книги из ГПНТБ / Воротников, Б. А. Водные потоки рассеяния сульфидного оруденения Алтая и их поисковое значение

УДК 551.49 (571.1) + 542.6 + 550.424.4/6 + 550.845

Воротников Б. А. Водные потоки рассеяния сульфидного оруде­ нения Алтая и их поисковое значение. М., «Недра», 1974, 184 с.

В работе охарактеризованы строение, состав и условия формиро­ вания водных потоков рассеяния сульфидных месторождений Алтая в зависимости от характера оруденения и ландшафта. В условиях расчлененного рельефа (и эродированного рудного выхода) потоки рассеяния в водах образуются элементами, характерными для первичной сульфидной минерализации. Напротив, в обстановке выровненного рельефа (и развитой зоны окисления) повышенных содержаний рудообразующих элементов в водах может и не быть; в этом случае состав и контрастность водного потока рассеяния зависят от горизонта зоны окисления, в пределах которого форми­ руются воды. Как правило, здесь образуются потоки рассеяния породообразующих элементов и элементов-примесей, а рудообразу­ ющие элементы встречаются в подземных водах, связанных с рудо­ контролирующими трещинами. Параллельно с водами опробова­ лись донные осадки, которые являются составной частью водных потоков рассеяния, так как имеют существенное значение при перераспределении элементов водных потоков рассеяния. Обычно водные потоки рассеяния прослеживаются по характерным для первичных руд элементам-примесям. Определены основные формы миграции элементов расчетно-экспериментальными методами и их изменение в потоках рассеяния. Составлена схема ландшафтно­ геохимического районирования территории Алтая по примени­ мости гидрогеохимического метода.

Работа представляет интерес для лиц, занимающихся гидро­ геохимией отдельных элементов и геохимическими поисками суль­ фидных месторождений.

Таблиц 12, иллюстраций 29, список литературы — 187 названий.

сначала на работах, выполненных на исследованных нами участках в пределах Западного и Юго-Восточного Алтая. В пределах Березово­ горского рудного поля они были проведены П. А. Удодовым в 1956 г. и сотрудниками Рудно-Алтайской экспедиции (РАЗ ЗСГУ) А. П. Бе­ ляевым и др. в 1959 г., В. П. Ходаревым и Н. М. Кужельным в 1960 г. Работы В. М. Чеботарева и А. И. Зубова 1960 г. охватывают район Семеновского рудного поля. Воды в районе Кызыл-Чинского место­ рождения изучались Ю. С. Париловым (1963). Гидрогеохимические исследования по Сугатовскому рудному полю нам неизвестны.

Наиболее изученным районом в гидрогеохимическом отношении является территория Рудного Алтая. Так, за пределами участков наших исследований Е. А. Сергеев еще в 1946 г. на основании изуче­ ния вод двух полиметаллических месторождений пришел к выводу, что металлы в поверхностных водах образуют «...поток рассеяния, развивающийся от ореола коренной залежи на путях выноса про­ дуктов выветривания в область осадкообразования» (Сергеев, 1946, стр. 51). Полевые и лабораторные исследования Г. Б. Свешникова (1967), Ю. С. Рысс и Т. М. Овчинниковой (1969) и др. показали боль­ шое значение для обогащения вод металлами процессов электро­ химического растворения рудных сульфидов и установили возмож­ ность применения гидрогеохимического метода для поисков слепых рудных тел. Особенности гидрогеохимических поисков погребенных и скрытых сульфидных месторождений изучались сотрудниками ВИТРа Д. А. Вигдорович, Р. Р. Зиверт, И. В. Касьяновой, а в послед­ нее время — Г. А. Голевой и др.

В Горном Алтае гидрогеологические исследования очень мало­ численны, причем в основном они посвящены описанию не состава, а водообильности подземных и поверхностных вод в отношении их практического использования (Бейром, Кусковский, 1966; Бейром, Лепезин, 1961; Кусковский, 1966 и др.).

Из гидрогеохимических работ, проводившихся на площадях, непосредственно примыкающих к Алтаю, следует отметить комплекс­ ные геохимические исследования Е. А. Пономарева (1962) и Н. А. Гладкова (1970) на Северо-Восточном Салаире. Этот район отличается развитием на сульфидных месторождениях мощных, обычно погребенных под рыхлыми отложениями зон окисления (Шахов, 1946 и др.). Формированию вод в пределах медно-кобальто­ вых и сульфо-арсенидных месторождений в хр. Кирса на Западном Саяне и влиянию на состав вод процессов электрохимического рас­ творения арсенидов (обогащение вод Со, Ni, As) посвящены работы Н. М. Рассказова (1963).

Изучением общей гидрогеохимии Алгае-Саянской складчатой области занимались Е. Е. Белякова (1958 г.) и А. В. Зуев (1969).

Этими работами в основном и ограничиваются гидрогеохимиче­ ские исследования, проведенные в пределах Алтая и в сопредельных районах.

В настоящее время все большее внимание уделяется вопросам формирования водных потоков рассеяния (или их выделению и ин­

4

терпретации), а также районированию территории по применимости геохимических методов поисков.

Водными потоками рассеяния рудной минерализации в какой-то степени занимались многие исследователи, проводившие детальные гидрогеохимические поисковые работы (Албул, 1969; Бродский, 1964; Голева, 1968; Пономарев, 1969; Сафронов, 1968; Свешников, 1958; Удодов и др., 1962х и др.). При этом, как правило, отмечались протяженность, состав и контрастность потоков в целом, а также особенности их формирования.

Формирование вторичных геохимических (в том числе гидрогео­ химических) потоков и ореолов рассеяния, а следовательно, и про­ ведение геохимических методов поисков определяются природными ландшафтными условиями (на что неоднократно указывали В. И. Вер­ надский, М. А. Глазовская, О. А. Глико, С. Р. Крайнов, Б. Б. Полынов, Н. И. Сафронов и др.), а для горных областей в первую очередь таким компонентом ландшафта, как морфологическое строение по­ верхности (Албул, 1969; Бродский, 1962х; Серегин, 1962 и др.).

В 1963 г. институтами ИГЕМ и ВИМС закончено составление карты условий геохимических поисков месторождений полезных ископаемых в масштабе 1 : 4 000 000 для всей территории СССР. В основу районирования наряду с металлогеническими особенно­ стями и возможностями современных геохимических методов положен природный ландшафт и в первую очередь расчлененность и обна­ женность рельефа, определяющие степень выраженности вторичных геохимических ореолов и потоков рассеяния. Тех же принципов придерживаются авторы при районировании территории по особен­ ностям проведения гидрогеохимических поисков, выполненном для

СССР в целом (Албул, 1969; Крайнов, 1964 и др.), Сибири (Удодов и др., 19622), для центральной части Красноярского края (Шубенин, 1969) и некоторых других районов Советского Союза.

Большое значение при гидрогеохимических поисках имеет пра­ вильная интерпретация полученных данных, расшифровка гидро­ геохимических аномалий (Бродский, 1962а; Капранов, 1969; Плот­ ников, 1963; Удодов и др., 1962х и др.). В последнее время при реше­ нии этого вопроса начинают применяться расчетные методы (работы С. П. Албула, Н. А. Огильви и др.).

Знание форм нахождения химических элементов позволяет пред­ видеть некоторые возможные процессы в природных растворах, приводящие к растворению минералов (Гаррелс, Крайст, 1968; Павлов, 1971 и др.) или к их образованию и выпадению в осадок (Лисицин, 1962; Серебренников, 1966; «Условия накопления...», 1967; Щербина, 1966). Эти данные в свою очередь позволяют более определенно судить о поведении элементов в гипергенных условиях, о составе и протяженности вторичных геохимических ореолов рас­ сеяния вокруг месторождений и, таким образом, приобретают прак­ тический интерес при геохимических поисках рудной минерализации.

Внастоящее время выяснено, что большинство микрокомпонентов

вприродных водах, особенно в поверхностных, могут мигрировать

5

в самой разнообразной форме: в виде механических взвесей и кол­ лоидов, в сорбированном состоянии на «чуяшх» частицах и колло­ идах, а также образуя сложные комплексные органо-минеральные или простые ионы. Так, в виде простых катионов большей частью мигрируют щелочные и щелочноземельные элементы (Щербина, 1962). В виде анионов кислородных кислот часто встречаются AsO|" и A s0 34- (Серебренников, 1966), WO|~ в щелочных растворах (Край­

1966). Для молибдена установлены формы его нахождения в раство­ рах в зависимости от pH: при p H > 7 существует МоО|_, при pH <; -<7 — катионы Мо02+ и [МоО(ОН)2]2+, а при pH <§( 7 может быть Мо4+, который сильно гидролизуется (Михайлов, 1962 и др.). Многие элементы способны давать с кислородом и гидроксилом соединения полиядерные (W (VI), U (VI), Zr (IV), Ti (IV), Sc (III)) или двухъ­ ядерные (Fe (III), Cu (II), Be (II), Sn (II)) (Ганеев, 1962; Пачаджа-

нов, 1964). Для некоторых элементов характерно образование в во­

1966; Черников, Корсакова, 1966; Ganeev, 1963). В присутствии ионов, участвующих в комплексообразовании (Cl~, F- , СО§", РО|~,

>• Pb (IV) (Баженов, 1964; Крайнов и др., 1966; Удодов, Шварцев, 1969; Щербина, 1956 и др.). Даже Na способен образовывать ком­

металлы мигрируют в виде гидросульфидных комплексов типа [Me*+(HS)raP “ 71 (Ходаковский, 1966). Взвеси и коллоиды нередко образуются за счет механического истирания химически устойчивых минералов. Так, например, в нейтральных и кислых водах в таком состоянии могут мигрировать Sn, W и Be (Douset, 1964). Легкогидролизующиеся элементы, такие, как А], Ti, Ga, Fe, Mn, Ni, при изменении условий миграции часто могут образовывать осадки, которые переносятся потоком в коллоидном или взвешенном состо­ янии. Кроме того, многие элементы (Сг, Р, Ga, V, Zn, Pb, Cu, Ag, As, Sb,Hg) интенсивно сорбируются в воде коллоидами или взвесями (Глаголева, 1959; Морачевский, Шипунова, 1960; «О соотношении жидкой...», 1965 и др.). Химические соединения Mn, V, Ті и др.

* В скобках указана степень окисления элемента.

6

могут образовывать собственные коллоиды и, помимо того, они могут в значительной мере адсорбироваться коллоидами других соедине­ ний. Последние в связи с этим коагулируют и выпадают в осадок (Алекин, Моричева, 1960, 1962 и др.).

По способности к сорбции органическим веществом элементы можно расположить в следующие ряды: Fe (II) <" Cu (II)-<U (VI) <<

глубокой циркуляции более характерно ионное состояние элементов; в грунтовых и особенно поверхностных водах преобладают механи­ ческие взвеси, коллоиды, а также сложные органо-минеральные ионы («Взаимодействие ионов...», 1968; Манская, Дроздова, 1964; Салаи, 1964 и др.).

О формах нахождения химических элементов в водах судят как на основании данных экспериментов, так и по результатам расчетов.

С помощью экспериментальных методов отделяют из растворов взвеси (простое отстаивание, фильтрование, центрифугирование. Глаголева, 1959; Горбунова, 1966; Лисицына, Глаголева, 1968; Пан­ телеев, 1959 и др.) и коллоиды (ультрафильтрация под давлением, ультрацентрифугирование, электрофорез, диализ. Дементьев, Сыро­ мятников, 1965; Лисицин, 1962; Серебрякова, 1964; Солодовникова и др., 1968 и др.), а в истинных растворах определяют знак заряда ионов (ионный обмен, электродиализ. Бугельский, 1966; Каншрцева, 1970; Крайнов, 1968; Певницкая и др., 1969; Разенкова, 1967; Рож­ кова, Серебрякова, 1957; Салдадзе и др., 1960 и др.).

Расчетным путем, исходя из содержаний элементов, измеренных pH, Eh, температуры и электропроводности вод, содержания неорга­ нических и органических комплексообразователей и известных табличных данных по окислительно-восстановительным потенциалам систем, произведениям растворимостей и константам нестойкости возможных комплексов получают сведения о степени окисления присутствующих в растворе элементов (Гаррелс, Крайст, 1968; Латимер, 1954; Павлов, 1971 и др.), насыщенности вод труднорас­ творимыми соединениями элементов, определяющей вероятность их выпадения в осадок (Краускопф, 19632; Онуфриенок, 1959 и др.), о возможных простых или комплексных ионах (Брусиловский, 1963; Дроздовская, Мельник, 1967; Летников, 1965; Пещевицкий и др., 1965; Шварцев, 1972; Яцимирский, Васильев, 1959; Krauskopf, 1969 и др.).

В некоторых работах совместно используются и те и другие методы определения форм нахождения элементов (Голева, 1968; Крайнов, 1968; Лисицин, 1962; Серебрякова, 1964; «Условия нако­ пления...», 1967 и др.). По нашему мнению, только такой подход дает возможность составить наиболее полное и правильное предста­ вление о формах нахождения элементов в природных водах. Именно

7

Как видно из приведенного обзора, к настоящему времени нако­ пилась обширная литература по гидрогеохимии и гидрогеохими­ ческим поискам. Тем не менее многие важные вопросы, такие, на­ пример, как условия образования водных потоков рассеяния рудной минерализации, интерпретация гидрогеохимических аномалий, поис­ ковые гидрогеохимические критерии в разнообразных геохимических ландшафтах и некоторые другие, остаются до сих пор недостаточно

Рис. 1. Схема расположения участков гидрогеохимических исследований

Участки детальных работ: I — Степной (Степное месторождение), II — Березовогорский (Березовогорское рудное поле с Тушканихинским и Майским месторождениями), III — Сугатовский (Сугатовское рудное поле с Сугатовским и Сургутановско-Тупицинским место­ рождениями), IV — Петровский (Семеновское рудное поле с Западно-Петровским, Петровским и Семеновским месторождениями), V — Кызыл-Чинский (Кызыл-Чинское и Чаган-Узунское месторождения). Отдельные рекогносцировочно-обследованные месторождения: 1 — Золо­ тушинское, 2 — Николаевское, 3 — Таловское, 4 — Змеииогорское, Среднее и Зареченское, 5 — Семеновское, 6 — Мурзихинское, 7 — Колыванское, 8 — Черепановское, 9 — разве­

дочный участок Крючки, 10 — Синюхинское

разработанными. Одной из основных причин этого является, на наш взгляд, недостаточная комплексность и детальность исследо­ ваний, обычно посвященных узкому кругу вопросов, при решении которых не учитываются многие важные природные факторы. Кроме того, проведению поисковых гидрогеохимических работ в каждом конкретном районе должны предшествовать детальные комплексные опытно-методические исследования на характерных для этого района месторождениях. Только установив поисковые гидрогеохимические критерии для конкретного района, можно надеяться на надежные результаты при гидрогеохимической съемке в нем.

В связи с изложенным нами были поставлены и выполнены на ряде месторождений Алтая комплексные исследования, вклю­ чающие изучение фоновых вод и водных потоков рассеяния, устано­

8

вление форм нахождения элементов в природных водах. При этом мы стремились показать не только особенности состава и строения водных (и связанных с ними «иловых») потоков рассеяния, но и рас­ крыть механизм их формирования в зависимости от конкретных геологических и ландшафтных условий и дать рекомендации по при­ менимости гидрогеохимического метода поисков в различных районах Алтая.

Работа выполнена в отделе геохимии редких элементов Института геологии и геофизики СО АН СССР, возглавлявшемся членом-корр. АН СССР Ф. Н. Шаховым, в период с 1959 по 1970 г. Было изучено 20 сульфидных месторождений Западного и Юго-Восточного Алтая, хорошо охарактеризованных в геолого-минералогическом отношении (рис. 1). В пределах Западного Алтая детально изучены Березово­ горское рудное поле (Майское и Тушканихинское месторождения), Степное месторождение, Сугатовское рудное поле (Сугатовское и Сургутановско-Тупицинское месторождения), Семеновское рудное поле (Западно-Петровское, Петровское и Семеновское месторожде­ ния). Кроме того, были опробованы воды в пределах отдельных месторождений: Золотушинского, Николаевского, Таловского, Змеиногорского, Среднего, Зареченского, Мурзихинского, Колыванского, Черепановского, разведочного участка Крючки. На тер­ ритории Юго-Восточного Алтая детально изучен район КызылЧинского и Чаган-Узунского месторождений, а в северной части Алтая опробованы воды Синюхинского месторождения. Перечислен­ ные месторождения различаются составом сульфидных руд и рудо­ вмещающих пород, характером рудных выходов, мощностью пере­ крывающих рыхлых образований, природными ландшафтными особенностями.

Всего за время работы было обследовано 735 водопроявлений, из них 58 в картировочных скважинах. Проведено 348 общих хими­ ческих анализов воды и 302 химических определения микрокомпонен­ тов. Спектральному приближенно-количественному и количествен­ ному анализам подвергнуты 1352 водных концентрата, приготовлен­ ных выпариванием («сухие остатки»), 606 — по методу ТПИ и 198 — по методу ВИТР — ЛТИ, а также 862 пробы донных осадков. Кроме того, часть проб была изучена методами ИК-спектроскопии и рент­ геноструктурного анализа, пламенной фотометрии, а также исследо­ вана на органическое вещество. Анализы отобранных проб кроме автора выполняли в лабораториях ИГиГ, ИНХ, ТПИ, ВСЕГИНГЕО, РАЗ ЗСГУ и других организациях 1.

техники разведки, ВМО — Всесоюзное минералогическое общество, ВСЕГЕИ — Всесоюзный научно-исследовательский геологический институт, ВСЕГИНГЕО— Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной

9