Е. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г




Скачать 201.52 Kb.
НазваниеЕ. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г
Дата15.12.2012
Размер201.52 Kb.
ТипДокументы
Определение фоновых концентраций микрокомпонентов в водах Томь-Яйского междуречья

Е.А.Солдатова

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г. Томск, 2a61@mail.ru

Гидрогеохимический метод поисков рудных месторождений особенно хорошо оправдывает себя при выявлении месторождений в условиях полузакрытых структур, в частности такой структурой является Колывань-Томская складчатая зона, в пределах которой располагается Томь-Яйское междуречье. Опыт гидрогеохимических исследований в Сибири на площади Колывань-Томской складчатой зоны показал, что с их помощью можно обнаружить перспективные участки на различные зоны минерализации [Удодов, 1971].

Целью данного исследования является определение фоновых концентраций микрокомпонентов в водах Томь-Яйского междуречья, в связи с проведением гидрогеохимических поисков. В рамках данной цели поставлены следующие задачи: изучение химического состава вод Томь-Яйского междуречья и выделение геохимических типов вод как однородных совокупностей для определения фоновых содержаний химических элементов.

Полевые работы в районе междуречья рек Томь и Яя, на которых базируется работа автора, проводились в период с 1992 по 2009 годы сотрудниками Томского политехнического университета и НПО «Геосфера». Гидрогеохимическое опробование осуществлялось преимущественно по речной сети в меженный период, также опробовались озера, естественные и искусственные выходы подземных вод, стоки и отстойники. Для исследования химического состава использовались разнообразные методы анализа, наиболее современными из которых являлись масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой и атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой. На основе полученных результатов была создана база данных, включающая более 1000 точек опробования.

На исследуемой территории преобладают гидрокарбонатные кальциевые и магниево-кальциевые воды. Минерализация изменяется от 102,77 до 2753,49 мг/л, главным образом воды пресные. Геохимическая среда характеризуется значениями pH от 6,3 до 8,3. Общая жесткость изменяется в широких пределах, от 0,9 до 19,6 мг-экв/л, наиболее часто встречаются воды средней жесткости (3–6 мг-экв/л) и жесткие (6–9 мг-экв/л). В отдельных точках отмечаются повышенные относительно фоновых содержания иона аммония (до 230 мг/л) и нитратов (до 565 мг/л), а также иона калия, доля которого в сумме катионов достигает 31%. Такие воды отнесены к техногенно загрязненным, состав и физические свойства которых изменены под влиянием человеческой деятельности [Колубаева, 2010].

Для определения достоверных фоновых концентраций микрокомпонентов в водах Томь-Яйского междуречья массив данных был разделен на однородные геохимические совокупности по равновесию вод с породообразующими минералами, прежде всего алюмосиликатами.

Степень насыщенности вод относительно вторичных минералов оценивалась по параметру насыщенности, исходя из принципа минимизации энергии. Расчеты параметра насыщенности производились с использованием электронных таблиц MS Excel. Для наглядного отображения результатов термодинамических расчетов данные анализов химического состава были нанесены на диаграммы полей устойчивости минералов при стандартных условиях.

Анализ равновесия показал, что воды насыщены к гидроокислам и глинистым минералам и не равновесны с эндогенными алюмосиликатами. В некоторых точках достигается равновесие вод с кальцитом за счет растворения первичных алюмосиликатов (рис. 1).



Рисунок 1. Диаграмма насыщения вод к алюмосиликатным минералам в системе

HCl–H2O–Al2O3–CO2–MgO–Na2O–SiO2

Рисунок 2. Диаграмма насыщения вод к кальциту при T 25 оС

Помимо оценки равновесия вод к алюмосиликатным минералам была рассмотрена возможность насыщения вод к карбонатным и сульфатным минералам за счет конгруэнтного растворения пород соответствующего состава. Полученные данные показали, что воды Томь-Яйского междуречья достигают равновесия с карбонатными минералами – кальцитом, доломитом, реже магнезитом и родохрозитом. Диаграмма насыщения вод относительно кальцита при 25 °С представлена на рисунке 2. Насыщение вод сульфатными минералами не наступает, исключение составляют лишь несколько точек опробования, воды в которых равновесные с баритом. Причина этому – повышенное содержание сульфат-иона в рассматриваемых точках, источником которого возможно является техногенный загрязнитель.

По равновесию вод с вторичными минералами выделено 4 однородные геохимические совокупности, являющиеся геохимическими типами вод в соответствии с классификацией С.Л. Шварцева [Шварцев, 2007] – 1) совокупность кислых железисто-алюминиевых вод, равновесных с гиббситом, 2) совокупность алюминиево-кремнистых вод, равновесных с каолинитом, 3) совокупность кремнисто-кальциево-магниевых вод, равновесных с минералами группы монтмориллонитов, 4) совокупность щелочных карбонатно-кальциевых вод, равновесных с кальцитом. Каждая последующая совокупность характеризуется более длительным временем взаимодействия в системе вода–порода и, соответственно, большей минерализацией вод.

В рамках каждой совокупности с применением аппарата математической статистики были рассчитаны основные параметры распределения – среднее (арифметическое и геометрическое), дисперсия выборки, медиана, мода, максимальное и минимальное значения, выборочный коэффициент эксцесса и выборочный коэффициент асимметрии.

За фоновые содержания химических элементов принимаются средние значения в каждой выборке при учете закона распределения. В качестве условия применимости нормального и логнормального законов распределения были использованы следующие неравенства [Беус, 1975]:

, где A – выборочный коэффициент асимметрии,

E – выборочный коэффициент эксцесса,

N – количество элементов выборки.

Таким образом, было выяснено, что распределение химических элементов большинства выборок подчиняется логнормальному закону распределения, реже – нормальному (преимущественно выборка железисто-алюминиевых вод).

Описанный выше способ позволяет довольно быстро и точно оценить фоновые содержания для большого массива данных. Полученные статистические данные по основным микрокомпонентам приведены в таблице 1, где фоновые концентрации химических элементов сравниваются с их средним содержанием в водах зоны выщелачивания [Шварцев, 1998].

Следует отметить, что наиболее неоднородным распределением практически по всем элементам характеризуется кислый железисто-алюминиевый геохимический тип вод. Практически для всех элементов в данном типе вод характерна высокая величина стандартного отклонения (табл. 1). Высокая степень неоднородности во всех типах вод отмечается также для группы редкоземельных элементов.

Таблица 1. Параметры распределения микрокомпонентов в водах Томь-Яйского междуречья

Компонент

Единицы измерения

Геохимические типы

Совокупность кислых железисто-алюминиевых вод

Совокупность алюминиево-кремнистых вод

Совокупность кремнисто-кальциево-магниевых вод

Совокупность щелочных карбонатно-кальциевых вод

Среднее содержание в зоне выщелачивания [Шварцев, 1998]

Среднее

Стандартное отклонение

Среднее

Стандартное отклонение

Среднее

Стандартное отклонение

Среднее

Стандартное отклонение

Al

мг/л

-

-

0.211

0.152

0.086

0.649

0.099

0.605

0.19

Si

0.616

0.195

2.911

0.195

6.27

0.115

5.46

0.118

6.77

Feобщ

0.846

0.521

0.811

0.343

0.658

0.380

0.475

0.292

0.424

Li

мкг/л

15.62

4.86

16.08

0.181

12.63

0.190

13.33

0.149

6.2

Sc

0.176

0.108

0.171

0.391

0.118

0.443

0.087

0.217

0.07

Ti

0.604

0.465

1.63

0.669

1.54

0.773

1.79

0.781

6.96

V

0.527

0.424

0.890

0.551

0.746

0.414

0.904

0.396

1.01

Cr

2.53

0.611

3.04

0.471

4.78

0.458

5.44

0.299

2.78

Mn

4.62

0.384

12.29

0.374

19.09

0.403

16.19

0.360

34.3

Co

0.304

0.090

0.357

0.203

0.331

0.184

0.328

0.247

0.33

Ni

1.85

1.35

1.52

0.381

1.38

0.394

1.34

0.369

3.11

Cu

4.50

1.15

4.11

0.373

3.16

0.343

2.91

0.337

4.00

Zn

15.61

0.255

9.86

0.472

4.78

0.484

4.06

0.456

30.3

As

3.57

2.65

3.83

0.323

4.19

0.480

3.99

0.295

1.34

Br

62.83

13.59

50.31

0.282

26.60

0.481

34.20

0.340

40.8

Rb

2.34

1.93

0.949

0.536

0.795

0.578

0.836

0.577

1.87

Sr

-

-

36.88

0.813

137.69

0.777

182.86

0.718

88.7

Mo

-

-

0.152

0.290

0.1998

0.342

0.200

0.315

1.16

Ag

0.694

0.981

0.204

0.438

0.167

0.353

0.154

0.358

0.22

Cd

0.225

0.178

0.133

0.322

0.102

0.523

0.092

0.239

0.20

Sn

0.130

0.065

0.197

0.295

0.266

0.361

0.903

0.417

0.39

Sb

0.235

0.149

0.152

0.525

0.083

0.585

0.067

0.594

0.64

Cs

0.080

0.116

0.033

0.488

0.028

0.504

0.020

0.145

0.18

Ba

15.63

4.84

22.11

0.323

35.95

0.326

38.45

0.304

14.4

La

0.264

0.134

0.287

0.323

0.289

0.348

0.289

0.342

0.67

Ce

0.528

0.276

0.631

0.377

0.790

0.423

0.796

0.376

-

Продолжение таблицы 1

Компонент

Единицы измерения

Геохимические типы

Совокупность кислых железисто-алюминиевых вод

Совокупность алюминиево-кремнистых вод

Совокупность кремнисто-кальциево-магниевых вод

Совокупность щелочных карбонатно-кальциевых вод

Среднее содержание в зоне выщелачивания [Шварцев, 1998]

Среднее

Стандартное отклонение

Среднее

Стандартное отклонение

Среднее

Стандартное отклонение

Среднее

Стандартное отклонение

Sm

мкг/л

0.045

0.059

0.045

0.689

0.047

0.909

0.029

0.936

-

Eu

0.008

0.353

0.011

0.444

0.010

0.546

0.014

0.470

-

Tb

0.007

0.005

0.011

0.422

0.007

0.506

-

-

-

Yb

-

-

0.013

0.167

0.020

0.203

0.020

0.184

-

Lu

-

-

0.003

0.663

0.003

0.698

0.003

0.692

-

Hf

0.142

0.342

0.101

0.416

0.075

0.579

0.058

0.568

-

Ta

0.010

0.013

0.0096

0.428

-

-

-

-

-

Au

0.007

0.479

0.006

0.556

0.005

0.615

0.004

0.578

0.0034

Hg

0.145

0.147

0.105

0.646

0.063

0.698

0.054

0.739

0.0411

Pb

3.53

1.840

3.84

0.392

2.63

0.331

2.75

0.360

2.18

Th

0.078

0.053

0.045

0.502

0.019

0.648

0.028

0.490

0.10

U

0.653

0.665

0.489

0.517

0.519

0.555

0.655

0.426

0.56

Количество элементов выборки

13

169

364

588




Анализ особенностей поведения химических элементов в разных геохимических типах вод позволил выделить три группы элементов по идентичности поведения: Si, Ti, V, Cr, Mn, As, Sr, Mo, Sn, Ba, Ce, U, концентрации которых растут от железисто-алюминеевых вод к щелочных карбонатно-кальциевых водам; Al, Fe, Li, Sc, Ni, Br, Rb, Co, Cu, Zn, Ag, Cd, Sb, Cs, Sm, Hf, Au, Hg, Pb, Th, средние содержания этих элементов уменьшаются в том же направлении; La, Eu, Tb, Yb, Lu, Ta, элементы, для которых характерны приблизительно равные концентрации во всех геохимических типах вод. Среди факторов, влияющих на особенности поведения рассмотренных элементов в геохимических типах вод, стоит отметить изменение условий миграции (рН, Eh, минерализация и др.), масштабы поступления элементов в воды и их удаление в результате взаимодействия в системе вода–порода. Так высокие содержания Mn, Ce, Ti в щелочных водах, в нехарактерной для них среде миграции, обусловлены, вероятно, значительными масштабами обогащения вод этими элементами. Для La, Eu, Yb отмечается незначительное повышение содержаний от кислых к щелочным условиям, что не характерно для редкоземельных элементов, это может быть связано с масштабами обогащения вод этими элементами.

Работа выполнена при поддержке АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект АВЦП - 2.1.1/2490).

Литература:

Беус А.А., Григорян С.В. Геохимические методы поисков и разведки месторождений твердых полезных ископаемых.–М: Недра.–1975.–280 с.

Геологическая эволюция и самоорганизация системы вода-порода / гл. ред. С.Л. Шварцев.–Новосибирск: Изд-во СО РАН.–Т.2: Система вода-порода в условиях зоны гипергенеза / отв. ред. Б.Н. Рыженко.–2007.–С.321–322.

Колубаева Ю.В., Шварцев С.Л. Копылова Ю.Г. Геохимия вод северной части Колывань-Томской складчатой зоны // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка.–2010.–№2.–С.50–58.

Удодов П.А. и др. Гидрогеохимические исследования Колывань-Томской складчатой зоны.–Томск: Изд-во Томского университета.–1971.–284 с.

Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза.–М.: Недра.–1998.–С.197–198.

Похожие:

Е. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г iconЕ. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г
Определение фоновых концентраций микрокомпонентов в водах Томь-Яйского междуречья
Е. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г iconНациональный исследовательский «томский политехнический университет» С. И. Кузнецов, Т. Н. Мельникова, В. М. Петелина
Решение задач по физике разного уровня сложности: учебное пособие / С. И. Кузнецов; Т. Н. Мельникова, В. М. Петелина.; Национальный...
Е. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г iconНациональный исследовательский томский политехнический университет энергетический институт

Е. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г iconФизические воздействия на пробу в вольтамперометрическом анализе
Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 634050, пр. Ленина, 30
Е. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г iconНаучно-методические основы численного прогноза деформирования грунтовых оснований
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный...
Е. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г iconПрограмма конференции 23 25 мая 2012 г. Киев, Украина Дислокация мест проведения конференции Национальный технический университет Украины “кпи”, корпус №9: ул. Политехническая, №35, метро «Политехнический институт»
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» (нтуу «кпи»)
Е. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г iconМинералого-геохимические особенности уролитов томского района и их связь с факторами природной среды и техногенного воздействия
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный...
Е. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г iconС. И. Кузнецов методика решения задач по кинематике
Методика решения задач по кинематике: учебное пособие / С. И. Кузнецов; Национальный исследовательский Томский политехнический университет....
Е. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г iconОбесцвечивание природных сапфиров
Национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Научно-исследовательский институт нанофотоники...
Е. А. Солдатова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт природный ресурсов, г iconУчреждение высшего профессионального образования «национальный исследовательский томский государственный университет»
Гато. Ф. Р-1313. Оп. Д. 182. Л. 13; Д. 209. Л. 1; Д. 212. Л. 11; Д. 213, Л. 2; Та
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница