Файл: Арсанова, Г. И. Редкие щелочи в термальных водах вулканических областей.pdf

поверхностного стока и морские воды, причем особенно высо­ ко относительное количество лития и цезия.

2.Содержания редких щелочных элементов, выраженные

вмиллиграммах на литр в термальных рассолах и минераль­ ных водах, колеблются в тысячи раз, а их максимальные ко­ личества приходятся на термальные рассолы. Содержания редких щелочей в пересчете на проценты минерализации ока­ зываются близкими и колеблются для наиболее богатых ред­ кими щелочами вод в пределах одного порядка, а самые вы­

сокие содержания встречены в хлоридпо-натровых кипящих водах районов активного вулканизма и углекислых водах ре­ гионов недавнего вулканизма.

2.1.5. Сравнение особенностей распределения редких щелочных элементов

вгидротермах

идругих природных образованиях

Заканчивая обзор геохимических процессов, приводящих к накоплению редких щелочных элементов и сопоставляя особенности их поведения в различных процессах с фак­ тическим распределением редких щелочей в генетически различных водах земной коры, включая термальные воды районов активного вулканизма, можно выделить следующие моменты.

1.Только в процессе магматической дифференциации есть тенденция к накоплению всех редких щелочных элементов в жидких остаточных продуктах при относительно высоком на­ коплении лития и цезия. В седиментационном процессе в при­ роде в жидкой фазе накапливается литий, но не накапливает­ ся цезий. В конденсатах фумарольных газов на кратерах ак­ тивных вулканов много цезия, но мало лития. Остальные природные процессы не способствуют концентрированию ще­ лочных элементов в жидкой фазе.

2.По распределению редких щелочных элементов мине­ ральные воды вулканических районов, включая нефтяные во­

породы, морских вод и вод седиментационных бассейнов высоким абсолютным содержанием всех редких щелочных элементов при особенно высоком относительном содержании цезия и лития.

3. Сходство в распределении редких щелочей говорит о ге­ нетическом родстве термальных вод вулканических областей, нефтяных вод и некоторых термальных рассолов, а характер распределения редких щелочей — о связи их источника с яв­ лениями магматизма.

78

2.2.ГЕНЕЗИС РЕДКИХ ЩЕЛОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ИТЕРМАЛЬНЫХ ВОД ВУЛКАНИЧЕСКИХ ОБЛАСТЕЙ

Для понимания генезиса какого-либо минерального обра­ зования, и в частности термальной воды, исключительное зна­ чение имеет анализ отношений пар близких по своим свойстствам элементов. Чем меньше число физико-химических процессов, способных в условиях земной коры нарушить не­ которые нормальные отношения для данной пары химических элементов, тем надежней наши геохимические выводы, постро­ енные на анализе нарушений этих отношений (Виноградов, 1948). Особенно важен анализ отношений пар элементов, при­ сутствующих в микроколичествах. Микроэлементы, не оказы­ вая воздействия на процессы, происходящие в системе, явля­ ются чуткими индикаторами этих процессов, так как вынуж­ дены распределяться между фазами или внутри отдельных фаз в зависимости от физико-химических условий среды, яв­ ляющейся их носителем (Рябчиков, 1965). Элементы в паре, хотя и близки по свойствам, всегда несколько отличаются друг от друга, поэтому в ходе развития какого-либо процесса один из элементов будет несколько запаздывать или опере­ жать другой, в результате чего возникнет последовательное изменение их отношений в ходе процесса. Таким образом, анализируя отношения редких щелочных элементов, можно судить об их источниках и генезисе гидротерм.

2.2.1. Происхождение редких щелочных элементов термальных вод

О происхождении редких щелочных элементов в термаль­

в процессе взаимодействия горячих вод с породами как ре­

лития в водах для доказательства влияния магматогенного вещества на формирование гидротерм, однако обоснования эндогенного происхождения собственно лития авторами не приводятся; некоторое накопление элемента в новообразован­ ных монтмориллоните и гидрослюдах близ зоны разгрузки вод, очевидно, не исключает его выщелачивания из пород глубоких горизонтов. Расчеты, основанные на экспериментах, вначале не позволили А. Дж. Эллису (1965) определенно судить об источнике редких щелочей: «...исходя из химического состава горячих вод, трудно решить, был ли ряд растворенных эле­ ментов выщелочен из пород... или они были принесены бога­ тым водой магматическим флюидом» (стр. 172). Согласно бо­ лее поздним исследованиям (Ellis, Mahon, 1967), цезий и, воз­

79

можно, литий не контролируются равновесием вода — мине­ рал, т. е. принесены с глубины.

Основные особенности распределения редких щелочных элементов в термальных водах вулканического региона за­ ключаются: 1 ) во взаимной попарной тесной коррелируемое™ их количеств; 2 ) в высоком содержании редких щелочных эле­ ментов в водах I и II групп, 3) в выдержанности специфиче­ ского отношения L i: Rb : Cs, равного для вод I группы раз­ личных регионов активного вулканизма в среднем 100 : 13 : 14; 4) в отсутствии связи содержаний редких щелочей с минера­ лизацией и температурой вод (последнее — при одновремен­ ном учете точек, отвечающих всем водам); 5) в прямой связи содержаний цезия и отношений цезия к литию и рубидию.

Первая особенность распределения редких щелочей — тес­ ная коррелируемость их содержаний — показывает, что про­ исхождение редких щелочных элементов в гидротермах было бы неверно анализировать изолированно друг от друга, а толь­ ко в совокупности, так как они поступали из одного источника.

Можно предположить следующие источники поступления редких щелочных элементов в гидротермы: 1 ) вмещающие по­ роды, 2) седиментационные воды, 3) горячие рассолы; 4) маг­ матический флюид.

Соли щелочных элементов — высокорастворимые соедине­ ния, и, казалось бы, накопление их при выщелачивании пород может быть достаточно высоким. Однако сравнение содержа­ ния редких щелочей в гидротермах вулканических регионов и в природных водах, солевой состав которых формируется за счет выщелачивания пород, даже при оптимальных условиях разложения последних (см. 2.1.3) показывает, что уровень накопления редких щелочей при выщелачивании (% минера­ лизации) в десятки раз ниже (особенно низко содержание це­ зия— в 105 раз), чем в гидротермах.

пород, так как отношение подобного типа (C s « R b < L i) не может быть унаследованным из пород. Отличительной чертой отношения L i: Rb : Cs почти для всех основных типов пород является высокое значение рубидия и низкое цезия (см. 2 .1 .1 ., табл. 5). Если элементы при разложении пород переходят в раствор полностью, то «породное» отношение наследуется во­ дами. Похожие «породные» отношения L i: Rb : Cs при низком содержании элементов действительно устанавливаются для растворов грязевых котлов (см. 1.2.3), где поступление редких щелочей из пород не оставляет сомнений. Наложенные процес­ сы сорбции делают отношение L i: Rb : Cs .растворов, получив­ шихся при выщелачивании, еще более непохожим на аналогич­ ное отношение гидротерм, так как сорбируемость цезия макси­ мальна (см. 2.1.3).

80

Отсутствие связи содержаний редких щелочей с минерали­ зацией и температурой также не свидетельствует в пользу выщелачивания как основного процесса накопления редких щелочей в гидротермах.

Выщелачивание, как ведущий процесс, ответственный за высокие количества редких щелочных элементов, опроверга­ ется и характером изменения отношений Cs/Li, Cs/Rb с изме­ нением концентрации цезия (см. 1.3.2 .7). Действительно, на­ копление редких щелочей в жидкой фазе при выщелачивании

Стрелка показывает направление процесса. При рассеянии вод с высоким содержанием редких щелочей в гидросфере, подвижность цезия также минимальна (см. 1 .2 .6), отсюда рассеяние вод, богатых редкими щелочами, сопровож­ дается падением отношений Cs/Rb, Cs/Li. График (см. рис. 18) примет вид «б». Фактически наблюдаемая закономерность (см. рис. 17; 1.3.2.7) отвечает типу «б». Небезынтересно отме­ тить, что аналогичная зависимость устанавливается и для углекислых вод Кавказа (коэффициент корреляции +0,67, значим). Поэтому можно говорить, что термальные воды од­ ного вулканического региона представляют собой общность вод, отражающих различные этапы рассеяния каких-то пер­ вичных растворов (флюида, захороненных растворов и т. п.) с высоким содержанием редких щелочных элементов. Наибо­ лее близко первичным растворам отвечают воды I и II групп, как содержащие максимальные количества редких щелочных элементов; воды III группы — результат активного рассеяния в гидросфере первичных растворов с высоким содержанием редких щелочей или вод I и II групп. С этих позиций проблема происхождения редких щелочных элементов в термальных водах вулканического региона сводится к

мах I и II групп не увязывается с возможностью отжатия седиментационных, бывших морских вод. Во-первых, содержа­ ния редких щелочей в морских водах (см. табл. 7) значитель­ но ниже их содержаний в термальных водах вулканических областей. Во-вторых, отношение L i: Rb : Cs морской воды 100 : 78 : 0,22 далеко от аналогичного отношения для вод I и II групп, причем изменение этого отношения при контакте вод с породами во время отжатия растворов приведет к даль­ нейшему уменьшению числа по цезию из-за меньшей подвиж­ ности цезия по сравнению с литием при фильтрации (Алехин, 1970).

Участие горячих рассолов в образовании термальных вод с высоким содержанием редких щелочных элементов трудно себе представить по следующим причинам: 1 ) даже самые богатые редкими щелочами горячие рассолы содержат мень­ ше редких щелочных элементов (% минерализации), чем тер­ мальные воды того же вулканического региона I группы; раз­ бавление горячих рассолов водами коры привело бы к даль­ нейшему падению содержания редких щелочных элементов (% минерализации); 2 ) горячим рассолам не свойственна вы­ держанность содержаний и отношений редких щелочных эле­

жет привести к образованию газово-жидких дифференциатов, богатых всеми редкими щелочными элементами, особенно ли­ тием и цезием. Литий и цезий наиболее отличаются по своим Свойствам среди щелочных элементов, но в пегматитах они ассоциируют (Гинзбург, Ставров, 1969; Ставров, 1963). Аплиты, рассматриваемые как инъекции неостывшей гранитной магмы, кристаллизующейся в условиях быстрого удаления летучих, по данным О. Д. Ставрова (1963), оказываются обедненными цезием и литием, которые были вынесены вместе

сдругими летучими. Отмечается вынос в эндоконтакты цезия

илития и обогащение ими же апикальных участков гранит­ ных массивов. Хлоридно-натровые воды обогащены всеми ред­

кими щелочами, но относительно больше цезием и литием. В пегматитовом процессе наблюдается геохимическая связь бора с цезием. Хлоридно-натровые воды содержат очень вы­ сокие количества бора. Отношение Rb/Cs имеет тенденцию в ходе становления интрузий и развития пегматитового про­ цесса падать до значения 10—5. Хлоридно-натровые воды имеют довольно устойчивое отношение Rb/Cs (около 1). От­ ношение K/Rb также снижается в ходе развития пегматито­ вого процесса до 200— 150. Хлоридно-натровые воды имеют значение K/Rb, равное 390— 160.

Наблюдаемое сходство имеет далеко йдущие последствия и требует дополнительного специального изучения.

82