Тематический рубрикатор статей

Георесурсы T.26.№1.2024
Стр.
Скачать статью

Аутигенный барит в техногенных отвалах: минералого-геохимические данные и результаты физико‑химического моделирования

Н.В. Юркевич, А.Ш. Шавекина, О.Л. Гаськова, В.С. Артамонова, С.Б. Бортникова, С.С. Волынкин

Оригинальная статья

DOI https://doi.org/10.18599/grs.2024.1.1

38-51
rus.

open access

Under a Creative Commons license

На примере Ново-Урского хвостохранилища (Салаирский кряж) рассмотрены типоморфные характеристики барита. Установлено, что в отвалах, помимо остаточного барита из колчеданно-полиметаллических руд, присутствуют его аутигенные разности. Зерна рудного барита встречаются в виде обломков неправильных форм, реже в виде зерен таблитчатого габитуса, имеют размерность 50–400 мкм, среди примесей отмечен Sr до 1,41 мас. %. Новообразованный барит встречается в виде единичных зерен или скоплений округлых и вытянутых форм или игольчатых кристаллов, размерность варьирует от 1–2 мкм до более крупных агрегатов, которые слагают прожилки или скопления в кремнистом матриксе в ассоциации с ярозитом и/или ангидритом. Среди примесей отмечен Pb (до 6,33 мас. %), реже Fe (до 0,73 мас. %), Sr (до 0,94 мас. %). С помощью термодинамического моделирования показано, что концентрации Ba, SO4, Fe и Ca в растворе при смене минерального состава зон насыпей хвостов варьируют в пределах нескольких порядков в зависимости от Eh–pH-условий их образования. Предположено, что образование барита вместе с пиритом может происходить в результате действия восстановительного биогеохимического барьера или сульфатного концентрационного барьера в более глубоких частях разреза, где достигается пересыщение. Наиболее информативным типоморфным признаком, доказывающим, что барит образовался в условиях хвостохранилища, является морфология частиц, минеральная ассоциация и химический состав. 

 

аутигенный барит, типоморфные характеристики, термодинамическое моделирование, геохимические барьеры 

 

  • Артамонова В.С. (1993). Сукцессии в сообществе фототрофных микроорганизмов. Сукцессии и биологический круговорот. Отв. ред. В.М. Курачев. Новосибирск: «Наука», Сибир. изд. фирма, с. 52–61.
  • Артамонова В.С. (2002). Особенности микробиологических свойств почв урбанизированных территорий. Сибирский экологический журнал, 9(3), с. 349–354.
  • Артамонова В.С., Бортникова С.Б. (2016). Диатомовые водоросли в почвообразовании. Теоретическая и прикладная экология, (2), с. 4–11.
  • Артамонова В.С., Бортникова С.Б., Хусаинова А.Ш. (2023). Бактерии и водоросли – участники первичного почвообразования на отходах переработки полиметаллических руд. Материалы III Всерос. конф. с междунар. участием, посвящ. 80-летию д.б.н., проф. Б.Б. Намсараева, 100-летию Республики Бурятия, 300-летию Рос. акад. наук. Новосибирск: СО РАН, с. 10–11.
  • Астахов А.С., Ивин В.В., Карнаух В.Н., Коптев А.А., Ли Б.Я., Суховеев Е.Н. (2017). Современные геологические процессы и условия формирования баритовой залежи в котловине Дерюгина Охотского моря. Геология и геофизика, 58(2), с. 200–214. https://doi.org/10.15372/GiG20170202 
  • Ахманов Г.Г., Булаткина Т.А., Егорова И.П., Кузьмина И.А., Кочергин А.В., Галимов Н.Р. (2019). Месторождения остаточного типа Республики Башкортостан – основа для создания сырьевой базы «небурового» барита. Разведка и охрана недр, (6), с. 14–18.
  • Ахманов Г.Г., Булаткина Т.А., Егорова И.П., Кузьмина И.А., Кочергин А.В., Галимов Н.Р. (2019). Месторождения остаточного типа Республики Башкортостан – основа для создания сырьевой базы «небурового» барита. Разведка и охрана недр, (6), с. 14–18. 
  • Ахманов Г.Г., Васильев Н.Г., Егорова И.П., Ходаковский Ф.И., Единцев Е.С. (2007). Новый тип месторождений барита в Хакасии. Отечественная геология, (3), с. 65–70. 
  • Ахманов Г.Г., Егорова И.П., Булаткина Т.А. (2017). Состояние и перспективы развития минерально-сырьевой базы барита. Минеральные ресурсы России. Экономика и управление, (6), с. 4–14.
  • Бахтин А.И., Хасанов P.A., Винокуров В.М. (1973). ЭПР и оптические спектры поглощения некоторых дефектных центров в баритах и целестинах. Состав, структура и свойства минералов. Казань: Изд-во КРУ. с. 84–90.
  • Бетехтин А.Г. (2018). Курс минералогии. М.: ИД КДУ, 4-е изд., испр. и доп., 736 с. 
  • Блинов И.А. (2015). Самородные металлы, селениды, галогениды и ассоциирующие минералы из бурых железняков Амурского и Верхне-Аршинского месторождений (Южный Урал). Литосфера, (1), с. 65–74.
  • Боярко Г.Ю., Хатьков В.Ю. (2021). Обзор состояния производства и потребления баритового сырья в России. Известия Томского политехнического университета, Инжинириг георесурсов, 332(10), с. 180–191. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/10/3403 
  • Бреховских В.П., Казмирук В.Д., Вишневская Г.Н. (2008). Биота в процессах массопереноса в водных объектах. М.: Наука, 2008. 315 с. 
  • Брусницын А.И., Перова Е.Н., Верещагин О.С., Бритвин С.Н., Летникова Е.Ф., Школьник С.И., Иванов А.В. (2018). Барит-свинцово-цинковые и железо-марганцевые месторождения Жайремского рудного узла: геологическая экскурсия в центральный Казахстан. Минералогия, 4(3), с. 82–92.
  • Брусницын А.И., Перова Е.Н., Логинов Е.С., Платонова Н.В., Панова Л.А., Верещагин О.С., Бритвин С.Н. (2022а). Минералогия и условия формирования зоны окисления барит-свинцовых руд месторождения Ушкатын- III, Центральный Казахстан. Записки российского минералогического общества, 151(5), с. 1–26. https://doi.org/10.31857/S0869605522050021 
  • Брусницын А.И., Садыков С.А., Перова Е.Н, Верещагинa О.С. (2022b). Генезис барит-галенитовых руд комплексного (Fe, Mn, Pb, BaSO4) месторождения Ушкатын-III, Центральный Казахстан: анализ геологических, минералогических и изотопных (δ34S, δ13C, δ18O) данных. Геология рудных месторождений, 64(3), с. 247–275. DOI: 10.31857/S0016777022030029
  • Войтов М.Д., Вети А.А. (2012). Анализ запасов Кызыл-Таштыгского полиметаллического месторождения для обоснования строительства рудника. Вестник Кузбасского государственного технического университета, (6), с. 45–48.
  • Деркачев А.Н., Николаева Н.А., Баранов Б.В., Баринов Н.Н., Можеровский А.В., Минами Х., Хачикубо А., Соджи Х. (2015). Проявление карбонатно-баритовой минерализации в районе метановых сипов в Охотском море на западном склоне Курильской котловины. Океанология, 55(3), с. 432–443. https://doi.org/10.7868/S0030157415030028
  • Дистанов Э.Г. (1977). Колчеданно-полиметаллические месторождения Сибири. Новосибирск: Наука, 351 с.
  • Егорова И.П. (2011). Типоморфные особенности барита как индикаторы генетического типа баритового оруденения: Автореф. дис. … канд. геол.-минерал. наук. Казань, 28 с.
  • Замятин Н.И. (1974). Закономерности вариаций изотопного состава серы, стратиформных полиметаллических месторождений Восточного Казахстана в связи с условиями; их формирования: Автореф. дис. … канд. геол.-минерал. наук. Алма-Ата, 18 с.
  • Ковалев К.Р. (1969). Особенности формирования руд колчеданно-полиметаллических месторождений Северо-Восточного Салаира и Восточной Тувы: Дис. … д-ра. геол.-минерал. наук. Новосибирск, 283 с.
  • Королев Э.А., Умаров Н.Н., Хасанов Р.А., Низамутдинов Н.М., Хасанова Н.М., Николаева В.М., Акдасов Э.И. (2012). Бариты терригенных комплексов верхнеюрских отложений западной части Республики Татарстан. Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки, 154(3), с. 173–185.
  • Кузнецов Д.С. (2018). Баритовые месторождения Республики Коми и перспективы их освоения. Актуальные проблемы, направления и механизмы развития производительных сил Севера – 2018: Сб. ст. Шестой Всерос. науч.-практ. конф. (с междунар. участием). Сыктывкар, Ч. 2, с. 46–50. 
  • Кулинич В.В. (1990). Бариты Казахстана (Геология и минералогия): Дис. … д-ра геол.-минерал. наук. Алма-Ата, 396 с.
  • Ларищев А.А. (1937). Об образовании одного третичного угля из области низовьев р. Оби. Химия твердого топлива, (3), с. 201–207.
  • Лебедева Е.Г., Харитонова Н.А., Брагин И.В., Кузьмина Т.В. (2023). Микробные сообщества кульдурских термальных источников и их участие в накоплении микроэлементов и минералообразовании. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 334(1), с. 116–125. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/1/3796 
  • Леин А.Ю., Кравчишина М.Д. (2021). Геохимический цикл бария в океане. Литология и полезные ископаемые, (4), с. 293–310. https://doi.org/10.31857/S0024497X21040054
  • Логвина Е.А. (2008). Различные сценарии формирования аутигенных минералов в отложениях очагов разгрузки флюидов. Вестник Санкт-петербургского университета. Сер. 7, (4), с. 46–61. 
  • Максимович Н.Г. (2016). Формирование барита при использовании искусственных геохимических барьеров для очистки карьерных вод Холбольджинского угольного разреза (Бурятия). Минералогия техногенеза, 17, с. 74–82.
  • Малинин С.Д., Учамейшвили Н.Е., Куровская Н.А. (1986). Физико-химические условия формирования месторождений барита и флюорита. Условия образования рудных месторождений: Труды VI симпозиума МАГРМ. М.: Наука, Т. 1, с. 395–399. 
  • Мальцев А.Е., Леонова Г.А., Бобров В.А., Кривоногов С.К. (2019). Геохимия сапропелей голоценовых разрезов из малых озер юга Западной Сибири и Восточного Прибайкалья. Новосибирск: Гео, 443 с.
  • Оленченко В.В., Кучер Д.О., Бортникова С.Б., Гаськова О.Л., Еделев А.В., Гора М.П. (2016). Вертикальное и латеральное распространение высокоминерализованных растворов кислого дренажа по данным электротомографии и гидрогеохимии (Урской отвал, Салаир). Геология и геофизика, 57(4), с. 782–795. https://doi.org/10.15372/GiG20160410 
  • Перельман А.И. (1989). Геохимия. М.: Высш. шк., 528 с.
  • Петров В.П., Делицин И.С. (отв. ред.) (1986). Барит: Сб. ст. М.: Наука, 253 с. 
  • Петрова С.Н. (1977). Геохимические особенности бария и типы месторождений барита. Труды государственного научно-исследовательского института горнохимического сырья (ГИГХС). Геология месторождений и обогащение баритовых руд. Москва, Вып. 42, с. 18–27.
  • Петрова С.Н. (1979). Геолого-минералогические особенности, типы руд и условия образования баритового месторождения Чиганак (Ю. Казахстан): Автореф. дис. … канд. геол.-минерал. наук. Москва, 16 с.
  • Рубан А.С., Рудмин М.А., Гершелис Е.В., Леонов А.А., Мазуров А.К., Дударев О.В., Семилетов И.П. (2020). Аутигенные минералы в донных осадках сиповых областей моря Лаптевых. Известия Томского политехнического университета, Инжиниринг георесурсов, 331(7), с. 24–36. https://doi.org/10.18799/24131830/2020/7/2716 
  • Силаев В.И., Назарова Г.С., Кузнецов Г.В., Таранина Т.И. (1986) Минералогические критерии типизации и оценки баритовой и барит-сульфидной минерализации. Сер. науч. докл. Коми филиала АН СССР, Вып. 55, 24 с.
  • Сребродольский Б.И. (1986). Генерации барита в Роздольском месторождении серы. ДАН СССР, 289(5), с. 1215–1216. 
  • Таранина Т.И. (1981). Генетико-информационное значение изотопного состава серы сульфидов и сульфатов баритовых месторождений. Тр. Ин-та геол. Коми фил. AН СССР; Вып. 34, с. 34–43. 
  • Учамейшвили Н.Е., Малинин С.Д. (1986). Условия образования баритовых месторождений Большого Кавказа. Барит. М.: Наука, с. 22–29.
  • Учамейшвили Н.Е., Малинин С.Д., Хитаров Н.И. (1980). Геохимические данные к процессам формирования баритовых месторождений. М.: Наука, 123 с.
  • Хусаинова А.Ш., Гаськова О.Л., Калинин Ю.А., Бортникова С.Б. (2020). Физико-химическая модель преобразования золота в продуктах переработки колчеданно-полиметаллических месторождений (Салаирский кряж, Россия). Геология и геофизика, 61(9), с. 1181–1193. https://doi.org/10.15372/GiG2020120 
  • Шваров Ю.В. (2008). HCh: Новые возможности термодинамического моделирования геохимических систем, предоставляемые Windows. Геохимия, (8), с. 898–903.
  • Шушуева М.Г. (1977). Распространение азотфиксирующих сине-зелёных водорослей на отвалах угольных разработок в Кузбассе. Восстановление техногенных ландшафтов Сибири: теория и технология: Сб. ст. Отв. ред. С.С. Трофимов. Новосибирск: Наука. C. 56–64.
  • Юшкин Н.П., Кунц А.Ф., Таранина Т.И. (2002). Бариты Уральско-Пайхойской провинции. Рос. акад. наук, Урал. отд-ние, Коми науч. центр, Ин-т геологии. Екатеринбург: УрО РАН, 337 с.
  • Belogub E.V., Novoselov K.A., Spiro B., Yakovleva V. (2003). Mineralogical and sulphur isotopic features of the supergene profile of Zapadno-Ozernoye massive sulphide and gold-bearing gossan deposit, South Urals. Mineralogical Magazine, 67(2), рр. 339–354. https://doi.org/10.1180/0026461036720105 
  • Bonny S.M., Jones Br. (2007). Diatom-mediated barite precipitation in microbial mats calcifying at Stinking Springs, a warm sulphur spring system in Northwestern Utah, USA. Sedimentary Geology, 194(3–4), рр. 223–244. https://doi.org/10.1016/j.sedgeo.2006.06.007 
  • Carter S.C., Paytan A., Griffith E.M. (2020). Toward an Improved Understanding of the Marine Barium Cycle and the Application of Marine Barite as a Paleoproductivity Proxy. Minerals, 2020, 10(5), 421. https://doi.org/10.3390/min10050421 
  • Dehairs F., Chesselet R., Jedwab J. (1980). Discrete suspended particles of barite and the barium cycle in the open ocean. Earth and Planetary Science Letters, 49(2), рр. 528–550. https://doi.org/10.1016/0012-821X(80)90094-1
  • Dehairs F., Goeyens L., Stroobants N., Bernard P., Goyet C., Poisson A., Chesselet R. (1990). On suspended barite and the oxygen minimum in the Southern Ocean. Global Biogeochemical Cycles, 4(1), рр. 85–102. https://doi.org/10.1029/GB004i001p00085
  • Dymond J., Suess E., Lyle M. (1992). Barium in deep-sea sediment – a geochemical proxy for paleoproductivity. Paleoceanography and Paleoclimatology, 7(2), рр. 163–181. https://doi.org/10.1029/92PA00181
  • Gingele F.X., Zabel M., Kasten S., Bonn W.J., Niimberg C.C. (1999). Biogenic barium as a proxy for paleoproductivity: methods and limitations of application. Fischer G., Wefer G. (Eds.)Use of Proxies in Paleoceanography, Berlin, Heidelberg: Springer, pp. 345–364.
  • González-Muñoz M.T., Fernández-Luque B., Martínez-Ruiz Fr., Chekroun K.B., Arias J.M., Rodríguez-Gallego M., Martínez-Cañamero M., de Linares C., Paytan A. (2003). Precipitation of Barite by Myxococcus xanthus: Possible Implications for the Biogeochemical Cycle of Barium. Applied and Environmental Microbiology, 69(9), pp. 5722–5725. https://doi.org/10.1128/AEM.69.9.5722-5725.2003
  • Griffith E.M., Paytan A. (2012). Barite in the ocean – occurrence, geochemistry and palaeoceangraphic applications. Sedimentology, 59(6), рр. 1817–1845. https://doi.org/10.1111/j.1365-3091.2012.01327.x 
  • Hennessy A.J.B., Graham G.M. (2002). The effect of additives on the co-crystallisation of calcium with barium sulphate. Journal of Crystal Growth, 237–239, Pt. 3, рр. 2153–2159. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(01)02258-8
  • Keren R., Mayzel B., Lavy A., Polishchuk I., Levy D., Fakra S.C., Pokroy B., Ilan M. (2017). Sponge-associated bacteria mineralize arsenic and barium on intracellular vesicles. Nature Communications, 8, 14393. https://doi.org/10.1038/ncomms14393 
  • Krejci M.R., Finney L., Vogt St., Joester D. (2011). Selective Sequestration of Strontium in Desmid Green Algae by Biogenic Co-precipitation with Barite. ChemSusChem, 4(4), pp. 470–473. https://doi.org/10.1002/cssc.201000448 
  • Martinez-Ruiz F., Jroundi F., Paytan A., Guerra-Tschuschke I., Abad M.D.M., González-Muñoz M.T. (2018). Barium bioaccumulation by bacterial biofilms and implications for Ba cycling and use of Ba proxies. Nature Communications, 9(1), 1619. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04069-z 
  • Matýsek D., Jirásek J., Skupien P. (2022). Formation of baryte and celestine during supergene processes on sedimentary rock outcrops. International Journal of Earth Sciences, 111, pp. 623–639. https://doi.org/10.1007/s00531-021-02136-3 
  • Mizutani Y., Rafter T.A. (1973). Isotopic behaviour of sulfate oxygen in the bacterial reduction of sulfate. Geochemical Journal, 6(4), рр. 183–191. https://doi.org/10.2343/geochemj.6.183
  • Myagkaya I.N., Lazareva E.V., Zaikovskii V.I., Zhmodik S.M. (2020). Interaction of natural organic matter with acid mine drainage: Authigenic mineralization (case study of Ursk sulfide tailings, Kemerovo region, Russia). Journal of Geochemical Exploration, 211, 106456. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2019.106456 
  • Natasha, Khalid S., Shahid M., Rabbani F., Dumat C. (2023). Non-transition elements: Metals and metalloids in soils. Goss M.J., Oliver M. (Eds.) Encyclopedia of Soils in the Environment. Acad. Press, Vol. 2, pp. 214–224. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822974-3.00176-2 
  • Radanovic-Guzvica, B. (1999). The average structural density of barite crystals of different habit types. Geologia Croatia, 52(1), рр. 59–65.
  • Reitz A., Pfeifer K., de Lange G.J., Klump J. (2004). Biogenic barium and the detrital Ba/Al ratio: a comparison of their direct and indirect determination. Marine Geology, 204(3–4), pp. 289–300. https://doi.org/10.1016/S0025-3227(04)00004-0
  • Reynolds R.C. Jr. (1978). Polyphenol inhibition of calcite precipitation in Lake Powell. Limnology and Oceanography, 23(4), рр. 585–597. https://doi.org/10.4319/lo.1978.23.4.0585
  • Saryg-ool B.Yu., Myagkaya I.N., Kirichenko I.S., Gustaytis M.A., Shuvaeva O.V., Zhmodik S.M., Lazareva E.V. (2017). Redistribution of elements between wastes and organic-bearing material in the dispersion train of gold-bearing sulfide tailings: Part I. Geochemistry and mineralogy. Science of the Total Environment, 581–582, pp. 460–471. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.12.154 
  • Sermon P.A., McLellan N.M., Collins I.R. (2004). Formation of BaSO4 nanoribbons from a molecular mangle. Crystal Engineering Communications, 6, pp. 469–473. https://doi.org/10.1039/b406745m 
  • Smieja-Król B., Janeczek J., Wiedermann J. (2014). Pseudomorphs of barite and biogenic ZnS after phyto-crystals of calcium oxalate (whewellite) in the teat layer of a poor fen. Environmental Science and Pollution Research, 21(11), pp. 7227–7233. https://doi.org/10.1007/s11356-014-2700-7 
  • Su H.-Y., Lee J.-Sh., Yu Sh.-Ch. (2002). Dopant effect on hokutolite crystals synthesized with hydrothermal process. Western Pacific Earth Sciences, 2(3), pp. 301–318.
  • Tourney J., Ngwenya Br.T. (2014). The role of bacterial extracellular polymeric substances in geomicrobiology. Chemical Geology, 386, рр. 115–132. http://dx.doi.org/10.1016/j.chemgeo.2014.08.011 
  • Wagner T., Kirnbauer T., Boyce A.J., Fallick A.E. (2005). Barite–pyrite mineralization of the Wiesbaden thermal spring system, Germany: a 500-kyr record of geochemical evolution. Geofluids, 5(2), pp. 124–139. https://doi.org/10.1111/j.1468-8123.2005.00100.x
  •  
Наталия Викторовна Юркевич – канд. геол.-минерал. наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лаборатории, Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т ак. Коптюга, д. 3
 
Альфия Шамилевна Шавекина – канд. геол.-минерал. наук, научный сотрудник, Институт геологии и минералогии СО РАН, Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т ак. Коптюга, д. 3
 
Ольга Лукинична Гаськова – доктор геол.-минерал. наук, ведущий научный сотрудник, Институт геологии и минералогии СО РАН
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т ак. Коптюга, д. 3
 
Валентина Сергеевна Артамонова – доктор биол. наук, ведущий научный сотрудник, Институт почвоведения и агрохимии СО РАН
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т ак. Лаврентьева, д. 8/2
 
Светлана Борисовна Бортникова – доктор геол.-минерал. наук, зав. лабораторией, Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т ак. Коптюга, д. 3
 
Сергей Сергеевич Волынкин – научный сотрудник, Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т ак. Коптюга, д. 3
 

Для цитирования:

Юркевич Н.В., Шавекина А.Ш., Гаськова О.Л., Артамонова В.С., Бортникова С.Б., Волынкин С.С. (2024). Аутигенный барит в техногенных отвалах: минералого-геохимические данные и результаты физико-химического моделирования. Георесурсы, 26(1), c. 38–51. https://doi.org/10.18599/grs.2024.1.1

For citation:

Yurkevich N.V., Shavekina A.Sh., Gaskova O.L., Bortnikova S.B. Artamonova, V.S., Volynkin S.S. (2024). Authigenic Barite in Tailing Dumps: Mineralogical and Geochemical Data and Results of Physico-Chemical Modeling. Georesursy = Georesources, 26(1), pp. 38–51. https://doi.org/10.18599/grs.2024.1.1

© 2024 Коллектив авторов