Инфильтрационные месторождения

С формированием зон пластового окисления артезианских бассейнов связаны важные уран-редкоземельные инфильтраци­онные месторождения. Их объединяют в группы с различными синонимическими названиями — эпигенетические, экзогенно- эпигснетичсскис, гидрогенные, песчаникового типа, инфильтра­ционные, ролловые, связанные с зонами пластового окисления и т.п. Для них характерны следующие особенности: расположение в областях аридного климата; наличие рудо контролирующих зон внутрипластового окисления; приуроченность к проницаемым водоносным горизонтам песков и песчаников, реже пористых карбонатных пород, расположенным внутри глинистых водоупо- ров; наличие рудоконтролирующей окислительно-восстанови­тельной минсралого-гсохимической и гидрогеохимической зо­нальности; локализация в местах скоплений сингенетического органического вещества или наложенных вторичных восстанови­телей (водорода, сероводорода, битумов и др.); пространственная связь с валами, флексурами или внутренними поднятиями, ос­ложняющими крылья пологих синклиналей артезианских бассей­нов; ролловая форма рудных тел, выраженная в серповидных в поперечном сечении и лентовидных в плане рудных залежах.

С аридным климатом связаны два положительных фактора рудообразования. Во-первых, создание окислительной обстанов­ки в глубоких горизонтах артезианских бассейнов и во-вторых, повышение концентраций ряда элементов (U, V, Mo, Se) в под­земных водах. В аридных и семиаридных ландшафтах (пустыни, сухис степи и саванны) отсутствует сплошной почвснно-расти- тсльный покров. Кислород не расходуется на его формирование и насыщает грунтовые воды. Последние в областях питания арте­зианских бассейнов непосредственно питают нисходящие пото­ки напорных вод и соответственно обогащают их кислородом в концентрациях 0,On — 11 г/л.

В пустынных областях происходит интенсивное выпарива­ние, с которым связаны концентрации ряда элементов. Кроме того, в кислородсодержащих подземных водах могут накапли­ваться металлы, которые в окислительных формах дают хорошо растворимые соединения. К таким компонентам относятся со­единения шестивалснтного урана (уранил-иона), окисных форм ванадия, селена и молибдена.

Нисходящие потоки кислородных подземных вод содержат угольную кислоту (сумма С0,=0,00п моль/кг Н,0), сульфат-ион (0,On моль/кг Н₂0), относятся к пресным и слабоминерализован­ным, имеют близнейтральные и слабощелочные pH 6,7—8,5 и положительные значения Eh около +0,2 В. Имеющиеся в водах свободный кислород и сульфат-ион, предопределяют их высокие окислительные свойства. Поэтому нисходящие потоки таких вод формируют зоны пластового окисления (ЗПО). Они распростра­няются от областей питания артезианских бассейнов по падению водоносных комплексов на десятки и даже сотни километров, проникая на глубину до 700 м. По мере проникновения кислород расходуется, а подземные воды перераспределяют рудные компо­ненты.

Артезианские бассейны, содержащие ЗПО, располагаются в областях умеренной тектонической активизации платформ, ко­торые обуславливали высокие гидростатические напоры в их краевых частях. Амплитуды межблоковых движений составляют 300—1500 м. Это определяет постоянное превышение гидроста­тического напора над литостатическим и возможность формиро­вания инфильтрационных потоков. Если перемещения блоков в областях питания составляют более полутора километров, то фор­мируются весьма высокие напоры, которые не позволяют полно развиваться зонам выклинивания пластового окисления.

Районы распространения рудоконтролирующих ЗПО охва­тывают различные депрессионные структуры земной коры. Е.М.Шмариович выделил три типа рудоносных артезианских бассейнов, содержащих ЗПО: крупных синеклиз, грабен-синкли­налей и палеодолин, в которых последовательно уменьшаются масштабы месторождений (Шмариович, 1988). С учетом такого подхода Г.А.Машковцевым и др. выделены три гсолого-промыш- ленные типа инфильтрационных уран-полиэлементных месторо­ждений: наиболее крупные в синсклизах и грабен-синклиналях; средние по запасам в наложенных впадинах; мелкие в эрозион­ных палеодолинах.

Зоны пластового окисления чаще всего распространяются от краевых поднятий, сложенных водообильными кристалличе­скими породами (рис. 47), и охватывают значительные площади. В редких случаях ЗПО могут распространяться от внутренних

Рис. 47. Зоны окисления и связь с ними уранового оруденсния на экзогенных эпигенетических месторождениях (по Е.М.Шмариовичу, упрощено):

1 — породы фундамента; 2 — галька и гравий; 3 — песок; 4 — алевролит; 5

• глина; 6— псрвично-сероцветныс породы с углистыми остатками; 7— иервично- красноцветные породы; 8 — разломы; 9 — зоны трещиноватости; 10 — уровень грунтовых вод; направление движения подземных вод: 11 — кислородных ураноносных, 12 — бескислородных, не содержащих уран; зоны окисления: 13 — поверхностного, 14 — пластово-порового грунтового, 15 — норового пластового (ЗПО), 16 — трещинного; 17 — урановое оруденение

поднятий, сложенных первично красноцветными толщами или поступать по глубоким разломным зонами дренирования.

В большинстве рудных районов в областях питания артези­анских бассейнов характерно присутствие источников рудного вещества в виде специализированных геологических формаций (металлоносных углеродистых сланцев, массивов лейкогранитов, ареалов кислых эффузивов и др.). Вместе с тем рудообразование может происходить и без наличия таких геохимически специали­зированных образований в областях питания.

Коэффициенты фильтрации современных горизонтов с ЗПО в большинстве случаев колеблются от 0,5 до 15 м/сут. При прочих равных условиях более продуктивными оказываются рыхлые гра­вийные пески. Для образования рудоформирующих ЗПО должна быть оптимальной скорость фильтрации, которая определяется пьезометрическим уклоном, составляющим 0,0001—0,01.

Промышленные месторождения располагаются в контраст­ных по проницаемости разрезах терригенных и карбонатно-тер- ригенных континентальных, дельтовых и прибрежно-морских осадочных толщ, испытавших лишь слабую литификацию на­чального катагенеза. В противном случае поры осадочных кол­лекторов выполняются карбонатными, глинистыми и другими минералами, а породы становятся непроницаемыми. Это объяс­няет подавляющее распространение инфильтрационных место­рождений именно в рыхлых толщах мезойзойского и кайнозой­ского возрастов.

Уран-редкометалльное оруденение локализуется на оконча­нии ЗПО. Рудные тела составляют части определенных зональ­но-построенных минералого-геохимических и гидрогеохимиче- ских эпигенетических зон. Основу таких зон составляют измене­ния окислительно-восстановительного потенциала вмещающей среды, которое обусловлено расходованием растворенного кисло­рода нисходящих пластовых вод на окисление восстановленных компонентов.

По направлению от незатронутых окислением восстанов­ленных пород выделяется ряд минералого-геохимические зон (рис. 48). В основу данной зональности положены изменения ва­лентного состояния двух важнейших компонентов — железа и урана. По первому отчетливо устанавливаются цвет пород и об­щие геохимические условия минералообразования, по второму — условия рудоконцентрации.

Концентрации элементов могут быть как в оксидных, так и в восстановленных формах. В совокупности изменения Eh и pH среды по направлению фильтрации на выклинивании ЗПО соз­дают ряд вложенных друг в друга и перекрывающихся концен-

Рис. 48. Схема изменения величин Eh и pH литогидрогеохимической среды ’ в профиле пластовой рудоконтролирующей окислительной зональности (по М.Ф.Максимовой, Е.М.Шмариовичу, 1993):

а — изменение Eh в породах с сингенетическими восстановителями (микробиологически активным органическим веществом); б — то же с абиогенными эпигенетическими восстановителями. Подзоны: 0 — эпигенетически неокисленных безрудных пород; 1а — ореола рассеяния урана, 16 — бедных урановых руд, 1в — рядовых и богатых урановых руд, 2а — разрушающихся руд (выщелачивания урана), 26 — частичною окисления, 2в — неполного окисления, 2г — полного окисления

трационных ореолов: самородный Se + U+V (уранилванадаты) — U+V (высоковалентные оксиды) — Se (селениды)+8с+У+ланта- ноиды — Re+U+V (низковалентные оксиды)+8с+У+лантаноиды

• Re+Mo — Мо (Максимова, Шмариович, 1993).

Согласно вариациям Eli изменяется минеральный состав выделенных зон. Находящиеся в зоне неизменных пород мине­ралы, содержащие в своем составе закисное железо (пирит, сиде­рит, анкерит, глауконит, хлорит, биотит), углистое органическое вещество и сульфидную серу, в зоне окисления разлагаются. На их месте формируются гетит и гидрогетит, создающие за счет окисного железа желтую и коричнево-красную окраску пород. В зоне оруденения осаждаются новообразования в виде самород­ного селена, урановых окислов (урановые черни, настуран), коф- финита, пирита, молибденита, минералов ванадия и др. В не­больших концентрациях могут осаждаться оксидные соединения ванадия и урана и сслениды.

Необходимым условием рудообразования является присут­ствие в неокисленных фоновых породах восстановителей.

Рис. 49. Геологический разрез по приразломным “рудам восстановления” в отложениях альб-сеномана и гранитах фундамента.(по М.Ф.Максимовой и Е.М.Шмариновичу, 1993).

/ — водоупорные глинистые породы; 2 — водонепроницаемые песчаные породы с гравием и галькой; 3 — фаниты фундамента; 4 — пластово- и трещинно- окисленные породы; 5 — пиритизированные породы; 6 — урановое оруденение; 7 — разломы; 8 — буровые скважины

• • • •#

ПЗ 2 Т1 з

Е.М.Шмариович выделяет три разновидности восстановительных агентов: седиментно-диагенетическое углистое органическое ве­щество; вторичные битумы или находящиеся в порах восстано­вительные газы (сероводород, водород), внедрившиеся во вме­щающую среду до ЗПО; восходящие восстановительные термаль­ные растворы, непосредственно взаимодействующие с ЗПО.

В первом случае формируются сложные линзовидные руд­ные тела, во втором — серповидные. В третьем случае встречают­ся сложные по форме часто столбообразные, рудные тела, кото­рые контролируются малоамплитудными конседиментационны- ми разломами (рис. 49).

К особой разновидностью оруденения относятся рудные тела, сформированные на контакте зон окисления и ранних (“первичных”) урановых руд. Ярким примером являются так на­зываемые послссбросовые рудные залежи месторождения Амбро- зия-Лсйк (рис. 50). Здесь сложные по форме залежи локализова­ло

Рис. 50. Строение до- и послесбросовых рудных тел в разрезе битумно уранового месторождения Амброзия-Лейк. По М.М.Ройбер (Бойцов, 1989).

/ — пластовые (досбросовые) рудные тела; 2 — рудный столб (послесбросовый); 3-5 — породы свиты Уэстуотер-Каньон: 3-4 — песчаники (3 — окисленные, 4 — неокисленные сероцветные), 5 — аргиллиты, 6 — зона трещин

ны на контакте вторично окисленных и осветленных юрских пес­чаников. Последние содержат битумно-урановое оруденение, сформированное при коагуляции урано-гуматов, мигрировавших в условиях экзодиагенеза в древних фунтовых водах (Бойцов, 1990).

Для локализации инфильтрационного оруденения считается благоприятным наличие локальных антиклинальных структур, осложняющих артезианские бассейны. Ими являются пологие куполовидные антиклинали, валы и флексуры, сопровождаемые малоамплитудными зонами трещиноватости. В таких структурах могут располагаться скопления вторичных восстановителей (се­роводорода, водорода, углеводородов) и соответственно созда­ваться локальная контрастная геохимическая среда. Кроме того, в них формируются промежуточные очаги разгрузки напорных вод, что обусловливает привнос рудного вещества.

Для большинства рассматриваемых месторождений весьма характерной является форма рудных тел. В плане это сложные лентообразные залежи, а в разрезе — роллы. В последних выде­ляют нижнее и верхнее крылья и мешковую часть, расположен­ную в наиболее проницаемой обычно центральной части рудов-

мешающего горизонта. Часто роллы слагают многоярусные рудо­носные зоны. По падению пласта за мешковой частью распро­страняется так называемый хвост ролла с повышенными посте­пенно убывающими концентрациями полезных компонентов.

В целом морфология рудных тел определяется: распределе­нием проницаемости и скорости фильтрации; размещением вос­становителей; условиями сохранности или разрушения роллов. При разведке и оконтуривании рудных тел существенное влия­ние на форму рудных тел оказывают заданные кондиции. В част­ности, если предполагается разработка месторождения способом подземного выщелачивания, то в контур рудных тел не включа­ются интервалы, в которых концентрации полезных компонен­тов находятся в непроницаемых породах.

Большинство инфильтрационных месторождений образова­но в новейший плиоцен-антропогеновый этап. Многие из них продолжают формироваться и ныне. Фронт выклинивания ЗПО и все эпигенетические зоны медленно передвигаются согласно движению подземных вод. Существуют древние законсервиро­ванные ролловые месторождения. Однако промышленного зна­чения оруденение зон палеозойского и раннемезозойского воз­раста невелико. Это связано с подвижностью рудных концентра­ций и легкой возможностью их разубоживания и уничтожения нисходящими потоками окислительных вод.

Фильтрационные способности и скорость фильтрации ко­леблются в пределах одного порядка. Мощности рудовмещаю­щих горизонтов изменяются также незначительно от первых мет­ров до 15—20 м. Судя по изменениям Eh, контрастность барьера колеблется от +0,2 до -0,2 В. Незначительно (от десятых долей до нескольких мг/л) могут колебаться содержания урана в исходных растворах. Следовательно, крупные масштабы орудснения мож­но связать лишь с двумя параметрами, изменения которых могут охватывать несколько порядков. Это протяженность линии вы­клинивания ЗПО, составляющая от сотен метров до сотен кило­метров, и время рудообразования, которое по ряду данных оце­нивается от десятков и сотен тысяч до первых десятков миллио­нов лет.

Рассмотренные инфильтрационные месторождения объеди­няются в одну рудную формацию редкометалльно-урановых руд. Она включает ряд субформаций: урановые и уран-редкометалль- ные (селен-ванадий-рений-редкоземельно-урановые) в песчани­ках чехла активизированных молодых платформ; уран-угольные в лимнических бассейнах межгорных впадин; урановые в эрози­онных палеодолинах.