ГЕОХИМИЯ, 2007, № 1, с. 38-53
УРАН В ГИПЕРГЕННЫХ ФОСФОРИТАХ
© 2007 г. Ю. Н. Занин, А. Г. Замирайлова
Институт геологии нефти и газа СО РАН 630090 Новосибирск, просп. акад. Коптюга, 3 E-mail: zanin@uiggm. nsc. ru.
Поступила в редакцию 14.01.2005 г.
Проведен анализ содержания урана в гипергенных фосфоритах, развитых в областях выветривания осадочных и эндогенных пород, а также в неморских копролитовых и, в меньшей степени, океанических островных. Эти фосфориты характеризуются широким спектром состава слагающего их карбонатапатита и текстурных особенностей. Содержание урана по большинству проб находится в интервале 5-100 г/т с минимумом 0.5 г/т и максимумом 790 г/т. При этом зависимость содержания урана в фосфоритах от типа породы, с которой они связаны, не устанавливается. Несколько повышенным содержанием урана (порядка 200 г/т) характеризуются озерные копролитовые фосфориты. Максимальное содержание урана обнаружено в корковом тонкослоистом фосфорите. Корреляционный анализ, проведенный по всей выборке (63 пробы), показал, что на уровне доверительной вероятности выше 0.95 уран не коррелируется ни с одним компонентом состава фосфорита. В то же время для совокупности проб месторождений юга Сибири в целом такая корреляция урана есть с Р205, СаО и F. Значимая корреляция урана с Na20 и CO2 непостоянна как для юга Сибири в целом, так и для отдельных месторождений региона.
Фосфориты широко используются как сырье для производства удобрений или непосредственного применения в качестве таковых. Изучение их проводится весьма активно, включая анализ состава микроэлементов. Последнее важно с точки зрения выявления общих закономерностей распределения микроэлементов в осадочных породах и для практического агрохимического использования фосфоритов, поскольку часть входящих в их состав микроэлементов представляет собой микроудобрения, а часть, как уран [1], экологически опасна. С другой стороны, фосфориты являются важной рудой для получения урана, и в США высокая доля урана производится именно из фосфоритов [2].
Большая часть работ, в которых рассматриваются микроэлементы фосфоритов, включая уран, касается фосфоритов морского генезиса. В гипергенных фосфоритах содержание урана анализировалось в несравненно меньшей степени. Надежно установлено повышенное содержание урана в кальциевых алюмофосфатах группы крандаллита [3-10], обзор соответствующих публикаций был дан нами ранее [11]. Настоящая работа не касается ураноносности фосфатов этого типа и имеет целью рассмотреть содержание урана в кальциевых фосфатах группы апатита, преобладающих в составе гипергенных фосфоритов. Содержание урана в этих фосфоритах анализировалось спорадически для отдельных разрозненных объектов и никогда не изучалось систематически. При этом исследовалась лишь связь урана
с фосфором, а отнюдь не со всем комплексом слагающих карбонатапатит компонентов. Единственное заключение по содержанию урана в гипергенных фосфоритах было сделано С.Д. Левиной с соавторами [12], полагавшими, что гипергенные ("остаточно-инфильтрационные и переотложенные") фосфориты более богаты ураном, чем морские. В настоящее время этот тезис в общем виде не может быть принят.
Характеристике геологических, петрографических и минералогических особенностей гипергенных фосфоритов посвящено огромное количество работ [13-24 и другие]. Задачей настоящей статьи является попытка дать характеристику содержаний урана в гипергенных фосфоритах с учетом их генетических, химико-минералогических и текстурных особенностей.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Все анализируемые на содержание урана фосфориты были предварительно изучены петрографически в поляризационном и сканирующем электронном (18М-35) микроскопах; результаты этих исследований были опубликованы нами ранее [22, 25, 26 и др.]. Определение химического состава фосфоритов проводилось стандартными методами. Содержание Р205, А1203, Бе203, ТЮ2, Бе0, Б определялось спектрофотометрически, СаО, Mg0, МпО - атомно-абсорбционным методом, К2О и Ка2О - пламенной фотометрией, СО2 - объемным методом, 803 - весовым методом. При прове-
дении анализов использовались стандартные образцы 120Ь, Ак, Ар, СГ-1а, СТ-1а, СА. Содержание урана определялось инструментальным нейт-ронно-активационным методом. Чувствительность определения составляла 0.1 г/т при возможной относительной ошибке 10%. Для расчета содержаний урана использовались стандартные образцы ВСЯ-32 и СНС-2. Ранее достоверность определения урана этим методом была показана В.М. Гавшиным и В.А. Захаровым [27]. Все аналитические работы проводились в Аналитическом центре Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО РАН.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА
Материал для исследования подбирался с точки зрения его представительности по трем направлениям: геологических факторов, текстурных особенностей фосфоритов, их химического состава (табл. 1). Геологические факторы определялись характером пород, являвшихся материнскими для образования гипергенных фосфоритов, морфологическими типами проявления (залегания) и в ряде случаев обстановками, отвечающими их формированию. В качестве материнских пород при образовании гипергенных фосфоритов выступают как осадочные, так и эндогенные. Первые представлены главным образом карбонатными и терригенно-карбонатными породами или первичными фосфоритами, вторые - главным образом карбонатита-ми и ультраосновными-щелочными породами [13-24]. Фосфориты первого типа изучались нами по материалу месторождений и проявлений юга Сибири (Белкинское, Обладжанское, Сейбинское, Телекское, а также Ирсымское), Южного Урала (Ашинское), Южного (Джанытас. бассейна Кара-тау) и Центрального (Мирный) Казахстана, Бельгии (район Льежа), Испании (провинция Эстрема-дура), Индии (Араваллийский бассейн), штатов Флориды (фосфориты "ленд пеббл") и Теннесси ("бурые" фосфориты) США. Изученная коллекция включала копролитовые пещерные фосфориты юга Сибири (пещера Археологическая), фосфатные копролиты из озерных отложений района оз. Зайсан, Казахстан. Из областей выветривания эндогенных пород изучались гипергенные фосфориты Маймача-Котуйской провинции ультраосновных-щелочных пород севера Сибири (массивы Маган, Ыраас, Ессей), массивов карбо-натитов Восточного Саяна (Белозиминский), Кольского полуострова (Ковдор). Из областей совместного развития эндогенных и осадочных пород изучались фосфориты Антоновско-Липов-ского проявления на Среднем Урале, месторождения Лан области Нассау, Германия. Анализировались фосфориты острова Рождества, Индийский океан (рис. 1, табл. 1).
Для изучавшихся гипергенных фосфоритов характерны такие текстурные типы, как массивные, конкреционные, копролитовые (рис. 2), корковые относительно толстослоистые, размер слойков которых измеряется сантиметрами или миллиметрами (рис. 3) и тонкослоистые, количество хорошо выдержанных слойков которых в пределах шлифа и, тем более, образца может измеряться многими десятками или сотнями (рис. 4, 5). В некоторых случаях тонкослоистые фосфориты образуют целые блоки. Все эти текстурные разновидности гипергенных фосфоритов присутствуют в изучавшемся материале (табл. 1). В морфологическом отношении проявления (залежи) фосфоритов в большинстве случаев являются котловинно-кар-стовыми и плащевидными, для которых преобладающими текстурными типами фосфоритов являются массивные, хотя наблюдаются также брекчи-евые, слагаемые обломками фосфоритов более ранних стадий формирования и вмещающих пород, конкреционные и корковые. Реже отмечается развитие гипергенных фосфоритов по трещинам, которые по определению являются корковыми. Особняком следует рассматривать пещерные и озерные копролитовые фосфориты. Химический состав гипергенных фосфоритов может приближаться к составу морских фосфоритов, хотя никогда не является полностью тождественным им. Для высокофосфатных морских фосфоритов, если они не преобразованы процессами выветривания и катагенеза, характерна существенная стабильность состава. Содержания ряда типичных компонентов в них составляют в пересчете на мономинеральный или близкий к нему состав: СО2 - 5.5-6.5%, Б - 2.5-4%, ^О - 1.0-1.5%, хотя имеется ряд проявлений морских фосфоритов с более низким их содержанием. Что же касается гипергенных фосфоритов, то для них широкий разброс указанных компонентов может наблюдаться даже в пределах отдельных месторождений (табл. 1). Морские карбонатапатиты являются фторкарбона-тапатитами, иногда с относительно небольшой примесью гидроксила, содержание Б среди одновалентных компонентов варьирует в пределах от 4.56 (табл. 1, обр. 4163 рл/Л) до первых десятых долей процента или полного отсутствия, и мы имеем здесь дело с гидроксилкарбонатапатитом (табл. 1, обр. Ц-1, 4724 Исп, ОР-1, 4752-ОР). Все морские апатиты являются карбонатапатитами, в то время как среди гипергенных содержание СО2 может опускаться ниже 1% (табл. 1, обр. 2011, 4931-р.л, 2854-Тл, 2233-Тл, 4761 Тн, 4743 Ир и др.), и по суще-ствущей классификации они карбонатапатитами уже не являются, а максимальное содержание СО2 может превышать 5% (табл.1, обр. 1278-КГ, 1295-з, 1295-ж). Содержание №2О в морских фосфоритах относительно редко опускается ниже 1%, тогда как в гипергенных почти никогда не превышает этой величины. В изученной подборке такой является
120°
ЗАНИН, ЗАМИРАИЛОВА 60° 0° 60°
120°
11
40°
— — SJ.1T
С?"
6
13 12
• •
1516 14
17
18
7
8
9
19
20
10
21
22
Т
40°
60°
60°
120°
5
4
2
Рис. 1. Схема расположения месторождений и проявлений изученных фосфоритов. Цифры на схеме: 1. "Бурые" фосфориты Теннесси; 2. "Твердые" фосфориты Флориды; 3. Фосфориты провинции Эстремадура, Испания; 4. Фосфориты района Льежа, Бельгия; 5. Месторождение Лан области Нассау, Германия; 6. Массив Ковдор, Кольский полуостров; 7. Антоновско-Липовское проявляение, Средний Урал; 8. Ашинское месторождение, Южный Урал; 9. Проявление Мирный, Центральный Казахстан; 10. Месторождение Джанытас, бассейн Каратау, Южный Казахстан; 11-13. Массивы (месторождения) Мймеча-Котуйской провинции ультраосновных-щелочных пород: 11. Массив Маган; 12. Массив Ессей; 13.
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.