Механизмы концентрирования фтора в азотных термах

Abstract

Актуальность работы. Азотные термы привлекают внимание ученых своим необычным составом: вода, проникшая с поверхности земли на глубину 3-5 км нашей планеты, нагретая до 80-100 °С и снова появившаяся на дневной поверхности, остается почти пресной. Её соленость обычно менее 0,5 г/л, а иногда всего 0,2-0,3 г/л. В то же время для такой низкой солености она содержит многие элементы в аномально высоких концентрациях, которые получили название избыточных. Среди них Si, Na, F и многие другие металлы. Механизм их концентрирования до сих пор остается неясным. Цель работы: выявление основных особенностей состава азотных терм Забайкалья, их равновесия с ведущими минералами горных пород и на этой основе изучение механизмов концентрирования так называемых избыточных элементов, включая фтор. Методы исследования: термодинамические расчеты равновесия терм с ведущими минералами, изотопные методы оценки генезиса терм и статистические методы обработки данных. Результаты. Приводятся данные по химическому составу азотных терм Байкальской рифтовой зоны. Показано, что поведение сульфатных и карбонатных ионов в гидротермальных системах разное, что свидетельствует о наличии двух различных источников этих ионов. Термы Байкальской рифтовой зоны разделены на пять химических типов, формирование которых связано с различным характером геохимической среды. Особое внимание уделено равновесию терм с ведущими минералами горных пород, а также аутигенными их разностями. Установлено, что термы непрерывно растворяют эндогенные алюмосиликаты, концентрируют в растворе химические элементы и после достижения равновесия формируют вторичные минералы иного состава. При этом часть элементов, включая фтор, концентрируются в растворе и попадает в число избыточных. Поскольку кальций связывается кальцитом, фтор достаточно долго концентрируется в термах и только после достижения равновесия с флюоритом выпадает в форме последнего. Этот факт доказывает наличие в системе вода-порода механизма рудообразования.

Nitric thermal waters attract attention of scientists due to extraordinary composition: the water, infiltrating from the surface to the depth of 3-5 km of the Earth, heated up to 80-100 °С, and again appearing on the surface, is almost fresh. Its salinity is usually below 0,5 g/l, sometimes it is only 0,2-0,3 g/l. Together with this, in case of low salinity, the water has many elements in anomalously high concentrations, which are called redundant ones. Among these elements, there is Si, Na and F. Mechanisms of their accumulation remain unclear. The main aim of the study is to determine the main peculiarities of the nitric thermal waters composition in Transbaikalia region, their equilibrium with leading minerals of water-bearing rocks, and based on this information to study the accumulation mechanisms of redundant elements, including fluorine. The methods: thermodynamic calculations of thermal water equilibrium with main minerals, isotopic methods of its origin estimation and statistic methods of data analysis. The results. The paper introduces the data on chemical composition of the nitric thermal waters of Baikal Rift Zone. It is shown that the behavior of sulfate and carbonate ions in hydrothermal systems is different, which indicates that they are of two different origins. The studied thermal waters are of five chemical types formed in different geological conditions. Special attention is given to the thermal water equilibrium with basic minerals of water-bearing rocks, as well as their authigenic residuation. It was determined that thermal waters constantly dissolve endogenous aluminosilicates, accumulate chemical elements in solution, and form the secondary minerals of different composition after the equilibrium achievement. Together with this, a part of elements, including fluorine, is concentrated in the solution and becomes redundant elements. As calcium is connected by calcite, fluorine is concentrated in thermal waters quite long and, only after achieving the equilibrium with fluorite, precipitates from solution in the relevant form.