Mineralogical characteristics of Uskol Lake sediments (Republic of Khakassia).pdf Введение Вопросам изучения соленых озер посвящено множество работ [Базарова и др., 2011; Zamana, Borzenko, 2010; Attia, 2013; Kolpakova et al., 2019, 2020; Strakhovenko et al., 2020]. Достаточно часто освящаются вопросы формирования различных типов озер, факторы образования эвапоритовых осадков и соляных месторождений [Валяшко, 1962; Ча-рыкова, Чарыков, 2003; Borzenko, Shvartsev, 2019; Sinha, Raymahashay, 2004; Warren, 2006; Borzenko, 2020]. Встречаются работы, результаты которых направлены на изучение эволюции рассолов, особенностей изменения палеоклимата различных территорий [Солотчина и др., 2012; Chao et al., 2009; Roop et al., 2015; Richoz et al., 2017; Abdi et al., 2018]. При изучении современных литературных данных отмечается, что наиболее часто в публикациях встречаются данные по химическому составу вод соленых озер, накоплению и распределению микро- и макрокомпонентов в озерных водах различных типов, в том числе и водоемов Республики Хакасия [Рогозин, 2018; Parnachev et al., 1999; Par-nachev, Degermendzhy, 2002; Banks et al., 2001, 2004, 2008]. Целью данной работы является детальная диагностика минеральных видов соленых озер (на примере озера Усколь), с использованием современных инструментальных методов, а также установление последовательности формирования минералов и оценка степени влияния подземных и поверхностных вод на накопление минералов разных групп - оксидов, алюмосиликатов, карбонатов, сульфатов и галоидов. Характеристика района и объекта исследований Озеро Усколь относится к группе соленых озер Южно-Минусинской котловины (Республика Хакасия, Россия), расположенных в степной зоне на территории Уйбатской степи в непосредственной близости к г. Абакану (рис. 1). Выбор озера Усколь в качестве объекта исследования обусловлен его территориальным расположением в высоких широтах (53-54 с.ш.), где характерны ярко выраженные колебания солнечной активности и сезонные колебания температур. Климат изучаемого района семиаридный, он характеризуется холодной зимой и жарким засушливым летом. Минимум атмосферных осадков выпадает в степных зонах, особенно мало на территории Уйбатской степи (220-240 мм в год). Стоит отметить, что на данной территории отмечается повышенная ветровая активность. Это способствует переносу обломочных частиц в котловины озер. Морфологически озеро Усколь состоит из трех водоемов размерами 1 200 х 1 036 м, 347 х 650 м и 674 х 815 м. Эта система водоемов уникальна тем, что два из них периодически пересыхают. Это обстоятельство позволяет детально изучить их дно. Максимальная глубина озера в некоторых его участках достигает 3 м. Осадки водоема представлены современными аллювиально-делювиальными глинами и илами с эоловой составляющей [Котельников и др., 2018]. Средняя скорость осадконакопления оценивается в 2 мм в год [Рогозин, 2018]. Это позволяет предполагать, что изученный разрез (до глубины 1 м) отражает геологическую историю на протяжении около 500 лет. В качестве источников осадочного материала рассматрива- © Хрущева М.О ., Дутова Е .М ., Тишин П. А., Никитенков А.Н., Чернышов А.И ., Архипов А. Л., 2021 DOI: 10.17223/25421379/19/3 ются как подстилающие, так и обрамляющие отложе- ленные зелеными пепловыми туфами и песчаниками с ния самохвальской свиты (ранний карбон), представ- небольшими прослоями известняков. Рис. 1. Карта-схема расположения озера Усколь, совмещенная с картой фактического материала Примечание. Точки 6.1-6.8 (черные) - озерные осадки, отобранные по профилю через 50 м друг от друга. Точки 1, 2, 7 и Х-202 (синие) - пробы воды Fig. 1. Schematic map of the location of Uskol Lake and sampling spots Note. Points 6.1-6.8 (black) - lacustrine sediments sampled at each 50 m along the profile. Points 1, 2, 7 and X-202 (blue) - water samples Материалы и методы Пробоотбор осуществлялся с использованием бура диаметром 12 см по профилю в юго-западном - се-Отбор проб. Отбор проб твердых озерных осад- веро-восточном направлении, по пересыхающей чаков проводился в засушливый летний период 2018 г. сти озера (по перемычке между двумя водоемами) (см. рис. 1). Профиль представляет собой последовательные точки отбора образцов, располагающиеся через каждые 50 м друг от друга. Из каждой точки профиля также отбиралось 10 проб от поверхности до глубины 1 м (через каждые 10 см). В работе приводятся результаты и их обсуждение по данным профиля от точки 6.1 до точки 6.8, где точка 6.1 располагается непосредственно на береговой линии, а все последующие точки - через 50 м от предыдущей, заключительная точка 6.8 расположена в 350 м от береговой линии водоема (рис. 1). Для изучения геохимических особенностей, а также минералообразующей способности водных средств были отобраны пробы поверхностных озерных вод (обр. 1 и 2). Кроме того, привлекались материалы ранее проведенных исследований по поверхностным водам озера Усколь (обр. 7) [Banks et al., 2001] и (обр. Х-202) [Parnachev, Degermendzhy, 2002] , также для характеристики подземных вод нижнекаменноугольного водоносного комплекса использовались данные (обр. Х-203), полученные в результате проведения хоздоговорных работ сотрудниками Томского государственного университета. Определение химического состава озерных вод. Количественное определение основных макрокомпонентов (анионов и катионов) поверхностных вод выполнялось комплексно методами титриметрии (CO2, CO3-, HCO32-, Cl-, Ca2+, Mg2+), пламенной фотометрии (Na2+, K+), потенциометрии (pH), турбидиметрии (SO42-) в аккредитованной проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии Томского политехнического университета. Определение микрокомпонентов выполнялось методами масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе Agilent 7500cx фирмы Agilent Techno-logies в аккредитованной лаборатории ЦКП «Аналитический центр геохимии природных систем» Томского государственного университета по методике, описанной в работе [Kamenov, 2018]. Качество аналитических работ контролировалось на основе стандартов High Purity CRM-TMDW Standard of Drink Water. Определение минерального состава озерных осадков. Диагностика общего минерального состава проводилась с использованием методов рентгенофазового анализа в ЦКП «Аналитический центр геохимии природных систем» Томского государственного университета на дифрактометре X'Pert PRO фирмы PANalytical (Нидерланды). Съемка проводилась в нормальных условиях: 40 кВ, 30 mA, Cu-излучение, Ni-фильтр, диапазон измерений 3-60° 2 0. Обработку дифрактограмм и интерпретацию результатов осуществляли с использованием программного комплекса HighScore и базы данных PDF-4 Minerals 2021 (компания ICDD). Диагностика глинистых минералов. Точная диагностика глинистых минералов подразумевает дополнительную подготовку образца к съемке с целью их концентрации в пробе. Для этого путем осаждения исходного материала в дистиллированной воде получали фракцию меньше 10 мкм. Время осаждения частиц такого размера рассчитывали по формуле Стокса [Ходяков, Юдкин, 1981]. Полученную фракцию делили на три дополнительных образца: один остался необработанным, второй образец насыщали парами этиленгликоля и третий образец прокаливали в муфельной печи при температуре 550 °С в течение 2 ч. Из полученных образцов готовили ориентированные препараты. Идентификация глинистых минералов основывалась на положении серии {001} базальных рефлексов и сопоставлении указанных выше трех состояниях образцов. Физико-химические расчеты. С целью уточнения генезиса формирующихся осадков были проведены физико-химические расчеты, включая тестирование минералообразующей способности водных сред. Для расчетов использовался программный комплекс HydroGeo, разработанный М.Б. Букаты [Букаты, 2002]. Использование программного обеспечения HydroGeo для решения широкого спектра различных задач было продемонстрировано ранее [Дутова и др., 2006; Гаськова и др., 2009; Shvartsev, Dutova, 2001; Balobanenko et al., 2016; Dutova et al., 2017, 2019]. Наиболее внимательно и детально была изучена минералообразующая способность пресных подземных вод и соответствующие им минеральные новообразования [Вологдина и др., 2015; Dutova et al., 2016; Karmalov et al., 2016; Покровский и др., 2002; Pokrovskiy et al., 2014]. Физико-химические расчеты для исследований процессов озера Усколь проводилось нами применительно к средним ландшафтно-климатическим условиям района (Т = 10 °С, Робщ = 1 атм). Система была охарактеризована матрицей из 20 базовых ионов, 102 компонентов водного раствора и 54 минералов. Оценка равновесности вод с минералами производилась путем расчетов показателей состояния системы «вода - порода» (индексы насыщения). Полученные при помощи расчета положительные значения индексов неравновесности свидетельствуют о способности системы к образованию тех или иных минералов, а отрицательные - о способности системы к их растворению. Результаты и их обсуждение Минералогия озерных осадков Минеральный состав осадков озера Усколь диагностирован с помощью рентгенофазового анализа. Минеральный набор представлен оксидами (кварц), алюмосиликатами (глинистые минералы, анальцим, полевые шпаты), карбонатами (кальцит, доломит), сульфатами (гипс) и галоидами (галит) (табл. 1). Таблица 1 Обобщенные данные минерального состава осадков озера Усколь (по данным рентгенофазового анализа), % Оксиды и алюмосиликаты. Кварц установлен по серии основных базальных отражений hkl (d, Аинтенсивность): 011 (3,34io), 100 (4,25з), 112 (1,812) А. Количественно его концентрации варьируют от 15 до 42 % при среднем значении 30,9 %. В целом его распространение в осадках достаточно равномерное, не наблюдается заметных превышений на каких-либо участках рассматриваемого профиля. Кварц рассматривается как основной терригенный минерал, но также не исключается его частично гидрогенное происхождение. Анальцим - минерал группы цеолитов. Он диагностирован по серии рефлексов hkl (d, Аинтенсивность): 404 (3,4210), 122 (5,618), 054 (2,927) А. Анальцим встречается по всему разрезу и на всех рассматриваемых глубинах, его содержание варьирует от 2 до 19 % при среднем значении 11,1 %. Анальцим - типичный терригенный минерал, который образовался в осадках за счет разрушения натриевого плагиоклаза в среде миграции подземных вод. Полевые шпаты представлены натриевым плагиоклазом - альбитом и калиевым полевым шпатом -санидином. Альбит диагностирован по дифракционНЫМ лиННЯМ hkl (d, Аинтенсивность): 002 (3,1810)-1 201 (4,038), 130 (3,694), 202 (3,217) А, санидин по рефлексам 002 (3,23ю), 220 (3,33б), 112 (3,46s), 130 (3,75s) А. Для альбита характерно достаточно равномерное распространение в разрезе и закономерность к увеличению по мере удаления от береговой линии озера, его содержания варьируют от 2 до 27 % при среднем значении 14,4 %. Для санидина характерны небольшие концентрации от следовых количеств (< 1 %) до 2 %. Для него характерно накопление преимущественно в нижних частях разреза (60-100 см от поверхности). Полевые шпаты - типичные терригенные минералы, накопление которых происходит за счет разрушения близлежащих коренных пород. Однако в литературе встречаются данные о возможном гидрогенном происхождении альбита в условиях соленых озерных систем [Борзенко, 2020]. Глинистые минералы представлены тремя разновидностями: кальций-магниевым монтмориллонитом, натриевым монтмориллонитом и иллитом. Рентгенографически монтмориллониты установлены по серии базальных отражений hkl (d, Аинтенсивность): 001 (14,28-12,13ю), 020 (4,492) и 131 (2,571) А. Основной диагностический признак монтмориллонитов заключается в смещении рефлекса 001 в область малых углов 2 0, т.е. в увеличении соответствующего межплоскостного расстояния (14,28-12,13 А 16,54 А) после насыщения образца парами этиленгликоля (рис. 2). Смещение обусловлено увеличением параметра с кристаллической структуры за счет внедрения в ее межслоевой промежуток органических молекул этиленгликоля - двухатомного спирта С2Н4(ОН)2 [Рентгенография..., 1983]. После прокаливания образца при температуре 550 °С межплоскостное расстояние сокращается до 9,91 А (рис. 2), так как кристаллическая структура сжимается за счет удаления из нее межслоевой воды. На наличие натриевого катиона в межслоевом промежутке монтмориллонита указывает положение первого базального пика 001 (d = 12,13 А), в то время как у монтмориллонита с кальциевым и магниевым катионами положение этого рефлекса отвечает межплоскостному расстоянию 14,28 А [Рентгенография. , 1983]. Особенность положения этих рефлексов объясняется различным составом поглощенного комплекса, а именно отношением кальция, магния и натрия, а также различным содержанием в монтмориллоните связанной воды. На дифрактограмме (рис. 2) видно, что пик в обла- Mineral composition of sediments of Uskol Lake (according to XRD analysis), % Table 1 Группа минералов Минеральный вид Химическая формула минерала Концентрация Средн. Мин. Макс. Оксиды Кварц SiO2 30,9 15 42 Иллит K

Скачать электронную версию публикации