CC BY
59
УДК 551.214.4, 550.84.094.1
ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ И КРИТЕРИИ СУЛЬФИДНОГО ОРУДЕНЕНИЯ
Л.К. Мирошникова1
Норильский индустриальный институт, 663310, г . Норильск, 50 лет Октября, 7.
Гидрогеохимические аномалии Cu, Ni, Co, Cr в подземных и поверхностных водах расположены над месторождениями Cu-Ni сульфидных руд. Одним из эффективных методов поисков сульфидных медно-никелевых месторождений является гидрогеохимическая съемка. Проведен анализ детальных гидрогеохимических работ по гидрогеохимическому районированию Норильского района на обнаружение скрытого сульфидного оруденения. Ил. 2. Табл. 1. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: гидрогеохимические аномалии; сульфидное оруденение; поисковые признаки и критерии; подземные и поверхностные природные воды.
HYDROGEOCHEMICAL FEATURES AND CRITERIA OF SULFIDE MINERALIZATION L.K. Miroshnikova
Norilsk Industrial Institute
7, 50 Years of October St., Norilsk , 663310 .
Hydrogeochemical anomalies of Cu, Ni, Co, Cr in underground and surface waters are located above the deposits of Cu-Ni sulfide ores. One of the effective methods of sulphide copper -nickel deposits prospecting is hydrogeochemical survey. The author carries out the analysis of the detailed hydrogeochemical works on hydrogeochemical zoning of the Norilsk region for the detection of concealed sulphide mineralization. 2 figures. 1 table. 6 sources.
Key words: hydrogeochemical anomalies; sulfide mineralization; prospecting features and criteria; underground and surface natural waters.
В геологическом отношении район гидрогеохимической съемки достаточно хорошо изучен. Наибольшее распространение здесь получили вулканогенные образования триасовой системы, представленной различными базальтовыми лавами, туфами и туффи-тами. Отложения пермской и девонской систем, сложенные песчаниками, алевролитами, аргиллитами с пластами углей и линзами известняков, выходят на поверхность в юго-западной части Хараелахской и Норильской мульд. Самыми древними образованиями на изученной территории являются доломиты, известняки, ангидриты, гипсы, глинистые известняки и из-вестковистые конгломераты силурийской и ордовикской системы. Значительное распространение в районе получили оливиновые долериты. В структурно-тектоническом плане района преобладают разрывные структуры, ориентированные в северо-восточном, субширотном и северо-западном направлениях.
Основными объектами изучения являлись поверхностные и подземные над- и подмерзлотные воды, приуроченные к различным литолого-стратигра-фи-ческим комплексам пород. Гидрогеохимические пробы отбирались из самых различных источников (ключи, родники, ручьи и т. д.). Размещение проб на площади района равномерное. Фактический материал включает десятки тысяч проб воды, проанализированных спектральным и химическим методами (рис. 1).
Классификация вод по макрокомпонентному составу производилась с помощью программы «HYDRO» пакета «АННА». Систематизация материала была проведена на основе классификации О.А. Алекина, сочетающей принцип деления по количественному соотношению между классами различного макрокомпонентного состава. При этом преобладающими считались ионы с наибольшим относительным содержанием в процентах в пересчете на количество вещества эквивалента [1].
Выделение классов природных вод производилось по преобладающему аниону. Классы, в зависимости от катионного состава, подразделялись на группы, которые делились на типы (таблица).
По степени минерализации в районе встречены воды почти всех градаций - от весьма пресных до высокоминерализованных. Наибольшим распространением в районе пользуются пресные воды гидрокарбонатного и слабосолоноватые сульфатного классов. Отдельными скважинами вскрыты соленые, хлорид-ные и натриевые воды с минерализацией до 30 г/л. На исследуемой территории Норильского района доминируют воды гидрокарбонатного класса, катионный состав которых чаще кальциевый, реже натриево-кальциевый, натриевый или смешанный.
1 Мирошникова Людмила Константиновна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3919) 421612, (3919) 444326.
Miroshnikova Ludmila , Candidate of Geological and M ineralogical sciences , Associate Professor of the Department of Exploitation of Mineral Deposits, tel.: (3919) 421612, (3919) 444326.
Рис. 1. Схема гидрогеохимической изученности Норильского района (по материалам Снисар С.Г.): 1 - границы исследуемой площади; 2 - границы геохимических областей, рудных узлов (ТРУ - Талнахский рудный узел; НРУ -Норильский рудный узел); 3 - район максимального техногенного заражения; 4 - границы мульд: а - Норильская мульда; б - Хараелахская мульда; 5 - состав геохимических аномалий (в числителе - микроэлементы с аномальными концентрациями, в знаменателе - микроэлементы зоны рассеивания)
Классификация природных поверхностных вод различного _макрокомпонентного состава_
Тип Формула Класс Группа
I HCO3 > Ca 2+ + Mg2+ гидрокарбонатные кальциевые, натрие-во-кальциевые
II HCO3 < Ca 2+ + Mg2+ < HCO3- + SO4 - сульфатные кальциевые, натриевые, натриево-кальциевые
III HCO3" + SO4 - < Ca 2+ + Mg2+ (Cl > Na) хлоридные соленые натриевые
III a С1 - < Na + + Mg 2+
III 0 С1 - > Na + + Mg 2+
На фоне гидрокарбонатно-кальциевых вод локальное распространение получили сульфатные воды (тип вод II), преимущественно кальциевые. Дискретно встречены сульфатные натриево-кальциевые и сульфатно-натриевые воды. Необходимо отметить, что воды этого класса встречаются на участках известных сульфидных месторождений Талнахского и Волого-чанского рудных узлов (см. рис. 1).
Воды хлоридного класса (III тип вод) преимущественно распространены в пределах известных месторождений Талнахского рудного узла. Здесь также отмечаются натриевые воды с низкой минерализацией. Было отмечено, что локальные, дискретные области проявления поверхностных природных вод сульфатного хлоридного (III тип вод) составов чаще всего отмечаются в краевых частях Хараелахской мульды, что согласуется с макрокомпонентным составом подземных вод и подтверждается фактом разгрузки артезианских вод в этом направлении (см. рис. 1).
Воды III а типа встречаются крайне редко. По своему химическому составу они напоминают нефтяные воды, но отличаются от них значительно меньшей минерализацией. Происхождение данного типа вод до конца не выяснено. Принято считать, что в формировании химического состава этих вод, главная роль принадлежит рудоносным интрузиям [2].
Самая крупная область распространения сульфатных вод отмечается вокруг Норильского промышленного района в радиусе 10 км (фрагментарно -30км), а также в долине реки Рыбная.
Однако крупные размеры выделенной области сульфатных вод и её ориентировка, совпадающая с розой ветров в данном регионе, свидетельствуют о значительном влиянии техногенной нагрузки, которая привела к смещению природного равновесия. Существование вблизи Норильского промышленного района обширной территории мощного техногенного загрязнения, нашло отражение в преобладающих SO4 -2 -иона в водах повышенной минерализации. Распространение областей вод сульфатного состава отчетливо коррелируется с направлением розы ветров.
Подобная ситуация по данным экологических наблюдений отмечается в районе металлургического предприятия на базе известного месторождения сульфидных медно-никелевых руд Садбери в Канаде. Концентрация сульфат-иона в поверхностных водах 120 озер, лежащих вокруг предприятия, обнаруживает четкую обратную зависимость от расстояния до завода.
В результате многолетних гидрогеохимических исследований Карело-Кольского региона было выявлено несколько десятков аномальных зон, аэротехногенного генезиса. Эти образования характеризуются большими площадями развития (до десятков квадратных километров), высокими (вблизи источника загрязнения) и довольно однородными концентрациями рудо-генных микроэлементов, сульфат-иона. При удалении от эпицентра отмечается равномерное убывание распространения аномальных содержаний их по площади. Конфигурации аномальных полей соответствуют преобладающему направлению ветров и характеру рельефа местности, а не геологической ситуации [3].
Микрокомпонентный состав поверхностных вод. Для определения микрокомпонентного состава природных поверхностных вод производился полуколичественный спектральный анализ сухого остатка гидрохимических проб. Спектральным анализом сухого остатка вод были обнаружены концентрации: меди, никеля, кобальта, цинка, титана, хрома, ванадия, свинца, марганца, циркония, стронция, олова, молибдена, сурьмы, серебра, лития, лантана, фосфора, золота, скандия и др. Содержание их в водах колеблется в широких пределах и достигает 100 мкг/л и более. Так, например, содержание меди в водах изменяется от 0 до 20, никеля - от следов до 35, кобальта - от 0 до 2, серебра - от 0 до 1, хрома - от 0 до 40, ванадия - от 0 до 5, титана - от следов до 100, цинка - от 0 до 10 мкг/л.
Пробы, взятые из различных водных источников, представляют собой смеси микроэлементов, поступающих из всевозможных геологических образований. Это и многочисленные разновидности горных пород, представленные индивидуальными ассоциациями микроэлементов, и рудные тела, отличающиеся по составу пород и типу минерализации; и зоны гиперге-неза; и зоны разломов, которые обильно дренируют подземные воды, в зонах которых формируются автономные ассоциации, характерные для различного глубинного заложения и т. п. При обработке базы данных результатов химического анализа сухого остатка гидрохимических проб применялся метод многомерных полей, дающий возможность автоматически конструировать эмпирические модели изучаемых объектов и находить им содержательное объяснение [4, 5].
Активно мигрирующие элементы - цинк и сурьма -не использовались при построении карт геохимических ассоциаций так как их присутствие не раскрывало
роли других элементов при формировании той или иной ассоциации.
Было установлено, что на площадях сульфидных месторождений и рудопроявлений содержание меди в поверхностных и подземных водах резко возрастает от 50 до 2600, никеля - от 50 до 25000, кобальта - от 3 до 140, хрома - от 8 до 2100, серебра - от 2 до 30, цинка - от 50 до 4000, титана - от 100 до 3200, ванадия - от 10 до 160, свинца - от 30 до 520 мкг/л [2].
Сильное техногенное влияние на территорию НГРР не позволяет выделить природную составляющую данных аномалий в поверхностных водах. Кроме того, в пределах Норильского и Хараелахского плато наблюдаются аномалии значительных по размерам и различных по степени концентрации рудогенных микроэлементов, не совпадающими с известными или предполагаемыми объектами месторождений.
Наиболее сильно техногенное загрязнение проявлено в долине реки Рыбная, в предгорьях Норильского и Хараелахского плато. Техногенное заражение картируется в виде высокоградиентных аномальных зон, ориентировка которых совпадает с розой ветров. Наиболее крупные аномалии приурочены к крупным водотокам и подножьям склонов. Фоновые области, выделенных типов аномалий приурочены к участкам распространения мелких озер в области бугристой волнисто - грядовой поверхности. Это явление, возможно, объясняется тем, что воздушные массы загрязнены серой и ее продуктами, которые выпадают с атмосферными осадками в виде снега и дождя. Таким образом, при снеготаянии вода в реках и в поверхностных водотоках, текущих со склонов гор и их подножия, более кислая, а значит и миграция микроэлементов более интенсивная, чем в районах распространения озер.
Общая конфигурация аномальных полей в местах сочленения трапповых мульд, где широко представлены отложения мезозоя, пространственно приурочены к развитию артезианских вод бассейна, что наиболее ярко проявлено в краевых частях Хараелахской мульды. В этом случае конфигурация аномальных полей удовлетворительно совпадает со структурно-тектоническим каркасом региона.
Аномальные поля, специализированные на рудо-генные микроэлементы пространственно совпадают с основными рудными узлами. Так, Западно-Пясинский, Тальминский, Арылахский рудные узлы картируются высокоградиетными аномалиями и зонами рассеянной минерализации Си-КН типа (рис. 1). Вместе с тем, в пределах каждого рудного узла, отмечаются свои особенности. Например, в районе Западно-Пясинского рудного узла отмечается присутствие типов геохимических ассоциаций с ведущим Мо. В пределах Ары-лахского рудного узла широко развит тип геохимических ассоциаций с ведущим Бп, которые формируют высокоградиентные аномалии и зоны рассеянной минерализацией (см. рис. 1).
Гидрогеохимические аномалии подземных вод. По степени минерализации в подземных водах, залегающих в пределах известных месторождений Талнахского рудного узла, выделяются 4 гидрогеохи-
мические зоны. Зона А с минерализацией подземных вод М < 1,0 г/л; зона Б, в которой установлена минерализация подземных вод 1,0 < М < 10 г/л; зона В -минерализация подземных вод 10,0 < М < 50 г/л; 10 -зона Г - минерализация подземных вод М > 50,0 г/л (рис. 2).
Аномальные концентрации микроэлементов индикаторов оруденения приурочены к площадям развития рудоносных и потенциально рудоносных интрузий, но значительно превосходят размеры последних. Площадь распространения гидрогеохимических ореолов подземных вод составляет до 35 км2. Гидрогеохимические ореолы могут локализоваться как в непосредственной близости от рудных тел, так и на значительном удалении от них (1000 - 2000 м), что определяется направлением стока вод и большой миграционной подвижностью микроэлементов. В первом случае в подземных водах отмечаются аномальные концентрации рудогенных микроэлементов. По результатам спектрального полуколичественного анализа сухого остатка гидрохимических проб, отобранных из горизонтов подземных вод, вскрытых при бурении разведочных скважин, была составлена гидрогеохимическая схема распределения рудогенных микроэлементов в подземных природных водах площади Талнах-ского рудного узла (см. рис. 2).
В гидрогеохимических аномалиях над месторождениями наблюдаются следующие содержания элементов индикаторов оруденения: Си (до 1600 мкг/л), № (до 25 мкг/л), Со (до 130 мкг/л), Сг (до 200 мкг/л), 2п (до 150 мкг/л). Границы аномальных содержаний проведены по значениям для меди, равным 200 мкг/л и для никеля - 10 мкг/л (см. рис. 2). Было отмечено, что аномалии элементов индикаторов оруденения концентрируются в основном в подземных сульфатных водах с низкой минерализацией.
Для площадей сульфидных месторождений и (Октябрьское и Талнахское) и рудопроявлений (Тангара-лахский и Томулахский потенциально рудные поля) установлена отчетливая поисковая ассоциация рудных элементов в водах: никель — медь — кобальт — хром. Наличие в водах данной ассоциации элементов, а также и характерных элементов-спутников (серебро, цинк, титан и ванадий) в количествах, превышающих фон в 3-10 раз и более, служит прямым поисковым признаком.
Формирование над глубокозалегающими никеле-носными интрузями сквозных гидрогеохимических полей концентрирования рудогенных микроэлементов обусловлено следующими структурно-тектоническими элементами площади месторождений. Во-первых, в районе глубинного магмоподводящего и рудоконтро-лирующего Норильско-Хараелахского разлома и оперяющих его тектонических разрывных нарушений более низкого порядка, в горных породах отмечается интенсивная трещиноватость, что создает благоприятные условия для переноса подземными водами рудных и сопутствующих элементов по ослабленным зонам; во вторых - на площадях месторождений отмечаются сквозные талики, благодаря которым также происходит активная миграция микроэлементов снизу
Г 1 е.; У
г 10 п •Си
с
\ИЖ
ж
тзм
ТПРП
14 |_____|15
Рис. 2. Гидрогеохимическая схема распределения рудогенных микроэлементов в подземных природных водах площади Талнахского рудного узла. 1 - 3 - установленные контуры распределения интрузивов: 1 - рудоносного Верхнеталнахского ; 2 - Томулахского (Томулахская зона метаморфизма); 3 - Тангаралахского (Тангаралахское потенциально-рудное поле); 4 - Нориль-ско-Харелахский разлом; 5 - Фокинско-Тангаралахский разлом; 6 - скважины (точки отбора гидрохимических проб); 7 -10 - гидрогеохимические зоны: 7 - зона А (минерализация подземных вод М < 1,0 г/л); 8 - зона Б (минерализация подземных вод 1,0 < М < 10 г/л); 9 - зона В (минерализация подземных вод 10,0 < М < 50 г/л); 10 - зона Г (минерализация подземных вод М > 50,0 г/л); 11 -12 - контуры гидрохимических ореолов: 11 - никеля (изолиния содержания 10 мкг/л); 12 - меди (изолиния содержания 200 мкг/л); 13 - направление уменьшения содержаний меди и никеля
вверх. Резкорасчлененный характер рельефа, который в сочетании с многолетнемерзлой толщей пород контролирует образование системы напорных подземных вод. В зоне талика над месторождением над-мерзлотные воды достигали поверхности и разгружались в водотоки или скрытые «ловушки» под экраном четвертичных отложений. В этом случае образуются гидрохимические аномалии и слабоконтрастные солевые потоки в аллювиальных отложениях [6].
Выводы:
1. Из косвенных признаков на сульфидное медно-никелевое оруденение наиболее приемлемы повышенные содержания сульфат-иона (более 50 мг/л) в водах с низкой минерализацией и наличие хлоридных натриево-кальциевых вод с минерализацией от 0,5 до 2,5 г/л. По установленным признакам на территории района выявлены многочисленные гидрогеохимические аномалии, часть из которых подтверждена вскрытием сульфидного оруденения (см. рис. 2).
2. При интерпретации гидрогеохимических данных учитывались парагенетические ассоциации и количе-
ственные соотношения рудообразующих и сопутствующих им элементов в сравнении с гидрогеохимическим фоном района. Установлена отчетливая поисковая ассоциация рудных элементов в водах: никель — медь — кобальт — хром. Наличие в водах данной ассоциации элементов индикаторов и элементов-спутников (серебро, цинк, титан и ванадий) в количествах, превышающих фон в 3-10 раз и более, служит прямым поисковым признаком. Достоверными считаются такие водные ореолы, где зафиксирован в аномальных количествах весь спектр перечисленных выше элементов.
3. Главные гидрогеохимические критерии и признаки: 1 - аномальное содержание в водах Си до 1500 мкг/л, № до 300 мкг/л, Со до 100 мкг/л, 2п до 150 мкг/л; 2 -присутствие вод с аномальным содержанием сульфат-иона; 3 - наличие хлоридных натриево-кальциевых вод с относительно невысокой минерализацией.
4. В целом, комплексные гидрохимические аномальные поля поверхностных вод совпадают с таковыми,
выделенными по потокам рассеяния (Талнахское, Во-логочанское, Кыстыктахское, см. рис. 1). 5. В гидрогеохимических полях поверхностных вод отмечаются аномалии сульфатных вод с преобладанием сульфат-иона, в которых наблюдаются высококонтрастные аномалии меди, никеля, кобальта. Аномалии имеют большое площадное распределение, их конфигурация соответствует преобладающему на-
правлению розы ветров, характеру рельефа местности и территорией с максимальной угнетенностью почвенно-растительного покрова. Данные аномалии не связаны с геологической ситуацией района, а формируются под воздействием значительного влияния техногенного фактора, в результате которого происходит смещение природного равновесия гидрогеохимического поля.
Библиографический список
1. Алекин О. А. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 444 с.
2. Кузьмин Е. Е. Гидрогеохимический метод поисков рудных месторождений в условиях многолетней мерзлоты (на примере Норильского района). В кн.: Геология и полезные ископаемые Норильского района. Норильск, 1969. С. 45-54.
3. Нежданова И.К., Свешников Г.В., Суетин Ю.П. Гидрохимические поиски сульфидных медно-никелевых руд в Карело-Кольском регионе // Методы прикладной геохимии: материалы II Междунар. симпозиума. Новосибирск.: Наука, 1983. С. 65-67.
4. Евдокимова В. Н. Автоматизированная система обработки геолого-геохимической информации методом многомерных
полей. В кн.: Геохимические методы поисков рудных месторождений в Сибири и на Дальнем Востоке. Новосибирск: Наука, 1978. С. 9-26.
5. Китаев Н. А., Евдокимова В.П., Чумакин В. Н. Построение эмпирических моделей зональности рудных тел и их ореолов. В кн.: Математическая обработка данных в поисковой геохимии. Новосибирск: Наука, 1976. С. 115-131.
6. Додин Д.А., Додина Т.С., Кравцов В.Ф. Генетические основы минералого-геохимических методов поисков месторождений сульфидной медно-никелевой формации // Геохимия и минералогия рудных формаций Норильского района. Л.: Наука, 1988. С. 29-38.
УДК 528.472:504.4.062.2
АНАЛИЗ СЕЗОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ УРОВНЯ ВОДЫ УСТЬ-ИЛИМСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА ПО ХАРАКТЕРНЫМ ГОДАМ ПЕРИОДА ЭКСПЛУАТАЦИИ
1 2 Т.А. Ташлыкова1, Е.А. Лукьянова2
1Институт земной коры СО РАН,
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128.
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведен анализ сезонной изменчивости уровня воды Усть-Илимского водохранилища по характерным годам из всего тридцатилетнего периода его эксплуатации. Подчеркивается важность данного вопроса в связи с наполнением в ближайшем времени и вводом в эксплуатацию следующей энергетической ступени ангарского каскада -Богучанского водохранилища. Впервые публикуются значения по среднесуточным скоростям сработки и наполнения водоема по характерным годам. Ил. 5. Библиогр. 13 назв.
Ключевые слова: водохранилище; уровень воды; сработка; объемы водных ресурсов; гидроузел; ангарский каскад.
ANALYSIS OF SEASONAL VARIABILITY OF WATER LEVEL IN UST-ILIM RESERVOIR BY CHARACTERISTIC YEARS OF ITS OPERATION PERIOD T.A. Tashlykova, E.A. Lukyanova
Institute of Earth Crust SB RAS, 128, Lermontov St., Irkutsk, 664033. National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors carry out the analysis of seasonal variability of the water level in Ust-Ilim reservoir according to characteristic years from the whole thirty-year period of its operation. They emphasize the importance of this issue in connection with the nearest filling and putting into operation the next energy level of the Angara cascade - the Boguchansky reservoir. For the first time the authors publish values of average daily rates of reservoir drawdown and filling by the characteristic
1Ташлыкова Татьяна Алексеевна, инженер аналитического центра, тел.: 89645441803, e-mail: tta1964@mail.ru Tashlykova Tatiana, Engineer of the Analytical Center, tel.: 89645441803, e-mail: tta1964@mail.ru
2Лукьянова Елена Александровна, доцент кафедры общеобразовательных дисциплин заочно-вечернего факультета, тел.: 89086600353, e-mail: LukIrGTU@yandex.ru
Lukyanova Elena, Associate Professor of the Department of Disciplines of General Education of the Faculty of Part-time Evening and Correspondent Studies, tel.: 89086600353, e-mail: LukIrGTU@yandex.ru
