ГЕОХИМИЯ, 2007, № 8, с. 829-841
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ГИПЕРГЕННЫХ ФОСФОРИТАХ
© 2007 г. Ю. Н. Занин, А. Г. Замирайлова
Институт геологии нефти и газа СО РАН 630090 Новосибирск, просп. акад. Коптюга, 3 e-mail: zanin@uiggm.nsc.ru Поступила в редакцию 21.12.2005 г.
Проведен анализ содержания в гипергенных фосфоритах таких элементов, изоморфно входящих в состав слагающего их карбонатапатита, как Sr, Ba, Zn, Cd, Sc, Cr, Ag, V. Анализ проводился по четырем группам фосфоритов: развитым в областях выветривания осадочных пород, эндогенных пород, а также озерным копролитовым и океанических островов. Во всех четырех группах среди проанализированных элементов наибольшие содержания отвечают стронцию, цинку или барию, тогда как три последние места занимают кадмий, серебро, скандий. Главными причинами различных концентраций микроэлементов в гипергенных фосфоритах различных генетических групп или в пределах групп могли являться состав выветривающихся пород и геохимические условия обстановок гипергенного фосфоритообразования. В то же время выявляется достаточно определенная связь содержаний микроэлементов с текстурными особенностями фосфоритов. Для корковых фосфоритов в целом или только для внешних частей корок чаще характерны повышенные содержания халько-фильных элементов (Cd, Zn, Ag), тогда как в массивных фосфоритах или во внутренних частях корок чаще повышено содержание таких литофильных элементов, как Sc, V, Cr. Корреляционный анализ показал значимую положительную корреляцию Cd, Zn, Ag, Sr, Ba с C02 при почти полном отсутствии таких связей с другими компонентами состава карбонатапатита.
Фосфориты характеризуются, как правило, широким набором микроэлементов [1-8]. Одни из них входят в качестве изоморфной примеси в состав слагающего фосфориты (карбонат)апатита, другие образуют самостоятельные минеральные фазы, третьи - ассоциируются с примесными минеральными компонентами фосфоритов. Целью настоящей работы является анализ содержания и распределения в фосфоритах ряда микроэлементов, относимых к первой из указанных групп. Список микроэлементов, входящих изоморфно в состав (карбонатапатита, содержание которых не достигает, как правило 1%, включает Ag, Sг, Ba, 2п, &, Сг, V, и, Y, REE, Bi, А8, Вг [9]. Этот список, возможно, следует дополнить йодом. Количество публикаций, посвященных содержанию микроэлементов в фосфоритах, огромно, но абсолютно преобладающая их часть отвечает морским фосфоритам. Сведения по микроэлементам в составе гипергенных фосфоритах весьма малы и касаются далеко не всех указанных выше элементов. Настоящая статья посвящена анализу содержания в гипергенных фосфоритах восьми первых элементов из приведенного выше списка (Ag, Sг, Ва, С4, 2п, Sc, Сг, V). Анализ содержания урана в гипергенных фосфоритах рассмотрен нами ранее [10], остающимся элементам будут посвящены последующие публикации по проблеме.
В процессе работы анализировалось содержание микроэлементов в фосфоритах в зависимости от их геологического положения, текстурных особенно-
стей, химического состава и состава выветривающихся пород. Было проведено сравнение содержания изучавшихся микроэлементов в гипергенных фосфоритах с морскими. Следует иметь в виду, что на содержание микроэлементов в морских фосфоритах большое воздействие оказывали процессы катагенеза и выветривания [11-14]. Так, процессы выветривания затронули большинство мезозойских и кайнозойских фосфоритов Африки, в связи с чем мы не могли использовать даже авторитетные работы по этому региону. Но и в целом материалы по микроэлементам в морских фосфоритах разрознены, и не во всех случаях можно судить о достаточной сопоставимости анализов, в связи с чем мы опирались в сравнительных целях только на наиболее авторитетные источники.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Гипергенные фосфориты, содержание микроэлементов в которых рассматривается в настоящей работе, ранее изучались химически и петрографически в поляризационном и сканирующем электронном (^М-35) микроскопах [15-19]. При проведении химического анализа содержание Р205, А1203, Ре203, ТЮ2, Бе0, Б определялось спектрофотомет-рически, СаО, Mg0, МпО - атомно-абсорбционным методом, К2О и №2О - пламенной фотометрией, СО2 - объемным методом, S03 - весовым методом. При проведении анализов использовались стандартные образцы 120Ь, ВСЯ-32, Ак, Ар, СГ-1а,
СТ-1а, СА. Содержание большинства микроэлементов определялось атомно-абсорбционным методом на приборах Шюиш 8Р-9 и Регкт-Б1шег Н0А-600 с использованием стандартных образцов СГХМ-2, СГХМ-3, СКР-2. Лишь скандий определялся инструментальным нейтронно-активацион-ным методом. Чувствительность определений составляла 0.1 г/т, но для Сг при низких содержаниях до 0.5 г/т. Возможная относительная ошибка определений -10%. Все анализы были выполнены в Аналитическом центре Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО РАН.
ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА
По геологическим признакам изучавшиеся гипергенные фосфориты были подразделены на четыре группы: сформированные в областях выветривания осадочных пород, в областях выветривания эндогенных пород, озерные копролитовые, островные. В областях древнего выветривания осадочных пород изучались карстовые и близкие к ним фосфориты месторождений и проявлений Белкинского, Телекского, Обладжанского, Сейбинского, Ирсым-ского юга Сибири, Ашинского Южного Урала, Джанытас Южного Казахстана и Мирный Центрального Казахстана, района Льежа Бельгии, штатов Флориды и Теннесси США. Из областей выветривания эндогенных пород изучались гипергенные фосфориты массивов Маган, Ыраас, Ессей Майме-ча-Котуйской провинции ультраосновных - щелочных пород Севера Сибири, Белозиминского массива карбонатитов Восточного Саяна, Ковдорского массива Кольского полуострова. Фосфориты Анто-новско-Липовского проявления Среднего Урала и месторождения Лан области Нассау, Германия, формировались, как можно предполагать, в процессе выветривания осадочных и эндогенных пород. В качестве копролитовых изучались фосфориты озерных отложений эоцена района оз. Зайсан в Казахстане. В то же время копролитовые фосфориты пещеры Археологической юга Сибири мы рассматриваем совместно с гипергенными фосфоритами, развитыми в областях выветривания осадочных пород, с которыми они близки по многим компонентам состава. В качестве островных изучались фосфориты о. Рождества (Индийский океан).
В текстурном отношении среди изучавшихся гипергенных фосфоритов выделяются массивные, конкреционные, копролитовые, корковые относительно толстослоистые с сантиметровой или миллиметровой толщиной слойков и тонкослоистые с толщиной слойков менее 1 мм. Корковые фосфориты обволакивают обломки фосфоритов более ранних стадий генерации или развиваются по трещинам. Изредка тонкослоистые фосфориты образуют самостоятельные блоки размером до нескольких кубических метров. В некоторых случаях изу-
чались микроэлементы из внутренней и внешней частей фосфоритовых корок или сравнивался состав микроэлементов в массивных фосфоритах и в обрамляющих их корковых.
АНАЛИТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Химический состав изучавшихся фосфоритов по основным компонентам приведен в табл. 1; полный их химический состав был дан нами ранее [10]. По большинству проб анализируемый материал был близок к мономинеральному, но выдержать это удалось не всегда. Как видно из табл. 1, основным минералом изученных фосфоритов является карбо-натфторапатит. Лишь пробы пещеры Археологической и о. Рождества характеризуются минимальным содержанием или практически полным отсутствием фтора и должны рассматриваться в качестве карбонатгидроксилапатита (даллита). Для фосфоритов Маймеча-Котуйской провинции обосновывается также присутствие кислорода в гипергенном карбонатапатите в позиции одновалентных анионов. В то же время определенный дефицит фтора наблюдается и для многих других фосфоритов, в первую очередь для месторождений фосфоритов юга Сибири [16] и Маймеча-Котуйской провинции севера этого региона [18]. К карбонатапатитам в общем виде принято относить апатиты, содержащие выше 1% СО2 в виде карбонат-иона в их структуре [20]. Как видно, этому требованию удовлетворяет большинство изученных проб. Исключения редки и ни в одном случае не характеризуют какое-либо месторождение или проявление фосфоритов в целом. В то же время разброс содержаний СО2 в изученном материале весьма широк и колеблется в пределах от менее 1% до более 5%. Низким является в изученных фосфоритах содержание оксида натрия, составляющее первые десятые, а иногда и сотые доли процента. Пониженное содержание данного компонента типично для гипергенных фосфоритов [14], в отличие от морских фосфоритов, где содержание его превышает, как правило, 1%.
Содержание изучавшихся микроэлементов в гипергенных фосфоритах, как и состав их по макроэлементам, охарактеризованный выше, приведен в табл. 1.
ЛИТОФИЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Стронций и барий. В изученном материале по характеру распределения этих элементов может быть выделено четыре их группы. К первой из них мы отнесли содержащие каждый из этих элементов в количестве десятков и сотен г/т. При этом преобладать может как тот, так и другой элемент. Такими являются большинство проб гипергенных фосфоритов в области развития осадочных пород. Лишь в двух пробах Телекского месторождения
Таблица 1.
Химический состав гипергенных фосфоритов
№№ образца Регион Месторождение, проявление Тип залежи Текстура фосфорита Содержание
% г/т
&о2 М2О3 СаО №20 Р2О5 СО2 F Sc Sr Ва V Сг Ag Cd Zn
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Озерные копролитовые фосфориты
2ф Восточ- Отложения Озерная Копроли- 0.82 0.13 52.59 0.53 34.2 2.85 3.44 33.0 3465 524 43 18 <0.10 1.9 53
32ф ный Ка- Эоцена товая мас- 0.59 0.00 51.17 0.67 32.09 3.89 2.82 15.2 3544 786 37 13 1.80 2.9 40
8ш захстан, сивная 0.30 0.00 50.89 0.99 33.26 3.89 3.04 4.0 2808 802 31 13 5.00 1.3 39
7293-16 район 0.37 0.00 52.35 0.38 35.16 3.11 2.96 17.70 2284 685 57 22 3.60 1.3 46
7293-1а озера Зайсан Корковая - - - - - - - 124.0 2570 771 52 19 2.10 1.6 69
толстослоистая
Ги
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.