Геохимия редкоземельных элементов в подземных водах Юго-Восточного Забайкалья

Abstract

Актуальность. Юго-Восточное Забайкалье известно широким распространением горько-солёных озёр, содержание редкоземельных элементов в которых может доходить до 1 мг/дм3, что близко к промышленно значимым концентрациям. Между тем основным источником питания этих водоёмов являются подземные воды. Работа предлагает комплексное исследование геохимии редкоземельных элементов в подземных водах региона, по которым авторами накоплена обширная база данных (60 проб). Результаты будут иметь фундаментальное значение для оценки рудогенерирующего потенциала территории. Целью работы является изучение геохимии редкоземельных элементов в подземных водах Юго-Восточного Забайкалья с определением источников поступления, водной миграции и степени фракционирования, а также уточнение механизмов формирования вод на основе этих данных. Объекты: подземные воды верхней динамической зоны (60 проб) региона, в том числе 1 углекислый источник, 3 пробы атмосферных осадков, 10 проб солёных озёр и одна из реки Ульдзы. Методы: содержания редкоземельных элементов определяли с помощью ИСП-МС. Формы миграции были рассчитаны в приложении для физико-химического моделирования GWB, базирующемся на методе констант равновесий. Результаты и выводы. Концентрирование редкоземельных элементов подземных вод Юго-Восточного Забайкалья определяется главным образом химическими свойствами лантаноидов в определенной гидрохимической среде и степенью взаимодействия в системе вода-порода по мере замедления водообмена. Накопление редкоземельных элементов вод идёт в одном направлении с содообразованием в регионе, а с момента достижения насыщения карбонатами содержания лантаноидов могут снижаться за счёт связывания равновесными минералами. Миграция редкоземельных элементов подземных вод происходит преимущественно в форме Ln(CO3)2 -, а в углекислом источнике - в форме Ln(CO3) +, доля которых увеличивается в ряду La-Lu в зависимости от величины основных физико-химических параметров вод (рН, Eh, TDS и др.). Также в углекислых водах значимы комплексы с простой ионной формой, формируемые лёгкими редкоземельными элементами, содержание которых в ряду La-Lu снижается. Характер распределения лантаноидов во многом наследует распределение редкоземельных элементов магматических пород основного состава области питания. Предполагается, что в качестве возможных источников поступления редкоземельных элементов в воды выступают минералы алюмосиликатов, в особенности полевые шпаты и, в частности, цельзиан, а также встречающиеся в Восточном Забайкалье монациты

Relevance. South-Eastern Transbaikalia is known by numerous saline lakes with rare earth elements concentrations up to 1 mg/dm3, close to industrially significant levels. Groundwater is the main water source for these lakes. This study investigates the geochemistry of rare earth elements in the regional groundwater, supported by a database of 60 samples, crucial for evaluating the area ore-generating potential. Aim. To analyze rare earth elements geochemistry in the groundwater of South-Eastern Transbaikalia, focusing on sources, migration, fractionation, and the mechanisms of water formation. Objects. Groundwater samples from the upper dynamic zone (60 total), comprising 1 carbonated spring, 3 atmospheric precipitation samples, 10 saline lake samples, and one from the Uldza River. Methods. Rare earth elements concentrations were measured using ICP-MS, and species concentrations were calculated using GWB application, based on equilibrium constants. Results and Conclusions. Rare earth elements concentrations in the groundwater of South-Eastern Transbaikalia is primarily determined by the rare earth elements chemical properties in a specific hydrochemical environment and the water-rock interaction as water exchange slows down. The rare earth elements accumulation in water occurs in one direction with the formation of Na-HCO3 groundwaters in the region, and once saturation with carbonates is reached, the rare earth elements concentrations may decline together with equilibrium minerals. The rare earth elements migration in groundwater predominantly occurs in the Ln(CO3)2 - species, while in in the carbonated spring the Ln(CO3) + form is predominated, with the proportion increasing along the La-Lu series depending on pH, Eh, TDS, etc. of groundwater. Additionally, in carbonated waters, significant complexes with simple ionic species are formed by light rare earth elements, their concentrations decreasing along the La-Lu series. The rare earth elements distribution largely reflects the pattern in the magmatic rocks of the primary feeding area. It is suggested that the possible rare earth elements sources input into the waters are aluminosilicates, particularly feldspars, specifically celsian, as well as monazite found in Eastern Transbaikalia