16. Геолого-промышленные типы месторождений урана.

Уран был открыт в 1789 году. Его радиоактивность была обнаружена в 1862 г., спустя два года была открыта радиоактивность тория и радия (Кюри). Добыча началась с радия, он начал добываться сразу в промышленных количествах. Его первым и единственным источником было месторождение Яхимов до начала первой мировой войны. Годовое производство радия составляло около 4 грамм в год. Затем начали извлекать радий из других источников (США, Африка) – 20-200 грамм в год. До 1945 г. это количество возрастало и шло на научные цели. Когда стало ясно, что уран является (1942 г.) ядерным источником, все внимание переключилось на него. На первых этапах урановой рудой считались руды, содержание более 1 % урана (U₃O₈). В настоящее время добываются руда содержанием от 0,05% урана. Крупное месторождение - запасы 10 тыс. тонн, мелкое - менее 1 тыс. тонн. Ресурсы урана оцениваются почти в 17 млн. тонн.

Запасы урановых руд оцениваются по-другому - по ценовым категориям:

• Стоимость добычи менее 40 $/кг - 2,3 млн. тонн.

• 80 $/кг - 3,4 млн. тонн.

• Более 130 $/кг

Все запасы распределены очень неравномерно. До 80$ - 10 стран, запасы превышают 100 тыс. тонн (Австралия, Казахстан, Канада, ЮАР, Бразилия, Намибия, Россия, США, Узбекистан, Нигер). В России балансовые запасы известны в 16 месторождениях, 15 из которых - Стрельцовский район. В России добывается 2,5-3 тыс. тонн урана, что покрывает потребности менее чем на половину. Расход: атомные реакторы, атомный флот, оружие, обязательства по поставке урана в другие страны (Болгария, Румыния и др.). Часть запасов составляют складские запасы (накопилось, когда урана было многовато).

Мировая потребность составляет более 63 тыс. тонн, добывается в год в мире - 36 тыс. тонн, все остальное компенсируется за счет складских запасов. Серьезный дефицит урана сказывается на его цене, и в то же время цена ограничивается квотами на закупку урана.

На 2005 г. 1 кг урана стоил 61,5$. Производство урана составляет 31-32 тыс. тонн, наиболее крупное производители: Канада, Австралия, Нигер, Намибия, Россия, Казахстан, Узбекистан и др. Россия занимает 5-е место в мире по производству урана. Только Канада добывает сверхбогатые руды, с содержанием до 10%. Всего в мире до 2001 г. на поиски и разведку урановых месторождений было потрачено 8 млрд. $, разведано было более 5 млн. тонн, в среднем затраты составляют 1,5$ на 1 кг урана. Больше всего потратили США (более 2,5 млрд. $). В России было затрачено 0,18$ за 1 кг.

Кларк урана увеличивается от ультраосновных к кислым породам.

Урановые месторождения наиболее сложные и неоднозначные, поэтому нет общепринятой типизации месторождений.

Минералогия: уранинит (настуран, урановая смолка), браннерит, коффинит, ураноторит, торбернит, карнотит.

Серии промышленных типов месторождений урана:

1. Эндогенная серия.

• Аляскитовый тип - связан в аляскитовыми гранитами (самые поздние, в основном состоят из кварца и КПШ). Это месторождение Россинг (Намибия) - позднемагматическое месторождение. Обнаружено в 60-х годах прошлого века, отработка началась с 1976 г, запасы составляют 130 тыс. тонн (уникальное). Это складчатая зона позднего рифея, район сложен разнообразными метаморфическими комплексами. Вмещающие породы - мрамора, графитовые сланцы, гнейсы. В одном из поднятий располагаются аляскиты. Месторождение представлено минерализацией в аляскитах - секущие тела, трещинные зоны, обогащенные ураном. Считается, что руды являются продуктом анатексиса (частичное плавление) по аркозовым песчаникам, изначально обогащенными ураном. Содержание урана - до десятых долей %. В настоящее время там проводятся грандиозные разработки (карьер). Типы руд: первичные (браннерит), вторичные в зонах окисления (50 на 50% запасов).

• Альбититовый тип - Украинский щит. Кристаллический щит, сложенный архейскими комплексами. Месторождения связаны с процессами раннепротерозойской протоактивизации. 2 района месторождений однотипного проявления метасоматоза (гранитизация):

  • Кировоградская группа - центральная купольная зона. Крупные разломы рассекают центральную часть поднятия, с ними связана гранитизация и альбититовый метасоматоз. Основные рудоконтролирующие структуры - разломы и некоторые складки. Наиболее крупные тела ураноносынх натровых метасоматитов локализуются в изгибах милонитовых зон, в местах сочленения с ними разломов. Мичуринское месторождение – ураноносные натровые метасоматиты развиваются за счет всех пород (гнейсов, гранитов, мигматитов, милонитов). Пространственное размещение рудных тел определяется морфологией гранитов в комбинации с пегматитами и милонитами. Основные типы рудных тел: приуроченные к послойным телам альбитизированных гранитов и пегматитов, размещающиеся среди крупных тел гидротермально измененных гранитов. Состав руд: уранотитанаты, настуран, уранинит, коффинит.

  • Криворожская группа - восточная часть, протогеосинклинальная линейная зона, сложенная протерозойскими образованиями. Вообще это железорудные месторождения. Самая нижняя толща по своей петрографии приближается к обычным конгломератам, близким к ураноносным конгломератам. Выше - сланцево-кварцитовые толщи, выше - гнейсовые толщи с гематит-магнетитовыми железными рудами, выше - доломито-лептитовая толща с ураном. На все накладывается щелочной альбититовый метасоматоз. Составу руд: уранинит, настуран, апатит. Желтореченское месторождение: огромная изоклинальная синклинальная складка, руды локализуются и в осевой части, и в крыльях, и в осложняющих складках.

• Плутоногенные гидротермальные месторождения - месторождения пятиэлементной формации (Яхимов, Аннаберг) и месторождения серебряно-свинцовой формации (Пршибрам). Это многочисленные жильные образования, связанные с гипабиссальными гранитоидами.

• Вулканогенные гидротермальные месторождения. Связаны с вулканитами кислого состава, общая черта – формирование в результате поствулканической деятельности.

  • Ишимское (Кокчетавский район, Казахстан). Это склон палеовулкана, перекрытый осадочными комплексами - чередование алевролитов, аргиллитов, песчаников, есть конгломераты. Эти породы рассечены поясом крутопадающих даек, представленных диоритами, гранодиоритпорфирами, спессартитами - субвулканические поствулканические образования. Есть послойные и диагональные срывы, к которым и приурочены рудные тела – 15 штук (похоже на Консберг). Рудные тела напоминают пластовые залежи, имеют пологое падение, незначительную мощность (1-6 м). Руды сопровождаются ореолами березитизации. Это молибден-урановые месторождения (U 0,2%, Mo 0,066%). Попутные: Ta, Zr, Sr, As, Ti. Состав руд: настуран, коффинит, молибденит.

• Аксу (Кокчетавский район) - молибден-урановое (U 0,102%, Mo 0,05%), в PZ толщах 2 свиты: кембрийская вулканогенная (спилиты и диабазы), верхняя - О песчаники, алевролиты и туфопесчаники. Всё это прорывается вулканическим аппаратом (напоминает вулканогенные месторождения Боливии) андезитовых порфиров. Рудные тела располагаются в виде секущих тел, обрамляющих жерловую часть, в брекчиевых образованиях во фланговых частях, согласно с вмещающими сланцами в зонах расслоения (черносланцевые толщи). Форму рудных тел – седловидные жилы и линзообразные залежи. Состав руд: настуран, коффинит, молибденит. Возможно, изначально месторождение было осадочным, а внедрение тела привело к перераспределению компонентов. Рудообразование в температурном режиме 200-300°С. Попутные: Th, Zr, Sr, Cu, Zn, Pb, As.

• Стрельцовский рудный район (восточное Забайкалье) – связан с гранит-риолитовой формацией. Развиты древние толщи (ранний палеозой) метаморфических пород, распространены гранитоиды. Среди поля гранитов возникла кальдера почти изометричной формы, много игнимбритов (в т. ч. в самой кальдере) - кислый вулканизм риолитового состава. В кальдере и в её обрамлении - 15 месторождений, проходит серия субвулканических даек гранодиорит-порфиров, диорит-порфиров, к которым приурочены рудные тела в виде жил, штокверковых зон и субпластовых тел среди осадочных пород. Согласные тела располагаются в основании, штокверковые зоны - в средней части депрессии, жильные - в самом верху. Все сопровождается низкотемпературными гидротермальными изменениями (200-300), руды малосульфидно-настурановые (жилы) и сульфидно-настурановые (пласты и штокверки), молибден-урановая формация. Не исключено, что здесь первично осадочные породы были обогащены ураном.

• Котахе (район Лос-Фрайлес в Боливии) - жильная брекчия с урановой минерализацией (браннерит), содержание 0,05%, запасы - 400 тонн, рудное тело протягивается меньше, чем на 300 м при мощности 4 м. Руда приурочена к зоне контакте некка и вмещающих пород.

2. Экзогенная серия. Это осадочные месторождения.

• В осадочном процессе уран очень легко накапливается: в карбонатных породах, в глинистых, в породах, обогащенных углеродом (углистые сланцы, угли), в обломочных породах, в торфяниках. Уран осаждается в восстановительной обстановке. Чаще всего эти скопления урана либо имеют небольшие концентрации, либо небольшие запасы.

  • Меловое месторождение (полуостров Мангышлак, Прикаспий). Это молодая платформа с меловым, палеогеновым и неогеновым чехлом. Вмещающие породы - верхний олигоцен. Наблюдаются 4 рудных тела, по мере их ритмичного формирования происходило поднятие, поэтому они в итоге слились ближе к куполу. Рудная залежь протягивается на 16-18 км, ширина 1,5-2 км, до 6-7 км. Залегание почти горизонтально, мощности отдельных рудных тел - первые метры, рудное тело расслаивается на глубине по типу конского хвоста. Рудные интервалы представлены углистыми сланцами, обогащенными костным детритом рыб, птиц, обугленными древесными осадками. Накопление происходило в прибрежной обстановке. Каждый их рудных прослоев характеризуются одинаковым составом, с той лишь разнице, что снизу вверх уменьшается размер обломков. Уран концентрируется и в самих костных обломках, и в цементе, и в древесных остатках. Пачка хорошо проработана, перемыта в мелководных условиях. Попутные компоненты: фосфор, редкие земли, молибден, никель, кобальт. Запасы - 44 тыс. тонн урана. Остальное - удобрение. В настоящее время месторождение почти отработано. Содержание урана не превышает 0,2% (максимум – в тонкоизмельченном костном детрите). Уран насыщал фациальную обстановку еще при жизни животных и растений, а откуда он взялся, узнать очень сложно. По-видимому, он имеет вулканогенное происхождение (есть признаки пеплового материала).

  • Месторождения медистых песчаников (Заир, Замбия) - рифейские месторождения с содержанием урана в первичных рудах до 0,1%.

  • Олимпик-Дам (Австралия) - гематитовые брекчии с ураном, медью и золотом. По ресурсам (1 млн. тонн) это крупнейшее урановое месторождение, оно также уникально по меди и по золоту.

• Инфильтрационные месторождения. Эти месторождения только урановые. Они обычно располагаются, среди аллювиальных, дельтовых переслаивающихся обломочных осадков. Это молодые месторождения, современные. Они располагаются в участках артезианских бассейнов, в областях полупустынного климата, никогда не выходят на поверхность. Рудные тела в разрезе имеют ролловые формы, а в плане - форму длинной ленты. Зоны: тыловая зона окисления и выщелачивания, центральная зона вторичного рудоотложения (восстановительный геохимический барьер), передовая зона неизмененных пород.

Содержания урана невысокие, он представлен урановой чернью, коффинитом. Масштаб рудного тела - первые метры. Впервые такие месторождения были обнаружены в штате Вайоминг.

Вода, которая сочится по водопроницаемым породам, обогащена кислородом. Кислород переводит уран в растворимую форму, уран движется по пласту, пока не попадает в восстановительную зону и высаживается в виде роллов. Эти месторождения представляют собой легкодоступные объекты - их можно добывать, не вскрывая, методами подземного выщелачивания.

Мынкудук (Казахстан) - позднемеловые дельтовые отложения, 3 рудных тела, рудные горизонты мощностью 30-50 м. Месторождение располагается на крыле артезианского бассейна, приурочено к зоне пластового окисления. Рудные тела – роллы в разрезе, ленты в плане. Протяженность – 15-20 км, ширина – 50-500 м, мощность 10-25 м. Содержание урана 0,15% (коффинит, настуран). Наряду с ураном здесь содержатся рений, скандий, которые также добываются методами подземного выщелачивания. Кучкудук - то же самое в туронских песках, селен и уран. Хайленд – озерно-аллювиальные отложения палеоцена и эоцена.

• Месторождения палеодолин. Растворы, обогащенные ураном, протекают по водопроницаемым пластам русловых песков, где уран и осаждается (70%).Месторождения также имеют инфильтрационную природу. Образуются такие же ролловые рудные тела.

  • Щегловское месторождение (Забайкалье) - в древние граниты на 50-100 м врезано русло, все это заполнено фангломератами и перекрыто базальтами, а по осадочным толщам идет формирование руд (результат сноса с обрамляющих пород).

  • Далматовское месторождение (Зауралье) - две слившиеся палеодолины, это юрские сероцветные пески и глины, кислые вулканиты с повышенным содержанием урана, перекрытые красноцветными пролювиальным осадками. Рудоконтролирующий фактор – тонкозернистые пески с углистым веществом. Это лентовидные тела протяженностью 15-25 км, ширина около 1,5 км, глубина залегания 300-400 м, содержание урана - сотые и десятые доли %, коффинит, настуран. Суммарные запасы - 40 тыс. тонн. Попутные: Mo, Se, Re, Y, Sc, REE, Th, полиметаллы.

• Йиллири (Австралия) - в руслах маленьких бессточных рек засушливого климата выпариваются воды и осаждаются особенные породы - калькреты (доломит, монмориллонит, карнотит, высокопористые, кавернозные) с ураном. Бассейн реки ограничен горами, сложенными древними гранитами, по которым возникают коры выветривания. Эти коры и являются источником урана для вод. Есть и ванадий, который берется из зеленокаменных даек, пересекающих граниты. Карнотитовые залежи протягиваются на 6 км, шириной 50 м, мощность 8-10 м, содержание урана 0,15%, запасы 45 тыс. тонн.

• Месторождения несогласия - приурочены к региональному несогласию между раннепротерозойскими и позднепротерозойскими образованиями. Это Канада и Австралия: Рабит-Лейк, Мидуэст-Лейк , Ки-Лейк (Канада).

Это месторождение возможно имеет гидротермальное происхождение. Помимо урана есть кобальт, никель, золото (в виде арсенидов). Минералы урана - настуран, коффинит. Содержание урана 0,28-14% - самые богатые руды, никеля - более 4%, есть медь. Мощность тел - первые десятки метров, ширина – 250 м, протяженность – 2 км, это линзы, оруденение развивается выше и ниже поверхности несогласия. Вмещающие породы рассланцованы, хлоритизированы, серицитизированы. Наиболее высокие концентрации урана приурочены к графитсодержащим породам. По запасам это крупные месторождения.

Происхождение: есть данные об участии гидротермальных растворов. С другой стороны песчаники Атабаска раньше были песками, в которых в результате промывания окисленных урановых вод осаждался уран, сталкиваясь с восстановительными эманациями метана (инфильтрационная модель). Поверхность несогласия - древняя кора выветривания, поэтому там есть кобальт и никель. Есть еще золото, серебро, мышьяк.

Ки-Лейк представляет собой древнюю кору выветривания, запасы урана 60 тыс. тонн, никеля 30 тыс. тонн, содержание урана 2,5-35(!)%. В Австралии содержания золота тоже очень приличные - 12-16 г/т.

3. Метаморфогенная серия. Это ураноносные конгломераты, докембрий. Месторождения расположены в базальных слоях субплатформенных осадочно-вулканогенных раннепротерозойских отложений, которые с резким угловым несогласием залегают на породах архея.

• Витватерсранд (ЮАР).

• Эллиот-Лейк (Канада, северный берег озера Гурон) - раннепротерозойские конгломераты большой мощности, сложены гальками кварца, кварцитов, метаморфических пород, гранитов. Они относятся к палеорусловым и палеодельтовым образованиям. Палеорусла врезаны в граниты и кристаллические сланцы, в них - чередование конгломератов с рудоносными пачками мощностью до 3 м. Больше всего руды находится там, где величина галек 2-6 см в диаметре. Рудные пачки простираются на несколько десятков км, мощность небольшая, часто сближены. Руды представлены браннеритом и уранинитом, в меньшей степени коффинитом, ураноторитом. Содержание урана 0,1%. Попутные компоненты: циркон, монацит, сфен, ортит, обломочный пирит. Есть торий, титан, РЗЭ, цирконий. Этапы образования: накопление россыпного материала, инфильтрация (обогащение), метаморфизм. Возраст урановых минералов близок к возрасту вмещающих пород (2,5 млрд. лет). Есть немного золота и серебра.

• Метаморфизованные месторождения Онежского рудного района - древняя впадина, сложенная толщами вулканогенно-карбонатно-терригенно-углеродистыми породами раннепротерозойского возраста. Метаморфизм проявляется в виде магнезиально-щелочно-карбонатного метасоматоза. Образовались сигарообразные пологозалегающие рудные тела карбонатно-слюдистого состава с сульфидами, селенидами. Есть ванадий, уран, платиноиды (палладий, платина), медь, молибден, золото. Протяженность тел - километры, мощность - до 50 м.

17. Альбититовые месторождения урана.

См. билет 16.

18. Стратиформные месторождения вольфрама (урана???).

19. Урановые месторождения "несогласия".

См. билет 16.

20. Инфильтрационные месторождения урана, связанные с фронтом пластового окисления.

См. билет 16.

21. Геолого-промышленные типы месторождений лития, цезия, рубидия.

 Литий. Самый легкий из металлов (53 г/см³). Легко образует сплавы с другими легкими элементами, широко используется в металлургии, электротехнике, химической и атомной промышленности, в керамике.

Литий измеряется в оксиде Li₂O. Общие запасы оцениваются в 15 млн. тонн, подтвержденные (в 15 странах) - 4,4 млн. тонн. По подтвержденным запасам: Чили (68% мировых запасов), Китай (12%), Конго (5%), Бразилия, Канада, Австралия (4%). По общим запасам: Боливия (рассолы в соленых озерах - Салар де Уюни) - площадь озера 9000 км², из них 2000 км² приходится на галитовую кору толщиной 10 м. В сезон дождей образуются рассолы с высоким содержанием лития (до 1000 г/т). Второе место - Чили (похожее озеро Салар де Атакама), третье место - Россия и Австралия (запасы заключены в основном в редкометалльных пегматитах).

Производство лития - 16 тыс. тонн в год. Более 41% производит Чили, далее - Австралия, Китай.

75% общих и 55% подтвержденных запасов сконцентрированы в соляных озерах. 22% общих и 45% подтвержденных - в гранитных пегматитах. Небольшое количество - в редкометалльных грейзенах.

Основные потребители лития: США (более 33%), Япония (23%), Россия (годовые потребности - 450-500 тонн). Россия в основном закупает литий.

Цены на литий: петалитовый концентрат лет 5 назад стоил 212$/т, сподуменовый концентрат - 375, металл - 90$/кг.

Петрогенным аналогом является натрий. В магматических процессах он следует за магнием, часто его заменяет в темноцветных минералах. Он накапливается в самых поздних дифференциатах магматических образований. В экзогенных процессах - соленые озера.

Минералогия лития: в основном силикаты и фосфаты:

• Сподумен (содержание в сподумене 6,5-7%)

• Петалит

Промышленные типы месторождений лития:

1. Альбит-сподуменовые пегматиты (с попутными танталом и бериллием). Содержание лития достигает 1,15-1,45%. Промышленные типы руд: литиевые, ниобий-танталовые. Этот источник дает 40% добычи лития. Месторождения представлены особыми телами пегматитов: крупные и протяженные (1-3 км) пегматитовые тела, обычно крутопадающие. Мощность колеблется от 3-5 м до 20-30 м. Эти пегматиты имеют довольно слабую дифференциацию: внешняя зона- кварц и альбит, внутренняя – кварц, альбит, сподумен. Эти месторождения образуют пегматитовые поля. Минеральный состав: кварц, альбит, сподумен, микроклин, гранат, апатит, мусковит, колумбит. В основном эти скопления пегматитовых жил локализованы на древних платформах или на докембрийских массивах. Месторождения довольно крупные по запасам (стони тыс. тонн) и с высокими содержаниями. Фанерозойские аналоги этих месторождений имеют гораздо меньшие содержания и запасы. В архее этих месторождений нет. Наиболее богатые и крупные месторождения локализованы в амфиболитах и мраморах, т.к. они богаты, магнием, кальцием и железом. Материнские породы - плагиомикроклиновые граниты. Сами тела располагаются на значительном удалении от материнских пород: по латерали 7-10 км, по-вертикали 3-4 км. Примеры: Колмозерское, Кинг-Маунтин (США).

2. Сподумен-микроклин-альбитовые пегматиты с лепидолитом, петалитом (с попутными танталом, бериллием и цезием). Примеры: Берник-Лейк (Канада), Бикита (Зимбабве).

3. Природные и минеральные воды (рапа соляных озер и др.): в основном это рапа соляных озер:

   • Озеро Сёрлс (Калифорния) - вольфрам и литий.

   • Большое Соленое озеро (0,013%).

   • Мертвое море (0,004%).

   • Салар-де-Атакама (0,14%)

   • Подземные богатые рассолы (0,08%) – Сильвер-Пик (США).

   • Подземные воды нефтяных и газовых месторождений (0,08%) с Rb, Cs, J, Br, Sr.

   • Литий из кимберлитовых трубок

Цезий. Используется источником электронов для электротехники. Электроны активно отделяются при облучении.

Подтвержденные запасы цезия - 111 тыс. тонн. Источник цезия - поллуцит, немного сподумен. Основные месторождения: редкометалльные пегматиты, попутные компоненты - литий, бериллий, тантал, олово (редкометалльно-оловянные пегматиты), сподумен-микроклин-альбитовые пегматиты. Материнские породы: нормальные граниты, биотит-плагиомикроклиновые. Протяженность тел 500-1000 м, мощность от 5-10 до 40-60 м. Эти пегматиты, как правило, наклонны либо горизонтальны. Пегматиты характеризуются резко выраженную зональность (много зон). Насчитывает 100-150 минеральных видов. Попутные компоненты: тантал, литий, бериллий, олово. Самые богатые месторождения также располагаются на древних платформах и крупных кристаллических массивах. В фанерозойских образованиях все хуже. Чем древнее месторождение, тем оно крупнее и богаче. Самые крупные месторождения приурочены к позднеархейским комплексам. От материнских гранитов эти пегматиты уходят по латерали на 3-5 км, по- вертикали на 1,5-2 км. Наиболее продуктивные пегматиты формируются в спокойной тектонической обстановке. Руды более разнообразные, чем у лития: литиевые руды, цезиевые, бериллиевые, берилл-танталовые. Кларк возрастает от ультраосновных пород к кислым.

• Бикита (Зимбабве) - крупное пегматитовое поле. Даже по литию это одно из наиболее крупных скоплений минерального сырья. Пегматиты разнообразны, в основном это альбит, мусковит, берилл, тантало-ниобаты. На этих пегматитах часто развита кора выветривания, которая формирует особые условия добычи руд. Выделяется одна наиболее крупная жила (Бикита) - протяженностью 1600 м, мощностью 670 м. Есть сплошные зоны, сложенные рудными минералами (петалит, сподумен, полуцит и др.).

• Берник-Лейк (Канада) – уникальное. Главная пегматитовая залежь расположена на 1000 м над куполом гранитов. Под основной залежью – второе тело. Характерна зональность: поллуцит в центре.

Рубидий. Используется для научных исследований (медицина, химия), годовая потребность всего 3 тонны. Источник - калийные соли и лепидолитовые концентраты. Источник: сподумен-микроклин-альбитовые пегматиты. Далее - по аналогии с цезием.