Файл: Воротников, Б. А. Водные потоки рассеяния сульфидного оруденения Алтая и их поисковое значение.pdf

и лишь As и Mo, а особенно Ва — в больших количествах. Эти донные осадки по содержанию элементов очень похожи на донные осадки

из старой заброшенной штольни воды с расходом менее 0,1 л/с обра­ зуют поверхностный водоток. Протекая по рыхлым суглинистым образованиям, он увеличивает свой расход до 0,3—0,5 л/с, после чего теряется в отложениях р. Вавилонки. Формирующиеся в нем потоки рассеяния являются своеобразным дополнением аналогичных пото­ ков рассеяния Сугатовского месторождения. Кислые (pH около 4) сульфатные натриево-кальциевые рудничные воды СургутановскоТупицинского месторождения с минерализацией около 500 мг/л к концу водотока переходят в сульфатно-гидрокарбонатные каль­ циево-магниевые щелочные (pH около 8) с минерализацией около 200 мг/л. Воды потока характеризуются стабильно низким содер­ жанием хлора (3—5 мг/л) и фтора. Содержания микрокомпонентов, как и макрокомпонентов, по сравнению с водами Сугатовского месторождения здесь ниже, а образуемые ими потоки рассеяния отличаются заметно меньшей контрастностью и протяженностью (см. табл. 8). Более четкие потоки образуют SO|~ (особенно вели­ чина его отношения к Ca), Zn, Al, Mn, Со, Cu, Y, Fe. В донных осад­ ках более протяженные и контрастные потоки рассеяния формируют

Cu, Zn, Bi, Y, Pb, Ba, Co, Ni, Mo.

С учетом всего изложенного можно представить себе такую схему

(состав и структура руд, форма и условия залегания рудного тела, литологический состав и трещиноватость умещающих пород, а также горные выработки, вскрывающие первичные и вторичные сульфиды), которые обеспечивают значительную активизацию процессов хими­ ческого окисления и растворения сульфидных руд; в результате здесь формируются такие характерные для этого процесса кислые сульфатные растворы, обогащенные Fe, Cu и Zn. Активно воздей­ ствуя на нерудные минералы рудных тел и рудовмещающие квар­ цевые порфиры (в первую очередь на алюмосиликаты), а также на гидротермально измененные (серицитизированные, скарнированные и др.) породы, растворы дополнительно выщелачивают из них F, Cl, Si, Р, Na, К, AI, Ni, Li, Mn, Ga, Со, несколько менее —

Y, Yb, V, Sr, Ti, Zr, Cr, еще более увеличивая свою общую мине­ рализацию. Возможно, что переходу в раствор Mo, Со, Ni, As спо­ собствует электрохимическое растворение их сульфидов и сульфо- -арсенидов. Наличие среди пород карбонатных скарнированных раз­ ностей приводит к обогащению вод С02 своб. и образованию скоплений гипса. Не исключено, что в данном случае С02 своб.

может поступать в воды также из глубинных зон по тектоническим трещинам. Практически не переходят в растворы TI, Sb, Bi, Cd, Sn, Be, Ti, Zr, Cr, миграция которых в виде простых ионов воз­ можна только в очень кислых (pH менее 2) водах. Очень низкие содержания в водах Ва, Sr и, вероятно, РЬ легко объясняются суль­ фатным составом вод, препятствующим растворению барита, гале­ нита, англезита, а низкие содержания Ag — наличием в водах ионов хлора. Большая кислотность вод затрудняет переход в раствор

имиграцию W, As, менее — V и Мо, образующих труднорастворимые кислоты типа HAs02. Окислению молибденита в кислой среде пре­ пятствует устойчивая в этих условиях пленка из самородной серы

иокислов молибдена (Ягн, Соколова, 1959). Кроме того, не исклю­ чено, что Mo, As и W образуют с железом труднорастворимые осадки

арсенаты. вольфраматы. Освобождающаяся при выветривании пород кремнекислота уже в сильнокислых растворах начинает выпадать в осадок в виде отрицательно заряженного геля (Богомолов и др., 1967; Краускопф, 1963^ Филатов, 1964), увлекая за собой Sb, Си,

силикатов, а также сливного опала, развитого здесь. Отмеченные геохимические процессы определяют состав и контрастность водного потока рассеяния на всем его протяжении. Особенно значительным фактором является pH вод, который, изменяясь от 2,6 до 7 и выше, определяет условия и интенсивность выпадения в осадок гидроокисей железа, алюминия и марганца, а также кремнекислоты (Морачевский, Шипунова, 1960; Набоко, Филькова, 1966; Разенкова, 1970; Соломин, Гончарова, 1968; Шварцев, 1972; Яковлева, 1958 и др.). Так, при pH около 3 в условиях поверхностного водотока железо окисляется и его плохо растворимая гидроокись в виде положи­ тельно заряженного геля начинает выпадать в осадок вместе с отри­

А. А. Бродского (1964), он способствует коагуляции гидратов окиси железа; с другой стороны, при низких значениях pH растворов сульфат-ион энергично сорбируется коллоидами железа. Насыщая при этом их сорбционную емкость, он препятствует сорбции других элементов, содержащихся в водах в значительно более низких коли­ чествах. В результате подобных процессов не исключено образова­ ние сложных труднорастворимых сульфатов типа ярозита, алунита и т. и.

При pH растворов около 4 растворимость кремнекислоты заметно понижается (Броневой, Михайлов, 1971; Краускопф, 1963^, что приводит к ее более интенсивному выпадению вместе с другими эле­ ментами, мигрирующими в виде катионов. В этих условиях начинает выпадать в осадок положительно заряженный гель гидроокиси алю­ миния, по свойствам очень напоминающий гель гидроокиси железа/.

116

Величина электрокинетического потенциала геля гидроокиси железа с ростом щелочности вод увеличивается, а «проходя» через изоэлектрическую точку (pH около 6), потенциал меняет знак заряда с положительного на отрицательный (Бродский, 1964; «Роль сорб­ ции...», 1959). Примерно в этих же условиях начинают выпадать

восадок отрицательно заряженные окиси и гидроокиси марганца. Подобное осадкообразование оказывает решающее влияние на мигра­ цию элементов в катионной форме: они также переходят в осадок. Видимо, этим можно объяснить такое интенсивное обеднение вод Си, Zn и другими элементами (см. табл. 9), находящимися в водах со­ гласно экспериментам в «устойчивом» ионном состоянии (см. табл. 10). Г. А. Соломин и Т. О. Гончарова (1968) отмечают, что, чем меньше растворимость гидроокиси элемента, тем при более низких pH рас­ твора происходит его адсорбция выпадающими гидроокисями железа и алюминия.

Указанные процессы осаждения и соосаждения элементов, по нашему мнению, являются основной причиной образования потоков рассеяния большинства элементов в донных осадках (как уже отме­ чалось выше, сильно выветрелые породы рудного выхода очень обеднены элементами). Относительная обогащенность более крупной или мелкой фракций донных осадков теми или иными элементами

вданном случае, по-видимому, отражает устойчивость содержащих их минералов при переносе водным потоком. Например, за счет химически устойчивого в этих условиях, но хрупкого барита мелкая фракция обогащается барием; устойчивые переотложенные аутигенные минеральные соединения цинка обогащают крупную фракцию донных осадков.

Еще более помогает пониманию условий формирования водных потоков рассеяния на описываемых месторождениях определение форм нахождения элементов в водах Сугатовского месторождения,

атакже в похожих по составу водах Золотушинского, Николаев­

ского, Таловского и Колыванского месторождений (см. табл. 9). В момент отбора воды Сугатовского месторождения были про­ зрачными. При длительном стоянии их в связи с увеличением Eh (примерно на 150 мв), температуры (до 20° С) и перехода всего железа в окисную форму из вод выпали осадки, состоящие в основном из гидроокиси железа (см. табл. 10). При анализе осадков, выпавших из водных проб, установлено, что по мере удаления от источника (устье штольни) содержание микрокомпонентов в осадках значи­ тельно увеличивается. Это связано, как отмечалось, с изменением знака заряда поверхности коллоидов гидроокиси железа с положи­ тельного у источников (pH воды менее 5) на отрицательный в водотоке (pH более 6), а также с увеличением количества отрицательно заря­ женных глинистых частиц. Последние еще более интенсивно погло­ щают катионы металлов из растворов. После отделения осадков воды были подвергнуты электродиализу м пропущены через ионо­ обменные смолы. Как видно из рис. 2, при электродиализе pH этих вод в средней камере значительно повышается, приближаясь к 7.

117

При этом формы нахождения элементов в растворе изменяются, в связи с чем электродиализ для определения форм нахождения эле­ ментов в водах с заметно кислой (или щелочной) реакцией

не применим.

Опыты по ионному обмену показали, что в рудничных водах источника (начало водотока) преимущественно в катионной форме находятся Na, Mg, Ca, Sr, Al, Mn, Ni, Co, Cu, Zn, Be, Sn, Ga, PI), Y, Yb, Zr (см. табл. 10). Некоторые элементы (Fe, Cr, Ti) практи­ чески полностью задерживаются катионитом и, кроме того, частично анионитом, т. е. представлены неустойчивой катионной и коллоидной формами и анионитом задерживаются механически. Элементы V, Мо и As находятся в анионном и коллоидном состояниях, так как в большей мере поглощаются анионитом и частично катионитом. В конце водотока, на расстоянии 1,5—2 км от источника, As, Mo и V практически полностью выпадают в осадок, Ga и РЬ из катионной формы частично переходят в коллоиды труднорастворимых гидро­ окисей и карбонатов, а количество Ва в катионной форме в воде увеличивается за счет некоторого растворения барита. В водах Сугатовского месторождения элементы с переменной валентностью будут находиться преимущественно в следующих степенях окис­

а в конце — Fe, Al, Ті, Ва и Zn больше, чем допустимо из произ­ ведений растворимости их труднорастворимых соединений — CaF2, CaS04, Fe(OFI)3, А1(ОН)3, TiO(OH)2, BaS04и ZnC03, которые могут образовываться в этих условиях. Достаточно уверенно можно счи­ тать, что Fe и Ті присутствуют в неустойчивом состоянии и кроме катионов образуют в водах коллоиды Fe(OH)3 и ТЮ(ОН)2, что подтверждается обоими методами. Такие элементы, как Са, Ва, А1 и Zn (по экспериментальным данным), находятся в катионном состо­ янии, образуя пересыщенные растворы. Возможно, что они обра­ зуют в растворе нейтральные молекулы [СаS04]°, [BaS04l0, [А1(ОН)з]°, [ZnC03]° (Брусиловский, 1963) или положительно заря­ женный комплекс [Са F]+. Но мы не можем утверждать этого, так как из-за недостаточной точности аналитических определений раз­ ница между рассчитанными произведениями растворимости и таблич­ ными данными лежит в пределах ошибки опытов. Содержания Сг, Zr, Ga и Pb в водах значительно меньше предела насыщения, и по­ этому экспериментально обнаруженное присутствие их в коллоидных системах нами объясняется образованием «собственных» коллоидов при механическом разрушении содержащих их химически стойких минералов (циркона и др.) или сорбцией ионов этих элементов дру­

118