Научная статья на тему 'Среднее содержание некоторых элементов-примесей в торфах юго-восточной части Западно-Сибирской плиты'

Среднее содержание некоторых элементов-примесей в торфах юго-восточной части Западно-Сибирской плиты Текст научной статьи по специальности «Геология»

CC BY
111
19
Поделиться
Ключевые слова
торф / западно-сибирская плита / геохимия / элементы-примеси / среднее содержание

Аннотация научной статьи по геологии, автор научной работы — Арбузов Сергей Иванович, Архипов Виктор Сергеевич, Бернатонис Вилис Казимирович, Бобров Владислав Андреевич, Маслов Станислав Григорьевич, Межибор Антонина Михайловна, Прейс Юлия Ивановна, Рихванов Леонид Петрович, Судыко Александр Федорович, Сысо Александр Иванович

Выполнен расчет среднего содержания 26 элементов-примесей в торфах юго-восточной части Западно-Сибирской плиты, основанный на обработке данных нейтронно-активационного анализа 1927 проб из 32 торфяных месторождений и отдельных участков Большого Васюганского болота. Показано, что торф Западно-Сибирской плиты отличается повышенным содержанием золота, брома и хрома. Отмечено возрастающее влияние антропогенного фактора на содержание элементов-примесей в торфах региона.

Average content of 26 elements-admixtures in peats of southeast part of West-Siberian bed has been designed. This design is based on processing the data of neutron activation analysis of 1927 samples of 32 peat deposits and separate areas of Bolshoe Vasyuganskoe swamp. It is shown that peat of West-Siberian bed differs in high content of gold, bromine and chromium. The increasing influence of anthropogenic factor on content of elements-admixtures in peats of the region is noted.

Похожие темы научных работ по геологии , автор научной работы — Арбузов Сергей Иванович, Архипов Виктор Сергеевич, Бернатонис Вилис Казимирович, Бобров Владислав Андреевич, Маслов Станислав Григорьевич, Межибор Антонина Михайловна, Прейс Юлия Ивановна, Рихванов Леонид Петрович, Судыко Александр Федорович, Сысо Александр Иванович,

Текст научной работы на тему «Среднее содержание некоторых элементов-примесей в торфах юго-восточной части Западно-Сибирской плиты»

Геохимия

УДК 550.4:553.96/97

CРЕДНЕЕ СОДЕРЖАНИЕ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ-ПРИМЕСЕЙ В ТОРФАХ ЮГО-ВОСТОЧНОЙ

ЧАСТИ ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ ПЛИТЫ

С.И. Арбузов, В.С. Архипов, В.К. Бернатонис, В.А. Бобров*, С.Г. Маслов, А.М. Межибор,

Ю.И. Прейс**, Л.П. Рихванов, А.Ф. Судыко, А.И. Сысо***

Томский политехнический университет *Институт геологии и минералогии СО РАН, г. Новосибирск **Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, г. Томск ***Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, г. Новосибирск E-mail: siarbuzov@mail.ru

Выполнен расчет среднего содержания 26 элементов-примесей в торфах юго-восточной части Западно-Сибирской плиты, основанный на обработке данных нейтронно-активационного анализа 1927 проб из 32 торфяных месторождений и отдельных участков Большого Васюганского болота. Показано, что торф Западно-Сибирской плиты отличается повышенным содержанием золота, брома и хрома. Отмечено возрастающее влияние антропогенного фактора на содержание элементов-примесей в торфах региона.

Ключевые слова:

Торф, Западно-Сибирская плита, геохимия, элементы-примеси, среднее содержание.

Введение

Торф издавна рассматривается как комплексное сырье для получения различных видов продукции. Помимо использования всей массы торфа (органические удобрения, торфяные брикеты, горшочки и др.), методом экстракции из него получают гуминовые кислоты, битумы, различные биологически активные вещества, нашедшие широкое применение в животноводстве и растениеводстве. Нередко торф используется для производства протеинового корма, кормовых дрожжей, сахаров и гидролизного спирта.

Вместе с тем, торф хорошо известен как один из наиболее активных сорбентов, способных накапливать в себе в определенных условиях значительные количества различных металлов, в том числе токсичных и радиоактивных. В ряде случаев их содержания достигают промышленно значимых величин. Известны, например, месторождения урана в торфах [1]. На Камчатке в районе источника Котел содержание германия в органической массе торфа достигает 220 г/т [2]. В Филиппи, самом мощном из известных в настоящее время торфяников (Греция), содержание в золе торфа достигает 200 г/т и, 300 г/т Мо, 150 г/т РЬ, 450 г/т Аз [3]. В зо-

нах воздействия промышленных предприятий за счет техногенных выбросов могут накапливаться в значительных количествах РЬ, 2п, Со, Си, Сё и других экологически опасные элементы. Известны аномалии плутония и 137Сз в зоне влияния ядерного производства [4, 5].

Очевидно, что использование такого торфа должно предваряться его комплексным геохимическим исследованием. Комплексные исследования должны проводиться на каждом вводимом в эксплуатацию торфяном месторождении. Для корректной интерпретации полученных результатов необходимы сведения о среднем содержании элементов-примесей в торфах региона и о глобальном торфяном кларке. Попытки сделать такие оценки предпринимались неоднократно, но из-за ограниченных аналитических возможностей и недостатка фактического материала эта задача не решена до настоящего времени. Наиболее достоверные данные, основанные на большом количестве аналитического материала, получены в 60-80 гг. прошлого столетия [6, 7]. Основной недостаток этих оценок - это использование приближенно-количественного эмиссионного спектрального анализа, не позволяющего достоверно оценить содер-

жание значительного количества элементов-примесей.

С целью частично восполнить этот пробел нами выполнен расчет среднего содержания элементов-примесей в торфах юго-восточной части ЗападноСибирской плиты, главным образом для территории Томской области. Ранее предпринимались попытки сделать такую оценку, но они основывались на изучении небольшого числа месторождений.

Методика исследований

В данной работе для расчетов привлечены данные по 32 участкам, выделяемым как самостоятельные торфяные месторождения или как части Большого Васюганского болота (рисунок).

Отбор проб производился с помощью торфяного бура по сечениям с интервалом опробования от 2 до 50 см. На каждом исследуемом месторождении или участке торфяной залежи было опробовано от 2 до 25 сечений. Всего для расчетов использовано более 1927 проб торфа, исследованных авторами в разные годы.

Все пробы изучены методом инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА) (аналитики А.Ф. Судыко, В.И. Резчиков, В.А. Бобров). Этот метод обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами при анализе проб, содержащих значительное количество органического вещества (уголь, торф). Отсутствие химической и термической обработки проб в процессе пробоподготовки исключает погрешность определения содержания за счет привноса или удаления элемента вместе с реактивами или с продуктами горения. Облучение проб выполнено в канале исследовательского ядерного реактора ИРТ-Т НИИ ядерной физики при ТПУ (г. Томск). Плотность потока тепловых нейтронов в канале облучения составляла 2-1013 нейтр./(см2-с), продолжительность облучения - 20 ч. Измерение проводилось на многоканальных анализаторах импульсов с полупроводниковыми Ge-Li детекторами. Изучено содержание 26 элементов-примесей в сухой массе торфа и одновременно для части проб выполнено определение их содержания в золе торфа. Пересчеты содержания в золе на торф и обратно показали хорошую сходимость результатов при общей тенденции потерь отдельных элементов в процессе озоления. Достоверность полученного аналитического материала подтверждается результатами интеркалибровок метода ИНАА по многочисленным стандартным образцам сравнения (ZUK - зола угля, SD -морские осадки, БИЛ - донные отложения оз. Байкал, BCR - базальты и др.).

За редким исключением, расчет среднего производился по результатам прямого измерения содержания химического элемента в торфе. В тех случаях, когда содержание элемента в торфе ниже пре-

дела определения анализа, использовался расчетный метод. Сначала определялось содержание элемента в золе, а затем данные пересчитывались на торф. В этом случае возможно занижение результатов для отдельных химических элементов в связи с потерей их с газовой фазой в процессе озоления торфа.

При оценке среднего содержания элементов-примесей в торфах в основу положены рекомендации, изложенные в монографии Ю.А. Ткачева и Я.Э. Юдовича [8] и в более поздних работах этих авторов. Расчеты выполнены по методу последовательного усреднения данных от частных проб через среднее для участков опробования, торфяных месторождений к среднему для региона в целом.

Таблица. Среднее содержание элементов-примесей в торфах и золах торфов юго-восточной части Западно-Сибирской плиты

Элементы Низинный торф Верховой торф Среднее для региона

Сухое веще- ство Зола тор- фа* Сухое веще- ство Зола тор- фа* Сухое вещество Зола тор- фа*

Na 0,066 0,49 0,037 1,2 0,049±0,011 0,67

Ca 2,7 20,5 0,57 17,9 1,4+0,18 19,8

Sc 1,4 10,3 0,56 17,6 0,88±0,17 12,2

Cr 13,6 102 11,6 366 12,4+2,8 171

Fe 1,7 12,6 0,43 13,4 0,93+0,13 12,8

Co 3,5 26,4 1,5 45,7 2,3±0,2 31

Br 61,0 457 17,7 558 35,0+2,6 483

As <0,3 - <0,3 - <0,3 -

Rb 7,8 58 1,7 54,9 4,1±1,4 57

Sr 120 895 42 1318 73,0+7,2 1006

Ag 0,10 0,78 0,028 0,89 0,058±0,02 0,8

Sb 0,14 1,1 0,11 3,5 0,12+0,03 1,7

Cs 0,44 3,3 0,14 4,4 0,26+0,06 3,6

Ba 106 796 37,7 1188 65,2+11,0 899

La 5,0 37,3 1,6 52 3,0±0,6 41,2

Ce 8,8 66 3,8 120 5,8±0,9 79,8

Sm 0,96 7,20 0,40 12,5 0,62+0,1 8,6

Eu 0,19 1,39 0,08 2,7 0,12+0,02 1,7

Tb 0,15 1,14 0,040 1,3 0,085+0,01 1,2

Yb 0,33 2,44 0,12 3,8 0,20+0,03 2,8

Lu 0,05 0,39 0,019 0,60 0,032+0,005 0,45

Hf 0,40 3,02 0,17 5,4 0,26+0,07 3,6

Ta 0,094 0,70 0,015 0,46 0,046+0,01 0,64

Au 0,017 0,13 0,019 0,61 0,018+0,003 0,25

Th 0,87 6,5 0,45 14,0 0,62+0,1 8,5

U 0,46 3,4 0,31 9,7 0,37+0,08 5,1

Ad 13,4 100 3,2 100 7,3±0,9 100

Количество проб 702 702 1225 1225 1927 1927

Примечание: - нет данных; * - пересчитано на золу. Содержание элементов дано в г/т, А и содержание N8, Fe и Са даны в мас. %

Рисунок. Схема размещения участков опробования торфяных месторождений: 1) Песочкинское; 2) Петропавловский Рям; 3) За-падно-Моисеевское; 4) Пуховское; 5) Малая Мча; 6) Васюганское, участок 6; 7) Семиозерье; 8) Суховское; 9) Саим; 10) долина р. Егольях, 11) долина р. Ягыльях; 12) Васюганское, участок 7, р. Демьянка; 13) Залесное, р. Кельват-Лонты-нъях; 14) Васюганское, участок 1; 15) оз. Круглое; 16) Васюганское, участок 3; 17) Жарково; 18) Вилкинское; 19) Полуде-новское; 20) Клюквенное; 21) Березовая грива; 22) Гусевское; 23) Чистое; 24) Колпашевское; 25) Айгарово; 26) Ар-кадьево; 27) Бакчарское; 28) Иксинское; 29) Сосново-Махнинское; 30) Водораздельное; 31) Кирсановское; 32) Иш-коль

Расчет среднего содержания элементов-примесей в пределах отдельных месторождений или их участков производился как расчет средневзвешенной величины по мощности интервалов опробования торфяной залежи. В качестве контроля результат сопоставлялся с медианой и модой. Среднее по типам залежей (верховые, низинные) оценивалось с учетом закона распределения как среднее арифметическое. Среднее для региона рассчитывалось исходя из распространенности верховых, переходных и низинных торфов на территории Томской области [9].

При расчетах средневзвешенного содержания принято следующее соотношение генетических типов торфяных залежей: низинные и переходные -40 %; верховые и смешанные - 60 %.

Результаты исследований и их обсуждение

Результаты оценки среднего содержания представлены в таблице. Анализ полученных результатов позволяет отметить, что по основному спектру изученных химических элементов торф юго-вос-

точной части Западно-Сибирской плиты близок к торфам других регионов России.

Не нашел подтверждения полученный ранее вывод об обогащении верховых торфов Западной Сибири по сравнению с другими регионами кобальтом [10]. Его средние содержания ниже средних оценок для территории СССР [6, 7].

Получил подтверждение установленный ранее факт повышенного содержания хрома [11]. При этом высокие уровни накопления хрома установлены как в низинных, так и в верховых торфах. Природа его накопления требует специального исследования. Ранее было высказано предположение, что обогащение торфа хромом обусловлено заимствованием его из подстилающих грунтов [12]. В качестве обоснования этого вывода приведены данные, свидетельствующие о низком содержании хрома в месторождении Айгарово, залегающем на карбонатных грунтах, и существенно более высокие его концентрации в месторождениях Гусевское, Клюквенное, Семиозерье и Колпашевское,

залегающих на обогащенных хромом терригенных осадках.

Выявлено высокое среднее содержание золота в торфах региона, в 3 раза превышающее кларк для осадочных пород [13]. В пересчете на золу среднее содержание золота приближается к возможно промышленно значимым концентрациям. Эти данные подтверждаются находками в регионе аномалий золота в торфах и углях [14]. Наряду с золотом отмечено и несколько повышенное среднее содержание серебра. Исследования новосибирских специалистов [15] показали, что торфяные месторождения в предгорной части Западно-Сибирской плиты почти повсеместно обогащены золотом. Эти факты согласуются с общей геохимической спецификой обрамления [16]. По-видимому, повышенная золотоносность - характерная черта ЗападноСибирских торфов и углей. Она свидетельствует о высоком благороднометалльном потенциале структур обрамления этого бассейна осадконако-пления.

Установлено высокое содержание брома в торфах. В пересчете на золу оно превосходит кларк для осадочных пород на порядок. Вероятно, это связано со спецификой подстилающих отложений, большой долей в их составе захороненных морских осадков. При этом следует учитывать, что реальные золы существенно обеднены бромом по сравнению с расчетными данными в связи с потерей его при озолении. На влияние морских нефтегазоносных отложений, возможно, указывают и повышенные уровни накопления стронция.

При общем низком содержании природных радиоактивных элементов (и, ТИ) в торфах, установлено избыточное накопление урана по отношению к торию. Торий-урановое отношение понижено и изменяется от 1,5 для верхового торфа до 1,9 для низинного, в среднем 1,7. Отмечены высокие уровни накопления урана в пересчете на золу

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кочкин Г.Б. Радиоэкологические особенности ураноносных торфяников // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: Матер. Междунар. конф. -24-26 мая 1996 г. - Томск: Изд-во ТПУ, 1996. - С. 101-104.

2. Костин Ю.П., Витовтова В.М., Шарова И.Г. Современное германиевое оруденение торфяников, образующихся в районах развития термальных вод // Металлогения осадочных и осадочно-метаморфических пород. Вып. 8. - М.: Наука, 1973. -С. 196-200.

3. Kalaitzidis S., Christanis K., Georgakopoulos A., Fernandes-Turi-el J.L., Papazisimou S. Influence of Geological conditions during peat accumulation on trase element affinities and their behavior during peat Combustion // Energe & Fuels. - 2002. - V. 16. -P. 1476-1482.

4. Минеева Н.Я., Маркелов А.В., Дмитриев С.А. и др. Болота как биогеоценотические барьеры радионуклидов // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Матер. IV Междунар. научно-практ. конф. - 19-21 октября 2006 г. - Семипалатинск, 2006. - С. 393-396.

для верхового торфа. Эти данные подтверждаются результатами прямого определения содержания урана и тория в золах, полученных при лабораторном озолении торфа.

Следует отметить неравномерный характер распределения элементов - примесей в пределах месторождений не только по латерали, связанный с удаленностью от источника питания болотного массива терригенным материалом, но и в вертикальном профиле торфяных залежей, обусловленный природно-климатическими, гидрогеохимическими, антропогенными и другими факторами. В том числе наблюдается отчетливое обогащение большинством изученных элементов-примесей верхних интервалов залежей, характеризующих вторую половину XX в. - начало XXI вв. с выделение четких временных критериев накопления редких и радиоактивных элементов. Наиболее ярко эта особенность проявлена в верховых залежах, расположенных вблизи населенных пунктов в зоне влияния промышленных производств [17, 18], но имеет место и на участках, удаленных от них. Данное обстоятельство свидетельствует о ярко выраженном участии как локального, так и глобального антропогенного фактора в накоплении ряда элементов-примесей в торфах. Доля антропогенного накопления неорганических компонентов в торфах в течение последнего столетия постоянно возрастает и это уже сейчас сказывается на оценке среднего содержания элементов-примесей, а в конечном итоге может существенно изменить эти оценки. Примеры подобных изменений в настоящее время уже можно наблюдать на ряде европейских месторождений торфа [19]. Нами при детальном исследовании верховых болот достоверно установлено, что верхние 50 см вертикального разреза торфяника, соответствующие последнему столетию, обогащены всеми изученными элементами-примесями [18].

5. Gauthier-Lafaye F., Pourcelot L., Eikenberg J., Beer H., Le Roux G., Rikhvanov L.P., Stille P., Renaud Ph., Mezhibor A. Radioisotope contaminations from releases of the Tomsk-Seversk nuclear facility (Siberia, Russia) // Journal of Environmental Radioactivity. - 2007. - V. 98. - P 301-314.

6. Сапрыкин Ф.Я., Свентиховская А.Н. Закономерности редко-металльного оруденения современных торфяников // Матер. к 9-му совещанию работников лабор. геол. организаций. Вып. 7. Углехимическая секция. - Л.: Недра, 1965. -С. 95-102.

7. Клер В.Р, Ненахова В.Ф., Сапрыкин Ф.Я. и др. Металлогения и геохимия угленосных и сланценосных толщ СССР. Закономерности концентрации элементов и методы их изучения. -М.: Наука, 1988. - 256 с.

8. Ткачев Ю.А., Юдович Я.Э. Статистическая обработка геохимических данных. Методы и проблемы. - Л.: Наука, 1975. -233 с.

9. Инишева Л.И., Архипов В.С., Маслов С.Г., Михантьева Л.С. Торфяные ресурсы Томской области и их использование. -Новосибирск: Изд-во СО РАСХН, 1995. - 88 с.

10. Московченко Д.В. Биогеохимические особенности верховых болот Западной Сибири // География и природные ресурсы. -2006. - № 1. - С. 63-70.

11. Инишева Л.И., Бернатонис В.К., Цыбукова Т.Н. Содержание микроэлементов в торфе Западно-Сибирского региона // Торфяная промышленность. - 1991. - № 1. - С. 19-25.

12. Архипов В.С., Бернатонис В.К., Резчиков В.И. Распределение железа, кобальта и хрома в торфяных залежах центральной части Западной Сибири // Почвоведение. - 2000. - № 12. -С. 1439-1447.

13. Григорьев Н.А. Среднее содержание химических элементов в горных породах, слагающих верхнюю часть континентальной коры // Геохимия. - 2003. - № 7. - С. 785-792.

14. Arbuzov S.I., Rikhvanov L.P., Maslov S.G., Arhipov V.S., Belyaeva A.M. Anomalous gold contents in brown coals and peat in the south-eastern region of the Western-Siberian platform // Int. J. Coal Geol. - 2006. - V. 68. - № 3-4. - P. 127-134.

15. Матухина В.Г., Попова М.В., Малюшенко Л.Д. Процессы вторичного минералообразования в торфяных залежах на территориях, сопредельных с горным обрамлением // Отечественная геология. - 1996. - № 5. - С. 65.

16. Арбузов С.И., Ершов В.В. Геохимия редких элементов в углях Сибири. - Томск: Изд. дом «Д-Принт», 2008. - 468 с.

17. Гавшин В.М., Сухоруков Ф.В., Будашкина В.В. и др. Свидетельства фракционирования химических элементов в атмосфере Западной Сибири по данным исследования верхового торфяника // Геохимия. - 2003. - № 12. - С. 1337-1344.

18. Беляева А.М., Рихванов Л.П., Арбузов С.И. Исследования геохимического состава верхового торфа как метод мониторинга окружающей среды // Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии: Матер. III Всеросс. конф. молодых ученых. - Томск, 2006. - С. 631-634.

19. Shotyk W., Cheburkin A.K., Appleby P.G. et al. Two thousand years of atmosphericarsenic, antimony, and lead deposition recorded in an ombotrophic peat bog profile, Jura Mountains, Switzerland // Earth and Planetary Science Letters. - 1996. - V. 145. - P. E1-E7.

Поступила 18.02.2009 г.