Источники фтора и флюоритообразование в осадочных формациях юго-запада восточно-европейской платформы

Установление природных источников фтора и условий его миграции имеет большое теоретическое и практическое значение, так как позволяет определять возможную дифференциацию и интеграции фтора при седиментации, литогенезе, гипергенезе и магматических процессах, а также концентрации фтора вплоть до флюоритообразования. Эти вопросы рассмотрены ка примере изучения закономерностей распределения фтора в осадочных и осадочно-вулканогенных формациях юго-запада Восточно-Европейской платформы и условий формирования в них рудопроявления и месторождений флюорита.

Источники фтора для атмосферы, поверхностных и подземных вод и горных пород разнообразии. Значительные его количества поступают в атмосферу в периоды вулканической активизации в виде газообразных форм HF , SiF4 и пылевидного пирокластического материала, которым oн легко сорбируется в условиях кислой среды. С вулканическими газами ежегодно в атмосферу поступают сотни тонн фтористого водорода. Во время извержения Везувия в воздухе было примерно 0,11 мг/л фтора. В дымах вулканов Гавайских островов содержится до 2,5% HF. Среднее содержание фтора в 100 г воздушно-сухого пепла составляет 4,1 мг. Согласно Е.К. Мархинину, количество фтора, выносимое пеплами в адсорбированном виде, за период мел- современная эпоха (83 млн. лет) только для района Курильских островов составило 4*10в11 т. Можно представить себе, какие огромные массы фтора были вынесены на всей поверхности Земли.

Часть фтора попадает в атмосферу из морей и океанов, часть-с поверхности континентов. При этом формы нахождения фтора и условия поступления его в атмосферу могут быть различными: брызги морской воды, испарение, пыль и т.д.

Огромные массы фтора поступают в атмосферу в виде газообразных соединений и пыли в районах различных промышленных предприятии - алюминиевых, суперфосфатных и многих других. Значительное количество его выделяется при сгорании каменного угля, часто содержащего до 500 мг/кг этого элемента.

Атмосферные осадки, по данным различных метеорологических станций бывш. СССР, содержат n*10в-6% фтора, иногда достигая n*10в-5%. По данным Р.Д. Габовича, среднее содержание фтора в осадках, выпадающих на территории Украины, составляет 0,0524 мг/л. Поскольку среднее годовое количество осадков здесь составлю и 500 ми, то на 1 га поверхности территории выпадает 262 г фтора, а на всю площадь Украины (577000 км2) более 15 тыс. т. Это количество фтора близко количеству его ежегодного стока основными речными артериями Украины.

Стекая в реки, воды атмосферных осадков обогащается фтором в результате растворения почвообразующих минералов и коренных пород. При этом интенсивность обогащения обусловлена особенностями выветривания пород и физико-химическими (климатическими) условиями среды. Установлено, что речные воды гумидной зоны бывш. СССР содержат 0,065 мг/л фтора, полуаридной и аридной - 0,3 мг/л. Аномальные содержания отмечены в районах вулканической деятельности и фосфоритовых, флюоритовых месторождении.

Речная вода содержит в среднем 0,26 мг/л фтора. Воды рек Украины и Молдавии содержат его 0,1-0,9 мг/л и более. Колебании концентраций фтора вдоль течения рек обычно незначительны: в Днепре - 0,11-0,20 мг/л, в Днестре - 0,09-0,31, в Десне - 0,07-0,32 мг/л. Также невелики и сезонные колебания: в Днепре - 0,09-0,266 мг/л, в Роси - 0,12-0,176, в Суле - 0,31--0,45, в Южном Буге - 0,17-0,3 мг/л. Однако, например, в веде среднего течения Днестра установлены более высокие его содержания - до 0,4В мг/л. Обогащение здесь води фтором обусловлено более интенсивным его поступлением, связанным с развитием в этом районе фосфоритонасных толщ мелового и позднепротерозойского возраста.

Основным источником фтора поверхностных и подземных вод являются магматические горние породы, характеризующиеся максимальными концентрациями фтора. К.У. Корренс считает, что основным источником фтора является магма. По его данным, на 1 см2 поверхности земли содержится следующее количество фтора (в кг/см2): в изверженных породах - 1,12-10в-1, в осадочных - 1,1*10в-1, в морской воде - 3,9-10в-4. Отношение содержания фтора в морской воде к содержание его в изверженных породах - 0,35. При выветривании изверженных пород фтор переходит В раствор и выносится поверхностными водами. При этом фториды (например, виллиомит) могут полностью растворяться, а фторсодержащие силикаты теряет до 30% фтора и более (слюды, роговые обманки и др.). Например, поступление фтора в воду из фторсодержащих силикатов происходит в результате их гидратации.

Подсчитано, что при выветривании 1 т средней изверженной породы выносятся 300 г фтора. При общей массе образовавшихся осадочных пород 2*10в-18 т должно быть вынесено в гидросферу 6*10в20 г фтора. Данная цифра более чем в 300 раз превышает массу фтора в гидросфере. Это указывает на то, что процессы выветривания могут обеспечить фтором не только саму гидросферу, но и постоянный сброс его из водных толщ в осадки.

Основными источниками фтора подземных вод является горные породы. Попадая на значительные глубины, осадочные породы в результате всевозможных эпигенетических преобразовании (растворение, гидратация, метасоматоз и др.) теряет значительные количества фтора.

Существование в районе исследования гидрохимической зональности и увеличение содержаний фтора в водах с глубиной подтверждается изучением химического состава вод при зональных откачках скважин. Так, в районе сел Крынцилова-Сатанова (скв. 11683) и Нефедовцев (скв. 11672) при зональном изучении подземных вод силурийских отложений установлено увеличение с глубиной общей минерализации воды, F-,Na+ + K+, Cl- и SO4 и резкое уменьшение содержания Ca2+, и частично HCO3-. Три последних иона в основном и контролирует содержание фтора в системе раствор - порода.

He исключена возможность поступления фтора в подземные воды с ювенильными растворами. Однако это могло носить пульсирующий характер лишь в периоды тектоно-вулканической активизации территории.

Обогащение фтором вод вышележащих водоносных горизонтов могло происходить из-за подземных вод глубоких гидрохимических зон в районах тектонических нарушений - Подольской, Ровенскоя, Гусятин-Городокской, Каменской к других зон. Возможность поднятия подземных вод по тектоническим нарушениям хорошо показана на примере подземных вод Ляодунского п-ова Фтор в поднимающихся водах расходуется частично при встрече с вышележащими менее минерализованными водоносными горизонтами, частично при метасоматическом замещении карбонатов, сульфатов и других минералов.

В районах развитии мощных толщ сеноманских фосфоритоносных отложний возможно поступление фтора и с инфильтрационными водами, особенно при близповерхностном залегании толщ. Так как породы этих отложения обогащены фторапатитом, растворимость которою увеличивается при понижении температуры, при выходе их в зону гипергенеза будет выноситься значительное количество фтора с обогащением поверхностных вод. Это хорошо видно на примере горизонта переотложенных фосфоритовых конкреции (села Миньковцы, Ушица, Джуржевка и др.) сеноманского возраста. В результате выветривания они теряют значительное количество фтора и сульфидов, и в них образуется полости выветривания, не встречаемые в первичных желваковых фосфоритах калосских слоев верхнего протерозоя. Воды этого водоносного горизонта обогащены фтором.

Частичное поступление фтора происходит с инфильтрационными водами, формирующими свой состав при выветривании кристаллических пород Украинского щита и выносящими до 1,5 мг/см3 фтора. Однако образование каолиновых и других кор выветривании на исследуемой территории носит локальный характер и, естественно, такой жe характер будет носить и вынос фтора. При выветривании некристаллических пород, например в районе Приднестровья (с. Грушка и др.), основные породообразущие минералы химически почти не изменяются и служат основным терригенным материалом осадочных пород. При выветривании биотитов кристаллических пород и поступлении их в осадочные выносится до 25-30% фтора общего его содержания. Естественно, этого количества недостаточно для обогащения им вод. В случае же поступления тех же терригенных минералов на значительные глубины (зона эпигенеза) происходит более интенсивный вынос фтора.

Юго-западная окраина Восточно-Европейской платформы по повышенном содержаниям фтора в осадачно-вулканогенных формациях выделяется как фтороносная геохимическая провинция.

Флюоритовые рудопроявления и месторождения сконцентрированы в основном в Приднестровье вдоль Подольской тектонической зоны. Наиболее крупные среди них - месторождения в районе сел Бахтына, Hoвоселок, Посухова, Лерекоринцев, В. Ольчедаева, Сказинцев и др. Рудопроявления фаворита приурочены к ольчедвевским и импольским полевошпат-кварцевым песчаникам, в которых образует цемент замещения и прожилки. Известны жильные выделения флюорита в породах кристаллического фундамента. Наибольший интерес представляет Бахтинское месторождение. Флюорит здесь локализуется в ольчедаевских песчаниках и образует две рудные залежи (верхнюю и нижнюю) пластообразноя формы, состоящие из разобщенных линзовидных тел, на площади 700х1200 м. Суммарная мощность флюоритсодержащих песчаников изменяется от 0,4 до 4,7 м, а содержание флюорита в них колеблется от 5 до 48,9%. Флюорит в песчаниках - типичный эпигенетический минерал, замешавший цемент и частично кварц, полевые шпаты. Текстура - кольцевая, кокардовая, местами пятнистая, вкрапленная.

Представляет интерес также флюорит прожилкового типа. Иногда прожилки флторита одновременно секут ольчедаевские, ломозовские и янпольские слои, модность прожилков 1-2 мм до 2-3 см. Флюорит встречается в них в парагенезисе с кальцитом и сульфидами-пиритом, галенитом, сфалеритом, халькопиритом, реже - барит. Следовательно, можно выделить флюорит двух генетических типов:

1) жильный (флюорит-сульфидно-кальцитожй, образующийся в результате выпадения из растворов) к 2) цемента пропитывания (кальцит-флюоритовый - результат метасоматического замещения кальцита и других минералов флюоритом).

Существуют различные точки зрения о происхождении флюоритовой минерализации. Ее связывают с осадочный, гидротермальным или метаморфогенным процессом, в последнее время большинство исследователей приходят к единому мнение, что месторождения является стратиформными метасоматическими, а флюорит в них образуется в результате постседиментационного эпигенетического изменения осадочных пород, при которой происходит замещение кальцитового цемента вследствие фильтрации фторнесущих растворов, Дискуссионным остается лишь вопрос об источниках фтора, формирующих рудоносные растворы. Как было показано выше, источники фтора носят полигенный характер. Формирование фтороносных растворов при литогенезе осадочных толщ можно представить в виде следующей схемы:

- при выветривании изверженных пород фтор поступает в осадочные породы, а также поверхностные (реки, моря, океаны) я подземные воды;

- осадочные породы обогащаются фтором под действием поверхностных и подземных вод, атмосферных осадков и продуктов вулканической деятельности;

- при погружении осадочных пород не значительные глубины наблюдается выщелачивание фтора и переход его в подземные воды, при метаморфизации которых образуются рудоносные растворы.

В каждой конкретном случае этот цикл может нарушаться или приобретать специфические особенности. Нами рассмотрен такой неполный цикл фтора на примере формирования флюоритовых месторождения на территории Приднестровья. В зависимости от геоструктурного положения территории исследования выделена три зоны: тектоно-вулканической активизации, тектонической стабилизации (спокойных условий) и переходная.

В зоне тектоно-вулканической активизации основный источником фтора служат продукты вулканической деятельности. Образование флюорита может происходить непосредственно в период активизации в результате эпигенетических процессов при перераспределении фтора в осадочно-вулканогенном материале, а также при метасоматическом замещении карбонатсодержащих пород под воздействием на них вод, обогащенных фтором.

В двух других зонах флюорит может образовываться либо при эпигенетическом перераспределении вещества, либо из подземных вод глубинных гидрохимических зон на кальциевом геохимическом барьере.

А.Д. Щеглов, анализируя характер размещения флюоритовых месторождении, установил их связь с областями автономной тектоно-магматической активизации, где они обычно приурочены к зонам крупных, долгоживущих тектонических нарушений,

К такой области, по нашему мнению, можно отнести Подольскую зону тектонических нарушения, где сконцентрированы основные рудопроявления флюрита юго-западной окраины Восточно-Европейской платформы. Несомненно, что основными факторами эпигенетического преобразования осадочных пород кроме действия подземных вод здесь были процессы вулканизма.

Несомненна, что в эти периоды вместе с пеплом привносился ювенальный материал в виде газов и растворов, содержащих рудные полезные элементы, которые на различных стадиях литогенеза перераспределялись и образовывали их концентрации от рудопроявлений до месторождении. Предварительные подсчеты баланса вещества, научение, физико-химических процессов рудообразования и экспериментальные исследования указывает на огромное значение вулканических процессов не только как фактора, влияющего на эпигенетическое преобразование осадочных пород, но и как источника полезных компонентов.