Глава 7. Гидрогеохимическое рассеяние

Особенность природной воды как вещества, несущего разнообразную информацию о литологии и строении земных недр, используется при поисках рудных, нефтяных, соляных месторождений. Вода участвовала в образовании любого из этих месторождений, а теперь она помогает нам их найти. Для каждого из типов месторождений разрабатываются свои гидрогеохимические критерии, методика проведения полевых работ, приемы интерпретации гидрогеохимических данных, рассматриваемые в специальной литературе. Покажем возможности и подход к гидрогеохимическому методу поисков на примере наиболее разработанном и показательном – гидрогеохимических поисках рудных месторождений.

Гидрогеохимический метод поисков рудных месторождений основан на изучении распределения в водной среде химических элементов на участках оруденения, процессов водного рассеяния и концентрирования элементов, условий и форм их водной миграции, химического баланса вещества. Результаты гидрогеохимических поисков позволяют оценивать перспективы изучаемой территории на обнаружение полезного ископаемого, намечать программу дальнейших исследований.

Гидрогеохимические поиски обладают рядом преимуществ перед другими поисковыми методами, дают ценную информацию о рудном теле, недоступную другим геохимическим методам поисков. Из преимуществ гидрогеохимического метода поисков следует отметить: 1) глубинность метода (десятки, иногда первые сотни метров), определяемая условиями циркуляции подземных вод, что позволяет получать информацию о рудных телах, не выходящих на поверхность; 2) значительные размеры (протяженность) гидрогеохимических аномалий (0,5-1 км, реже более), во много раз превышающие таковые для литохимических ореолов и потоков рассеяния; 3) выявление гидрогеохимических аномалий полевыми методами непосредственно в процессе проведения поисков, что дает возможность целенаправленно и эффективно их проводить; 4) сравнительно небольшие затраты на проведение поисков.

Недостатки гидрогеохимических методов поисков вполне очевидны. Среди них следует отметить: 1) изменчивость интенсивности проявления гидрогеохимических аномалий во времени и пространстве в зависимости от влияния ландшафтно-климатических, геологических и других факторов, что заставляет выбирать наиболее оптимальное время и наиболее эффективную методику поисков; 2) малые содержания в водах рудных компонентов, что вынуждает часто применять специализированные, иногда трудоемкие методики их определения; 3) сложность интерпретации результатов гидрогеохимических поисков.

Принятая терминология. Остановимся на терминологии, применяемой на разных этапах поисков, включая и интерпретацию их результатов. Согласно А.А. Бродскому [5], в зависимости от степени связи вод с рудным телом следует выделять:

1) рудные воды, циркулирующие в пределах рудного тела и его первичного ореола и обогащенные продуктами разрушения этого тела;

2) ореольные воды, вытекающие из рудного тела и его первичного ореола и постепенно теряющие рудное вещество по мере удаления от него;

3) фоновые воды, формирующиеся вне влияния рудных тел под воздействием общих региональных факторов.

При обработке гидрогеохимической информации часто говорят об ореольных и фоновых содержаниях компонентов, что соответствует аномальным и неаномальным проявлениям водной миграции рудного вещества. Не следует смешивать термины – «рудные» и «рудничные» воды. Рудничные, или шахтные, воды образуются в горных выработках, где процессы разрушения рудных тел происходят в условиях искусственного и интенсивного дренирования водоносных зон и при доступе воздуха. В совокупности с воздействием различных техногенных факторов на рудничные воды их состав часто значительно отличается от состава рудных вод.

Воды, переносящие продукты разрушения рудных тел ниже поверхности земли, образуют гидрогеохимические ореолы рассеяния, а на поверхности земли – гидрогеохимические потоки рассеяния. Таким образом, гидрогеохимические ореолы связаны с подземными водами, а потоки – с поверхностными (ручьями, реками, водотоками, водоемами).

Гидрогеохимические поиски рудных месторождений дают наибольший эффект при применении их в комплексе с другими методами поисков – литохимическими, биохимическими и геофизическими. Методика полевых работ при проведении гидрогеохимических поисков, несмотря на свою видимую простоту, требует безусловного выполнения всех инструктивных положений, вдумчивого отношения к делу, аккуратности, терпения и соблюдения чистоты отбора и анализа воды и других мер предосторожности.

Обработка результатов гидрогеохимических поисков – весьма трудный и творческий процесс, требующий учета различных сторон гидрогеологической «жизни» ореолов рассеяния. Полученные в поле материалы следует грамотно оценить, чтобы правильно ими распорядиться (направить их на нужный вид химического анализа, провести компьютерные расчеты, научный эксперимент и статистическую обработку данных). Гидрогеохимические поиски помогли открыть немало месторождений и рудных зон, разобраться со сложными вопросами рассеяния и концентрирования рудного вещества..

Теоретические основы гидрогеохимических методов поисков рудных месторождений (преимущественно сульфидных) разработаны А.А. Бродским в 1960-1964 гг. [5]. Дальнейшее развитие они получили в трудах П.А. Удодова, Г.А. Голевой, С.П. Албула, Е.Е. Беляковой, С.Р. Крайнова, В.П. Боровицкого, Б.А. Колотова и др. Московскую школу гидрогеохимиков (ВСЕГИНГЕО) успешно дополнили ленинградская (ВСЕГЕИ, ЛГИ (СПбГГИ), ЛГУ (СПбГУ) и томская (ТПИ) школы. Теоретические разработки наиболее далеко продвинулись в таких направлениях как формы водной миграции рудных компонентов, гидрогеохимия рудных месторождений, гидрогеохимия ландшафта в связи с гидрогеохимическими поисками, формирование, строение и режим гидрогеохимических ореолов и потоков рассеяния, моделирование массопереноса и прогностические расчеты. Методика гидрогеохимических поисков разрабатывалась применительно к разным ландшафтно-климатическими геологическим условиям и различным типам рудных месторождений.

Металлоносность подземных вод и водная миграция металлов. Металлоносность подземных вод. Фоновая металлоносность подземных вод определяется воздействием многих природных факторов – структурно-формационных, ландшафтно-климатических и геохимических.

При гидрогеохимических поисках обычно изучают подземные воды, выходящие на поверхность в виде родников или залегающие неглубоко, - это преимущественно грунтовые воды. Накопление в этих водах металлов происходит при выщелачивании, растворении, механическом разрушении пород и других процессах. Средние данные по металлоносности фоновых вод зоны гипергенеза приведены в табл. 5.

Таблица 5

Содержание мнкрокомпонентов в подземных водах, мг/л [28]

Влияние ландшафтно-климатической и геохимической обстановки сказывается как на спектре металлов, так и на их концентрации в водах. Но следует отметить, что это влияние, хотя и заметно, но не меняет существенно характер металлоносности вод. Как видно из табл. 6, минерализация грунтовых вод выщелачивания и содержание отдельных макрокомпонентов различаются в разных ландшафтно-климатических зонах не более чем в 1,5-2,5 раза. Примерно в таких же пределах изменяется содержание металлов в водах. Особняком стоят воды континентального засоления. В них минерализация и содержание ряда компонентов (сульфат-иона, хлор-иона и др.) примерно на порядок, а иногда и больше превышают таковые в грунтовых водах выщелачивания. В аридных условиях, когда происходит концентрирование солей при испарении, одни металлы (например, медь, молибден, цинк, уран) накапливаются в водах и хорошо мигрируют. Другие металлы (их большинство) чувствуют себя угнетенно в водах с высокой минерализацией.

Роль геохимической обстановки в образовании металлоносности фоновых вод также вполне очевидна. Особенно большое значение имеют окислительно-восстановительный потенциал и рН, регулирующие формы нахождения металлов в водах и соответственно их концентрации и миграционные способности. Сравнение этих показателей в окислительной и глеевой обстановках зоны гипергенеза показывает на размах колебаний металлоносности фоновых вод – до 2 раз.

Таким образом, металлоносность фоновых вод определяется в значительной степени составом водовмещающих пород и несколько корректируется воздействием других факторов (ландшафтно-климатическими, геохимическими). Но в целом металлоносность вод зоны гипергенеза, имея в виду те из них, что используются как поисковый показатель, весьма низка (10^-3-10^-4 мг/л). Некоторые исключения представляют цинк (10^-2 мг/л) и золото (10^-5 мг/л). Отметим еще один важный момент, что атмосферные воды, просочившиеся в зону гипергенеза, набирают фоновую концентрацию металлов за 6-8 ч контакта с водовмещающими породами. Состав и минерализация подземных вод под влиянием рудных месторождений, особенно сульфидного типа, изменяются очень сильно. Эти изменения сказываются на многих химических показателях ореольных вод – макро- и микрокомпонентном, микробиологическом, газовом, изотопном составах. В табл. 6 приведены примеры особенностей химического состава ореольных вод зоны окисления сульфидных руд в различных структурно-геологических и ландшафтно-климатических условиях. Из таблицы видно, что концентрация наиболее важных в поисковом отношении металлов равна 10^-2-10^-3 мг/л, а в ряде случаев достигает даже 10^-3-10^-4 мг/л. Расчетные данные показывают, что при благоприятных условиях содержание меди может достигать 45,6 г/л, цинка –12, кобальта – 3,6, золота – 5,5-10^-6, мышьяка – 0,6, никеля – 30 г/л.

Как видно из табл. 5, одним металлам, например меди, мышьяку, цинку, свинцу, никелю, более благоприятна для миграции кислотная обстановка, а таким, как ртуть, вольфрам, литий, рубидий, лучше подходит для этих целей щелочная среда. Роль окислительно-восстановительных условий исключительно велика. Наиболее активно выщелачивание руд и обогащение металлами подземных вод происходит в окислительной обстановке. В восстановительной обстановке содержание в ореольных водах большинства металлов значительно сокращается. Такое заключение можно сделать, ознакомившись с табл. 6. В слабо окисленных рудах с низкими значениями Eh набор металлов в ореольных водах весьма обеднен по сравнению с рудами с высокой степенью окисления. Такие же данные получены и при вертикальном гидрогеохимическом опробовании рудных месторождений. С переходом от окислительной обстановки к восстановительной с глубиной резко уменьшается содержание металлов в водах и сокращается круг определяемых рудных компонентов. Роль структурно-формационных и ландшафтно-климатических условий формирования состава ореольных вод является подчиненной (см. табл. 7)

Таблица 6