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

269

гашенных редкими

элементами, име­

каждый этап характеризуется своими

ют

гидрогеологические

факторы.

особенностями

химического

состава

Прежде всего гидродинамические ус­

подземных

вод,

а

гидрогеологиче­

ловия развития структур. Наиболее

ская деятельность структур на раз­

обогащенные редкими элементами во­

ных этапах их развития имеет разные

ды

формируются

преимущественно

геологические последствия. Эти поло­

в

начальные

стадии

гидрогеологи­

жения И. К. Игнатовича имеют боль­

ческого

развития

структуры. По

шое значение для решения многих во­

классификации Н. К. Игнатовича

просов,

связанных

с

деятельностью

[132, 133] такие структуры являются

подземных

вод. По своей

значимо­

непромытыми пли промывающимися.

сти

их

можно

сравнить с

идеями

Степень промытости, а следовательно

Ю. А. Билибина

о

металлогениче-

и химизм вод структур, в значитель­

ской

эволюции

reo синклинальных

ной

степени определяются

положе­

зон.

нием их водоносных комплексов отно­

Гидрогеологические структуры гор­

сительно регионального базиса эро­

носкладчатых областей характеризу­

зии. По мере

воздымания

структур

ются высокой динамичностью. В свя­

и

их промываемо сти

вместе с изме­

зи с этим формирование вод, обо­

нением

общего

химического

состава

гащенных

редкими

элементами —

подземных вод (от Cl—Na до НС0 3 —

свойство только определенных стадий

Ca)

происходит и снижение

концент­

и этапов тектонического и соответ­

раций в них редких элементов. Про­

ственно

гидрогеологического

разви­

цесс замены минерализованных хло-

тия

структур

этих

областей. Их не

ридных

вод, обогащенных

редкими

может быть вне этих этапов. Так же

элементами,

маломинерализован­

как

формирование

рудных

месторо­

ными,

в конечном

итоге

приводит

ждений

представляет

собой

законо­

к сокращению площадей распростра­

мерный

этап

в

развитии

каждого

нения

этих вод и

к

их исчезнове­

подвижного пояса, так и формирова­

нию.

ние подземных вод, обогащенных ред­

Н. К. Игнатович

[132] показал,

кими элементами, — проявление оп­

что каждая геологическая

структура

ределенных

стадий

гидрогеологиче­

в процессе своей эволюции проходит

ской эволюции структур, которые на

определенные

стадии

(этапы)

гидро­

разных этапах своего развития ха­

геологического

развития. При этом

рактеризуются

различными

металло-

Рис. 78.

Бороносностьминеральных вод Малого

Кавказа.

Углекислые

воды СО- ^ 50%. 1 — Н С 0 3

— Ca, HCOa — Ca — Mg, НС0

3 —Mg—Ca,

Н С 0 3

— Ca — Na,

HCO, — S 0 4 — Ca с минерализацией до 6,0 г/л; 2 — Н С 0

3 — Na, Н С 0

3 — Na — Ca, Н С 0 3

— Na —

Mg, HCOs—Cl—Na

с минерализацией

до 10 г/л; 3 — НС03 —Cl—Na,

Cl— HC0

3 — Na с минерализа­

цией 10—90 г/л. Азотные

воды N s > 50%. 4 — С0

3 — Na, HCO»—Na

с

минерализацией

до 0,4 г/л;

S — SO« — Na, Cl—Na о минерализацией до 1,0 г/л; 6' — Cl—Na с минерализацией до 20 г/л. Мета­

новые

воды СН« > 50%. 7 — НС03 —Ca,

Н С 0 3 — N a , SO«—Ca с минерализацией

до 2,3 г/л; * — Cl—Na

о минерализацией до 20 г/л. Неаазгірующгіе воды. 9 — SO« — Ca с минерализацией до 4,8 г/л (вгипсо-

носных породах); 10 — Cl—Na с минерализацией

до 350 г/л (в

соленосных породах); 11 — контуры

распространения вод различного химического состава; 12 — границы

структурно-тектонических зон;

13 — зоны региональных тектонических нарушений. Содержания

бора в условных

единицах.

14 — <1,0;

лизации. Структурно-тектонические

зоны: I — Сомхето-Кафанская (киммерийская);

I I — Армян­

ская складчатая (среднеальппйская);

I I I — Аджаро-Триалетская (среднеальпийская);

ГѴ — При-

араксинская

(поздпеалъшшская); ГѴ — Талышская.

270;

геническпми,

гпдрогео логическими,

очередь

в

большинстве

названных

геотермическими,

гидрогеохимиче-

структур важнейшая роль в выведе­

скимн и

газовыми

свойствами.

нии вод, обогащенных редкими эле­

Мы уже

отмечали,

что

формиро­

ментами,

принадлежит

наиболее

мо­

вание высоких концентраций редких

лодым глубинным разломам (рис.

79).

элементов в подземных водах тесно

На Малом Кавказе — это Анкава-

связано с формированием общего хи­

но-Зангезурский и Ереванский, на

мического состава подземных вод и

Большом Кавказе — Тыриыауз-Пше-

является частью формирования

этого

кишский и Южный.

химического состава. Поэтому в про­

Подводя

итог

изложенному,

отме­

цессе гидрогеологической

эволюции

тим, что общность геологонстори-

структур вместе с изменением общего

ческііх, геохимических и гидрогеоло­

химического

состава

подземных вод

гических

условий

отдельных

струк­

изменяются и содержания в них

турно -тектонических зон земной коры

редких

элементов.

определяет наличие поясов и про­

Мы изучили распространение ред­

винций подземных вод, наиболее обо­

ких элементов в подземных водах

гащенных

отдельными

редкими

эле­

большинства

горноскладчатых

обла­

ментами. Эти воды занимают опре­

стей СССР п везде видели, что воды,

деленное положение как в общей

обогащенные

редкими

элементами,

структуре земной коры, так и в гид­

распространены не хаотично, а стро­

роreoло гической структуре отдельных

го закономерно, занимая

определен­

горно складчатых

областей,

образуя

ное место в гидрогеологической струк­

своеобразные пояса, в целом соот­

туре го рно складчатых

областей. Ти­

ветствующие

структурно-тектониче­

пичен в этом отношении Малый Кав­

ской зональности земной коры (см.

каз (рис. 78). В его пределах угле­

рис. 63,

78,

79).

кислые воды, обогащенные бором (а

Действительно, в глобальном плане

также литием), распространены

толь­

углекислые воды с наиболее высо­

ко в наиболее молодых в гидрогеоло­

кими содержаниями лития,

рубидия,

гическом

отношении

структурах —

цезия,

бора,

германия

формируются

в среднеальпийских (например, в Ар­

преимущественно во внутренней (эв-

мянской складчатой зоне) и поздне-

геосинклинальной)

и

внешней

(мио-

альпийских

(Приараксинская

зона).

геосинклинальной)

зонах

альпид,

Совсем нет вод, обогащенных редкими

претерпевающих

наиболее

ранние

элементами, в структурах

киммерий­

этапы

своего

гидрогеологического

ского возраста, в частности, в Сом-

развития (см. табл. 93). Их практи­

хето-Кафанской зоне.

чески нет в зонах эпиплатформенного

Аналогичная картина наблюдается

орогенеза,

обрамляющих

структуры

и в других

го рно складчатых

обла­

альпийской зоны (см. рис. 63). Тер­

стях. В пределах Большого Кавказа

мальные

воды, обогащенные

фтором

углекислые

воды,

обогащенные ред­

и вольфрамом, наоборот, приурочены

кими элементами, приурочены к наи­

к зонам

эпиплатформенного

ороге­

более молодым структурам Свано-Осе-

неза,

прошедшим

стадии

консолида­

тинского и Дигоро-Осетинского бас­

ции

и

дробления и

находящимся

сейнов.

В

пределах

Памира

такие

в гораздо более поздних стадиях сво­

воды формируются в наиболее моло­

его

гидрогеологического

развития.

дой Южно-Памирской зоне (Кзыл-

Таким образом, каждая стадия гид­

Рабатская

впадина)

и

т. д. В

свою

рогеологического

развития

структур

+ 1 III г

ъ &2> 4

5 1 О

имеет

свой тип подземных

вод, обо­

уже прошли стадии развития боро­

гащенных определенным

комплексом

носных, цезиеносных, рубндиеносных

редких элементов. Исходя из этих

и германненосных вод.

положений, бесполезно искать

угле­

Причину такого закономерного рас­

кислые воды с высокими содержа­

пределения вод, обогащенных редки­

ниями бора, рубидия, цезия, герма­

ми элементами, и пх приуроченности

ния в

структурах

горноскладчатых

к определенным

структурам мы ви­

областей,

находящихся

в

поздних

дим в наличии

в этих структурах

стадиях своего развития,

например,

общности рассмотренного

выше по­

в зонах

эпнплатформенного

ороге­

следовательного

комплекса

условий,

неза,

обрамляющих

пояса

альпий­

благоприятных

для

формирования

ской

складчатости.

Эти

стрз^ктуры

таких вод: благоприятных

условий

в своем гидрогеологическом

развитии

седиментогенеза

и

магматогенеза,

272

приведших к формированию водо-

сейны трещинно-жилыіых

вод в ме­

вмещающнх

пород,

обогащенных

таморфических (и вулкаиогенпо-ме-

редкими элементами; наличия в этих

таморфпческпх)

породах;

наложен­

структурах

молодого магматизма и

ные впадины в пределах массивов

геотермической

напряженности;

гид­

кристаллических

п метаморфических

рогеологических

п

гидродинамиче­

пород; артезианские бассейны пла-

ских

условии,

благоприятных

для

стово-трещшшых вод в осадочных

формирования п сохранения этих вод.

породах.

Рассмотрим

гидрогеологи­

Перечисленные

условия

в

сущно­

ческие и

геохимические

особенности

сти являются

критериями

поисков

этих структур (см. табл. 93).

углекислых п углекисло-азотных вод

Б а с с е й н ы

т р е щ и н н о -

с

высокими

содержаниями

редких

ж и л ь н ы х

в о д

в

м а с с и в а х

элементов. Все эти условия незави­

к р и с т а л л и ч е с к и X

и о р о д

симы друг от друга, поэтому их

являются

обычными

гидрогеологи­

согласованное

действие

в

поло­

ческими структурами, в которых фор­

жительном

направлении

достаточно

мируются литиеносные и цезиенос-

редкое явление.

Выпадение

одного

ные

воды. Характерная

особенность

из условий может свести на нет по­

структур — тяготение к зонам ре­

ложительные

действия

всех

других.

гиональных

глубинных

тектониче­

И поэтому воды, обогащенные ред­

ских нарушений и особенно к узлам

кими элементами, — достаточно ред­

их пересечения с поперечными струк­

кое явление. В связи с этим анализ

турами. Обычно эти узлы являются

перспектив

отдельных

регионов

на

участками

интенсивных

неотектонн-

промышленные (по редким элементам)

ческих процессов. В то же время

воды должен включать анализ бла­

многие месторождения

лптпеносных

гоприятности

всего

комплекса усло­

и цезиеносных вод в указанных

вий формирования

структур.

структурах

располагаются

в

непо­

средственной близости к очагам позд­

ТИПЫ

нечетвертпчного

магматизма.

Угле­

кислые воды рассматриваемых струк­

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ

СТРУКТУР,

тур, несмотря на формирование в

ВМЕЩАЮЩИХ УГЛЕКИСЛЫЕ

кристаллических

породах,

чрезвы­

И УГЛЕКИСЛО-АЗОТНЫЕ ВОДЫ,

чайно обогащены хлором, они имеют

ОБОГАЩЕННЫЕ

HCOg - Cl - Na -

и C l - H C 0 3 - N a -

РЕДКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ,

состав (при

значительных

концен­

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ

трациях калия) и минерализацию до

И

ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ

7—15 г/л.

В

газовом

составе

вод

ОСОБЕННОСТИ ЭТИХ

СТРУКТУР

преобладает

углекислота, их

темпе­

Гидрогеологические структуры гор­

ратура от

5—6

до

100° С

и

более.

носкладчатых

областей,

вмещающие

Содержания лития в углекислых во­

углекислые

воды,

обогащенные

ред­

дах

рассматриваемых

структур

до­

кими

элементами,

представляют

со­

стигают нескольких десятков, а це­

бой малые и весьма динамичные бас­

зия

и рубидия — нескольких

мил­

сейны трещинно-жильных и пласто-

лиграммов на 1 л (см. табл. 50). Мак­

во-трещинных вод. Основными ти­

симальные

содержания

лития,

руби­

пами этих структур являются: бас­

дия и цезия приурочены к наиболее

сейны трещинно -жильных вод в мас­

минера лизоваиным

водам.

Помимо

сивах

кристаллических

пород;

бас­

указанных

элементов

углекислые

273

воды

обычно

обогащены

калием

лизация

наиболее

германиеносных

(П -100 МГ/Л), борОМ

(71-10 мг/л),

вод не превышает

10 г/л,

при

этом

германием

(п-10

мкг/л).

наблюдается

увеличение содержаний

Б а с с е й н ы

т р е щ и н н о -

германия с ростом щелочности вод.

ж и л ь н ы х

в о д

в

м е т а м о р ­

В газовом составе лптиеносиых, це-

ф и ч е с к и х ( и в у л к а н о г е н -

зиеиосных и бороносных вод рас­

и о

-

м е т а м о р ф и ч е с к и х )

сматриваемых структур преобладает

п о р о д а х .

В

таких

структурах

углекислота

(до

99%). Газовый со­

формируются

углекислые

и

азотные

став германиеносных вод различен —

воды, обогащенные

L i , Rb,

Cs,

Ge,

в них могут быть высокие содержания

В. Содержания

этих

элементов в во­

азота и метана. Так, в пределах того

дах указанных структур могут быть

же месторождения

минеральных вод

значительны

(Li п-10 мг/л; Rb,

Cs

максимальные содержания

лития и

п мг/л; Ge n • 100 мкг/л; В n • 100 мг/л).

цезия приурочены к углекислым во­

В этих же водах обычно

обнаружи­

дам

(содержание

углекислоты

до

ваются

значительные

концентрации

98%),

а

максимальные

содержания

мышьяка (до десятков мг/л), иногда

германия к азотно-метановым

( N 3

ртути (до 60 мкг/л и более). Структу­

75%,

СН4 23%) водам.

Температура

ры, вмещающие воды с высоким со­

вод рассматриваемых

структур

всег­

держанием редких элементов, харак­

да значительна

( > 3 0 °

С). При этом

теризуются

чрезвычайно

интенсив­

воды,

наиболее

обогащенные

редки­

ной дислоцнрованностыо

водовмеща-

ми элементами, формируются в струк­

ющих пород. Обычно они тяготеют

турах, характеризующихся

аномаль­

или

к

очагам

позднечетвертичного

ным

геотермическим

режимом

(см.

(и современного) эффузивного и позд­

рис. 53).

нечетвертичного

(плиоцен)

интрузив­

Анализы

литпеносных,

цезиенос-

ного магматизма,

или

к зонам

глу­

ных и германиеносных вод рассмат­

бинных

тектонических

нарушений.

риваемых

месторождений можно ви­

Породы, в которых формируются во­

деть

в

табл. 62.

ды с высокими содержаниями редких

Н а л о ж е н н ы е

в п а д и н ы

элементов,

часто

характеризуются

в

п р е д е л а х

м а с с и в о в

повышенными содержаниями этих эле­

к р и с т а л л и ч е с к и х

и

м е ­

ментов. Так, изученное нами место­

т а м о р ф и ч е с к и х

п о р о д .

рождение германиеносных и литие-

Примером вод, приуроченных к та­

носных вод приурочено к углистым

ким структурам, является месторо-

породам, обогащенным

органическим

яеденпе литиеносных вод Франтшп-

веществом, германием (0,0 п%) и ли­

ковы Лазне в Чешском массиве.

тием (до 0,0 п%). Максимальные кон­

Содержание лития

в этих водах чрез­

центрации редких элементов в рас­

вычайно велико (—100

мг/л). Воды

сматриваемых структурах

приуроче­

с такими содержаниями лития рас­

ны к водам Cl—HCOg— Na- и Cl—Na-

пространены

в мульде,

заполненной

состава,

характеризующимися

зна­

песчано-глинистыми углистыми по­

чительными

концентрациями

калия.

родами миоцена. Мощность этих от­

Содержания лития и цезия возра­

ложений до 50—60 м. Мульда

под­

стают с ростом минерализации вод,

стилается

метаморфическими

поро­

поэтому

максимальные

содержания

дами (филлитами), в верхней части

элементов

приурочены

к

наиболее

каолинизнрованными.

Воды

посту­

минерализованным

водам.

Минера-

пают

в

мульду

по

тектоническим

18

Заказ

2215

274

нарушениям

в

кристаллических

по­

зование бороносных вод в этих бас­

родах. В районе Франтишковых Лаз-

сейнах происходит обычно при на­

неп известны пегматитовые и пневма­

ложении

явлений

верхнечетвертпч-

толите -гидротермальные

месторо­

ного (поствюрмского) эффузивного и

ждения

редких

элементов

(Li, Бе,

верхнетретичного

(плиоцепового) ин­

Sn). В связи с этим,

помимо лития,

трузивного

магматизма

иа

формиро­

углекислые

воды

чрезвычайно

обо­

вание

углекислых

вод. Содержание

гащены

бериллием [432, 433]. Угле­

бора в водах этих бассейнов дости­

кислые

литпеносные

воды

имеют

гает 80—150 мг/л, при этом повышен­

S0 4 — Н С О 3 — Na-состав

п

минера­

ные содержания бора могут сопро­

лизацию до 23,5 г/л (Глаубер IV).

вождаться значительными содержани­

Минерализация

вод и пх литиенос-

ями

мышьяка

(до 40 мг/л).

ность

увеличиваются

с

глубиной

В

рассматриваемом

типе

артези­

с приближением к кристаллическому

анских бассейнов существует гнд-

фундаменту. Обогащение вод сульфа­

рогеохимическая

зональность,

выра­

тами связано с растворением вто­

жающаяся

в последовательной

сме­

ричного гипса в осадочных породах

не

следующих

химических

типов

мульды

п

разложением

сульфидов

с глубиной: НСОз—Са-*-НС03 —Na—

в кристаллических породах. В связи

Са->НС08 —Cl—Na-»-Cl—НСОз-Na.

с этим, по данным П. Шантручек

Смена химических типов вод с глу­

[434], воды обогащены железом, алю­

биной

сопровождается

увеличением

минием,

марганцем.

Анализы

вод

их

минерализации

(до

10—20 г/л).

Франтишковых

Лазней

можно

ви­

Максимальные

содержания

бора (до

деть в табл. 50. В газовом

составе

150 мг/л)

приурочены

к

наиболее

этих вод резко преобладает углеки­

хлорндным водам погруженных частей

слота,

температура вод 13° С.

структур, обладающим максимальной

А р т е з и а н с к и е

б а с ­

минерализацией.

В

газовом

составе

с е й н ы п л а с т о в о - т р е щ и н -

резко

преобладает

углекислота, по

Н Ы X

в о д

являются

основными

могут присутствовать метан и арсин.

структурами,

в

которых

формиру­

Анализы

вод

этпх

месторождений

ются бороносные

воды.

Рассмотрим

можно

видеть

в табл. 75.

особенности формирования

боронос­

Наиболее

значительные

содержа­

ных углекислых вод на примере

ния бора формируются в водах артези­

Малого Кавказа. В пределах этого

анских бассейнов второго типа. Сре­

региона существуют два типа арте­

ди водоносных комплексов этих бас­

зианских

бассейнов,

где формиру­

сейнов главное значение имеют ком­

ются высоко бороносные воды: арте­

плексы, сложенные песчано-глини­

зианские бассейны, сложенные кар­

стыми и глинисто-гипсоиосно-соле-

бонатными

н

вулканогенно -о садоч­

носними породами. Содержание

бора

ными породами верхнего мела и па­

в этих породах достигает 0,1—0,3%,

леогена,

и

артезианские

бассейны,

в связи с этим углекислые воды,

сложенные песчано-глинистыми и га­

формирующиеся

в

этих бассейнах,

логенными породами лагунных фаций

содержат до 500 мг/л бора и более

мела, палеогена

и миоцена.

Породы

(см. табл. 75). Высокие

содержания

водоносных

комплексов

бассейнов

бора в этих водах сопровождаются

первого

типа

характеризуются

нор­

повышенными

содержаниями

брома

мальными

и

слегка

повышенными

(150—160 мг/л), йода (46мг/л), мышь­

средними содержаниями бора. Обра­

яка

(до 50—120

мг/л).

Углекислые

277

тизма

и неотектоническпх

процессов

приятные для выщелачивания и ак­

иа формирование подземных вод в во­

кумуляции

редких элементов.

донапорных

системах,

сложенных

В заключение

подчеркнем,

что

этими

породами;

в) существование

проведенные

исследования показали

аномальных

геотермальных

условий

большие возможности и перспективы

(низкие

геотермические

ступени и

использования

гидроreo химических

высокие

значения

плотности тепло­

данных для

решения практических

вых потоков) в бассейнах формирова­

геологопоисковых

вопросов, а

также

ния вод; г) гидродинамические и гид-

теоретических

вопросов экзогенного

рогеохпмические

условия,

благо­

рудообразования.