Вторичные изменения обломочных магнетит-ильменитов из континентальных песчаников формации Моррисон, Нью-Мексико » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Вторичные изменения обломочных магнетит-ильменитов из континентальных песчаников формации Моррисон, Нью-Мексико

15.07.2021

Песчаники, алевролиты и глинистые сланцы формации Моррисон, распространенные в северо-западной части Нью-Мексико, а также в примыкающих к нему районах, местами содержат обломочные магнетит, гематит и ильменит, содержания которых изменяются от единичных знаков до приблизительно 0,5%. Скудность этих обломочных минералов железа в породах, залегающих в непосредственной близости от месторождений урана в песчаниках, ранее отмечалась многими исследователями. Этот факт интерпретировался как свидетельство разрушения упомянутых минералов в результате окислительно-восстановительного действия подземных вод, которые могли участвовать в формировании месторождений урана.

В данной статье представлены результаты изучения вторичных изменений ильменита и магнетита по нескольким сотням шлифов из песков свит Уэстуотер и Джекпайл, образцы из которых были отобраны из обнажений и кернов как в северо-западной части Нью-Мексико, так и в смежных районах. Вторичные изменения этих минералов, как мы считаем, происходили после осадконакопления благодаря воздействию обедненных кислородом подземных вод, которые вызвали образование комплекса вторичных изменений и, в конечном счете, участвовали в формировании месторождений урана. В данном исследовании черные непрозрачные минералы: магнетит, ильменит, в меньшей степени гематит - были определены рентгеноструктурным методом в некоторых скоплениях минералов тяжелых фракций, но они не различались в шлифах. В последующем изложении эти минералы будут рассматриваться как магнетит-ильмениты.

Стратиграфическая схема отложений формации Моррисон приведена в табл. 1. Основные месторождения урана, приуроченные к свите Солт-Уош в районе Фор-Корнерс, сосредоточены в округе Слик—Рок в Ураванском рудном поясе, штат Колорадо, и в округе гор Лукачукай, штат Нью-Мексико (фиг. 1). Рудный пояс Гранте в основном приурочен к свите Уэстуотор-Каньон и к песчаникам Джекпайл.
Вторичные изменения обломочных магнетит-ильменитов из континентальных песчаников формации Моррисон, Нью-Мексико

Магнетит-ильмениты в песчаниках. Прежде чем перейти к рассмотрению магнетит-ильменитов из формации Моррисон, будут кратко описаны характер их изменений, приведены содержания и дана картина их распределения в других песчаниках, в том числе и в некоторых оруденелых.

Обычно магнетит и ильменит представляют собой акцессорные минералы в обломочных отложениях, и их содержания зависят
1) от концентраций в материнских породах, 2) от выветривания и абразии во время транспортировки, 3) от сортировки во время осадконакопления и 4) от вторичных изменений после осадконакопления. Эти минералы довольно устойчивы к процессам выветривания в поверхностных зонах. Петтиджон, Поттер и Сивер среди обломочных минералов тяжелых фракций выделяют ильменит и магнетит как "стабильные" наряду с биотитом, монацитом и апатитом (табл. 2). Следовательно, ильменит и магнетит можно встретить в таких обломочных породах, источником которых служили ильменит- и магнетитсодержащие породы. Общее содержание ильменита и магнетита в преимущественно песчаных осадках 0,13—0,17 вес.%. В табл. 3 приведены данные для песчаников, к которым приурочены крупные месторождения урана. Источником минералов могли быть основные изверженные породы, содержащие 5—8 вес.% ильменита и магнетита вместе, или же граниты, которые содержат лишь 1—5% этих минералов, но зато более широко распространены в земной коре. Источником могли также быть грубообломочные породы и их метаморфизованные разности. Источник ильменита и магнетита, содержащихся в песках и сланцах формации Моррисон, пока достоверно не установлен Однако широкое распространение обломочных вулканических, изверженных, метаморфических и более древних осадочных пород позволяет предполагать, что источником их, по всей вероятности, служили все перечисленные типы пород.


Минералы тяжелых фракций могут быть равномерно рассеяны в обломочных породах, а также могут образовывать скопления по плоскостям напластования или же более значительные скопления, например, в прибрежных песках. В песчаниках Уэстуотер и Джекпайл пиркон, турмалин, рутил, ильменит и магнетит (или другие продукты вторичных изменений), а также единичные знаки других минералов тяжелой фракпии в основном встречаются в виде рассеянных кристаллов. Их скопления в маломощных зонах обычно приурочены к плоскостям напластования.

Достоверно не известно, обязаны ли первичные концентрации ильменита и магнетита в песках формации Моррисон широко развитому постседиментационному разрушению этих минералов. Бауэрс и Шоу приводят среднее содержание (0,31%) для черных непрозрачных минералов тяжелых фракции в красных песках свиты Солт-Уош. Обычно основную часть этих черных непрозрачных минералов тяжелых фракции составляют ильменит и магнетит, а поскольку эти минералы наименее изменены в красных песках, такая количественная оценка для обломочных конпентрапий этих минералов представляется высокой. Серые же минерализованные пески содержат только 0,16 и 0,11% черных непрозрачных минералов, что свидетельствует о восстановлении и выщелачивании железа. Содержание титана в неминерализованных песках свиты Солт-Уош, выраженное в среднем геометрическом, приблизительно равно 0,5% Ti по сравнению с 0,095% для урансодержащей фабричной пульпы. Содержания титана в песках Джекпайл и Уэстуотер (табл. 4) находятся в общем в том же диапазоне (0,05-0,18% Ti), причем обогащенные ураном образцы показывают некоторое обогащение титаном и особенно, согласно данным Кендалла, для свиты Уэстуотер. Следовательно, концентрации магнетита и ильменита в песках Джекпайл и Уэстуотер сопоставимы с их концентрациями для свиты Солт-Уош.




Стерн подсчитал, что средние содержания магнетита в песчаниках составляют 0,58%, а ильменита - 0,25%. Магнетит и ильменит присутствуют как акцессорные минералы во многих песчаниках, в которых, как известно, нет крупных месторождений урана и содержание последнего составляет несколько процентов. Однако в большинстве песчаников, в которых имеются месторождения урана, они присутствуют, но эти минералы распространены неравномерно. В некоторых песчаниках минералы тяжелой фракции были разрушены процессами, связанными с формированием месторождений урана, тогда как в других песчаниках они оставались существенно не измененными. Например, в урановорудной формации Уосатч третичного бассейна Вайоминг обломочные магнетит и ильменит не были существенно изменены даже теми процессами, которые сформировали месторождения урана роллового типа, их фронтальную часть. Файле обнаружил ильменит и магнетит почти во всех образцах руд, в измененных и неизмененных песчаниках в районах Гэс-Хилс, Крукс-Гэп и впадины Шерли. Однако он заметил, что иногда ильменит в руде на некоторых участках окружен пиритом. Он также отметил, что содержания ильменита самые высокие в районе впадины Шерли и самые низкие - в районе Крукс-Гэп. Харшмэн отмечал для района впадины Шерли, что "черные непрозрачные минералы из измененных и неизмененных песчаников похожи и что они составляют 4,5-7,0% тяжелой фракции" (табл. 3). В противоположность известным ранее фактам Кинг и Остин отметили, что "в районе Гэс-Хилс магнетит характерен для неоруденелых (неизмененных), удаленных от залежи участков пород, и, очевидно, он постоянно выносился из пустой внутренней части рудной залежи, а также из оруденелой зоны в ходе минерализации". В округе Слик-Рок, Колорадо, Бауэрс и Шоу выделили песчаники трех типов в свите Солт-Уош формации Моррисон, охарактеризовав каждый из них общим содержанием минералов тяжелой (фракции и черных непрозрачных минералов (табл. 3). Они отметили, что уменьшение количества темноцветных непрозрачных минералов происходит постепенно от толщи осветленных красных песчаников к толще светло-серых песчаников, удаленных от рудных залежей, и к толще светло-серых песчаников вблизи рудных залежей. Уменьшение содержаний этих минералов сопровождается увеличением содержаний анатаза, который, как они считают, образовался в результате изменения ильменита.

Магнетит и ильменит редко встречаются в песчаниках Джекпайл и Уэстуотер формации Моррисон, особенно вблизи месторождений урана. Скуайрс и Кендалл изучили ряд образцов из действующих рудников в районе Амброзия-Лейк и не обнаружили ильменита и магнетита. Нэш подметил ту же закономерность для песчаников Джекпайл в районе Лагуна. Эти наблюдения подтверждаются данными изучения нескольких сотен шлифов и тяжелых минералов, отобранных из обнажений и кернов песчаников Джекпайл и толщи Браши-Бейсин формации Моррисон, представленных в данной статье. В результате проведенного изучения было установлено, что проницаемые песчаники в пределах ста метров от месторождений урана существенно лишены темных непрозрачных минералов. И напротив, в алевролитах, бентонитовых сланцах и песчаниках, гидрологически изолированных этими непроницаемыми породами, а также в песчаниках, удаленных от месторождений урана, обычно содержатся неизмененные или только частично измененные ильменит и магнетит. Такая картина распределения ильменита и магнетита наряду с повсеместным распространением аутигенного лейкоксена и анатаза в рыхлых магнетит- и ильменитсодержащих песчаниках свидетельствует о том, что эти обломочные минералы были разрушены на всей площади развития песчаников Уэстуотер и Джекпайл,

Концентрации титана в песчаниках дают дополнительную информацию для изучения количественного распределения титансодержащих обломочных минералов и подвижности титана в подземных водах в течение постседиментационных изменений этих минералов. Среднее содержание титана в песчаниках (0,31%) близко к среднему содержанию титана в земной коре (0,33%). Песчаники плато Колорадо (0,02-0,07% Ti) и перспективные оруденелые песчаники, напротив, характеризуются значительно более низкими содержаниями титана (0,015-0,17%). Данные по содержанию титана в песчаниках, к которым приурочены крупные месторождения урана, приведены в табл. 4. Самые низкие содержания титана в этих песчаниках обусловлены аркозовым составом основной массы минерализованных песчаников в противоположность кварцитам и зрелым песчаникам, в которых обычно содержатся наиболее высокие концентрации обломочного ильменит-магнетита. Возможно также, что низкие содержания этих минералов отражают низкое содержание титана в коре в районе плато Колорадо и, кроме того, частичное постседиментационное выщелачивание титана.

Вторичные изменения магнетит-ильменитов. Вторичные изменения обломочных магнетит-ильменитов в песках формации Моррисон отличаются разнообразием, зависящим от частичного и полного выщелачивания железа. Хотя вторичные изменения представлены полным рядом перехода, степень выщелачивания железа из зерен магнетит-ильменитов в любом данном шлифе имеет одну и ту же величину. Измененные зерна четко различаются в шлифах при изучении их в косом отраженном свете. В том случае, когда колебания в степени выщелачивания железа имеют местный характер, они, по-видимому, вызваны различной степенью проницаемости пород, зависящей от сортировки и цементации песчаников. На соответствующих диаграммах активностей рЕ-pH видно, что оптимальные условия для выщелачивания железа из магнетит-ильменитовых зерен в осадочных породах должны были возникнуть при восстановительных условиях, в среде от нейтральной до кислой.

Степень выщелачивания железа из обломочных магнетит-ильменитов в песках свит Уэстуотер и Джекпайл соответственно можно подразделить на незначительную, умеренную и интенсивную. В некоторых случаях большая часть железа вошла в состав пирита, контактирующего с неизмененными магнетит-ильменитовыми зернами; в других случаях железо было вынесено из обломочных минералов железа, в которых оставалась только TiO2 как свидетельство его бывшего местоположения. На четырех фотографиях фиг. 2 приведены примеры песчаников, которые первоначально содержали обломочный магнетит-ильменит, и соответственно показаны 4 степени выщелачивания и выноса железа: незначительная, умеренная, интенсивная (сопровождающаяся сульфидизацией) и интенсивная, характеризующаяся интенсивным выщелачиванием и выносом железа. Ниже приводится краткое описание вторичных изменений магнетит-ильменитов, наблюдаемых на образцах песчаников свиты Уэстуотер.

Фигура, 2,а. Зерна магнетит-ильменитов с металлическим и по-луметаллическим блеском обнаруживают незначительное растворение железа; изменения здесь отмечаются только в пылеватой гематитовой каемке вокруг обломочных минералов железа. Пылеватый гематит, который участками вклинивается в зерна магнетит-ильменита по трещинам и по плоскостям кристаллов, возможно, образовался в процессе выветривания и транспортировки, или же во время постседиментационного окислительного воздействия подземных вод, либо в результате совместного действия этих двух факторов. Это не означает, что при выветривании и транспортировке в окислительных условиях происходило интенсивное выщелачивание железа. Мы считаем, что этот пример не имеет отношения к сильно восстановительной среде, как это объясняется в одном из последующих разделов.


Фигура 2,6. TiO2 присутствует в виде каемок на границе обломочных магнетит-ильменитовых зерен или в виде включений в них; зерна содержат остаточные магнетит-ильмениты с металлическим и полуметаллическим блеском. В обломочных зернах очевидно вымывание некоторого количества гематита, что свидетельствует о том, что период окисления предшествовал восстановительным условиям, в которых образовался не содержащий железа TiO2. Мы считаем, что этот случай демонстрирует окислительные условия, на смену которым пришли восстановительные условия, однако недостаточно повышенные или существовавшие непродолжительное время для того, чтобы вызвать полный вынос железа из обломочных магнетит-ильменитовых зерен.

Фигура 2,в. Это иллюстрация интенсивного выноса железа из ильменит-магнетита и перехода железа в пирит. Явное отсутствие железа в окисле TiO2 свидетельствует о его интенсивном выщелачивании. Пирит встречается в виде пятен внутри первичного обломочного минерала тяжелой фракции или на контакте с ним. Мы предполагаем, что эти песчаники находились в условиях интенсивной восстановительной среды, в которой в достаточно большом количестве присутствовали сульфиды, способные перевести железо в пирит. Каких-либо свидетельств более раннего или более позднего (после образования пирита) периода окисления не имеется.

Фигура 2,г. Этот пример иллюстрирует вторичные изменения в обломочных магнетит-ильменитах при интенсивном растворении и выносе железа. Существенная часть железа переходила в раствор и выносилась из первичных обломочных зерен. Как единственное свидетельство наличия первичных обломочных минералов железа, здесь остался лейкоксен. Мы считаем, что эти вторичные изменения происходили в сильно восстановительной среде при дефиците сульфидов.

На фиг. 3 помещены фотографии измененных in situ железосодержащих обломочных зерен. Из-за транспортировки и переотложе-ния они не смогли сохраниться в первоначальной форме следовательно, они были изменены на месте.

Фигура 3,а. Непрочная форма зерна TiO2, сохраняющая полуокруглые очертания первичного обломочного минерала, широко распространена в песках свит Джекпайл и Уэстуотер, в которых происходило интенсивное растворение железа. В результате выноса железа в этом окисле более ярко проявилась внутренняя пластинчатая структура TiO2, вероятно, отражающая первичные структурные и химические особенности обломочного минерала. Такая хрупкая пористая структура не смогла бы противостоять абразии при транспортировке и переотложении, и, следовательно, вторичные изменения в песках должны были происходить в более позднее время. Видно небольшое включение аутигенного пирита между пластинками TiO2. Разъеденная граница зерна лейкоксена образовалась в результате разрушения пористо-пластинчатой структуры на границе с небольшим зерном кварца.

Фигура 3,б. Пространство, первоначально занятое обломочным титансодержащим зерном, отмечается здесь только перекристаллизованными окислами TiO2 по границам с одной из пустот. Малое количество TiO2 по сравнению с размером этой пустотки является свидетельством того, что обломочное зерно, вероятно, было титансодержащим магнетитом или другим титансодержащим, обогащенным железом минералом. Значительная часть железа могла быть выщелочена и вынесена из участков, окружающих зерно.

Обломочный магнетит-ильменит в песчаниках формации Моррисон сохранился в окислительных условиях выветривания, при транспортировке и при воздействии раннепостседиментационных обогащенных кислородом подземных вод. Поскольку гематит образует каемки на зернах и прослеживается по трещинкам в них, вероятно, интенсивного выщелачивания и выноса железа не происходило. Однако при диагенезе особенно проницаемых песков, в местах скопления в них органического вещества, фактически все железо было вынесено из обломочных минералов железа и сохранился только окисел TiO2. Как показано на фиг. 2 и 3, TiO2 обычно сохраняет полуокруглую форму обломков первично не измененных зерен магнетит-ильменита, Изучение вторичных изменений обломочного магнетит-ильменита может помочь отличать первично обогащенные органическим веществом отложения, из которых органическое вещество было вынесено или перераспределено; и обнаруживать проводящие каналы, по которым мигрировали обогащенные органическим веществом растворы. Поскольку органическое вещество и проницаемые пески связаны с формированием и локализацией месторождений урана в песках формации Моррисон, изучение этих изменений может помочь при поисках новых месторождений.

Обсуждение результатов


Вторичные изменения минералов, описанные в предыдущих разделах, типичны для комплексов, образовавшихся в условиях низкотемпературных растворов. Другие аутигенные минералы в формации Моррисон, такие, как каолинит, кварц и кальцит, также образовались в процессе низкотемпературного диагенеза и постседиментационного изменения осадков. В этом разделе будут рассмотрены аспекты геохимии подземных вод, в которых сформировались эти минеральные комплексы. Сначала эти комплексы будут рассмотрены в неорганической системе, а затем в ''ограниченных рамках" органической системы, где, как считается, органическое вещество участвовало лишь в понижении pH и окислительного потенциала грунтовых вод. Эти системы рассматриваются в соответствии с термодинамическими данными, представленными в виде диаграмм активностей рЕ-pH при 2 5° С. Далее будет рассмотрена возможная роль растворенного органического вещества в выщелачивании железа из магнетита и ильменита.

Три диаграммы активностей рЕ-pH (фиг. 4, 5 и 6), включая интересующие нас фазы железа и титана, были построены по термодинамическим данным табл. 5. Границы для фаз и жидких веществ на диаграммах были проведены по данным, указанным в приложении.


Взаимоотношения окислов железа и титана в системе Fe-Ti-O-H приведены на фиг 47. Хотя гётит стабилен по отношению к гематиту при 25 °C и активность воды (аН2О) выше 0,5, из-за кинетических и гранулометрических факторов тонкозернистый гётит менее стабилен, чем гематит. Анатаз устойчив по отношению к рутилу и гидроокиси титана ( TiO2*H2О) во всем интересующем нас диапазоне изменений pH и рЕ. Так как анатаз также является обычным минералом в измененных комплексах формации Моррисон, он на всех диаграммах используется в качестве стабильной фазы окиси титана. Анатаз и гематит в гораздо большей степени стабильны, чем ильменит и магнетит. Во всех полях стабильности этих фаз обломочные ильменит и магнетит, как и следует ожидать, окислялись до Fe2O3 и TiO2 путем образования налетов и диффузии кислорода в минеральные зерна. В пределах поля трехокисиого железа магнетит и ильменит могли быть изменены только в кислых условиях благодаря выщелачиванию железа. Значение pH, требуемое для выщелачивания железа, зависит от значений рЕ и концентраций железа в растворе, но pH должно быть равно или ниже 7. При отсутствии органического вещества нет такого агента, который мог бы значительно понизить pH и рЕ, чтобы привести к выщелачиванию железа в виде Fe2+. Более того, обильное содержание обломочного вулканического стекла в песках формации Моррисон, вероятно, служило буфером в любой реакции, ведущей к значениям pH значительно ниже 7. Следовательно, маловероятно, чтобы ильменит и магнетит были изменены в этих песках, т.е. в системе, в которой отсутствует органическое вещество.

Органическое вещество способно понижать как pH, так и рЕ подземных вод благодаря диссоциации органических кислот и окислению углерода. Содержание детритового углерода в песках формации Моррисон было устойчивым, о чем свидетельствуют окаменелые стволы деревьев и сохранившиеся местами остатки обугленных растений. Разложение и растворение органического вещества могли обусловить повышение окислительно-восстановительного потенциала подземных вод, в которых железо более легко переходило в раствор. Поскольку в подземных водах также могли содержаться ионы сульфата и сульфатвосстанавливающие бактерии Desulfovibrio, ионы сернистого соединения следовало бы рассматривать как компонент в системе вторичных изменений магнетит-ильменитов. Как экспериментально показал Грюнер, ильменит мог быть изменен до пирита и лейкоксена при наличии H2S и при температуре ниже 200° С. Кэрролл установил, что по крайней мере отложениях прибрежной равнины штата Мэриленд, по всей вероятности, образовалась в результате вторичных изменений ильменита в подземных водах. Остин обнаружил в формации Моррисон северо-западной части Нью-Мексико "доказательство того, что аутогенный каолинит, пирит и анатаз частично замещают обломочный полевой шпат и выщелоченный обломочный магнетит и ильменит, и, по-видимому, все они образовались в течение одного периода постседиментационных изменений. Исходя из этого, постулируются окислительно-восстановительные условия, в которых изменения завершались флюидами, содержащими возможные комбинации гуминовой и серной кислот, H2S и соединений серы". В песках и сланцах формации Моррисон пирит содержится в различном, но, как правило, небольшом количестве, особенно ниже зоны поверхностного окисления и вблизи месторождений урана. Его хаотично разбросанные кристаллы обычно присутствуют в скоплениях лейкоксена, а также на их поверхности, что свидетельствует о вероятной связи между изменениями ильменита и магнетита и образованием пирита. Взаимоотношения минералов железа в системе Fe-S-O-H показаны на фиг. 5. Эта диаграмма построена для суммы активностей соединений серы, равной 10в-3, эквивалентной 100 млн-1 (0,01%) SO4- так как около 75% проб природных вод содержит их в меньших концентрациях. Система Fe-Ti-S-O-H показана на фиг. 6. При сопоставлении этой системы с системами, лишенными сульфидов, пирит в основном занимает поля стабильности магнетита и ильменита. Следовательно, при наличии в достаточном количестве S2- магнетит и ильменит должны были замешаться соответственно пиритом, а также пиритом и лейкоксеном. Однако низкие и спорадические концентрации пирита в песках формации Моррисон, особенно в скоплениях лейкоксена, не подтверждают видимой сульфидизации железа в магнетит-ильменитах. Более того, пески, как правило, содержат скопления лейкоксена без пирита или других аутигенных минералов железа, что свидетельствует о том, что железо было выщелочено и перешло в раствор. Следовательно, низкие содержания пирита позволяют предполагать, что ильменит и магнетит не были изменены в обогащенных сульфатами подземных водах, в которых низкие значения pH и рЕ контролировались органическим веществом. Тем не менее возможно, что изменения магнетита и ильменита происходили в обедненной сульфатами системе, в которой растворимость железа не контролировалась пиритом. Поскольку органическое вещество поддерживало pH равным 7 или ниже и рЕ ниже +2 (фиг. 6), железо могло находиться в растворе в окисной форме. He известно, оказывало ли содержащееся в песках вулканическое стекло буферное действие при pH выше 7; тогда вторичные изменения могли происходить в обедненных сульфатом подземных водах при низких значениях pH и рЕ, контролируемых органическим веществом.

Железо образует комплексы с некоторыми растворенными и дисперсионными молекулами органических веществ, что характерно для некоторых организмов. Хотя эти аспекты геохимического поведения железа слабо изучены, некоторые данные и наблюдения позволяют высказать предварительные соображения об органической геохимии железа в песчаниках формации Моррисон. В соответствии с выводами Хема "железо обладает способностью соединяться с некоторыми ионами органических и отдельных неорганических веществ с образованием анионных или катионных комплексов, достаточно стабильных и растворимых, чтобы способствовать переносу железа поверхностными водами, почвенной влагой и подземными водами". Растворенные соединения окисного и закисного железа с органическим веществом представляют обычное явление. Хем изучил комплекс, состоящий из окисного железа и дубильной кислоты, который имел полупериод окисления в контакте с воздухом около 30 сут при значениях pH приблизительно 8,0 по сравнению с несколькими минутами для полупериода окисления несвязанного окисного железа. В лабораторных условиях Линд обнаружил, что раствор гуминовой кислоты при pH, равном 3,5, вдвое активнее воздействовал на вынос железа из ильменита, чем раствор серной кислоты при тех же значениях pH. Шнитпер изучил образование соединений фульвокислот с ионами ряда металлов. Фульвокислоты представляют собой продукт разложения растений и являются "активно окисляющим, биологически устойчивым, растворяющимся в воде и встречающимся в природных условиях комплексообразующим реагентом, который может присоединять двух- и трехвалентные ионы металлов и гидроокисные соединения металлов и может реагировать с минералами глин". Была отмечена особенность, что при pH, равном 5, комплексы фульвокислот с Fe+3, Cu+2, Pb+2 , Fe+2 и, возможно, Al43 обладали высокой растворимостью. Следовательно, растворенные продукты разложения растений, в частности гуминовые и фульвокислоты, способны образовывать сложные соединения и способствовать растворимости как окисного, так и записного железа. Поскольку в песках формации Моррисон содержится обильное количество растительных остатков, большая часть которых была растворена после захоронения, этот реагент, вероятно, сыграл важную роль в выщелачивании железа и меньшую - титана из обломочного ильменита и магнетита.

Роль, которую могло сыграть растворенное органическое вещество во вторичных изменениях магнетита и ильменита, можно также оценить, изучив "вторичное" органическое вещество в песчаниках Моррисон и подобное же органическое вещество, описанное в прибрежных песках Флориды. Многочисленные месторождения урана в песчаниках Джекпайл и в отложениях свиты Уэстуотер формации Моррисон в большом количестве содержат аналогичное бесструктурное урансодержащее органическое вещество. Данные анализа этого вещества приведены в табл. 6. В ураноносных песках органическое вещество заполняет пустоты, образует налеты на обломочных зернах и пятна в скоплениях лейкоксена. В существенно безрудных песках вблизи рудных залежей в песчаниках Джекпайл органическое вещество встречается предпочтительно в скоплениях лейкоксена или на их поверхности. На связь органического вещества с титаном также указывает незначительное обогащение титаном песков свиты Уэстуотер и песчаников Джекпайл с более высокими содержаниями в них урана (табл. 4), что свидетельствует о том, что небольшое количество титана было растворено, транспортировано и сконпентрировано в органическом веществе урановых месторождений. По-видимому, можно ожидать низкие содержания титана в переотложенных рудах песчаников Уэстуотер, поскольку районы их распространения характеризуются низкими концентрациями органического вещества. В органическом веществе также сконцентрировано железо (по крайней мере частично в виде пирита).

Свэнсон и Палакас изучили в северо-западной Флориде четвертичные прибрежные и дюнные пески, сцементированные гуматным веществом. Они считают, что это органическое вещество от коричневого до черного цвета растворяется в щелочных растворах и имеет состав, приведенный в табл. 7. Органическое вещество было выщелочено из гумусовых почв дождями и перенесено в солоноватые прибрежные воды потоками коричневатой окраски и подземными водами. Здесь оно осаждалось в цементе песчаников, вероятно, в основном при образовании гуматов. Авторы считают, что по происхождению, составу и химическому поведению органическое вещество в месторождениях урана, локализованных в песках формации Моррисон, аналогично гуматам Флориды. Существующие различия в их химическом составе (табл. 6) обусловлены потерей кислорода в процессе диагенеза более древнего вещества в песках формации Моррисон. Такая потеря кислорода типична для диагенеза разложившегося растительного органического вещества, и, возможно, была обусловлена радиацией. Мы считаем важным тот факт, что растворенный экстракт гуматов Флориды содержит 0,3% железа и 0,3% титана. Это доказывает, что упомянутые элементы находились в связанном соединении в растворе гуминовых кислот. Углистое органическое вещество в месторождениях урана, наоборот, в основном нерастворимо как в щелочных растворах, так и в органических растворителях, что обусловлено, как предполагается, их разложившимся, лишенным кислорода состоянием. Однако мы считаем, что во время осаждения оно обладало такой же способностью вступать в соединения и переноситься с железом и титаном и, вероятно, сыграло немаловажную роль в выщелачивании и изменении магнетит-ильменитов.

Вторичные изменения ильменита были изучены в связи с другими рудными месторождениями, особенно в прибрежных песках, а также в связи с бокситовыми месторождениями. Имеются свидетельства того, что ильменит в большей части прибрежных песков более или менее изменен до аморфной или тонкокристаллической окиси титан-закисного железа или соединения титана и окислов двухвалентного железа. Согласно Бейли и др., это аморфное вещество, сероватое, непрозрачное и не имеющее внутренних рефлексов, в свою очередь изменялось до лейкоксена с хорошими внутренними рефлексами и цветом, типичным для рутила. Выщелачивание железа сопровождалось изменениями аморфных окислов до лейкоксена. Продукты аморфного изменения ильменита, изученные Флитером в прибрежных песках Малайзии, вероятно, сходны с лейкоксеном, описанным Бейли с соавторами. Это вещество, которое имеет более высокие содержания TiO2 и более высокое отношение Fe2O3/FeO, чем ильменит, "дает диффузную картину рутила (а возможно, анатаза и брукита)". В отраженном свете этот минерал обладает более низкой отражательной способностью и обнаруживает красноватые внутренние рефлексы с металлическим оттенком. Следовательно, изменение ильменита в прибрежных песках представляет собой, по существу, процесс окисления железа с некоторым последующим выщелачиванием его во время перекристаллизации TiO2. Это аморфное вещество, смешанное с окислом, не было выделено в систематическую стадию изменений магнетит-ильменитов в песках Моррисон, хотя в некоторых шлифах было отмечено серое непрозрачное вещество. Больше того, интенсивность изменения ильменита в песках формации Моррисон значительнее, чем в прибрежных песках, что свидетельствует о различных механизмах и условиях, в которых происходили эти изменения.

Темпл представил данные для хребта Трейл - месторождения Флориды, в котором сильное выщелачивание железа из титанового минерала встречается на месторождении только выше уровня грунтовых вод. Можно было бы сделать вывод, что это результат процесса окисления, однако данные Темпла показывают, что железо из ильменита было почти полностью окислено по крайней мере на 12 м ниже уровня зеркала грунтовых вод при очень слабом выщелачивании железа. По-видимому, выщелачивание железа выше уровня грунтовых вод было следствием опускания грунтовых вод, обогащенных органическим веществом, которые селективно захватывали железо из минералов выше уровня зеркала грунтовых вод и близко к нему.

Вторичные изменения ильменита в бокситах и в прибрежных песках различны. Замещение зерен лейкоксеном происходит от каемок кристаллов внутрь, а не вдоль кристаллических плоскостей. Во втором типе изменений ильменит замешается тонкозернистыми агрегатами анатаза, которые имеют внутренние рефлексы от светло-желтых до умеренно темно-красных. Этот тип изменений, сопровождавшийся сильным выщелачиванием железа, сходен со вторичными изменениями магнетит-ильменитов из песков формации Моррисон и, вероятно, был вызван растворенным органическим веществом в весьма подвижных подземных водах.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: