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

228

подавляющего

числа

редких

элемен­

тов возрастает. Это положение ил­

люстрируется данными, представлен­

ными на рис. 66, где показаны ко­

эффициенты

концентрации

редких

элементов в различных типах при­

родных вод. На рисунке видно воз­

растание коэффициентов

концентра­

ции

всех

изучавшихся

нами

эле­

ментов по мере перехода от грунто­

вых

вод (7г • 10~4 — п

•

10"5 ) к пла-

стово-трещпнным п трещпнно-жпль-

ным углекислым и азотным термаль­

Рпс.

67.

ным щелочным водам

(п

• 10~2 — п).

Связь относительных

концентраций

бора,

Одновременно

в

водах

глубоких

лития и цезия (%

к минерализации) с ми­

зон

горноскладчатых

областей на­

нерализацией

углекислых

вод

районов

блюдается значительное снижение от­

позднечетвѳртичного магматизма.

ношений

между

близкими

элемен­

по

интенсивности

накопления

обго­

тами (Na/K, K/Pib, K/Cs, Cl/B, Mo/W).

В отличие от грунтовых вод, где

няют макроэлементы (Cs и Rb об­

вследствие более интенсивных сорб-

гоняют К,

В обгоняет Cl

и

т. д.).

цпонных процессов

названные

отно­

В этих водах наблюдается резкое

шения обычно велики, в водах глу­

снижение отношений

между

близ­

боких зон эти отношения снижаются

кими элементами (Na/K, K/Rb,

K/Cs,

и могут быть близкими к

аналогич­

Cl/B и др.)

и они становятся

меньше

ным

отношениям

в

водовмещающих

аналогичных отношений в

водовме­

породах. Исключением являются во­

щающих породах. Этот тип более

ды,

формирующиеся

в

галогенных

редкий. Он характерен только для

породах. В них даже при значитель­

отдельных

элементов

(преимущест­

ных

содержаниях

редких

элементов

венно катионогенных и анионоген-

указанные

отношения

обычно

оста­

ных) и для отдельных типов вод

ются

высокими.

(например,

литий,

рубидий, цезий,

Таким

образом,

для

подземных

бор

в углекислых

водах

районов

вод характерны два типа соотноше­

современного и

позднечетвертичного

ний между редкими элементами и

магматизма, фтор в грунтовых во­

макроэлементами.

Обычный

и

пре­

дах

агпаитовых

нефелиновых

сие­

обладающий

тип,

характерный

для

нитов). В интегральном выражении

грунтовых вод и вод многих напор­

этот тип проявляется в росте отно­

ных

систем,

отличается

отставанием

сительных концентраций редких эле­

степени накопления

редких

элемен­

ментов при

увеличении

минерализа­

тов от степени накопления макро­

ции подземных вод (рис. 67).

элементов.

В

интегральном

выра­

В пределе процесс более интенсив­

жении это

находит

себе

отражение

ного (сравнительно

с

макрокомпо­

в уменьшении

относительных

кон­

нентами)

накопления

редких

эле­

центраций редких элементов с ро­

ментов

в водах

рассматриваемого

стом минерализации вод (см. рис.

37).

типа приводит к

настолько резкому

Другой тип соотношений характе­

обогащению этих вод

редкими эле­

ризуется тем,

что редкие элементы

ментами, что они приобретают

свой-

230

типом

вероятностно-статпстического

значения

коэффициентов

вариации

распределения их концентраций (пер­

редких

элементов

характерны

для

вое определяет второе). Им показано,

условий, наиболее благоприятных для

что математпко-статпстпческой мо­

водной

миграции

и

концентрации

делью химического равновесия явля­

этих

элементов.

ется

нормальное

распределение, а

Среди изучавшихся

нами

элемен­

моделью динамических равновеспй —

тов есть отдельные элементы, рас­

логнормальное

распределение

веро­

пределение которых в водах, в целом

ятностей.

подчиняясь логнормальному

закону,

Результаты

статистической

обра­

имеет тенденцию тяготеть к нор­

ботки распределения

редких

элемен­

мальному.

К

ним

относятся

фтор

тов в подземных водах, проведенной

в сульфатно-кальциевых водах гало-

намп

совместно

с И. В. Батурин-

генно-осадочных пород, бор в грунто­

ской,

показали,

что

распределение

вых водах некоторых датолитовых ме­

подавляющей

части этих

элементов

сторождений и бериллий в грунтовых

во всех тппах подземных вод близко

щелочных

водах

нефелиновых

сие­

к логнормальному

закону.

Кривые

нитов.

Кривые

распределения

этих

распределения

большинства

элемен­

элементов в отмеченных типах вод

тов

имеют

положительную

косость,

близки к I типу (расхождение между

т. е. М0

<Г х

( I I

тип кривой

распре­

X и М0

невелико), а линии накоплен­

деления

по

С. И. Смирнову

[263]).

ных частостей на вероятностном

тра­

Логнормальный

характер

распреде­

фарете в линейном масштабе при­

ления элементов в данном случае

ближаются к прямым. «Чистого» нор­

был подтвержден графически (на ве­

мального

распределения

здесь

нет,

роятностном трафарете), а также под­

в

данном

случае

можно

говорить

счетом величин асимметрии и экс­

только

о

некотором

приближении

цесса.

к нормальному распределению. Ко­

Логнормальное распределение мно­

эффициент

вариации

для

этих

эле­

ментов не опускается

до 12%,

свой­

гих

редких

элементов

в

подземных

ственных

нормальному

распределе­

водах

свидетельствует

о

том,

что

нию.

Он

всегда

выше

и

достигает

их состояния

в

этих

водах

далеки

50—70%. Поскольку

распределение

от химического равновесия. Для всех

вероятностей

(частот)

концентраций

редких

элементов,

обладающих

лог-

химических элементов, подчиняющих­

нормальным

распределением

в

под­

ся нормальному закону, служит ука­

земных

водах, характерны

высокие

занием

на

существование

в

системе

значения дисперсий и средних квад­

состояния,

близкого

к

химическо­

ратичных

(стандартных)

отклонений

му

равновесию

[263],

мы

можем

(табл.

85). Их

коэффициенты

вариа­

предположить,

что

приближение

ции

всегда

более

100 и в

отдельных

распределения

некоторых

элемен­

случаях могут достигать 400% . Мак­

тов

к

нормальному

связано

с

их

симальные

коэффициенты

вариации

близостью

к

химическому

равно­

в грунтовых

водах

характерны

для

весию

в конкретной

гидрогеохими­

ниобия

(в щелочных

водах

нефели­

ческой

среде.

Обращаясь

к

кон­

новых сиенитов его коэффициент ва­

кретным

гидроreo химическим

осо­

риации достигает 483%), а в глубоких

бенностям

разбираемых

редких

водах для

цезия

(коэффициент

ва­

элементов,

можно

без

труда

заме­

риации

в

углекислых

водах

319%).

тить,

что

это

именно

так.

Действи_

Отсюда

следует,

что

максимальные

232

тельно, как было показано в соот­

грации

и концентрирования

элемен­

ветствующих

главах,

содержания

тов.

бериллия

в щелочных водах

лими­

Из изложенного возможен вывод —

тируются его гидролизом, и в этих

логнормальный

закон,

являющийся

водах

система

В е 2 +

— ОН"

близка

основным законом распределения эле­

к

равновесию.

ментов в земной коре [242, 338],

В связи с ограниченным ростом

характерен и для редких

элементов

концентраций

бериллия

в

щелоч­

в подземных водах. Редкие элементы

ных водах его коэффициент вариа­

не являются исключением из об­

ции

в них уменьшается

до

85.

Но

щего правила. Общая закономер­

относительно

низкий

коэффици­

ность

вероятностно-статистического

ент

вариации

бериллия

в

щелоч­

поведения редких элементов в под­

ных водах — далеко не общее свой­

земных

водах

заключается

в том,

ство

его

распределения

в

водах. В

что по мере ухудшения условий для

гидро reo химических условиях, более

водной

миграции элементов

наблю­

благоприятных

для

водной

мигра­

дается тенденция к переходу от лог-

ции бериллия, например в кислых

нормального распределения с мак­

водах,

его

распределение

типично

симальным коэффициентом

вариации

логнормальное

с коэффициентом

ва­

(в средах,

наиболее благоприятных

риации до

355%.

для водной миграции) к распреде­

Аналогичное

положение

характер­

лениям

с минимальными

коэффици­

но для фтора в грунтово-трещпнных

ентами вариации (в средах, наи­

сульфатно-кальциевых водах гип­

менее

благоприятных

для

водной

совой

шляпы

соляно купольных

миграции, где существует приближе­

структур, а также в трещпнно-жиль-

ние к химическому равновесию ред­

ных

термальных

водах

кристалли­

ких элементов). Таким образом, под­

ческих пород, в которых, как уже

тверждены

положения

С. И. Смир­

было

ранее

показано,

содержания

нова

[263], что

особенности

вероят­

фтора

лимитируются

содержаниями

ностно-статистического

распределе­

кальция

и

система

С а 2 + — F "

так­

ния элементов в подземных водах

же близка к равновесной (содержа­

тесно

связаны

с гидро reo химически­

ния фтора близки к расчетным, ис­

ми условиями их миграции. Следо­

ходя

из

ПРсаг,)-

В

соответствии

вательно,

по

распределению

частот

с этим коэффициент вариации фтора

редких элементов в водах и по их

в

этих водах

уменьшается до 70 %.

коэффициентам

вариации

возможно

Таким

образом,

характер

распре­

составить

представление

о

степени

деления

и

варьирования

концент­

благоприятности

гидро reo химиче­

раций

элементов

в

водах

зависит

ских условий водной миграции ред­

от их химического состава и сте­

ких элементов и степени удален­

пени

его

благоприятности

для

ми­

ности их от химического

равновесия.

ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ

т

7 Т Т Т

УСЛОВИЯ

у

Х І І

ВОДНОГО РАССЕЯНИЯ

ЭЛЕМЕНТОВ

ВОКРУГ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Разложение

минералов,

содержа­

циевыми,

в

их

анионном

составе

щих редкие элементы, приводит к

до минерализации 600—800 мг/л пре­

рассеянию этих элементов в под­

обладает

ион Н С 0 3 ,

а при

большей

земных водах. В связи с этим во­

минерализации — ион S04

(рис. 68).

круг

скоплений

минералов, содер­

Специфической особенностью

хими­

жащих редкие элементы, образу­

ческого состава этих вод является

ются водные ореолы рассеяния, об­

возрастание содержаний калия и на­

ладающие различнойпротяженностью

трия. Содержания натрия

особенно

и

контрастностью.

возрастают

в случае

взаимодействия

вод

с альбитизированными

пегма­

ХАРАКТЕРИСТИКА

титами и гранитами. Изменения об­

ВОДНЫХ ОРЕОЛОВ РАССЕЯНИЯ

щего химического состава вод не

ОСНОВНЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ТИПОВ

являются достаточно хорошими по­

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

казателями

пегматитовых

и пневма­

РЕДКИХ

ЭЛЕМЕНТОВ

толито-гидротермальных

месторо­

П е г м а т и т о в ы е

и

п н е в -

ждений. Некоторым исключением я в ­

ляются

гшевматолито-гидро термаль­

м а т о л и т о - г и д р о т е р м а л ь -

ные месторождения, содержащие флю-

н ы е

м е с т о р о ж д е н и я

л и ­

оритовую

и

сульфидную

минерали­

т и я ,

ц е з и я ,

н и о б и я ,

т а н ­

зации. В этом случае

их

подземные

т а л а

имеют много общего в форми­

воды

содержат аномально

повышен­

ровании химического состава и вод­

ные содержания сульфат-ионаифтора.

ных

ореолов.

Общий

химический

Гораздо большее значение как гид­

состав вод этих месторождений

изме­

рогеохимические

показатели

пнев­

няется чрезвычайно слабо. Он опре­

матолито-гидротермальных и особен­

деляется

главным образом

условия­

но пегматитовых месторождений име­

ми

горизонтальной

гидроreo химиче­

ют сами редкие элементы. Вокруг

ской зональности грунтовых вод и

пегматитовых и пневматолито-гидро­

конкретными

условиями

геохими­

термальных

месторождений

обычно

ческого

ландшафта.

Реакция

под­

существуют

водные

ореолы

рассея­

земных вод близка к нейтральной.

ния лития, рубидия, бериллия, нио­

По катионному составу подземные во­

бия.

Месторождения

пневматолито-

ды являются преимущественно

каль­

гидротермального

типа (обладающие