Радиоактивные металлы. 
Геология и месторождения полезных ископаемых

К радиоактивным металлам относятся уран и торий.

Уран

Содержание урана в земной коре — 2,5 • 10^-4 %, оно увеличивается от ультраосновных магматических пород к кислым. Наибольшие концентрации урана отмечаются в щелочных сиенитах— (10—80) • 10~⁴%.

Промышленные минералы урана: уранинит, настуран (урановая смолка).

Плотность урана — 19,05 г/см³, температура плавления — 1133 °C.

Рис. 8.9. Схематическая геологическая карта Инаглинского платиноносного массива (по Е. Максимову и др.):

• 1 — аллювиальные отложения; 2 — платиноносная россыпь; 3 — альбититы;
• 4 — щелочные пегматиты; 5 — пуласкиты — разновидность щелочного сиенита; 6 — аподунитовые породы — аналоги пироксенитов, шонкинитов и меланократовых щелочных сиенитов; 7 — аподунитовые бесполевошпатовые породы — аналоги пироксенитов и перидотитов; 8 — сиенитовые порфиры;
• 9 — диоритовые порфириты; 10 — дуниты; 11 — карбонатные породы;
• 12—14 — архейские породы: 12 — мигматиты, 13 — аляскитовые граниты,
• 14 — гнейсы и амфиболиты; 15 — архейские образования; 16 — контуры реликтов дунитов в аподунитовых породах и контуры участков аподунитовых пород в дунитах; 17 — мезозойские разломы

Применяется уран в атомной энергетике (16%), при производстве ядерного оружия, при переработке нефти, в аналитической химии, стекольной промышленности.

Разведанные запасы в 39 странах по состоянию на 01.01. 1994 г. составляли 2,9 млн т. Они сосредоточены в Австралии — 470 тыс. т; Казахстане — 340 тыс. т; ЮАР — 325 тыс. т; РФ — 180 тыс. т, Нигерии — 172 тыс. т; Бразилии — 163 тыс. т, Канаде — 148 тыс. т; США — 117 тыс. т. Эти же страны являются крупными производителями урана.

В России сейчас действует одно крупное предприятие по добыче и переработке урана — Приаргунский горно-химический комбинат.

По содержанию урана выделяют руды (в процентах) — очень богатые > 1, богатые — 1—0,5, средние — 0,5—0,25, рядовые — 0,25—0,1 и бедные <0,1.

Месторождения по запасам (в тыс. т) разделяются на крупные > 10, средние — 1—10, мелкие — менее 1.

Основными промышленными месторождениями урана являются гидротермальные, седиментационно-диагенетические, инфильтрационные, метаморфогенные и полигенные.

Гидротермальные месторождения урана образуют большую группу рудных объектов с разным составом руд, околорудных метасоматитов, вмещающих пород и с различными температурами образования. Среди них распространены высокотемпературные так называемые альбититовые, классические среднетемпературные и средне-низкотемпературные, связанные с вулканогенными формациями и структурами месторождения. Месторождения эти являются продуктами деятельности восходящих горячих водных растворов магматического или иного происхождения и их взаимодействия с боковыми породами, а также поровыми и трещинными водами окружающего пространства. Рудоотложение происходит при насыщении и пересыщении восходящих потоков растворов рудными и сопутствующими компонентами с последующим их выделением на геохимических барьерах и в структурных ловушках на пути миграции. Все эти факторы определяют разнообразие выделяемых типов гидротермальных месторождений. Оруденение может ассоциировать как с интрузивными, так и с эффузивными магматическими комплексами. Содержание U до первых десятков процентах.

Алъбититовые месторождения урана залегают в породах, представленных гранитизированными амфиболовыми и слюдяными сланцами, кварцитами, мраморами и гнейсами амфиболитовой фации метаморфизма (урановая и уран-железистая формации в альбититах) [26].

Месторождения Украинского щита (Криворожский и Кировоградский рудные районы) представляют собой характерные примеры ураноносных альбититов.

В этой рудной провинции распространены два типа гранитоидов: плагиоклазовые, формировавшиеся по диабаз-спилитовой и офиолитовой формациям архея, и микроклиновые, развивавшиеся по породам осадочно-терригенных формаций. Микроклиновые граниты отличаются повышенными содержаниями урана, свинца и тория, обогащены щелочами, преимущественно калием. Содержание урана составляет (6—9,6) • 10~⁴ %, общее содержание щелочей (К₂0 + Na₂0) от 6 до 8,5, при этом отношение K₂0/Na₂0 — 1,5—1,9. С гранитами, имеющими подобное отношение, пространственно связаны натровые метасоматиты.

Урановые месторождения в натровых метасоматитах приурочены к крупным долгоживущим зонам разломов в докембрийских гнейсах, гранитогнейсах, мигматитах. Зоны разломов имеют сложное строение и контролируют распределение метасоматитов и рудных тел. Рудоконтролирующими являются также структурные факторы, например, изгибы складок, участки пересечения складок разломами. Рудные тела представляют собой залежи в виде уплощенных линз и столбообразных штокверков с нечеткими границами.

Альбититы прослеживаются на значительных интервалах по простиранию, имеют большую глубину распространения и образуют вертикальную зональность: эгирин-рибекитовые метасоматиты по восстанию сменяются эпидот-хлоритовыми, а еще выше зоной окварцевания пород. Натровые метасоматиты образовались в две стадии: предрудную и рудную (прожилки альбита, карбоната, хлорита, кварца). Урановые минералы — браннерит, давидит, уранинит, настуран, коффинит, гидронастуран, уранофан. В рудах присутствуют циркон, апатит, магнетит, гематит, пирит, халькопирит, галенит, борнит, пирротин, ильменит. Руды прожилково-вкрапленного типа.

Ураноносные альбититы известны в Казахстане, в Канаде (СентДуй) и в других районах.

Гидротермальные месторождения урана, связанные с вулканизмом, известны в Забайкалье (Стрельцовская группа), Амурской области и других районах стран СНГ, а также в северных районах Монголии (Дорнот). Наиболее крупными и типичными являются месторождения Приаргунья.

Стрелъцовское рудное поле расположено в краевой части Урулюнгуевского срединного массива в пределах Монголо-Приаргунского вулканического пояса (Приаргунье). Урановые месторождения сформировались в результате процессов позднемезозойской тектономагматической активизации и приурочены к вулкано-тектонической структуре кальдерного типа. Эта палеокальдера ограничена дугообразными разломами, которые определяют границы рудного поля. В пределах последнего выявлено 19 промышленных месторождений.

В стратиграфическом разрезе выделяется два структурных этажа. Нижний структурный этаж сложен гранитами с ксенолитами кристаллических сланцев и мраморизованных известняков. Верхний представлен чехлом осадочно-вулканогенных пород (рис. 8.10). Породы залегают практически горизонтально и в их строении выделяются две толщи, отвечающие двум циклам вулканизма мезозойской магматической активизации.

Нижняя толща сложена конгломератами, гравелитами, песчаниками, алевролитами, базальтами, андезито-базальтами, трахидацитами и их игнимбритами. Верхняя толща представлена терригенными осадочными породами и поздними базальтами, сменяющимися вверх по разрезу дацитами, туфами дацитов и мощной пачкой фельзитов. Заключительным был процесс внедрения субвулканических интрузий граносиенитов, даек липаритов и андезитов.

Наиболее благоприятными породами для рудоотложения являются трахидациты и фельзиты, характеризующиеся высокой эффективной пористостью и склонностью к хрупким деформациям.

Рис. 8.10. Геологический разрез пород ураноносной тектоновулканической депрессии (по И. В. Модникову):

• 1 — фельзиты; 2 — андезито-базальты; 3 — трахидациты; 4 — песчаники, гравелиты, конгломераты; 5 — дайки основного состава; 6—10 — гранитоиды;
• 6 — аплитовидные, 7 — пегматоидные; 8 — лейкократовые, 9 — биотитовые,
• 10 — гранитогнейсы; 11 — разрывные нарушения, 12 — рудные тела;
• 13 — области пониженных содержаний полезных компонентов

Рудное поле имеет мелкоблоковое строение, обусловленное наличием многочисленных разломов и зон мелкой трещиноватости, что явилось также благоприятным фактором для разгрузки гидротермальных растворов.

По условиям залегания, морфологии и внутреннему строению рудные тела объединены в три основных структурно-морфологических типа:

• 1. Рудные тела жильного типа, приуроченные к крутопадающим разрывным нарушениям, формирующие сближенные жильные системы сложного строения, переходящие в линейные штокверки. Известны они в породах фундамента — гранитах и ксенолитах известняков, а также в вулканической толще. Иногда наблюдаются раздувы мощностью до 70 м (рудные столбы), приуроченные к узлам сопряжения и пересечения рудовмещающей зоны с разрывами других направлений.
• 2. Линейные иуплощенные штокверки, возникающие в крутопадающих зонах дробления, секущих слоистую толщу осадочных и эффузивных пород. В горизонтах с благоприятными для трещинообразования механическими свойствами (особенно в трахидацитах и фельзитах) происходит резкое увеличение мощности зон повышенной трещиноватости (рис. 8.11).
• 3. Пластообразные рудные залежи, приурочены к горизонтам осадочных и туфогенно-осадочных пород. Сформировались одновременно с рудными штокверками и жилами.

Все рудные тела имеют сложное внутреннее строение, обусловленное чередованием богатых, некодиционных руд и участков пустых пород. Контакты рудных тел определяются по результатам опробования.

Рис. 8.11. Стрельцовское рудное поле — рудные залежи в гранитоидах фундамента (А), жильная и штокверковая минерализация в вулканической толще (Б):

• 1 — риолиты; 2 — андезиты; 3 — туфы; 4 — горизонты песчаников, туфопесчаников, конгломератов, алевролитов; 5 — дациты, трахидациты;
• 6 — базальты, андезито-базальты; 7 — гранитоиды; 8 — секущие и межпластовые разрывные нарушения; 9 — рудные тела

Процесс гидротермального минералообразования протекал в несколько стадий. Дорудные метасоматические изменения пород происходили в две стадии: карбонат-гидрослюдистую (аргиллизация) и кварц-альбитовую. Жильные и рудные минералы отлагались в три стадии: 1) кварц-карбонатсульфидную; 2) иордизит (гель MoS₂) — настурановую (рудную); 3) карбонат-флюоритовую. Кроме настурана, в рудах распространены коффинит и браннерит. Завершают гидротермальный процесс кварц-флюоритовые, анкеритовые и кальцитовые жилы и прожилки.

Рудоотложение происходило на глубинах от 300 до 1500 м от поверхности. Рудные тела локализуются практически на всех уровнях геологического разреза палеокальдеры там, где создавались благоприятнее структурно-литологические условия для рудоотложения. Температура рудогенерирующих растворов на ранних стадиях была —350—300 °С, в период рудообразования она составляла в основном 200—150 °С, а в пострудную стадию — 150—80 °С.

Широко распространенные минералы: кварц, карбонаты, пирит. Рудные — настуран, молибденит, флюорит. Текстуры руд кокардовые, массивные, гнездовые, прожилковые, вкрапленные, брекчиевые.

Инфильтрационные месторождения урана пользуются также широким распространением. Концентрации урана возникают в условиях глубокой циркуляции грунтовых вод в восстановительных условиях под влиянием геохимических барьеров. Локализуются обычно в осадочных породах, в песчаниках, заключенных между водоупорными глинистыми породами. Восстановителями могут быть растительные остатки, углистое вещество, сульфиды Fe. Возникают рудные пластообразные тела и роллы.

Основные минералы: настуран, коффинит, в окисленных рудах — карнотит, урановые слюдки и другие.

Это месторождения Плато Колорадо и штата Вайоминг в США (см. рис. 7.29), Раббит-Лейк в Канаде, Рейнджер в Австралии и другие месторождения. В России это месторождения Северного Забайкалья (Имское, Хиагдинское и др.).

Хиагдинское месторождение входит в состав Хиагдинского рудного поля (Баунтинский район Бурятии). Относится к гидрогенному палеодолинному типу и объединяет 7 основных рудоносных палеодолин, принадлежащих юго-восточной системе палеоструктур на юго-восточном склоне Байсыханского поднятия, развитых на площади 70 кв.км. Они являются левыми боковыми притоками крупной Болыпе-Амалатской палеореки (см. рис. 7.30).

Палеодолины I и II в западной части месторождения отличаются простым строением и небольшими размерами. Они в основном прямолинейны с небольшими изгибами в средней части. Протяженность каждой из них составляет около 5 км, ширина изменяется от 200 м в верховьях до 600 м — в средних частях. Уклон бортов палеодолин — 10—12°. Палеодолины 3, 4, 5, 6 и 7 имеют извилистую форму, их длина достигает 8—10 км при средней ширине 400—500 м. Продольный уклон днища таких палеодолин в верховьях составляет 55—60 м/ км, далее постепенно выполаживается до 20—25 м/км. Все палеодолины выполнены неогеновыми вулканогенно-осадочными породами с максимальной мощностью до 300 м. Продуктивные на уран осадочные отложения базального горизонта распространены неравномерно. Максимальная их мощность 80—100 м. Морфологически оруденение представлено лентообразными залежами, контролируемыми осевыми частями палеодолин. Протяженность лентообразных залежей, оконтуренных по величине линейного запаса 0,075 м/%, колеблется от 850 до 4100 м при ширине от 80 до 270 м. Форма их слабоизвилистая и прямолинейная, наследует русловую часть палеодолины. Рудная залежь состоит обычно из одного или нескольких сближенных рудных тел мощностью от первых сантиметров до 17—26 м. Содержание урана в них изменяется от 0,01 до 0,4—0,5%. Глубина залегания основных рудных залежей, локализующихся, как правило, вблизи фундамента, составляет 61—244 м и возрастает в соответствии с уклоном палеодолин. Основные залежи 5 и 6 имеют длину по простиранию — 4100 и 1300 м, средную ширину— 100 и 170 м и среднюю мощность —.

10 и 9,87 м, содержание урана от 0,013 до 0,303% (среднее 0,064%) и 0,020—0,212% (среднее 0,091%) соответственно.

Метаморфогенные месторождения урана являются крупными промышленными объектами и представлены древними металлоносными конгломератами и метаморфизованными толщами ураноносных углисто-кремнистых сланцев. При формировании последних уран высвобождается из органической массы при метаморфизме, перемещается и образует залежи и прожилки уранинита с подчиненным значением Аи, сульфидов и гематита. Крупные месторождения в конгломератах являются древними метаморфизованными россыпями. Описание одного из месторождений приведено в разделе 8.1.3. (см. рис. 8.8).

Месторождения ураноносных конгломератов имеются в Канаде (Блайнд-Ривер), ЮАР (Витватерсранд), Бразилии (Жакобина), Австралии.