книги из ГПНТБ / Материалы к Совещанию по геохимии гипергенеза, ноябрь 1964 г. (тезисы докладов)

Е. Г. КУКОВСКИЙ

Наличие воды как обязательного фактора процессов выветривания предопределяет появление дисперсной си­ стемы, в которой дисперсной фазой являются обломки исходных минералов и кристаллы новообразований, а дисперсионной средой — сама вода с определенным со­ держанием водородных ионов, гидроксильных групп, кислотных остатков неорганических и органических кис­ лот и т. д. Интенсивность процессов выветривания зави­ сит, с одной стороны, от концентрации протонов в дисперсионной среде, с другой — от особенностей кри­ сталлического строения исходных минералов или ново­ образований, несовершенств и дефектов их структуры, положений в них крупных катионов. Общая тенденция изменений минералов — образование бездефектных кри­ сталлических структур; исходные минералы с совершен­ ной структурой наиболее устойчивы к агрессивному дей­ ствию агентов выветривания.

Минералообразование в зоне выветривания идет пу­ тем частичной или полной перестройки основных элемен­ тов решетки исходных минералов, без диссоциации по­ следних и образования переходных аморфных форм. Силикаты с каркасной структурой перекристаллизовываются только в бездефектную слоистую структуру типа 1:1. Переходные слоистые структуры типа 2 : 1 в этом случае возможны только при условии притока извне до­ полнительной энергии для дегидратации внешней гидро­ ксильной сетки образующегося по каркасу слоя типа 1 : 1 и достройки к ней второй кремнекислородной сетки; в зоне гипергенеза источники такой энергии сведены до минимума.

Минералы цепочечной, ленточной и слоистой структур

ством. Последние благодаря глубоким несовершенствам структуры являются неустойчивыми и при высокой кон­ центрации протонов переходят в бездефектную структуру типа 1:1. Дальнейшее изменение структуры типа 1 : 1 возможно при механической дезынтеграции в присутст­ вии в дисперсионной среде ион.огенных органических со­

J4 0

единений, крайне необходимых для «фиксирования» деструктурированного состояния кристаллов. Этот процесс осуществим также в присутствии коллоидных частиц гидроокислов железа, функции которых идентичны орга­ ническим соединениям.

Институт геологических наук АН УССР

Для понимания условий образования месторождений полезных ископаемых, связанных с корами выветривания, помимо полевых геологических исследований и работ по изучению вещественного состава типовых разрезов, необ­ ходимо проведение экспериментальных работ с целью по­ лучения данных о процессах миграции химических эле­ ментов в профиле кор выветривания различных пород.

Экспериментальные данные, полученные во ВСЕГЕИ, характеризуют подвижность химических элементов в профиле коры выветривания некоторых пород основного состава (метапикритов, хлорито-амфиболовых сланцев, базальтов) при воздействии на них различных раствори­ телей. Неизменные породы и их кора выветривания под­ верглись воздействию следующих реагентов: природных водорастворимых органических веществ из подстилки, фульвокислот, выделенных из иллювиально-гумусового горизонта торфяно-подзолистой почвы, соляной кислоты, дистиллированной воды, дистиллированной воды, насы­ щенной углекислотой, дистиллированной воды + толче­ ный мрамор.

Для случая метапикрита и хлорито-амфиболового сланца в углекислых растворах наиболее подвижными оказались щелочи и щелочные земли, наиболее инертны­ ми— кремнезем и полуторные окислы. В щелочных рас­ творах повышается подвижность кремнезема и алю­ миния.

В растворах природных органических кислот устанав­ ливается высокая подвижность алюминия, особенно при их воздействии на монтмориллонитовую кору выветрива­ ния метапикрита и хлорито-амфиболового сланца.

141

Для базальта почти во всех опытах наиболее подвиж­ ными оказались натрий и кремнезем, наименее под­ вижными — марганец и титан; щелочные земли, калий и полуторные окислы заняли промежуточное положение.

Полученные данные позволили оценить «агрессив­ ность» различных растворителей при разложении пород и минералов и выделить действие природных органиче­ ских кислот как один из наиболее активных факторов выветривания.

Всесоюзный научно-исследовательский геологический институт Госгеолкомитета СССР

Ф. А. ЛЕТНИКОВ

Т Е Р М О Д И Н А М И Ч Е С К И Й А Н А Л И З У С Л О В И Й С О Л Е О Б Р А З О В А Н И Я В В О Д Н Ы Х Б А С С Е Й Н А Х

Направление всякого химического процесса определя­ ется изменением величины изобарно-изотермического по­ тенциала реакции (AZ), который является мерилом хи­ мического сродства элементов. По уравнению Гиббса — Гельмгольца рассчитаны изобарно-изотермические потен­ циалы почти для всех сульфатов, хлоридов и карбонатов, встречающихся в природных условиях.

Показано, что последовательность осаждения минера­ лов в водных бассейнах идет по линии уменьшения вели­ чин их изобарных потенциалов и образования в расчете на 1 грамм-атом аниона в соединении. Например, по дан­ ным Вант-Гоффа на Стассфуртском месторождении ка­ лийных солей наблюдается зональность ангидрит — по­ лигалит — вантгоффит — лангбейнит — сильвин — кизе­ рит — карналлит. Если расположить отдельно хлориды и сульфаты по величинам AZ, то сульфаты (в расчете на один грамм-атом кислорода) располагаются в следую­ щем ряду: ангидрит 78,9, полигалит 75,5, вантгоффит 74,3, лангбейнит 72,9 ккал/моль, а хлориды (в расчете на один грамм-атом хлора) соответственно в ряду: силь­ вин 97,8, кизерит 67,4, карналлит 63,2 ккал/моль.

Поскольку растворимость определяется изменением изобарно-изотермического потенциала, то у хорошо рас­ творимых минералов величина AZ в растворе больше, чем в кристаллическом состоянии, а у трудно раствори­ мых наоборот. Следовательно, если у данного соединения

142

величина AZ в растворе выше, чем в кристаллическом со­ стоянии, то оно будет удерживаться в растворе, посколь­ ку такая форма для системы энергетически выгодней. На основании этого объясняются факты накопления целого ряда элементов к концу процесса кристаллизации солей и концентрации их в рапе.

Казахский научно-исследовательский институт минерального сырья Госгеолкомитета СССР

Ф. А. ЛЕТНИКОВ, Ю. С. ДАНИЛОВ

Н Е К О Т О Р Ы Е Ф И З И К О - Х И М И Ч Е С К И Е О С О Б Е Н Н О С Т И Ф О Р М И Р О В А Н И Я Р О С С Ы П Е Й

В Р А З Л И Ч Н Ы Е Г Е О Л О Г И Ч Е С К И Е Э П О Х И

Вопрос о происхождении месторождений золота и урана, локализованных в древних толщах докембрия (Витватерсранд, Блейнд-Ривер и др.), является в течение -ряда лет дискуссионным. Для решения этого вопроса предпринята попытка, исходя из реальных минеральных ассоциаций в древних и современных россыпных место­ рождениях, восстановить физико-химическую обстановку их формирования.

Поскольку устойчивость различных соединений в каж­ дой конкретной обстановке определяется величинами изобарно-изотермических потенциалов (AZ) образования этих соединений в кристаллическом и растворенном со­ стоянии, вычислены стандартные изобарно-изотермиче­ ские потенциалы главных минералов россыпей. На осно­ вании расчетов по их устойчивости в различных водных средах (хлоридных, карбонатных, сульфатных и т. д.) сделаны следующие основные выводы.

При формировании кор выветривания в докембрии многие сульфиды и уранинит являлись устойчивыми ми­ нералами, возможно, ввиду низкого по сравнению с со­ временными условиями кислородного потенциала среды.

Исходя из расчетов, выделены три группы минералов: минералы, устойчивые во все геологические эпохи, в лю­ бых водных средах; минералы, устойчивые лишь в опре­ деленных средах и при определенной концентрации кис­ лорода, серы, хлора, углекислоты и т. д.; минералы, не­ устойчивые в водных средах вообще.

143

Предпринята попытка, опираясь на расчетные дан­ ные по поведению ряда минералов в водных средах раз­ личного химического состава, реставрировать условия формирования россыпей в различные геологические эпо­ хи Земли и с этих позиций объяснить происхождение ряда месторождений спорного генезиса.

Казахский научно-исследовательский институт минерального сырья Госгеолкомитета СССР

Э. В. МЕЛЬНИЧУК, В. Ю. КОНДРАЧ УК

М И Г Р А Ц И Я Э Л Е М Е Н Т О В В К О Р Е В Ы В Е Т Р И В А Н И Я И В О П Р О С Ы К О Л И Ч Е С Т В Е Н Н О Й Е Е О Ц Е Н К И

Существующие способы сопоставительной оценки под­ вижности элементов (компонентов) в коре выветривания (Б. Б. Полынов, И. И. Гинзбург и др.) дают главным образом общую качественную характеристику их мигра­ ции. Они базируются на содержании компонентов в неко­ торой массе выветривающейся породы без учета измене­ ния ее плотности и того, какой объем по отношению к исходной она представляет. В основном поэтому для коры выветривания не применим и метод пересчетов Т. Барта.

Проведенные Б. М. Михайловым, В. Ю. Кондрачуком и другими исследования показали, что для количествен­ ной характеристики миграции элементов в коре-совер­ шенно обязателен учет закономерного в целом изменения объемного веса пород вдоль профиля выветривания, су­ щественно корректирующий представления о подвижно­ сти компонентов. Дальнейшее развитие исследований в этом направлении привело к разработке (Э. В. Мельни­ чук) двух новых методов петрохимических пересчетов для коры выветривания — кислородно-кварцевого и ион­ ных концентраций.

Кислородно-кварцевый метод сводится к определению количества ионов в стандартной ячейке невыветренной породы (по Т. Барту) и количества их в эквивалентной ячейке (по кварцу как неподвижному для коры выветри­ вания компоненту). Миграция элементов определяется разницей количеств ионов. Достоинством метода являет­ ся автоматический учет изменения объемного веса пород при выветривании; недостатками — ограниченность при­

144

менения (только для пород, имеющих достаточно равно­ мерно распределенные зерна кварца) и некоторая гро­ моздкость пересчета.

Метод ионных концентраций прост и сводится к опре­ делению количества ионов элементов в единичном объ­ еме (коренной и измененной пород) по формуле К = = Ло/10, где К — количество ионов в единичном объеме, а — объемный вес породы, Л — атомные количества. Ми­ грация определяется разницей количеств ионов в еди­ ничном объеме. Метод может применяться также для характеристики миграции элементов при метасоматических процессах в зонах дробления.

Оба метода дают для коры выветривания практически совпадающие результаты пересчетов. Применение их при изучении коры, развитой на гнейсо-мигматитах, габброидных и гранитоидных породах, а также серпентинитах, позволило получить достаточно объективную и четкую количественную оценку миграции элементов вдоль про­ филя выветривания. Во всех этих случаях максимальная миграция (вынос) элементов происходит в зоне дезынтеграции.

Материалом для исследований являлась площадная и в меньшей степени линейная кора выветривания, разви­ тая на указанных породах в пределах северо-централь­ ной (Приднепровье) и северо-западной (Волынь) частей Украинского кристаллического щита.

Трест Киевгеология, Институт геологических наук АН УССР

В. А. ИАРСЕЕВ

Н Е К О Т О Р Ы Е Ч Е Р Т Ы М И Н Е Р А Л О О Б Р А З О В А Н И Я

В З О Н Е Г И П Е Р Г Е Н Е З А

(с позиций теории сорбционного взаимодействия)

Приводится обзор экспериментальных работ по сорб­ ции на минеральных сорбентах, а также данные, полу­ ченные автором.

Механизм процесса сорбции в зоне гипергенеза весь­ ма сложен. В качестве первичного механизма обсуждает­ ся процесс специфической адсорбции через мостики ОН-групп с образованием первично сорбированной гидроокисной формы. На основании кристаллохимических

расчетов, выполненных автором, даются величины удель­ ной гидратации поверхности минералов, которая явля­ ется мерилом относительной сорбционной способности минералов.

Первично сорбированная форма в дальнейшем пре­ терпевает процессы старения. При этом существенную роль играет среда, в которой протекает старение. Рас­ сматриваются основные случаи: восстановительная, окис­ лительная, сероводородная, карбонатная, галоидная сре­ ды и описывается характер возникающих микроминеральных форм.

На основании вычисления изобарно-изотермических потенциалов приводятся ряды сорбции катионов и сопря­ женных с ними минеральных форм.

Казахский научно-исследовательский институт минерального сырья Госгеолкомитета СССР

И. И. ПАСЮК

С Т А Р О Б И Н С К И Х К А Л И Й Н Ы Х Г О Р И З О Н Т О В

Изучено высаливающее действие хлористого магния на хлористый натрий и хлористый калий при 25°,С.

Из растворов, насыщенных хлористым натрием, выса­ ливание начинается при концентрации хлористого маг­ ния выше 8%. Высаливающее действие хлористого магния продолжается до выделения в осадок основного количества хлоридов натрия и калия, пока растворы не насытятся по отношению к карналлиту. В насыщенных растворах хлоридов натрия и калия на один объем хло­ ристого магния высаливается почти один объем щелоч­ ного хлорида. Поэтому на равный объем соли в насы­ щенных растворах приходится почти равный объем воды.

Сухой солевой остаток в смеси с водой дает рассол, и пересчет хлоридных солей на рассол осуществляется че­ рез коэффициент перехода, который для хлористого ка­ лия и хлористого магния равен 3,10, а для хлористого натрия в связи с первоначальным взаимным растворе­ нием хлористого магния в насыщенных растворах — 3,93. Коэффициент перехода является кратным выражением

146

солей сухого остатка в жидкой фазе и определяется на основании прямо пропорциональной зависимости между содержанием брома в жидкой фазе и в сухом солевом остатке. Умножая содержание каждого хлорида в сухом остатке на соответствующий ему коэффициент перехода, можно определить количество жидкой фазы, в которой он содержится. Если разделить количество жидкой фазы на коэффициент перехода для данного хлорида, то полу­ чится количество выпавшего в осадок хлорида. Содержа­ ние оставшейся жидкой фазы определяется на основании кратности содержания брома в предшествующем хлориде по отношению к содержанию брома в последующих хло­ ридах, находящихся еще в растворе. Объемное отноше­ ние между твердой и жидкой фазами для сильвинитовой области равно 1,19, для карналлитовой в среднем — 1,95.

Приложение этих отношений к исследованию калий­ ных солей Старобинского месторождения дает возмож­ ность характеризовать степень прогибания дна солерод­ ного бассейна и цикличность соляной садки при образо­ вании старобинских калийных горизонтов. В результате подразделения калийных пластов на интервалы, отвеча­ ющие ярусам и полуярусам (в терминологии автора), для четвертого и третьего калийных горизонтов вычисле­ но соответственно 4 и 8 полуярусов, для второго и перво­ го горизонтов — по 2 полуяруса. На основании отноше­ ния между твердыми и жидкими фазами в сильвинитовой и карналлитовой областях сгущен-ия определена предкарналлитовая зона, имеющая равные показатели как для Старобинского, так и для Соликамского калийных месторождений.

Институт общей и неорганической химии АН БССР

М. Ф. СТА ЩУК

П Р О Б Л Е М А О К И С Л И Т Е Л Ь Н О - В О С С Т А Н О В И Т Е Л Ь Н О Г О П О Т Е Н Ц И А Л А В Л И Т О Л О Г И И

Среди различных параметров, по которым опреде­ ляют физико-химические условия формирования пород, значительное место отводится окислительно-восстанови­ тельному (о. в.) потенциалу. Методам его определения посвящена обширная литература.

147

Наиболее надежным и чаще всего применяемым мето­ дом для выяснения о. в. условий является метод аутигенных минералов. По степени восстановленности эти мине­ ралы образуют ряд: гидроокислы железа — глауконит — сидерит — пирит, который был предложен Л. В. Пусто­ валовым.

Отмечая несоответствие между расчетными значения­ ми и фактическими условиями формирования минералов (по термодинамическим расчетам Гаррелса), обсуждение проблемы лучше всего начать с рассмотрения условий формирования сульфидов. Реакция S" + 4H20 = S 04//-f + 8н+ + 6е, примененная Гаррелсом для этой цели, явля­ ется необратимой, а потому необоснованно говорить об о. в. потенциале этой системы. В связи с этим поле суль­ фидов не может считаться определенным. Для выяснения места сульфидов по профилю о. в. потенциала могут по­ мочь следующие соображения: микробиологические дан­ ные свидетельствуют о том, что возникновение сероводо­ рода в среде не зависит от о. в. потенциала среды. Так как формирование сульфидов обусловлено произведением активностей ферро- и сульфид-ионов, важно выяснить, какие содержания сероводорода могут удерживаться в среде в зависимости от Eh.

Анализ скорости изменения о. в. потенциала с изме­ нением активности H2S показал, что в случае малых со­ держаний H2S система S"->S° является наиболее емкой по отношению к сульфид-иону, в то время как система S" -> S O /' — наименее емкая. Указанные варианты дают верхнее и нижнее ограничения возможным изменениям сероводорода в зависимости от о. в. потенциала, что от­

характеризует степень окисления сероводорода. Уравне­ ние показывает, что сульфиды железа могут формиро­ ваться в широком диапазоне Eh и даже в условиях более окислительных, чем условия формирования сидерита. Приведенный выше ряд превращается в ряд гидроокислы железа — пирит (что, например, имеет место в современ­ ных осадках).

Определяемый о. в. потенциал на породах чаще всего не отражает величину о. в. потенциала условий формиро­ вания осадка и раннего диагенеза, так как не находится в соответствии с Рсо2, диктующим стабильность сидери­

148