CC BY
40
творенного кислорода [13] в водах с повышенной кислотностью. Сопутствующее образование гидроокислов железа - оже-лезнение - существенно ограничивает миграцию мышьяка вследствие адсорбции, эффективной именно в условиях снижения рН за счет возникновения предпочтительной связи Fe - As [16]. При уменьшении железистости среды мышьяк поглощается гелями, содержащими «реакционный» алюминий и обменный кальций. Сорбция арсенатов возрастает с увеличением глинистости материала [3]. В первичных ореолах рассеяния золоторудных месторождений Бодайбинского рудно-россыпного района типоморфна ассоциация Au-Ag-As [2], имеющая значение прямого поискового признака. Перечисленные причины изменения концентраций мышьяка как результат его подвижности и осаждения на путях миграции и рассеяния в рыхлых отложениях проявлены на всех рудных объектах этого региона. Их изучение и описание сформулировало цель и содержание данной работы.
Методика исследований. При определении концентраций мышьяка использована методика недеструктивного рентген-флюоресцентного анализа на рентгеновском спектрометре VRA-30 (Carl Zeiss, Iena), при которой с учетом летучести соединений элемента, исходное состояние измельченной пробы не претерпевает изменений. Данный способ надежно используется при анализе объектов окружающей среды [11]. Методика обеспечивает предел определения 3 х 10" мас. % и точность 10 -30 %. Содержания мышьяка в поверхностных отложениях на золоторудных месторождениях, определенные в склоновом материале (делювий, элювий) вне рудных полей, имеют фон, равный 0,003 вес.%.
Микроэлементный состав вод, включая As, исследован методом ИСП-МС на масс-спектрометре высокого разрешения ELEMENT 2 (Finnigan MAT, Германия). Для градуировки прибора использовали многоэлементные растворы CLMS-1,2,3 фирмы SPEX США. Временной дрейф прибора учитывался добавлением вну-
треннего стандарта (Rh с конечной концентрацией 2 нг/мл). Пробы воды консервировались азотной кислотой марки "ultrapure" немецкой фирмы MERCK до рН = 1-2. Содержания золота, серебра и мышьяка установлены последовательным применением полуколичественного спектрального эмиссионного сцинтилляцион-ного метода с чувствительностью до 0,1 г/т для Au и Ag с дальнейшим раздельным атомно-абсорционным анализом их рудных и ореольных концентраций в методике «печь-пламя» с чувствительностью до 0,01 г/т, и кларковых - до 0,5 мг/т в методике экстракции золота растворами сульфидов нефти в толуоле на анализаторах «Перкин-Элмер» - 303 и 307. Точность - до 10-20 %. Методика атомно-эмиссионного спектрометрического определения Ag, Cu, Pb, Zn аттестована по международной серии стандартов системы GeoPT [14].
Бактериологический анализ проведен в пробах воды, илов и биоматериалов -бактериально-водорослевых матов, отобранных в районе месторождения «Верный». Пробы транспортировались и хранились в стерильной посуде при температуре 40С. Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) и pH исследуемых вод и илов измерен в полевых условиях при помощи портативных приборов ЕС/pH-meter WM-22EP (TOA, Япония) и Eh-meter (HORIBA, Япония). Общая численность железооки-сляющих микроорганизмов учитывалась на мембранных фильтрах с использовани-
т- 3+
ем цитохимического метода окраски Fe с применением желтой кровяной соли (K3Fe(CN)6). Для выделения железоокис-ляющих бактерий применены селективные питательные среды Виноградского, Лете-на, Сильвермана-Лунгрена 9К [5]. Значения изобарно- изотермических потенциалов при термодинамических расчетах заимствованы из справочников [4, 6], в том числе для арсенопирита - из статьи [13].
Распределение мышьяка в зонах окисления. В первичных рудах и метасо-матитах As содержится в арсенопирите и мышьяковистом пирите в количестве до 23 вес. %. На месторождении «Сухой Лог»
и месторождениях сульфидно-прожилко-вого типа Хомолхинского и Бодайбин-ского рудных узлов арсенопирит встречается редко, а Аб в количестве до 0.2 вес. % связан с пиритом. Арсенаты проявлены лишь в нижней части зоны окисления в виде тонких зеленоватых налетов скородита на блоках с обильной вкрапленностью арсенопирита на месторождении «Верный». Содержания Лб в рудах, мета-
соматитах и породах представлены в табл. 1. Максимальные концентрации элемента характерны для месторождений «Верный» и «Западное». В сульфидно-прожилковых и сульфидно-вкрапленных рудах месторождений «Сухой Лог» и «Голец Высочайший» отмечаются низкие концентрации Аб. На месторождениях типа кварцево-жильных зон и штокверков («Первенец», «Копыловский») в крупнокристаллическом
Месторо- Материал (количество проб) Содержание мышьяка
ждение среднее о
Породы слабо минерализованные (6) 0.002 0.0009
«Верный» Породы окварцованные (4) 0.014 0.0129
Песчаники, сланцы с пиритом (12) 0.031 0.0258
Метасоматиты с пиритом (7) 0.605 0.117
Метасоматиты с арсенопиритом (12) 6.564 3.261
В среднем по месторождению 0.217 0.259
«Голец Высочайший» Сланцы (6) < 0.001 Не опр.
Окварцованные породы (2) 0.002 0.00005
Пиритизированные породы (3) 0.004 0.0031
Рудные метасоматиты с пиритом (9) 0.023 0.0162
В среднем по месторождению 0.007 0.0076
«Западное» Кварц-пиритовые, пиритовые метасоматиты, рудные (2) 0.268 0.0031
«Сухой Лог» Пиритизированные углеродистые рудные метасоматиты (19) 0.009 0.004
«Копылов- Песчаники пиритизированные, карбонатизированные 0.011 0.0046
ский» (11)
Песчаники прокварцованные (5) 0.011 0.0039
Сланцы пиритизированные, карбонатизированные (7) 0.015 0.0045
Сланцы прокварцованные (6) 0.018 0.0081
Кварц жильный (10) 0.004 0.00092
Зона дробления (1) 0.003 нет
Песчаники неизмененные полимиктовые (6) 0.003 0.0013
Сланцы микрографитовые (4) 0.023 0.006
В среднем по месторождению 0.011 0.0059
Жильная Песчаники с пиритом (4) 0.007 0.003
зона Микросланцы с пиритом (6) 0.007 0.0018
«Перве- Микросланцы на контакте с кварцевыми жилами (4) 0.021 0.0025
нец» Микросланцы интенсивно пиритизированные (5) 0.034 0.0212
Алевролиты интенсивно пиритизированные (3) 0.137 0.0409
Алевролиты с вкрапленностью арсенопирита (2) 0.395 0.005
Пирит мелко- и тонкозернистый (2) 0.043 0.027
В среднем по месторождению 0.092 0.0994
Таблица 1
Содержания Аб (вес. %) в рудных метасоматитах и слабо измененных породах
Таблица 2
Содержание мышьяка в грунтах
Описание материала Месторождение Лб, вес. %
Сср о
Почва «Верный» 0.026 нет
Флювио-гляциальные отложения + делювий 0.044 0.0115
Делювий 0.026 0.0094
Элювий 0.044 0.0166
Элювиально-делювиальный материал, фон 0.004 0.00019
Флювио-гляциальные отложения «Копыловский» 0.008 0.0043
Морена 0.004 0.0012
Элювий 0.022 0.0064
Делювий «Голец Высочайший» 0.004 нет
Элювий 0.004 нет
Смесь гетита и глины в трещинах 0.007 нет
Аллювиальные пески, 2-я надпойменная терраса г. Бодайбо, р. Витим <0.001 нет
жильном кварце содержится не более 0.004 вес. % Лб, а в толще полимиктовых песчаников - на уровне 0.003 вес. %, что, в общем, соответствует региональному кларку данного элемента в слабо метаморфизо-ванных породах региона, без гидротермальных изменений.
В элювиально-делювиальных отложениях концентрации Лб обнаруживают прямую корреляцию с содержанием элемента в коренных породах (табл. 2), хотя могут различаться на 0.5-1 порядок. Фоновый рыхлый склоновый материал за пределами месторождений содержит около 0.004 вес.% Лб. Флювиогляциальные, мо-
ренные и аллювиальные отложения, особенно за пределами рудного района, характеризуются содержаниями мышьяка в количествах около предела определения или ниже (< 0.001 вес. %). Наименьшие концентрации отмечаются в моренных отложениях. Содержания мышьяка в гипергенных трещинных гетитово-глинистых массах месторождения «Голец Высочайший» соответствуют его невысоким концентрациям в рудных метасоматитах.
При сравнении распределения в ситовых гранулометрических фракциях покровных отложений (табл. 3) элювий выделяется возрастанием концентраций Ли и
Таблица 3.
Распределение золота и мышьяка по фракциям в грунтах (месторождение «Копыловский»)
№ п/п Проба Фракция, мм Тип грунта Ли, г/т Ли ср Лб, вес.% Лб ср
1 201-81 > 0.1 Флювио-гля- 0.114 0.0393 0.005 0.0065
2 > 0.5 циальные 0.0026 0.008
3 > 3.0 отложения 0.0012 0.006
4 201-82 < 0.1 Морена 0.0552 0.0217 0.003 0.0061
5 > 0.1 0.0134 0.005
6 > 0.2 0.0102 0.006
7 > 0.5 0.0064 0.007
8 > 3.0 0.0232 0.010
9 201-83 < 0.1 Элювий 0.1608 0.117 0.013 0.0161
10 > 0.2 0.1032 0.013
11 > 0.5 0.1806 0.016
12 > 0.3 0.0216 0.024
Лб. Однако у золота большие концентрации связаны с мелкими фракциями материала, а у мышьяка - с более крупными. Илы как продукт отложения частиц мутье-вых суспензий появляются во всех частях потока рассеяния рудного материала. Они присутствуют на его протяжении от рудных карьеров, отвалов и элювия до удаленных аллювиальных отложений. В табл. 4 представлены содержания мышьяка в илах на основных точках формирования потока рассеяния. По месту образования илы подразделяются на мутьевые карьерные, рудных отвалов, илохранилища ЗИФ, элювия, ручейные в окрестностях месторождения и аллювиальные. По цветовой гамме они подразделяются на серые, черные рудничные, красно-бурые железистые карьерные и желтоватые ручейные и аллювиальные. По химическому составу черные и мутьевые илы соответствуют рудным сланцевым метасоматитам. Железистые илы отличаются пониженными со-
держаниями кремнезема и глинозема и повышенными до 24.4 вес. % количествами оксида Те3, до 570 и 320 г/т никеля и кобальта соответственно.
Концентрация мышьяка в карьерных, железистых илах зависит от содержания его в рудных сланцевых метасоматитах и достигает 0.48 вес. % на месторождении «Верный», снижаясь до 0.019-0.027 вес. % в жильной зоне «Первенец». В аллювиальных ручейном и речном илах содержание Лб, равное 0.004 - 0.0072 вес. %, двукратно увеличивается во фракциях крупнее 0.2-0.5 мм. На поверхности отвалов пород, обломках и выходах рудных метасоматитов с вкрапленностью, главным образом, пирита, и реже - арсенопирита при длительном периоде сухой погоды за счет испарения поровых растворов образуются плотные налеты тонкозернистых порошкообразных белых растворимых солей. В рентгенофа-зовом анализе они определены как пента-гидрит сульфата магния (М§804*5И20).
Таблица 4
Концентрации Лб в иловых фракциях и растворимых кристаллогидратах
№ п/п Проба Описание илов Месторождение Лб, вес.%
1 Б206-10 Мутьевый ил из карьера «Верный» 0.29
2 Б206-11 0.27
3 Б206-12 Железистый ил из карьера 0.48
4 Б206-13 Черный ил там же 0.13
5 205-38 Железистый ил из карьера «Первенец» 0.013
6 205-22 то же из источника «Верный» 0.011
7 205-18 Черный ил из карьера «Первенец» 0.013
8 205-19 то же под рудным отвалом 0.019
9 179-2003 то же в илохранилище 0.027
10 205-20 Русловой ил «Верный» 0.004
11 201-123 0.007
12 201-124 0.005
13 201-125 то же фракция > 0.2 мм 0.018
14 201-126 то же фракция > 0.5 мм 0.013
15 201-127 Русловой ил Там же, промплощадка 0.005
16 201 -127А р. Ныгри 0.006
17 78-204 Гетитовая глина в трещинах рудного массива, карьер «Голец Высочайший» 0.007
18 86-204 Мутьевый ил из карьера < 0.003
19 87-204 Донный ил из ручья 0.004
20 205-7 Кристаллогидрат «Верный» 0.004
21 171-203 сульфата М§ 0.006
Таблица 5
Номер пробы рН Ав НСОз 8042" Мё Са Те Мп N1 Со Си гп Бг ТББ
Месторождение «Верный», жильная зона «Первенец»
5 8.01 0.32 175 62 10.3 63 3 0.1 0.22 0.02 0.45 0.81 511 314
6 8.03 0.61 151.28 102 10.83 64.94 786 167 4.99 2.99 3.52 10.67 486.7
7 6.5 1.15 95 32 12.2 19.8 171 35 4.01 0.78 3.8 22 274 162
8 6.9 0.54 220 401 70.5 110 7 689 26.67 3.03 0.67 1.43 1480 807
9 7 0.377 200 357 66.9 105.2 356? 39.03 нет 0.336 1.65 1.9 1064 747.46
10 6.95 13.7 165.9 112.3 24.93 59.12 112? 11.29 нет 0.223 0.627 0.286 433 381.26
11 7.5 22.6 207.5 826.7 134.2 181.6 826 887 нет 22.5 1.575 5.634 1842 1377.6
12 7.68 12.01 169.33 84 23.64 38.16 1005 73 2.09 0.82 3.52 33.51 1165.5 3166
13 6.8 0.86 187 666 120 130 147 1102 134.4 30.79 3.44 47 2244 1106
14 3.43 45.5 0 2539 191.59 430.59 15397 20449 1318.2 626.92 557.37 979.17 5802.8 3166
15 3.62 257 0 11538 1622.4 475.9 33749 114093 7016 3589 1453 5944 14039
16 6 5.96 98 9840 2219 475 164 22710 1094 30.79 8.97 159 12363 12660
Месторождение «Копыловский»
17 7.1 0.392 48.82 2.0 3.4 10.42 2 0.19 нет 0.04 0.87 0.23 34.72 83.84
18 7.4 0.782 36.61 2.0 2.07 8.02 2 0.37 нет 0.04 0.8 0.22 17.51 73.01
19 7.3 0.582 103.7 6.0 13.98 20.79 6 0.76 нет 0.05 1.64 1.28 63.84 160.65
Место зождение «Голец Высочайший»
20 6.7 0.1 117.12 90 12.9 48 93 7.36 2 0.26 2.02 8.3 484 270
21 3.43 21.5 0 3000 456 450 5893 2719 22058 >10000 201 3494 3196 3924
Примечание. Привязка проб: 5 ■
10-14-18-
р. Ныгри, 6 - там же (проба 206-17), 7 - руч. Верный, 8 - там же, Бе источник, 9 - руч. Верный, - илохранилище, 11 - штольня, 12 - скважина (проба 206-14), 13 - карьер (проба 205-15), карьер (проба 206-7), 15 - рудн. отвал (проба 206-21), 16 - там же (проба 205-16), 17 - Чистый ручей, плотик россыпи, 19 - штольня, 20 - ручей вдоль дороги от карьера, 21 - карьер, траншея 13
Соли включают до 15 вес. % М§0 и до 35 вес. % сульфатной серы, ппп равны 69%. Содержание мышьяка в них соответствует местному фону - 0.006-0.004 вес. %, а концентрации N1 и Со достигают 440 и 330 г/т соответственно.
Разложение сульфидов при взаимодействии с поверхностными и грунтовыми водами создает устойчивый сернокислотный профиль зоны окисления с высокой степенью выщелачивания сульфидно-карбонатной части пород, в целом соответствующий последовательности формирования рудной зоны окисления, рассмотренной С.С.Смирновым [9]. Воды с повышенным содержанием мышьяка в Марака-но-Тунгусском и Бодайбинском рудных узлах появляются в виде скоплений в карьерных понижениях, в частично или полностью затопленных рудных карьерах, как склоновые, штольневые и отвальные нисходящие источники, ручьи на площади месторождений, впадающие в небольшие реки. По макросоставу они относятся к типу кальциево-магниевых сульфатно-
гидрокарбонатных. Концентрации иона С1- не превышают 3 мг/л, а №+ и К+ варьируют в пределах 0.8 - 3 мг/л с повышением до 8 и 16 мг/л соответственно в кислых рудничных растворах. Содержание растворенного кремнезема достигает 14 мг/л. Минерализация вод, используемых для питьевого водоснабжения, равна 74-83
мг/л. Кислые сульфатные воды рудных карьеров и отвалов отличаются максимальными значениями, достигающими 14 г/л.
Геохимическая характеристика вод представлена в табл. 5. В анионной части растворов (ИСОз" + 8042") нет прямой зависимости концентраций бикарбонат- и сульфат-ионов. Но имеется некоторая тенденция к их обратному соотношению. Так, выше по течению от месторождения «Верный» в водах одноименного ручья и реки Ныгри сульфатно-бикарбонатное отношение равно 0.32-0.34, ниже по течению от рудных выходов - 1.75, а в кислых рудничных водах содержание бикарбоната близко к 0. Концентрации большинства катионов являются функцией содержания сульфат-иона (рис. 1).
Отчетливо выражены линейные зависимости логарифмов концентраций катионов и сульфат-иона при значимых величинах коэффициентов корреляции (табл. 6).
Таблица 6 Коэффициенты корреляции (п=22)
Компоненты Коэффициенты
ЛБ - Б04 2- 0.707
Са - Б04 2- 0.966
Mg - Б04 2- 0.961
Бе - Б04 2- 0.48
Мп - Б04 2- 0.76
а. 2
2 ■а
А
г
О а й5'
п« О«
• - Мд □ - Са
1 3
1од Б04
Б
X
Я
О)
X X * □
2 4
1од Б04
□ - Ре X - Мп
3 2 -1 0 -1 -2 --3
В
о э о
°°о ° О о о
1 3 5
1од Э04
Рис.1. Зависимость концентраций компонентов макросостава (А) и элементов-примесей Ее, Мп (Б) и As (В) от содержания сульфат-иона в растворе.
Для Са 2+, Мg 2+ и БО42~логарифмические координаты соответствуют концентрациям в мг/л, для Ев, Мп и Ля - в мкг/л
6
4
3
4
2
0
0
5
Для элементов-примесей наибольший уровень статистической связи в растворе у никеля с кобальтом (Ккор=0.998) и у суммы (№+Со) с Бе (Ккор=0.72). Коэффициент корреляции содержаний Лб и Бе в растворе равен 0.759. В составе солевых выделений природного сернокислого магния, образующегося на испарительном барьере за счет поровых и минерализованных грунтовых вод, повышенные концентрации мышьяка не найдены.
Возникновение локальных сор-бционных барьеров. По контуру рудных отвалов, на урезе воды в рудных карьерах и на выходах нисходящих источников, отлагающих гидроокислы железа, образуются каймы влажных железистых илов шириной первые метры. Они появляются при распаде скоплений альгобактериальных (бактериально-водорослевых) матов, располагающихся под небольшим слоем воды, и покрывают черные рудничные илы, отличаясь от них по составу (табл. 7, макрокомпоненты в вес. %, микропримеси в г/т).
Таблица 7 Состав железистых илов
В красно-бурых илах увеличивается содержание окислов железа, марганца, никеля, кобальта и мышьяка. Различия количества других компонентов состава незначительны. Вокруг выходов вод, высачивающихся из отвалов и в теплом мелководье карьеров обильно развиваются бактериальные маты, рост которых сопровождается выделением газа. Их деградированные и отмершие блоки, насыщенные пузырями
газа, отрываются, всплывают, выделяя при последующем окислении тонкодисперсный осадок Бе(ОН)з. Регенерация донных матов происходит с высокой скоростью. Возникшая экологическая ситуация (ниша) характеризуется пониженными значениями окислительно-восстановительного потенциала БЬ и рН (табл. 8) в противоположность грунтовой и речной воде. В пробах кислых растворов и влажных илов определена численность микроорганизмов, окисляющих железо. Содержание железобактерий в воде составляет 4.7*103-5.5*104 кл/мл, в илах - 2.3-6.7* 107 кл/г. Из бактериальных матов и проб воды получены накопительные культуры железо-окисляющих бактерий, по морфологическим признакам отнесенных к ThioЪacillus /вггоох1^т [7]. Под действием бактерий соединения Бе(11) подвергаются окислению и осаждаются из водной среды, накапливаясь в нерастворимой форме Бе(Ш) при распаде биоматов в поверхностных илах. Бактерии представлены спорообра-зующими палочками, палочками и кокками. Красные металлоносные илы появляются при смешении отмирающего вещества матов с карьерными илами и одновременном преобразовании состава последних за счет снижения доли алюмосиликатной части и замещения ее гидроокислами Бе и Мп. Вследствие тонкой дисперсности и высоких сорбционных свойств образующиеся илы содержат повышенные концентрации Лб, N1, Со, Си. Так, на Бе- илах создается эффективный местный комбинированный (сорбционный и окислительно-восстановительный) барьер накопления рудных элементов.
Миграция Лб в рыхлом чехле зоны окисления. Месторождения Бодайбин-ского рудного района расположены в ни-вально-бореальной климатической зоне с участием многолетней мерзлоты и летней активности деятельного слоя, мощность которого достигает 3 метров. Дезинтеграция и склоновое перемещение пород вследствие резких колебаний температур и влажности при малой глубине залегания подземных вод обусловливает динамику
Компоненты состава Виды железистых илов
черный красно-бурый
Б1О2 54.63 33.12
Т1О2 1.14 0.9
ЛЬОз 18.41 13.6
Бе2Оз 7.56 23
МпО 0.25 0.9
MgO 1.90 1.3
ЛБ 0.19-0.012 0.48-0.013
N1 100 до 570
Со 46 до 320
Таблица 8
Условия нахождения и вид железоокисляющих бактерий
№ п/п Проба Место опробования раствора рН / ЕЬ,шУ (1°С) Численность мик-роорганиз-мов в 1 мл Бактерии, окисляющие железо
Хемолито-трофные Гетеротрофные
1 Б-206-9 растворы из карьера 3.43/+234(13) 4.7 х 103 + -
2 Б-206-10 бурый раствор то же 6.7 х 104 + +
3 Б-206-11 серый раствор 3.38 /+237(13.2) 5.5 х 104 - +
4 Б-206-12 красный ил из карьера 4.4 / +30(13.9) 2.3 х 107 + +
5 Б-206-13 черный ил из карьера 4.99 / -13(13.8) 6.7 х 107 + -
6 Б-206-16 раствор из скважины 7.68- /-268(0.3) нет - -
7 Б-206-22 отвальный раствор 3.62 / +246(2.6) 9.4 х 103 + -
8 Б-206-19 речная вода 8.03 /-17(14.8) нет - -
Примечание: Наличие или отсутствие данного вида бактерий отмечено соответственно знаками + или -.
перераспределения мышьяка в трех формах миграции: обломочной, суспензионно-мутьевой (взвеси) и растворимой.
График (рис. 2) уменьшения порядка величин концентрации элемента как функция расстояния переноса от рудных тел соответствует верхней части формирования потока рассеяния. Он характеризует снижение и рассредоточение содержаний Лб при экзогенном измельчении
^ 1 ® п 5
г £ ^^ п
о. 2 -1 ^^^^ •» 1 2 э
♦
—-э-
Лог. Расстояния,м
Рис.2. Зависимость порядка величин концентраций мышьяка как функции расстояния переноса от рудных тел при формировании потока рассеяния месторождения «Верный»
рудного материала и метасоматитов на относительно коротких расстояниях. В сопутствующих растворах - поверхностных и грунтовых водах - концентрация мышьяка не превосходит 0.05 мг/л, за исключением единичных образцов вод на рудных отвалах (0.257 мг/л). Концентрации Аб в сухих сульфатах поверхностных солевых отложений также не превышают местного фона (0.003 вес. %). Незначительные содержания элемента в наиболее подвижных мигрантах среды, а также малая величина коэффициента рассеяния оЛ5, рассчитанного по методике 3 а [10] и не превышающего первого десятка метров, характеризуют ограниченную подвижность мышьяка в зоне окисления золоторудных месторождений в данной ландшафтно-климатической зоне.
Естественные продукты экзогенного физико-химического преобразования рудоносных сульфидизированных, пирити-зированных метасоматитов, содержащие концентрации мышьяка, сопоставимые с рудными, представлены железистыми и мутьевыми илами (см. табл. 4). Их формирование происходит в присутствии желе-зоокисляющих бактерий. Наиболее веро-
ятна адсорбционная природа накопления As на тонкозернистом субстрате с высоким содержанием гидрата окиси железа. Этот процесс проявлен на всех месторождениях, в том числе и при незначительной мышья-ковистости руд («Голец Высочайший»), когда в гетитовых гипергенных глинах содержания As приближаются к рудным. Очевидно, что основным ограничением миграции мышьяка в холодной, аэрированной и увлажненной зоне окисления является сорбционный барьер, создаваемый ожелезненными глинистыми продуктами, промотированными железоокисляющими бактериями, для которых сернокислотно-окислительный профиль среды обитания является устойчивой экологической нишей.
Однако в целом концентрации компонентов макросостава и компонентов-примесей зависят от кислотности и содержания сульфат-иона (см. рис.1). Вид корреляционных графиков (рис. 3) отражает соотношение различных форм переноса при формировании валовой концентрации компонентов.
1 2 3 4 5 - log SO4
Рис. 3. Сульфат-определяемые зависимости концентраций подвижных компонентов в зоне окисления золоторудных месторождений.
Двойная линия - график соотношения концентраций сульфат-ион/катион, соответствующий эквимолярному соотношению 1:1
На линиях элементов макросостава Са, М§ по отношению к графику сульфатного эквимолярного катионно-анионного соотношения выделяются катионно-избыточная и катионно-дефицитная области, разделяемые 0.002 т концентрацией сульфат-иона. При ее уменьшении избыток катионов (относительно эквимолярных количеств) объясняется дополнительным или преобладающим участием гидрокарбонатной системы и соответственно повышенным значением гидрокарбонат-ионов в переносе Са и М§.
Но при больших концентрациях БО42" - иона проявляющийся катионный дефицит обусловлен предшествующим выщелачиванием карбонатов и пирита, их недостатком в поверхностных слоях минерализованных пород и метасоматитов. Магне-зиальность растворов относительно возрастает, и на поверхностном испарительном барьере выделяется кристаллогидрат сульфата магния. В группе катионов элементов-примесей выделяется марганец, концентрации которого достигают уровня компонентов макросостава в кислых сульфатных растворах.
В соответствии с окислительно-восстановительными характеристиками в рыхлом чехле при образовании потока рассеяния растворенный мышьяк переносится, главным образом, в форме мышьяковистой кислоты НзЛбОз (Аб III) и ее анионов [8]. Но с повышением окислительного потенциала возможно преимущественное образование мышьяковой кислоты НзЛбО4 (Аб V). Рассчитанные отношения логарифмов активностей (а НзЛбОз / а НзЛбО4) для условий зоны окисления месторождений, представленные в табл. 9, отражают премущественную устойчивость арсенитов.
Хотя количественно в растворе преобладают формы переноса трехвалентного мышьяка, появление некоторой концентрации анионов арсената (Аб V) в поверхностных и подземных водах возможно за счет деятельности мышьяко-окисляющих бактерий в биоокислительном процессе, аналогичном произво-
Таблица 9
Зависимость отношения (Аб III) / (Аб У) от окислительно-восстановительных условий
Проба ЕЬ,У рН 0.5 ^ Р02 1о£ (а ИэЛбОэ / а ИэЛ804)
Б206-9 + 0.234 3.43 - 27.365 4.175
Б206-11 + 0.237 3.38 - 27.365 4.175
Б206-12 + 0.030 4.4 - 32.427 9.237
Б206-13 - 0.013 4.99 - 32.710 9.521
Б206-16 - 0.268 7.68 -36.030 12.841
Б206-22 + 0.246 3.62 - 26.565 3.375
Б206-19 - 0. 017 8.03 -26.668 3.472
димому ТИюЪасШш ferrooxidans. Тем не менее, вследствие адсорбции ионов Лб на глинисто-гидроокисных частицах илов значительная доля мышьяка переносится во взвесях. Низкие содержания в растворе и близость существующих ЕЬ - рН условий к уровню появления Лбо ограничивают подвижность элемента, создавая мало смещенные вторичные ореолы рассеяния в элювиально-делювиальном материале.
Выводы. Как главные факторы, инициирующие миграцию мышьяка, на первый план выходят сернокислотное разложение сульфидов - концентраторов и образование его подвижных форм в растворе анионов - арсенитов и арсенатов. Но масштаб переноса элемента существенно ограничивается сорбционными барьерами, среди которых наиболее эффективен желе-зо-гидроокисный. Возможно, не менее значимы его аналоги - алюмогидроокис-ный, кремневых гелей и карбонатный барьеры [3]. Дальнейшая подвижность Лб в зоне окисления определяется соотношением его растворенных и сорбированных форм, процессами сорбции-десорбции. И здесь особое значение приобретает фактор рН.
Таким образом, в зоне окисления сочетаются низкие растворимости мышьяка с его адсорбцией на продуктах выветривания рудных минералов. Эти два обстоятельства не способствуют высокой подвижности элемента, имеющей аналитическое выражение через малый коэффициент геохимического рассеяния. Мышьяку свойственно осаждение на местных как сорбционных, так и комбинированных геохимических барьерах физико-
химического и биогенного происхождения при коэффициенте биологического поглощения, сопоставимом с его изовалентными аналогами - железом и алюминием [1]. Ограничения подвижности Лб при ни-вально-бореальных условиях развития зоны окисления на золоторудных месторождениях Бодайбинского района способствуют образованию его мало перемещенных, «закрепленных» вторичных ореолов рассеяния. Ореолы Лб проецируют выходы рудных тел, в том числе и с тонкодисперсным золотом, на современной поверхности, являясь их надежными поисковыми признаками.
Библиографический список
1. Алексеенко В.А. Экологическая химия. - М.: Изд-во Логос, 2000. - С. 626.
2. Вилор Н.В., Кажарская М.Г., Чу-парина Е.В., Коткин В.В. Ли, Л§ и Лб в первичных геохимических ореолах золоторудных месторождений Бодайбинского рудно-россыпного района // Золоторудные месторождения востока России .Магадан: Изд-во СВНЦ ДВО РАН, 2006. -88-102 с.
3. Гамаюрова В.С. Мышьяк в экологии и биологии. - М.: Наука, 1993. - 206 с.
4. Гаррелс Р.М., Крайст Ч.Л. Растворы, минералы, равновесия. - М.: Мир, 1968. - 368 с.
5. Кузнецов С.И., Дубинина Г.А. Методы изучения водных микро-организмов. - М.: Наука, 1989. - 289 с.
6. Наумов Г.Б., Рыженко Б.И., Хода-ковский И.Л. Справочник термодинамических величин. - М.: Атомиздат, 1971. -
283 с.
7. Определитель бактерий Берджи / Под ред. Хоулта Дж., Крига Н., Снита П. и др. - М.: Мир, 1997. - Т. 2. - 800 с.
8. Сергеева Э.И., Ходаковский И.Л. Физико-химические условия образования самородного мышьяка в гидротермальных месторождениях // Геохимия. - 1969. - № 7. - С. 846-859.
9. Смирнов С.С. Зоны окисления сульфидных месторождений. - М.: Изд-во АН СССР, 1951. - 335 с.
10. Соловов А.П. Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1985. - 294 с.
11. Чупарина Е.В. Разработка методических основ недеструктивного рентге-нофлюоресцентного анализа растительных материалов /Автореф. дис. канд. гео.-минералог. наук. - Иркутск: Изд-во ИГУ, 2004. - 19 с.
12. Giere R., Sidenko N.V., Lazareva E.V. The role secondary minerals in controlling the mineralization of arsenic and metals from high sulfide waters (Berikul gold mine,
Siberia) // Applied Geochemistry. - 2003. -18. - Р. 1347 - 1358.
13. Hollibaugh J.T., Carin S., Gurihyck H., et al. Arsenic speciation in Mono Lake, California: response to seasonal stratification an anoxia // Geochim. et Cosmochim. Acta. -2005. - vol. 69. - N 8. -?. 1925-1937.
14. Kuznetsova A. I., Chumakova N.L. Determination of the difficult elements Ag, B, Ge, Mo, Sn, Tl and W in geochemical reference samples and silicate rocks of GeoTP proficiency tasting series by DS arc atomic emission spectrometry // Geostandards Newsletter. - 2002. - vol. 26. - N 3. - Р. 307-312.
15. Pokrovski G. S., Kara S., Roux J. Stability and solubility of arsenopyrite in crustal fluids // Geochim. et Cosmochim. Acta. - 2002. - v.66. - N 13. - Р. 2361-2378.
16. Rubinos D.A., Arias M., Dias-Fierros F. Barral M.T. Speciation of adsorbed arsenic (V) on red mud using a sequential extraction procedure // Mineral Magazine. -2005. - vol. 69. - N5. - Р. 591-600.
Институт геохимии СО РАН, Лимнологический институт СО РАН Рецензент М.С. Учитель
УДК 553.04:553.81
А.С. Барышев, К.Н. Егоров, Д.А. Кошкарев
ЛОКАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ И ПОИСКИ КОРЕННЫХ месторождений АЛМАЗОВ НА ЮГЕ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ
Показано, что локальный прогноз коренных источников алмазов включает следующие последовательно проводимые операции: анализ информационной базы, изучение эталонных объектов (полей, районов), создание геолого-генетической модели (ГГМ), выявление рудоконтролирующих факторов (на основе ГГМ), установление закономерностей размещения месторождений, формирование физико-геологической модели (ФГМ) и обоснование прогнозных критериев (геологических, геофизических), комплексную обработку собранной критериальной базы и конечные прогнозные построения. По совокупности глубинных данных и критериев оконтурены субпровинции: Присаянская, Ангаро-Тунгусская, Байкитская. В пределах субпровинций выделены алмазоносные минерагенические зоны: Присаянская, Удино-Тунгусская, Ангаро-Вилюйская, Лено-Тунгусская. На основе сформированной многопараметровой ФГМ выделены перспективные площади, адекватные кимберлитовому (лам-проитовому) полю. Изложены основные элементы методики и технологии алмазопоисковых работ в геологических условиях юга Сибирской платформы. Главное требование к качеству шлихо-минералогического опробования - отбор проб только из приплотиковой части рыхлых отложений. Основной путь повышения эффективности поисков - логически выстроенная последовательность
проведения шлихо-минералогического опробования и работ по определению геологической природы локальных магнитных аномалий, предварительно классифицированных на группы по степени перспективности.
Локальный прогноз и поиски коренных месторождений алмазов кимберлито-вого и лампроитового типов осуществляются комплексом методов и на основе принятия определенной генетической концепции. При этом вся методология исследований базируется на системном подходе и положении о тесной взаимосвязи глубинных и приповерхностных геологических процессов.
Принятая геолого-генетическая модель образования алмазоносных пород исходит из существования алмазоносной мантии, преимущественно древнего (архейского) возраста алмазов, возникновения геодинамических обстановок для проявления кимберлитового и лампроитового магматизма, близости механизмов образования кимберлитовых и лампроитовых тел, длительности и дискретности процесса кристаллизации алмазов [6, 15].
Общий алгоритм прогноза включал следующие последовательно проводимые операции:
• анализ информационной базы;
• изучение эталонных объектов (районов, полей);
• создание геолого-генетической модели (ГГМ);
• выявление рудоконтролирующих факторов (на основе ГГМ);
• установление закономерностей размещения кимберлитовых (лампроитовых) полей;
• формирование физико-геологической модели (ФГМ) и обоснование прогнозных критериев (геологических, геофизических, геохимических);
• комплексная обработка собранной критериальной базы и конечные прогнозные построения.
Информационная база для выполнения прогнозных построений включает весь комплекс первичных и сводных геологических, геофизических и геохимических фактографических данных.
Геологические материалы включают: государственные геологические карты масштаба 1:200 000, 1:50 000;
• сводные геологические, тектонические и неотектонические карты масштаба 1:500 000, 1:1 000 000, 1:1 500 000;
• данные глубокого, картировочного и поискового бурения;
• результаты крупнообъемного, мелкообъемного, укрупненного и рядового шлихового опробования на алмазы и минералы-спутники алмазов (МСА);
• микрозондовые анализы химических составов и морфологическое описание МСА.
Геофизический информационный блок включает данные:
• аэромагнитной съемки масштаба 1:1 000 000 (высота съемки Ь=400 м),
• аэромагнитной съемки масштаба 1:200 000 (высота съемки Ь=200 м),
• аэрогеофизической съемки масштаба 1:25 000, 1:50 000 (Ь=100 м),
• гравиметрической съемки масштаба 1:1 000000, 1:500 000, 1:200 000, 1:100 000,
• метода теллурических токов и глубинных электромагнитных зондирований,
• глубинных сейсмических зондирований и площадной сейсморазведки МОВ ОГТ.
Информационная база обязательно включает данные по глубинному строению на трех уровнях: астеносферы, поверхности Мохоровичича и фундамента платформы. Это вытекает из того, что термодинамические и геохимические условия образования и сохранности природных алмазов имеют место при Р более 40 кбар и Т 1200-1450° на глубине более 120 км.
В качестве эталонных объектов рассматривались в основном кимберлитовые поля Мало-Ботуобинского, Среднемархин-ского и Далдыно-Алакитского районов Якутской алмазоносной субпровинции (рис. 1) и отдельные поля Архангельской субпровинции Восточно-Европейской
