Химический состав вод малых водотоков Кугдинского массива и его обрамления (Восточная Сибирь)

Abstract

Актуальность. Активное освоение арктических территорий, а также вопросы, связанные с глобальными изменениями климата, последние несколько десятилетий привлекают внимание ученых из области наук о Земле к исследованию природных особенностей арктических и субарктических территорий России. В северной части Восточной Сибири расположены выходы интрузивных массивов, представляющие собой интерес ввиду перспективности разработки полезных ископаемых. При этом континентальные водные системы этой территории остаются малоизученными. Это связано в большей степени с труднодоступностью данных мест и практически полным отсутствуем инфраструктуры. Исследование состава вод интрузивных массивов является интересной задачей не только с точки зрения объяснения процессов формирования химического состава вод арктических территорий, но также может использоваться для совершенствования методики гидрогеохимических поисков месторождений полезных ископаемых. Цель и объект. Объектом исследования в данной работе являются природные воды Кугдинского ультраосновного-щелочного интрузивного массива, который расположен в западной части Анабарского плато. Целью исследования было изучить химический состав вод поверхностных водотоков, дренирующих непосредственно породы интрузивного массива и зону его обрамления, а также провести их сравнительный анализ с крупными реками региона и выявить закономерности формирования химического состава. Методы. В ходе полевых работ, проведенных в июле-августе 2020 г., были отобраны три пробы воды в пределах Кугдинского массива и его обрамления: поверхностные водотоки, дренирующие Кугдинский массив и ручей, приуроченный к доломитам обрамления. Компоненты карбонатной системы определяли методом потенциометрического титрования, а анионный состав - методом ионной хроматографии. Концентрация растворенного органического углерода определена методом высокотемпературного каталитического окисления. Элементный анализ воды был выполнен методами ICP-AES и ICP-MS. Пробы на элементный анализ были отфильтрованы через мембранный фильтр из полиэфирсульфона с размером пор 0,45 мкм в химически чистые пробирки объемом 15 мл с консервацией 0,45 мл HNO3 осч. Результаты и выводы. Катионный состав вод щелочного массива и зоны карбонатного обрамления хорошо отражает состав дренируемых ими пород, в то время как их анионный состав контролируется более сложным комплексом как геохимических (включающих не только состав пород, но и их взаимодействие с органическим веществом), так и гидрологических (особенности питания водотоков) факторов. Сравнение химического состава вод малых водотоков Кугдинского массива и его обрамления с водами средних и больших рек региона показало, что особенности катионного состава выражаются в доминирующей роли магния, а также в повышении доли калия по сравнению с натрием. Анионный состав малых водотоков однороден, резко преобладает гидрокарбонат-ион, в отличие от крупных рек, где повышена доля сульфат и хлорид-иона. Содержания микрокомпонентов в поверхностных водах, дренирующих Кугдинский массив и зону карбонатного обрамления, показывают, что потенциально состав вод в пределах данной территории может быть использован как поисковый признак. В водах Кугдинского массива и его обрамления накапливаются такие рудные элементы, как Ni, Zn, Rb. Согласно рассчитанным значениям коэффициента водной миграции преимущественно выносятся из пород Ni, Cu, Zn, Rb, Ag, Pb. По содержанию микрокомпонентов в водотоках, дренирующих щелочные породы, геохимическую специализацию Кугдинского массива можно классифицировать как медно-никелевую.

Relevance. The extensive development of the Arctic territories and global climate change issues have attracted Geosciences researchers' attention to exploring the environmental characteristics of the Russian Arctic and subarctic territories over the past few decades. The outcrops of intrusive massifs in the northern part of Eastern Siberia are of interest due to the prospects for mineral deposits. At the same time, the terrestrial water systems of this region remain poorly studied. Inaccessible location and a virtual absence of infrastructure is the main account. Research of the water chemistry of intrusive massifs is challenging for explaining their formation mechanisms in the Arctic territories and improving hydrogeochemical exploration methods. The aim and object. The research object is the small watercourses draining the Kugda ultramafic alkaline intrusive massif and its carbonate margin located in the western part of the Anabar Plateau. The study aims to investigate the water chemistry and carry out a comparative analysis with the large rivers of the region as well as reveal the consistencies of the chemical composition formation. Methods. During the fieldwork in July-August 2020, three samples from small watercourses draining ultramafic alkaline massif and its carbonate margin were taken. The carbonate system components were determined by potentiometric titration. The anionic composition was determined by ion chromatography. Dissolved organic carbon was measured by the high-temperature catalytic oxidation method. Elemental analysis of water was carried out by ICP-AES and ICP-MS methods. Samples for elemental analysis were filtered through a polyether sulfone membrane of 0,45 µm mesh into analytical pure 15 mL tubes with 0,45 mL of high purity HNO3 for conservation. Results and conclusions. The cationic content of the studied waters of the ultramafic alkaline massif and its margin reflects the rock composition adequately. At the same time, their anionic composition is controlled by a complex set of factors, both geochemical (rock composition and interaction with organic matter) and hydrological (recharging features). The small watercourse chemical composition draining the Kugda massif and its margin compared to the medium and large rivers of the region revealed the domination of magnesium in the cationic composition and increase in the proportion of potassium in contrast with sodium. The anionic composition of the small watercourses is relatively homogeneous; bicarbonate is sharply dominant, in contrast to large rivers, where the proportion of sulfate and chloride ions increases. The concentrations of trace elements in the surface waters draining the massif and its margin show that the composition of the studied waters can be used as an indicator of ore mineralization. The studied waters are enriched with such ore elements as Ni, Zn, Rb. According to the water migration coefficient values, Ni, Cu, Zn, Rb, Ag, Pb are readily removed from the rocks. Abundancies of trace elements in small watercourses draining alkaline rocks make the geochemical signature which could be classified as copper-nickel mineralization of the Kugda massif.