Редкоземельные элементы (La,Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu) в углях Северной Азии (Сибирь, российский Дальний Восток, Северный Китай, Монголия, Казахстан | Геосферные исследования. 2017. № 4. DOI: 10.17223/25421379/5/1

Редкоземельные элементы (La,Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu) в углях Северной Азии (Сибирь, российский Дальний Восток, Северный Китай, Монголия, Казахстан

Выполнено исследование РЗЭ (La, Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu) в 7 189 пробах угля из угольных месторождений и бассейнов Северной Азии. Угли Северной Азии характеризуются повышенными по сравнению с угольным кларком содержаниями РЗЭ. Изучены основные закономерности распределения и условия накопления РЗЭ в угольных месторождениях и бассейнах. Накопление РЗЭ в угольных пластах обусловлено особенностями состава области питания древнего бассейна торфонакопления, проявлением субсинхронного торфонакопле-нию вулканизма, проявлением эпигенетических процессов и особенностями гидрогеохимии региона. Формирование аномалий и комплексных редкометалльных руд обусловлено наличием среди пород фундамента и складчатого обрамления угленосных впадин, специализированных массивов горных пород, обогащенных РЗЭ, или проявлением субсинхронного угленакоплению вулканизма щелочного или кислого состава. Преобразование пеплов в условиях агрессивной среды торфяника приводит к выносу и переотложению РЗЭ вблизи тонштейнов с формированием в угольных пластах контрастных аномалий. В ряде случаев эти комплексные аномалии могут представлять промышленный интерес. Формы нахождения РЗЭ изменяются в процессе уг-лефикации. В бурых углях низкой степени углефикации преобладают органические формы нахождения РЗЭ, а в каменных углях и антрацитах - аутигенные минеральные формы.

Rare-earth elements (La, Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu) in the coals of the North Asia (Siberia, Russian Far East, North China,.pdf Введение Редкоземельные элементы (РЗЭ) играют важную роль в экономике XXI в., особенно в быстро развивающихся инновационных отраслях промышленности. Основными источниками РЗЭ являются коры выветривания гранитов, карбонатитовые месторождения и прибрежно-морские россыпи. Помимо традиционных сырьевых источников лантаноидов в качестве потенциально перспективных рассматриваются и металлоносные угли [Середин, 1991; Seredin, 1996; Seredin et al., 2008, 2012, 2013; Dai et al., 2010, 2011]. Колоссальные ресурсы и огромные объемы потребления угля наряду с наличием в ряде угольных месторождений аномальных концентраций РЗЭ позволяют рассмотреть этот потенциальный сырьевой источник редких металлов более детально, требуют проведения масштабных поисковых работ с целью выявления металлоносных углей. Первые сведения об аномальных содержаниях группы редких земель в углях опубликованы в 1933 г. В.М. Гольдшмидтом и К. Петерсом [Голь-дшмидт, Петерс, 1938], определивших содержание четных лантаноидов в пробе золы низкозольного (1,5%) угля Силезского бассейна. Первые данные о РЗЭ в углях на исследуемой территории были получены А.В. Костериным с соавторами в 1963 г. на Чехезском (Павловском) месторождении [Костерин и др., 1963]. В 1980-х гг. В.В. Середин впервые описал редкоземельную минерализацию с промышленными содержаниями РЗЭ в углях Ванчин-ской впадины. После публикации в 1991 г. В. В. Се-рединым [Середин, 1991] этих данных, а впоследствии - серии работ различных научных коллективов по аномально редкоземельным углям в других месторождениях [Середин, 2001, 2005; Seredin et al., 2011, 2012, 2013; Dai et al., 2007, 2008, 2010, 2011, 2016c; Арбузов и др., 1997, 2003, 2007а; How-er et al., 1999; Mardon, Hower, 2004; Чекрыжов и др., 2016б; Dai et al., 2016c] интерес к лантаноидам в угольных месторождениях существенно возрос. В настоящее время выполнена оценка содержания лантаноидов в углях США, Китая и ряде других стран, рассчитано среднее содержание всех индивидуальных редкоземельных элементов в углях мира [Ketris, Yudovich, 2009]. На ряде месторождений проведены всесторонние геохимические исследования. © С.И. Арбузов, И.Ю. Чекрыжов, Юйчжуан Сунь, Цунлян Жао, В.С. Машенькин, С.С. Ильенок, В.В. Иванов, М.Г. Блохин, Н.В. Зарубина, 2017 DOI: 10.17223/25421379/5/1 Рис. 1. Положение изученных угольных бассейнов и месторождений на территории Северной Азии Бассейны: I - Тунгусский, II - Кузнецкий, III - Минусинский, IV - Канско-Ачинский, V - Иркутский, VI - Улугхемский, VII - Западно-Сибирский, VIII - Южно-Якутский, IX - Нижнезейский, Х - Буреинский, XI - Средне-Амурский (Ханкайский), XII - Сахалинский, XIII - Раздольненский, XIV - Бикино-Уссурийский, XV - Партизанский, XVI - Охотский, XVII - Аркага-линский, XVIII - Яно-Омолойский, XIX - Ленский, XX - Таймырский, XXI - Горловский, XXII - Карагандинский, XXIII -Экибастузский, XXIV - Майкубенский Месторождения: 1 - Каякское, 2 - Кайерканское, 3 - Кокуйское, 4 - Гавриловское, 5 - Кодинское, 6 - Подкаменно-Тунгусское, 7 - Жеронское, 8 - Ай-Пимское, 9 - Арчинское, 10 - Верхтарское, 11 - Восточно-Тромъеганское, 12 - Восточно-Пермяковское, 13 - Герасимовское, 14 - Григорьевское, 15 - Кониторское, 16 - Лазаревское, 17 - Летнее, 18 - Ловинское, 19 -Лугинецкое, 20 - Малореченское, 21 - Мильджинское, 22 - Нижне-Табаганское, 23 - Ново-Уренгойское, 24 -Приграничное, 25 - СГ-7-397, 26 - Северо-Калиновое, 27-Тальниково, 28 - Трассовое, 29 - Умытинское, 30 - Федоровское, 31 - Широтное, 32 - Южно-Табаганское, 33 - Яхлинское, 34 - Симорьяхское, 35 - Эльгинское, 36 - Сергеевское, 37 - Ерковецкое, 38 - Райчи-хинское, 39 - Возновское, 40 - Жиганское, 41 - Шкотовское, 42 - Авангард, 43 - Липовецкое, 44 - Павловское, 45 - Ургаль-ское, 46 - Бикинское, 47 - Ушумунское, 48 - Аркагалинское, 49 - Каражыра, 50 - Курайское, 51 - Пыжинское, 52 - Талду-Дюргунское, 53 - Балхаш, 54 - Нурст-Хотгор, 55 - Хартарвагатай, 56 - Хундлун, 57 - Зеегт, 58 - Увур-Чулуут, 59 - Баянтег, 60 - Таван-Толгой, 61 - Баганур, 62 - Тугрикнурское, 63 - Алагтого, 64 - Адун-Чулун, 65 - Сайхан-Ово, 66 - Могоингол, 67 -Шиве-Ово, 68 - Шарынгол, 69 - Маньт, 70 - Чандган Тал, 71 - Хуренгол, 72 - Олонь-Шибирское, 73 - Татауровское, 74 - Тар-багатайское, 75 - Зашуланское, 76 - Харанорское, 77 - Загустайское, 78 - Буртуйское, 79 - Окино-Ключевское, 80 - Апсатское, 81 - Уртуйское, 82 - Кавринское, 83 - Туганское, 84 - Колпашевское, 85 - Лагерносадское, 86 - Таловское, 87 - Хокстолгай, 88 - Ику, 89 - Татуо, 90 - Хидатен, 91 - Шихьюгоу, 92 - Юминь, 93 - Шенгли, 94 - Джунгар, 95 - Южань, 96 - Нингву, 97 -Хан Хинг, 98 - Нингдонг, 99 - Хуанглинг, 100 - Янчжоу, 101 - Сонгшань Fig. 1. The situation of the studied coal basins and deposits in North Asia Basins: I - Tunguska, II - Kuznetsk, III - Minusinsk, IV - Kansk-Achinsk, V - Irkutsk, VI - Ulughem, VII - West Siberian, VIII -South Yakut, IX - Nizhnezeisky, X - Bureinsky, XI - Amur (Khankai), XII - Sakhalin, XIII - Razdolnensky, XIV - Bikino-Ussuriysky, XV - Partizansky, XVI - Okhotsk, XVII - Arcagalinsky, XVIII - Yano-Omoloy, XIX - Lensky, XX - Taimyr, XXI -Gorlovsky, XXII - Karaganda, XXIII - Ekibastuz, XXIV - Maikubensky Deposits: 1 - Kayak, 2 - Kayerkanskoye, 3 - Kokuiskoye, 4 - Gavrilovskoe, 5 - Kodinskoye, 6 - Podkamenno-Tunguska, 7 -Zheronskoye; 8 - Ai-Pimskoe, 9 - Archinskoye, 10 - Verkhotarskoye, 11 - East-Tromyegan, 12 - East Permyakovskoe, 13 - Gerasi-movskoe, 14 - Grigorievskoe, 15 - Konyatorskoe, 16 - Lazarevskoe, 17 - Summer, 18 - Lovin, 19 - Luginetskoye, 20 - Malo-rechenskoe, 21 - Miljin, 22 - Nizhne-Tabaganskoye, 23 - Novo-Urengoiskoye, 24 - Prigranichnoe, 25 - SG-7-397, 26 - North Kalino-voye, 27 - Talnikovo, 28 - Trassovoe, 29 - Umytinskoye, 30 - Fedorovskoye, 31 - Shirotnoye, 32 - South Tabaganskoye, 33 - Yakh-linsky, 34 - Syromoryakhskoye, 35 - Elginsky, 36 - Sergeevsky, 37 - Erkavetskoye, 38 - Raichikhinsky, 39 - Voznovskoye, 40 - Zhi-ganskoye, 41 - Shkotovskoye, 42 - Avangard, 43 - Lipovetskoye, 44 - Pavlovskoye, 45 - Urgalskoe, 46 - Bikinskoye, 47 -Ushumunskoye, 48 - Arkagalinskoe, 49 - Karazhira, 50 - Kuray, 51 - Pyzhin, 52 - Taldo-Dyurghun, 53 - Balkhash, 54 - Nurst Hotgor, 55 - Khartarvagatay, 56 - Hundloon, 57 - Seegt, 58 - Uvur-Chuluut, 59 - Bayanteg, 60 - Tavan-Tolgoi, 61 - Baganur, 62 - Tugriknur, 63 - Alagtogo, 64 - Adun-Chulun, 65 - Sayhan-Ovo, 66 - Mogoingol, 67 - Shiva Ovo, 68 - Sharyngol, 69 - Mant, 70 - Changdan Tal, 71 - Hurenhol, 72 - Olon-Shibirskaya, 73 - Tataurovskoye, 74 - Tarbagataisk, 75 - Zashulanskoye, 76 - Kharanor, 77 - Zagustai, 78 -Burtuiyskoye, 79 - Okino-Klyuchevskoye, 80 - Apsatsky, 81 - Urtuiskoe, 82 - Kavrinsky, 83 - Tugan, 84 - Kolpashevo, 85 - Lager-nosadskoye, 86 - Talovsky, 87 - Khokstolgay, 88 - Iku, 89 - Tatoo, 90 - Hidaten, 91 - Shihyugou, 92 - Yumin, 93 - Shengli, 94 -Jungar, 95 - South, 96 - Ningua, 97 - Khan Hing, 98 - Ningdong, 99 - Huangling, 100 - Yangzhou, 101 - Songshan Наиболее полное обобщение этих материалов приведено в монографии [Юдович, Кетрис, 2006]). Детальная характеристика аномальных редкоземельных углей дана в работах [Seredin, Dai, 2012; Dai et al., 2016c]. Вместе с тем, несмотря на значительный прогресс в изучении геохимии лантаноидов, не решен целый ряд вопросов, касающихся условий накопления, миграции и фракционирования лантаноидов в углях, форм их нахождения, факторов, контролирующих формирование редкоземельных металлоносных углей. Настоящая работа посвящена обобщению многочисленных оригинальных данных по геохимии углей Северной Азии, полученных авторами в процессе комплексных геохимических исследований на территории этого обширного региона. Характеристика объекта исследований Исследование геохимии редкоземельных элементов в углях выполнено на территории азиатской части Российской Федерации (Сибирь и российский Дальний Восток), Монголии, Северного Китая (северо-восточные, северо-западные и северные территории) и Казахстана (см. рис. 1). Выбор объектов изучения определялся задачами исследований, такими как оценка среднего содержания лантаноидов в углях, сформировавшихся в разные геологические эпохи в разных геотектонических обстановках, изучение закономерностей их накопления в угленосных отложениях, оценка влияния различных факторов геологической среды на концентрирование лантаноидов в углях и золах углей, изучение условий концентрирования и фракционирования индивидуальных редкоземельных элементов в геологических процессах, а также определение форм их нахождения в углях разной степени углефикации. Изучены угольные месторождения Сибири, представленные девятью угольными бассейнами и многочисленными самостоятельными месторождениями. В четырех бассейнах - Кузнецком, Минусинском, Иркутском и Канско-Ачинском - выполнены наиболее детальные геолого-геохимические исследования. В меньшей степени изучены Горловский, Тунгусский, Таймырский, Улугхемский и ЗападноСибирский бассейны, но и они охарактеризованы достаточно представительными материалами. Общее число изученных проб угля в Сибирском регионе составляет 3 772 штуки. Сибирский регион представлен каменными и бурыми углями всех марок вплоть до антрацитов и суперантрацитов. Здесь также установлены развитые по углям контактово-метамор-фические графитовые породы. Дальневосточный регион Российской Федерации изучен менее детально, но и здесь исследованы угли трех бассейнов (Яно-Омолойский, Сахалинский и Южно-Якутский) и 10 самостоятельных месторождений, представленные 315 пробами. Впервые представительные геохимические исследования выполнены на территории Монголии. Всего изучено 8 месторождений карбонового и пермского возраста, представленных 240 пробами угля, и 10 месторождений юрского и мелового возраста, представленных 123 пробами. Угли Китайской Народной Республики (КНР) в работе представлены только месторождениями, расположенными на севере страны (северные, северозападные и северо-восточные территории). Здесь изучено шесть месторождений карбон-пермского возраста, в том числе детально опробованы месторождения Нингву и Джунгар, и девять месторождений юрского возраста. Полученная информация достаточно представительна. Общее количество проб угля, отобранных на 15 изученных месторождениях северного Китая, составляет 2 629 штук. Небольшой массив данных получен по угленосным отложениям Казахстана. Они представлены углями Экибастузского и Карагандинского бассейнов карбоно-вого возраста, Майкубенского и Тургайского бассейнов и месторождением Каражыра юрского возраста. Коллекция проб из месторождений Казахстана предоставлена Н. Г. Каменским, С. Ю. Калининой, А. Я. Пшенич-киным и С.В. Азаровой и составляет 110 проб. В исследуемой коллекции проб по территории Северной Азии представлены основные типы углей, образовавшихся в различных геотектонических режимах и разных фациальных обстановках. Марочный состав изменяется от незрелых бурых углей до антрацитов. Общее количество проб составило 7 189 штук. Методика исследований Основой для написания статьи являются результаты количественного анализа редкоземельных элементов в 7 198 пробах угля и свыше 2 000 проб уг-левмещающих пород различных месторождений. Опробование угольных пластов выполнялось бороздовым методом с дифференцированным отбором проб на угледобывающих предприятиях в разрезах и шахтах, в естественных обнажениях, а также по керну скважин. Длина интервала опробования выбиралась в зависимости от мощности и сложности строения пласта и изменялась в среднем от 0,15 до 5,0 м. Отдельно изучали маломощные угольные пачки, разделенные породными прослоями, сами породные прослои, кластические «дайки», сульфидные включения, карбонатные конкреции и другие минеральные образования. В отдельных сечениях выполнялась детализация разреза с интервалом отбора проб 0,5-10 см. Изменчивость содержания редкоземельных элементов по латерали оценивалась на основании сети разрезов по пласту. Определение содержания La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb и Lu во всех пробах, отобранных на территории Российской Федерации, Казахстана и Монголии, выполнено инструментальным нейтронно-активационным анализом (ИНАА) непосредственно в угле без предварительного концентрирования с целью избежать потерь некоторого количества металла при озолении. Одновременно их содержание определялось и в золе угля. Лабораторное определение РЗЭ в углях, золах углей и породах производилось в ядерно-геохимической лаборатории кафедры геоэкологии и геохимии Национального исследовательского Томского политехнического университета (ЯГЛ ТПУ) (исполнитель - А.Ф. Судыко). Облучение проб нейтронами выполнено на исследовательском ядерном реакторе ИРТ-Т Научно-исследовательского института ядерной физики ТПУ. Для определения содержания использовали ИНАА из навески 200 мг для угля и 100 мг для золы угля и углевмещающих пород. Пределы обнаружения индивидуальных РЗЭ в углях методом ИНАА - от 0,01 (Sm, Eu, Yb, Lu) до 0,05 г/т (Ce, Tb). Для 400 проб выполнено параллельное определение полного комплекса РЗЭ в угле и золе угля масс-спектрометрическим методом с индуктивно-связанной плазмой (ICP MS) в аналитическом центре Дальневосточного геологического института, г. Владивосток (аналитик - Е.В. Еловский) и в химико-аналитическом центре «Плазма», г. Томск (исполнитель - Н.В. Федюнина). Все лаборатории аккредитованы. Сходимость результатов различных методов анализа удовлетворительная (табл. 1). Для контроля выполняли параллельное определение РЗЭ в углях и золах углей с соответствующими пересчетами содержаний в золе угля на уголь и наоборот. Качество нейтронно-активационного анализа контролировалось по различным стандартам золы угля и горных пород, в том числе по стандарту ЗУК-2 (зола угля Канско-Ачинского бассейна) (табл. 2). Образцы углей из месторождений Китайской Народной Республики отбирались штуфным способом и по керну скважин. Штуф вырезался в форме куба с размером стороны 10 см. Пробы вырезались из массива по фронту горных выработок в соответствии с китайским стандартом GB482-2008. Пробы керна отбирались из кернохранилищ, эксплуатирующих месторождение компаний. Все пробы Северного Китая проанализированы методом ICP MS в Центральной лаборатории геологоразведки ресурсов провинции Хебей, аналитической лаборатории Пекинского научно-исследовательского института по геологии урана и в Исследовательском центре Шаньдунского бюро Китайского металлурго-геоло-гического управления. Т а б л и ц а 1 Сравнение результатов определения содержания лантаноидов методами ICP MS и INAA T a b l e 1 Comparison of the results of determining the content of lanthanides by ICP MS and INAA methods Элемент Дв-9-02 Дв-10-02 Дв-18-02 ICP MS INAA ICP MS INAA ICP MS INAA La 1,3 1,7 18,2 19,5 52,7 64,0 Ce 2,5 3,2 34,8 47,8 110,7 116,1 Sm 0,27 0,39 1,60 2,1 8,0 11,9 Eu 0,066 0,12 0,23 0,40 1,0 1,5 Tb 0,063 0,10 0,15 0,15 0,47 0,39 Yb 0,37 0,45 0,45 0,48 0,35 0,48 Lu 0,061 0,10 0,063 0,09 0,045 0,079 Т а б л и ц а 2 Определение РЗЭ в стандартных образцах T a b l e 2 Determination of REE in standard samples Элемент Стандартный образец/CRM JG-3 БИЛ-1 ЗУК-2 1 2 1 2 1 2 La 20,6±2,2 19,4±1,4 45±6 43,2±0,8 20±2 20,8±0,6 Ce 40,3±4,8 41,1±2,2 80±5 71,1±3,6 37±5 39,5±1,9 Nd 17,2±1,8 15,3±2,8 39±5 38,4±2,2 17±1 19,7±0,8 Eu 0,90±0,08 0,91±0,02 1,4±0,2 1,35±0,04 (0,8±0,2) 0,69±0,02 Sm 3,39±0,44 3,30±0,08 7±1 7,0±0,2 3,2±0,2 3,28±0,11 Tb 0,46±0,05 0,44±0,01 0,9±0,1 0,89±0,06 0,45±0,06 0,46±0,04 Yb 1,77±0,35 1,56±0,06 2,9±0,4 2,68±0,10 1,5±0,2 1,64±0,09 Примечание: 1 - паспортные данные; 2 - результаты ИНАА; JG-3 - гранодиорит; БИЛ-1 - ил оз. Байкал; ЗУК-2 - зола угля Канско-Ачинского бассейна. Note: 1 - passport data; 2 - results INAA; JG-3 - granodiorite; БИЛ-1 - sludge of Lake Baikal; ЗУК-2 - ash coal of the Kansko-Achinsk basin. Выполнен межлабораторный контроль качества аналитических работ путем анализа группы проб в лаборатории Хэбэйского инженерного университета (КНР) и в аналитическом центре Дальневосточного геологического института, г. Владивосток (аналитик - Е.В. Еловский). Сходимость результатов межлабораторного контроля удовлетворительная. Оценка среднего содержания индивидуальных лантаноидов в углях выполнялась путем последовательного усреднения данных. Средние содержания РЗЭ в угольных пластах рассчитывались как средневзвешенные по мощности интервалов опробования, в месторождениях - как средневзвешенные по мощности пластов, а в бассейнах - как средневзвешенные по массе (ресурсам) угля в месторождениях [Лг-buzov et al., 2014]. Для углей Монголии и Казахстана оценки среднего для основных эпох угленакопления выполнены с меньшей достоверностью в связи с малой представительностью опробования бассейнов и месторождений. В связи с этим полученные данные следует рассматривать как предварительные. Расчеты средних содержаний РЗЭ в углях Северного Китая выполнены с применением методов математической статистики с определением закона распределения. Большой массив использованных данных позволяет считать полученные оценки средних содержаний достаточно представительными. Результаты исследований и их обсуждение Содержание РЗЭ в угле и золе угля Угли Северной Азии характеризуются содержаниями лантаноидов, сопоставимыми со средней оценкой для углей США (табл. 3), хотя и несколько выше их. Различие обусловлено несколько более высокой средней зольностью изученных углей (18,4%) по сравнению с углями США (13,1%). В пересчете на золу сумма изученных семи РЗЭ (La, Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu) в углях Северной Азии и США близки (283 и 278 г/т соответственно). Полученные оценки выше среднемировых данных для углей и золы угля [Ketris, Yudovich, 2009]. Помимо повышенной зольности на оценку среднего содержания РЗЭ в углях Северной Азии оказывают влияние и аномальные угли Северного Китая карбон-пермского возраста. Здесь сумма семи изученных РЗЭ в среднем составляет 109 г/т, а в месторождении Сонгшан достигает 207 г/т [Арбузов и др., 2016b]. Китайские угли в целом обогащены РЗЭ в сравнении с другими регионами мира [Dai et al., 2012]. Рассчитанные средние содержания РЗЭ для углей Северной Азии значительно ниже, чем средние данные для всех углей Китая (табл. 3). По мнению китайских специалистов, высокие содержания РЗЭ в углях Китая связаны не только с повышенной их зольностью, но и с наличием в углях сингенетичных горизонтов вулканических пеплов щелочного состава, найденных и детально изученных в угольных пластах на юго-западе страны [Dai et al., 2012]. Эти выводы поддерживаются резким преобладанием легких лантаноидов в спектре исследованных элементов. Отношение La/Yb здесь более высокое, чем в среднем для углей мира и верхней континентальной земной коры. Отмечены значительные вариации содержания редкоземельных элементов в углях Северной Азии. Сумма семи изученных во всех угольных месторождениях лантаноидов колеблется от 12,0 (месторождения Юмин, Китай и Зашуланское, Восточная Сибирь) до 207 и 223 г/т (месторождения Сонгшан (северный Китай) и Павловское (Приморье) соответственно) (табл. 3). Повышено содержание лантаноидов в углях месторождений Шихьюгоу, Хан-Хинг и Джунгар в Северном Китае (99-108 г/т). В Сибири аномальны зольные угли девонского возраста (Барзасское и Уб-русское в Кузбассе) и Курайского месторождения кар-бонового возраста на юге Западной Сибири. На Дальнем Востоке выделяются помимо Павловского месторождения также Райчихинское и описанные в литературе Ванчинское, Реттиховское, Раковское, Хумурлин-ское и Лианское месторождения [Середин, Чекрыжов, 2011; Чекрыжов и др., 2016а, 2016b, 2017; Шишов, Чернышев, 2017]. Среди месторождений Монголии наиболее богаты РЗЭ угли месторождений Могойн-Гол (сумма РЗЭ 87,8 г/т), Баянтег (сумма РЗЭ 87,7 г/т) и высокозольные угли месторождения Хуренгол (сумма РЗЭ 74,2 г/т). Это усредненные оценки по бассейнам и месторождениям. На отдельных участках содержание может существенно отличаться от средних данных. В Минусинском бассейне и в Кузбассе имеют место участки пластов с содержанием РЗЭ в золе угля до 0,1-0,3% [Арбузов и др., 1997, 2003]. Аномально редкоземельные угли карбон-пермского возраста на территории Северной Азии достаточно распространены. Однако эти аномалии обычно не контрастны и, как правило, локальны, что не позволяет рассматривать их как самостоятельное сырье на лантаноиды. Впервые локальные аномалии РЗЭ описаны в Черногорском месторождении Минусинского бассейна. При исследовании германиеносных углей месторождения Ю.И. Горький [1972] выявил в отдельных пробах золы угля до 0,5% La и 0,01% Yb. Наиболее контрастные аномалии отмечены в мезозойских и кайнозойских углях. В частности, в урано-носных окисленных углях месторождения Адун-Чулун в Восточной Монголии содержание суммы семи РЗЭ достигает 0,44% при рядовых нижекларковых концентрациях в углях, не подверженных гипергенному окислению. Такие же контрастные аномалии выявлены в Ванчинском, Павловском, Раковском и Реттиховском месторождениях в Приморском крае [Середин, 2001; Seredin, Dai, 2012; Чекрыжов и др., 2016а, 2016б, 2017]. В Азейском месторождении Иркутского бассейна установлены локальные аномалии с содержанием суммы РЗЭ в золе угля до 0,26%. Они связаны с наличием в углях синхронного древнему торфонакоплению вулканогенного пеплового материала кислого (риолитово-го) состава [Arbuzov et al., 2016a]. Эти факты свидетельствуют о наличии в угленосных бассейнах в разные периоды их геологического развития обстановок, благоприятных для накопления редкоземельных элементов. Следует обратить внимание на тот факт, что золы углей в целом [Ketris, Yudovich, 2009] обогащены РЗЭ по сравнению с кларком для верхней континентальной земной коры более чем в 2 раза. Для золы углей Северной Азии оно еще более контрастно - в 2,7 раза. Природа этого явления многофакторна и требует специального анализа. Таблица 3 Содержание редкоземельных элементов в углях Северной Азии (Сибирь, российский Дальний Восток, Казахстан, Монголия, Северный Китай) Table 3 Content of REE in coals of Northern Asia (Siberia, the Russian Far East, Kazakhstan, Mongolia, North China) Угольный бассейн, Число Ad, % Содержание элементов, г/т La/Yb месторождение проб La Ce Sm Eu Tb Yb Lu Сибирский регион Угли девонского возраста Барзасское 14 32,5 35±11 68±19 5,4±1,7 1,7±0,4 0,7±0,2 1,5±0,2 0,31±0,06 23,3 Убрусское 6 49,2 38±11 79±12 17,8±2,7 6,9±0,9 3,1±3,1 5,7±0,4 1,3±0,1 6,7 Среднее 20 35,3 36±11 70±18 7,5±1,9 2,5±0,5 1,1±0,2 2,2±0,2 0,48±0,1 16,4 Угли карбон-пермского возраста Горловский 24 7,0 8,2±1,4 21,0±2,7 1,8±0,2 0,39±0,06 0,19±0,04 0,77±0,15 0,18±0,03 10,6 Кузнецкий 1394 13,5 12,3±0,6 24,7±0,9 2,6±0,1 0,64±0,03 0,43±0,03 1,30±0,05 0,34±0,06 9,5 Минусинский 801 16,4 13,2±2,0 29,0±5,8 2,1±0,3 0,62±0,10 0,45±0,08 1,18±0,16 0,34±0,09 11,2 Тунгусский 206 12,8 9,2±2,2 21,1±5,8 1,9±0,6 0,47±0,08 0,37±0,10 0,88±0,14 0,21±0,06 10,5 Таймырский 55 24,4 14,5±1,1 33,7±2,4 2,4±0,2 0,58±0,05 0,43±0,04 1,4±0,1 0,20±0,02 10,4 Курайское 12 25,2 38,2±7,5 44,1±7,9 4,8±0,7 1,5±0,2 0,75±0,11 2,0±0,3 0,5±0,1 19,1 Среднее 2492 14,8 11,5±1,2 25,9±2,4 2,2±0,2 0,54±0,05 0,37±0,05 1,11±0,12 0,25±0,04 10,4 Угли мезозойского возраста Пыжинское 6 6,5 4,9±1,8 5,8±2,1 1,0±0,35 0,5±0,2 0,23±0,06 0,54±0,20 0,17±0,06 9,1 Канско-Ачинский 563 10,2 3,4±0,4 8,5±1,2 0,79±0,13 0,31±0,05 0,21±0,04 0,45±0,07 0,10±0,02 7,6 Иркутский 129 14,3 12,7±1,6 27,7±2,5 3,4±0,5 0,54±0,14 0,54±0,12 2,0±0,3 0,28±0,05 6,4 Улугхемский 45 9,3 4,3±0,7 8,2±1,4 1,0±0,2 0,34±0,06 0,19±0,04 0,40±0,07 0,11±0,01 10,8 Западно-Сибирский 159 10,7 8,1±0,8 15,6±1,5 2,2±0,2 0,70±0,06 0,49±0,04 1,7±0,2 0,39±0,03 4,8 Тунгусский 33 12,6 5,1±0,6 6,7±1,0 0,9±0,1 0,49±0,11 0,25±0,05 0,40±0,06 0,10±0,02 12,8 Олонь-Шибирское 40 15,2 10,1±0,9 24,6±1,7 1,81±0,13 0,37±0,03 0,28±0,03 0,89±0,06 0,12±0,009 11,3 Татауровское 31 11,6 2,7±0,8 6,9±1,8 0,46±0,16 0,09±0,05 0,06±0,02 0,33±0,08 0,043±0,011 8,2 Тарбагатайское 34 10,7 4,6±0,7 11,3±1,5 0,79±0,16 0,16±0,03 0,14±0,03 0,48±0,08 0,073±0,013 9,6 Зашуланское 17 7,4 3,0±1,6 8,0±3,2 0,60±0,26 0,12±0,04 0,07±0,02 0,43±0,09 0,060±0,014 7,0 Харанорское 41 10,0 3,8±1,0 10,7±2,0 0,67±0,18 0,091±0,018 0,10±0,02 0,35±0,07 0,055±0,009 10,9 Загустайское 12 17,2 13,6±3,0 28,1±5,7 2,50±0,50 0,47±0,11 0,31±0,07 1,14±0,20 0,150±0,027 11,9 Буртуйское 18 9,5 4,7±0,7 13,6±1,6 1,05±0,13 0,22±0,04 0,15±0,03 0,51±0,06 0,076±0,009 9,2 Окино-Ключевское 11 17,9 16,3±2,6 39,3±5,1 2,9±0,4 0,64±0,09 0,31±0,03 0,93±0,09 0,140±0,015 17,5 Уртуйское 7 7,9 3,9±0,4 9,2±1,1 0,68±0,14 0,073±0,012 0,14±0,02 0,44±0,06 0,055±0,007 8,9 Апсатское 5 12,3 7,4±1,1 19,8±2,8 1,25±0,22 0,25±0,04 0,18±0,04 0,75±0,10 0,103±0,015 9,9 Угольный бассейн, Число Ad, % Содержание элементов, г/т La/Yb месторождение проб La Ce Sm Eu Tb Yb Lu Среднее 1151 10,7±0,9 6,8±1,0 15,1±2,3 1,42±0,22 0,35±0,05 0,26±0,04 0,74±0,12 0,14±0,02 9,2 Угли палеогенового возраста Западно-Сибирский 80 30,3 18,1±0,7 28,5±1,0 3,7±0,2 1,33±0,05 0,55±0,04 2,2±0,1 0,67±0,08 8,2 Талду-Дюргунское 29 19,8 7,3±0,9 6,6±1,1 2,0±0,3 0,71±0,09 0,36±0,05 1,3±0,1 0,73±0,33 5,6 Среднее 109 30,3 18,1±0,7 28,5±1,0 3,7±0,2 1,33±0,05 0,55±0,04 2,2±0,1 0,67±0,08 8,2 Дальневосточный регион Угли позднеюрского-нижнемелового возраста Ерковецкое 23 14,1 10,2±1,4 23,5±3,1 1,8±0,3 0,30±0,06 0,31±0,06 0,95±0,18 0,14±0,03 10,7 Райчихинское 19 13,6 32,5±9,8 59,3±18,4 4,9±1,8 1,05±0,44 1,11±0,43 2,9±1,1 0,42±0,16 11,2 Эльгинское 47 15,5 11,6±1,1 26,4±2,0 1,8±0,2 0,32±0,05 0,25±0,03 0,69±0,14 0,10±0,03 16,8 Ургальское 60 24,1 14,6±1,0 29,2±2,0 2,6±0,2 0,35±0,03 0,37±0,02 1,4±0,1 0,26±0,02 10,4 Липовецкое 4 32,7 16,4±3,3 32,5±3,9 2,2±0,3 0,38±0,03 0,6±0,04 1,4±0,3 0,19±0,04 11,7 Среднее 153 20,0 17,1±4,0 34,2±6,5 2,7±0,6 0,48±0,14 0,53±0,16 1,5±0,4 0,22±0,06 11,4 Угли палеоген-неогенового возраста Шкотовское 5 16,2 11,4±4,3 24,6±8,5 2,8±1,1 0,75±0,27 0,34±0,12 1,1±0,4 0,15±0,05 10,4 Павловское 41 14,2 61,4±12,1 141±40 9,1±1,9 2,24±0,76 2,14±0,75 6,4±2,0 0,83±0,23 9,6 Бикинское 14 17,4 10,1±2,6 21,5±4,6 2,6±0,7 0,55±0,11 0,29±0,05 1,1±0,2 0,15±0,03 9,2 Ушумунское 29 18,9 18,2±2,0 39,6±4,3 2,8±0,3 0,66±0,08 0,37±0,04 0,98±0,08 0,15±0,01 18,6 Яно-Омолойский 20 26,8 10,1±2,0 18,9±3,3 2,3±0,4 0,60±0,10 0,24±0,04 1,0±0,2 0,17±0,03 10,1 Сахалинский 40 16,2 10,3±1,3 24,7±2,8 2,5±0,3 0,58±0,06 0,44±0,05 1,6±0,1 0,26±0,02 6,4 Возновское 6 21,1 17,2±4,6 41,6±8,3 4,3±1,4 0,82±0,26 0,60±0,15 1,9±0,6 0,26±0,07 9,1 Сергеевское 7 15,8 17,0±2,3 31,9±3,5 3,6±0,6 0,49±0,08 0,39±0,08 1,3±0,2 0,23±0,05 13,1 Среднее 162 17,1 19,5±6,1 43,0±14,3 3,8±0,8 0,83±0,21 0,60±0,22 1,9±0,7 0,28±0,08 10,3 Казахстан Угли карбонового возраста Карагандинский 5 13,5 6,0±1,0 15,2±3,2 2,0±0,4 0,63±0,12 0,41±0,10 1,1±0,3 0,22±0,03 5,5 Экибастуз 44 36,9 12,3±0,7 29,6±2,1 2,9±0,2 0,80±0,04 0,56±0,04 2,1±0,2 0,37±0,03 5,9 Среднее 49 25,2 9,2 22,4 2,5 0,72 0,49 1,6 0,30 5,7 Угли юрского возраста Каражыра 8 11,7 10,4±1,8 23,2±4,5 4,9±0,9 1,1±0,2 0,67±0,11 1,9±0,3 0,27±0,05 5,5 Майкубенский 10 22,8 8,8±0,8 23,0±1,8 2,1±0,2 0,61±0,06 0,44±0,05 1,5±0,2 0,24±0,03 5,9 Тургайский 43 26,7 7,8±2,8 18,1±6,6 2,1±0,6 0,62±0,17 0,49±0,12 2,8±0,8 0,46±0,13 2,8 Среднее 61 20,4 9,0 21,4 3,0 0,8 0,5 2,1 0,3 4,4 Монголия Угли карбонового возраста Нурс-Хотгор 94 18,2 18,9±1,9 39,1±2,7 2,7±0,2 0,43±0,02 0,41±0,03 1,7±0,1 0,23±0,02 11,1 Хаар-Тарвагатай 10 18,7 13,1±1,0 36,2±2,9 3,6±0,3 0,49±0,03 0,37±0,03 1,3±0,1 0,23±0,03 10,1 Хундлун 8 9,4 8,1±1,7 26,1±5,7 1,8±0,2 0,34±0,04 0,23±0,03 0,58±0,06 0,097±0,010 14,0 Зээгт 10 12,5 5,1±1,0 15,4±3,5 0,68±0,13 0,18±0,03 0,12±0,02 0,44±0,07 0,075±0,013 11,6 Среднее 122 14,7 11,3±3,0 29,2±5,4 2,2±0,6 0,36±0,07 0,028±0,07 1,0±0,3 0,16±0,04 11,3 Угли пермского возраста Угольный бассейн, Число Ad, % Содержание элементов, г/т La/Yb месторождение проб La Ce Sm Eu Tb Yb Lu Таван-Толгой 10 9,8 5,5±0,5 12,8±1,0 1,0±0,1 0,17±0,01 0,11±0,01 0,46±0,04 0,065±0,006 12,0 Маньт 16 20,2 12,4±1,3 29,8±2,6 2,7±0,2 0,61±0,05 0,51±0,04 1,4±0,1 0,20±0,02 8,9 Увур-Чулуут 5 16,7 10,6±2,8 22,7±4,6 2,5±0,4 0,63±0,20 0,38±0,08 1,6±0,3 0,24±0,05 6,6 Хуренгол 87 38,7 21,9±1,2 46,0±2,5 3,4±0,2 0,65±0,05 0,40±0,02 1,6±0,1 0,23±0,01 13,7 Среднее 118 21,4 12,6±3,4 27,8±7,0 2,4±0,5 0,52±0,12 0,35±0,09 1,3±0,3 0,18±0,04 9,7 Угли юрского возраста Сайхан-Ово 6 9,7 11,8±4,7 25,0±6,7 2,1±0,8 0,54±0,13 0,26±0,05 0,77±0,26 0,11±0,04 15,3 Могойн-Гол 15 14,8 28,1±6,9 51,4±12,5 4,6±1,4 0,79±0,19 0,52±0,15 2,1±0,7 0,34±0,10 13,4 Баянтэг 8 14,8 22,1±3,0 57,6±8,8 3,2±1,3 1,07±0,19 0,70±0,09 2,1±0,3 0,35±0,05 10,5 Шарынгол 29 13,1 13,1±1,1 42,1±2,9 3,3±0,3 0,55±0,05 0,53±0,05 2,3±0,2 0,35±0,03 5,7 Среднее 58 13,1 18,8±3,9 44,0±7,1 3,3±0,5 0,74±0,13 0,50±0,09 1,8±0,4 0,29±0,06 10,4 Угли нижнемелового возраста Алаг-Того 10 28,6 11,0±1,6 30,2±4,9 2,7±0,6 0,62±0,11 0,38±0,07 0,94±0,17 0,12±0,02 11,7 Адун-Чулун 6 11,3 9,2±7,6 11,3±5,3 0,69±0,2 0,30±0,14 0,20±0,12 0,79±0,5 0,06±0,01 11,6 Тугрикнуурское 7 13,3 9,6±2,6 19,0±6,3 1,4±0,3 0,34±0,11 0,23±0,07 0,56±0,11 0,08±0,02 17,1 Шивэ-Ово 28 14,4 8,3±3,5 18,7±5,9 1,1±0,3 0,18±0,07 0,19±0,06 0,75±0,18 0,10±0,03 11,1 Чандган Тал 12 18,0 6,3±1,7 15,4±3,5 1,2±0,3 0,50±0,19 0,18±0,06 0,79±0,21 0,12±0,04 8,0 Среднее 65 15,7 8,1±1,0 17,2±3,1 1,3±0,3 0,35±0,08 0,22±0,04 0,70±0,08 0,09±0,01 11,6 Северный Китай Угли карбонового возраста Хан-Хинг 167 12,4 33,6 58,2 4,55 0,88 0,6 1,98 0,31 16,9 Джунгар 1038 18,3 34,8 64,5 4,49 0,87 0,65 2,12 0,32 16,4 Нингву 1046 18,6 23 39,5 3,13 0,57 0,53 1,55 0,23 14,8 Сонгшан 10 21,2 44,5 116,9 30,7 6,05 3,24 4,62 0,6 9,6 Янчжоу 73 23,5 21,2 37,1 3,3 0,7 0,4 1,2 0,2 19,6 Шихьюгоу 21 13,4 30,8 59,1 5,4 1,1 0,7 1,7 0,32 18,1 Среднее 2355 17,9 31,3±3,5 62,6±11,8 8,6±4,3 1,7±0,9 1,0±0,5 2,2±0,5 0,33±0,06 14,2 Угли юрского возраста Хокстолгай 32 5 10,5 24,8 2,28 0,61 0,32 1,09 0,16 9,6 Ике 41 35,5 47,1 87,2 6,62 1,36 0,87 2,59 0,39 18,2 Татуо 25 26,4 42,8 87,7 6,79 1,19 0,84 2,21 0,33 19,4 Хидатен 31 22,4 21,6 49,0 4,01 4,03 2,09 1,42 1,4 15,2 Шенгли 15 9,2 5,8 12,1 1,17 0,23 0,14 0,43 0,07 13,5 Юминь 32 5,3 3,7 7,2 0,56 0,12 0,09 0,34 0,05 10,9 Хуанглинг 28 21,4 9,16 18,4 1,68 2,63 0,22 0,7 0,1 13,1 Нингдонг 32 24,5 15,3 29,7 2,68 0,69 0,36 1,03 0,15 14,8 Южань 38 8,7 6,21 12,7 1,23 0,46 0,43 0,59 0,24 14,7 Среднее 274 17,6 18,0±5,4 36,5±10,5 3,0±0,8 1,3±0,4 0,6±0,2 1,2±0,3 0,3±0,1 15,0 Среднее для углей Северной Азии 7189 18,4 14,7±1,9 31,4±3,6 3,1±0,5 0,77±0,12 0,46±0,06 1,5±0,15 0,27±0,04 9,9 Среднее для золы углей Северной Азии 7189 80,1 170,6 16,8 4,2 2,5 8,1 1,5 9,9 Угольный бассейн, Число Ad, % Содержание элементов, г/т La/Yb месторождение проб La Ce Sm Eu Tb Yb Lu Среднее для углей США1 >5 000 13,1 12,0 21,0 1,7 0,40 0,3 0,95 0,14 12,6 Среднее для углей Китая2 392 22,5 46,7 4,07 0,84 0,62 2,08 0,38 10,8 Кларк для углей3 8 400 11,0 23,0 2,0 0,47 0,32 1,0 0,20 11,0 Кларк для золы углей3 8 400 69 130 13 2,5 2,1 6,2 1,2 11,1 Кларк ЗК4 32,0 63,0 5,7 1,3 0,89 2,5 0,51 12,8 Примечание: 1 - [Finkelman, 1993]; 2 - [Dai et al., 2012]; 3 - [Ketris, Yudovich, 2009]; 4 - [Grigor'ev, 2003]. Note: 1 - [Finkelman, 1993]; 2 - [Dai et al., 2012]; 3 - [Ketris, Yudovich, 2009]; 4 - [Grigor'ev, 2003]. Закономерности распределения РЗЭ Латеральная неоднородность Закономерности латерального распределения РЗЭ в углях достаточно сложно поддаются анализу. РЗЭ неравномерно распределены в углях как в целом по региону, так и в пределах отдельных бассейнов. Региональные закономерности выражены в обогащении в целом углей в пределах блоков земной коры, геохимически специализированных на РЗЭ. К таковым можно отнести некоторые угольные месторождения Северного Китая, Западной Монголии, Курайское месторождение, Минусинский, Кузнецкий и Иркутский угольные бассейны в Сибири, несколько месторождений Приморья (Дальний Восток). В пределах бассейнов и месторождений латеральная изменчивость проявлена не менее отчетливо. Так, в Кузбассе сумма РЗЭ и содержание отдельных лантаноидов в углях разных геолого-экономических районов различается в 2-5 раз (рис. 2). При этом природа таких различий связана не только с положением угленосных районов относительно областей питания бассейна угленакопления, отличающихся разным содержанием РЗЭ, но и с разными стратиграфическими уровнями изученных угленосных районов [Арбузов и др., 1997]. Влияние стратиграфического положения исследуемых углей на неоднородность распределения лантаноидов в пределах бассейна в целом обусловлено различным вкладом пирокластики щелочного и кислого состава в разные периоды формирования угленосной толщи. Рис. 2. Распределение La и Yb в углях Кузнецкого бассейна по геолого-промышленным районам Fig. 2. Distribution of La and Yb in coal Kuznetsk basin by geological and industrial areas Рис. 3. Распределение суммы РЗЭ (La, Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu) в золе угля в различных месторождениях Канско-Ачинского бассейна 1 - Сумма РЗЭ, г/т; 2 - контуры месторождений; 3 - контур угольного бассейна Fig. 3. Distribution of the sum REE (La, Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu) in coal ash in various deposits of the Kansk-Achinsk basin 1 - Sum REE, г/т; 2 - contours of deposits; 3 - coal basin contour Рис. 4. Распределение La и Yb в угле (А) и золе угля (В) пласта Двухаршинный Черногорского месторождения (Минусинский бассейн) Fig. 4. Distribution of La and Yb in coal (А) and coal ash (В) of Dvukharshinnyy layer of the Chernogorsky deposit (Minusinsk basin) В Канско-Ачинском бассейне, протянувшемся с запада на восток более чем на 800 км, среднее содержание суммы лантаноидов (La, Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu) в золе угля изменяется от 35 до 880 г/т (см. рис. 3). Здесь основные различия обусловлены преимущественно особенностями состава области питания бассейна угленакопления. Аномально высокие содержания РЗЭ связаны с наличием непосредственно вблизи угольных месторождений гранитоидных массивов [Арбузов и др., 2008]. Исследование латеральной изменчивости содержаний РЗЭ в углях в границах отдельных пластов в Минусинском бассейне показало отсутствие ярко выраженных закономерностей латерального распределения [Арбузов и др., 2003]. В то же время в золах углей содержания отчетливо снижаются от периферии месторождения к центру (см. рис. 4). Эти факты указывают на определенную роль водных растворов в накоплении РЗЭ в углях, как и в предыдущих примерах, подчеркивают влияние фактора петрофонда на их накопление. Подобные закономерности распределения характерны для многих, особенно для углефильных, элементов [Юдович, Кетрис, 2006]. Вертикальная неоднородность Вертикальная изменчивость проявлена более ярко, чем латеральная. В разрезе угленосной толщи Кузбасса и в Минусинском бассейне в пределах угленосных серий отмечено отчетливо выраженное увеличение содержания суммы РЗЭ от нижних свит к верхним [Арбузов и др., 1997, 2000, 2003]. Отношение La/Yb при этом также возрастает, указывая на преимущественно кластогенный механизм поступления РЗЭ в угли. Та же особенность в целом отмечается и для бурых углей Канско-Ачинского бассейна [Арбузов и др., 2008]. Из-за большой протяженности бассейна вертикальная изменчивость трудно поддается анализу. Средние данные по свитам не дают надежных свидетельств, так как здесь сильно влияние площадной неоднородности (см. рис. 3). Последняя обусловлена неоднородным составом областей питания отдельных районов бассейна. Изучение же всего разреза на пространственно сближенных месторождениях невозможно в связи с ограниченной мощностью вскрытых отложений. Наиболее надежные данные получены для бородинской свиты в Бородинском месторождении. Здесь вскрыто 10 угольных пластов. Вверх по разрезу одновременно с ростом зольности возрастает и содержание РЗЭ. Но содержание РЗЭ в золе угля также растет снизу вверх по разрезу (рис. 5). Это указывает либо на изменение состава области сноса в направлении более богатых РЗЭ пород и/или на увеличение аквагенного поступления элементов в палеоторфяник. Никакого подтверждения изменения состава области питания Канско-Ачинского бассейна в процессе его формирования нет [Тимофеев, 1970]. В то же время просматривается взаимосвязь содержаний РЗЭ в золе угля с мощностью угольных пластов. Наиболее богаты РЗЭ маломощные пласты, что типично для уг-лефильных элементов [Юдович, Кетрис, 2002]. Обогащение маломощных пластов углефильными элементами по сравнению с более мощными обусловлено их привносом с водными растворами и обогащением припочвенной и прикровельной зоны пласта. Мощность приконтактовых зон, как правило, невелика, составляет первые десятки сантиметров или даже несколько сантиметров. Она не зависит от мощности пласта. В связи с этим доля приконтакто-вых зон в обогащении мощных пластов незначительна по сравнению с их ролью при обогащении маломощных пластов. В пределах единичного угольного пласта распределение лантаноидов часто весьма неравномерно и определяется ролью различных факторов, ответственных за накопление РЗЭ в углях. При отсутствии следов субсинхронного вулканизма в угольном пласте простого строения отчетливо проявляется «закон Зильберминца» [Павлов, 1966], выраженный в накоплении наиболее высоких содержаний РЗЭ в верхней и нижней частях угольного пласта в прикровельной и припочвенной зонах. В этих зонах отмечено резкое понижение отношения La/Yb. Такой характер распределения указывает на участие в накоплении РЗЭ в углях их водорастворимых форм. В случае наличия в угольном пласте субсинхронного древнему торфонакоплению пирокластического материала, преобразованного в каолинитовые прослои - тонштейны, в разрезе пласта вблизи тон-штейнов формируются ярко выраженные аномалии РЗЭ (рис. 6). Контрастность аномалий обычно определяется первичным составом вулканогенной пиро-кластики, а их число в пласте - периодичностью и характером извержений. На рис. 6 отмечены две аномалии, связанные с тонштейнами, и две прикон-тактовые гидрогенные аномалии. В других случаях при наложении различных факторов накопления РЗЭ в углях их распределение в колонке угольного пласта могут быть весьма сложными. В сложных по строению пластах обычно имеет место повторение распределения от одной угольной пачки к другой. Пепловые горизонты также представляют собой породные прослои, в основном малой мощности, но часто контрастные по содержанию РЗЭ. В связи с этим на границе таких прослоев также проявлен «закон Зильберминца». Факт обогащения приконтактовых участков тонштейнов замечен давно и интерпретируется большинством исследователей как результат водной миграции элементов [Zielinski, 1985; Crowley et al., 1989; Hower at al., 1999 и др.]. Условия накопления РЗЭ в углях Природа накопления РЗЭ в углях разнообразна. В целом можно выделить три ведущих фактора, ответственных за накопление РЗЭ в углях: фактор петрофон-да (особенности состава пород области питания бассейна угленакопления), фактор субсинхронного древнему торфонакоплению вулканизма и эпигенетический фактор, ответственный за преобразование угля в процессе углефикации и в процессе вторичного гипергенного окисления. Важным также является гидрогеохимический фактор, ответственный за перераспределение РЗЭ внутри угленосной толщи, но его роль во многом предопределена фактором петрофонда. Факторы, контролирующие накопление РЗЭ в углях Фактор петрофонда, как правило, имеет значение для всех угольных месторождений и определяет геохимический фон РЗЭ в углях. Всегда и во всех бассейнах и месторождениях проявлена роль фактора петро-фонда, обычно определяющего фоновые уровни накопления РЗЭ. Показателем этого фактора является характер латерального распределения элементов, демонстрирующий избыточное накопление РЗЭ на участках бассейна, месторождения или отдельного угольного пласта, приближенных к источникам, обогащенным этими элементами. Одновременно в этом процессе участвует и гидрогеохимический фактор, с которым связано поступление водорастворимых форм лантаноидов, обусловливающих накопление повышенных их концентраций на периферии месторождений, в приконтактовых зонах угольных пластов. Эту особенность распределения редких элементов, в том числе La, в угольных бассейнах и месторождениях отметил еще в 1966 г. Ю.Е. Баранов [Баранов, 1966]. Fig. 5. Distribution of sum REE in coal ash of coal layer in the section of borodin suite Borodin deposit (Kansk-Achinsk basin) i-I-I-Г 200 400 Рис. 5. Распределение суммы РЗЭ золе угля в угольных пластах в разрезе бородинской свиты Бородинского месторождения (Канско-Ачинский бассейн) Рис. 6. Распределение лантана и иттербия в угле в разрезе пласта Двухаршинный (Черногорское месторождение, Минусинский бассейн) Fig. 6. Distribution of La and Yb in coal in the section of Dvukharshinnyy layer (Chernogorsky deposit, Minusinsk basin) Угольные месторождения, залегающие вблизи массивов горных пород, обогащенных РЗЭ, также обогащены ими. Доказательством сингенетичного накопления лантаноидов в связи с фактором петрофонда могут быть факты наличия аномалий в современных торфяниках, залегающих вблизи массивов горных пород, обогащенных РЗЭ. Имеются немногочисленные данные об аномальном накоплении лантаноидов в современных торфяниках. Показательны результаты финских исследователей, изучивших 399 образцов торфа из 26 болот Финляндии, залегающих на гранитах и архейских сланцах [Yliru-okanen, Lehto, 1995]. Полученные данные показывают отчетливо выраженную связь содержания лантаноидов с составом подстилающих пород. Наиболее высокие концентрации изученных редкоземельных элементов (La, Ce, Pr, Nd, Sm и Y) установлены в торфах, залегающих на гранитах рапакиви, наименьшие - на архейских гнейсах. При этом максимумы концентраций тяготеют к основанию торфяной залежи. Сумма изученных лантаноидов в золе торфа, залегающего на гранитах рапакиви, в среднем составляет 1 288 г/т при частных значениях, достигающих для

Ключевые слова

уголь, Северная Азия, редкоземельные элементы, закономерности распределения, условия накопления, формы нахождения, Coals, North Asia, rare earth elements, average content, distribution patterns, accumulation conditions, modes of occurrence

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Чекрыжов Игорь ЮрьевичДальневосточный геологический институт ДВО РАНнаучный сотрудник, лаборатория геохимииchekr2004@mail.ru
Иванов Владимир ВикторовичДальневосточный геологический институт ДВО РАНкандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией микро- и нано-исследованийd159327@yandex.ru
Блохин Максим ГеннадьевичДальневосточный геологический институт ДВО РАНкандидат биологических наук, заместитель директора по научной работеblokhin@fegi.ru
Зарубина Наталья ВладимировнаДальневосточный геологический институт ДВО РАНнаучный сотрудник, лаборатория аналитической химииzarubina@fegi.ru
Арбузов Сергей ИвановичТомский политехнический университетдоктор геолого-минералогических наук, профессор, кафедра геоэкологии и геохимииsiarbuzov@mail.ru
Ильенок Сергей СергеевичТомский политехнический университетассистент, кафедра геоэкологии и геохимииilenokss@rambler.ru
Сунь ЮйчжуанХэбэйский инженерный университетпрофессор, Совместный инновационный центр угольной эксплуатации Хэбэяsun_yz@hotmail.com
Жао ЦунлянХэбэйский инженерный университетдоцент, Совместный инновационный центр угольной эксплуатации Хэбэяcunliang909@163.com
Машенькин Валерий СеменовичЧингис-хан Банкдиректор, отдел горных проектов Чингис-хан Банка. Улан-Баторmashenikin@mail.ru
Всего: 9

Ссылки

Арбузов С.И., Ершов В.В., Поцелуев А.А., Рихванов Л.П., Советов В.М. Редкоземельные элементы и скандий в углях Кузбасса // Литология и полезные ископаемые. 1997. № 3. С. 315-326
Арбузов С.И., Ершов В.В., Поцелуев А.А., Рихванов Л.П. Редкие элементы в углях Кузнецкого бассейна. Кемерово : Изд-во КПК, 2000. 246 с
Арбузов С.И., Ершов В.В., Рихванов Л.П., Усова Т.Ю., Кяргин В.В., Булатов А. А., Дубовик Н.Е. Редкометалльный потенциал углей Минусинского бассейна. Новосибирск : Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2003. 347 с
Арбузов С.И., Ершов В.В. Геохимия редких элементов в углях Сибири. Томск : Д-Принт, 2007. 468 c
Арбузов С.И., Машенькин В.С. Зона окисления угольных месторождений - перспективный источник благородных и редких металлов (на примере месторождений Центральной Азии) // Проблемы и перспективы развития минерально-сырьевой базы и предприятий ТЭК Сибири : материалы межрегион. науч.-практ. конф. Томск : Изд-во ТПУ, 2007. С. 26-31
Арбузов С.И., Волостнов А.В., Ершов В.В., Рихванов Л.П., Миронов В. С., Машенькин В.С. Геохимия и металлонос-ность углей Красноярского края. Томск : STT, 2008. 300 с
Арбузов С.И., Кикина Е.В., Чекрыжов И.Ю., Блохин М.Г., Иванов В.В. Вулканогенный пирокластический материал -источник редких металлов в углях Возновского буроугольного месторождения, Приморский край, Россия // Материалы Всероссийской конференции «Комплексное использование потенциала каменных и бурых углей и создание комбинированных экологически безопасных технологий их освоения» 20-22 сентября 2017 г., г. Благовещенск. Благовещенск, 2017. C. 95-99
Баранов Ю.Е. Редкие элементы в угленосных формациях // Геохимия, минералогия и генетические типы месторождений редких элементов. Т. 3: Генетические типы месторождений редких элементов. М. : Наука, 1966. С. 736-754
Гольшмидт В.М., Петерс К. О накоплении редких элементов в каменных углях // Сборник статей по геохимии редких элементов: пер. с нем. М. : Ред. горно-топливной и геолого-разведочной литературы, 1938. С. 41-53
Горький Ю.И. Основные закономерности распространения германия в ископаемых углях (на примере Минусинского бассейна) : дис. ... канд. геол.-минерал. наук. Минск, 1972. 184 с
Ильенок С. С., Арбузов С.И. Минеральные формы редких элементов в углях и золах углей Азейского месторождения Иркутского угольного бассейна // Известия Томского политехнического университета. 2016. Т. 327, № 2. С. 6-20
Кизильштейн Л.Я. Экогеохимия элементов-примесей в углях. Ростов н/Д : Изд-во СКНЦ ВШ, 2002. 296 с
Костерин А.В., Королев Д.Ф., Кизюра В.Е. Редкие земли в Чехезском буроугольном месторождении // Геохимия. 1963. № 7. С. 694-695
Кузеванова Е.В. Металлоносность углей кайнозойских буроугольных месторождений Приморья : дис. ... канд. геол.-минерал. наук. СПб., 2014. 134 с
Павлов А.В. Вещественный состав золы углей некоторых районов Западного Шпицбергена // Ученые записки некоторых районов НИИГА. Региональная геология. 1966. Вып. 8. С. 128-136
Рихванов Л.П., Арбузов С.И., Бат-Улзий Д., Гэрэл О., Гарамжав Д. Радиогеохимические особенности щелочных грани-тоидов Хан-Богдинского типа Монголии и их редкометалльное оруденение //Современные проблемы геологии и разведки полезных ископаемых: Международная конференция, посвященная 80-летию основания в Томском политехническом университете первой в азиатской части России кафедры «Разведочное дело» : материалы науч. конф. Томск, НИ ТПУ, 5-8 октября 2010 г. Томск : Изд-во ТПУ, 2010. C. 85-91
Рыбалко В.И., Арбузов С.И. Прогнозно-геохимическая оценка металлоносности углей Ирана // Вестник науки Сибири. 2011. № 1. С. 19-22
Рыбалко В.И., Арбузов С.И., Волостнов А.В. Металлоносность углей Ирана // Известия Томского политехнического университета. 2013. Т. 322, № 1. С. 83-90
Рыбалко В.И., Арбузов С.И. Влияние угольного метаморфизма на поведение Sc, REE, Th, U в углях Табасского бассейна, Иран // Геохимия литогенеза : материалы Российского совещания с международным участием (Сыктывкар, Республика Коми: 17-19 марта 2014 г.). Сыктывкар : Геопринт, 2014. С. 221-222
Середин В.В. О новом типе редкоземельного орудения кайназойских угленосных впадин // Доклады Академии наук СССР. 1991. Т. 320, вып. 6. С. 1446-1450
Середин В.В., Магазина Л. О. Минералогия и геохимия ископаемой древесины Павловского буроугольного месторождения (Приморье) // Литология и полезные ископаемые. 1999. № 3. С. 281-286
Середин В.В., Шпирт М.Я. Редкоземельные элементы в гуминовом веществе металлоносных углей // Литология и полезные ископаемые. 1999. № 3. С. 281-286
Середин В.В. Основные закономерности распределения редкоземельных элементов в углях // Доклады Академии наук. 2001. Т. 377, № 2. С. 239-243
Середин В.В. Металлоносность углей: условия формирования и перспективы освоения // Угольная база России. Т. VI (Сводный, заключительный): Основные закономерности углеобразования и размещения угленосности на территории России. М. : Геоинформ-марк, 2004. 779 с
Середин В.В. Редкоземельные элементы в германиеносных пластах месторождения «Спецугли», Приморье // Геология рудных месторождений. 2005. № 3. С. 265-283
Середин В.В., Кременецкий А. А., Копнева Л. А. Новый тип гидротермальной иттриевоземельной минерализации в кайнозойских рифтогенных структурах Приморья // Прикладная геохимия. Вып. 7: Минералогия, геохимия и генетические типы месторождений. Кн. 1: Минералогия и геохимия. М.: ИМГРЭ, 2005. С. 57-77
Середин В.В., Чекрыжов И.Ю. Рудоносность Ванчинского грабена (Приморье) // Геология рудных месторождений. 2011. Т. 53, № 3. С. 230-249
Тимофеев П.П. Юрская угленосная формация Южной Сибири и условия ее формирования // Труды ГИН АН СССР. М. : Наука, 1970. Вып. 198. 208 с
Чекрыжов И.Ю., Середин В.В., Арбузов С.И. Редкоземельные элементы и уран в углях Раковской впадины, Южного Приморья // Материалы V Международной конференции: Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека. г. Томск, 13-16 сентября 2016 г. Томск : STT, 2016а. С. 703-706
Чекрыжов И.Ю., Трач Г.Н., Нечаев В.П., Высоцкий С.В., Трач Д.А. Редкоземельное оруденение в угленосных районах Южного Приморья // Материалы третьей Всероссийской научной конференции с международным участием: Геологические процессы в обстановках субдукции, коллизии и скольжения литосферных плит. г. Владивосток, 20-22 сентября 2016 г. Владивосток : ДВГИ, 2016б. С. 381-383
Чекрыжов И.Ю., Трач Г.Н., Нечаев В.П., Высоцкий С.В., Тарасенко И. А. Редкоземельные угли Приморья // Материалы Всероссийской конференции «Комплексное использование потенциала каменных и бурых углей и создание комбинированных экологически безопасных технологий их освоения» 20-22 сентября 2017 г., г. Благовещенск. Благовещенск, 2017. С. 113-115
Шишов Е.П., Чернышев А. А. Металлоносность бурых углей Средне-Амурской угленосной площади // Региональная геология и металлогения. 2017. № 69. С. 96-106
Шпирт М.Я., Середин В.В., Горюнова Н.П. Формы соединений редкоземельных элементов в углях // Химия твердого топлива. 1999. № 3. С. 91-99
Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Неорганическое вещество углей. Екатеринбург : НИСО УрО РАН, 2002. 420 с
Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Ценные элементы-примеси в углях. Екатеринбург : Изд-во УрО РАН, 2006. 538 с
Arbuzov S.I., Volostnov A.V., Mezhibor A.M., Rybalko V.I., Ilenok S.S. Scandium (Sc) geochemistry of coals (Siberia, Russian Far East, Mongolia, Kazakhstan, and Iran) // International Journal of Coal Geology. 2014. V. 125. P. 22-35
Arbuzov S.I., Mezhibor A.M., Spears D.A., Ilenok S.S., Shaldybin M.V., Belaya E.V. Nature of Tonsteins in the Azeisk Deposit of the Irkutsk Coal Basin (Siberia, Russia) // International Journal of Coal Geology. 2016a. V. 152. P. 99-111. doi: 10.1016/j.coal.2015.12.001
Arbuzov S.I., Ilenok S.S., Mashenkin V.S., Sun Yuzhuang, Zhao Cunliang, Blokhin M.G., Ivanov V.V., Zarubina N.V. Rare Earth Elements in the late Paleozoic coals of Northern Asia (Siberia, Northern China, Mongolia, Kazakhstan) // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering. 2016b. V. 327, № 8. P. 74-88
Arbuzov S.I., Maslov S.G., Finkelman R.B., Mezhibor A.M., Ilenok S.S., Blokhin M.G., Peregudina E.V. Modes of occurrence of Rare earth elements in peat from Western Siberia // Journal of Geochemical Exploration. 2018. V. 184. P. 40-48. doi: 10.1016/j.gexplo.2017.10.012
Chen J., Liu G., Li H., Wu B. Mineralogical and geochemical responses of coal to igneous intrusion in the Pansan Coal Mine of the Huainan coalfield, Anhui, China // International Journal of Coal Geology. 2014. V. 124. P. 11-35
Crowley S.S., Stanton R.W., Ryer T.A. The effects of volcanic ash on the maceral and chemical composition of the C coal bed, Emery Coal Field, Utah // Organic Geochemistry. 1989. V. 14. P. 315-331
Dai S., Zhou Y., Ren D., Wang X., Li D., Zhao L. Geochemistry and mineralogy of the Late Permian coals from the Songzao Coalfield, Chongqing, southwestern China // Science in China Series D: Earth Science. 2007. № 50. P. 678-688
Dai S., Li D., Chou C.-L., Zhao L., Zhang Y., Ren D., Ma Y., Sun Y. Mineralogy and geochemistry of boehmite-rich coals: new insights from the Haerwusu Surface Mine, Jungar Coalfield, Inner Mongolia, China // International Journal of Coal Geology. 2008. V. 74. P. 185-202
Dai S., Zhou Y., Zhang M., Wang X., Wang J., Song X., Jiang Y., Luo Y., Song Z., Yang Z., Ren D. A new type of Nb (Ta)-Zr(Hf)-REE-Ga polymetallic deposit in the late Permian coal-bearing strata, eastern Yunnan, southwestern China: possible economic significance and genetic implications // International Journal of Coal Geology. 2010. V. 83. P. 55-63
Dai S., Wang, X., Zhou Y., Hower J.C., Li D., Chen W., Zhu X. Chemical and mineralogical compositions of silicic, mafic, and alkali tonsteins in the late Permian coals from the Songzao Coalfield, Chongqing, Southwest China // Chemical Geology. 2011. V. 282. P. 29-44
Dai S., Ren D., Chou C.-L., Finkelman R.B., Seredin V.V., Zhou Y. Geochemistry of trace elements in Chinese coals: a review of abundances, genetic types, impacts on human health, and industrial utilization // International Journal of Coal Geology. 2012. V. 94. P. 3-21
Dai S., Li T., Seredin V.V., Ward C.R., Hower J.C., Zhou Y., Zhang M., Song X., Song W., Zhao C. Origin of minerals and elements in the Late Permian coals, tonsteins, and host rocks of the Xinde Mine, Xuanwei, eastern Yunnan, China // International Journal of Coal Geology. 2014a. V. 121. P. 53-78
Dai S., Luo Y., Seredin V.V., Ward C.R., Hower J.C., Zhao L., Liu S., Zhao C., Tian H., Zou J. Revisiting the late Permian coal from the Huayingshan, Sichuan, southwestern China: Enrichment and occurrence modes of minerals and trace elements // International Journal of Coal Geology. 2014b. V. 122. P. 110-128
Dai S., Chekryzhov I.Y., Seredin V.V., Nechaev V.P., Graham I.T., Hower J.C., Ward C.R., Ren D., Wang X. Metalliferous coal deposits in East Asia (Primorye of Russia and South China): a review of geodynamic controls and styles of mineralization // Gond-wana Research. 2016a. V. 29. P. 60-82. doi:10.1016/j.gr.2015.07.001
Dai S., Yan X., Ward C.R., Hower J.C., Zhao L., Wang X., Zhao L., Ren D., Finkelman R.B. Valuable elements in Chinese coals: a review // International Geology Review. 2016b. P.1-31. doi.:10.1080/00206814.2016.1197802
Dai S., Grahamc I.T., Ward C.R. A review of anomalous rare earth elements and yttrium in coal // International Journal of Coal Geology. 2016c. V. 159. P. 82-95
Finkelman R.B. Trace and minor elements in coal // Organic Geochemistry / eds. by M.H. Engel, S. Macko. New York : Plenum, 1993. P. 593-607
Hower J.C., Ruppert L.F., Eble C.F. Lanthanide, yttrium, and zirconium anomalies in the Fire Clay coal bed, Eastern Kentucky // International Journal of Coal Geology. 1999. V. 39. P. 141-153
Hower J.C., Eble C.F., Dai S., Belkin H.E. Distribution of rare earth elements in eastern Kentucky coals: Indicators of multiple modes of enrichment? // International Journal of Coal Geology. 2016. V. 160-161. P. 73-81
Huang W., Yang Q., Tang D., Tang X., Zhao Z. Rare earth element geochemistry of Late Paleozoic coals in North China // Acta Geologica Sinica. 2000. V. 74 (1). P. 74-83
Ketris M.P., Yudovich Ya.E. Estimations of Clarkes for carbonaceous biolithes: world average for trace element contents in black shales and coals // International Journal of Coal Geology. 2009. V.78. P. 135-148
Mardon S.M., Hower J.C. Impact of coal properties on coal combustion by-product quality: examples from a Kentucky power plant // International Journal of Coal Geology. 2004. V. 59. P. 153-169
Seredin V.V. Rare earth element-bearing coals from the Russian Far East deposits // International Journal of Coal Geology. 1996. V. 30. P. 101-129
Seredin V.V., Finkelman R.B. Metalliferous coals: a review of the main genetic and geochemical types // International Journal of Coal Geology. 2008. V. 76. P. 253-289
Seredin V.V., Dai S. Coal deposits as potential alternative sources for lanthanides and yttrium // International Journal of Coal Geology. 2012. V. 94. P. 67-93
Seredin V.V., Dai S., Sun Y., Chekryzhov I.Yu. Coal deposits as promising sources of rare metals for alternative power and energy-efficient technologies // Applied Geochemistry. 2013. V. 31. P. 1-11
Yliruokanen I., Lehto S. The occurrence of rare earth elements in some Finnish mires // Bull. Geol. Soc. Finland. 1995. V. 67. P. 27-38
Zielinski R.A. Element mobility during alteration of silicic ash to kaolinite - a study of tonstein // Sedimentology. 1985. V. 32. P. 567-579
 Редкоземельные элементы (La,Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu) в углях Северной Азии (Сибирь, российский Дальний Восток, Северный Китай, Монголия, Казахстан | Геосферные исследования. 2017. № 4. DOI: 10.17223/25421379/5/1

Редкоземельные элементы (La,Ce, Sm, Eu, Tb, Yb, Lu) в углях Северной Азии (Сибирь, российский Дальний Восток, Северный Китай, Монголия, Казахстан | Геосферные исследования. 2017. № 4. DOI: 10.17223/25421379/5/1