автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка физико-химических геотехнологий освоения месторождений урана и золота в Кызылкумском регионе при рациональном использовании ресурсов

13

обоснованную закономерность локализации месторождений. Возникла новая генетическая концепция, а месторождения урана, расположенные на линии выклинивания зон пластового окисления (ЗПО), стали называться месторождениями «учкудукского» типа.

Основываясь на выявленных закономерностях связи оруденения с зонами пластового окисления, в Кызылкумском регионе за короткий срок были открыты крупные месторождения урана (Букинай - 1959 г., Сабырсай - 1960 г., Южный Букинай, Сугралы, и Лявлякан - 1961 г. и др) . Накопившегося материала было достаточно для создания теории экзогенного пластово-эпигенетического (пластово-инфильтрационного) рудообразо-вания, основные положения которой сводятся к следующему.

Залежи урановой руды и сопутствующих ему элементов на месторождениях учкудукского типа формируются из пластовых кислородосодержащих вод в водоносных горизонтах, представленных сероцветными проницаемыми породами осадочного происхождения. Такие залежи имеют характерное зональное строение, а в основу выделения зон положено поведение железа, входящего в состав пород и обусловливающего в процессе геохимических преобразований изменение их окраски, и урана, количество которого легко устанавливается по изменению радиоактивности пород. В общем случае в строении залежей выделяются зоны (рис. 1.1.1) [1]:

- пластового окисления (1) с подзонами полного (1а), неполного (1б), и частичного (1В) окисления железосодержащих минералов и опережающего выноса урана без окисления железосодержащих минералов (I1);

- уранового оруденения (2) с подзонами богатой (2а) и бедной (2б) руды и ореола урана (2В);

- неокисленных сероцветных пород, не содержащих урана (3).

Породы подзоны 1а находятся в физико-химическом равновесии с исходными ки-слородосодержащими водами, а двухвалентное железо в минералах замещено гидроокислами (гетитом) и оксидами (гематитом), что определяет буровато-желтую или розовато-красную окраску пород.

В породах подзоны 1б легкоокисляемые минералы (дисульфиды пирит и марказит, карбонаты сидерит и анкерит) замещены гидрооксидами трехвалентного железа, а труд-норазлагаемые алюмосиликаты и гидроалюмосиликаты (биотит, хлорит, глауконит и т.п.) окислены лишь частично.

В породах подзоны 1в частичному окислению подвергаются дисульфиды и карбонаты двухвалентного железа с развитием по зернам минералов гидроокислов

20

Юе03(р

-Р) +?>Н(Р-Р) +ЗНгО,

8е-°з(р-р)

■бни)

• 4ё —» 8е(к) +ЗН20.

При восстановлении в кислой и нейтральной средах селен накапливается в зоне лимонитизированных пород, а в щелочной среде - в тыловой части урановой залежи.

Молибден на месторождениях Кызылкумского региона (Сугралы и др.), осаждается в присутствии эпигенетических восстановителей, а область его накопления смещена в передовую часть пласта, охватывая подзону бедных урановых руд, ореола и частично зону неокисленных пород. Характерно тяготение молибденового оруденения к породам, практически лишенным карбонатного вещества [5]. Процесс восстановительного осаждения молибдена, мигрирующего в кислородных пластовых водах в форме молибдат-иона МоО2 4, протекает в кислой и нейтральной среде.

Рений концентрируется на многих месторождениях учкудукского типа, локализуясь в виде роллообразных или пластовых тел, в целом совпадающих с урановыми залежами, но при господстве эпигенетических восстановителей несколько смещенных в передовую часть профиля пласта. В этом случае рений занимает как бы промежуточное положение между ураном и молибденом. Рениевое оруденение нередко имеет большую мощность, чем урановое.

Универсальной формой миграции рения в кислородных подземных водах является перренат-ион рения ЫеСГд,

Ванадий. Экзогенно-эпигенетическое ванадиевое оруденение сопутствует урановому только в тех случаях, когда окисленные породы продуктивных горизонтов (Северный Канимех) имеют красно-розовую окраску, являющуюся следствием окислительных реакций, повышающих рН пластовых вод. В этих условиях, отвечающих появлению внутренней щелочной волны (рис. 1.1.1), становится возможным активное извлечение ванадия из вмещающих пород (полимиктовых песков, доломитистых песчаников и т.д.) и последующее его осаждение в проницаемых осадочных породах.

На месторождении Северный Канимех ванадиевые руды с содержанием У205 в сотые доли процента образуют роллоподобные и линзообразные тела, локализованные вблизи выклинивания зоны пластового окисления как в пиритоносных неокисленных, так и в лимонитизированных породах.

Скандий. Эпигенетические накопления скандия установлены на месторождениях Букинай-Канимехского рудного поля. Во всех случаях они связаны с породами, богаты-

21

ми пиритом, но бедными карбонатным веществом (Северный Канимех), либо относительно бедными пиритом, но практически не содержащими карбонатов (Бешкак).

Контур повышенных концентраций скандия вписывается в мешковую часть уранового ролла, иногда с некоторым смещением в сторону зоны неокисленых пород. На месторождении Северный Канимех содержания скандия в ураноносных песках составляют в среднем 3-5 г/т [6].

Иттрий и лантаноиды в качестве сопутствующих урану компонентов установлены в рудах пластово-инфильтрационных месторождений и рудовмещающих горизонтов, которые содержат эпигенетический скандий.

Рассмотрим более подробно геологические и гидрогеологические условия основных месторождений Кызылкумской урановой провинции.

Месторождение Учкудук расположено на севере Центрально-Кызылкумской ура-ново-рудной провинции в краевой части Бешбулакского артезианского бассейна.

В районе месторождения четко различаются нижний (палеозойский) и верхний (мезозой-кайнозойский) структурные этажи. Нижний этаж представлен метаморфизо-ванными кремнистым и углисто-кремнистыми сланцами. Глубина его залегания изменяется от 0 на севере до 400 м на юге провинции.

В основании верхнего этажа залегают сеноманские отложения, представленные пестро окрашенными каолиновыми глинами общей мощностью до 30 м. В вышележащих нижнетуронских отложениях выделяются (снизу вверх) учкудукский, джейрантуйский и кендыктюбинский горизонты.

Учкудукский горизонт представляет собой пачку сложно перемежающихся в разрезе подводно-дельтовых мелкозернистых песчаников и мелководно-морских алеврити-стых и тонко дисперсных глин мощностью 10-35 м.

Джейрантуйский горизонт сложен монотонной пачкой голубовато-серых алеври-тистых глин и глинистых алевролитов общей мощностью около 40 м.

Кендыктюбинский горизонт подразделяется на тайкаршинский (представлен косо-слоистыми мелкозернистыми песками, песчаниками на карбонатном цементе и красно-цветными алевролитами суммарной мощностью 90-105 м) и айтымский (отложения мелкозернистых серо-цветных аллювиальных песков и карбонатных песчаников с частыми маломощными линзами серых алевритистых пойменных глин суммарной мощностью 20-60 м) горизонты. Айтымский горизонт со стратиграфическим несогласием перекры-

24

Из сопутствующих элементов на месторождении отмечены селен и молибден, содержание которых обычно не превышает тысячных долей процента.

Месторождение Сугралы приурочено к северо-западному крылу массива Тамды-тау, в осадочном чехле которого выделяются два гидравлически связанных водоносных горизонта - сугралинский и маастрихтский, являющийся основным. Вода этих горизонтов относятся к сульфатно-хлоридно-натриево-кальциевому типу с общей минерализацией от 0,8 до 2,8 г/л. В зоне пластово-окисленных пород подземные воды содержат, как правило, свободный кислород ( до 2 мг/л), повышенные концентрации урана (до 1СГ* г/л), селена (~10~5 г/л) и молибдена (до 7,5-10"5 г/л). В пластовых водах рудной полосы и

(л 7

зоны безрудных не окисленных пород эти концентрации снижаются до п-10" и п-10" г/л, местами здесь появляется сероводород (Зч-10 мг/л).

Рудовмещающие маастрихтский и сугралинский горизонты представлены песками и песчаниками на глинистом, местами глинисто-карбонатном и карбонатном цементе (до 30 %). Содержание валового железа колеблется от 0,7 до 1,5%; основная его часть ( до 60 - 70%) находится в дисульфидной форме. Содержание органического углерода Сорг в них составляет в среднем 0,065 %. Карбонатность пород изменяется в широких пределах, увеличиваясь к подошве горизонтов до 20 - 22 %.

Руда месторождения Сугралы представлена главным образом песками и известковыми песчаниками. Типичный состав руды: кварцевые частицы 50-н60%, полевошпатовые породы 5-ь15%, обломки пород 10%, сульфиды железа до2,5%, глауконит до 2%, гетит-гидрогетит - до 2-5%, оксид урана - до 10%, настуран - одиночные зерна, урано-фан - до 10%, самородный селен - до 1%, иордизит - до 1%.

В маастрихтских отложениях сосредоточена основная часть запасов урана. Глубина залегания рудных тел изменяется от 260 м до 675 м. В плане рудные залежи представляют собой извилистые полосы и ленты, реже имеют серпообразную форму. Протяженность их изменяется от нескольких сотен метров до 17-20 км, ширина - от 100 до 500 м. В разрезе рудные залежи и рудные тела, в общем случае имеющие форму ролла с мешковой частью и крыльями, не всегда выдержаны. Их мощность изменяется от 0,2 до 4-6 м.

Руды месторождения комплексные. Содержание урана изменяется от 0,034 до 0,267%, селена варьирует от 0,05 до 0,112%, молибдена - от 0,004 до 0.26%, рения достигает 10-15 г/т. Главные рудные минералы - оксиды урана и иордизит - концентрируются в виде тонкой пропитки в глинистом и глинисто - карбонатном материале песча-

26

Все рудные залежи локализуются на глубине 150-200 м в водопроницаемых песках на выклинивании зоны пластового окисления, сформированной напорными кислородными ураноносными водами карасагырского горизонта.

Наличие потока аэрированных урансодержащих вод способствует глубокому проникновению зоны пластового окисления и перемещению границ ее выклинивания на запад. С этих позиций показательна морфология рудных залежей, которые в плане представляют изменчивые по ширине (от 400 до 800 м) лентообразные тела, в разрезе - классические роллы с широкими (до нескольких сотен метров) мешковыми частями и прилегающими к ним крыльями также значительной (до 200 - 400 м) ширины. На участках сближенных ритмопачек горизонта образуются сдвоенные или даже строенные роллы с промежуточными общими крыльями, которые приурочены к разделяющим водоупорам. Всего на месторождении разведано пять рудных залежей.

По химическому составу руды силикатные с содержанием ССЬ до 0,5%. В кровле рудовмещающих песков иногда залегают карбонатизированные алевролиты и песчаники с содержанием СОг до 20%. Количество урана в рудах колеблется от 0,028 до 0,08% при средней мощности пластов 1,0-3,2 м. Из сопутствующих элементов отмечается самородный селен (не более 20% от содержания урана).

Месторождение Бешкак открыто в 1969 г. Оно расположено на восточном крыле Каракатинской впадины, локализуется в лявляканском водоносном горизонте, который представлен двумя подгоризонтами, разделенными промежуточным водоупором мощностью 5-6 м. Фильтрационные свойства пород этих двух подгоризонтов изменяются в песках от 1,5 до 6,0 м/сут, в песчаниках- от 0,2 до 1,0 м/сут.

Воды лявляканского горизонта высоконапорные, часто с самоизливом на поверх-

л

ность с дебитом до 1м /сут. Глубина залегания водоносного горизонта изменяется от 50 до 280 м, мощность - в пределах 20 м. Воды горизонта сульфатно-хлоридные натриевые с плотным остатком 3,1-6,2 г/л. Температура их 22-23°, с глубиной на южном фланге месторождения она повышается до +32-33 °С. Щелочность вод (рН) составляет 7,2-8,1.

В зоне пластово-окисленных пород горизонта электрохимический потенциал вод (Eh) достигает +220 мВ, в рудной зоне снижается до +43 мВ, в месте развития серо-цветных неизмененных пород уменьшается до -57 мВ. В области питания и транзита содержание урана в воде составляет п-10"5- п-10"4 г/л, радия - п-10"11 г/л, в рудной зоне оно заметно увеличивается: урана - до 6 -10"3 г/л; радия - до 4-10"'° г/л; за пределами оруде-нения в воде, омывающей серо-цветные породы, резко падает: урана - до п-10"6н-10"7 г/л, радия - до п-10"12н-10~18 г/л.

27

В породах продуктивного горизонта содержание валового железа не более 0,2 %, сульфидного - до 0,03 -0,1%. Количество органического вещества не превышает 0,1 %, карбонатного - 0,04-0,08 %. Песчаники имеют мешанинную текстуру, подчеркнутую неравномерным распределением глинистого цемента, составляющего 6-12 %, в более плотных разностях - до20 - 25%. Содержание Сорг достигает 0,3 %, сульфидного железа - 0,43 %.

В плане - рудные тела имеют форму извилистых лент, вытянутых на 4-6 км в субширотном направлении. На месторождении разведаны две залежи, в одной из которых сосредоточено 87 % запасов месторождения. Длина ее достигает 6 км, ширина - 500 м. Глубина залегания руд колеблется от 30 до 300 м, мощность изменяется от 1 до 4 м. Содержание урана в рудах составляет 0,015-0,2 %. В разрезе рудные залежи имеют типичную ролловую форму с хорошо проявленными мешковой частью и двумя крыльями.

Руды силикатные. Содержание углекислоты не превышает 0,5 % и в среднем составляет 0,05-0,10 %. Содержание фосфорного ангидрида также незначителено: от 0,05 до 0,15 %. Наряду с урановой минерализацией в рудной зоне присутствует селен, повышенные содержания (до 0,03 %) которого устанавливаются в породах на сочленении крыльев ролла с мешковой частью.

Месторождение Сабырсай приурочено к мезозой-кайнозойским отложениям, в которых один из четырех водоносных горизонтов (сабырсайский) с коэффициентом фильтрации пород от 1 до 11 м/сутки является рудовмещающим. По составу воды суль-фатно-хлоридно-карбонатно-натриевые с минерализацией до 2,49 г/л. Вблизи области питания в пластовых водах содержится п-10"5 г/л урана и до 2-5 мг/л кислорода, что обеспечивает высокий окислительно-восстановительный потенциал (до +250 мВ). На линии выклинивания зоны пластового окисления в водоносном горизонте кислород исчезает, резко снижаются окислительно-восстановительный потенциал (до +50мВ) и содержание урана (до 10~6 г/л). В зоне не окисленных пород подземные воды кислорода не содержат.

В плане основные промышленные участки месторождения Сабырсай выглядят в виде двух разобщенных параллельно расположенных полос: северной, непрерывно прослеживающейся на -20 км, и центральной, вытянутой с запада на восток на ~11 км.

По сложности морфологического строения рудные тела на месторождении делятся на пластовые, простые ролловые и сложные ролловые залежи. В плане простые ролло-вые залежи представляют собой своеобразные ленты шириной 100 - 350 м, вытянутые

28

вдоль линии выклинивания пластового окисления на 400 - 3000 м. Пластовые и сложные ролловые залежи имеют ширину 450-700 м и протяженность 1000-3000 м.

Залежи простой и сложной ролловой форм состоят из крыльев и мешковой части. Ширина мешковой части простых роллов равна 50 - 75 м при мощности до 5 - 8 м, сложных - примерно в два раза больше. Ближе к линии сочленения крыльев с мешковой частью залежей закономерно возрастает концентрация урана ( от 0,03 % до 0,2 %). Глубина залегания рудных тел на западном фланге месторождения находится в пределах 50-И 50 м, на восточном -до 350 ч- 400 м.

Рудоносными являются практически все литологические разности сабырсайского горизонта, однако самые распространенные (более 70 %) - глинисто-песчаные и песча-но-гравелитовые породы. По химическому составу руды силикатные с примесью карбонатов (0,97 %), фосфора (0,07 %) и серы (1,04 %). Основными рудными компонентами на месторождении являются регенерированные оксиды урана.

В качестве попутных компонентов внимания заслуживает селен, концентрирующийся вблизи основной урановорудной зоны. Селеновые рудные тела невелики по размерам. Содержание селена в них достигает сотых и даже первых десятых долей процента. Основная масса его находится в самородном виде. Характерна приуроченность мельчайших иголок самородного селена к скоплениям гидроокислов железа.

Месторождение Кетменчи открыто в 1956 г., но в связи со сложными горнотехническими условиями его освоение было сначала отложено, а затем в 1967 г. возобновлено в результате начавшегося промышленного применения подземного выщелачивания, что привело к переоценке его перспектив и переводу запасов в разряд промышленных.

Месторождение Кетменчи локализовано в двух структурно-форма-ционных ярусах: нижнем, представленным сложнодислоцированными палеозойскими отложениями, и верхнем, представленным слаболитифицированными отложениями осадочного мезо-кайнозойского чехла. Практически повсеместно развиты четвертичные отложения различной мощности.

На месторождении разведано 30 залежей, которые приурочены к горизонтам мелко- и среднезернистых песков, песчано-глинистых и гравийных пород на глинистом и известковом цементе, обогащенных углистой органикой.

Форма рудных залежей самая разнообразная - от извилистых лент до изометрич-ных трапеций. Протяженность залежей изменяется от 300-800 м до 1,5-2,0 км при ширине