Условия размещения и основные этапы формирования оруденения ураноугольных месторождений

 

Представления об условиях образования ураноугольных месторождений основаны на результатах многолетнего изучения и сравнительного анализа различных по масштабам промышленных месторождений — Кольджатского, Нижнеилийского, Кавакского и Джильского (Киргизия), многочисленных небольших по масштабам месторождений и рудопроявлений — Ой-Карагойского, Хантауского, Кулан-Кетпесского, Джергаланского, Джергесского и других, а также безрудных депрессионных структур с терригенными или угленосными отложениями — Курайлинской, Коксалинской, Аягузской, Леонтьевской и других.

До 50-х гг. господствовали представления о сингенетическом происхож­дении урана на буроугольных месторождениях. Первые высказывания о нало­женных рудоформи-рующих процессах появились при изучении расположенных в Киргизии Кавакского и Джильского месторождений (В. С. Веселовский, 1948; И. Ф. Гарбузова, 1950; 3. А. Некрасова, 1956, 1957), однако должного обоснования тогда они не получили.

Основные положения об эпигенетическом формировании оруденения в угленосных отложениях были разработаны в 1961—1962 гг. автором данного раздела и А. А. Ковалевым при изучении Кольджатского месторождения. Этому способствовало развитие в то время теории эпигенетического инфильтрационного рудообразования урановых месторождений в песчаных водонос­ных горизонтах в Центральных Кызылкума Значительный вклад в выяснение особенностей формирования урано-угольных месторождений в последующем внесли геологи Волковской экспе­диции В. Г. Белозеров, В. С. Климов, В. М. Черняков, В. П. Потаскуев и другие, сотрудники ВИМСа А. С. Столяров, М. Ф. Каширцева и другие, ИГЕМа — А. К. Лисицын, И. А. Кондратьева. Указанным вопросам посвя­щен ряд публикаций [4, 20, 32, 42].

В настоящее время общепризнанным является положение о эпи­генетическом инфильтрационном образовании уранового оруденения в угле­носных отложениях, связанном с привносом урана кислородсодержащими грунтовыми и пластовыми водами и отложением его на восстановительном геохимическом барьере в угольных пластах и во вмещающих терригенных породах. В этом отношении ураноугольные месторождения можно рассмат­ривать в качестве аналогов эпигенетических инфильтрационных месторож­дений «песчаникового типа». Вместе с тем ураноугольные месторождения ха­рактеризуются рядом особенностей, отличающих их от месторождений реги­ональных ЗПО в песках. Прежде всего следует отметить их приуроченность к локальным депрессионным структурам и специфику рудолокализации пре­имущественно в угольных пластах с формированием основной (или значи­тельной) массы оруденения древними (мезозойскими) зонами грунтового окисления и только части его зонами пластового (раннекайнозойского) окис­ления; наложение зон окисления на угольные пласты и углистые терриген-ные породы с весьма высокими восстановительными свойствами, что опре­деляет в целом более высокие концентрации урана, возможность образова­ния оруденения из слабоконцентрированных водных растворов; широкий спектр попутных полезных компонентов, иногда достигающих промышлен­ных содержаний (молибден, рений, германий, серебро, селен и др.).

Учитывая неразрывную связь особенностей формирования локальных депрессионных структур, условий накопления в них угленосных толщ и про­цессов рудолокализации с геотектоническим режимом развития региона, це­лесообразно для выяснения условий и основных этапов формирования ураноугольных месторождений коротко охарактеризовать дорудный, рудный и пострудный этапы развития Илийской провинции [32].

Дорудный этап. В Илийской и Балхашской впадинах юрские угленосные отложения выполняют суборогенные депрессионные структуры двух видов: Нижнеилийский угленосный бассейн, который сформировался в наложенных грабен-синклинальных структурах, образовавшихся вдоль систем долгожи-вущих глубинных разломов, активизированных в раннем мезозое, и Илийский угленосный бассейн, возникший в унаследованной от позднепалеозой-ского этапа впадине.

Локальные депрессионные структуры заполнялись угленосными молассами в условиях периодических изменений интенсивности тектонических движений, вызвавших неравномерный характер осадконакопления с цикличным чередованием различных по составу пород — от галечно-конгломератовых и гравелитовых (начало циклов) до алевролитовых с пластами углей (конец) и внутриформационными перерывами и размывами. Именно цикличность осадконакопления определяет резкую гетерогенность строения угленосных толщ и контактирование проницаемых отложений с угольными пластами. Мощность угленосных отложений в рудоносных структурах — первые сотни метров.

Важной особенностью строения рудовмещающих отложений, существенно влияющей на развитие рудоформирующих процессов, является последова­тельное расширение площади седиментации во времени с «трансгрессивным» налеганием более молодых слоев (в том числе пластов углей) на породы фун­дамента в периферических частях депрессий. Этим создавались благоприят­ные условия для последующего развития уранового оруденения на границе зон грунтового окисления, накладывающегося на верхние угольные пласты. К необходимым условиям для развития инфильтрационного рудообразования относятся: слабая литификация угленосных отложений, буроугольная стадия метаморфизма органического вещества, отсутствие или незначитель­ные проявления дорудных тектонических деформаций. Неблагоприятным фактором служит «запечатывание» угольных пластов алеврито-глинистыми образованиями.

Рудный этап. В поздней юре и раннем мелу рассматриваемый регион входил в состав консолидированной субплатформенной области, представ­ляющей собой континентальную возвышенную денудационную равнину с аридными и семиаридными климатическими условиями. Континентальный режим и аридный климат были благоприятными для мобилизации подвиж­ных форм урана из кор выветривания, развивающихся в магматических и осадочных породах обрамления депрессий. Развитие рудообразующего про­цесса целиком зависело от динамики инфильтрации кислородных ураноносных вод в угленосные депрессионные структуры, которая резко усиливалась в эпохи тектонической активизации и морфоструктурной дифференциации региона. Несомненным отображением обстановок инфильтрационного рудообразования являются красноцветные молассоидные (суборогенные) форма­ции основания позднего мела, олигоцена и миоцена, проявленные в районах промышленных ураноугольных месторождений после периодов континенталь­ного перерыва.

Процесс рудообразования на ураноугольных месторождениях обнару­живает четкую взаимосвязь с развитием эпигенетической окислительной зональности, включающей грунтовую — красноцветную (тыловую) и пласто­вую — желтоцветную (передовую) зоны окисления, отражающие общую ста­дийность развития процесса. Иногда во фронтальной части проявлена подзо­на обеления (белесых или зеленоватых пород), отделяющая зону оруденения от границ окисления. Рудоносность границ зон грунтового и пластового окис­ления на разных ураноугольных месторождениях неравноценна. Так, рудные залежи в угольных пластах Нижнеилийского месторождения практически целиком контролируются зонами грунтового окисления, тогда как на Коль-джатском месторождении с ними связано до 60% запасов. Избирательное проявление оруденения в зонах грунтового или пластового окисления определяется условиями инфильтрации ураноносных вод, зависящими от строе­ния угленосных бассейнов в период рудообразования и от восстановительной емкости рудовмещающих отложений.

Грунтово-инфильтрационное рудообразование широко выражено в депрессионных структурах с «трансгрессивным» типом строения разреза, более широким распространением по плошади верхних проницаемых слоев разреза и пластов углей при их субгоризонтальном залегании. В таких условиях наи­более благоприятными для циркуляции инфильтрационных вод были верх­ние проницаемые слои угленосной толщи (до верхнего водоупора, т. е. уголь­ного пласта), располагающиеся в зоне свободного водообмена, а про­никновение вод в нижние напорные водоносные горизонты депрессионных структур было затруднено: яркий пример такого широкомасштабного рудно­го процесса — Нижнеилийское месторождение. При наклонном (3—7°) поло­жении слоев, как это имеет место на Кольджатском месторождении, на кры­льях депрессионных структур наблюдается «секущее» положение границы грунтового окисления по отношению к наслоению пород, что приводит к сокращению площади рудообразования в отдельных угольных пластах и после­довательному, ступенчатому перемещению рудных зон на более высокие горизонты по падению слоев.

Таким образом, рудные залежи в общем случае локализуются в висячем боку субгоризонтально залегающих угольных пластов на границе зон грунто­вого окисления. Положение и размеры рудных залежей контролируются по­лями развития окисленных надугольных галечно-песчаных отложений. Вдоль выклинивания угольных пластов в полосе шириной десятки — первые сотни метров оруденение иногда захватывает всю их мощность, развиваясь и у по­дошвы, и образует формы, напоминающие «обратные роллы».

На площадях развития угольных пластов, экранированных глинами, грун­товое окисление до их кровли, как правило, не распространяется и орудене­ние в них не развивается или проявляется очень слабо.

Зоны пластового (желтоцветного) окисления распространены по прони­цаемым горизонтам всего разреза угленосных толщ в приподнятых прибортовых частях депрессионных структур, обращенных к области инфильтрации. Интенсивность проявления пластового окисления по проницаемым горизонтам угленосной толщи может быть различной. Так, в Нижнеилийской депрессионной структуре пластовым окислением охвачены проницаемые подуголь-ные отложения всех циклов, однако процесс здесь носил вялый характер, что, по-видимому, было связано с отсутствием области разгрузки пластовых вод. Вследствие низкой интенсивности процесса в зоне выклинивания окис­ления, имеющей весьма сложную конфигурацию в разрезе и плане, промыш­ленное оруденение здесь не образовалось, несмотря на благоприятный для его локализации фациально-литологический состав терригенных проницае­мых пород, их сероцветный облик и обилие в них углистого детрита. На Кольджатском же месторождении, наоборот, этот процесс был достаточно интенсивным, что привело к наложению пластового окисления на древнее грунтовое и по кровле угольных пластов с развитием его по падению, на глу­бину. При этом происходило значительное вторичное обогащение ураном и сопутствующими компонентами угольных пластов на их «головах», в полосе шириной десятки и первые сотни метров, где содержания урана достигают 0,5— 1,5%, изредка выше. Указанное обогащение происходило в результате не только ранее накопленного урана, но и вследствие дополнительного привноса его кислородными водами в эпоху развития пластового окисления.

В небольших депрессионных структурах зоны пластового, как и грунто­вого, окисления могут достигать осевых частей структур или быть сквозны­ми, особенно в отложениях, незначительно обогащенных органическим мате­риалом. В целом же для угленосных депрессионных структур характерна не­значительная протяженность развития зон пластового окисления на глубину, по падению пород, составляющая обычно первые километры, в отличие от региональных ЗПО в песчаниковых горизонтах, протяженность которых по направлению потока подземных вод может достигать сотен километров.

В зависимости от мощности и строения угленосных толщ, количества угольных пластов и проницаемых горизонтов, раскрытости структур в эпохи рудогенеза оруденение на ураноугольных месторождениях может носить одно­ярусный, как на Нижнейлийском, или многоярусный, как на Кольджатском месторождении, характер.

В рудоносных зонах окисления установлен комплекс эпигенетических минеральных новообразований, создающий наложенную минералого-геохи-мическую зональность — вертикальную в зонах грунтового окисления и го­ризонтальную в зонах пластового окисления.

Эпигенетическая зональность в углях (от зоны окисления к не­измененным породам) такова (рис. 51):

зона нацело окисленной ржаво-бурой органической массы мощностью от первых сантиметров до 0,5—0,7 м, сливающаяся вверху с зоной окисления в перекрывающих их породах;

зона уранонакопления (восстановления) мощностью от первых десятков сантиметров до первых метров, с балансовыми концентрациями урана, мо­либдена, других попутных компонентов (селен, серебро, рений, германий, кобальт, редкие земли и др.), с сульфидами железа до (4—6%), иногда с кар­бонатами; она сопровождается проявленной в кровле подзоной частичного окисления углей мощностью до первых десятков сантиметров, с ржавыми пятнами и примазками гидроокислов железа, с пониженными (забалансовы­ми) содержаниями урана (подзона разрушения урановых руд), повышенными содержаниями селена, иногда серебра, золота и внизу - подзоной рассеяния урана, мощностью также первые десятки сантиметров, с забалансовыми со­держаниями других попутных компонентов (до их фоновых значений);

зона неизмененных углей, практически не содержащих следов эпигене­тического рудоформирующего процесса.

Зональность в горизонтах песчано-конгломератовых пород следующая:

зона окисленных пород с гидроокислами железа гетит-гидрогетитового ряда, отсутствием или следами окисленного углистого детрита; по восстанию может переходить в красноцветную зону; уранового оруденения не содержит;

зона уранонакопления (восстановления) шириной по падению от первых десятков до первых сотен метров, характеризуется сероцветным обликом по­род, наличием эпигенетических сульфидов железа, балансовыми (или заба­лансовыми) содержаниями урана, наличием селена (вблизи контакта с зоной окисления); сопровождается (не всегда) по восстанию слабо выраженной оторочкой частично окисленных пород, а по падению — более широко разви­той подзоной ореола рассеяния урана протяженностью десятки и первые сот­ни метров, с забалансовыми концентрациями урана;

зона первично-сероцветных неизмененных пород с углефицированным детритом, диагенетическими сульфидами и кларковыми концентрациями урана и других элементов.

Пострудный этап на ураноугольных месторождениях не всегда может быть строго очерчен во времени, поскольку рудоформирующие процессы на от­дельных месторождениях проявлялись неоднократно, а сформировавшееся оруденецие перераспределялось в различных геологических обстановках. Прекращение основного рудообразующего процесса обычно связано с «захо­ронением» угленосных депрессий в межгорных и предгорных прогибах на неотектоническом этапе, что приводило к изоляции их от воздействия кис­лородных урансодержащих пластовых вод. Так, Нижнеилийское месторож­дение с позднего миоцена — раннего плиоцена и до настоящего времени явля­ется гидрогеологически «захороненным» и гидравлически изолированным от инфильтрационных вод и характеризуется слабовосстановительными глеевыми гидрогеохимическими условиями, в которых тем не менее происходит существенное внутрирудное перераспределение урана, вызывающее резкое нарушение радиоактивного равновесия в рудах. Кольджатское же месторож­дение, первоначально «захороненное» в позднем мелу, было частично вскры­то в палеогене и неогене и подвержено воздействию более молодых рудных этапов. В позднем плиоцене — антропогене в условиях гидрогеологически раскрытой структуры всех циклов угленосных отложений проявился этап «лимонно-желтого» пластового окисления, который продолжает развиваться вплоть до настоящего времени. С этим этапом в песчано-конгломератовых горизонтах на ряде участков месторождения связано дальнейшее продвижение зон окисления на глубину, по падению слоев, с перемещением ранее накоп­ленного урана без существенного дополнительного привноса его инфильтри­рующимися кислородными водами (содержание урана в современных плас­товых водах не превышает 5-10^-6 %). Вновь формирующиеся молодые зоны окисления в сероцветных породах на своем выклинивании создают безруд­ные геохимические барьеры, а в случаях наложения их на более древние рудообразующие зоны происходит разрушение и рассеяние ранее накопленного рудного вещества с перераспределением его из «мешковых» частей роллов в крыльевые зоны с возникновением безрудных языков выклинивания моло­дых зон окисления.

В целом «захоронение» раннемезозойских рудоносных структур следует рассматривать как благоприятный фактор, способствующий сохранности сформировавшегося оруденения, хотя в отдельных случаях месторождения при этом могли быть в орогенных условиях погружены на недоступные глубины.

Необходимо отметить, что в Северной Киргизии и других горных районах, где угленосные юрские образования, в том числе рудоносные, новейшими орогенными процессами оказались поднятыми на значительные высоты, в пострудный этап развивались обратные «захоронению» процессы эрозии и разрушения месторождений.

Источник урана. Вблизи Кольджатского месторождения в домезозойском фундаменте не развиты специализированные на уран комплексы пород, так же, как и его рудные проявления, и широко распространены эффузивные образования преимущественно среднего состава. Следовательно, в этом райо­не отсутствуют реальные источники урана для инфильтрационного образова­ния крупного ураноугольного месторождения. Поэтому можно предполагать, что процесс рудообразования на Кольджатском месторождении осуще­ствляется из относительно бедных инфильтрационных вод, что могло ком­пенсироваться условиями интенсивного водообмена, значительной длитель­ности и многоэтапности процессов рудоформирования. На проявление по­добной гидродинамической обстановки может указывать наличие на Кольд­жатском месторождении «выгоревших» (полностью окисленных) углей на участках выклинивания угольного пласта, а также неравномерного площад­ного «выгорания» угольной массы на мощность 3—5 м в кровле V мощного угольного пласта.

Нижнеилийское месторождение расположено вблизи Центрально-Чу-Илийского урановорудного района с промышленными месторождениями урана и молибдена и многочисленными рудопроявлениями в породах фундамента, среди которых широко развиты граниты и кислые вулканиты. Наличие реаль­ных источников урана в этом районе позволяет предполагать, что содержание урана и других элементов в рудообразующих растворах было более высоким, чем на Кольджатском месторождении. На это указывает также более широ­кий спектр в рудах Нижнеилийского месторождения сопутствующих эле­ментов (молибден, рений, германий, серебро, кобальт, золото, редкие земли и др.), многие из которых достигают как попутные компоненты промышлен­ных концентраций. Между тем на Нижнеилийском месторождении не уста­новлено участков явно «выгоревших» углей и формирование оруденения происходило, по-видимому, в один этап, связанный лишь с зоной палеогрунтового окисления. Это свидетельствует о менее активной по сравнению с Кольджатским месторождением гидродинамике инфильтрационных вод.

Из изложенного можно сделать вывод, что наличие источников урана в фундаменте обрамления в виде разрушающихся месторождений и рудопроявлений, пород с повышенным кларком урана, способных высвобождать его на стадии корообразования, является важным, но не определяющим условием для формирования инфильтрационных месторождений в угленосных толщах триасово-юрских депрессионных структур.

Таким образом, принципиальную схему формирования ураноугольных месторождений можно представить в следующем виде:

1. Образование в локальных прогибах циклично построенных, характери­зующихся значительной гетерогенностью по составу и проницаемости рудовмещающих угленосных толщ с выдержанными пластами углей буроуголь-ной стадии метаморфизма, находящимися в контакте со слабо литифициро-ваниыми проницаемыми галечно-песчаными отложениями.

2. Проявление эпох длительного континентального перерыва в осадкона-коплении с аридными и семиаридными климатическими условиями и этапов последующей тектонической активизации, с которыми связано развитие в проницаемых горизонтах рудовмещающих зон грунтового и пластового окис­ления, накопление урана и других элементов в угольных пластах и сероцветных террйгенных породах, обогащенных углистым детритом.

3. Захоронение (или разрушение) сформировавшегося оруденения в соот­ветствующих обстановках.