Научная конференция ломоносовские чтения



жүктеу 3.58 Mb.
бет18/19
Дата26.08.2018
өлшемі3.58 Mb.
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   19
ГЛАВА 7

CПЕЦИФИКА ЗОНЫ ГИПЕРГЕНЕЗА ОЛОВОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
В настоящей главе представлены материалы детального изучения минералогии окисленных руд преимущественно Комсомольского оловорудного района Дальнего Востока. Для необходимых сопоставлений использованы данные, полученные и в других районах Приморья, содержащих оловянную минерализацию - Кавалеровском, Дальнегорском и Ольгинском
7.1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАЙОНА, СТАДИИ ПЕРВИЧНОГО

МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ И МИНЕРАЛЬНЫЕ АССОЦИАЦИИ
Комсомольский рудный район расположен на левом берегу р. Амур, в бассейне его крупных притоков - рек Силинки и Горина. В геолого-структурном отношении он охватывает северо-восточную часть Баджальского антиклинория и сочленение его с Горинским синклинорием, принадлежащим к Восточно-Азиатской мезозойской складчатой области (Радкевич и др., 1967).

Являясь частью Тихоокеанского оловоносного пояса и находясь в области пересечения таких крупных тектонических систем, как Сихотэ-Алинская и Монголо-Охотская, Комсомольский рудный район приурочен к области развития мощных толщ интенсивно дислоцированных терригенно-осадочных пород юрского возраста. Последние перекрыты нижнемеловыми осадочно-вулканогенными образованиями и верхнемеловыми вулканитами, рассеченными гранитами и гранитоидами повышенной основности.

Район расположен на пересечении региональных разломов, которые имеют большое значение как в ограничении рудоносносной площади, так и локализации интрузивов и покровов вулканических пород. Разломы проявлены в четырех направлениях: близширотные, северо-восточные, северо-западные и близмеридиональные.

По типу минерализации район неоднороден. Для него характерна определенная горизонтальная и вертикальная зональность. В зависимости от структурного положения здесь выделяются три типа зон: тип А представлен рудопроявлениями в юрской осадочной толще и частью в гранитах (по преимуществу собственно оловянная минерализация - Солнечное и Придорожное месторождения); тип Б - рудопроявления близ поверхности структурного несогласия юрских осадочных пород и нижнемеловых осадочно-эффузивных образований (оловянная и медно-оловянная минерализации - Фестивальное месторождение); тип В - рудопроявления, залегающие в основном в верхнемеловых вулканитах и опускающимися нижними частями в юрскую осадочную толщу (оловянная и в верхних частях полиметаллическая минерализация - Перевальное месторождение).

На Солнечном и Придорожном рудопроявлениях обычная для района вертикальная зональность с появлением в верхних частях зон сульфидов на смену касситериту не проявлена: сульфиды наблюдаются как на верхних, так и на нижних горизонтах минерализованных зон, тяготея к кварцевым и кварц-карбонатным жилам и прожилкам. Иногда отмечается обратная зональность с развитием сульфидов в наиболее глубоких горизонтах рудопроявления.

Для Фестивального месторождения характерна отчетливая вертикальная зональность с появлением в верхних горизонтах интенсивной сульфидизации и сменой оловянной минерализации медно-оловянной.

На Перевальном месторождении оловянное оруденение сменяется олово-полиметаллическим, а еще выше полиметаллическим.

Для месторождений Комсомольского района выделены следующие минеральные ассоциации, отражающие стадии процесса минералообразования: 1 - кварц-турмалиновая (дорудная), 2 - кварц-касситеритовая, 3 - кварц-сульфидная, 4 - кварц-карбонатно-сульфидная, 5 - кальцит-пиритовая (послерудная).

В составе минерализованных зон Комсомольского района установлено более 50 гипогенных минералов (табл. 60). Все минерализованные зоны района имеют довольно близкий состав, различаясь в частностях, и особенно - по количественному распределению минералов поздних стадий. Нерудные минералы, такие как кварц и турмалин, разновозрастные генерации которых прослеживаются от наиболее ранних высокотемперетурных ассоциаций до заключительной низкотемпературной, участвуют в сложении околорудных пород. Хлорит (иногда довольно распространенный), карбонаты (кальцит, сидерит, анкерит и олигонит), флюорит и каолинит имеют подчиненное значение. Во внешних чехлах околорудного изменения развиты серицит, эпидот, клиноцоизит, ортоклаз, альбит, актинолит, биотит, цеолиты. Сульфидные минералы местами встречаются в значительных количествах. Иногда в минерализованных зонах заметную роль играют вольфрамит и шеелит. Главными рудными минералами района, окисление которых привело к образованию зоны гипергенеза, являются касситерит, арсенопирит, пирротин, пирит, марказит, сфалерит, халькопирит, галенит и станнин.

Таблица 60



Гипогенные минералы рудных зон Комсомольского района

Главные

Подчиненные

Редкие

Рудные

Касситерит

Арсенопирит

Халькопирит

Сфалерит


Галенит

Пирротин


Пирит

Киноварь


Вольфрамит

Буланжерит

Бурнонит

Станнин


Шеелит

Метациннобарит



Висмут самородный

Висмутин


Айкинит

Кобальтин

Джемсонит

Блеклая руда

Магнетит

Кубанит


Серебро самородное

Валлериит



Нерудные

Кварц

Турмалин


Серицит

Хлорит


Каолинит

Сидерит


Анкерит

Олигонит


Флюорит

Аксинит


Кальцит

Эпидот


Биотит

Альбит


Ортоклаз

Клиноцоизит



Апатит

Цеолит


Цоизит

Брукит


Анатаз

Сфен


Рутил

Циркон


 
7.4 ТЕХНОГЕННЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ ЗОНЫ ГИПЕРГЕНЕЗА
Отработка месторождений полезных ископаемых, ведение на них горно-технических и технологических работ приводят к активным физико-химическим процессам, в результате которых образуются разнообразные техногенные минералы и минеральные образования. Техногенез определяется совокупностью геоморфологических и минералого-геохимических процессов, вызванных производственной деятельностью человека.

Особенно интенсивно техногенные процессы протекают в объеме зоны гипергенеза рудных месторождений, т.е. в окисленных рудах. По существу, они переоформляют сформированную прежде зону гипергенеза, расширяя ее границы, значительно в (15-20 и более раз) углубляя окислительные процессы и осуществляя вынос за пределы месторождений продуктов окисления руд. С техногенными процессами резко меняется зональность профиля окисленных руд, а также естественный ход осуществляющихся в них интенсивно протекающих химических реакций. В результате формирование гипергенного профиля оказывается в непосредственной зависимости от соотношения кинетических параметров "геологического" и "технологического" гипергенеза.

В последние годы появились первые работы, в которых актуальные вопросы техногенеза рассматриваются в границах геологических регионов или рудных полей (Урал, Норильск, Комсомольский и Кавалеровский рудные узлы). В результате проведена оценка и установлена зависимость окисляемости и самовозгораемости различных типов медно-никелевых руд Талнахского месторождения от температуры и влажности среды, что важно учитывать при транспортировке и длительном хранении руды, а также при ее технологической переработке (Коваленко и др., 1984). Установлен масштаб техногенного преобразования медно-колчеданных руд Урала на примере Красногвардейского месторождения (Авдонин, 1984), выявлены особенности техногенных минералов, изученных на сульфидно-касситеритовых месторождениях Комсомольского и Кавалеровского рудных узлов Дальнего Востока (Постникова, Яхонтова,1984; Зверева, 1996,1998). В Комсомольском и Кавалеровском изучаемых рудных районах в условиях техногенных процессов зона гипергенеза углубляется в два раза и более.

Техногенные образования на месторождениях оловорудных районов представлены мощными (иногда до 50 см) корками, натеками, сталактит-сталагмитовыми образованиями, прожилками, развитыми в рудной массе, во вмещающих породах, на крепи, кровле и стенках горных выработок. Техногенные образования могут быть мономинеральными (познякит, серпиерит, ктенасит, вудвардит, роуволфит и др.), состоять из двух минералов (эвансит-лискирдит, эвансит-церулеит, скородит-фиброферрит, глоккерит-гизингерит и др.) и могут иметь весьма сложный состав. Макроскопически среди них выделяются образования белого, желтого, зеленого и голубого цвета разных оттенков. Они могут быть представлены образцами, с хорошо раскристаллизованной структурой или быть весьма тонкодисперсными - часто рентгеноаморфными (Зверева, 1998).

Белые порошковатые, плотные и пористые корки техногенного происхождения (наиболее распространены на месторождениях Кавалеровского района) содержат рентгеноаморфное весьма тонкодисперсное вещество, представленное практически изотропными микроагрегатными частицами со средним показателем преломления около 1,430-1,450. Химические анализы этих образований приведены в табл. 72. Так как пробы рентгеноаморфны, точная диагностика их затруднена, но учитывая химический состав пробы, расчет анализов на минералы проводился следующим образом: по содержанию СО2-кальцит или алюмогидрокальцит (в случае недостатка CaO, на имеющийся CO2)-CaAl2[CO3]2(OH)4 . 3H2O. Расчет по SO3 показал гипс, а в пробах 1 и 3, где практически отсутствует CaO, химический анализ был рассчитан на ростит Al[SO4](OH) . 5H2O; SiO2 и Al2O3 были связаны в аллофаноидный продукт, а остаток Al2O3 и H2O отнесен к гидраргиллиту. Подобный расчет диктовал химизм белых продуктов техногенеза, высокое содержание в них Al2O3 и Н2О, меньшее-SiO2 и заметную роль СаО. Наличие в пробах карбонатов и силикатов было проконтролировано результатами инфракрасной спектроскопии. Рудные элементы в белых продуктах техногенеза содержатся в весьма ограниченном количестве. Состав аллофаноида (по расчету) обычно колеблется в пределах 0,3Al2O3 . SiO2 . 0,7H2O-1,5Al2O3 . SiO2 . 7,5H2O. В некоторых пробах аллофаноидов отмечается примесь окислов: ZnO до 3,5%, CuO от 1 до 2%, CaO от 6 до 8%. Гидраргиллит рассчитан на формулу Al2O3 . 3H2O, но содержание в нем воды значительно выше - до 7,5 H2O. Как более редкий случай, рентгеновским методом в образцах выявлены диккит и тосудит.

Как видно из табл. 72, один из образцов (6) является мономинеральной фазой, т.е. аллофаном, образцы 1 и 2 содержат аллофан в одинаковом количестве (76%). Остаток первого образца - ростит (24%), а второго - алюмогидрокальцит (14%) и халькантит (10%). Образцы 3, 4 и 5 состоят в основном из гидраргиллита 82, 50 и 60% соответственно и аллофана 12, 36 и 28%. Количество гипсовой составляющей одинаково во всех трех пробах 6%. Кальцит обнаружен в 4 и 5 образцах соответственно в количестве 8 и 6%.

Образование высокоглиноземистых белых продуктов техногенеза на изученных оловорудных месторождениях, вероятно, происходит из слабокислых и близнейтральных растворов, формирующихся в условиях глубокого выветривания вмещающих оруденение пород - кварцево-слюдистых метасоматитов и осадочно-вулканогенных комплексов, уже глубоко затронутых процессами естественного выветривания.

Таблица 72



Химический состав белых продуктов техногенеза (вес. %)


 

Компоненты



Арсеньевское

(Sn-Pb-Zn)



Дубровское

(Sn)


Хрустальное

(Sn)


SiO2

8,20

13,60

3,20

1,90

1,30

55,70

Al2O3

41,31

39,78

34,32

36,40

33,28

30,50

Fe2O3

0,80

0,60

0,15

0,19

0,35

0,66

CaO

-

1,60

11,41

10,25

12,93

0,03

MgO

0,03

0,05

0,09

0,05

0,07

0,24

CuO

0,53

1,87

0,02

1,10

2,07

0,01

ZnO

0,12

0,34

0,09

0,33

0,10

0,01

SO3

7,14

3,50

3,93

4,13

3,97

0,23

CO2

3,70

3,70

1,50

5,44

4,47

-

H2O

37,52

34,82

45,04

39,69

40,86

12,48

Сумма

99,35

99,66

99,28

99,48

99,40

99,86

Аллофан

Гидраргиллит

Алюмогидро-кальцит

Кальцит


Халькантит

Гипс


Ростит

76

-

-



-

-

-



24

76

-

14



-

10

-



-

12

82

-



-

-

6



-

36

50

-



8

-

6



-

28

60

-



6

6

-



100

-

-



-

-

-



-


Примечание. Прочерк - не обнаружено, данные по минеральному составу округлены до целых процентов. Аналитик - Р. Н. Грицай (ДВГИ ДВО РАН).

 

В зоне гипергенеза также встречаются белоснежные образования в виде корочек мощностью до 1 см, представляющие собой мономинеральные образцы. Они также рентгеноаморфны, их химический состав обычно отвечает классическим формулам гипса либо кальцита. Оптические константы этих образцов аналогичны литературным.



Техногенные образования разных оттенков голубого цвета (на месторождениях Комсомольского и Кавалеровского районов) кристаллизовались из слабокислых растворов рудничных вод при рН около 5. Эти порошковатые и плотные корочки также содержат рентгеноаморфное тонкодисперсное вещество, представленное микроагрегатными частицами, имеющими волнистое погасание со средним показателем преломления 1,471-1,474. Вариации химизма голубых продуктов техногенеза показаны в табл. 73.

Таблица 73



Химический состав голубых продуктов техногенеза (вес. %)

Компоненты

Дубровское (Sn)

Высокогорское (Cu-Sn)

Фестивальное (Cu-Sn)




1

2

3

4

5

CuO

5,95

2,75

4,06

8,50

9,20




SiO2

9,20

12,60

2,70

-

2,40




Al2O3

33,15

32,97

36,86

35,00

32,90




Fe2O3

0,34

1,40

0,93

7.80

4,40




CaO

6,94

1,66

5,82

5.80

5,15




MgO

0,12

0,09

0,02

0.10

0,10




ZnO

0,58

0,25

0,39

1,00

2,80




SO3

2,93

1,89

3,40

-

5,65




CO2

2,75

8,37

0,73

7,50

4,40




H2O

37,57

37,27

44,42

33,80

32,60




Сумма

99,53

99,25

99,33

99,50

99,60




Аллофан

Гидраргиллит

Вудвардит

Халькантит

Алюмогидро-кальцит

Кальцит


Малахит

75

-

21



-

-

4



-

86

-

-



6

8

-



-

20

70

-



10

-

-



-

-

82

-



-

-

8



10

13

58

-



22

-

7



-




Примечание. Прочерк - не обнаружено. Аналитик - Р. Н. Грицай (ДВГИ ДВО РАН)

 

Так как отмеченные пробы рентгеноаморфны и точная минералогическая диагностика их затруднена, то расчет их химических анализов на минералы проведен следующим образом: по содержанию СО2 - кальцит, алюмогидрокальцит и малахит; по SO3 - халькантит и вудвардит; SiO2 и Al2O3 связаны в преобладающий в составе проб аллофаноидный продукт, избыток в пробе Al2O3 и Н2О отнесен к гидраргиллиту. Из табл. 73 видно, что первый образец состоит из аллофана (75%), вудвардита (21%) и кальцита (4%). Второй и третий - из аллофана соответственно 86 и 20%, реже гидраргиллита (обр. 3 70%), халькантита 6 и 10% соответственно, а также кальцита 8% (обр. 2). Образцы 4 и 5 гидраргиллитовые (82 и 52%). Аллофан (13%) и халькантит (22%) присутствуют только в обр. 5, а малахит - в обр. 4 (10%). Оба образца (4 и 5) содержат кальцит 8 и 7% соответственно. Наличие в пробах карбонатов, сульфатов и силикатов контролировалось результатами инфракрасной спектроскопии. Рудные компоненты в голубых продуктах техногенеза содержатся в весьма ограниченном количестве и только содержание СuО заметно выше. Состав аллофаноида (по расчету) в большинстве проб колеблется в пределах 1,1Al2O3 SiO2 . 5H2O - 2Al2O3 SiO2 .2О. Остаток Al2O3 и Н2О отнесен к гидраргиллиту Al2O3 . 3H2O, с повышенным содержанием Н2О (до 5,5). В некоторых пробах аллофаноидов отмечается примесь ZnO до (3%), CuO от (1 до 2%), СаО до (6%) а SO3 и СО3 (соответственно до 3 и 6%).


7.5. СТАДИЙНОСТЬ ОБРАЗОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ И ЗОНАЛЬНОСТЬ

ПРОФИЛЯ ОКИСЛЕННЫХ РУД
В обстановке практически не изменяющихся климатических и геолого-геоморфологических условий в рассмотренных рудных районах процесс формирования зоны гипергенеза развивается как однозначно направленный, ослабевающий с глубиной, подчиненный закономерностям, связанным с распределением в вертикальном разрезе месторождений типов руд, окисляющих агентов, тектонических условий, а также вмещающих пород. Окисление руд происходит в этом случае последовательно, поэтому поступление различных продуктов в гипергенные воды и кристаллизация из них минералов становится зависимыми в большей мере от характера зональности первичного оруденения. В результате направленного процесса создается закономерная последовательность распределения продуктов гипергенеза, так называемая вертикальная зональность, выражающаяся в том, что приповерхностные горизонты месторождения представлены наиболее глубокоокисленными рудами, сменяющимися с глубиной полуокисленными и далее слабоокисленными рудами с процессами вторичного сульфидного обогащения, классически же приуроченными к корням гипергенного профиля - к уровню грунтовых вод. Начальная стадия формирования зоны гипергенеза в этом случае оказывается соотносимой со слабоокисленными рудами, а конечная - с рудами глубокоокисленными. В то же время следует иметь в виду, что начальный процесс окисления сульфидов может возникнуть на любом участке разреза зоны гипергенеза, куда агенты выветривания могут проникнуть позднее.
ПРОПУСК
В целом зафиксирована следующая специфика зоны гипергенеза отдельных типов месторождений.

Высокая концентрация халькопирита в медно-оловянных рудах и характер эволюции минералов меди обеспечили наиболее интенсивное проявление сульфатной стадии в зоне гипергенеза этого типа руд. В результате здесь оказались интенсивно проявленными и процессы современного, преимущественно техногенного образования сульфатов меди (серпиерита, вудвардита, халькантита и др.).

Преобладание арсенопирита в рудах собственно оловянного типа создало возможность для более яркого проявления в сульфатно-арсенатной стадии таких минералов, как оливенит, клиноклаз, байлдонит, которые в зоне гипергенеза других типов оруденения не обнаружены. Сульфатную стадию минералообразования в этих рудах маркируют питтицит, церулеит или лискирдит с эванситом, а также техногенный скородит с фиброферритом.

Наличие значительного количества первичных минералов железа (пирита и пирротина) практически во всех типах месторождений и их интенсивное окисление на сульфатной стадии развития зоны гипергенеза способствовало образованию не только раннего гидрогётита, но и техногенных минералов - сульфатов железа (роценита, глоккерита, фиброферрита и др.).

Силикатно-гидроксидножелезистая стадия проявлена в зоне гипергенеза всех изучаемых месторождений. Однако гидроксиды железа наиболее интенсивно развиты на месторождениях медно-оловянного и полиметаллического типов, так как на этих рудопроявлениях больше гипогенных сульфидов (халькопирит, галенит и сфалерит), окисляющихся легче, чем пирит и пирротин. Карбонаты меди (малахит и азурит) шире распространены в глубокоокисленных медно-оловянных рудах, а силикаты меди (хризоколла, яхонтовит и др.) - в рудах медно-оловянного и собственно оловянного типов. Другие силикаты (гидромусковит, аллофаноиды) и кварц, являющиеся продуктами своего рода "диагенетического" преобразования протогидроксидов железа и вмещающих пород, более свойственны зоне гипергенеза собственно оловорудных месторождений, где железная шляпа имеет наименьшую мощность. Следует отметить, что на этой стадии активно проявлены минералы современного техногенного образования (гизингерит, аллофаноид и др.), которые присутствуют во всех месторождениях, но больше проявлены в Кавалеровском районе.

Таким образом, фактически на всех объектах четко прослеживаются геологические факторы, контролирующие специфику стадийности гипергенеза.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в изученных районах между зональностью и стадийностью формирования окисленных руд выявлена вполне определенная зависимость. Она сводится к пространственной связи сульфатной стадии гипергенеза с формированием слабоокисленных руд (т.е. с началом процесса), сульфатно-арсенатной стадии - с полуокисленными, а силикатно-гидроксидножелезистой - с глубокоокисленными рудами (железной шляпой). Техногенная стадия может быть проявлена в любой из этих стадий по всему профилю - от глубокоокисленных до слабоокисленных руд. Хотя следует заметить, что вероятность ее проявления связана с наиболее активной отработкой руд, а следовательно, доступом агентов выветривания.

Следует также заметить, что практически на всех месторождениях Кавалеровского района, на Придорожном и Солнечном месторождениях (с оловянным типом руд) последняя стадия и свойственные ей глубокоокисленные руды выражены слабо, что служит примером неполного профиля гипергенеза, обусловленного значительной эрозией разрезов рудных полей.

В заключение нужно отметить практически полное отсутствие в составе окисленных руд изученных месторождений гипергенных минералов олова. Полуколичественные спектральные анализы позволили отметить в пробах гипергенных минералов по классам содержание Sn - в самородных элементах и сульфидах от 0,0002 до 0,08%, в оксидах и гидроксидах от 0,0001 до 1,0%, в сульфатах от 0,005 до 0,3%, в карбонатах от 0,0008 до 0,3%, в арсенатах от 0,007 до 0,03%, в фосфатах от 0,0001 до 0,01% и в силикатах от 0,0002 до 0,3%. В целом Sn было вынесено из руд и рассеяно в различных гипергенных образованиях, причиной чего явились 1) высокая устойчивость в процессах окисления руд касситерита, 2) резко подчиненная роль станнина в первичных рудах по сравнению с касситеритом, 3) глубокая проработанность оловянных руд в зоне гипергенеза.
ГЛАВА 8
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ГИПЕРГЕННЫХ

(ТЕХНОГЕННЫХ) ПРОЦЕССОВ
Минералогия, как известно, наука геологическая, в первую очередь связанная с исследованиями минералов, их ассоциаций, генетических и в определенной мере геохимических вопросов. В то же время предмет минералогии неизбежно переплетен с проблемами биосферными, во многом биологическими, поскольку биосфера, являющаяся "ликом Земли из космоса", включает в свое пространство минеральную поверхность Земли, охваченную жизнью (совместно с атмосферой и гидросферой), т.е. пронизанную "живым веществом" (в понимании В. И. Вернадского), когда косное (минеральное) и живое вещество неразрывно взаимодействуют.

Экология, в последнее время все более широко притягивающая к себе внимание ученых и практиков, вовлекает в исследования взаимоотношения организмов со средой обитания. Это главным образом биологическая наука о "доме", заселенном "жильцами" - биологическими объектами (микро- и макроорганизмы растительного и животного мира), взаимодействующими со средой. "Экос" в переводе с греческого означает "дом", "жилище".

Но указанным аспектом экологии нельзя ограничиться, поскольку понятие среды обитания подразумевает сложную природно-техническую систему, отнюдь не только биологическую, но не в меньшей степени также геолого-минеральную и технолого-минеральную, связанную с результатами технологической деятельности общества. Данное обстоятельство придает экологии несомненный социально-экономический вектор истекшего становления и современного развития.

Из сказанного вытекает важнейшее методологическое следствие - биологию и минералогию следует рассматривать в качестве базовых наук, системно рассматривающих как взаимодействующий с жизнью косный субстрат (минералы и некристаллические горные породы, атмосфера, природные и техногенные воды), так и функционирующее на нем живое вещество. Отсюда для минералогии как науки вытекает реальная возможность и даже, позволительно сказать, обязанность активно и результативно участвовать в рассмотрении и разрешении экологических проблем.

Благодаря тому, что минералогия в настоящее время пользуется разнообразными современными методами физического и физико-химического исследования вещества, а также развернутой научной методологией, зафиксированные минералы в известной степени изучены, особенно в отношении их состава и кристаллохимии (структура, химические связи, заряды атомов, энергетические характеристики), что позволяет достаточно надежно прогнозировать их устойчивость и характер эволюции в природных системах, включая биокосные.

Оценка участия минералов в массообмене экосистем (например, в поставке токсичных элементов) является важнейшим направлением работ минералогов при рассмотрении экологических проблем. Кратко можно отметить некоторые теоретические и прикладные разработки минералогического плана - в первую очередь в области гипергенеза (техногенеза), которые могут быть учтены специалистами в этой области экологии:

1. Результаты экспериментальных работ по деструкции сульфидов и арсенидов в сернокислой среде, а также во влажной среде, обогащенной кислородом (Яхонтова, Грудев, 1978);

2. Отмеченные результаты экспериментов по уточнению электрохимического механизма окисления арсенидов, сульфидов и сульфоарсенидов, завершавшихся составлением наиболее вероятных уравнений реакций их окисления в широком диапазоне рН и позволивших создать базу для более уверенного прогнозирования конкретного характера продуктов разложения минералов;

3. Результаты исследования деструктирования минералов (карбонаты, оксиды, силикаты, сульфиды) микробиологическим воздействием культуральных сред (гл. 6);

4. Разработка органически входящего в теорию гипергенеза (техногенеза) учения о взаимодействиях в минеральных (в том числе биоминеральных) системах как фундаментальной основы исследования механизма деструкции минералов, а также концепции "окисленности структур минералов", базирующихся на представлении о донорно-акцепторном или кислотно-основном механизме данного процесса, в том числе генетического катализа;

5. Разработка концепции устойчивости минералов в аспекте различных типов взаимодействий в гипергенезе (техногенезе), с одновременным уточнением методики прогнозирования стабильности на базе применения электрохимических потенциалов, эффективных кристаллохимических параметров и разнообразных энергетических характеристик структур минералов.

При рассмотрении экологических проблем также следует указать на значительные возможности, вытекающие из оперирования не формально принимаемым, а реально зафиксированным состоянием химических элементов для конкретной среды. Фиксирование лишь присутствия и валового количества того или иного химического элемента не может служить полноценной основой для прогнозирования его экологической роли и прежде всего в отношении реальной токсичности. Здесь уместно рассмотреть соединения мышьяка, который всегда фигурирует в проблемах, связанных с освоением арсенидных (сульфоарсенидных), а также нередко и сульфидных руд (что имеет место на оловорудных месторождениях Дальнего Востока). При идентичном валовом содержании As в той или иной среде последний может быть представлен самыми разнообразными комплексными ионами (при рассмотрении в простейшей химической форме - H3AsO40, AsO4III, AsO3III, As0 и т. д.), существенно различающимися по своему токсичному действию. Понятно, что с этой точки зрения необходима кристаллическая оценка, например, характера химических связей и эффективных зарядов атомов. Такого рода исследование, выполненное для ионов AsIII и AsV, позволило выявить одну из причин активного воздействия соединений мышьяка на белковые структуры, во многом определяющего высокую токсичность AsIII (Яхонтова и др., 1996).

Общеизвестно, что сложнейшие экологические ситуации формируются на территориях с интенсивной горнорудной экономикой, где полезные ископаемые в процессе освоения подвергаются воздействию разнообразных факторов по ходу реализации технологических цепочек.

При осуществлении технологических процессов минеральное вещество подвергается более или менее глубокой трансформации как химического состава, так и физического состояния. При этом достаточно активно протекают процессы типа окислительного (гидролизного) деструктирования минералов по ходу электрохимических и биоминеральных взаимодействий. Последовательно формируются специфические (нередко токсичные) газы, растворы и твердые фазы, которые затем вступают в новые взаимодействия со многими компонентами окружающей среды. В конце концов, на территории освоения месторождения может возникнуть достаточно напряженное экологическое состояние, деформирующее условия жизнедеятельности животного и растительного мира (атмосфера, природные воды, трофические цепочки), а также сложный комплекс сельскохозяйственных территорий и рекреационных зон.

Преобразование минерального вещества объектов природопользования (в особенности рудных месторождений) является далеко не единственным, но одним из решающих факторов воздействия цивилизации на окружающую среду. Данное положение практически не оспаривается, но в то же время сам процесс такого влияния не подвергается детальному поэтапному анализу в такой степени, чтобы постепенно отрабатывалось прогнозирование воздействия, с заблаговременностью, подвергающей из альтернативных вариантов природопользования выбирать экологически наименее неблагоприятные, а при необходимости - рекомендовать эффективные компенсирующие (рекультивирующие) мероприятия.

Если речь идет о минеральном веществе как о субстрате жизнедеятельности, а также о конкретных характеристиках природных растворов, тесно взаимодействующих с минеральным субстратом и в свою очередь также являющихся субстратом организмов, то приходится признать наличие большого количества "белых пятен" в специализированной ("экологической") характеристике как минерального вещества, так и растворов. Давая такую оценку, следует исходить из некоторых биологических "аксиом". Известно, что взаимодействие организмов - это триединый взаимообмен энергией, массой и информацией. Предметное рассмотрение биокосных взаимодействий показывает, что, в сущности, последние базируются также на упомянутом триедином взаимообмене, хотя, конечно, три потока таких переплетающихся взаимодействий существенно меняют свой характер по сравнению со взаимодействиями только в рамках "живого вещества".

Несмотря на некоторую абстрактность изложенного, представляется возможным сформулировать некоторые конкретные задачи, которые минералогия (в сочетании с кристаллохимией) может решать своими методами, вырабатывая информацию, которая становится научной базой для решения природоохранных проблем в соответствии с методологией, принятой в экологии.

Важнейшая экологическая проблема - появление в окружающей среде токсичных веществ, элементы которых высвобождаются из разрушающегося минерального вещества как в процессе абиогенной деструкции, так и в условиях биокосных взаимодействий. Санитарно-экологическая трактовка среды обитания человека и других организмов требует от минералогии данных по следующим направлениям:

- имеются ли в объекте природопользования элементы собственно токсичные, либо же такие, которые в процессе гипергенеза (техногенеза) могут сформировать экологически нежелетельные соединения в средах, существенных для жизнедеятельности;

- насколько устойчивы минеральные фазы при различных значениях параметров воздействующей на них среды;

- каковы траектории эволюции конкретных минеральных фаз при гипергенном (техногенном) преобразовании в зависимости от различных устойчивых минеральных ассоциаций, содержащих одну и ту же данную минеральную фазу;

- какова последовательность выделения токсичных элементов в природные среды из различных минеральных ассоциаций;

- в какой конкретной форме (комплексы, протоминералы и т.д.), в какой степени окисленности и в каком балансе переходят в гипергенные (техногенные) растворы токсичные элементы из разрушающихся минеральных фаз; и каков баланс этих форм;

- какие свойства новообразованных при гипергенезе (техногенезе) минералов, комплексов и ассоциатов в растворах определяют как их "первоначальные" токсикологические свойства, так и их дальнейшую эволюцию.

Таким образом, одна из главных сложностей оценки экологических последствий освоения рудных месторождений состоит в том, что она зависит одновременно от двух в одинаковой степени важных обстоятельств: 1) концентрации токсичных элементов в минеральных индивидах ("потенциальная токсичность") и 2) скорости высвобождения такого рода загрязнителей в окружающие среды, если высвобождение термохимически возможно вообще.

Как видно из предыдущей главы, гипергенные, в том числе и техногенные, процессы на оловорудных месторождениях Дальнего Востока получили крайне широкое развитие. Их развитие создает ряд проблем, и в первую очередь проблему взаимодействия человека с окружающей средой, которые приобретают все более важное значение - имеют экологические и часто трагические последствия, в первую очередь, для самого человека.

Отработка рудных месторождений в изученных районах ведется карьерами и штольнями, которые не только оставляют огромные пустоты (карьеры), насыпи - отвалы (у штолен), а также появление складируемых руд - огромных хвостохранилищ. В хвостохранилищах складируются те руды, процентное содержание добываемых элементов в которых ниже промышленного, необходимого по технологии, либо складируются отработанные руды (хвосты), после извлечения полезных компонентов. Здесь складируются порой огромные количества (до сотен и десятков тысяч тонн) такой руды, занимающие иногда площади до десятков, сотен квадратных метров. Все те процессы, которые происходят с рудами в зоне гипергенеза, не прекращаются, а усиливаются в хвостохранилищах и отвалах штолен благодаря возрастающему механическому воздействию и доступу кислорода и воды. На хвостохранилищах нередко происходят подземные пожары и взрывы так как. в результате химических реакций выделяется тепло. Происходит специфическое минералообразование, связанное с техногенными растворами.

Техногенные растворы, имеющие значительные масштабы на изученных рудопроявлениях, представляют собой "жидкие руды" - попутное поликомпонентное сырье, в котором минералы находятся в технологически оптимальной форме. В последние годы из такой "жидкой руды" на Фестивальном месторождении (Комсомольский рудный район) признано рентабельным промышленное извлечение меди, что, вероятно, возможно и на некоторых других рудопроявлениях Приморья. Там, где "жидкие руды" не подвергаются промышленной переработке, они полностью выносятся в грунтовые воды.

Из сказанного очевидно, что все, что связано с отработкой месторождений, гипергенными процессами, техногенезом и рудничными водами, не проходит безрезультатно для окружающей среды. Накопленные в техногенных водах элементы выносятся за пределы рудопроявлений и рассеиваются в грунтовых и родниковых, а следовательно, в питьевых водах. Эти процессы неизбежно нарушают экологическое равновесие в районе. Происходит губительное загрязнение окружающей среды.

Окисление и разрушение руды приводит к ее большим потерям. Показано (Авдонин, 1984), что в течение одного года потеря колчеданного Красногвардейского месторождения (на Урале), за счет химического разубоживания, составляет около 2% Cu и 4% Zn от общего количества этих металлов в извлекаемой руде. Впервые такие вычисления сделал Г. Н. Вертушков (1940), показав, что Белоречинский и Новолевинский колчеданные рудники (Урал) теряли в результате окисления и растворения около 0,1% извлекаемой руды. На оловорудных месторождениях Дальнего Востока такие подсчеты пока не производились, хотя можно сказать с уверенностью, что на этих месторождениях потеря рудных элементов не менее значительна.

Гидрохимическое рассеяние сопровождается неизбежно биохимическим захватом тяжелых металлов растениями из почвенных вод, а также поступлением их по трофическим цепям в организм человека и животных. Так, проанализированные пробы из дождевых и снежных осадков, а также из растительного покрова в районе рудных полиметаллических месторождений (Аржанова, Елпатьевский, 1990; Елпатьевский, 1993) .Авторы показали, что наиболее высокие поступления тяжелых металлов связаны с начальной фазой моросящих осадков, в которых содержания Pb, Fe, Zn могут достигать 100-200 мкг/л, а Сu, Mn, Al до 30-60 мкг/л (Кавалеровский район).

Накопление аэрозольного материала на поверхности листьев растений в последующем увеличивает концентрации трассерных техногенных элементов в подкронных водах. В растворенной фазе содержание Zn и Cd в этом случае возрастают в 2,5 раза, Pb - в 1,3 раза. Кроме того, техногенное накопление ряда металлов (Pb, Zn, Cu, Cd, Fe и Mn) происходит в листьях, коре, древесине и корнях деревьев, а также в грибах и ягодах. Для техно-геосистемы содержание Pb в водах местного стока в 2,5 раза выше, чем в фоновых условиях, Al - в 3 раза, а остальных металлов (Cu, Cd, Zn, Fe, V, Ti) - в 1,5-1,8 раза. Увеличение концентрации тяжелых металлов в водах местного стока указывает на явное выраженное техногенное влияние, хотя концентрация тяжелых металлов и невысока (Елпатьевский, 1993).

Были отобраны образцы гидроксидов железа из 20 минеральных источников и болота в Приморском крае. Пробы были проанализированы на содержание Sn, Cu, Pb, Zn, Ni, Co и Ag. Анализ этих проб показал, что содержание указанных элементов в большинстве проб выше кларковых.

Воды всех минеральных источников в Приморье гидрокарбонатные, углекислые. Минеральные источники Ветвистый, Большой Ключ, Марьяновский, Нарзанный 1 и 2, Сандагоу и Чинхоуза считаются кремний-кальциевыми. Воды остальных минеральных источников натро-кальциевые.

Накопление рудных элементов отмечается также в гипергенных гидроксидах, являющихся прекрасными сорбентами. Анализ таких проб показал, что содержание примесных элементов в большинстве их них существенно выше кларковых (Постникова, 1988; Постникова, Яхонтова, 1990в). Количественным спектральным анализом было исследовано более 200 проб гидроксидов железа из окисленных рудопроявлений. Близкие результаты получены и для техногенных образцов гидроксидов железа, взятых из рудничных зон, тем самым было подтверждено наличие ряда рудных элементов не только в рудничных водах и воде минеральных источников, но также и в болотной воде.

Гидроксиды железа из рудных зон содержат рудные элементы в количестве на 1-2 порядка выше, чем техногенные образования. Это объясняется тем, что структура свежеосажденных (техногенных) гидроксидов железа не сформирована полностью и для нее характерны не только сорбционные (накопление), но и десорбционные (вымывание) процессы. Чем старше гель, тем выше накопление в нем рудных элементов.

Главные рудные элементы (Sn, Cu, Pb и Zn) на месторождениях Комсомольского и Кавалеровского рудных районов ведут себя по-разному в зоне гипергенеза. Олово, а вместе с ним и цинк характеризуются высокой подвижностью, поэтому крайне редко образуют самостоятельные фазы. Обладая высокой подвижностью, эти элементы либо накапливаются в некоторых гипергенных минералах (гидроксиды железа, глинистые минералы, собственно техногенные образования и т.д.), либо частично выносятся рудничными водами в грунтовые. Медь и свинец дают большое количество гипергенных минералов (табл. 61), а кроме того, могут накапливаться и в других минералах зоны гипергенеза и собственно техногенеза (табл. 62-73). При попадании в грунтовые и родниковые воды эти элементы формируют концентрированные ореолы, нарушающие экологическое равновесие в районах.

Изучая минеральный состав зоны гипергенеза, можно заметить, что на месторождениях оловорудных формаций Солнечное, Придорожное (Комсомольский район) и Дубровское, Хрустальное (Кавалеровский район) в рудничных водах содержится больше As и Fe; на медно-оловянных - Фестивальное (Комсомольский район) и Высокогорское (Кавалеровский район) в них преобладают Cu и Zn; на олово-полиметаллических - Перевальное (Комсомольский район) и Арсеньевское (Кавалеровский район) - Pb и Zn.

Полученные данные говорят о том, что рудничные воды оловорудных месторождений значительно обогащены как главными, так и редкими элементами и, попадая в грунтовые и родниковые воды, загрязняют их.

Большинство рудных элементов (Sn, Cu, Pb, Zn, Fe, As In, Ga, Ge,Te, Cd, Sb и др.) токсично (Бондарев, 1976; Вредные вещества ..., 1977) и вызывает тяжелые заболевания у людей (табл. 75). Наиболее распространены болезни желудка, печени, почек, кожи, сердца, ОРЗ, нервной системы и мн. др. Первой оценочной характеристикой токсичности элементов могут служить значения предельно допустимых концентраций (ПДК) в воде (Емлин, 1991). В соответствии с этими данными самыми токсичными являются селен (ПДК=0,001 мг/л), ртуть, кадмий (0,005), цинк, медь, никель, кобальт, теллур (0,01), мышьяк, сурьма (0,05).

Даже первое сравнение ПДК с данными о составе рудничных вод оловорудных месторождений свидетельствует о значительных пробелах в системе геохимического контроля миграции токсичных элементов на горнодобывающих предприятиях, хотя имеются указания на то, что концентрация металлов в родниковых водах загрязняемого водосбора (например, в Приморье) в 1,4-1,6 раза превышает фоновые (Елпатьевский, 1993).

Таблица 75



Характеристика токсичности некоторых рудных элементов (Емлин, 1991)

Элемент

Заболевания, которые вызывает этот элемент

Fe

Разновидности пневмокониоза, бронхиты, сухой плеврит

S

Общая высокая токсичность

Zn

Желудочно-кишечные расстройства, ОРЗ, кариес зубов, заболевания крови

Cu

Желудочно-кишечные заболевания, расстройства нервной системы, нарушение функций печени и почек

Ba

Остеопороз, лейкозы, вызывает воспаление головного мозга

Pb

Легочные заболевания и изменения в нервной системе, крови и сосудах.

As

Заболевания нервной системы, печени, почек, кишечника, сердца, кожи

Ni

Бронхогенный рак, гипотония, гастриты. Изменения функции печени и нервной системы

Co

Дерматиты, бронхиты, анемия, гипотония

Sb

Нарушение обмена веществ, функциональные расстройства нервной системы

Cd

Заболевания сердечно-сосудистые, желудочно-кишечные, печени, почек, ОРЗ

Te

Поражение органов дыхания

Se

Поражение печени, почек, расстройства нервной системы, воспаление суставов

Mo

Артрозы, боли в суставах, непостоянство кровяного давления, нарушение обмена веществ

Ga

Изменения в желудочно-кишечном тракте и кровеносных сосудах

In

Боли в суставах и костях, нарушение белкового обмена и функций нервной системы

Ta

Поражение нервной системы, желудочно-кишечного тракта, выпадение волос, психические расстройства

Hg

Ртутная неврастения, поражение нервной системы

Al

Общая высокая токсичность

 

Сравнение состава приотвальных вод с исходными рудами показывает, что содержание главных элементов в них (S, Fe, Cu) соизмеримо со средним содержанием в рудах, а для Zn и Cd уровень концентрации в водах даже намного выше. Приотвальные воды представляют собой как бы "жидкие руды", которые можно рассматривать как попутное поликомпонентное минеральное сырье, с металлами, находящимися в технологически оптимальной форме сульфатных рассолов.

Понятно, что при отработке месторождений не следует забывать об экологических последствиях гипергенных процессов. Существует необходимость проведения тщательного и более разумного складирования, а возможно, и вывоза неиспользуемых, промышленно невыгодных отходов, так как огромные количества складируемых руд и увеличение их контакта с агентами выветривания приводят к активным техногенным процессам и выносу экологически опасных элементов в атмосферу и гидросферу.

Следует заметить, что техногенные образования в большинстве своем рентгеноаморфны и представляют собой трудно диагностируемые сложные полиморфные образования. Изучение этих образований очень трудоемкий и кропотливый труд, требующий большого внимания и высокого уровня минералогической подготовки исследователя.

В заключение можно отметить, что защита среды обитания от последствий деятельности человека приобретает первостепенное значение, а изучение техногенного минералообразования имеет особое значение в решении задач охраны окружающей среды на территориях горно-промышленных комплексов. Техногенная минерализация является бесспорным индикатором многих процессов, наносящих ущерб не только окружающей среде (повышенная концентрация токсичных веществ в водах, засоленность грунтов, присутствие в строениях и конструкциях минерализованных растворов, интенсивная коррозия металлов и пр.), но и здоровью людей, живущих в рудных районах. Отсюда, минералогия техногенеза в оловорудных районах Дальнего Востока должна получить развитие, соответствующее масштабам и значению этого важнейшего горно-добывающего региона.
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ИССЛЕДОВАНИЮ

МИНЕРАЛОВ ОКИСЛЕННЫХ РУД
Главной особенностью гипергенных минералов является их преимущественное образование в виде тонкодисперсных полиминеральных агрегатов с плохой индивидуализацией их отдельных составляющих. Эти особенности требуют большего внимания и аккуратности при полевой работе по отбору проб, использования специальных лабораторных методов для их исследования и в целом основной затраты времени на выделение чаще относительно мономинеральных фракций и на диагностику минералов.

В подготовку к полевой работе прежде всего должно входить обеспечение простейшими, но весьма нужными пособиями - плотной вощеной бумагой для подсушивания рыхлых проб при комнатной температуре, пакетиков разных размеров также из вощеной бумаги или кальки, небольшого ножичка, отточенной вязальной спицы или шила для отбора более однородных минералов из трещин, разных полостей и легкого соскреба, бюксов и бюксиков (или закрывающихся банок), иногда стеклянных пробирок с пробками и, наконец, бутылок для сбора жидких, полужидких и студневидых образований. При себе, конечно, должны быть полевые дневники и выкопировки из карт и разрезов, относящихся к участкам работ по отбору проб, так как весь собранный материал должен быть тщательно отобран, занумерован и привязан к местам находок.

При полевом описании образцов основное внимание должно быть обращено на их морфологические особенности - цвет, присутствие видимых неоднородностей и их характер, текстурно-структурный рисунок поверхности, возможные сопоставления с уже собранным материалом и пр. Очень важным является наблюдение за видимым порядком минералообразования, за переменами в этом плане от участка к участку. Не следует жалеть времени на эту работу - в дальнейшем она может сполна вознаградить результатами.

Исследователь гипергенных минералов при сборе проб столкнется с сыпучими, охристыми образованиями, с корками и корочками, нередко послойными и многослойными, с натеками типа сталагмит-сталактит, с выцветами и пленками. Упаковка проб, их исходное состояние, сохранность - обо всем этом необходимо заботится, укладывая в коробки на ватных "подушках" особо хрупкие образцы, а более или менее однородные минеральные агрегаты - в отдельные пакетики или бюксы.

При сборе минеральных образцов желательно отбирать пробы рудничных вод (в бутылки 0,5-1 л.) для лабораторного определения их щелочности-кислотности (рН), окислительно-восстановительного потенциала (Еh), а также химического состава, входящих в характеристику среды техногенного минералообразования. Каждая такая проба, как всегда, должна быть привязана к геологической карте.

Уже в полевой обстановке желательно начинать отделять в собранных образцах все, что является более или менее мономинеральным, возможным для быстрой диагностики в предстоящем камеральном периоде. В схему лабораторных исследований в первую очередь следует включить прежде всего подготовку образцов для непосредственной диагностики минералов: 1) рассев сыпучих (нерастертых!) проб на ситах с последующим изучением отдельных фракций (с помощью лупы, ручной отборки и т.д.), 2) отмучивание в воде по методу Сабанина глинистых составляющих и также с последующим взвешиванием и изучением полученных новых проб, 3) ручная отборка, иногда очень длительная, минералов под лупой, 4) отделение магнитных минералов магнитом.

Надо заметить, что отмыв (отделение) глинистых образований (метод Сабанина) можно провести упрощенно путем легкого растирания пробы резиновой пробкой в фарфоровой чашке с водой и трехкратным сливанием мути в отдельный стакан, в котором, например, под настольной лампой взвесь постепенно упаривается и сушится без нагревания, а затем изучается.

В условиях лаборатории диагностика минералов начинается, как уже частично замечено, с попытки получить более или менее мономинеральные образцы и здесь уместны разные способы вплоть до самых трудоемких - с помощью отбора иглой под лупой (что чаще всего имеет место). Если получение мономинеральных проб оказывается невозможным, диагностика ведется на полуминеральных пробах. Используются различные методы - оптические (иммерсионный метод, электронная микроскопия, изучение шлифов и аншлифов), рентгеновский (стандартная дифрактометрия), инфракрасная спектроскопия для определения в первую очередь анионов, термический анализ с определением Н2О, СО2 (особенно для глинистых, гидроксидных проб), "мокрый" количественный химический анализ, рентгеноспектральный (зонд) - учитывая возможности имеющегося у вас зонда.

Методы исследования могут быть различными. Главное, чтобы по возможности удалось бы использовать одну и ту же так трудно полученную "навеску". Важно так же использовать перечисленные методы в микроварианте и, достоверно, все определения вести на одной и той же пробе. Особенная тщательность исследования бывает связана с находками новых гипергенных (техногенных) минералов, что весьма вероятно при изучении гипергенных минералов (техногенных). Но в этом случае речь должна идти об исследовании различных дополнительных специальных количественных определений и расчетов, например, структурных для так называемых "рентгеноаморфных" фаз и т.д.

В случае выполнения "мокрых" количественных химических анализов полиминеральных проб их расчет на ориентированные составы отдельных минералов выполняется с учетом других анализов таких проб. Выше в материалах изучения минералогии окисленных оловянных руд некоторых месторождений Дальнего Востока приведены подобные анализы и их минералогическая интерпретация (табл. 65, 67-69, 71-73).






Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   19


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет