Состав и минералогия гранитоидов Обь-Зайсанской складчатой области в связи с прогнозом радиоактивности подземных вод

Состав и минералогия гранитоидов Обь-Зайсанской складчатой области в связи с прогнозом радиоактивности подземных вод

Введение

Одной из наиболее актуальных задач современной гидрогеохимии является изучение явления радиоактивности природных вод и выявление факторов, его контролирующих. Ранее было показано, что воды гранитных карьеров характеризуются существенно более высокими значениями радиоактивности в сравнении с водами других вмещающих пород на примере дренажных вод карьеров Новосибирской области [1] и естественных выходов подземных вод [2] в пределах Обь-Зайсанской складчатой зоны.

Во многих странах мира – в Китае, Индии, Турции, США, Мексике, Норвегии, Великобритании, Венгрии, Египте, странах Азии и других, активно изучаются и моделируются процессы миграции радионуклидов в подземных водах. Исследования на юго-востоке Мексики, по данным J. I. Morales-Arredondo и др., показали, что несмотря на то что концентрации изотопов урана и тория в подземных водах достаточно низкие и не представляют опасности для населения, необходимо контролировать концентрацию радона, которая может быть высокой [3]. По мнению китайских ученых C. Yu, Z. Song и многих других, процессы выветривания гранитных массивов усиливают рассеивание и перенос урана и тория в водную среду, они также отмечают важную роль изменения геохимических условий [4]. В работах P. Baják, K. Csondor, D. Pedretti и др. разрабатываются концептуальные модели подвижности радионуклидов в породах и подземных водах, в которых учитывается изменение окислительно-восстановительных условий в водоносных горизонтах для территории Венгрии [5]. S. M. Pérez-Moreno, J. L. Guerrero, F. Mosqueda и др. проводили анализ гидрохимического поведения долгоживущих природных радионуклидов урана, тория и радона в подземных водах Испании с различными геологическими характеристиками и оценку дозы при поступлении этих радионуклидов в организм с водой. Показано, что их высокая концентрация связана с гранитным основанием и восстановительными условиями [6].

Активность радона в водах повсеместно оценивается как возможный экологический риск для населения и определяется радиоактивным распадом элементов уран-радиевого ряда. При этом прямой зависимости между содержанием урана во вмещающих породах и концентрацией радона в подземных водах не обнаруживается [3].

Результаты исследования радиоактивности подземных вод в различных регионах показывают, что максимально высокое содержание таких радионуклидов, как уран и торий, обычно связано с кислыми интрузивными породами, в которых средние концентрации (по Н. А. Григорьеву) урана составляют 3,2 и 14,0 г/т соответственно¹. В водах кислых магматических пород зоны интенсивного водообмена содержание урана составляет от 2,0 · 10⁻³ до 3 · 10⁻² мг/дм³. Полученные нами ранее данные о концентрации урана в пробах воды позволяют отнести подземные воды гранитоидов Обь-Зайсанской области по классификации А. Н. Токарева к урановым водам и при более высоких концентрациях – даже к водам урановых месторождений.

Для территории г. Новосибирска и его окрестностей начиная с 2018 г. коллективом лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири ИНГГ СО РАН проводятся работы по изучению химического и радионуклидного состава, активности радона в подземных водах различных водоносных горизонтов [7]. Были изучены воды как в зоне распространения гранитоидов, так и за ее пределами: в глинистых сланцах и мраморизованных известняках верхнедевонско-нижнекаменноугольного возраста. Детально изучались радоновые воды на месторождениях Тулинское [8], Каменское [9], на карьере Борок [10]. Получены данные о содержании урана и тория в подземных водах. Одновременно проводился отбор проб горных пород водовмещающих горизонтов с целью их детального минералого-петрографического изучения.

В этой связи основной целью настоящего исследования является выявление связей между составом, минералогией и спектром акцессорных минералов приобского и барлакского комплексов гранитоидов Обь-Зайсанской складчатой зоны и уровнем радиоактивности подземных вод, развитых в их пределах.

¹Геологический словарь: в 3 т. Гл. ред. О. В. Петров; Ред.-сост.: С. И. Андреев и др. Изд. 3-е, перераб. и доп. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ; 2010–2012.

Методы и объект исследования

В основу настоящего исследования положена коллекция геологических образцов пород и проб воды, отобранных авторами статьи в ходе экспедиционных работ в 2022–2023 гг. в пределах Обь-Зайсанской складчатой зоны, из областей распространения гранитоидов приобского и барлакского комплекса. Горные породы отбирались на 10 участках из карьеров Борок, Скала, Новобибеевский, Горский, Тулинский, Мочище, обнажений, приуроченных к выходам подземных вод, керна скважин (рис. 1).

Рис. 1. Местоположение района исследования и участки отбора пород: 1 – приобский комплекс, 2-я фаза внедрения; 2 – приобский комплекс, 1-я фаза внедрения; 3 – барлакский комплекс, 1-я фаза внедрения; 4 – барлакский комплекс, 2-я фаза внедрения; 5 – позднепермско-среднетриасовые граниты; 6 – участки исследования (название в табл. 1); 7 – граница г. Новосибирска

Микроскопическое описание петрографических 29 шлифов гранитоидов проведено классическим методом. Определение содержаний петрогенных элементов выполнено методом рентгенофлуоресцентного анализа с использованием установки СРМ-25 в Центре коллективного пользования научным оборудованием для многоэлементных и изотопных исследований СО РАН (ЦКП МИИ СО РАН, г. Новосибирск). Определение уровней концентрации редких и редкоземельных элементов в гранитах проводилось методом ICP-MS с использованием масс-спектрометра высокого разрешения ELEMENT фирмы Finnigan (Германия) в ЦКП МИИ СО РАН (г. Новосибирск) по стандартной методике.

Акцессорный минеральный парагенезис в породах Новосибирского гранитоидного массива изучен в полированных пластинках методом сканирующей электронной микроскопии на электронном сканирующем микроскопе MIRA 3 LMU (TESCAN ORSAY Holding).

Коллекция подземных вод составила 78 проб, непосредственно на объектах было выполнено определение рН, Eh, температуры, содержания растворенного O₂,  HCO₃⁻ с помощью оборудования (Hanna HI9125, кислородомер АКПМ-1-02Л) и полевой гидрогеохимической лаборатории. Измерение содержаний радона в природных водах проводилось на комплексе «Альфарад плюс» в лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири ИНГГ СО РАН. Лабораторное изучение химического состава вод проводилось методами титриметрии, ионной хроматографии, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в Проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии Инженерной школы природных ресурсов Томского политехнического университета (ПНИЛ гидрогеохимии ИШПР ТПУ).

Геологическое строение

В пределах Обь-Зайсанской складчатой области широко распространены карбонатно-вулканогенно-терригенные отложения среднедевонско-раннекаменноугольного возраста, перекрытые четвертичными аллювиальными и субаэральными отложениями. В пермско-триасовое время произошло внедрение в них гранитной интрузии и были образованы гранитоиды Новосибирского массива, выделяются приобский и барлакский комплексы.

Приобский комплекс представлен петротипическими Обским и Новосибирским массивами в Новосибирской складчатой зоне (Колывань-Томская складчатая система) и характеризуется трехфазным строением. Первая фаза сложена монцонитами и кварцевыми монцонитами (μP₃–T₁p₁), реже встречаются диориты. Вторая главная фаза представлена монцогранитами (εγP₃–T₁p₂), меньше распространены граносиениты, граниты и гранодиориты. Третья фаза включает малые штоки и дайки монцогранитов (εγP₃–T₁p₃), монцолейкогранитов и их порфировых аналогов [11].

В составе барлакского комплекса выделены две фазы внедрения. Первая, главная, фаза сложена среднезернистыми монцолейкогранитами (εlγT_1–2b₁), реже отмечаются лейкограниты и монцограниты (εγT_1–2b₁). Вторая фаза представлена небольшими телами и дайками мелкозернистых монцолейкогранитов (εlγT_1–2b₂).

На изученной территории гранитоиды представлены второй фазой приобского (P₃–T₁) и первой фазой барлакского комплекса (T_1–2).

Многофазный приобский комплекс имеет сравнительно простой породный состав. Диориты, кварцевые диориты, их умеренно-щелочные аналоги составляют первую фазу и имеют ограниченное развитие. Вторая фаза приобского комплекса слагает крупный Новосибирский массив, расположенный в черте города, вскрывается на участках Горский, Тулинский, Бугринский, Троллельный, в карьере Борок, а также Обской массив на участках Дубровинский и Новобибеевский (рис. 2, а–е). Опробованные породы второй фазы представлены биотитовыми и биотит-амфиболовыми гранитами, монцогранитами, реже лейкогранитами. Биотит-амфиболовые граниты содержат около 25 % кварца, по 20–35 % калишпата и плагиоклаза, содержание биотита и роговой обманки незначительное, около 2–5 об.%. В качестве акцессорных минералов присутствуют сфен, апатит и циркон. Структура пород преимущественно равномернозернистая, гипидиоморфная, с размером зерен 2–3 мм, реже порфировидная с размером вкрапленников до 15 мм. На участке Новобибеевский породы имеют признаки деформаций.

По петрохимическому составу породы лежат в области умеренно-щелочных гранитов. Содержание кремнезема варьирует от 66 до 71 масс.%, реже до 75 % в лейкогранитах. Содержание Na₂O + K₂O лежит в интервале 8,1–9,5 масс.% (рис. 3, а).

Барлакский комплекс характеризуется монотонным составом. Он представлен биотитовыми монцогранитами, реже лейкогранитами порфировидными, в окраске которых внутри катаклазированных зон при выветривании появляются желтовато-красноватые оттенки. Точечная сульфидная вкрапленность и касситерит встречены в кварцевых жилах, а берилл и топаз – в пегматитах. Ультракислые граниты относятся к умеренно-щелочным калиевым (породы этого комплекса опробованы в карьере Мочище, где массив гранитоидов барлакского комплекса прорывает граниты второй фазы приобского комплекса, и на участках Скала и Бибиха (рис. 2, з, ж).

Рис. 2. Основные типы пород гранитоидов Обь-Зайсанской области: приобского комплекса: а – гранит биотит-амфиболовый (участок Борок); б – гранит биотит-амфиболовый (участок Бугринский); в – монцогранит (участок Горский); г – гранит биотит-амфиболовый (участок Тулинский); д – гранодиорит пироксен-амфибол-биотитовый (участок Дубровинский); е – гранит биотитовый порфировидный (участок Новобибеевский); барлакского комплекса: ж – биотитовый монцогранит (участок Скалинский); з – лейкогранит порфировидный (участок Мочищенский)

Рис. 3. Состав гранитоидов приобского и барлакского комплексов на диаграммах: а – диаграммы К2О/ Na2O–SiO2; б – дискриминационные диаграммы: 1 – приобский; 2 – барлакский комплексы;
3 – поля распространения комплексов гранитоидов (согласно А. Г. Бабину и др. [11])

Породы представлены биотитовыми монцогранитами, реже лейкогранитами. Содержание кварца 30–35 %, примерно равное содержание калишпата и плагиоклаза – 30–40 % и биотита от 2 до 10 %. Структура пород гранитная, гипидиоморфная, размер зерен может варьировать от мелкозернистых (0,5–1 мм) до среднезернистых (2–4 мм). В качестве акцессорных фаз в гранитах отмечаются циркон и апатит, в некоторых образцах ортит и монацит.

По петрохимическому составу породы относятся к умеренно-щелочному ряду, что согласуется с высоким содержанием в них калишпата, реже к нормально- и низкощелочным. Содержание суммы K₂O + Na₂O находится преимущественно в интервале 6,5–8,6 масс.%, в редких случаях снижается до 3–4,3. Содержание SiO₂ (69–82 масс.%) в гранитах барлакского комплекса отличает их от гранитов приобского комплекса, в которых оно составляет преимущественно 66–71 масс.% (см. рис. 3, а).

На дискриминационных диаграммах (рис. 3, б) гранитоиды приобского комплекса по полученным результатам ИСП исследований отобранных образцов пород располагаются в поле синколлизионных и постколлизионных гранитов, а гранитоиды барлакского комплекса – в поле островодужных, что соответствует данным А. Г. Бабина и др. [11].

Минералого-петрографическая характеристика пород

Наиболее широко опробованы породы приобского комплекса, отобрана коллекция из 15 образцов на 7 участках, определено шесть типов пород. Барлакский комплекс изучен на трех участках в 14 образцах пород, выделены два типа пород. В табл. 1 представлены основные типы пород, которые были отобраны для минералого-петрографического изучения, общий вид представлен в фототаблице на рис. 2, описание приводится ниже.

Таблица 1

Основные типы пород гранитоидов Обь-Зайсанской области

Породы приобского комплекса

Биотит-амфиболовый гранит (рис. 4, а). Опробован в Новосибирском массиве (участки Тулинский, Троллейный, Бугринский, Горский) и Обском массиве (участок Дубровинский).

Минеральный состав: породообразующие минералы, %: кварц 25–30, плагиоклаз 30–45, микроклин 23–35, амфибол 2–5, биотит 3–7; акцессорные минералы: сфен, апатит, циркон (см. рис. 2, а). Порода образована идиоморфными кристаллами плагиоклаза и темноцветов и расположенными между ними ксеноморфными зернами калишпата и кварца. Плагиоклаз образует призматические и удлиненные идиоморфные кристаллы, часто с выраженной огранкой, полисинтетическими двойниками и зональным строением. Размер зерен преимущественно 1,5–2 мм. Микроклин образует ксеноморфные зерна размером 2–4 мм, расположенные между идиоморфными лейстами плагиоклаза. Характеризуется пертитовыми структурами. Кварц образует ксеноморфные зерна 1–2 мм, форма зерен изометричная или слабоудлиненная, с неровными границами, часто с блочным погасанием. Роговая обманка образует идиоморфные кристаллы 1–1,5 мм, удлиненные до призматических, местами с выраженной огранкой. Окраска от темно-зеленой до черной. Биотит таблитчатого габитуса 1–2 мм, окраска темно-коричневая, частично замещается хлоритом. Сфен образует хорошо ограненные ромбовидные кристаллы размером около 0,5 мм или более крупные зерна до 1 мм без выраженной огранки. Апатит образует длиннопризматические бесцветные кристаллы размером до 0,2–0,5 мм.

Монцогранит порфировидный (участок Борок, рис. 4, б). Минеральный состав, %: кварц около 30, плагиоклаз 15–20, микроклин 45–50, биотит 3–5. Акцессорные минералы: циркон, апатит, сфен. Структура породы порфировидная, структура основной массы гипидиоморфная. Вкрапленники образованы кристаллами калишпата и плагиоклаза, размер от 4 до 8–10 мм. Размер зерен в основной массе около 1–2 мм. Плагиоклаз образует удлиненные кристаллы, некоторые из которых имеют хорошую огранку, другие – искривленные, зазубренные грани. Микроклин образует изометричные зерна с неровными краями. У вкрапленников отмечаются зоны дорастания, отличающиеся обильными включениями кварца. Микроклин, как правило, пертитовый. Биотит коричневый, образует отдельные зерна и линзовидные скопления. Акцессорные минералы встречаются в виде единичных зерен. Циркон – изометричные зерна около 0,1 мм, сфен – идиоморфные ромбовидные зерна в срастании с рудным минералом. Вторичные изменения – незначительная серицитизация плагиоклаза и пелитизация микроклина.

Лейкограниты – участки Горский, Дубровинский (рис. 4, в). Минеральный состав, %: кварц 30–35, плагиоклаз 35–50, ортоклаз 15–30, биотит не более 2. Акцессорные минералы встречаются редко, представлены в основном сфеном и апатитом. На участке Дубровино в качестве акцессорного минерала лейкогранитов встречается гранат. Структура равномерная, гранитная. Размер зерен от 0,5 до 1–2 мм. Плагиоклаз образует более идиоморфные зерна с неровными краями, ортоклаз и кварц – изометричные, ксеноморфные зерна. Биотит темно-коричневый, широкотаблитчатый, частично замещается хлоритом. Сфен образует ромбовидные кристаллы до 0,5 мм в длину. Гранат образует изометричные кристаллы, бесцветные, размером до 0,2–0,3 мм, равномерно распределенные в породе, слагает до 1 об.% породы. Кристаллы граната часто с выраженной огранкой и ритмично-зональным строением.

Гранодиорит пироксен-амфибол-биотитовый – участок Дубровинский (рис. 4, г). Породы сходны по составу и структуре с биотит-амфиболовыми гранитами, но отличаются более низким содержанием кварца и присутствием незначительного количества клинопироксена. Минеральный состав, %: кварц 20, плагиоклаз 30, микроклин 30, биотит 10, пироксен 3, амфибол 7. Акцессорные минералы представлены значительным количеством апатита (до 1 об.% породы), а также сфеном и цирконом. Структура породы гипидиоморфная, размер зерен порядка 1–2 мм. Плагиоклаз образует частично ограненные зерна с полисинтетическими двойниками, микроклин и кварц – изометричные ксеноморфные зерна без огранки. Темноцветы образуют скопления и пятна. Клинопироксен бесцветный, часто замещается каймой светло-зеленого амфибола. Биотит коричневый, до светло-коричневого. Апатит образует призматические кристаллы до 0,3–0,5 мм с обильными включениями игольчатого рудного минерала. Сфен образует зерна изометричные, без огранки, размером до 0,1 мм, циркон – ограненные зерна до 0,1 мм.

Диорит меланократовый – участок Дубровинский (рис. 4, д). Минеральный состав, %: плагиоклаз 30, роговая обманка 40, клинопироксен 20, биотит 10, акцессорные минералы: апатит и циркон. Структура породы гипидиоморфная, неравномернозернистая текстура. Порода состоит преимущественно из плагиоклаза и амфибола (размер зерен порядка 2–3 мм), клинопироксена (0,3–0,5 мм) и биотита (0,3 мм). Плагиоклаз образует ксеноморфные зерна, расположенные между зернами амфибола, частично серицитизирован. Роговая обманка светло-зеленого цвета образует идиоморфные зерна, часто с огранкой. Клинопироксен образует более мелкие зерна изометричного габитуса, расположенные в виде включений в плагиоклазе, иногда скопления таких зерен окружают амфибол. Биотит светло-коричневого цвета образует вростки в зернах амфибола. Апатит встречается часто, образует удлиненные кристаллы размером до 1 мм с обильными включениями рудного минерала. Циркон образует ограненные кристаллы до 0,15 мм.

Гранит биотитовый – участки Дубровинский, Новобибеевский (см. рис. 2, е). Минеральный состав, %: кварц 20, биотит 10, микроклин 15, плагиоклаз 55, акцессорные минералы: апатит и циркон (рис. 4, е). Структура породы гипидиоморфная, катакластическая. На участке Новобибеево распространены порфировидные разновидности. Плагиоклаз в породе образует изометричные и слабоудлиненные зерна размером 2–3 мм, частично с огранкой, микроклин и кварц – ксеноморфные зерна без огранки. Биотит образует красновато-коричневые удлиненные чешуи 0,5–1 мм, которые часто расположены по границам зерен кварца и полевых шпатов, местами деформированы. В порфировидных разностях вкрапленники сложены ортоклазом, их размер составляет около 10 мм. Апатит образует слабоудлиненные кристаллы до 0,3 мм, центральная часть которых сероватая за счет пылевидной примеси. Циркон – изометричные зерна до 0,1 мм.

Рис. 4. Микрофотографии шлифов гранитоидов из опробованных массивов (см. табл. 1): приобский комплекс: а – биотит-амфиболовый гранит; б – монцогранит; в – лекогранит; г – пироксен-биотит-амфиболовый гранодиорит; д – диорит меланократовый; е – гранит биотитовый; барлакский комплекс: ж – биотитовый монцогранит; з – лейкогранит. Слева даны фотографии при одном, справа – при скрещенных николях. Все фотографии сделаны в одном масштабе. Обозначения минералов: Bt – биотит; Hbl – роговая обманка; Kfs – калишпат; Pl – плагиоклаз; Qz – кварц, Sph – сфен

Породы барлакского комплекса

Барлакский и Колыванский массивы сложены сходными по составу породами. Они опробованы в районе сел Бибиха и Скала соответственно. Породы представлены в основном равномернозернистыми среднезернистыми биотитовыми монцогранитами. Породы биотитовые; роговая обманка в подчиненном количестве отмечена в лейкогранитах Мочищенского штока и в редких случаях в монцолейкогранитах Барлакского массива. Во всех породах калинатровый полевой шпат преобладает над плагиоклазом.

Биотитовые монцограниты – участки Скалинский, Бибихинский (рис. 4, ж). Минеральный состав пород, %: кварц 35, микроклин 30, плагиоклаз 25, биотит 10. Структура пород гранитная. Плагиоклаз образует идиоморфные кристаллы призматического габитуса размером 0,5–2 мм, микроклин образует призматические кристаллы с неровными краями и пойкилитовыми вростками плагиоклаза. Кварц образует ксеноморфные изометричные зерна. Биотит темно-коричневый до черного, широкотаблитчатые чешуи, часто ассоциирует с акцессорными минералами.

Порфировидные лейкограниты – участок Мочищенский (рис. 4, з). Мочищенский шток, расположенный на краю Новосибирского массива, был опробован в карьере Мочище. Породы представлены порфировидными лейкогранитами. Минеральный состав, %: кварц 30, ортоклаз 30, плагиоклаз 38, биотит 2. Акцессорные минералы: циркон, ортит, апатит. Структура породы порфировидная, гранитная. Вкрапленники представлены ортоклазом, размер 3–4 мм. Он образует изометричные зерна с неровными краями, часто зональные. В основной массе размер зерен 0,5–1 мм. Плагиоклаз идиоморфный, образует призматические ограненные зерна, кварц и ортоклаз – ксеноморфные. Биотит образует таблитчатые и удлиненные чешуи от темно-коричневого до черного цвета, частично или полностью замещен вторичным хлоритом. Ортит (рис. 4, ж) образует резко зональные призматические зерна 0,8 мм в длину. Центральная часть зерна светло-коричневая, краевые – практически бесцветные. Циркон зональный, ограненные кристаллы, около 0,15 мм.

Акцессорные минералы

Парагенезис акцессорных минералов в изученных породах представлен широким спектром минералов, большинство из которых могут служить минералами-концентраторами урана, тория и редкоземельных элементов, что определяет радиоактивность самих пород и трещинно-жильных подземных вод.

Породы барлакского комплекса характеризуются более широким спектром акцессорных минералов по сравнению с породами приобского комплекса. Для пород приобского комплекса основные встреченные акцессорные минералы – это апатит, сфен, циркон, они определены на участках Борок, Бугринский, Горский, Тулинский, Дубровинский, Новобибеевский, их описание представлено при характеристике пород.

В барлакском комплексе для Колыванского массива (Скалинский, Бибихинский участки) в качестве акцессорных минералов также определены широко распространенные во всех гранитоидах Обь-Зайсанской области апатит, сфен и циркон. Кроме того, характерными минералами являются флюорит, топаз и обогащенные редкоземельными элементами минералы, такие как монацит и ксенотим, реже встречается уранинит. Также отмечается наложенная грейзеновая минерализация с касситеритом, который ассоциирует с прожилками серицита.

Флюорит образует главным образом ксеноморфные зерна, обычно бесцветные или с пятнистой фиолетовой окраской. Топаз встречается собственно в монцогранитах, но преимущественно тяготеет к кварцевым прожилкам и пегматоидным обособлениям, в которых образует ограненные призматические кристаллы до 1 см. Монацит и ксенотим образуют зерна без четкой огранки, зональность не видна, часто ассоциируют с темно-коричневым биотитом. Рутил встречается редко, также в ассоциации с биотитом, образует мелкие (0,03 мм) овальные зерна темно-коричневого цвета. Уранинит встречается редко, обнаружен в срастании с монацитом в виде изометричных зерен в биотитовом монцограните карьера Скала.

Для Мочищенского участка Барлакский массив в качестве акцессорных минералов установлены флюорит, кальцит, рутил, циркон, ортит и богатые REE минералы: преимущественно фторкарбонаты бастнезит ((Ce, La, Y) CO₃F) и паризит (CaLa₂(CO₃)₃F₂)_, реже встречаются монацит (CePO₄) и ксенотим (YPO₄). Бастнезит образует зерна неправильной формы, в основном без огранки, размером 30–50 мкм, паризит встречается в виде расщепленных кристаллов или скоплений игольчатых кристаллов размером 20–30 мкм, иногда образует срастания с бастнезитом. Монацит и ксенотим образуют в основном изометричные зерна размером 20–30 мкм, иногда также образуют срастания с паризитом, что согласуется с данными В. И. Сотникова и др. [12].

Геохимические особенности трещинно-жильных вод гранитоидов

Трещинно-жильные воды верхнепалеозойских гранитов – преимущественно нейтральные и слабощелочные со значениями pH 6,9–7,8; собственно пресные с величиной общей минерализации от 330 до 690 мг/дм³, характеризуются преимущественно HCO₃ Mg–Ca и SO₄–HCO₃ Na–Mg–Ca составом, с высоким содержанием кремния – от 10 до 23 мг/дм³, при среднем значении 15 мг/дм³. Геохимические параметры среды варьируют от восстановительной до окислительной обстановки с величинами Eh от −81,2 до +509,6 мВ; O_2раств от 1,62 до 9,91 мг/дм³. Средние значения геохимических коэффициентов для данной группы составляют: Ca/Si – 11,49; Mg/Si – 2,48; Na/Si – 1,25; Si/Na – 0,87; Ca/Na – 10,02; Ca / Mg – 4,76; rNa/rCl – 8,79 и SO4/Cl – 4,35, что свидетельствует о накоплении в водах кальция, магния и протекании процессов окисления сульфидов. В микрокомпонентном составе отмечены высокие для вод концентрации Fe, Mn, Zn, которые составляют в среднем, мг/дм³, 1,18; 0,16; 0,02 соответственно. При этом следует отметить, что спектр распределения микрокомпонентов в водах в целом имеет унаследованный характер при сравнении с вмещающими гранитами [7].

Радионуклидный состав подземных вод

В табл. 2 показано содержание урана, тория и радона в водах приобского и барлакского комплексов. Максимально высокие концентрации урана и тория получены для вод в пределах отложений барлакского комплекса (участки Скалинский, Аэрофлот, Мочище), природные радионуклиды содержатся в водах в следующих пределах, мг/дм³: ²³⁸U от 2,0 · 10⁻² до 1,4 и ²³²Th от 1 до 216,3 · 10⁻⁵. Отношение ²³²Th/²³⁸U в водах варьирует в интервале от 0 до 1,78 · 10⁻³. Активность ²²²Rn варьирует в диапазоне от 154 до 630 Бк/дм³, что позволяет отнести их к классам слаборадоновых и умеренно радоновых. Воды приобского комплекса характеризуются существенно более низким содержанием радионуклидов, мг/дм³: 238U от 0,7 · 10⁻² до 21,3 · 10⁻² и ²³²Th от 0,1 до 9,6 · 10⁻⁵. Отношение ²³²Th/²³⁸U в водах варьирует в интервале от 0 до 36,5 · 10⁻⁴. Активность ²²²Rn в этих водах варьирует в диапазоне от 6 до 597 Бк/дм³, что позволяет отнести их к классам от безрадоновых до умеренно радоновых (по классификации Н. И. Толстихина).

Таблица 2

Радионуклидный состав подземных вод гранитоидов Обь-Зайсанской области

Примечание: *в знаменателе минимальные и максимальные, в числителе средние значения, в скобках количество определений, ** – фондовые данные, н/д – нет данных

По данным, полученным коллективом лаборатории Гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири в 2018–2023 гг. [1, 2, 11], в трещинных подземных водах глинистых и известково-глинистых сланцев содержание урана и тория закономерно ниже (в отдельных случаях на несколько порядков), чем в гранитоидах. Так, для проявления вод Инских источников в глинистых сланцах природные радионуклиды содержатся в следующих пределах, мг/дм³: ²³⁸U от 2,83 · 10⁻³ до 4,13 · 10⁻³; ²³²Th от 2,39 · 10⁻⁶ до 1,16 · 10⁻⁵, отношение ²³²Th/²³⁸U в водах варьирует в интервале от 8,85 · 10⁻⁴ до 3,61 · 10⁻³, активность ²²²Rn при этом изменяется в диапазоне от 7 до 149 Бк/дм³. Подземные воды в районе с. Верх-Тула (источник, скважины) характеризуются еще более низкими содержаниями радионуклидов в пределах, мг/дм³: 238U от 3,8 · 10⁻⁶ до 7,2 · 10⁻³; 232Th от 0,1 до 8,0 · 10⁻⁵, активность радона до 28 Бк/дм³. Такие содержания являются характерными для водоносного комплекса широко распространенных девонских глинистых сланцев.

Заключение

Проведено детальное изучение состава и минералогии гранитоидов Обь-Зайсанской складчатой зоны, впервые выделен широкий спектр акцессорных минералов, различный для приобского и барлакского комплексов. Для барлакского, кроме апатита, сфена, циркона, которые определяются в обоих комплексах, выделены флюорит, топаз, монацит, ксенотим, касситерит, рутил, ортит, реже встречается уранинит и богатые редкоземельными элементами бастнезит и паризит. Воды барлакского массива (участки: Скала, Мочище, Аэрофлот) характеризуются максимально высокими значениями содержаний урана и тория.

Необходимо отметить, что в целом полученные данные хорошо коррелируются с концентрациями радионуклидов в подземных водах территории исследования. Концентрации урана и тория в гранитоидах на несколько порядков выше, чем в других водовмещающих породах Обь-Зайсанской складчатой области широко распространенных по площади глинистых и карбонатных сланцев, а также интрузивов среднего состава, известняках, углях. Полученные данные в дальнейшем будут использованы для моделирования процессов взаимодействия в системе вода–порода.

Можно прогнозировать высокий фон радионуклидов в подземных водах ореолов распространения барлакского и приобского гранитоидных комплексов в пределах, мг/дм³: ²³⁸U от 0,1 · 10⁻³ до 1,40 и ²³²Th от 1,0 · 10⁻⁶ до 2,16 · 10⁻³. Активность радона ²²²Rn в подземных водах при этом будет составлять от 1–50 Бк/дм³ в зонах контактов гранитоидов с разновозрастными осадочными породами до 600–5000 Бк/дм³ в областях развития гранитоидов.