Среднеилийский урановорудный район в Илийской урановорудной провинции

 

Ведущим типом месторождений Илийской субпровинции является ураноугольный. Пластово-инфильтрационные месторождения региональных зон пластового окисления в проницаемых песчаных горизонтах в основном со­средоточены в Среднеилийском урановорудном районе. Они представлены группой небольших непромышленных объектов и крупным Сулучекинским месторождением.

 

Месторождение Сулучекинское [8]

 

Месторождение находится в северном борту Илийской впадины, в сед­ловине между низкогорными возвышенностями Кату и Калканы (рис. 42). Вблизи месторождения протекает судоходная река Или. В 30 км севернее проходит асфальтовое шоссе Алматы — Сарыозек — Хоргос, с которым месторождение соединено грейдерной автодорогой.

Сулучекинское месторождение открыто в 1978 г. партией № 11 предприя­тия «Волковгеология» в результате проведенного поисково-рекогносцировоч­ного бурения. В нескольких километрах к западу расположено выявленное и оцененное партией № 15 в 1961 —1962 гг. Калканское урановое месторожде­ние, которое в настоящее время находится в охранной зоне государственного заповедника.

В 1979—1983 гг. партией № 11 проведена оценка промышленных перс­пектив Сулучекинского месторождения, а в 1984—1990 гг. — его предвари­тельная разведка.

Геологические особенности. В палеозойской структуре Илийская впадина выделяется в виде крупного одноименного синклинория, докембрийский фундамент которого выведен на дневную поверхность в Чу-Илийских горах, а элементы нижнепалезоиского структурного этажа проявлены в виде изоли­рованных блоков в горных хребтах Джунгарии.

 

 

Породы среднепалеозойского структурного этажа развиты повсеместно в форме пологих брахискладок с углами падения на крыльях до 35-40°. Позднепалеозойские (средне-позднекарбоновые и пермские породы), залега­ющие в основании мезозойско-кайнозойского чехла, представлены существен­но эффузивными и пирокластическими образованиями.

Стратиграфия мезозойско-кайнозойского чехла во многом дискуссионна. В основании залегает довольно мощная (60-120 м), существенно песчаная толща, именуемая авторами работ древнеилийским горизонтом (см. рис. 43), возраст которого оценивается в широком диапазоне К₂-Р₂ (по нашему мне­нию, этот горизонт сопоставим с жалпакским K₂km—Р₁¹).

Северная граница горизонта проходит в 10-15 км к северу от месторож­дения. В предгорьях Калканы и Актау он выходит на дневную поверхность, а в южном и юго-восточном направлениях погружается на глубину свыше 1000 м.

Отложения рудовмещаюшего древнеилийского горизонта представлены сложнопбстроенной толщей полевошпат-кварцевых разнозернистых песков с незначительными по мощности линзами и прослоями глин, алевритов, гравийни^ов, подчеркивающих неотчетливо выраженное ее циклическое строение. В горизонте в плане оконтурены субширотные и близмеридио-нальные русловые зоны с преобладанием крупнозернистых фракций в пес­ках, указывающие на положение рудного поля в области сочленения речных подгорно-веерных потоков с крупной системой палео- Или близширотного направления.

Выше залегают отложения актауской свиты, разделяющиеся на две подсвиты (пачки): калканскую и кайчинскую. Авторы разведочных работ без достаточно надежного обоснования оценивают их возраст как ранне-средне-олигоценовый, тогда как анализ региональной ритмостратиграфии вполне позволяет допустить средне-позднеэоценовый возраст их накопления.

Калканская пачка представлена красноцветными разнозернистыми пес­чаниками с карбонатно-глинистым цементом (СО₂ до 5-6%, сумма глинисто-алевритовых частиц 15-30%). Окраска песчаников к югу сменяется на се­рую, темно-серую, возможно, по мнению авторов, эпигенетическую. В этом же направлении возрастает до 30 м и мощность пачки.

Кайчинская пачка имеет сложное строение: нижняя часть (5-15 м) вы­полнена зеленовато-серыми неслоистыми глинами с маломощными (до 0,5 м) прослоями карбонатных песчаников, с включениями пирита и углистого рас­тительного детрита; в средней части (5-10 м) преобладают гипсы и глиногипсы с линзами серых и красно-бурых песков, в верхней - пестроцветные алев­риты, известковые песчаники. Общая мощность 10—40 м.

Джамбылбастауский горизонт (Р₃³), сопоставимый с бетпак-далинским (Р₃³—N₁¹) в Шу-Сарысуйской депрессии, залегает на подстилающих отложе­ниях с размывом и угловым несогласием. В основании развиты красноцветные гравийно-галечные конгломераты (5-15 м) с разнозернистыми карбонат­ными песчаниками с гравием и прослоями глин. Содержание СО₂ варьирует в пределах 5-20%.

Отложения неогена представлены павлодарской (N₁²-N₂¹) и илийской (N₂^2-3) свитами. Павлодарская свита характеризуется преобладанием аргиллитопо-добных зеленых и голубовато-серых глин, с прослоями мергелей, известня­ков, гипсолитов озерного происхождения. Выделяется базальный слой гру­бозернистых полимиктовых песчаников мощностью 3-6 м с карбонатным цементом. Общая мощность 66-90 м. В илийской свите доминируют алевропелиты, глины, алевропесчаники палевые, розовые, серые, с прослоями пес­ков мощностью 0,5-10 м, а также лигнитов и мергелей. К бортам впадины отложения налегают на нижележащие образования (вплоть до палеозойских) с резким угловым несогласием. Породы в основном карбонатные. Общая мощность 50- 330 м.

Четвертичные отложения образуют покров, достигающий на периферии рудного поля 30-60 м. В центре месторождения они представлены останцами мощностью до 1,5-5 м. В их составе преобладают аллювиально-пролювиальные щебенисто-дресвяные образования, в южной части распространены эоло­вые пески, суглинки.

Тектоническая структура. Месторождение расположено в сложной тек­тонической обстановке - в зоне перехода к области высокоамплитудного орогена. Рудное поле находится в Сулучекинском прогибе, представляющем собой блок, погруженный относительно горстовых сооружений Калканы и Кату и в то же время входящий в систему поднятий, отделяющих Басчи-Конуроленскую впадину от Илийской (см. рис. 34). Одним из элементов этой системы является, в частности, Восточно-Калканская брахиантиклиналь с северо-восточным простиранием оси, занимающая практически всю площадь месторождения. Отмечается асимметричность строения брахиантик-линали: ее северо-западный склон существенно круче, чем юго-восточный.

Разрывная тектоника представлена системой крупных краевых разломов северо-западной (Сулучекинский, Калканские) и северо-восточной (Актауский) ориентировки. Кроме того, на месторождении выделяется система мел­ких тектонических блоков, ограниченных нарушениями, которые проявлены в чехле и, в частности, в рудовмещающем горизонте флексурными перегиба­ми, возможно, местами с разрывом сплошности слоев.

Таким образом, Сулучекинское месторождение характеризуется специфи­ческий структурной позицией: оно расположено в тектоническом блоке, в ко­тором создались условия для «консервации» диагенетически восстановленных сероцветных песков древнеилийского горизонта (на большей части окружаю­щей территории последние были окислены уже в ранние стадии литогенеза).

Гидрогеологические и гидрогеохимические особенности. Рудовмещающий древнеилиискии горизонт ограничен региональными водоупорами: снизу па­леозойскими породами с развитой глинистой корой выветривания и сверху карбонатно-глинистыми песчаниками калканской и кайчинской пачек. Внутреннее строение горизонта достаточно неоднородно и по составу слага­ющих его песков, и вследствие присутствия многочисленных маломощных линз и прослоев глин и алевропелитов.

Глубина залегания его кровли изменяется от 300 м на восточном фланге до 400 м в центральной и до 500 м (и более) в южной частях месторождения. С северо-востока на юго-запад возрастает и величина напоров над поверхно­стью земли - от (+10) - (+20) до (+70) - (+ 80) м.

Современный поток направлен с северо-запада на юго-восток; при уклоне зеркала вод 0,01, средней величине K_фпород 2,85 м/сутки (от 1 до 6,8 м/сутки) скорость естественного потока составляет 0,0285 м/сутки или около 10,4 м/год.

К югу и западу хлоридно-сульфатные натриевые воды (часто с кислородом) сменяются бескислородными хлоридными (как правило, с сероводородом). Из других газов присутствуют азот (92—97 об. %), углекислота, аргон и метан.

Общая минерализация вод продуктивного горизонта с северо-запада на юго-восток возрастает от 2 до 10 г/дм³.

Отмечается изменение состава и величины общей минерализации вод с глубиной: развитые в верхней части хлоридно-сульфатные натриевые воды с минерализацией 2,5 г/дм³ к основанию сменяются сульфатно-хлоридными натриевыми с минерализацией 3,6-5,6 г/дм. Температура воды 28-33 °С.

По данным спектрального анализа в водах отмечены повышенные кон­центрации (мкг/дм³): железа и кремния - до 100 000, алюминия -14 000, цин­ка - 6500, стронция - 4300, марганца - 3000, лития - 1700, молибдена - до 1300; также присутствуют (мкг/л): титан -500, хром - 300, барий-160, ни­кель -130, медь - 52, кобальт - 30, ванадий - 6, серебро - 2.

По своему химическому составу воды древнеилийского горизонта пред­ставляют собой самостоятельный лечебный тип («феодосийский») и реко­мендуются для бальнеологического использования.

В качестве минеральных лечебных могут использоваться и пластовые воды вышележащего джамбылбастауского горизонта, также высоконапорные, с самоизливом, с общей минерализацией от 1,4-1,6 до 14-15 г/дм³. По солево­му и газовому составу они близки водам древнеилийского горизонта.

Содержание урана (1-1,6)^.10^-6 г/дм³, радия (0,2-0,5)х 10^-11 г/дм³, радона 20-25 эман, гелия 0,5-2,2 об. %.

Кроме того, отмечается присутствие (мг/дм³): йода - до 0,5, брома - до 4,9, фтора - до 5,5, а также микрокомпонентов (мкг/дм³): стронция - 21000, железа - 5200, циркония - до 5200, марганца - 4200, молибдена - до 1100, алюминия - 630, лития - 420, титана - 410, никеля - 34, меди-17.

Среди минеральных типов вод джамбылбастауского горизонта выделены «буйский» тип наиболее минерализованных вод (12,6-14,2 г/л), «феодосий­ский» (3,4 г/дм³), «угличский» (1,6-4,5 г/дм³) лечебно-минеральные типы.

Урановое оруденение изучалось и разведывалось до глубины 700 м, осво­енной в других районах промышленностью, при эксплуатации аналогичных месторождений способом ПВ. Оно приурочено к водопроницаемым песча­ным отложениям древнеилийского горизонта и контролируется границами полного или локального выклинивания зоны пластового окисления (рис. 43). Окислительные процессы разделены на две разновозрастные стадии: рудоконтролирующее пластовое окисление, начавшееся в позднем олигоцене, и позднеплиоценово-четвертичное грунтово-пластовое окисление, развивающее­ся на выходах рудовмещающего горизонта в районе гор Калканы и образую­щее короткие (до 100—200 м) пластовые «затеки».

Рудоконтролирующее окисление распространяется с востока-северо-вос­тока, сначала охватывая горизонт на всю его мощность, а затем образуя «внутрислойную» зону. В вертикальном разрезе с северо-востока на юго-запад на­блюдается последовательное сокращение мощности ЗПО от подошвы гори­зонта к его кровле (рис. 43). При этом нижняя граница окисления создает несколько вертикальных «уступов», приуроченных к участкам изменения литологии горизонта и проницаемости пород по вертикали. Нередко такие «уступы» сопровождаются формированием неглубоких локальных «языков» окисления. Полное выклинивание рудоконтролирующей ЗПО установлено в западной части рудного поля, где оконтурен реликтовый участок размером 4x2 км, на котором пластовое окисление в древнеилийском горизонте вообще не проявлено (на остальной части месторождения горизонт в той или иной мере окислен).

Подчиняясь такому плану развития рудоконтролирующей зоны окисле­ния, урановое оруденение, контролируемое его нижней границей, образует сложную систему рудных залежей, представленных многочисленными тела­ми неправильной формы, чаще всего удлиненной, линзовидно-полосовидной формы. В вертикальном разрезе они отчетливо приурочены к отмеченным выше «уступам» и усложнениям нижней границы окисления на разных вертикальных уровнях.

В соответствии с особенностями рудоконтроля на местождении домини­руют пласто- и линзообразные залежи, нередко в сочетании с «Мешковыми» формами. Типичные роллы характерны только для участков полного выкли­нивания зоны пластового окисления в верхней части горизонта (залежь 2а).

Предварительная разведка с выявлением запасов категории С₂ проведена на девяти рудных залежах, протяженность которых изменяется в пределах 2-6 км, ширина 150-2000 м.

Рудные залежи по сравнению с месторождениями Чу-Сарысуйской про­винции характеризуются незначительной (в среднем 2-3 м) мощностью, но достаточно высоким содержанием урана в рудах (в среднем 0,07-0,13%).

Рудоконтролирующая зональность и оруденение отличаются рядом осо­бенностей, которые прежде всего обусловлены литологической и геохими­ческой спецификацией рудовмещающих отложений. Они представлены по­родами сероцветного литогеохимического типа с относительно высоким со­держанием валового железа (преимущественно 2-2,5%), его сульфидной фор­мы (0,2-0,3%), органического углерода (в основном 0,6-0,15%). Вследствие относительно высокой восстановительной способности пород эпигенетичес­кие зоны в области геохимического барьера выглядят достаточно узкими и контрастными. Как правило, в головной части ЗПО выделяется узкая (1-5 м) подзона с частичным окислением обугленного растительного детрита и ре­ликтовыми желваками пирита (в гетитовой «рубашке»).

Зона уранового оруденения на Сулучекинском месторождении характе­ризуется повышенными концентрациями рения (1-24 г/т), селена (0,001 - 0,003, реже до 0,005% и более). Наблюдаются также аномальные содержания (^.10⁴%): Мо-34; германия, цинка-114; меди-112; РЬ-62; As-129; Со - 38.

Аномальные концентрации селена (≥0,01%) локализуются в головной подзоне лимонитизации («гидроокисного ожелезнения»), где они проявлены практически повсеместно и не образуют выдержанных промышленных тел лишь из-за малой мощности рудных интервалов (рис. 44). Такие залежи селе­новых руд оконтурены только в западной части месторождения, в тыловой части урановорудных залежей роллового типа, где содержание селена варьи­рует в пределах 0,017- 0,144% на мощность 1,9-7,2 м (в единичных случаях - до 0,532% на мощность 0,45 м). Среднее содержание селена по группе ролловых залежей 0,043 %, мощность 3,36 м.

Присутствие устойчивых концентраций селена в подзоне гидроокисного ожелезнения позволило авторам разведочных работ выделить последнюю в качестве зоны селенового оруденения.

Рений наряду с селеном является наиболее устойчивым сопутствующим компонентом. Он концентрируется в зоне эпигенетического уранонакопления, в двух ее подзонах: уранового оруденения и ореола рассеянного урана (рис. 44). В контурах ураново-рудных залежей роллового типа он накаплива­ется повсеместно в количестве от 0,55 до 7,8 г/т (в среднем 1-2 г/т). В линзовидно-пластообразных телах среднее содержание рения около 0,7 г/т (с вари­ациями по пересечению от 0,1 до 1,0 г/т, редко до 2-3 г/т). В подзоне ореола рассеяния урана (впереди ролловых залежей) концентрации рения - от 0,1 до 3-5 г/т, иногда до 10-24 г/т - прослеживаются на десятки метров, местами до 100 м и более, что позволило авторам разведочных работ выделить данную подзону в качестве самостоятельной зоны рениевого накопления. Максималь­ные концентрации рения в песках приурочены к прослоям, обогащенным углефицированным растительным детритом и окатышами глин.

Поскольку рений при подземном выщелачивании извлекается в раствор совместно с ураном, существенно повышая рентабельность эксплуатацион­ных работ, Сулучекинское месторождение может быть отнесено к комплекс­ным - рениевоурановым.

В ходе предварительной разведки месторождения целенаправленно изу­чалось наличие в его рудах практически значимых примесей других редких рассеянных элементов - скандия, иттрия и суммы редкоземельных элементов.

Отмечены слабые эпигенетические концентрации иттрия преимущественно в относительно богатых песчаных урановых рудах - до 66 и 318 г/т (в среднем по месторождению 19,3 г/т), тогда как в окисленных породах и в безрудных серых песках они составляют 13 г/т. Сумма редкоземельных элементов в песча­ных урановых рудах в 1,2-1,4 раза выше, чем в пластово-окисленных породах.

Вещественный состав оруденения. Обломочный материал рудных и без­рудных песков состоит из кварца (в среднем 62%), полевых шпатов (16%, а в мелкозернистых песчаных классах до 25%), кремнистых пород (максимум 7,3%), слюдистых минералов (не более 2%), углистого детрита. Акцессорные минералы: турмалин, ставролит, эпидот, андалузит, дистен, реже циркон, ана-таз, сфен, рутил, апатит - в сумме составляют менее 1 %. Значительную часть тяжелой фракции (иногда до 65%) представляет эпигенетический пирит.

Глинисто-алевролитовый заполнитель песчаных руд, составляющий не более 20 % всей массы породы, содержит не более 6,1 % собственно глинис­тых фракций.

Текстуры руд вкрапленные и гнездово-вкрапленные, структуры дисперсные.

Урановые минералы представлены настураном (около 82%) и коффинитом (18%). Последний, как правило, ассоциируется с углефицированным ра­стительным детритом, в котором выполняет клеточные полости. Настуран рассеян в глинисто-алевритовом заполнителе песков.

Урансодержащие минералы представлены лейкоксенизированными ильменитами и лейкоксенами, а также слюдами.

Селен представлен самородным гамма-селеном (обычно в нелимонитизи-рованных песках) и ферроселитом, преимущественно в окисленных лимони-тизированных породах. Оба развиваются в поровом пространстве заполните­ля песков. Ю. В. Яшунский (ВИМС) в рудах месторождения обнаружил но­вый селеновый минерал, названный джаркенитом, являющийся кубической модификацией диселенида железа. Вероятно, это редкая минералогическая находка.

Рениевые минералы однозначно не установлены. По данным электрон­ной микроскопии (Л. С. Петрова, П. Е. Чистилин), в образцах рениеносной углефицированной органики выявлены весьма необычные микрокристалли­ты, которые на основании установленных параметров кристаллической струк­туры диагностированы, как перренаты серебра (AgReO₄).

 

 

Молибден в участках своей максимальной концентрации представлен дисперсным ильземанитом. В единичных случаях определены минералы цинка (клейофан - прозрачная разновидность сфалерита) и свинца (галенит).

Из других сопутствующих минералов наиболее широко распространен пирит, проявленный в нескольких модификациях: стяжения (желваки), це­ментирующие обломочные зерна, псевдоморфозы по растительному детриту, тонкодисперсные примазки на обломочных зернах и дисперсная вкраплен­ность кубических микрокристаллов в глинисто-алевритовом заполнителе пес­ка, глобулярные скопления микрокристаллов. Первые два вида отнесены к диагенетическим, второй и третий — к эпигенетическим образованиям. Марказит редок.

В подзоне гидроокисного ожелезнения (на границе с зоной оруденения) встречается радийсодержащий барит (радиобарит).

Качественные и геотехнологические особенности оруденения. Урановые руды района, как и на месторождениях Шу-Сарысуйской провинции, сили­катные. Нерастворимая в сернокислой среде кремнисто-кварцевая составля­ющая варьирует в пределах 55-74% (в среднем 65%). Труднорастворимые минералы (полевые шпаты, слюды, минералы глин, органическое вещество) в среднем составляют 33,6%, растворимые (карбонаты, сульфиды, гидро­окислы железа, настуран, коффинит) - лишь 0,85%.

Все песчаные руды отнесены к одному литолого-фильтрационному типу - с коэффициентом фильтрации от 1 до 6,8 м/сут. Среднее по месторождению содержание суммы глинистых и алевритовых фракций 15%.

Неблагоприятным применительно к способу подземного выщелачивания выглядит геологический разрез рудовмещающего горизонта, представленный преимущественно песчаными отложениями при отсутствии выдержанных глинистых водоупоров. Очевидно, что при отработке месторождения спосо­бом ПВ должны быть максимально использованы все маломощные линзы и пропластки глин, развитые в толще песков, в целях локализации путей движе­ния рабочих растворов.

В качестве незначительных по содержанию примесей, осложняющих из­влечение урана и рения способом ПВ, должны быть отмечены (%): С_орг – от 0,037 до 0,23; карбонатность - С0₂ — от 0,06 до 0,32 (руды практически бес­карбонатные); железо валовое— от 0,54 до 2,54; пятиоксид фосфора — от 0,01 до 0,05 Как видим, эти концентрации «вредных» компонентов не могут существенно повлиять на эффективность применения метода ПВ.

В северной части месторождения (залежь 26) проведены два натурных опыта по подземному выщелачиванию: одно- и двух-скважинный. Первый опыт был проведен с целью получить качественную характеристику извлече­ния урана и сопутствующих компонентов в сернокислый раствор (с концен­трацией кислоты в закачанных растворах 20-26 г/л). Установлено интенсив­ное извлечение в раствор (мг/л): урана - до 700, рения - до 0,2, скандия - до 30, суммы редкоземельных элементов - до 40. Через 10-12 сут. самоизлива концентрации указанных компонентов снизились до величины чувствитель­ности анализов, и выпуск был остановлен. Удельная кислотоемкость соста­вила 63 кг кислоты на извлечение 1 кг урана.

Двухскважинный опыт проведен для изучения гидродинамики в услови­ях пятикратного дебаланса: объем закачанных сернокислотных растворов составил 2,5 м³/ч, по откачной (выпускной) скважине — 12,5 м³/ч. Расчетная концентрация урана достигла 125 мг/л при рН 3-4, удельная кислотоемкость составила 27 кг/кг.

Удовлетворительные результаты натурных опытов были успешно под­тверждены лабораторными испытаниями в сернокислотном и карбонатном вариантах, показавшими высокую степень извлекаемости урана и рения при незначительном расходе реагентов (в обоих вариантах).

Таким образом, Сулучекинское месторождение оценивается как промыш­ленное. Оно отнесено к резервным в основном из-за отсутствия в данном регионе инфраструктуры урановой промышленности в условиях необычайно высокой конкурентоспособности месторождений Шу-Сарысуйской урановорудной провинции.