CC BY
16
УДЕ 556.814
ГЕОХИМИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОЛЬХОВСКО-ЧИБИЖЕКСКОГО
РУДНОГО РАЙОНА
Дутова Е.М., Бернатонис В.К.
В работе рассматриваются гидрогеохимические условия Ольховско-Чибижекского рудного района. Показаны закономерности изменчивости состава вод, определяющиеся гидродинамической обстановкой, характером водовмещаюгцих пород и минералогическими особенностями руд. Оценены формы водной миграции ряда химических элементов и равновесность вод с различными минералами/
Введение
Гидрогеохимические поиски месторождений и разработка мероприятий по охране вод от загрязнения базируются на углубленном анализе геохимии подземных вод, В Ольховско-Чибижекском рудном районе эти проблемы решались нами на основе изучения гидрогеохимических условий и особенностей водной миграции и концентрирования химических элементов в подземных водах региона и золоторудных месторождений. Фактической основой работы являются материалы гидрогеохимической съемки масштаба 1:50000 на площади 100 км2 [1] (рис о 1) и детальных гидрогеохимических и минералогических исследований, выполненных на рудных объектах [2]. Гидрогеохимическое опробование родников, скважин, горных выработок и мелких водотоков проводили в летнюю межень, когда речной сток практически полностью сформирован подземными водами и химический состав воды мелких рек отражает состав подземных вод. В каждой точке опробования определяли макро- и микрокомпонентный состав воды. Микрокомпоненты из концентратов ТПИ анализировали эмиссионным спектральным способом, а золото из концентратов на активированном угле - нейтронно-активационным. Определение рН и анализ быстро меняющихся компонентов проводили непосредственно у водо-пунктов, а общий химический анализ воды выполняли в течение суток после отбора проб в стационарной полевой лаборатории. Для идентификации гипергенных минералов в окисленных рудах и осадках вод использовали рентгено-структурный, термический, электронно-микроскопический, электроногра-фический, химический и другие методы диагностики.
Общая характеристика объекта исследований Ольховско-Чибижекский рудный район расположен в северо-западных отрогах Восточного Саяна. Он охватывает западную часть Артемовской мега-антиклинали и ее южное сочленение с Кизирской синклиналью. На западе район граничит с краевой зоной Минусинского наложенного прогиба. Основным структурным элементом района является Чибижекская антиклиналь широтного простирания, в ядре которой выступают карбонатные образования чибижекской свиты нижнего кембрия, а крылья сложены эффузивными и пе-счано-сланцевыми породами осиновской свиты среднего и верхнего кембрия (рис.1). Складчатая структура осложнена многочисленными разрывными нарушениями. Самым крупным среди них является разлом, приуроченный к сводовой части антиклинали и падающий на юг под углом 60-75°. В его висячем боку развита система оперяющих крутопадающих разрывов северо-вос-366
Рис.1. Схема геологического строения Ольховско-Чибижекского рудного района (по НТ Дубинину и АМ.Хазагарову ).
I - четвертичные аллювиальные отложения; 2 - порфириты» туфы и туфоконгломе-раты кизирской свиты; 3 - кислые эффузивы, туфоконгломераты и прослои известняков верхней подсвиты осиновской свиты; 4 - глинистые сланцы и аргиллиты нижней подсвиты осиновской свиты; 5 - известняки, доломиты, сланцы и мраморы балахтисонской (чибижек-ской) свиты; 6 - граниты Ольховского интрузивного комплекса (Шиндинский плутон); 7 -плагиограниты того же комплекса; 8 - диориты, кварцевые диориты и гранодиориты того же комплекса; 9 - стратиграфические контакты и границы интрузивных тел; 10 - границы разновидностей интрузивных пород и подсвит; 11 - дизъюнктивы прослеженные; 12 - дизъ-юнктивы предполагаемые; 13 - золоторудные месторождения и проявления (I - Ольховское; 2 - Медвежье; 3 - Константиновское; 4 - Тарчинское; 5 - Лысогорское; 6 - Кулемное; 7 - Чазан-ское; 8 - Неожиданное; 9 - Безводное; 10 - Снегиревское; 11 - Безымянное); 14 - граница площади гидрогеохимических исследований
точного и северо-западного простираний. Эффузивно-осадочная толща прорывается интрузивными образованиями, представленными древними дайками порфиритов и породами Ольховского интрузивного комплекса (диоритами, кварцевыми диоритами, гранодиоритами, плагиогранитами и гранитами). Гранитоидная интрузия сопровождается жильными дериватами - аплитами и пегматитами. Район характеризуется развитием кварцево-жильного и мета-соматического сульфидного золотого оруденения [3]. Кварцевые жилы, реже штокверково-жильные зоны с умеренным содержанием сульфидов (пирротина, халькопирита, пирита) развиты преимущественно в терригенно-вулкано-генных и интрузивных породах. Околожильные изменения этих пород выражены в их березитизации. На контакте интрузивных пород и карбонатных отложений сформированы метасоматические залежи, в которых установлены карбонатно-гематитовые (внешняя зона), карбонатно-гематитово-сульфид-ные и существенно сульфидные (внутренняя зона) руды.
В орографическом отношении район находится в условиях перехода от среднегорья к низкогорью и характеризуется горно-таежным ландшафтом. Среднее количество атмосферных осадков составляет 680 мм/год, среднегодовая температура воздуха - (1,5°С), средняя температура подземных вод, по нашим данным - 6,5°С. Продуктивность ландшафтов таких территорий может
обеспечить значительное поступление углекислоты при разложении органического вещества почвенных горизонтов. Содержание С02 в водах изменяется от
4,4 до 17,6 при среднем значении 5,2 мг/дм3 (табл. 1). Интенсивность водообмена в целом достаточно высокая и в зависимости от характера рельефа изменяется в значительных пределах. Рассчитанное нами среднее значение модуля подземного стока составляет 7 л/скм2, а уклон водной поверхности - О ДОЗ.
Таблица1
Химический состав подземных вод зоны региональной трещиноватости
Компоненты Единицы измерения Водовмещающие породы
все типы пород в целом интрузивные вулкано-генно-оса-д очные Карбонатные
минимальное максимальное среднее среднее среднее
Температура °С 4,0 20,0 6,5 7,0 7,0
Общая минерализация мг/дм3 44,3 396,0 71,0 81,5 238,7
Общая жесткость мг- экв/дм3 0,15 5,10 0,59 0,75 3,00
рН 5,80 8,40 6,99 6,91 7,76
НС03" мг/дм3 24,0 305,0 48,9 54,3 181,7
СГ 3,5 10,7 7,1 7,1 3,5
БО/" <1,0 16,0 <1,0 <1,0 <1,0
Са2+ 4,0 68,0 9,5 10,0 41,4
мё2+ од 25,6 1,2 2,6 11,4
№++К+ 0,1 16,1 7,8 7,6 3,0
Ре общ. 0,01 0,50 0,08 0,01 0,01
С02 св. 1,5 17,6 5,2 5,2 5,2
о2 <1,0 12,0 6,7 4,8 5,5
А и мкг/дм^ <0,0005 0,0200 0,0020 0,0024 0,0043
РЬ 0,40 6,67 1,31 1,92 1,94
Си 0,27 9,33 1,01 1,27 1,11
Ъа 10,66 400,00 33,96 96,16 31,71
н 0,40 2,66 0,80 0,99 0,89
№ 0,01 130,30 3,96 5,60 6,59
В а 0,93 106,60 1,00 1,00 1,00
Ве 0,01 2,66 0,23 0,36 0,17
Мо 0,01 0,67 0,01 0,09 0,14
Бг 1,00 66,70 39,81 17,26 32,66
Ъ 0,40 133,30 4,47 20,89 3,64
Мп 0,67 266,70 6,25 11,48 14,49
ва 0,27 79,00 0,82 0,48 0,78
У 0,06 2,66 0,72 0,76 0,06
Число анализов 106 39 18 49
В пределах района исследований наибольшим распространением пользуются воды зоны региональной дезинтеграции пород и зон тектонических нарушений» Максимальная глубина развития зоны экзогенной трещиноватости составляет 50-80 м. В разрывных нарушениях и зонах развития карста воды циркулируют на глубинах до 100 и более метров. Основная разгрузка подземных вод осуществляется в местную речную сеть.
На территории района нами изучены трещинно-карстовые воды карбонатных отложений чибижекской свиты, воды зоны трещиноватости вулканоген-но-осадочных образований осиновской свиты и воды зоны трещиноватости интрузивных пород. Воды карбонатных и карбонатно-терригенных отложений чибижекской свиты разгружаются на низких гипсометрических уровнях (500 - 600 м) в долины р. Чибижек и нижних течений ее притоков. Воды вулкано-генно-осадочных образований дренируются на гипсометрических уровнях 600-800 м верховьями крупных притоков р.Чибижек 1-го и 2-го порядков. Изученные воды интрузивных пород разгружаются, в основном, в долины притоков р.Чибижек 3-го и 4-го порядков на гипсометрических отметках 550-650 м.
Водообильность пород изменчива. Наибольшей водообильностью характеризуются карбонатные отложения, в пределах развития которых дебиты родников колеблются от 0,1 до 200-400 л/с. Менее водообильны вулканоген-но-осадочные и интрузивные образования. Дебиты родников варьируют здесь от 0,05 до 0,5 л/с и лишь по периферии интрузивных массивов, где водообильность пород несколько повышается, увеличиваются до 5-8 л/с.
Химический состав подземных вод
Подземные воды района по химическому составу достаточно разнообразны. Воды карбонатных отложений, в основном, гидрокарбонатные кальциевые, реже кальциево-магниевые, пресные. Для них характерны максимальная минерализация (обычно от 200 до 300 мг/дм3) и высокая концентрация макрокомпонентов: кальция - от 40 до 68 мг/дм3, гидрокарбонат-иона - от 170 до 207 мг/дм3, магния - от 6 до 19 мг/дм3, углекислоты - от 4 до 17,6 мг/дм3. Воды нейтральные и слабощелочные - рН от 6,9 до 8,4. Общая жесткость вод изменяется от 2,9 до 4,7 мг-экв/дм3, Воды алюмосиликатных образований, в основном, ультрапресные с минерализацией до 100 мг/дм3 и в меньшей степени обогащены химическими элементами, нежели воды карбонатных пород, Обычно они слабокислые и нейтральные (рН от 6,0 до 7,3). Их общая жесткость изменяется от 0,15 до 1,4 мг-экв/дм3. Для них характерно повышенное содержание натрия (от 2,3 до 16,1 мг/дм3), низкие концентрации гидрокарбо-нат-иона (от 24 до 86 мг/дм3) и кальция (от 4 до 20 мг/дм3). В дополнение к изложенному, следует отметить специфику поведения петрогенных элементов в водах различных образований. В водах алюмосиликатных пород петрогенные элементы имеют тесную корреляционную связь друг с другом, и характер их взаимосвязи отражает состав водовмещающих коллекторов, в то время как в водах карбонатных отложений связи этих элементов менее значимы, либо вообще отсутствуют. Например, в водах интрузивных пород выявлены тесные корреляционные связи между содержаниями кальция и магния, кальция и железа. Это, по-видимому, связано с единым источником поступления элементов в воды алюмосиликатных образований, а также однотипным характером их поведения в процессе миграции, чего нельзя, вероятно, сказать о по-
движности элементов в водах карбонатных пород. Установлены также различия в поведении рудогенных элементов. Для вод карбонатных образований характерны высокие средние содержания Аи, РЬ» N1, Мп, а вулканогенно-оса-дочных - Си, Ъп, Ag, Ве, Т1 (табл. 1). В водах интрузивных пород большинство рудогенных элементов имеют друг с другом тесные положительные корреляционные связи. Например, содержания золота в этих водах хорошо коррели-руются с концентрациями широкого комплекса элементов (Си, AgJ> N1» Ва, Аз» 8п, Мо, Т1, Ег, V, &а, Мп). В целом подземные воды района являются типичными представителями вод таежной зоны Саянского региона [4], отличаясь от последних повышенными содержаниями золота и серебра.
Существенно иной состав имеют подземные воды в пределах рудных месторождений. Сульфидные руды, окисляясь, изменяют среду миграции, понижают рН и поставляют в воды значительные количества сульфат-иона и рудных элементов, хорошо мигрирующих в кислых средах. Рудничные воды характеризуются пестротой состава, появляются несвойственные для данной климатической зоны их геохимические типы, резко возрастают концентрации практически всех элементов. На каждом конкретном месторождении проявляются свои особенности, обусловленные гидродинамической обстановкой, составом пород и руд [2]. Например, на Ольховском месторождении, находящемся в условиях относительно слабой интенсивности водообмена и характеризующемся исключительно высоким содержанием сульфидов в рудах и преобладанием химически активных карбонатных образований над химически относительно слабоактивными силикатными горными породами, преимущественным развитием пользуются гидрокарбонатно-сульфатные, сульфатно-гидрокарбонатные воды с различным катионным составом и с общей минерализацией от 223 до 9655 мг/дм3, величиной рН от 2,35 до 8, содержанием сульфат-иона от 10 до 2700 мг/дм3 и хлора от 9,2 до 3550 мг/дм3. Рудничные воды месторождения содержат большой комплекс микрокомпонентов в повышенных количествах (мкг/дм3): РЬ - до 190; Си - до 67,87; Ш - до 19; Аз - до 6787; 8Ь - до 7,97; 8п - до 1,21; Ва - до 740; Аи - до 118,1 (табл. 2).
В пределах Константиновского месторождения, находящегося в условиях более интенсивного водообмена и характеризующегося значительным распространением карбонатных пород, а также менее сульфидными рудами, химический состав подземных вод отличается относительно пониженными содержаниями макро- и микрокомпонентов и меньшей кислотностью (табл. 2).
Высококонтрастные пространственные изменения химического состава вод достаточно локальны и ограничены объемами месторождений. Это обусловлено, по нашему мнению, особенностями миграции и концентрирования химических элементов в подземных водах.
Водная миграция ш концентрирование химических элементов
Методы химической термодинамики являются весьма эффективным инструментом изучения гидрогеохимических процессов. Они активно разрабатывались и успешно применялись многими авторами [4-8]. Нами они использованы для получения представления о формах миграции химических элементов и о способности вод к минералообразованию.
Оценку равновесности вод с алюмосиликатными минералами проводили путем нанесения данных состава вод, контролирующих то или иное минеральное равновесие, на построенные по методике Р.М. Гаррелса и Ч.Л. Крайста ди-370
Таблица 2
Химический состав подземных вод золоторудных месторождений
Компоненты Едини- Ольховское месторождение Константиновское
цы месторождение
изме- среднее мини- макси- Сред- мини- макси-
рения мальное мальное нее мальное мальное
Температура °С 3,48 2,80 4,20 4,27 3,50 5,00
рН 7,08 2,35 8,00 7,38 6,20 8,20
ЕЬ мВ + 251,4 + 80,0 +690,0 + 77,3 +40,0 + 170,0
НС03" мг/дм' 252,4 24,4 414,8 135,4 47,6 219,6
С1 50,5 9,2 3550,0 14,0 10,6 22,7
Б042' 136,0 10,0 2700,0 11,4 4,0 28,5
Са2+ 82,0 39,7 600,0 32,9 14,4 50,0
25,9 7,8 122,0 8,5 2,4 25,6
На+ 56,5 1,6 2420,0 16,7 0,5 44,6
Ре2+ 3,88 2,79 33,48 3,30 2,80 4,50
0,97 0,30 200,00 0,42 0,30 0,50
СОт св. 30,80 4,40 110,00 7,39 3,96 1 1,44
Аи мкг/дм"' 64,7 19,7 118,1 85,4 19,7 256,1
РЬ 29,8 9,8 190,0 11,6 0,8 25,6
Си 5,63 0,37 67,87 2,39 0,55 6,25
А» 0,52 0,10 268,00 0,31 0,04 0,54
N1 3,75 0,98 19,00 0,72 0,51 1,25
Ав 35,30 3,71 6787,00 8,01 2,67 18,75
БЬ 6,92 5,30 7,97 11,98 7,67 16,28
Бп 0,59 0,29 1,21 0,24 0,15 0,34
Бг 110,9 32,2 268,0 46,1 16,5 77,6
Ti 2,41 0,53 6,08 1Д1 0,46 2,13
Ва 138,40 1,59 740,00 30,80 3,29 62,50
Мп 175,4 1,6 642,0 39,5 4,1 130,0
Число анализов 22 15
аграммы полей устойчивости конкретных минералов. С использованием программного комплекса Нус1гоОео, разработанного М.Б.Букаты [8], рассчитывали показатели состояния системы "вода-порода" (индексы неравновесности) для широкого спектра минералов (силикатов, карбонатов, сульфатов, хлоридов, окислов и гидроокислов). Химические составы фоновых (средние) и рудничных вод, использованные для проведения физико-химических расчетов, приведены соответственно в таблицах 1 и 3.
Результаты расчетов комплексообразования, приведенные в таблице 4, показали, что миграция макрокомпонентов в водах осуществляется преимущественно в виде собственных незакомплексованных ионов, доля которых для натрия составляет 98,2-99,9; магния - 92,8-99,4; кальция - 87,7-99,4%. Роль комплексных соединений в миграции этих макрокомпонентов весьма невелика. Как прави-
Таблица 3
Химические составы рудничных вод (мг/дм3), для которых проведены физико-химические расчеты
Компоненты Воды месторождений
Ольховского Константиновского
Ма+ 2420,0 57,3 6,0 26,4 , 9,0 30,4 44,6
122,0 18,5 19,0 48,6 0,1 7,3 25,6
_____________ ^600,0 39,7 57,7 128,3 14,4 50,0 36,2
33,480 3.348 4,400 5,580 1_ 2,800 0,010 4,500
Ре" 200,000 0,500 0,300 2,800 0,300 0,010 0,300
0,100 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001
Мгг+ 0,068 0,028 0,026 1,010 0,073 0,004 0,130
|Сиг+ 0,0679 0,0096 0,0080 0,0016 0,0018 0,0024 0,0015
ггг+ " 0,0204 0,0010 0,0010 0,0010 0,0010 0,0240 0,0010
РЬ7" 0,0290 0,0285 0,5360 0,0200 0.0037 0,0008 0,0103
НСОз" Г 24,4 ' 158,6 207,4 400,0 35,1 207,4 219,6
сг 3550,0 24,8 14,2 27,7 17,7 14,2 73,8
2700,0 128,0 50,0 220,0 8,0 28,5 12,0
ГКТ- 0,5 0,1 -1 0,1 0,1 0,1 ^ 0,1 0,1
ФК2 5,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
__| 2,4 г 6,2 8,0 7,7 7,7 6,2 8,2
Минерализация 9650 431 359 859 87 338 417
ло, только десятые доли процента от валового количества натрия мигрируют в виде комплексных соединений. Несколько большие значения приобретают комплексные соединения в миграции магния и кальция. На долю комплексных соединений магния приходится от 0,6 до 7,2%, а кальция - от 0,6 до 12,3% их валового содержания. Минимальная доля комплексных соединений этих элементов (менее одного процента), представленных преимущественно гидрокарбонатными соединениями, характерна для фоновых вод алюмосиликатных пород. В водах карбонатных отложений и в водах рудных месторождений доля комплексных соединений возрастает. В первом случае они представлены гидрокарбонатными комплексами, а во втором - зачастую сульфатными и даже хлоридными.
Формы миграции микрокомпонентов более разнообразны. Закисное железо мигрирует, главным образом, в виде собственных ионов. На долю комплексных соединений приходится от 0,9 до 12,9% его валового содержания. Они представлены гидрокарбонатными и карбонатными комплексами. Кроме того, в ультрапресных фоновых водах в заметных количествах появляются фульватные, а в водах месторождений - еще и сульфатные комплексы.
Значительную роль незакомплексованные ионы играют также в миграции марганца и цинка. На их долю приходится соответственно от 45 до 95% и от 47 до 97%> валового содержания этих элементов. Среди комплексных соединений марганца и цинка преобладают гидрокарбонатные и карбонатные формы. В водах месторождений появляются сульфатные комплексы марганца (0,4-14,3%) и цинка (ОД-5,6%).
Миграция окисного железа, меди и свинца в подземных водах района (за исключением кислых рудничных вод) осуществляется преимущественно в виде комплексных соединений. Преобладающими в миграции окисного железа яв-
ляются гидроксидные и карбонатые соединения, свинца - гидроксидные, гидрокарбонатные, карбонатые и фульватные, меди - карбонатые, гидрокарбонатные и фульватные. Причем в миграции свинца и тем более меди фульватные комплексы играют важную роль. Они преобладают в ультрапресных водах.
Таблица 4
Соотношения форм миграции химических элементов в подземных водах, %
Формы миграции Элементов Фоновые воды горных пород Воды месторождений
интрузивных Вулканно-генно- осадочных Карбонатных Ольховского Константмновского
ГМа1 99,9217 99.9220 99,6655 98,2197 99,7536 99,5205 99,3230 99,9116 99,8694 99,5718
МаС03~ 0-00015 0,00013 0,00407 0,00000 0,00002 0,00745 0,00089 0.00013 0,00003 0,01127
МаС1 0,00268 0,00260 0,00122 0,73922 0.00824 0,00466 0.00824 0.00650 0,00481 0,02430
Ма504 0,00016 0,00015 0,00013 1,04108 0,15450 0,05791 0,20227 0,01219 0,03536 0,01422
НаИССЬ 0,07536 0,07514 0.32906 0,00001 0,08367 0,40948 0,46566 0,06962 0,09045 0,37843
мЕ* 99,3963 99,4269 97,5023 92,7754 96.7720 95,7766 94,3177 99.1681 98,7057 96,4144
м§нсо3+ 0,54189 0,52388 2,16035 0,00004 0,55492 2,67153 2,72566 0,50553 0,61007 2,46592
мёсо3 0,01059 0,00838 0,23945 0,00000 0,00144 0,43202 0,04203 0,00925 0,00166 0,64797
М8(НСОЗ)2 0,00456 0,00439 0,07957 0,00000 0,00592 0,14056 0,16341 0,00420 0,00675 0,11712
М§БО4 0,00387 0,00339 0,00268 5,26099 2.62351 0,95306 2,71548 0,26529 0,64570 0,23960
м§сг 0.01326 0,01246 0,00552 1,78791 0,03731 0,02074 0,03293 0,03219 0,02213 0,10805
МаСЬ 0,00000 0,00000 0,00000 0,17503 0,00004 0,00001 0,00004 0,00003 0,00001 0,00036
MgГK 0,00417 0,00344 0,00154 0,00042 0,00131 0,00102 0,00050 0.00318 0,00127 0,00132
MgФK 0.02534 0,01716 0,00862 0,00019 0,00355 0,00449 0,00228 0,01223 0,00676 0,00527
1^(ФК)22- 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000
Са2+ 99,3584 99,3957 97,2941 87,6663 93,5162 94,2910 91,0540 98,8391 97,9081 95,7035
СаНС03+ 0,56158 0,54295 2,23492 0,00004 0,55623 2,72806 2,72936 0,52269 0,62772 2,53903
СаСОз 0,01980 0,01567 0.44700 0,00000 0,00252 0,77112 0,07357 0,01697 0,00302 1,17236
Са804 0.00803 0,00704 0,00556 11,87560 5,90572 2,19403 6,13002 0,58351 1,44111 0,54556
СаСГ 0,00332 0,00312 0,00138 0,42500 0,00884 0,00501 0,00779 0,00795 0,00542 0,02639
СаС12 0,00000 0,00000 0,00000 0,03093 0,00001 0,00000 0,00001 0,00001 0,00000 0,00007
СаГК 0,01658 0,01368 0,00611 0,00184 0,00567 0,00454 0,00216 0.01339 0,00543 0,00579
Са(ФК)2"~ 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0.00000 0,00000 0,00000
СаФК 0,03226 0,02184 0,01096 0,00027 0,00485 0,00627 0,00313 0,01638 0,00918 0,00729
Мп2+ 94,5422 94.9965 65,9226 76,9316 87,2879 52,1536 71,6598 94,0646 93.1536 45,5821
МпСГ 0,02035 0,01921 0,00603 1,98538 0,04951 0,01656 0,03668 0,04698 0,03162 0,07612 1
МпСЬ 0,00021 0,00020 0,00003 6,60142 0,00192 0,00037 0,00144 0,00131 0,00067 0,00848
МпС03 1,44688 1,15059 23,26240 0,00000 0,19048 34,60570 4,69740 1,27774 0,22908 44,91820
МпНС03+ 3,79594 3,68629 10,75720 0,00021 3,88786 11.32120 16,11610 3,62493 4,39524 8,98617
Мп504 0,01206 0,01062 0,00595 14,32480 8,53565 1,87798 7,46574 0,86699 2.13439 0,40331
МП(504)22~ 0,00000 0,00000 0,00000 0,14830 0,00425 0,00036 0,00605 0,00003 0,00023 0,00002
МпГК 0,08467 0,07018 0,02220 0,00764 0,02821 0,01338 0,00907 0,06812 0,02760 0,01472
МпФК 0,09772 0,06644 0,02363 0,00065 0,01424 0.01091 0,00774 0,04931 0.02756 0,01094
Мп(ФК)?"" 0,00002 0,00001 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00001 0,00000 0.00000
Ре2+ ' 98,9253 99,0705 93,3060 97,0925 98,4570 89,5049 94,2697 99,0397 98,9937 87,1413
РеШ3 0,17417 0,13804 3,78778 0.00000 0,02328 6,42061 0,66807 0,15019 0,02689 9,38386
РеНС03+ 0.57737 0,55883 2,21322 0,00004 0,60181 2,66085 2,90351 0,53908 0,65298 2,37711
Ре(НСОз)2 0.03341 0,03225 0,56073 0,00000 0,04726 1.03215 1,28335 0,03193 0,05203 0.82279
Ре804 0,00090 0,00079 0,00060 !,50750 0,79760 0,26842 0,81795 0.07032 0,17927 0.06254
Ре(ФК) 0,26985 0,18288 0,08826 0,00213 0,04125 0,04804 0,02613 0.13523 0.07591 0,05392
Ре(ФК)22" 0,00014 0,00008 0.00002 0.00000 0,00001 0,00001 0,00000 0.00004 0,00002 0.00001
РеС12 0.00000 0,00000 0,00000 0,00032 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000 0,00000
18 16 14 5h 12
К
<3 8
m б 4 2 О
——___.^шсртаг [
\ Са-штмфишюниг
• ! \ » ! • V i
ф\ \ i
кашйниг \ \
П0ШГ 1 [\
6
5
4-
i
■ з-
i
1-o-
гиббсиг
UHM
а
«Н&ОЛ
-з
-2
18 16 14
^12-jsbo-
о 8
SP 6 4 2 0
Ашрют
С^-ШНШфШШОШГ
Нашвдшю шшщш Poof 1Ж.
;Ккшнит .
2 4 6
ÜPalPl
8
Рцс. 2. Диаграммы равновесия в системе вода-алюмосиликаты при стандартных условиях и среднем составе подземных вод Ольховско ~ Чибижекского района:
а - система HCl - H2Ö - А1203 - С02 - СаО - Si02; б - система HCl - Н20 - Al2Os - С02
- K2Ö - Si02; в - система HCl - H2Ö ~А1203 ~ С02 - MgO - S/0<>; г - система HCl - Я20 ~А1203
- С02 - Na2Ö - СаО Siö2 при lg[H4Si04] = -3,5. Границы растворимости: 1 - кварца; 2 ~ аморфного кремнезема
с я положение точки в поле этого минерала. В свою очередь, положительные значения индексов неравновесности свидетельствуют о способности системы к образованию тех или иных минералов, а отрицательные - к их разрушению. Исходя из этого, можно сделать вывод, что все изученные воды района крайне недонасыщены относительно первичных алюмосиликатов (микроклина, анортита, йльбита, мусковита), хлоридов (сильвина, карналлита, хлоромагне-зита), сульфатов (ангидрита, меркаллита, кизерита, тенардита, мирабилита, целестина), ряда вторичных алюмосиликатных минералов (хлорита, Na-, К-
Таблица 5
Степень насыщения вод к минералам „
(значения индексов неравновесности минералов)
| Минералы Фоновые воды горных пород Воды месторождений
интрузивных Вулка- ноген-но-оса- дочных карбонатных Ольховского Константинове- кого
■• ■ ■ Гщроокислы и окислы
Гиббсит - А1(ОН)з 12,5 11,9 17,5 -18,1 6,1 18,5 11,2 12,3 6,4 " 20,0
Гематит - Ре20з 39,5 33,€ 49,5 -15,9 31,3 55,1 44,9 42,6 24,1 58,0
Гётит - РеООН -3,7 -6,6 1,3 -31,6 -8,0 3,9 -1,2 -2,2 -11,6 5,4
Брусит - М§(ОН)2 -21,2 -19,7 -15,5 -39,8 -22,9 -14,6 -18,4 -24,0 -23,6 -13,3
Карбонаты
Арагонит - СаСОз -5,2 -5,3 -0,5 -21,6 -5,7 0,4 -1,1 -4,9 -5,3 0,4
Кальцит - СаСОз -4,8 -5,0 -0,2 -21,2 -5,3 0,8 -0,7 -4,5 -4,9 0,7
Доломит -СаМ8(ТО3)2 -12,6 -11,1 -2,6 -45,1 -12,4 -0,6 -3,4 -15,0 -12,8 ОД
Сидерит - РеСОз -6,4 -8,4 -2,7 -20,1 -3,7 2,3 0,3 -2,0 -9,3 2,8
Магнезит - М§СОз -14,7 -13,0 -9,3 -30,8 . -14,1 -8,3 -9,7 -1.7,4 -14,8 -7,6
Витерит - ВаСОз -14,9 -15,1 -11,7 -30,2 -11,1 -4,4 .-9,1 -11,4 -14,5 -6,7
Смитсонит - гпСОз -7,9 -7,1 -4,8 -29,1 -13,4 -7,7 -9,9 -11,6 -10,0 -7,3
Церусеит - РЬСОз -2,7 -2,5 0,9 -20,3 -1,3 7,3 1,8.. -1,6 -4,8 " 3,8
Малахит -Си2С03(0Н)2 -11,3 -11,4 -4,6 -46,7 -12,9 0,8 -9,5 -10,4 -15,3,, -1,2
Родохрозит - МпСОз -7,6 -7,3 -3,7 -25,9 -8,1 -2,4 -1,1 -5,3 -9,9 -0,4
Стронцианит - 8гСОз -5,6 , -6,7 -2,7 -25,3 -11,1 -5,4 -7,7 -9,4 -11,0 . ; -5,0
Калицинит - КНСОз -18,9 -18,9 ; -19,0 -29,3 -20,4 -20,0 ; -18,6: -20,6 -20,3 -18,9
Несквегонит -М§С03*ЗН20 -15,0 -13,3 -9,6 -31,4 - -14,6 ; -8,9 -10,2 -17,8 : -15,3 -8,1
Термонагрит -На2С0з'Н20 -31,2 -30,5 -28,9 -38,7 -31,4 -24,9 -26,1 -30,1 -29,2 -22,6
Натрон - Ма2С03'10е20 -29,3 -28,5 -27,0 -36,9 -29,5 -23,0 -24,2 -28,1 -27,3 -20,7
Трона ~ ЫйзН(С0з)2-2Н20 -44,0 -42,8 -40,7 -54,0 -43,1 -34,5 -35,1 -42,2 -39,9 -31,4
Нахколит - NaHCOз -14,6 -14,1 -13,5 -17,1 -13,5 -11,5 -10,9 -14,0 -12.4 -10,6
Сульс )аты
Барит - Ва804 -8,7 -8,8 -9,0 4,2 3,8 3,8 2,6 -0,7 -1,1 -0,3
Ангидрит - Са804 -12,8 -12,8 -1 1,6 -и -4,7 -5,3 -3,3 -8,1 -5,8 -7,1
Гипс - Са8042Н20 -11,0 -11,0 -9,8 -2,8 -3,4 -1,5 -6,2 -4,0 -5,3
Целестин - 8г804 -10,4 -11,3 -10,9 -2,0 -7,3 -8,3 -7,2 -9,7 -8,7 -9,7
Англезит - РЬ804 -14,6 -14,2 -14,4 -4,2 -4,7 -2,7 -4,9 -9,2 -9,7 -8,1
Меркаллит - КН804 -43,9 -43,8 -47,5 -25,2 -35,7 -35,0 -37,2 -40,6 -37,5 -42,9
Кизерит - -25,8 -24,0 -23,9 -13,6 -16,3 -17,2 -15,2 -23,9 -18,6 -18,4
Окончание таблицы 5
Тенардит - №28О4 -30,7 -29,9 -31,9 -10,1 -22,2 -22,4 -20,2 -25,1 -21,6 -21,9
Мирабилит - Ма28 04ЮН20 -26,0 -25,2 -27,2 -5,2 -17,2 -17,4 -15,2 -20,3 -16,7 -17,0
Глауберит - Ма2Са(804}2 -44,0 -43,1 -43,9 -1 1,9 -27,6 -28.4 -24,3 -33,8 -28,0 -29,7
Хлориды
Сильвин - КО -21.2 -21,2 -23,6 -17 Л ' -21,6 -21,0 -21,6 -21,9 -22,1 -20,5
Карналлит - КМ.ЙС1з-6Н20 -53,1 -51,3 -54,9 -33,8 -48,6 -48,0 -47,7 -54,5 -51,1 -45,0
Хдоромагнезит -М*С12 -81,6 -79,8 -81,0 -67 Л -77,4 -78,5 -76,5 -82,7 -79,1 -74,8
монтмориллонитов) и карбонатов (витерита, калицинита, магнезита, нескве-гонита, родохрозита, термонатрита, натроны, троны, нахколита, смитсони-та), некоторых окислов и гидроокислов (аморфного кремнезема, брусита).
Подземные воды алюмосиликатных пород равновесны с гематитом, гиббситом, каолинитом и кварцем, а карбонатных - еще и с гетитом, монтмориллонитом и церусситом и близки к равновесию с кальцитом и арагонитом. Воды золоторудных месторождений равновесны или близки к равновесию с более широким спектром минералов. Так, например, воды Константиновско-го месторождения, на ряду с перечисленными минералами, равновесны также с сидеритом, церусситом, кальцитом, арагонитом и доломитом, а Ольховского, кроме того, еще и с малахитом и баритом, а в отдельных случаях и с гипсом. Все упомянутые минералы способны к выпадению из подземных вод, выводя из них соответствующие элементы. Интересно, что некоторые рассеянные элементы, такие, например, как РЬ и Ре, способны к более раннему по времени переходу из вод в минералогические формы, чем широко распространенные Са и Так, частота встречаемости вод, равновесных с церусситом и сидеритом, значительно выше, чем вод, равновесных с кальцитом или доломитом. Это же характерно и для сульфатов - воды, равновесные с баритом, встречаются гораздо чаще, нежели водыу равновесные с гипсом. Расчетные данные о минералообразующей способности подземных вод хорошо согласуются с результатами минералогических исследований, проведенных на золоторудных месторождениях района (табл. 6).
Основные выводы . .
1. В районе имеются условия для формирования широкого спектра геохимических типов подземных вод с разнообразным набором химических элементов, содержащихся в различных концентрациях. В фоновых условиях распространены пресные, нейтральные или слабощелочные гидрокарбонатные типы вод, характерные для таежной зоны Саянского региона в целом. В пределах рудных месторождениях развиты разнообразные типы вод. Это и сульфатно-гидрокарбонатные, и гидрокарбонатно-сульфатные, а иногда и сульфатные, нейтральные и кислые с повышенной минерализацией.
2. Расчетным путем установлены формы миграции 1Ча, М^, Са, Мл, Ре, Си, 7л1 и РЬ в подземных водах района. Сделан вывод о преимущественной миграции макрокомпонентов в водах в виде незакомплексованных ионов и о более разнообразных формах миграции микрокомпонентов. В водах месторождений, благодаря разнообразию формирующихся гидрогеохимических сред,
Таблица 6
Распространенность некоторых минералов в окисленных рудах месторождений золота [2]
Минералы Минералы эпохи формирования зоны окисления Минералы периода разработки месторождений
главные Второстепенные Редкие главные Второстепенные Редкие
Гидроокислы и окислы Гётит +
Гидрогетит + +
Лепидокрокит +
Гематит +
Гидрогематит +
Псиломелан +
Пиролюзит + +
Карбонаты Кальцит + +
Арагонит +
Церуссит +
Малахит + +
Азурит + +
Сульфаты Барит +
Англезит +
Гипс + +
Тетрагидрит -М§[804]'4Н20 +
Мелантерит - Ре[804]-7Н20 +
Розенит - Ре[804]4Ы20
Халькангит -Си[804]5Н20 +
Лангит - Си[(0Н)68 04]'Н20 +
Алюмосиликаты Гидромусковит + +
Гидрослюда (иллит) +
Хлорит +
Каолинит +
'Галлуазит + +
Монтмориллонит + +
Нонтронит +
Органические Кафегидроцианит- адРеССМбУгНзО] +
Ульмит +
Самородные Золото + .... +
значительно расширяются спектры форм миграции элементов и их миграционные возможности, которые ограничиваются способностью элементов к формированию вторичных твердых фаз.
3. Расчет равновесия подземных вод с горными породами показал, что все воды способны к образованию разнообразных вторичных минералов, лимитирующих водную миграцию элементов. Подземные воды регионального
распространения, как правило, способны к образованию окислов и гидроокислов железа, алюминия и марганца, каолинита и кварца, реже Са- и Mg-монт-мориллонитов, иногда церуссита. Подземные воды месторождений, наряду с упомянутыми минералами, зачастую равновесны с кальцитом, арагонитом, сидеритом, баритом, реже с доломитом, малахитом и даже с гипсом. Все эти минералы выводят из подземных вод соответствующие элементы, лимитируя уровень накопления последних в водах.
4. Одним из ведущих механизмов формирования состава подземных вод является их минералообразующая способность.
5. Результаты исследований могут быть использованы при гидрогеохимических поисках золоторудных месторождений и при обосновании экологических мероприятий по охране вод от загрязнения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дутова Е.М. Особенности геохимии подземных вод ряда золоторудных районов Алтае-Саянской складчатой области в связи с гидрогеохимическими поисками: Автореферат дис* канд. геол. - минер, наук. - Томск, 1989.-20 с.
2. Бернатонис В.К. Вторичная зональность золоторудных месторождений Ольховско-Чибижекского рудного района: Автореферат дис. канд. геол. -минер, наук. - Томск, 1983. - 20 с.
Зо Хазагаров А.М. Некоторые особенности локализации оруденения в Ольховском рудном поле (Восточные Саяны)// Геология рудных месторождений. - 1963. - № 3. - С. 92-96.
4. Шварцев C.JX. Гидрогеохимия зоны гипергенеза.. Изд. 2-ое, исправленное и переработанное.~М.: Недра, 1998.-431 с.
5. Крайнов С.Р., Швец В.М. Гидрогеохимия: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1992.- 463 с.
6. Зверев В.П. Гидрогеохимия осадочного процесса. - М.: Наука, 1993. -
184 с.
7. Колотов Б.А. Гидрогеохимия рудных месторождений. - М.: Недра, 1992,- 192 с.
8. Букаты М.Б. Рекламно-техническое описание программного комплекса HydroGeo / Номер гос. регистрации алгоритмов и программ во Всероссийском научно-техническом информационном центре (ВНТИЦ) № 50980000051
НЕ. - Мл ВНТИЦ, 1999.-5 с.
UNDERGROUND WATER GEOCHEMXSTRY OF OLKHVSKO-CHIBIZHEKSKY ORE REGION
Е.М. Dutova, V.K. Bernatonis
Hydrogechemical conditions of Olkhovsko - Chibizheksky ore región are under consideration. Regularities in changes of water composition caused by hydrodynamic environment, composition and structure of host rock, and miner-alogical peculiarities of ores are presented. Migration forms of a number of chem-ical elements and water equilibrium with various minerals has been assessed.
