитовой

группы

(обладаю­

ные редкие элементы должны иметь

щие- максимальной сорбционной ем­

различный кислотно-щелочной диа­

костью),

в) интенсивность

сорбции

пазон водной миграции. Выделенные

редких

щелочных элементов

возра­

ранее группы элементов (катионоген-

стает при увеличении pH вод. Это

ные, комплексообразователи, анионо-

предположение

подтверждается

сни­

генные) существенно

различаются по

жением в щелочных водах относи­

особенностям

своей

геохимии в раз­

тельных концентраций редких щело­

ных гидрогеохимических средах.

чей в ряду L i >> Rb

> Cs.

К а т и о н о г е н н ы е

э л е ­

Э л е м е н т ы - к о м п л е к с о ­

м е н т

ы

(Li, Rb, Cs) обладают ми­

о б р а з о в а т е л и

(Be,

РЗЭ, T i ,

нимальными значениями ионных по­

Nb), обладают средними

значениями

тенциалов (<2,0 ) и электроотрица-

ионного потенциала (2—9) и электро­

тельностей ( < 1 4 0 ккал/г-атом). Ос­

отрицательности

(140—260

ккал/г-

новной формой нахождения этих эле­

атом). Эти элементы, будучи типич­

ментов в подземных водах являются

ными элементами-гидролизатами, при

простые (гидратированные)

катионы.

отсутствии

достаточных

концентра­

Процесс

гидролиза

для

природных

ций аддендов в подземных водах

концентраций лития, рубидия, цезия

обычно

образуют

гидроокисные

со­

в условиях природных сред не имеет

единения, склонные

к образованию

никакого значения. Исходя из этого

полимерных

форм. При

увеличении

возможно

предположение,

что гео­

концентраций аддендов в водах про­

химия этих элементов независима от

исходит вытеснение ионов ОН" из

кислотно-щелочных

условий. Но это

координационной

сферы

элементов

не так, поскольку в гетерогенной

ионами аддендов и разрушение полп-

•системе,

каковой является

система

мерных форм. Таким образом, ком­

вода — порода, концентрации эле­

плексные соединения

рассматривае­

ментов зависят еще и от агрессив­

мых

элементов

представляют

собой

ности этих вод. В связи с этим литий

системы

Ме"+ —ОН"—Ат ~.

Высокие

и рубидий имеют два максимума кон­

концентрации этих элементов в во­

центраций — в кислых и щелочных

дах могут быть обусловлены ком-

водах (рис. 64), т. е. в водах, наибо­

плексообразованием с F", СО|~ и ор­

лее агрессивных по отношению к си­

ганическим

веществом *.

В

связи

ликатам

—

основным

концентрато­

* Некоторое

значение

в

процессе

на­

рам

редких

щелочей

в

литосфере.

Цезий, несмотря на наличие соответ­

копления этих элементов в водах с pH

выше pH их осаждения, видимо, имеют

ствующего источника в породах, обыч­

явления пересыщения при метастабильных

но не обнаруживается даже в резко

состояниях. Это может быть следствием

щелочных

водах. Причины

этого не

отсутствия условий

для

ядрообразования

совсем

ясны.

Видимо,

это

следует

при

недостижении

критических

пересы­

щений [444].