Распределение элементов в некоторых месторождениях урана роллового типа » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Распределение элементов в некоторых месторождениях урана роллового типа

15.07.2021

Ролловые месторождения урана располагаются на концах крупных языков измененных (окисленных) песчаников. Размеры языков сильно изменяются, но обычно характеризуются мощностью в десятки метров, шириной несколько километров и длиной около 10 км. Изменение песчаников обусловлено ураноносными растворами. Вмещающие породы представлены большей частью восстановительными аркозовыми или кварцевыми континентальными или прибрежно-морскими песчаниками, переслаивающимися с алевролитами и аргиллитами. Возраст вмещающих пород изменяется от позднемезозойского до позднетретичного. На фиг. 1 показаны в плане два языка таких измененных пород на месторождении Шерли-Бейсин в Вайоминге.
Распределение элементов в некоторых месторождениях урана роллового типа

Рудные тела имеют резкий контакт с измененными породами языков, распространены за пределы их на несколько сантиметров или на несколько десятков метров и постепенно переходят в неизмененные (восстановленные) неминерализованные песчаники. Рудные тела обычно серповидны в поперечном сечении и резко секут слоистость вмещающих пород. Некоторая часть руды располагается также в виде небольших пластообразных тел на нижней и верхней поверхностях измененных языков. На фиг. 2 представлен вертикальный разрез через рудное тело и окончание измененного языка. Длина рудного тела вдоль конца языка во много раз превышает его ширину по вертикали. Окончание языка повсеместно минерализовано, но не везде эта минерализация достигает рудной концентраций. Месторождения этого типа известны в США в бассейнах Вайоминга, в районе Блэк-Хилс Южной Дакоты и в южной части Техаса на прибрежной равнине Мексиканского залива. В советской геологической литературе подобные месторождения описаны в мезо-кайнозойских осадочных породах.

О геохимии урана в условиях низких температур и давлений написано уже достаточно много, но приемлемая генетическая концепция для урановых месторождений роллового типа должна объяснять также распределение в рудных телах и всех других элементов. В настоящей статье представлены аналитические данные, полученные в результате обширной программы опробования, проведенного на главнейших разрабатываемых ролловых урановых месторождениях США. Эти данные могут быть использованы как ключ к размышлениям по поводу источника или источников рудных элементов в этих месторождениях, характера рудоносных растворов и природы восстановителей, обусловивших рудоотложение. На основе этих данных в статье рассматриваются также некоторые основные геохимические закономерности.

Урановорудные месторождения роллового типа в районах Шерли-Бейсин и Гэс-Хилс в Вайоминге, в районе Блэк-Хилс в Южной Дакоте и в округах Карнес и Лайв-Оук в Техасе были опробованы по частой сети с расстояниями между пробами 15 см - 2 м; в пробах было произведено химическое определение урана, окисного и закисного железа, сульфатной и сульфидной серы, органического и минерального углерода, селена, мышьяка и фосфора, а также радиометрическое определение эквивалента урана. Кроме того, в образцах определялись 54 элемента спектральным анализом. Серии образцов последовательно пересекали измененные (окисленные) песчаники, руды и неизмененные (восстановленные) песчаники.

Аналитические данные показали, что в процессе рудообразования определенные элементы привносились во вмещающие породы, тогда как другие выносились из них. Во всех изученных месторождениях накопление и вынос элементов отмечаются в зонах, характеризующихся определенной последовательностью, и этот факт позволяет предположить, что упомянутые географически разобщенные месторождения были сформированы сходными геохимическими процессами. Картина распределения 12 элементов, а также пирита показана в виде графиков на прилагаемых иллюстрациях (фиг. 3-14). На этих иллюстрациях представлены разрезы через концы измененных песчаниковых языков и через ассоциирующиеся с ними рудные тела. Движение рудоносных растворов на каждом разрезе подразумевается слева направо (показано жирной горизонтальной стрелкой), а конец измененного языка маркируется толстой вертикальной линией. Пунктирными линиями показаны аналитические данные, спроецированные на плоскость разреза.

Аналитические данные


Пирит (фиг. 3) привносился и накапливался в восстановленных песчаниках на концах измененных языков; его количество убывает постепенно, и по мере удаления от конца языка и в большинстве месторождений пирит прослеживается в неизмененные восстановленные песчаники дальше, чем урановое оруденение. В большинстве измененных языков пирит разрушен, хотя в некоторых случаях отмечается присутствие небольшого количества его, особенно вблизи концов языков, где он, по-видимому, является остаточным или пострудным.

Уран, как показано на фиг. 4, привносится в восстановленные песчаники в зоны, близкие к окончаниям языков, или в измененные песчаники, непосредственно прилегающие к границе языков. Приблизительно в половине изученных месторождений зона раздела окисление-восстановление для урана совпадает с таковой для железа; в другой половине месторождений зона раздела окисление-восстановление для урана отделяется от подобной зоны железа приблизительно 5-метровой толщей пиритоносных восстановленных песчаников. Содержание урана в измененных песчаниках выше его содержания в неминерализованных восстановленных разностях.

Селен (фиг. 5), присутствующий во всех изученных рудных телах отлагается либо в узкой зоне вдоль внутреннего и внешнего краев измененного языка, огибая их, либо в восстановленных песчаниках поблизости от этих краев. Измененные песчаники содержат ферроселит ( FeSe ), в восстановленных же песчаниках присутствует самородный селен. Судя по аналитическим данным, большая часть селена восстановленных песчаников с пиритом не связана. Содержание селена в измененных песчаниках по крайней мере на один порядок выше его содержаний в неминерализованных восстановленных разностях.

Ванадий (фиг. 6) содержится в ролловых, урановых месторождениях в небольших количествах, но на каждой опробованной площади ванадий отмечался в узкой зоне восстановленных песчаников непосредственно на контакте с языком измененных песчаников или очень близко от него. При этом зоны накопления ванадия независимы от зон накопления урана, селена или пирита. Измененные песчаники в большинстве месторождений содержат больше ванадия, чем неминерализованные восстановленные песчаники, в которых, вероятно, присутствует примесь окислов железа.

Молибден (фиг. 7) установлен в восстановленных песчаниках в трех из шести изученных месторождений. Он обнаруживается в виде иордизита ( MoS2?) в широкой зоне на внешних концах ураноносной и пиритоносной зон или в нескольких сотнях метрах от них. Содержание молибдена в измененных песчаниках такое же низкое, как в неминерализованных восстановленных песчаниках, или даже несколько ниже.

Бериллий (фиг. 8) накапливался вместе с ураном в двух из шести изученных месторождений. Количества его в руде невелики (1,55-5 млн-1), тем не менее между бериллием и ураном установлена отчетливая корреляция. Как в измененных, так и в неминерализованных восстановленных песчаниках содержание бериллия постоянно ниже предела чувствительности анализа (< 1,5 млн-1).

Медь (фиг. 9) в повышенных концентрациях не установлена ни в одном из обследованных районов в опробованных восстановленных песчаниках. Нет также указаний на то, что она могла накапливаться в других неопробованных участках серых песчаников. На некоторых месторождениях очень небольшие количества меди, возможно, выщелачивались из измененных песчаников.

Кобальт (фиг. 10) накапливался в восстановленных песчаниках вблизи окончаний измененных языков. На некоторых месторождениях зона накопления кобальта совпадает с зоной наибольших скоплений пирита; в других случаях кобальт накапливается в восстановленных песчаниках совместно с ураном. Накопление кобальта, таким образом, все же не зависит от накопления других элементов или минералов.

Углерод (фиг. 11), как минеральный, так и органический, характеризуется значительными колебаниями в количественном отношении и в пространственном распределении. На одних месторождениях содержание органического углерода не превышает 0,05% во всех разностях пород, тогда как на других восстановленные песчаники содержат до 2% органического углерода. В целом как для минерального, так и для органического углерода характерны более высокие содержания в восстановленных песчаниках, чем в измененных. На фиг. 11 видно, что прямая корреляция между содержаниями урана и органического углерода на всех изученных месторождениях отсутствует. Этот факт вызывает определенное недоумение, поскольку считается, что органический углерод непосредственно участвует в формировании урановорудных залежей роллового типа.

Сульфатная сера (фиг. 12), по-видимому, привносилась в восстановленные песчаники в процессе рудоотложения, вероятно, в виде сульфатов железа, пока еще не определенных. Она выщелачивалась из измененных песчаников, в которых первоначально присутствовала в виде гипса.

Мышьяк (фиг. 13) не обнаруживает устойчивой картины распределения. На одних месторождениях он прекрасна коррелируется с пиритом и, по-видимому, содержится в этом минерале; на двух других он обнаружен в восстановленных песчаниках. На трех месторождениях, наоборот, в восстановленных песчаниках имеются очень малые количества мышьяка, но зато аномально высокие концентрации его установлены в измененных песчаниках, где он, возможно, ассоциируется с окислами железа.

Железо (фиг. 14), в основном в виде пирита, привносилось в восстановленные песчаники и концентрировалось у концов измененных языков или поблизости от них. На некоторых месторождениях количество привносимого железа было невелико и не установлено большой разницы в валовом содержании железа в образцах, взятых вкрест ролла. На других месторождениях содержания железа в руде могут в 10 раз превышать содержание его в восстановленных неминерализованных песчаниках. В измененных песчаниках преобладает окисное железо, а в неизменных восстановленных разностях - закисное.

Резюме и выводы


Если формирование месторождений, описанных в данной статье, обусловлено сходными генетическими процессами, о чем свидетельствует сходство этих месторождений по многим признакам, то, очевидно, геохимические закономерности такого формирования могут быть выявлены при изучении изменений, произведенных рудоносными растворами, набора элементов, переносимых этими растворами, а также последовательности отложения рудных минералог. На фиг. 15 суммированы графики распределения главнейших элементов по пяти изученным месторождениям. Как и на предыдущих иллюстрациях, направление рудоносных растворов подразумевается слева направо (жирная стрелка), а края измененных (окисленных) языков маркируются жирной вертикальной линией. Нет сомнений, что рудоносные растворы были окисляющими, так как в каждом измененном языке в результате прохождения таких растворов возрастает количество окисного железа за счет закисного, убывает количество минерального и органического углерода, а пирит замещается гетитом и (или) гематитом. Примечательно, что все главные рудные элементы образуют растворимые соединения, которые должны или могут переноситься в нейтральных или слабощелочных растворах; элементы, которые подвижны в кислых растворах, например медь, в рудах отсутствуют. Это обстоятельство, а также тот факт, что вмещающие породы и особенно туфовый материал в них или поблизости характеризуются также щелочными условиями, позволяют предполагать, что рудоносные растворы имели pH, приблизительно равный 7-8 или 8,5.

Для отложения рудных минералов необходим восстановитель, характер которого определить трудно. На фиг. 16 представлена диаграмма Eh-pH, основанная на данных Гаррелса, Хостетлера и Гаррелса, Лэкина, Лисицина и Хэнсалда. Эта диаграмма показывает равновесные условия между растворимыми и нерастворимыми формами селена, ванадия, урана и молибдена, а также между пиритом и двумя соединениями окисного железа при температуре, давлении, составе и концентрациях раствора, близких к условиям, предполагаемым для времени рудообразования. Показаны также поля подвижности меди. Несомненно, что эта диаграмма дает упрощенную картину. Однако если принять для рудоносных растворов значение pH 7,5, a Eh в интервале от +300 мВ до -300 мВ (жирная стрелка), то из этой диаграммы видно, что главные элементы руд будут осаждаться именно в том порядке, который показан на фиг. 15 в направлении от конца языка окисленных песчаников.

Грейнджер и Уоррен показали, что промежуточные соединения серы, возникающие при окислении пирита на окончании языка окисленных песчаников, могут действовать как восстановители по отношению к некоторым элементам руды. При этом предполагается, что элементы, требующие более восстановительных условий, будут располагаться ближе к концу языка. Результат настоящих исследований свидетельствует о том, что по крайней мере для месторождений, содержащих иордизит, (?) (MoS2), вероятно, требуется дополнительный восстановитель. В последовательности отлагавшихся минералов, располагавшихся в порядке понижения Eh по мере удаления от языка, иордизит, осаждение которого наиболее затруднительно (требует самых низких значений Eh), обнаруживается именно на наибольшем расстоянии от окончания языка. Представление о том, что кислые газы, H2S биогенного происхождения или H2 имели большое значение при образовании некоторых урановых месторождений роллового типа, очевидно, заслуживает внимания, особенно в таких районах, как Техас или Гэс—Хиле в Вайоминге, где урановые месторождения подстилаются нефте- и газоносными толщами.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: