06.02.2018

Урановые месторождения типа оруденелых песчаников


Общие замечания. Распространение месторождений типа оруденелых песчаников, по-видимому, ограничивается породами, возраст которых не превышает 400 млн. лет. В настоящее время они являются важнейшим типом урановых месторождений. Месторождения этой группы залегают в песчаниках и ассоциирующихся с ними породах, но к ним не относятся залежи в калькретах, кварцевых конгломератах и месторождения жильного типа. Хотя они заключают лишь 41% запасов капиталистических стран, в США на их долю приходится более 95% запасов урана. Судя по работам советских ученых, в запасах России месторождения этого типа также играют существенную роль.

Промышленные месторождения данного типа присутствуют практически во всех регионах мира. Они встречаются в пермских породах Южной и Восточной Европы, породах Южной Америки и Южной Африки, имеющих возраст от миссисипского до триасового, в мезозоидах Восточной Европы и плато Колорадо (рис. 25) (запад США), в третичных образованиях Австралии, России, Индии, Японии, а также в северной части провинции Скалистых гор и на прибрежных равнинах Техасского залива в США.
Вообще говоря, вмещающими породами для оруденелых песчаников являются речные и озерные молассоподобные серии, накапливающиеся в межгорных бассейнах, на обширных внутрикратонных предгорьях и окраинных морских равнинах. Небольшие бассейны могли иметь не более нескольких десятков километров в поперечнике, тогда как большие простирались на сотни километров. Рудоносные части этих серий представлены главным образом диагенетически восстановленными речными песчаниками с линзами паводковых и озерных аргиллитов. Источниками сноса для эпикластических песчаников обычно считаются горные цепи с гранитными ядрами, но ими отчасти могут служить также вулканогенные, метаморфические и полициклические осадочные породы.

Толщи пород, вмещающие месторождения рассматриваемого типа, обычно содержат как восстановленные, так и окисленные фации в процессе диагенеза. За редким исключением, урановые месторождения залегают в восстановленных фациях, породы которых чаще всего имеют тускло-коричневый или светло-серый до белого цвет. Присутствующие иногда древесные остатки в основном углефицированы, что свидетельствует о раннем захоронении и сохранении материала в анаэробных условиях, ниже уровня грунтовых вод. Анаэробная обстановка обусловливала как углефикацию, так и создание необходимых условий для сульфатредуцирующих бактерий, деятельность которых, по крайней мере частично, способствовала пиритизации минералов железа. Вблизи рудных месторождений окисленные фации могут занимать относительно небольшой объем или даже отсутствовать, но восстановленные фации встречаются здесь практически всегда.

Окисленные фации имеют красный, светло-желтый или рыжевато-коричневый цвета, свидетельствующие об образовании минералов окисного железа на ранней стадии седиментации в аэробных условиях и дальнейшем сохранении их в окислительной обстановке как выше, так и ниже местного уровня грунтовых вод. Глинистые минералы могут покрываться пленкой гематита; магнетит и другие железосодержащие минералы частично окисляются, а присутствующие древесные остатки обычно подвергаются окремнению.

Вмещающие породы первоначально представляли собой главным образом речные русловые и прирусловые песчаные отложения, обладающие высокой проницаемостью; размер зерен обычно варьирует от тонкого до среднего, а состав — от аркозового до кварцевого. Колебания содержания полевого шпата, по-видимому, не оказывали прямого влияния на степень благоприятности породы для отложения урана. В настоящее время проницаемость многих рудовмещающих песчаников в значительной мере понижена отложением цемента и продуктов гидротермальных изменений, однако в процессе рудоотложения гидрологическая проводимость была, вероятно, гораздо выше, что и обеспечивало прохождение через породы больших объемов рудообразующих флюидов.

Месторождения рассматриваемого типа, в сущности, являются стратифицированными, и рудные тела в них, как правило (но не всегда), локализуются в пределах отдельных участков одних и тех же пачек осадочных образований. Большинство из них имеют пластообразную или плащеобразную форму и залегают почти согласно с напластованием. Однако в месторождениях некоторых типов обычными являются резко дискордантные образования, называемые роллами, которые в ряде случаев представляют собой главные рудные тела. Границы между рудой и пустой породой в одних случаях четкие и хорошо прослеживаются, в других — крайне неровные и размытые.

Наиболее важными физическими и геохимическими факторами, контролирующими рудоотложение, являются: 1) проницаемость пород, 2) наличие адсорбирующих веществ, например углефицированной древесины и иных гумусовых веществ, окислов Ti, наконец, 3) присутствие восстанавливающих агентов — углеводородов и соединений серы, связанных с биогенной сульфатной редукцией, природными сернистыми газами или частичным разрушением дисульфидов железа при окислении.

Для большинства месторождений ведущей причиной осаждения урана является, очевидно, его восстановление. Важнейшие рудные минералы содержат главным образом восстановленную форму урана U (IV). К ним относятся уранинит (разновидность — настуран), коффинит и урансодержащее органическое вещество; на месторождениях они встречаются либо самостоятельно, либо в различных сочетаниях. На некоторых объектах при отсутствии восстановителя главную роль в локализации оруденения, по-видимому, играла адсорбция U (VI) окислами железа, цеолитами, глинистыми минералами или окислами титана.

Для некоторых месторождений в песчаниках типично зональное распределение концентраций таких сопутствующих элементов, как Se, Mo и V. Эти месторождения чаще всего представляют собой пластообразные тела, залегающие либо почти согласно с напластованием, либо в виде поперечного к нему ролла, и имеют относительно четкую границу с безрудной вмещающей породой. Зональность объясняется эффектом осаждения на барьерах, перпендикулярных к вектору геохимического градиента и соответствующих поверхности раздела двух различных растворов или (при одном растворе) изменению его состава вследствие взаимодействия с вмещающей породой. На тех месторождениях, где зональность в распределении сопутствующих элементов не отмечается, рудные тела обычно имеют более размытые границы и менее четкую морфологию.

Данные изотопного датирования, структурные и литологические особенности, а также результаты изучения геохимии месторождений, в особенности органической, дают основание полагать, что формирование месторождений типа оруденелых песчаников происходило, как правило, вскоре (в геологическом смысле) после накопления толщ вмещающих пород. Последующие гидротермальные изменения и преобразования этих месторождений, которые могут быть отчетливо выражены, чаще всего приводили к частичному разрушению залежей, а не к обогащению руды.

Источник урана в месторождениях этого типа был предметом споров в течение нескольких десятилетий. Согласно основным точкам зрения, поступление урана связано: 1) как с магматогенными, так и с вадозно-гидротермальными флюидами, 2) с выщелачиванием из вмещающих пород, 3) с выщелачиванием из денитрифицируемого вулканического пепла, слагающего туфогенные аргиллиты неподалеку от месторождения, и 4) с выщелачиванием из гранитоидов, являвшихся источником сноса для рудовмещающих осадочных пород. В таких районах, как плато Колорадо, слои, непосредственно подстилающие вмещающие породы, обычно содержат красноцветные фации, образование которых чаще всего связывают с отложением в условиях высокой солености и повышенного испарения (типа себхи или плайи). Вопрос о возможности того, что минералообразующими растворами могли быть именно рассолы или солевые растворы из таких толщ, пока еще детально не рассматривался.

В современной литературе мнение о привносе элементов гидротермальными растворами (разумеется, магматогенными) в настоящее время отстаивается редко. He пользуется широкой поддержкой и концепция заимствования вещества из вмещающих пород. Ho выщелачивание урана из пеплов (туфов) и гранитов все еще находит подтверждение, и, на наш взгляд, любой из этих процессов в определенных случаях мог поставлять материал для формирования оруденения. Согласно Харшману, в формировании некоторых месторождений могут принимать участие оба упомянутых источника. Разнообразные представления об источниках урана на месторождениях типа оруденелых песчаников в США сведены в работе Ракли.
Исходя из задач данной статьи, урановые месторождения в песчаниках разделены на две основные группы в соответствии с той ролью, которую, по нашим представлениям, играло в их генезисе органическое вещество. В первой группе месторождений оно большей частью определяется легко в типичных образцах руды как визуально, так и химическим анализом; при этом предполагается, что оно играло непосредственную роль в локализации оруденения. Для второй группы либо характерно отсутствие органического вещества во многих или во всех образцах руд, либо есть основания предполагать, что роль его в рудообразовании была косвенной. Хотя вполне очевидно, что подавляющая часть рудовмещающих песчаников была первоначально подготовлена восстановлением в присутствии большого количества органических остатков, тем не менее органическое вещество совершенно необязательно обусловливает последующее рудоотложение. Дальнейшее разделение каждой группы основано на установленных различиях морфологии, геологических соотношений и в особенности геохимической истории и генезиса. Такая группировка месторождений удобна для настоящего обсуждения и может стимулировать дальнейшие дискуссии, но ее не следует непременно рассматривать как основу для классификации. В рамках данной схемы подытожим теперь наиболее существенные, специфические характеристики ряда разновидностей урановых месторождений типа оруденелых песчаников.

Месторождения, образовавшиеся при участии сингенетического детритового органического вещества. Породы, в которых залегают месторождения этой группы, в основном представляют собой песчаники, образованные намывом в руслах рек или в барах, а также линзы конгломератов, обычно занимающие деградационные палеорусловые промоины в подстилающих породах (рис. 26). Из этого, очевидно, следует, что первичный заполнявший каналы субстрат имел существенно лучшую в сравнении с окружающими породами проницаемость, однако последующие процессы гидротермальных изменений и аутигенной цементации, как правило, на порядок и более уменьшали ее исходную величину.
Оруденелые участки рудоносных горизонтов песчаников неизменно содержат углефицированные остатки захороненных растений размером от измельченных в порошок частиц до полностью сохранившихся древесных стволов. Ядра обломков большого размера могут быть окремнелыми, но обилие углистого материала указывает на то, что древесина попадала в русловые пески, захоронялась и сохранялась ниже уровня грунтовых вод. Породы, переслаивающиеся с рудоносными песчаниками, и надрудные почти всегда содержат прослои, богатые пирокластикой, меняющейся по составу от свежего пепла и туфогенных песчаников до полностью девитрифицированных туфов и монтмориллонитовых аргиллитов. Тонкозернистый органический детритус местами может придавать породам темно-серую окраску, однако в свежем состоянии они обычно имеют цвет от светло- до умеренно-зеленовато-серого или желтовато-серого.

В рассматриваемых месторождениях уран неизменно тесно ассоциируется с ископаемыми фрагментами детритового органического вещества, а рудные тела, как правило, не образуют резких границ с безрудной породой. Минералы с восстановленными формами урана обычно присутствуют как внутри органических обломков, где при этом коффинит и настуран частично замещают участки клеточной структуры, так и в интерстициях в песчаниках. Помимо коффинита и настурана может встречаться бесструктурное урансодержащее органическое вещество. В песчаниках постоянно присутствует пирит, который, аналогично урану, может как образовывать вкрапленность в песчанике, так и тесно ассоциировать с органическим веществом. В гораздо меньших, как правило, количествах, чем уран, могут обнаруживаться такие элементы, как селен, молибден, ванадий и медь. (Заметим, однако, что так называемые красноцветные месторождения меди также могут содержать уран и встречаться в тех же или сходных по составу вмещающих породах.)

Рудоотложение обычно объясняют как адсорбционными свойствами органического вещества, так и восстановительными свойствами органического вещества и H2S, образованного биогенным путем. Согласно этой концепции, U (VI) экстрагировался из рудоносных растворов по мере их просачивания сквозь богатые органическим веществом зоны. Часть U (VI) адсорбировалась на поверхности или во внутренних зонах твердых органогенных обломков, а затем восстанавливалась. Некоторое количество урана могло восстанавливаться и осаждаться (например, в виде коффинита или настурана) непосредственно из растворов в результате взаимодействия с растворенными в воде гуминовыми кислотами, образовавшимися при распаде растительных остатков, или с сероводородом — продуктом жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий.

Там, где рассматриваемые месторождения залегают в мощных пачках осадочных пород, тесно ассоциирующихся с туфогенными отложениями, весьма вероятно заимствование урана из девитрифицированных вулканических пеплов. Там же, где вмещающие оруденение песчаники, образованные за счет разрушения ураноносных гранитных (или иных) пород, залегают непосредственно на них либо поблизости, а вулканиты подходящего возраста отсутствуют, вполне допустимо предположение о выщелачивании урана из этих исходных пород. Существенную помощь в выявлении источника или источников урана могла бы оказать реконструкция направлений движения подземных вод на ранних стадиях рудоотложения (рис. 27).
Полученные разными методами данные позволяют считать, что первичное рудоотложение, хотя и было эпигенетическим, происходило на довольно раннем отрезке геологической истории вмещающих пород. К примеру, Берглоф показал, что некоторые конкордантные значения Pb-U-возраста для руд, залегающих в триасовой формации Чайнл (рис. 25), почти совпадают с независимо оцененным возрастом самой формации. Первичное рудоотложение в этой группе месторождений почти неизменно предшествовало любому значительному трещинообразованию мелкого и крупного масштаба, что свидетельствует о формировании этих месторождений вскоре после накопления рудовмещающих песчаников. В качестве предполагаемых источников урана рассматриваются в основном либо образования, послужившие исходным материалом для вмещающих пород, либо девитрифицируемые вулканогенные составляющие толщ, связанных с ними. Любая из этих концепций вполне пригодна в том случае, если рудная минерализация завершилась спустя непродолжительное время после образования вмещающих пород. Разлагающееся растительное вещество обладает наибольшей эффективностью в качестве питательной среды для бактерий и как химический реагент лишь в течение короткого периода времени после отмирания и захоронения. Окончание этого отрезка времени примерно соответствует стадиям образования торфа и лигнита в процессе углефикации органического вещества, и активность последнего имеет тенденцию падать с приближением к стадии битуминозного угля.

Особенности процессов первичного рудоотложения в этой группе месторождений обычно затушеваны в результате деформации структур и перераспределения урана. Фактически лишь в целях упрощения мы были вынуждены включить в эту категорию все многочисленные и кое в чем различные месторождения в пермских песчаниках Европы. Местами, например в пермских слоях Отуньен района Лодев, южная Франция, первичные руды выносились просочившимися окисленными растворами, перераспределялись и концентрировались в трещиноватых вмещающих породах. Складкообразование и метаморфизм, по-видимому, усложнили морфологию пермского месторождения Жировски-Врх, Югославия, приуроченного к палеоруслу. Месторождения в триасовой пачке конгломератов Шинарамп формации Чайнл в Темпл-Маунтин, Юта, также подверглись частичному выщелачиванию и перераспределению под действием процессов, сущность которых еще не вполне выяснена. Однако в каждом из этих месторождений первичные залежи урана, по-видимому, локализовались в горизонтах речных (или озерно-речных) песчаников, содержащих обломочный углерод органического происхождения.

Месторождения, связанные с эпигенетическим и аутигенным органическим веществом (урансодержащие гуматы). Месторождения этой группы обнаружены главным образом в юрской формации Моррисон минерального пояса Гранте, протягивающегося вдоль южной границы седиментационного бассейна Сан-Хуан, на северо-западе штата Нью-Мексико (рис. 25 и 28). Здесь первичные скопления урана приурочены к прослоям аутигенного органического вещества, пропитывающего песчаники, и столь же широко распространены. Хотя эти месторождения редко встречаются в мире, в США в них сосредоточено более 50% запасов урана. Эпигенетическое и аутигенное органическое вещество составляет часть ураноносной породы во многих типах месторождений в песчаниках, но в большинстве прочих случаев, хотя и подвергалось перераспределению, играло второстепенную роль. Как отмечалось выше, на некоторых участках района Лодев, южная Франция, урансодержащее органическое вещество пермских оруденелых песчаников, вероятно, в результате притока окисляющих растворов в слабоураноносные песчаники и алевролиты, обогащенные органическими остатками, заимствовалось из последних и переотлагалось в трещинах и порах залегающих поблизости восстановленных пород. Местами этот процесс приводил к обогащению первично бедных руд и формированию промышленных месторождений.

Руды минерального пояса Гранте (северо-западная часть штата Нью-Мексико) залегают в горизонтах песчаников, состав которых меняется от полевошпатового до аркозового. Песчаные осадки отлагались в основном разветвленными потоками, протекавшими по широкой аллювиальной равнине южной части бассейна Сан-Хуан. Формация Моррисон состоит из следующих подразделений (снизу вверх): 1) пачка Рикепчер-Крик — песчаники и алевролиты, отлагавшиеся в обстановке речных русел и себхи, 2) пачка Уэстуотер-Каньон — песчаники с прослоями аргиллитов (речные и озерные) и 3) пачка Браши-Бейсин — преимущественно монтмориллонитовые аргиллиты (паводковые, озерные и речные). Аргиллиты состоят главным образом из монтмориллонитовых глин и образовались из вулканического пепла. Некоторые очень тонкие бентонитовые прослойки в аргиллитах, по-видимому, являются отложениями пеплового дождя, но основная масса аргиллита, вероятно, отлагалась либо потоками, перегруженными тонкообломочным вулканическим материалом, либо в озерах, питающихся такими потоками. Руды залегают как в пачке Уэстуотер, так и в горизонтах песчаников пачки Браши-Бейсин, особенно (вблизи восточной оконечности минерального пояса) в пределах мощного и выдержанного горизонта русловых песчаников, не вполне строго называемого песчаником Джэкпайл и залегающего в верхах пачки Браши-Бейсин. Источник органического вещества, его перенос водными растворами и накопление — вот основные вопросы, на которые нужно ответить, чтобы понять формирование месторождений рассматриваемого типа. Присутствие углефицированных древесных остатков и рассеянного пирита, а также явление отбеливания (восстановления) указывают на то, что преобладающая часть песчаных осадков была захоронена быстро и сохранялась в анаэробных условиях ниже уровня грунтовых вод. Ареал распространения первичного урана совпадает с имеющими резкие ограничения ундулирующими плитообразными слоями аутигенного органического вещества, рассеянного в восстановленных песчаниках (рис. 29). Это органическое вещество, получившееся, вероятно, осаждением гуминовых и фульвокислот в виде гуматов, обычно образует слои мощностью от 0,3 до 2,0 м, которые местами могут быть значительно мощнее. Урансодержащее органическое вещество в пределах упомянутых выше слоев облекает зерна песчаника, заполняет интерстиции, трещины и полости в зернах затронутых вторичными изменениями минералов, а местами частично замещает их. Рентгеновские анализы показывают, что в органическом веществе присутствуют коффинит и (редко) настуран, но металлургические испытания дают основания считать, что значительная часть урана присутствует в форме неизвестного соединения, возможно урано-органического. Источниками гуматов могли быть: 1) послеюрские маршевые болота, расположенные на усеченных эрозией гребнях выходов вмещающих пород неподалеку от рудных залежей; 2) сингенетично с рудообразованием разлагающееся вещество растений, которые росли вдоль водотоков, переносивших обломочный материал; 3) диагенетически углефицируемые растительные остатки, накапливавшиеся совместно с материалом песчаников, и, наконец, 4) органическое вещество, отлагавшееся вместе с озерными аргиллитами и впоследствии выжатое в песчаники при уплотнении.
Довольно однообразное строение и почти согласное залегание слоев гуматов позволяют предполагать, что они отлагались в результате реакций на фронте взаимодействия двух растворов, один из которых содержал растворенные гуминовые вещества, а в другом эти органические фракции не растворялись. Некоторое количество урана могло осаждаться одновременно с гуматами, но, вероятнее всего, его отложение происходило позже благодаря адсорбции, за которой следовало восстановление, а затем частичная кристаллизация в виде коффинита. С рассматриваемыми месторождениями связано широко распространенное изменение ильменита и магнетита, а также локальное аутигенное образование силикатных минералов. Результаты изотопных определений возраста, структурные соотношения и рудные обломки в базальных меловых породах с текстурами срыва (rip-up) — все это свидетельствует о том, что наблюдаемые изменения пород и накопление урансодержащих гуматов происходили до отложения пород, непосредственно перекрывающих рудоносную толщу.

Источники урана остаются неясными. По-видимому, некоторое количество урана выщелачивалось из докембрийских гранитоидов, расположенных в предполагаемой области сноса для некоторых песчаников формации Моррисон. Туфогенный материал, входящий в состав аргиллитов формации Моррисон, подвергся полной девитрификации и, возможно, потерял при этом часть урана. Уран мог заимствоваться либо из указанных гранитов, либо, что нам кажется вероятнее, из туфогенного материала, однако никаких детальных исследований в этом направлении пока не проводилось.

Уран многих первичных месторождений типа урансодержащих гуматов на большей части главного минерального пояса испытал мобилизацию и перераспределение под влиянием волны раннемелового или третичного окисления, распространившейся значительно глубже современного уровня грунтовых вод. Уран из некоторых первичных залежей был окислен и вынесен за пределы передового фронта зоны окисления. Здесь он восстанавливался и переотлагался под действием процессов, формировавших месторождения роллового типа, которые будут описаны в следующем разделе. Большая часть органического вещества в процессе ремобилизации выносилась, но не переотлагалась, и переотложенные руды роллового типа обычно содержат коффинит с подчиненным количеством настурана, но органическое вещество в них встречается редко или полностью отсутствует.

Отложение урана на восстановительном барьере (один раствор). Месторождения этой группы обнаруживаются главным образом в третичных речных песчаниках, хотя залежи сходного характера встречаются и в мезозойских речных песчаниках и в третичных прибрежно-морских пляжевых песчаниках. В США они были названы месторождениями роллового типа или месторождениями в (гео)химических ловушках; в России их называют «инфильтрационные месторождения, связанные с участками выклинивания или пережима зоны лимонитизации». Месторождения залегают в горизонтах песчаников, которые либо содержат диагенетические рассеянные углефицирован-ные ископаемые остатки растений и пирит, либо восстановлены и сульфиди-зированы эпигенетически за счет инфильтрации кислых природных газов, богатых сероводородом. Обширные по площади стратифицированные зоны (рис. 30) красных, темно-желтых или почти белых окисленных песчаников, имеющие форму языков, развиваются преимущественно в толщах восстановленных песчаников, там, где питающие воды вадозного происхождения получают доступ в глубину по денудированным и обнаженным поверхностям моноклинально залегающих пластов. Эти зоны подпитывания располагаются, как правило, по границам седиментационных бассейнов, а окисленные языки иногда вытягиваются по падению пластов почти на 30 км.

Урановые рудные тела могут образовывать в восстановленном песчанике тонкие прослои, прилегающие к верхней и нижней поверхностям окисленного языка (рудный лимб — limb ore), либо, что гораздо важнее, более мощные тела, обволакивающие фронтальные и боковые части языков (рудный ролл — roll ore).

Были предложены две основные модели геохимии рудогенеза. Обе концепции сходятся в том, что скорость продвижения окисленных языков сквозь восстановленные пиритсодержащие песчаники была существенно ниже скоростей просачивания кислородсодержащих грунтовых вод. Первая концепция привлекает для объяснения биогенные процессы, связанные с действием различных видов бактерий: один вид окисляет пирит на фронте просачивания, а другой — восстанавливает образовавшийся при этом сульфат до H2S. Уран проникает сквозь окисленные языки с окисляющими грунтовыми водами и отлагается на участках, обогащенных сероводородом. По мере продвижения окисленного языка урановые осадки на его фронте непрерывно окисляются и сразу же переотлагаются в следующей, обогащенной H2S зоне вместе с пиритом и марказитом. Таким образом, наиболее благоприятные для формирования месторождений условия возникают там, где рудоносные растворы просачиваются сквозь рудные тела, расположенные вдоль дистальной [в данном случае фронтальной. — Перев.] кромки окисления.

Согласно второй концепции, биогенные процессы вовсе не обязательны; в условиях поступления растворенного кислорода со скоростью, заданной течением грунтовых вод, пирит и марказит окисляются с образованием метастабильных, промежуточных между сульфидами и сульфатами форм серы. Далее эти метастабильные формы серы самопроизвольно диспропорционируют (или расщепляются) на стабильный сульфат, кинетически инертный по отношению к дальнейшим реакциям восстановления, и еще более восстановленные соединения типа H2S, придающие среде сильно восстановительный характер. Процессы отложения урана, по сути дела, трактуются идентично в обеих концепциях: растворенная окисленная форма урана преобразуется до нерастворимой U (IV) в восстановительных условиях на границах окисленного языка. Результаты недавних исследований позволяют считать биогенную модель пригодной для песчаников, содержащих ископаемое органическое вещество — питательную среду для гетеротрофных бактерий, в то время как абиогенная концепция применима к месторождениям, локализованным в песчаниках, лишенных органического вещества, но содержащих рассеянный пирит, образованный в результате сульфидизирующего воздействия инфильтрующихся кислых природных газов.
Для первичных руд предполагались три главных источника урана: 1) собственно рудовмещающие песчаники; 2) гранитные породы, послужившие источником по крайней мере части вещества для формирования рудовмещающих песчаников, и 3) надрудные туфогенные отложения (рис. 30). Под давлением фактов следует признать первый источник непригодным для объяснения большинства конкретных случаев, поскольку содержание урана в окисленном языке обычно больше, чем в восстановленных породах перед фронтом ролла. Кроме того, содержание селена, обычно ассоциирующегося с ураном в месторождениях роллового типа, нередко более чем на порядок выше в окисленном языке, чем в безрудной восстановленной породе. В некоторых случаях тела роллового типа также могут формироваться за счет переотложения ранее существовавших залежей. В минеральном поясе Гранте, штат Нью-Мексико, многочисленные вторичные месторождения роллового типа являются результатом переотложения первичных месторождений благодаря развитию обширных окисленных языков.

Вопрос о том, какие породы — граниты или туфогенные — поставляли уран для большинства месторождений рассматриваемого типа, остается спорным. Многие рудовмещающие породы Вайоминга образовались при размыве аномальных по содержанию урана гранитов нагорий (горы Гранит), из которых, как было показано, выщелочено в тысячу раз больше урана, чем обнаружено в рудных месторождениях. Однако при этом почти все месторождения находятся в пределах нескольких сотен метров под денудационной поверхностью, на которой залегают толщи средне- или верхнетретичных туфогенных пород. Насыщенные кислородом вадозные растворы вполне могли выщелачивать девитрифицированные туфы и просачиваться вниз и в стороны через породы, вмещающие ныне урановое оруденение. Значения изотопного возраста месторождений в целом согласуются с представлениями об извлечении урана из туфогенных образований, но не исключают предположения о гранитном источнике. Тем не менее несколько месторождений, расположенных вдоль прибрежных равнин Мексиканского залива, залегают в туфогенных песчаниках олигоценовой — миоценовой формации Катахула-Тафф, образованных в значительной мере из материала комплексов пород, богатых вулканитами и не содержащих гранитов.

Отложение урана на химическом барьере (два раствора). Месторождения этой группы обнаружены преимущественно в юрских породах минерального пояса Ураван, в штатах Колорадо и Юта. Основной рудовмещающей породой является пачка Солт-Уош, относящаяся к формации Моррисон — толще, которая по существующим представлениям была отложена главным образом меандрирующими потоками, пересекавшими обширную веерообразную аллювиальную равнину. Таким образом, песчаники, вмещающие многие рудные тела, представляют собой отложения речных кос.

Несмотря на, как правило, почти согласное залегание, пластообразную форму и относительно четкие границы рудоносных залежей, рудные прослои обычно резко отклоняются вкрест слоистости (рис. 31). Блестящее описание таких ролловых рудных тел приводится Шоу. Морфология роллов меняется от незначительной ундуляции в преимущественно плитообразных рудных прослоях до С-образных тел, загибающихся внутрь. Зеркально отраженный С-образный ролл может выглядеть как поперечное сечение уплощенной трубы.
Похоже, что в настоящее время в породах не сохранилось никаких признаков, с помощью которых можно было бы объяснить формы рудных прослоев — их скручивание, ундуляцию и секущие взаимоотношения с напластованием. Поэтому исследователи связали рудоотложение с реакциями на фронте взаимодействия застойного норового раствора и раствора, инфильтрующегося извне (?). В данном случае рудоносные растворы должны были течь параллельно рудным прослоям, а не сквозь залежи, как на месторождениях роллового типа, сформированных на восстановительных барьерах.

На этих месторождениях, часто называемых уран-ванадиевыми, руды обычно содержат больше ванадия, чем урана. В пределах рудных прослоев углефицированные ископаемые растительные остатки могут быть крайне обогащены как ураном, так и ванадием, но вне рудных зон практически не содержат указанных элементов. По-видимому, органический материал не был существенно необходим для рудообразования, и во многих образцах руды его содержание не выше, чем в обычных песчаниках (<0,1% органического углерода).

В минералах первичных руд ванадий встречается в окисленных состояниях V (III) и Y (IV). Минералы V (III) представлены ванадиевой слюдой — роскоэлитом и окислом ванадия — монтрозеитом, а минералы V (IV) ванадиевой слюдой — монтмориллонитами и хлоритом и окислами ванадия — парамонтрозеитом, долореситом и даттонитом. Минералы урана представлены коффинитом и настураном. В рудных прослоях перечисленные минералы в основном заполняют интерстиции между зернами песчаника, однако на участках с наиболее интенсивной минерализацией они, в особенности V-слюды и V-глины, замещают обломочные зерна песчаника.

Выветрелые и окисленные руды месторождений этой группы обычно сохраняют свои первичные параметры — содержания металлов и морфологию тел,— поскольку окисленные формы урана и ванадия обладают свойством объединяться в почти нерастворимых минералах — карнотите и тюямуните. Кроме того, первичные ванадиевые глины и слюды очень стойки к выветриванию и окислению. До тех пор пока разведочными выработками не были вскрыты неокисленные первичные руды ниже уровня грунтовых вод, эти месторождения в течение многих лет назывались карнотитовыми, причем многие геологи считали карнотит первичным минералом.

Большинство исследователей подчеркивали связь богатых руд с ископаемыми растительными остатками и предполагали, что рудоотложение так или иначе зависело от восстановления урана и ванадия органическим веществом и сероводородом. Однако Грейнджер и Уоррен считают, что V (III), образованный в процессе разложения обломочного магнетита и переносившийся в форме органических комплексов диагенетическими норовыми растворами, также мог восстанавливать уран, поступавший извне с иными грунтовыми водами. Рудные прослои формировались на границах раздела между этими двумя растворами. Поскольку кремний и алюминий также могут переноситься в виде органических комплексов, данная модель лучше объясняет присутствие в рудах ванадиевых глин и слюд, чем модели, в которых предусматривается простое восстановление.

Источник урана для рассматриваемых руд установлен не был. Наиболее распространенные гипотезы группируются вокруг идеи выщелачивания рудных компонентов при девитрификации туфогенных пород, входивших в состав пачки Браши-Бейсин, породы которой, превратившиеся ныне в монтмориллонитовые, непосредственно перекрывают рудоносную толщу. Среди других предполагавшихся источников — гидротермальные растворы, связанные с третичными интрузиями (маловероятно, если учесть результаты определения изотопного возраста), а также растворы, отжатые вниз при уплотнении залегающих выше по разрезу морских глин мелового возраста.

Отложение урана путем адсорбции. Месторождения этой группы обычно невелики, содержат бедные руды и, кроме того, недостаточно хорошо исследованы, но включены в рассмотрение для полноты охвата. Месторождения этой группы, показанные в приведенной выше таблице, относятся к тем немногим известным примерам, для которых сорбция урана (VI) гидроокислами железа, цеолитами или глинами считается причиной рудоотложения. При наличии в тех же породах органического вещества уран мог восстанавливаться им до урана (IV), однако на некоторых из этих месторождений определенно не содержится ни органического вещества, ни восстановленного урана.

Хотя хорошо известна способность Ti(OH)4 сорбировать уранил-ион и выяснено, что такая сорбция была дополнительным вторичным процессом на многих месторождениях, она никогда не оказывалась главной причиной образования какого-либо рудного месторождения.

Сорбирующие минералы возникли главным образом за счет аутигенных образований. Поступление урана, накопленного в цеолитах или глинах месторождений Японии, в большинстве случаев связывают с выщелачиванием гранитов, залегающих непосредственно под месторождениями.





Яндекс.Метрика