КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
АКЦЕССОРНАЯ БОРОНОСНОСТЬ КАЛИЕНОСНЫХ СОЛЯНЫХ ПОРОД
КАК ПОКАЗАТЕЛЬ УСЛОВИЙ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ВЕРХНЕЮРСКОЙ ГАЛОГЕННОЙ ФОРМАЦИИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ)
© 2011 г. Р. Г. Осичкина
Институт общей и неорганической химии АН РУз 700170 Ташкент, ул. акад. Х. Абдуллаева, 77, Узбекистан e-mail: asamadov@mail.ru Поступила в редакцию 05.11.2008 г.
Ключевые слова: галогенная формация, Гаурдакская свита, бороносность, морской галогенез, сильвинит, карналлит, галит, бор-бромное отношение.
Одним из важных аспектов при исследовании условий формирования соленосных отложений (в числе других генетических типов осадочных образований) является получение достоверных сведений о содержании, распределении, формах нахождения микроэлементов, их геохимической когерентности с макроэлементами и породообразующими минералами. Некоторые микроэлементы, по распространенности и средним содержаниям близкие к обычным элементам, способны образовывать собственные минералы, но вследствие особых химических и кри-сталлохимических свойств атомов, определяющих их геохимическое поведение, отнесены к группе так называемых "дефицитных" элементов. К их числу принадлежит бор [1, 2].
Первые исследования по геохимии бора привели к выводу, что он является типичным "талассофиль-ным элементом", т.е. руководящим элементом морских осадков. Были даже предприняты попытки установить линейную зависимость содержаний бора в петрографически одинаковых образованиях от солености морской воды. Это послужило основой для постановки вопроса о возможности определения палеосолености бассейнов и фациальных условий образования осадочных пород по их боронос-ности [3—5].
Однако выяснилось, что кроме солености среды, содержание бора в породах в значительной мере контролируется другими факторами, обусловленными особенностями его геохимии. Литофильный характер, отсутствие окислительно-восстановительных реакций, способность борокислородных соединений бора (борных кислот и их анионов) к комплексо-образованию с неорганическими и органическими аддендами наделяют бор ярко выраженной подвижностью, тенденцией к миграции и рассеянию. Вместе с тем, известны соединения бора с кислородом (и отчасти с фтором) в форме полимерных анионов
(по аналогии с кремнием), склонных к образованию твердых фаз перитектического типа.
Следствием сложности проявлений бора является то обстоятельство, что, несмотря на обширные исследования, посвященные этому элементу, до настоящего времени нет единства взглядов по многим вопросам его геохимии, в частности, о первоисточнике бора в соляных отложениях, поведению и формах нахождения в процессе галогенеза. Классические работы [6—8 и др.] привели к созданию эва-поритовой теории галогенеза, получившей широкое признание. Исследования состава морской воды и процессов ее сгущения экспериментально доказали возможность образования боратов на эв-тонической стадии и выяснили формы нахождения бора в водных растворах [9—11].
Термодинамический анализ фазовых состояний боросодержащих водно-солевых систем морского типа подтвердил принципиальную возможность образования боратов (ашарита, пинноита) при испарении морской воды уже на стадии садки калийных солей (рН 11—13; 8 38—40%) и образования гидроборацита при метаморфизации морской воды до перехода ее в хлоридный гидрохимический тип [12-14].
Согласно приведенным данным, нормальное статиграфическое положение бора в соляных отложениях - карналлит-кизеритовая и бишофитовая зоны, что находится в полном соответствии с пара-генетическими таблицами Я.Г. Вант-Гоффа [6].
Вместе с тем, имеется обширный фактический материал, основанный на петрографо-минералоги-ческих данных, свидетельствующий о присутствии в соленосных толщах боросодержащих пород, образование которых происходило на ранних стадиях соленакопления. Состав пород не укладывается в представления об эвтонике: в них, наряду с магниевыми боратами, содержатся кальциевые и натрие-
659
7*
вые (гидроборацит, кургантаит, стронциоджинорит, хильгардит, данбурит и др.).
Генетическая сущность "аномальных" проявлений бороносности соляных пород рассматривается по-разному. Некоторые исследователи связывают ее с поступлениями в солеродный бассейн вод, обогащенных бором, кремнеземом, другими элементами, и осаждением бора присутствующими в рассолах ионами кальция и магния. Эту гипотезу авторы подтверждали примерами ряда месторождений, где было установлено отсутствие бора в карналлитах, садка которого может происходить лишь в условиях, исключающих поступление вод извне (что неизбежно привело бы к рассолонению бассейна и прекращению образования карналлита).
К первоисточникам бора относили также при-внос в солеродный бассейн на разных этапах его развития терригенного материала, содержащего вулканогенные боросодержащие минералы, мета-морфизационных рассолов и нефтяных вод, содержащих органический бор. Однако участие последних в обогащении бором гидрохимических соляных пород не нашло подтверждения, поскольку наиболее характерный для нефтяных вод элемент — йод — в солях и внутриформационных рассолах вообще отсутствует, так же, как и другие признаки битуми-нозности [15—17 и др.].
Многообразие боратов кальция и магния, наблюдаемое в соленосных отложениях, исследователи объясняли процессами взаимных замещений (огипсованием, карбонатизацией, флюоризацией и др.), которые являются результатом сложного комплекса энергетических явлений, реализующихся в природных условиях [15, 18—20 и др.].
Одним из процессов, приводящих к выводу бора из растворов, является его поглощение глинами, что отмечали еще В.М. Гольдшмидт и К. Петерс [3]. Между содержанием бора в соляных породах и количеством галопелитового материала установлена прямая связь. Определение содержаний бора в глинистых соляных породах различного минерального состава показало, что количество водорастворимого бора в 4—6 раз ниже (от 0 до 21.5 г/т) по сравнению с кислоторастворимым.
В отличие от вышесказанного, существует и другое мнение о том, что для бора явление адсорбции несвойственно, а присутствие бора в глинистых минералах определяется уровнем его содержания в материнских породах и не зависит от степени и характера изменения последних. Специальными исследованиями установлено прочное закрепление бора в структуре глинистых минералов, откуда он не удаляется даже при химической обработке, разрушающей до 85% образца [21—23].
Сложность геохимии бора обусловливает необходимость в каждом конкретном случае исследования бороносности соляных пород учитывать особенности структуры, состава пород формации, законо-
мерности распределения и формы нахождения бора как в стратиграфических разрезах, так и по площади бассейна. Сведения такого характера могут служить надежным фактическим материалом не только при решении вопроса о природе бороносности соляных пород, но и для выяснения гидрохимического режима солеродного бассейна на разных этапах его существования, физико-химических условий формирования соленосных образований, уточнения палеогеографических построений, а эти данные, в свою очередь, важны для литолого-фациального анализа и разработки геохимических критериев поиска калийных солей на обширных площадях галогенных формаций.
При исследовании бороносности соляных пород гаурдакской свиты (верхнеюрская галогенная формация Центральной Азии) нами были выбраны пять наиболее крупных калийных месторождений, расположенных в разных частях бассейна — Акбаш, Тюбегатан, Ходжаикан, Карабиль, Карлкж. В целом толща гаурдакской свиты и подстилающих ее известняков представляет собой почти чистые хемо-генные образования, составляющие значительную часть (около 1000 м3) мезозойского разреза. Калиеносные отложения, залегающие в верхней части соляной толщи, занимают территорию более 30 тыс. км2; в пределах юго-западных отрогов Гиссарского хребта оконтурен калиеносный бассейн площадью около 4 тыс. км2 с большими запасами калийных солей неглубокого залегания [24, 25].
Борных минералов, известных в соляных отложениях других регионов, в породах гаурдакской свиты не обнаружено. Лишь в гипсо-ангидритах, подстилающих соляную толщу, встречены округлые белые желваки размером до 4 см, содержащие (%): данбурит (90.71), ангидрит (5.06), вулканическое стекло (3.0), сульфоборит и котоит (0.96). В соляной толще петрографами отмечены подобные спорадические включения (от 0.01 до 0.1 мм) среди ангидритовых прослоев [26].
В соляных породах, соответствующих даже высшим ступеням осолонения, содержание акцессорного бора (В2О3) колеблется в среднем по разрезам от 0.0011 до 0.0042 мас. %; в калийных пластах, включающих карбонатно-глинистый материал, количество бора повышается до 0.25 мас. % и более. Так, в Тюбе-гатане присутствие водорастворимого бора (В2О3) установлено почти во всех интервалах разрезов. В подстилающем ангидрите содержание бора от 0.0034 до 0.0190 мас. %; в подстилающей каменной соли — от 0 до 0.040, ср. 0.0046 мас. %; что в 2—3 раза превышает его количество в покровной (от 0.0005 до 0.0022, ср. 0.0014 мас. %) и промежуточной каменной соли, разделяющей калийные пласты (от 0.0009 до 0.0500, ср. 0.0025 мас. %). Наибольшие содержания бора (0.0200, 0.0300, 0.0340 мас. %) обнаружены в образцах каменной соли с включениями ангидрита и калийных солей (сильвина, карналлита). Коэффици-
енты вариации, рассчитанные по приведенным данным, составляют от 50.0 до 132.6%. В сильвинитах (калийных пластов) содержание бора варьирует от 0.0030 до 0.020 мас. % с преобладанием более низких значений по сравнению с породами каменной соли; коэффициенты вариации при этом остаются примерно в тех же пределах — от 64.0 до 120%). Статистическое сравнение средних содержаний бора и дисперсий, проведенное критериями Стьюдента и Фишера, показало, что разница этих величин для пород каменной соли и сильвинитов существенна и неслучайна. Эти данные, как и значения коэффициентов вариации, характеризуют высокую степень разброса содержаний бора вокруг среднего значения. С геохимических позиций это можно объяснить отсутствием стабильности в воздействии факторов, управляющих накоплением бора в соляных п
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.