Формирование железистых подземных вод - Труфанов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Итак, из полученных экспериментальных данных по выщелачиванию пород и железистых минералов растворами, обогащенными теми или иными анионами, следует, что в близнейтральной водной среде наибольшее влияние на выход железа из минералов оказывают органические ли-ганды кислот и гидрокарбонат-ион, образующие с железом сложные растворимые комплексы. О влиянии других анионов на миграцию железа в природных растворах можно предполагать, исходя из общих геохимических особенностей этих элементов, а также судя по характеру связи соответствующих анионов и железа в природных водах. По общим геохимическим предпосылкам F-ион имеет много общего с OH--ионом, который образует с железом устойчивые гидроксокомплексы. Вероятность образования фторкомплексов железа в подземных водах можно аргументировать достаточно хорошей корреляционной связью между ними. Коэффициенты корреляции, рассчитанные по К.Доэрфель [46], для железа и фтора в водах отложений приамурской свиты составляют 0,63.
Влияние газового состава вод на миграцию железа. Газовый состав вод оказывает большое влияние на миграцию железа и других элементов. Растворимость газов, как известно, зависит от их природы, а также от температуры, давления и химического состава воды. Наиболее высокой растворимостью обладают CO2 и H2S, что объясняется взаимодействием этих газов с водой. Концентрация кислорода в природных водах невелика и, согласно закону Генри-Дальтона, редко превышает 14 мг/л. Наибольшее влияние на химический состав подземных вод района оказывают газы CO2, O2, H2S. Двуокись углерода играет важную роль в гидрогеохимических процессах. Содержание ее в подземных водах района иногда достигает сотен миллиграммов в литре. Запасы углекислого газа в подземных водах пополняются не только в результате привноса из атмосферы, а главным образом за счет окисления органических веществ и других биохимических процессов, происходящих с выделением двуокиси углерода как 'в водоносных горизонтах, так в почвах и илах, содержащих неразложив-шиеся органические остатки. Под воздействием двуокиси углерода интенсивно растворяются соли угольной кислоты, в результате в воде накапливаются гидрокарбонат-ионы. От количественных соотношений двуокиси углерода и гидрокарбонат-иона зависит концентрация водородных ионов.
Чем больше в воде содержится свободной двуокиси углерода, тем меньше будет величина pH. Присутствие углекислоты вводах усиливает их растворяющую и выщелачивающую способность. Как показывают опыты по выщелачиванию минералов, воды, содержащие углекислоту, интенсивно переводят в раствор главным образом карбонаты. При введении в исследуемые растворы свободной углекислоты до концентрации 60—80 мг/л отмечается резкое возрастание в растворе железа, от десятых долей миллиграмма в литре до 19,5 мг/л (табл. 14). Это указывает на интенсивную миграцию железа в водах с повышенными концентрациями свободной углекислоты и гуминовых веществ, что обусловлено образованием сложных комплексов железа.
58
Другим исключительно важным компонентом газового состава вод является кислород. Содержание его в подземных водах района редко превышает 8—10 мг/л. Однако роль кислорода в геохимическом поведении соединений железа велика. В одних случаях наличие кислорода способствует обогащению вод железом, в других происходит интенсивное окисление двухвалентного железа и перевод его в слаборастворимые формы. Слаборастворимые сульфиды при воздействии на них кислородными водами окисляются и переходят в более растворимые сульфаты. Эти процессы формируют воды зон сульфидной минерализации и шахтных вод с высокими концентрациями железа и серной кислоты. Формы и состояние, а следовательно, устойчивость и подвижность железа в природных условиях часто имеют прямую зависимость от содержания кислорода в воде и породах. В хорошо аэрируемых поверхностных и грунтовых водах двухвалентное железо отсутствует, и, наоборот, в подземных водах с высоким содержанием двухвалентного железа наблюдается полное отсутствие кислорода. Кислород в грунтовых водах и нижележащих водоносных горизонтах с глубиной полностью расходуется на окислительные процессы. Однако закономерное уменьшение содержания кислорода с глубиной в исследуемом районе часто нарушается в связи с особенностями строения чехла артезианского бассейна. Нередки случаи, когда более глубоко залегающие водоносные горизонты характеризуются присутствием в водах кислорода, тогда как в поверхностных водоносных горизонтах господствует анаэробная обстановка (см. рис. 7).
Сероводород в подземных водах района отмечается исключительно в изолированных водоносных горизонтах с анаэробной обстановкой. Концентрации его невелики — от следов до десятых долей миллиграмма в литре. Наиболее вероятным источником сероводорода в подземных водах является разложение остатков органических веществ в процессе суль-фатредукции. Известно, что наличие в водах сероводорода в значительных количествах обусловливает сильно восстановительную обстановку. В такой среде миграция железа, некоторых металлов его группы, а также меди, цинка и других элементов затрудняется вследствие образования труднорастворимых сульфидов этих металлов. Непосредственное влияние на миграцию железа в подземных водах района сероводород может оказать лишь на некоторых ограниченных участках, однако его роль косвенного фактора, влияющего на величины pH, Eh, несомненно шире.
