ГЕОХИМИЯ, 2015, № 2, с. 123-143
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПО ДАННЫМ ИССЛЕДОВАНИЙ ФЛЮИДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ. III. МЕСТОРОЖДЕНИЯ УРАНА
© 2015 г. В. Б. Наумов, В. А. Дорофеева, О. Ф. Миронова
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19
e-mail: naumov@geokhi.ru Поступила в редакцию 21.06.2013 г.
Принята к печати 31.10.2013 г.
На основе созданной нами и постоянно пополняемой базы данных, включающей на настоящий момент более 19800 публикаций по флюидным и расплавным включениям в минералах, обобщены результаты по физико-химическим параметрам формирования гидротермальных месторождений и рудопроявлений урана. Среди параметров рассмотрены температуры, давления, плотности, соленость, газовый состав флюидов, а также концентрация урана в гидротермальных природных флюидах. В базе данных общее количество изученных ураноносных объектов всех регионов мира, для которых имеются результаты изучения флюидных включений в минералах, составило 90. Для некоторых наиболее типичных минералов этих месторождений (кварц, кальцит и флюорит) представлены гистограммы распределения температур гомогенизации флюидных включений. Наиболее благоприятные температуры формирования урановых месторождений находятся в интервале 100—200°C (из 937 определений в этот интервал попадает 67%), что заметно отличает урановые месторождения от более высокотемпературных золото-серебряных, вольфрамовых и оловорудных. Отличие для этих месторождений фиксируется и по солености растворов. В интервал солености 10—30 мас. % экв. NaCl попадает 42% определений для урановых месторождений (из 937 определений), 27% для золото-серебряных (10237 определений), 27% для вольфрамовых (2333 определений) и 25% для оловорудных (1981 определение). Сравнительно низкие температуры ураноносных флюидов и их высокая соленость свидетельствуют о высокой плотности растворов: 94% всех определений приходится на интервал 0.8—1.2 г/см3. Давление флюидов весьма различно для разных урановых месторождений — от 2500 до 300 бар, но возможно и до более низких значений. Данные по химическому составу газовой фазы флюидных включений показали большое разнообразие содержимого включений. В некоторых случаях флюиды состава Н2О—СО2 сменяются флюидами, богатыми СН4 и N2 со следами углеводородов. Отмечены особенности газового состава флюидных включений в зонах ядерного реактора на трех докембрийских урановых месторождениях. По результатам анализов индивидуальных включений оценены концентрации урана в магматических расплавах и в минералообразу-ющих флюидах. Среднее геометрическое содержание U в силикатных расплавах от ультраосновных до кислых по данным 8053 определений составляет 0.92 ppm, а во флюидах 1.21 ppm (271 определение).
Ключевые слова: месторождения урана, флюидные включения, физико-химические параметры.
Б01: 10.7868/80016752514120061
В статье [1] на основе созданной нами базы данных, включающей на тот период более 17500 публикаций по флюидным и расплавным включениям, были обобщены результаты по основным физико-химическим параметрам природных ми-нералообразующих флюидов (температура, давление, плотность, соленость водных растворов, газовый состав флюидов). Для флюидов, участвовавших в магматических, метаморфических, гидротермальных и осадочных процессах, был установлен широкий интервал температур (20—1300°С)
и давлений (от 1 до 21000 бар). Была рассмотрена частота встречаемости температур и солености гидротермальных флюидов в интервале 20—1000° С и 0—80 мас. % экв. №С1, а также температур и плотностей этих флюидов в интервале 20—1000°С и 0.01—1.90 г/см3. По данным более 3000 определений, полученных самым распространенным методом анализа индивидуальных включений (ра-ман-спектроскопия), был рассчитан средний состав газовой фазы природных флюидов.
Таблица 1. Количество публикаций и определений основных физико-химических параметров природных флюидов, полученных в разные периоды времени по включениям в минералах урановых месторождений
Период Количество Количество определений
публикаций температура давление соленость газовый состав
1950-1959 1 1 - - -
1960-1969 4 188 13 5 19
1970-1979 16 134 6 60 1
1980-1989 15 55 3 47 29
1990-1999 10 209 - 193 23
2000-2012 26 651 10 636 58
1950-2012 72 1238 32 941 130
Задачей наших последующих исследований стало обобщение данных по основным физико-химическим параметрам минералообразующих флюидов, участвовавших в формировании гидротермальных месторождений разных элементов (Аи, А§, вп, ^ Мо, Ве, Си, 2п, РЬ, БЬ, Со, N1, Аз, Ва, и, Щ, а также флюорита и исландского шпата). Эти обобщения основываются на созданной нами (с 1964 г. и по настоящее время) базе данных по флюидным и расплавным включениям в минералах. Принцип наполнения базы количественными данными подробно описан в [1, 2]. В следующих работах на основе базы данных, включающей уже более 18500 публикаций, были рассмотрены физико-химические параметры флюидов на месторождениях и рудопроявлениях вп, W [3] и Ли, А§, РЬ, Zn [4]. Кроме температур, давлений, солености и газового состава флюидов были приведены данные о концентрациях этих элементов в магматических силикатных расплавах и в минералообра-зующих флюидах.
В настоящей работе проведено обобщение накопленного материала (более 70 публикаций) по основным физико-химическим параметрам природных флюидов, участвовавших в формировании месторождений урана. В это обобщение вошли и наши многочисленные результаты исследований флюидных включений в минералах урановых месторождений. Нами изучено 227 образцов из 20 месторождений урана, часть этих результатов была опубликована в первом обобщении по термобарическим условиям формирования гидротермальных месторождений урана в 1969 г. [5]. Отметим, что на современном этапе ис-
следований рассматривается только общая характеристика флюидов на месторождениях этого элемента без учета различий в выделяемых геологами формационных типах объектов. Известно, что для месторождений урана, например, существует множество классификаций на основе различных признаков, и разные исследователи пользуются различными критериями их типизации. Мы также не затрагиваем вопросы источников урана, условий и форм переноса, причин и механизмов рудоотложения.
Представительность материала, который обобщается по месторождениям урана, отражена в табл. 1. За весь период исследований получено более 1200 определений температур минералообразу-ющих флюидов, только 32 определения давлений, 941 определение солености растворов и 130 определений газового состава флюидов. Из общего количества определений температур флюидов нами получено 17%, по давлениям — 56%, по солености растворов — 3%, по газовому составу — 17%. Отметим также, что общее количество изученных месторождений и рудопроявлений всех регионов мира, для которых определены физико-химические параметры флюидов, составило 90 объектов. Видно, что исследования параметров минералообразующих флюидов начались только с 1960-х годов, наиболее интенсивно месторождения урана изучаются уже в XXI веке.
В табл. 2 в хронологическом порядке сведены все литературные данные об интервалах физико-химических параметров флюидов (температура, давление, соленость) на урановых месторождениях и рудопроявлениях, определенные по включе-
ниям в минералах. Те же параметры с указанием минералов и количества изученных образцов, полученные нами, представлены в табл. 3. Рассмотрим последовательно полученные исследователями результаты по конкретным параметрам минералооб-разующих флюидов на месторождениях урана.
ТЕМПЕРАТУРЫ
МИНЕРАЛООБРАЗУЮЩИХ ФЛЮИДОВ
В большинстве случаев в минералах урановых месторождений наблюдаются двухфазовые флюидные включения, состоящие из жидкой и газовой фаз. При их нагревании гомогенизация происходит в жидкую фазу обычно при температурах ниже 300°С, что указывает на сравнительно высокую плотность водных растворов. Фотографии таких включений в изученных нами различных минералах, полученные при комнатной температуре, приведены на рис. 1 и 2. На некоторых месторождениях (например, Желтореченское на Украине, Ката-Сай в Узбекистане, Дружное на Алдане и Стрельцовское в Забайкалье) в кварце, ангидрите и уэвеллите встречены трехфазовые флюидные включения, состоящие из водного раствора, жидкой углекислоты и газовой фазы. Их фотографии приведены на рис. 3.
На рис. 4 представлены гистограммы распределения температур гомогенизации флюидных включений для наиболее типичных минералов урановых месторождений: для кварца, флюорита и кальцита. Видно, что при общем большом интервале температур от самых низких до 500°С максимальное количество определений находится в узком интервале от 100 до 200°С. Данные табл. 4, где отражена частота встречаемости (в %) температур в интервале 20—500°С и солености в интервале 0.1—50 мас. % гидротермальных минера-лообразующих флюидов на урановых месторождениях, свидетельствуют, что в интервал 100—200° С попадает 67% из всех 937 определений температур.
На рис. 5 сведены достаточно уже представительные данные о температурах гомогенизации флюидных включений на урановых месторождениях (рис. 5а, 1238 определений), на вольфрамовых (рис. 5б, 3538 определений) и на оловорудных (рис. 5в, 3292 определения). Отчетливо видны значительно более низкие температуры для урановых месторождений. Это отличие урановых месторождений от месторождений других элементов наглядно отражают данные табл. 5. В интервал температур 100—200°С попадает, как уже отмечалось, 67% определений для месторождений урана, 42% для полиметаллических, 29% для золото-серебряных и только 15% для вольфрамовых и оловорудных.
ДАВЛЕНИЯ
МИНЕРАЛООБРАЗУЮЩИХ ФЛЮИДОВ
В отличие от достаточно представительных данных по температурам формирования урановых месторождений получено сравнительно небольшое количество определений флюидных давлений на этих месторождениях. Их всего 32 и они отражены в табл. 2, 3 и на рис. 6. Тем не менее очевидно, что давление флюидов было весьма различно для разных типов урановых месторождений. Для месторождений Украины (Желторече
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.