книги из ГПНТБ / Формационный метод в прогнозе и изучении месторождений горнохимического сырья

электролитической диссоциации в растворе; поправки на поляриза­ цию ионов; поправки на средний кларк данного элемента. Возмож­ ность такого расчета ограничилась лишь некоторыми примерами, и А. Е. Ферсман остановился на составлении эмпирического ряда чисто условного парагена, вытекающего из материалов наблюде­ ний. Этот условный параген определяет место соединения данных элементов в последовательной шкале геохимических процессов кристаллизации. При этом величины, близкие 12, относятся к на­ чальным стадиям высокотемпературной кристаллизации, а вели­ чины ниже 1— к последним образованиям из холодных растворов. А. Е. Ферсман подчеркивал, что величины теоретического и эмпи­ рического парагенов отражают энергию ионов и энергию решетки.

Несомненно, что влияние многочисленных факторов учитывается при экспериментальном определении энергии связи иона в ре­ шетке, эта величина (или расчеты ее, приближающиеся к экспе­ риментальным данным) должна рассматриваться как цифровое выражение парагена. Таким образом, энергетические коэффици­ енты А. Е. Ферсмана (ЭКі, ЭК2) отражают парагены каждого из элементов, а величины их, отнесенные к единице атомной массы, определяют общий парагенетический ряд элементов.

Эмпирические парагены А. Е. Ферсмана могут рассматриваться как весьма ориентировочные и не всегда оправданные величины. Удивительно, что параген водорода оценен минимальной величи­ ной 0,1. Пары воды присутствуют на разных стадиях гидротер­ мального процесса. Параген лития и хлора оценен одной и той же величиной 0,3; литий связывается в минералы на стадии кристал­ лизации, а хлор в основном мигрирует даже в холодных раство­ рах, и с этих позиций более сопоставим с бромом и рубидием (см. табл. 2). Параген селена относительно парагена брома оце­ нен удачно, так же удачна оценка парагена иода. Олово по отно­ шению к родию менее подвижно, однако параген для родия пред­ ложен больший. Двухвалентные марганец, железо, кобальт по удельному энергетическому коэффициенту близки, но параген мар­ ганца (3,0) принят в два раза меньшим, чем у его постоянных спутников. Из сопоставления УДЭК и эмпирических парагенов ясно, что удельные энергетические коэффициенты удовлетворяют требованиям, предусматриваемым теорией парагена — их цифро­ вое выражение показывает последовательность геохимических про­ цессов кристаллизации. В этом убеждает рассмотрение полей раз­ личных стадий кристаллизации на таблице Д. И. Менделеева.

Для каждой из стадий кристаллизации А. Е. Ферсманом раз­ личаются следующие элементы: 1) ведущие; 2) главные или ха­ рактерные; 3) второстепенные; 4) акцессорные (из соседних гео­

необходимость пересмотра обоснованности их включения в число ведущих, главных, второстепенных и акцессорных. Если учесть,

20

что в числе исходных продуктов магматических процессов были осадочные толщи с предварительной дифференциацией элементов при осадочном литогенезе, то появляются и некоторые другие аспекты понимания парагена. С этой целью представляется не­ обходимым раздельное рассмотрение группирования элементов в геохимических зонах осадочного литогенеза и при магматиче­ ских п гидротермальных процессах.

В осадочном литогенезе (рис. 2) четко обособляются три гео­ химические зоны элементов (в скобках указаны величины УДЭК): 1) зона жизнедеятельности организмов: водород (10913), углерод (10157), азот (14100); 2) остаточных кор выветривания: алюминий (1835), кремний (3062), фосфор (4520); 3) бассейнов галогенной седиментации: кислород (969), сера (6830), селен (139), теллур

(? 2941), бор (5550), магний (864), кальций (437), стронций (175),.

барий (98).

Другие элементы по условиям миграции и концентрации с раз­ личной степенью их дифференциации находятся в геохимической зоне, располагающейся между зонами остаточных кор выветри­ вания и галогенной седиментации. Подразделение элементов этой промежуточной зоны на группы той или иной стадии литогенеза в значительной мере осуществлено Н. Лй. Страховым.

Элементы четко выраженных геохимических зон характери­ зуются определенными величинами удельных энергетических ко­ эффициентов. Геохимическая зона жизнедеятельности организмов

ментации обладают в основном низкими удельными энергетиче­

концентрации серебра, ртути одновалентной, золота, таллия одно­ валентного. Повышенные концентрации таллия в галогенных поро­ дах не вызывают сомнений. Наличие элементов в геохимических зонах осадочного литогенеза определяется величинами их удельных энергетических коэффициентов, отражающими определенные энер­ гетические уровни этих зон.

Для магматического и гидротермального процессов определен­ ные геохимические зоны кристаллизации элементов выделяются

21

22

23

сталлизацни подразделяется на два поля: 1) высокотемпературных минералов; 2) минералов пониженных температур. Поле высоко­ температурных минералов включает элементы: углерод (10157),

алюминий (1835), кремний (3062), фосфор (4520), титан (1754),

ванадий (3229), хром (4079). Оно характеризуется очень высо­ кими величинами удельных энергетических коэффициентов. Поле минералов пониженных температур включает элементы с более низкими УДЭК (от 1464 до 465).

Геохимическая зона минералов пегматитового процесса (теле­ кристаллизации) включает элементы с удельными энергетическими коэффициентами от 1451 до 236. Следовательно, элементы, высаждающиеся при пониженных температурах, обладают понижен­ ными величинами УДЭК. Геохимическая зона халькокристаллпзацпи объединяет следующие элементы: медь (331), серебро (56),

золото (33), цинк (337), кадмий (178), ртуть (105), галлий (776),

индий (379), таллий (169), германии (1451), олово (666), свинец (384), мышьяк (?), сурьма (?), висмут (?). Как и для элементов телекристаллизации, удельные энергетические коэффициенты эле­ ментов этой зоны изменяются в значительных пределах от 1451 до 33. Элементы с более высокими УДЭК высаждаются в первую очередь.

Элементы, которые в осадочном литогенезе характерны для га­ логенной седиментации, при магматических и гидротермальных процессах, ввиду их низких УДЭК, играют роль акцессорных, участвующих в процессах кристаллизации элементов различных геохимических зон. Щелочные и щелочно-земельные металлы тя­ готеют к геохимическим зонам прото- и телекристаллизации, а га­ логены, кислород, сера, селен, теллур — к зоне халькокристаллпзации. Таллий, ртуть, серебро, золото также рассматриваются как акцессорные элементы, участвующие в процессах кристаллизации на различных стадиях дифференциации вещества. В геохимиче­ ской зоне протокристаллизации выделяется поле элементов, при­ нимающих участие в халькокристаллизации.

Таким образом, удельные энергетические коэффициенты позво­ ляют определенно судить о последовательности высаждения эле­ ментов как в осадочном литогенезе, так и при магматических и гидротермальном процессах.

II. Миграция и концентрация бора в галогенных толщах

Определение состава пород на водосборных площадях солеродных бассейнов

Состав пород на водосборных площадях в значительной мере определяет характер и масштабы накопления в солеродных бас­ сейнах целого ряда химических элементов. Это вызывает необхо­ димость тщательного анализа палеогеологической обстановки в об­ ластях питания солеродных бассейнов.

Предлагаемая методика определения состава пород на древ­

24

них водосборах по геохимическим данным основана на том поло­ жении, что концентрация многих малых элементов в глинистых осадках солеродного бассейна отражает их содержание в извер­ женных породах, занимавших преобладающее положение в об­ ластях его питания. Сходство в геохимическом составе глинистых осадков и изверженных пород, преобладавших на водосборных площадях, можно подметить путем сопоставления содержаний ма­ лых элементов, особенно если пользоваться отношениями содер­ жаний пар элементов, типичных для определенных типов извер­ женных пород (Ti, V, Cu; Cr, Со, Ni; Be, Zr, Pb и др.)* и зани­ мающих относительно близкое положение в рядах подвижности (Тіг

Ga, Be и Zr; V и Cr; Cu, Co, Ni и Pb и др.).

Второй способ более эффективный, так как удается исключить разубоживающее влияние карбонатных и соляных минералов и получить больший объем информации. Зная конкретные совокуп­ ности отношений содержаний малых элементов в глинистом мате­ риале из отложений того или иного бассейна, их можно сопоста­ вить с конкретными совокупностями отношений содержаний пар элементов, характерных для главных типов изверженных пород, и, исходя из этого, определить тот тип изверженных пород, который пользовался наибольшим распространением в областях питания этого бассейна.

В качестве объекта исследования были выбраны территории с установленным составом пород на водосборных площадях: об­ ласти питания раннепермских солеродных бассейнов, располагав­ шихся в южной части Предуральского прогиба (район Воскре­ сении—Мелеуза), на восточной окраине Русской платформы (район Барангулово—Киргиз—Мияков) и на северо-восточной

площади раннепермских солеродных бассейнов рассматриваемой части Южного Приуралья находились на западном склоне Урала и в зоне хр. Урал-Тау. Здесь, согласно исследованиям В. А. Даргевич, в раннепермскую эпоху размывались эффузивно-осадочные толщи, в сложении которых существенную роль играли породы основного состава, а на широте пос. Барангулово—Киргиз—Мия­ ков— также крупнейшие массивы гипербазитов Крака. Водосбор­ ные площади раннепермского солеродного бассейна северо-восточ­ ной окраины Днепровско-Донецкой впадины находились на Укра­ инском и в южной части Воронежского массивов, водосборные площади позднедевонского солеродного бассейна Припятского прогиба — на территории Белорусского массива. Здесь, наряду с осадочными, размывались изверженные и метаморфические по­ роды кислого состава (гранитоиды, гнейсы и др.).

* Повышенные концентрации Ti, V и Си характерны для основных, Сг, Со и Ni — для ультраосновных, а Be, Zr и Pb — для кислых пород.

25

Сопоставление конкретных совокупностей отношений содержа­ ний пар элементов, присущих соляным глинам из нижнепермских и верхнедевонских галогенных отношений и главным типам извер­ женных пород, проводилось методом решения логических задач по распознаванию образов с использованием одной из модифика­ ций алгоритма, описанного М. Н. Вайнцвайгом, в котором опреде­ лялись не двоичные коды, а числовые значения. Геохимическое сходство соляных глин с типом изверженных пород на водосбор­ ных площадях определялось по числу совпадающих отношений пар элементов. Совпадающими считались такие отношения, раз­ ность которых не превышала 50%.

В результате такого сопоставления выполненные ранее палеогеологические реставрации полностью подтвердились. Основную роль в областях питания раннепермского солеродного бассейна Днепровско-Донецкой впадины и раннепермских солеродных бас­ сейнов в районе Воскресении—Мелеуза играли основные породы,

врайоне Барангулово—Киргиз—Мияков — ультраосновные породы,

ав областях питания позднедевонского солеродного бассейна При-

пятского прогиба — кислые породы (табл. 3).

Врезультате обработки данных о содержании 10 малых эле­ ментов (Ti, Ga, Zr, Be, V, Cr, Co, Ni, Pb и Cu) в соленосных глинах, проведенной в соответствии с разработанной методикой, был выявлен преобладающий тип изверженных пород на некото­ рых неисследованных участках в областях питания раннеперм­ ских солеродных бассейнов. На водосборных площадях солеродных бассейнов, располагавшихся в восточной части Прикаспийской впа­ дины (район поселков Кенкияк и Жаркамыс) и в западной ее части (район поселков Гмелиика и Светлый Яр), наиболее широ­ ким развитием пользовались основные породы.

Вэтих случаях, по-видимому, денудации подвергались пре­ имущественно диабазовые толщи и залегающие среди них габброидные интрузии, распространенные на западном склоне Ураль­ ской горноскладчатой области и в юго-восточной части Воронеж­ ского кристаллического массива.

26

Гидрохимическая миграция бора в нижнепермской галогенной формации Прикаспия и Приуралья

Гидрогеохимия бора в подземных водах региона рассмотрена рядом исследователей (Козин, 1966; Семенова, 1966 и др.). Основ­ ное внимание уделялось ими выявлению связей концентрации бора в водах с содержанием в них других компонентов: 1) наибольшие концентрации бора наблюдаются в подземных водах пермских галогенных отложений, обогащенных хлоридами и сульфатами магния; меньшие содержания его наблюдаются в водах карбонат­

в обратной корреляционной связи с концентрацией в них кальция. По О. Я. Самойлову и Д. С. Соколову (1960), низкие концентрации бора в подземных водах, обогащенных Са (СаСЬ), обусловлены его высаливающим влиянием.

Кальций вод не является препятствием для концентрирования бора в растворе. Д. Е. Уайт и др. (White а. о., 1963) приводят данные о высокобороносных хлор-кальциевых рассолах бассейна Парадокс (США); в них содержится до 5% бора к сухому остатку при общей минерализации растворов до 400 г/л и более. И. К- Зай­ цев (1967 г.) указывает на следы выноса бора из турмалина под­ солевого ложа Иркутского амфитеатра, где поровые растворы и пластовые воды насыщены СаСК М. Г. Валяшко (1965) считает, что бор в растворах может образовывать комплексы и в присутст­ вии кальция, а в результате этого накапливаться в хлор-кальцие- вых растворах. Бор может концентрироваться в водах как при выщелачивании бороносных пород, так и при выпаривании раство­ ров и в случае высокого содержания в них кальция.

По данным В. В. Красинцевой, О. В. Шишкиной (1959) и А. И. Муна (1962), концентрация бора в морских и озерных илах и иловых водах уменьшается с глубиной вместе с уменьшением органического вещества; тип раствора меняется со щелочного на хлор-кальциевый. По Н. В. Тагеевой (1965), на начальном этапе захороненные в илах морские воды обогащаются бором в 5— 8 раз, по-видимому, за счет органического вещества. При диаге­ незе происходит разложение органики, вынос бора и изменение гидрохимического типа вод от морского хлор-магниевого (иногда через щелочной)' до хлор-кальциевого. Если бы кальций вод при диагенезе осаждал бор, то осадки, содержащие растворы хлоркальциевого типа, должны были бы отличаться большими кон­ центрациями бора. Однако эти данные о распределении бора при диагенезе илов не подтверждаются. В самих условиях возникно­ вения и существования вод хлор-кальциевого типа, в низком со­ держании органического вещества (и бора в среде) заложена причина относительно низкой бороносности этих вод. Это не исклю­ чает вторичное обогащение бором этих вод при выщелачивании бороносных пород.

2Т

Таким образом, характер миграции бора в связи с составом растворов очень разнообразный. Важным фактором миграции бора является органическое вещество. Значительные содержания бора в породах связаны с их минеральной составной частью. В дальнейшем в пластовых условиях бор вовлекается в миграцию под влиянием повышенных температур. Исключительная подвиж­ ность бора под влиянием повышенных температур обусловливает миграцию его из нижних горизонтов земной коры в верхние, что наглядно проявляется на примере вод осадочной толщи Север­ ного Прикаспия и Приуралья. Повышенные концентрации его на­ блюдаются иногда и в средней части осадочного чехла. Они связаны с этапами вулканической деятельности (Гуревич, 1960), галогенезом и затрудненными условиями выноса бора (отсут­ ствие влияния высоких температур, наличие мощных непрони­ цаемых покрышек и т. д.). Поэтому необходимо разграничивать современные и древние ннфильтрациониые воды, а также возмож­ ные реликтовые воды древних солеродпых бассейнов и разрабаты­ вать критерии для выделения этих генетических типов вод.

Автором предпринята попытка анализа закономерностей прост­ ранственного размещения различных вод в толще галогенных от­ ложений, связи состава вод с вмещающими породами и изменчи­ вости концентрации бора в различных условиях. Для Прикаспия и Приуралья различия между водами галогенных отложений и подстилающих и перекрывающих их образований четко установ­ лены. Воды галогенных отложений характеризуются максималь­ ными содержаниями В, MgCb, KCl, Br, Li и др. Галогенная толща нижней перми здесь неоднородна по составу. Распределе­ ние литолого-фациальных комплексов галогенного кунгурского яруса Прикаспия и Южного Предуралья приведено на рис. 4. Кунгурские отложения в пределах соляных куполов выведены на дневную поверхность или перекрыты маломощным чехлом более молодых в основном терригенных образований, в межкупольных пространствах они залегают на глубине до нескольких километ­ ров. Условия водообмена и характер вод в различных частях раз­ реза нижнепермских галогенных отложений здесь' являются раз­ личными. В качестве важнейшего показателя интенсивности водо­ обмена автором, вслед за многими исследователями, рассматри­ вается изменение величины отношения суммы эквивалентов натрия и калия- к сумме эквивалентов хлора. Эта величина для вод зоны гипергенеза больше, чем для нижележащих.

По восточному борту Предуральского прогиба подземные воды в толще кунгурского яруса приурочены к терригенно-карбонатно- сульфатным породам, в зоне сочленения Прикаспийской синеклизы и Русской платформы и в Пермско-Актюбинском Предуралье — к карбонатно-гипс-ангидритовым породам филипповского гори­ зонта, в прогнутой части синеклизы — к мощной соляной толще ирени и карбонатно-сульфатно-соляным породам кепрока соляных куполов.

28

В периферийных частях Прикаспийской синеклизы (кроме во­ сточной и северо-восточной частей) и смежных районах склона

Рис. 4. Литолого-гидрохимическая карта галоген­ ного кунгура Прикаспийской синеклизы и ЮжноПредуральского прогиба. Составил А. И. Азизов. Схема распространения литолого-фациалыіых комплексов дана по С. М. Кореневскому (1960 г.).

платформы по бортам Предуральского прогиба, а также в зоне гипергенного разрушения соляных куполов, где кунгур сложен карбонатными и различными сульфатными (в том числе калиевомагииевыми и каменной солью) отложениями, распространены под­ земные воды, характеризующиеся формулой 2(Na + K) : SCI>0,9—

29