Уран-ванадий-медные руды, ассоциирующиеся с песчаниками

Минералогия

В различных месторождениях наблюдаются переменные количественные соотношения минералов трех этих металлов, часто с присутствием или значительным преобладанием лишь одного или двух из них. Главные минералы каждого металла следующий:

Уран: уранинит (или его криптокристаллический аналог — смолка), коффинит [U(SiO4)1-х(OH)4х], различные типы битумного органического вещества, содержащего уран.

Ванадий: раскоелит (ванадиевая слюда), монтрозеит [VO(OH)] и ванадийсодержащие смешанослойные глинистые минералы.

Медь: халькозин (или родственные минералы состава -Cu2S), борнит, халькопирит, ковеллин, самородная медь. Другие (обычно второстепенные) минералы представлены большим числом сульфидов, особенно пиритом, галенитом, сфалеритом, герсдорфитом, молибденитом, самородным золотом и серебром, сульфидами серебра. Вторичные минералы представлены разнообразными окислами, гидроокислами, сульфатами и карбонатами, образовавшимися из первичных ассоциаций.

Условия нахождения

В конгломератах, песчаниках и аргиллитах (особенно в зонах восстановления в красноцветных пластах) в виде неправильных рудных масс, заполняющих поровые пространства, прожилки и замещающих органическое вещество, особенно ископаемые растения. Также в виде жил и прожилков, тесно ассоциирующихся с главным несогласием, отмечающим период континентального выветривания.

Примеры

Область плато Колорадо, штаты Аризона, Юта и Нью-Мексико; Вайоминг; Техас; песчаники Атабаска в северном Саскачеване; район Дарвин в Австралии (наиболее важные примеры урансодержащих руд). Богатые медные месторождения широко распространены, например Корокоро в Боливии. Удокан в Сибири. Известно также много примеров месторождений, имеющих ограниченное экономическое значение (например, в штатах Пенсильвания, США; Олдерли-Эдж, Чешир, Англия).

Минеральные ассоциации и структуры. Месторождения этой группы обычно встречаются в континентальных и окраинно-морских кластическнх осадках, которые считаются отложившимися в аллювиально-дельтовых условиях. Основная масса этих осадочных пород имеет отчетливую красную окраску в связи с присутствием гонкозернистого гематита и железистых оксигидроокислов, что привело к термину «красный лежень» (red beds). Однако в противоположность окружающим красным осадочным породам минерализованные зоны часто серовато-зеленые, содержат в основном закисное железо и относительно высокие концентрации серы и углерода. Минерализация представлена линзами, слоями, вогнутыми «роллами», которые в основном согласны с окружающими осадочными породами, хотя наблюдаются и секущие соотношения. В большинстве случаев проявления минерализации связаны с органическими обломками, а некоторые значительные урановые месторождения возникли при замещении ископаемых деревьев.

Объем урановой, ванадиевой и медной минерализации чрезвычайно сильно меняется в пределах как одного, так и разных месторождений. Медные руды могут содержать также значительные концентрации серебра. Рудные минералы встречаются в виде прожилков и выполнений гюровых пространств в осадочных породах и в виде замещения ископаемого растительного вещества. Часто сохраняется ячеистая текстура дерева, несмотря на полное замещение урановыми минералами и сульфидами меди и железа (рис. 10.6). Хотя главным сульфидом меди, описанным в этих месторождениях, является «халькозин», последние описания сложных фазовых соотношений в системе Cu—S (и системе Cu—Fe—S) показывают, что детальная минералогия этих руд и роль таких минералов, как дигенит, джарлеит, анилит, еще подлежат изучению (см. рис. 10.7). Во многих месторождениях, связанных с красноцветами, обычен богатый серой борнит, встречающийся в интерстициях песчаника или селективно замещающий органическое вещество. В фазовых соотношениях в системе Cu—Fe—S условия устойчивости и способ образования борнита этого типа еще остаются невыясненными. Пирит обычен в участках руд, находившихся в восстановительных условиях, но в участках, находившихся в более окислительных условиях, он в основном замещен вторичным гематитом и гидроокислами железа.

В месторождении Реббит-Лейк, северный Саскачеван, минерализация пространственно связана с несогласием под формацией Атабаска, аллювиально-осадочной серией, включающей красноцветные осадочные породы с зонами восстановления и углеродистым веществом. Минерализация детально изучалась (Хеве и Зиббальд в работе Кимберли), и были выявлены несколько стадий, связанных с чередованием эпизодов окисления и восстановления. Самая ранняя минерализация встречается в виде выполнения трещин и брекчий с колломорфными корочками урановой смолки и более поздними массивными выделениями со сложным парагенезисом, включающим идиоморфный кварц, карбонаты, урановую смолку, коффинит, сульфиды, арсениды и самородную медь. Конечная стадия включает импрегнацию сажистой урановой смолки и коффинита вдоль трещин и отдельности, очевидно, как результат переработки ранее существовавшей минерализации.

Происхождение руд и структур. В связи с очень большим числом доказательств принято считать, что рудные минералы этой группы привнесены позже отложения вмещающих осадочных пород и образовались в результате отложения из растворов, проходивших через эти породы. Проблемы происхождения касаются природы и источника растворов, способа их переноса и отложения из них. Были высказаны три главных предположения об источнике растворов.

Широко распространено мнение, что растворы были грунтовыми водами, выщелачивавшими ионы металлов и ионы SO42-из ассоциирующихся слоев при низкой температуре и что рудные минералы отлагались при попадании в локальные восстановительные обстановки. Устанавливаемые в поле соотношения главных ураноносных месторождений допускают широкомасштабное выщелачивание залегающих ниже гранитов, аркозовых пород и включений вулканического пепла, которые могли поставлять необходимые металлы. В окислительных растворах уран мог переноситься в виде относительно растворимого уранил-иона (U6+O2)2+ или карбонатного комплекса, такого, как UO2(CO3)34- или UO2(CO3)22-. Относительно нерастворимый ион U4+ устойчив в восстановительных условиях, в которых он может отлагаться с образованием уранинита UO2, как показано на рис. 10.8. Поскольку минерализованные зоны представляют собой обычно серовато-зеленые (богатые Fe2+) участки пород с восстановительными условиями, концепция об отложении руд при прохождении растворов через такие участки кажется логичной. Образование таких локальных восстановительных условий обычно связывается с присутствием органического вещества. Бактериальная деятельность в таких участках может вызвать восстановление сульфата в поровых водах, которые могут реагировать с -привнесенной в растворах медью с отложением нерастворимых сульфидов меди. Ванадий может переноситься в виде иона V4+ и отлагаться при восстановлении в минерализованной зоне. Гипотеза, предусматривающая важность органического восстановления при образовании сульфидных руд этой ассоциации, подтверждается данными изучения изотопов серы. Движение растворов через пористые песчаники часто приводит к развитию месторождений «роллового типа», в которых растворение уран-ванадиевых минералов осуществляется вдоль поверхности окисления, следующей за фронтом восстановления, где происходит отложение (рис. 10.9).

Согласно другой гипотезе, происхождение минерализующих растворов связывается непосредственно с изверженными породами на глубине (т. е. магматогенно-гидротермальное происхождение). Такие растворы должны подниматься по трещинам во вмещающие осадочные породы, где может происходить отложение благодаря уже описанным процессам. Главными аргументами против этой теории можно считать отсутствие больших питающих каналов, обширную латеральную протяженность месторождений типа плато Колорадо и повсеместное отсутствие ассоциации с магматическими источниками.

Третья точка зрения объединяет две первые гипотезы, считая. что рудообразование происходило при смешении гидротермальных растворов и метеорных вод.

Исследования Розе, касающиеся медных месторождений этой ассоциации, привлекли внимание к их геологической связи с эвапоритами, которые могли поставлять богатые хлоридами грунтовые воды. В большинстве грунтовых вод с нормальными окислительными условиями растворимость меди менее 1 млн-1 при соответствующих значениях pH. Однако в растворах, содержащих хлориды, ионы меди образуют комплексы CuCl2- и СuСl32-, которые допускают растворимость меди 100 млн-1 в 0,5 M Cl- при pH 7,0 и средних значениях Eh. Как показано на рис. 10.10, комплекс CuCl32- устойчив при pH/Eh-условиях, совместимых с присутствием гематита. Растворы, переносившие медь, считаются находившимися в равновесии с гематитом, кварцем, полевым шпатом и слюдой при температурах ниже ~75°С. Общие соотношения, приведенные на рис. 10.10 (при 25 °С), показывают, таким образом, что восстановление приведет к отложению меди и сульфидов меди.