Введение к работе
,, _ ;
--'-" Актуальность исследования. Исследование связи физико-химических условий образования геологических объектов и их минерального состава с уровнем содержаний в них микроэлементов является одной' из основных задач современной геохимии. Изучение закономерностей распределения малых элементов в фосфоритах, в частности гипергенных, закрывает одно из белых пятен в геохимии осадочных пород' в целом, имея в виду далеко недостаточную геохимическую" изученность данных образований, и позволяет дать оценку микроэлементного состава этих фосфоритов с точки зрения использования их в качестве удобрений. Широко известно биологическое действие таких элементов как медь, цинк, кобальт, хром, ванадий, марганец, мышьяк, стронций, свинец, уран и др. В последние годы с этих позиций все больший интерес начинают вызывать другие, менее изученные элементы, как таллий или кадмий.
Биологическое воздействие микроэлементов зависит от уровня их содержаний и может быть как положительным, так и отрицательным. При этом знание микроэлементного состава вносимых удобрений особенно актуально . именно для гипергеннопреобразованных фосфоритов, поскольку многие месторождения карстовых фосфоритов у нас в стране используются в виде фосфоритовой муки, т.е. без какой-либо химической переработки.
Целью работы было установление уровня содержаний ряда микроэлементов в гипергенных фосфоритах и фосфатоносных корах выветривания и выявление общих закономерностей их поведения в рядах гипергенных преобразований фосфоритов.
Для достижения этой цели решались следующие задачи: I. Разработка методики определения большого набора элементов в фосфоритах в широком диапазоне концентраций (I0_u%-10~ %) с использованием двух независимых методов анализа - нейтронно-активационного (ИНАА) и рентгено-флуоресцентного на пучках синхротронного излучения ( РФА-СИ ).
2.Изучение микроэлементного состава первичных и вторичных фосфоритов ряда месторождений СССР и Мира. Подобранная коллекция характеризовала ряды перехода ' от первичных фосфоритов ко вторичным, сложенным кальциевыми фосфатами, и далее - к алюмокальциевым, и частично алюмофосфатным породам. 3. "Выявление характерных .. особенностей распределения микроэлементов в изученных группах фосфоритов. 4.Установление факторов, контролирующих вынос или накопление элементов в процессах гипергенных преобразований фосфоритов. Фактический материал и методы исследования.
Основу изученной коллекции составили образцы д.г.-м.н. Ю.Н.Занина, характеризующие гипергенные фосфориты и фосфатоносные коры' выветривания, частично собранные при участии автора. Материал по первичным морским фосфоритам предоставлен к.г.-м.н. В.В.Гусевым ( ТОЙ ДВО АН СССР ) и собран автором в ходе 13-го рейса нис "Академик А.Несмеянов".
Изучение микроэлементного состава проведено автором с использованием разработанной комплексной методики анализа, включаодей ИНАА и РФА-СИ. Данные по макрокомпонентам и минеральному составу получены в лабораториях ИГиГ СО АН СССР ( аналитики И.М.*Фомина, Э.П.Солотчина- ) и заимствованы из литературы. .Использована статистическая обработка материалов с применением современных ЭВМ. Основные защищаемые положения:
1. Разработана комплексная методика определения
микроэлементного состава фосфоритов на основе
двух инструментальных методов анализа
нейтронно-активационного и рентгено-флуоресцентного с
использованием синхротронного излучения,позволяющая
определять в сложных фосфор- и урансодержащих .матрицах
Элементы: Sc, Со, Сг, Си, Zn, Br, Rb, . Sr, Y, Zr, Nb, Cd, I, Cs, Ba, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu, Hf, Та, Th И U В
диапазоне концентраций 10 % - 10 %.
2. При изучении микроэлементного состава фосфатоносных
кор выветривания и гипергенных фосфоритов, образующих ряды
перехода от первичных кальциевых фосфоритов ко вторичным,
слагаемым на ранних стадиях выветривания кальциевыми фосфатами, а на более поздних - алюмокальциевыми и отчасти алюмофосфатами, установлена ярко выраженная дифференциация изученных групп фосфоритов по содержанию в них многих малых элементов:
- с переходом от первичных морских фосфоритов ко вторичным, сложенным кальциевыми фосфатами, уменьшаются содержания всех проанализированных РЗЭ и иттрия в 5-Ю раз. По мере усиления процессов выветривания и формирования алюмокальциевых фосфатов содержания РЗЭ и у в них возрастают; - в процессе замещения первичных морских фосфоритов гшергеиными кальциевофосфатными, содержания sr и ва уменьшаются, а в алюмокальциевофосфатных - резко увеличиваются. В последних также наблюдается тенденция к
Существенному Обогащению - Си, Sc, Cr, Со, Zr, Nb, Hf И и.
3. В фосфатоносных корах выветривания выявгзно
отклонение ряда относительной подвижности элементов от
традиционно принятого t Перельман, 1966 і: в продуктах
латеритного выветривания фосфатных пород, характеризуемых
формированием алюмокальциевых фосфатов, накапливаются si, ва,
у, си, РЗЭ и другие элементы, рассматриваемые _обычно в
качестве подвижных. Полученные данные подтвердили описанные
в литературе модели поведения РЗЭ с возможной инверсией
степени их подвижности и с преимущественным накоплением
церия.
4. Установлено, что гипергенные кальциевые фс/сфаты
обогащены цинком и иодом в количествах, позволяющих
рассматривать их в качестве микроудобрений. Вместе с тем
выявлены случаи накопления урана и кадмия в концентрациях,
требующих контроля за уровнем их содержания.
Научная новизна определяется тем, что настоящая работа является первым систематическим исследованием микроэлементного состава различных типов гипергенных фосфоритов. В исследовании впервые применен метод рентгенофлуоресцентного элементного анализа на пучках синхротронного излучения для определения большой группы
ЭЛеМеНТОВ ( Си, Zn, As, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, I,
Cs, Ba, La, Се,- Pr, Md, Th, , U И Др. ) В фОСфОрИТЭХ, И.
комплёксирование его с ИНАА для расширения набора элементов и получения более достоверных результатов.
Практическая значимость работы определяется важностью сделанных выводов для оценки гипергенных фосфоритов как сырья для производства минеральных . удобрений. Выявленные закономерности поведения элементов в процессах гипергенных преобразований фосфоритов были использованы 'для выяснения причин повышенной ураноносности некоторых зон карстовых фосфоритов Сарминского месторождения в Западном Прибайкалье. Эта работа получила высокую оценку ИГО "Иркутскгеология",' по просьбе которого 'она была выполнена.
Метод РФА-СИ, в создании и разработке которого автор принимал непосредственной участие, нашел широкое применение в геохимической практике для исследования элементного состава разнообразных"пород и руд.
Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на 4-х Международных ( Марокко -Сенегал, 1983; НовосибирскД988; Тцукуба, Япония, 1989; Москва, 1990 ),-_ 5-ти Всесоюзных ( Зарафшан, 1983; Новосибирск, 1984, 1986; Ташкент, 1987; Таллинн, 1989 ) и ряде' региональных совещаний и конференций, а также на первой Всесоюзной школе по РФА-СИ'( Новосибирск, 1985 ).
Фрагменты работы дважды отмечались премиями на конкурсах молодых ученых Института геологии и геофизики СО АН СССР, 'и один раз на конкурсе прикладных работ Института. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, написано 3 отчета. Три статьи находятся в печати.
Обьем и структура работы. Диссертация состоит из 3 глав, введения и заключения. Иллюстративный материал представлен 14 рисунками и 38 таблицами. Список литературы содержит 180' наименований. Общий обьем работы составляет 158 стр.
Работа выполнена в Институте геологии и геофизики СО АН СССР под руководством д.г.-м.н. Ю.Н.Занина и к.г.-м.н. В.А.Боброва, которым автор благодарен за помощь и советы в ходе исследования.^-Часть аналитических работ проводилась в лаборатории синхротронного излучения ИЯФ СО АН СССР,
которой руководит к.ф.-м.н. Г.Н.Кулипанов. Ему автор выражает свою глубокую признательность за постоянный интерес и поддержку проводимых исследований.
Большую помощь автору оказали сотрудники ИГиГ Р.Д.Мельникова,Ю.П.Колмогоров, В.С.Пархоменко, Ю.Г.Шипицын, В.С.Иванов, О.Д.Суворов, С.А.Бацуев, к.г.-м.н. А.А.Каныгин и сотрудники ИЯФ СО АН к.ф.-м.н. В.Б.Барышев, К.В.Золотарев и Ю.В.Вещеревич, а также Я.В.Терехов ( ИМГРЭ, Москва )..
Квалифицированные советы и полезные рекомендации по проведению и оформлению работы автору в разное время дали сотрудники ИГиГ:д.г.-м.н. А.С.Лапухов, д.г.-м.н. Ю.Г.Щербаков, к.г.-м.н. Г.Н.Аношин, к.г.-м.н. В.А.Злобин.
Всем вышеупомянутым лицам, а также всем, оказавшим помощь в проведении данного исследования, автор выражает свою искреннюю признательность.