ГЕОХИМИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ. От чего зависит накопление химических элементов и образование руд. Урановые руды. Длительность рудообразования

Интенсивность миграции элементов нередко уменьшается на коротком расстоянии, что приводит к их концентрации. Такие участки земной коры в 1961 г. автор назвал геохимическими барьерами.

Они формируются на дне морей, океанов, в речных долинах, подземных водах, в почвах и т. д. ( 4). На барьерах образуются рудные тела месторождений полезных ископаемых. В связи с этим необходимо учитывать особенности барьеров при поисках, разведке и эксплуатации месторождений. Сведения о них нужны и при решении других практических вопросов, например охраны природы.

Причины образования барьеров различны: понижение температуры и давления, смешение вод, изменение горных пород, по которым мигрируют воды, и т. д. Однако при всем разнообразии геологических условий формирования барьеров их геохимическая сущность часто одинакова п число видов невелико. Мы относим геохимический барьер к фундаментальным понятиям геохимии, подчеркиваем диалектпчность этого понятия и полагаем, что оно должно привлечь внимание как геохимиков, так и философов (барьер — единство противоположностей, участок перехода количества в качество).

Барьер — это переходная зона, где одна геохимическая обстановка сменяется другой, и его размеры во многом определяются размерами самих обстановок. Например, мощность почв измеряется первыми метрами, а барьеров в них — сантиметрами и миллиметрами. В дельтах при смешении пресных речных вод с солеными морскими также образуется геохимический барьер, по ширина его здесь измеряется уже сотнями метров и даже километрами (при длине рек н ширине морей _в сотни и тысячи километров).

От чего же зависит накопление химических элементов на барьере и, в частности, образование руд?

 Таких условий несколько. Необходимо, чтобы содержание , рудного элемента в водах перед барьером значительно превышало его содержание после барьера. Иначе говоря, на барьере должен осаждаться почти весь рудный элемент, содержащийся в воде. С другой стороны, не должны осаждаться макроэлементы, составляющие большую часть растворенного вещества.

Если на барьере наряду с рудными элементами осаждаются сопутствующие (нерудные), то онп своей большой массой подавляют рудообразование или вообще исключают накопление рудных элементов. Следовательно, осаждение на барьере нерудных минералов: СаСОз, CuS04, Si02 и др.— не должно происходить. Если оба условия соблюдены, то даже из вод с кларковым количеством рудных элементов (в геохимии такие воды именуются фоновыми) возможно рудообразование. Этот вопрос заслуживает специального внимания.

Дело в том, что в науке о рудных месторождениях большое значение приобрела проблема источника металлов, происхождения рудоносных растворов, т. е. вод, обогащенных рудными элементами. Однако теоретический анализ, как мы показали выше, позволяет предполагать, что особые рудоносные растворы, обогащенные металлами, не обязательны для рудообразования. Оно может происходить и из необо- гащенных вод при наличии геохимического барьера с благоприятными параметрами. Этот вывод основан на опыте изучения гидрогенных урановых месторождений, теория образования которых разработана в Советском Союзе в начале 60-х годов.

Уран — энергичный водный мигрант, нб так как зто редкий элемент (кларк в литосфере 2,5 • 10-4%), то его содержание в подземных водах обычно не превышает п • 10"s г/л, т. е. в 1 л воды содержатся лишь сотые доли миллиграмма урана. Это в тысячи раз меньше содержания кальция, магния, натрия, серы и других макроэлементов. На вкусе, цвете, запахе, на питьевых качествах воды такие содержания не отражаются. Подобные подземные воды наблюдаются на больших пространствах. Прямыми наблюдениями на месторождениях доказано, что из таких вод на геохимических барьерах осаждается более 90% урана, образуются урановые руды. Однако рудоносные растворы в данном случае, как видим, отсутствуют, важным фактором рудообразования становится геохимический барьер. Из этого, конечно, не следует, что обогащение вод металлами безразлично для рудообразования,— из более богатых вод рудообразование будет протекать энергичнее и быстрее. Во многих случаях обогащенные рудоносные растворы необходимы, но возможны и такие условия, когда рудообразование осуществляется из фоновых вод, когда главной причиной накопления металлов становится барьер.

Отметим еще один фактор рудообразования — длительность процесса. Если содержание элементов в руде выражать в кларках концептрацип (КК), то во многих случаях имеет место зависимость 1пКК = Px-t, где Рх — интенсивность водной миграции элементов, симбатная коэффициенту водной миграции, a t — длительность рудо- образования.

Фактор времени — длительность рудообразования, возможно, обретает при образовании некоторых месторождений решающее значение. Геологическая практика давно установила, что при поисках на открытие одного крупного месторождения приходятся десятки открытий мелких, малоперспективных месторождений, сотни, и тысячи рудопроявлений (в последних есть руда, но нет рудных тел, т. е. скоплений руды, которые выгодно отрабатывать). При этом геохимические условия .нахождения руд существенно не меняются или даже оказываются идентичными. Так, в нашей стране и за рубежом открыты тысячи рудопроявлений и непромышленных месторождений меди типа медистых песчаников. Промышленные же месторождения единичны. То" же можно сказать и о месторождениях цинка, свинца, никеля, кобальта, молибдена, железа и т. д. Весьма вероятно, что в этих случаях нередко решающее значение имела длительность рудообразования — длительность работы геохимического барьера. Поэтому при изучении месторождений необходимо обращать внимание на продолжительность развития блоков земной коры, к которым приурочены рудные месторождения.

К интересным выводам на основе изучения гидротермальных месторождений Урала пришел геохимик В. Г. Прохоров: «Вынося и транспортируя огромные массы элементов, гидротермальные растворы переотлагают их в других зонах. Если отложение идет за счет изменения термодинамических условий (главное, за счет понижения температуры и давления), происходит постепенное выпадение рудных минералов с образованием обширных площадей непромышленных вкрапленников. Если гидротермы встречают участки пород, резко изменяющие химизм растворов или избирательно осаждающие отдельные элементы, т. е. геохимические барьеры, происходит образование месторождений».

К содержанию книги: Геохимия природных вод