Происхождение руд и геохимия месторождения Хайленд
Считают, что источником урана для рудных залежей Хайленд послужил туфогенный и (или) аркозовый материал, содержащийся во вмещающих породах - песчаниках или их фациальных аналогах -и в перекрывающих осадочных пачках. Неизмененные песчаники, алевролиты и аргиллиты формации Форт-Юнион, содержащие примесь туфового материала, характеризуются в бассейне Паудер-Ривер содержаниями урана в пределах 1-8 млн-1, а олигоценовые и миоценовые туфы (формации Уайт-Ривер и Арикари) на поднятии Хартвилл, восточнее Хайленда, имеют содержания 1-4 млн-. Обе эти группы пород могли служить хорошим источником. Автор склоняется к туфогенному источнику. Вулканическая деятельность протекала в течение всего третичного времени, и, когда туфовый материал попадал в область аллювиального осадконакопления (каковой являлась в палеоцене и эоцене южная часть бассейна Паудер-Ривер), он перерабатывался и включался в аллювиальные осадки. Такое одновременное существование песчаников и туфового источника было весьма благоприятным для формирования уранового оруденения. Процессу рудообразования способствовал также тот факт, что движение подземных вод в последующем шло по той же речной сети, и включенный в аллювиальные осадки вулканический материал мог во влажной обстановке подвергаться немедленному гидролизу, в результате чего освобожденный уран поступал в раствор.
Полагают, что транспортирующие уран подземные воды были окисляющими, слабощелочными и относились к сульфат-бикарбонатному типу. Бикарбонаты, которые присутствуют и в современных подземных водах, являются прекрасными комплексообразователями для урана. В этой системе уран переносится в виде уранил-карбонатных комплексов (возможно, UO (CO)22- и UO2(CO3)23- до встречи с восстановителем.
Важное значение для рудообразующих процессов имеют как биогенный сероводород, так и неорганический бисульфид. Биогенный H2S играет важную роль в начальной стадии при образовании пирита, а HS1- - при образовании руд и во второй стадии пиритообразования.
Первая генерация H2S и пирита в осадках представляет результат диагенетического процесса, происходящего при участии анаэробных сульфатредуцирующих бактерий. Эти процессы, по—видимому, начинаются в раннюю стадию диагенеза и литификации, так как вид Desulfovibrio присутствует почти в любых условиях в случае наличия органического вещества и сульфата в растворе. Так, сероводород генерируется в настоящее время в обогащенных органическим веществом осадках (0,5-1,5% органического углерода) затапливаемой поймы реки Миссури.
Вероятность наличия сульфатредуцирующих бактерий в третичных бассейнах Вайоминга подтверждается работами Дженсена, Чини и Дженсена, а также Остина, а Хэгмайер показал, что условия, благоприятные для роста Desulfovibrio, имеются в бассейне Паудер-Ривер и ныне. Авторы также полагают, что этот биогенный сероводород, по-видимому, явился источником серы для пирита, содержащегося во многих месторождениях в третичных породах Вайоминга. Тот же сероводород мог быть и восстановителем, обусловившим восстановление урана. Однако авторы считают, что хотя биогенные сульфиды (те, что присутствуют в неизмененных породах) и имеют важное значение, формирование залежей роллового типа в бассейне Паудер-Ривер генетически с ними не связано. Подобная же интерпретация данных приводится Чини и Трэммеллом для урановых месторождений района Гэс-Хиле в Вайоминге. Тем не менее диагенетический пирит является необходимой стадией в формировании геологических условий для развивающегося позднее оруденения. Считается, что его образование определяет геохимическую подготовку вмещающих пород.
Неорганический H2S того типа, что описан в экспериментальной модели Грейнджера и Уоррена, является, по-видимому, конечным восстановителем для промышленных концентраций урана и для осаждения пирита второй генерации, накапливающегося в ролловых залежах. Лабораторные эксперименты этих исследователей и теоретические расчеты показывают, что подземные воды, проходящие через вмещающие пачки, могут послужить причиной окисления ранее образовавшихся сульфидов (пирита) до сульфита, который распадается с образованием SO42- и HS-.
Некоторые факты, указывающие на неорганическое происхождение восстановителя в рудных залежах бассейна Паудер-Ривер, приводятся ниже:
1. Время рудообразования совпадает с естественной, ненарушенной последовательностью событий от накопления вмещающих пород до отложения руд.
2. Распределение руд вдоль границ выклинивания песчаников также подтверждает высказанные представления. Наиболее важным химическим контролем является наличие дорудного пирита, а он концентрируется и контролируется приграничными фациями. Это происходит в связи с концентрацией пирита там, где для развития сульфатредуцирующих бактерий имеется органическое вещество, последнее же более распространено в глинах и алевролитах фаций прибортовых болот. В районе Хайленд наибольшая часть промышленного оруденения локализована вблизи восточного выклинивания вмещающих песчаников, переходящих здесь в фации прибортовых болот. Отсутствие значительной рудной минерализации вдоль северного выклинивания линзы песчаников может объясняться локальным отсутствием пирита, а возможно, и кальцита, которые определяют величину Eh и pH вдоль фронта окисления.
3. Распределение рудных тел предполагает отчетливый и определенный геохимический контроль. По-видимому, нет сомнения, что конечная локализация месторождений южной части бассейна Паудер-Ривер контролируется региональной зоной (несколько километров) химического равновесия между поступающими кислородсодержащими подземными водами и восстановительными условиями осадочных пачек. Несмотря на это, существует и локальный контроль приграничными фациями вследствие их геохимических особенностей. В соответствии с представлениями Грейнджера и Уоррена такая зона химического равновесия располагается на участках, от которых выше по падению пирит вмещающих пород окислен, а ниже - находится в химическом равновесии с растворами подземных вод.
4. По форме и размерам пирит, ассоциирующийся с рудами месторождения Хайленд, сходен с пиритом, синтезированным Грейнджером и Уорреном в неорганических условиях. В рудах Хайленда не встречался пирит, повторяющий бактериальные формы или имеющий такой облик, который давал бы возможность предполагать, что рудообразование стимулировалось ростом бактерий.
5. Характер изменений на месторождении Хайленд отвечает геохимическим изменениям, развивающимся при окислении пирита подземными водами. Поскольку в окисленной части вмещающих песчаников пирит в значительной мере разрушен, можно предполагать, что первоначально поступавшие растворы были окисляющими по отношению к пириту и характеризовались слабощелочными значениями pH благодаря реакпиям с силикатами. Однако окисление пирита вдоль продвигающегося фронта понижало значения pH ниже уровня, необходимого для устойчивости кальцита. В результате позади фронта окисления оставались некоторые продукты (измененные полевые шпаты и разрушенный кальцит), свидетельствующие о прохождении слабокислых растворов. Концентрация урана в этом процессе происходила, очевидно, по схеме, предложенной в свое время Грюнером. Цветовые изменения, ассоциирующиеся с граниней между окисленными породами и рудной зоной, зависят от типа связывания окисного железа. Наиболее распространенным продуктом окисления пирита является гётит, переходящий в результате дегидратации в гематит.