5. Минералы руд геолого-промышленных типов урановых
месторождений ………..…………………………………………………..……. 128
5.1. Минералы руд урановых месторождений в долгоживущих разломах областей протоактивизации (центрально-украинский тип) …………………...128
5.2. Минералы руд урановых месторождений в долгоживущих разломах областей мезозойской тектоно-магматической активизации (эльконский
тип) ………………………………………………………………………………..130
5.3. Минералы руд урановых, молибден-урановых и фосфор-урановых месторождений в рифтогенных прогибах срединных массивов (кокчетавский тип)………………………………………………………………………………..132
5.4. Минералы руд молибден-урановых месторождений в субвулканичес-ких интрузиях и палеовулканических аппаратах (чу-илийский тип)…………134
5.5. Минералы руд молибден-урановых месторождений в наложенных палеовулканических депрессиях (стрельцовский тип) …………………….136
5.6. Минералы руд урановых месторождений в высокорадиоактивных гранитах (чикойский тип) ……………………………………………………..139
5.7. Минералы руд уран-редкометалльно-фосфорных месторождений в морских глинистых отложениях (мангышлакский тип) ………………………141
5.8. Минералы руд урановых и уран-полиэлементных пластовоинфильт-рационных месторождений в плитных комплексах платформ (чу-сарысуйский и кызылкумский типы) ………………………………………………………143
5.9. Минералы руд урановых грунтово-инфильтрационных месторождений в эрозионных палеодолинах (зауральский и витимский типы) …………...148
Заключение ………………………………….…………………………………..155
Литература ………………………………………………………………………156
Приложения ……………………………………………………………………..159
Введение
Признавая важность развития атомной энергетики и широкого внедрения редких и редкоземельных элементов в современную технику, поставлены принципиально новые задачи перед геологическими исследованиями. Появилась острая необходимость в планомерном изучении всех редких и радиоактивных элементов с геологической и геохимической точек зрения, в быстрейшем создании их надёжной экономической сырьевой базы, т.е. появилась потребность в изучении месторождений этих элементов, установление закономерностей их образования и размещения (Лаверов и др., 1987; Андерхилл, 2002; Наумов и др., 2002; Машковцев и др., 2002).
Во второй половине XX века советскими геологами была создана крупнейшая в мире минерально-сырьевая база урана. После распада СССР и создания СНГ – Союза независимых государств – эта база оказалась рассредоточенной по четырем странам – России, Казахстану, Узбекистану и Украине, каждая из которых обладает рядом крупных урановых месторождений и значительными запасами урана. По извлекаемым запасам урана стоимостью менее 130 долл./кг на 2007 г. Казахстан занимает второе, Россия – третье, Украина – десятое и Узбекистан – двенадцатое место в мире. Суммарные запасы урана стран Содружества составляют около трети всех разведанных мировых запасов этого метала (Машковцев и др., 2002; Тарханов и др., 2008).
Из известных промышленных типов урановых месторождений мира наибольшая доля запасов падает на песчаниковый тип (27,4 %), затем на жильно-штокверковые (17 %) и брекчиевые (16,2 %) руды типа месторождения Олимпик-Дам, а также на тип несогласий и метасоматический (по 12 %). В то же время основная доля производства урана приходится на богатые руды типа несогласий Канады и Австралии (35 %) и песчаниковые руды (34,7 %). По способам отработки доминируют горный и комбинированный - 72,3 %, а скважинное подземное выщелачивание составляет 27,7 % мировой добычи.
Несколько иная картина распространенности ведущих типов урановых месторождений характерна для стран СНГ. Основное значение здесь имеет жильно-штокверковый тип руд, главным образом за счет месторождений Стрельцовского и Эльконского районов в России, а также месторождений в скальных породах Казахстана (рис. 1).
Рис. 1. Распределение извлекаемых запасов урана в странах СНГ по промышленным типам месторождений в %. (Геолого-промышленные …, 2008)
Весьма широко распространены месторождения песчаникового типа, представленные рудными залежами на выклиниваниях зон пластового окисления (Казахстан, Узбекистан) и в мезозойско-кайнозойских палеодолинах (Россия, Украина). Около 10 % общих запасов составляют руды метасоматического типа, к которому относят месторождения в натриевых метасоматитах Украины. Такие важные для мировой добычи типы как месторождения несогласий: в брекчиевых комплексах на территории cтран СНГ до настоящего времени не установлены. В то же время здесь, в Прикаспийском регионе, известны фосфор-редкометалльно-урановые месторождения, связанные со скоплениями костного детрита рыб. Доля этих объектов в общих запасах урана стран Содружества составляет около 3 %.
В странах СНГ порядка 63 % запасов может отрабатываться горным и комбинированным способами, а остальные 37 % пригодны для добычи скважинным подземным выщелачиванием, причем подавляющее большинство этих запасов (75 %) сосредоточены в Казахстане.
Минералогия урана имеет почти двухвековую историю. Первые описания минералов урана – настурана (урановой смоляной руды) и торбернита – относятся к XVIII в. Около 20 минералов было обнаружено в XIX в. Однако большая часть минеральных видов и разновидностей открыта уже в XX веке и в это время было уделено особое внимание урану как энергетическому сырью. Отечественная и зарубежная литература насчитывает большое число публикаций по отдельным разделам минералогии урана и тория. Работами А.Г. Бетехтина, В.Г. Мелкова, В.И. Герасимовского, В.В. Щербины, Л.Н. Беловой, Г.А. Сидоренко, Е.С. Макарова, Я.Д. Готмана, Ю.М. Дымкова, П. Рамдора и др. внесен большой вклад в минералогию радиоактивных элементов. Полные сводные работы представлены справочником «Минералы урана» М.В. Соболевой и И.Л. Пудовкиной, ставшим настольной книгой геологов, и «Руководством по определению урановых минералов» Р.В. Гецевой и К.Т. Савельевой. Из зарубежных работ наиболее значима монография К. Фронделя и Э. Хейнриха.
Со времени издания основной справочной литературы по минералогии урана и тория прошло около тридцати лет. За эти годы в печати появились многочисленные публикации о вновь открытых минералах, об уточнениях и дополнениях характеристик известных минералов. Значительно пополнились сведения о химическом составе, кристаллохимических структурах, плотности, оптических свойствах и условиях образования.
Урановые и ториевые минералы характеризуются сложным и переменным химическим составом, что обуславливает изменчивость их физических свойств. Многие из этих минералов имеют сходные внешние признаки и оптические свойства, метамиктны и рентгеноаморфны, легко подвергаются преобразованиям под воздействием наложенных процессов (метастабильны), находятся в тонких срастаниях с другими минералами. Оценка внешних свойств и признаков, даже дополненная оптической характеристикой, для отдельных минералов может оказаться недостаточной. В таких случаях диагностика и характеристика минералов проводятся на основе комплекса современных методов анализа.
В настоящее время известно 137 минералов урана, в состав которых элемент входит как основной компонент, и около 30 – в качестве примеси. В то же время полный список редкоземельных минералов насчитывает более 200 названий, из которых собственно редкоземельными являются 54 минерала. Три десятка минералов приходится на торий и несколько десятков на редкие металлы.
Знание минералогии редких и радиоактивных элементов совершенно необходимо, так как:
– химический состав минералов урана указывает на определённые химические тенденции, проявляющиеся в сродстве с тем или иным элементом и в образовании устойчивых природных соединений;
– химический состав минералов позволяет охарактеризовать физико-химическую обстановку, в которой они образовались и участие элементов в тех или иных процессах минералообразования;
– число минеральных видов характеризует степень концентрации или рассеянности данного элемента;
– определенные минеральные ассоциации могут быть хорошим поисковыми признаками.
Создание учебного пособия по курсу «Минералогия радиоактивных элементов» вызвано необходимостью обобщения материалов как ранее изложенных, так и появившейся новой информации. Структура учебного пособия состоит из следующих разделов. Первый раздел основан на рассмотрении физических и физико-химических свойств минералов радиоактивных элементов. Во втором разделе рассматриваются методы диагностики минералов, основанные на физических и физико-химических свойствах минералов. В третьем разделе приводится информация по минералогии урана. Подробно рассматриваются принципы систематики и классификации урановых минералов. Выделяются классы и подклассы минералов. Дается подробная характеристика свойств минералов. Приводятся характерные минеральные ассоциации для различных промышленных типов месторождений. В приложение приводятся методические указания к выполнению лабораторных работ.
При подготовке учебного пособия использованы материалы из справочника Соболевой М.В. и Пудовкиной И.Л. (1957), руководства Гецевой Р.В. и Савельевой К.Т. (1956), монографии Сидоренко Г.А. (1978), учебного пособия Терехова В.Я., Егорова Н.И., Баюшкина И.М., Минеева Д.А (Минералогия …, 1987), а также коллективной монографии сотрудников ВИМС под редакцией Г.А. Машковцева (Геолого-промышленные …, 2008). В работу вошли материалы и других авторов. Учебное пособие рассчитано на студентов и специалистов широкого профиля.
В основу учебного пособия положен курс лекций по минералогии радиоактивных элементов и материалы лабораторных занятий, которые осуществлялись автором в течение многих лет работы на кафедре полезных ископаемых и геохимии редких элементов Томского политехнического университета для студентов по специальности «Геологическая съемка, поиски и разведка полезных ископаемых», а в настоящее время для магистров программы 130100.27 «Геология, поиски и разведка руд редких и радиоактивных элементов» научно-образовательного центра «Урановой геологии» кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов ТПУ. При обучении студентов, а также в ходе выполнения курсовых работ, автор приходил к мысли о необходимости создания учебного пособия. Создание данного пособия реализовывалось при финансовой поддержки «Российского фонда содействия отечественной науки».
Параллельно с написанием учебного пособия, автором подготовлен лабораторный практикум для выполнения практических занятий в рамках инновационной программы Томского политехнического университета.
В решение технического оформления работы автор благодарен И.Н. Найбауэр и И.А. Титовой. При подготовке цветных иллюстраций из сайтов большую помощь оказали магистранты гр. 2М650 Радюк И., Никольников Д. и Байкова Е., которым автор выражает свою особую благо-дарность.