Прогнозирование месторождений урана как фактор формирования сырьевой базы АЭ

А.А.Смыслов, А.В.Козлов, Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет)

Успехи урановой геологической отрасли СССР, определившие создание в 80-е годы крупнейшей в мире (почти 50% от общих мировых запасов) минерально-сырьевой базы атомной промышленности страны, были обеспечены не только большими объемами финансирования и высоким кадровым потенциалом отрасли, но и четкой организацией и координацией всех стадий специализированных на уран геологоразведочных работ.

В ходе их выполнения большое внимание уделялось эффективности региональных прогнозно-металлогенических исследований. Методология комплексного регионального металлогенического анализа, разработанного Ю.А.Билибиным и его учениками [1], базировалась на принципах взаимосвязи рудообразования с геологической историей и характером преобразования вещества, что обеспечило достоверно обоснованный прогноз потенциально рудоносных структур и открытие многочисленных урановых месторождений, в том числе новых ранее неизвестных типов уранового оруденения в самых разных регионах Советского Союза. К сожалению, роль прогнозно-металлогенических исследований, составляющих первую и очень важную стадию геологоразведочных работ на уран фактически замалчивается в появившихся в последние годы публикациях по истории формирования минерально-сырьевой базы атомной промышленности СССР [2, 4].

Дальнейшие перспективы расширения минерально-сырьевой базы урана на территории России связаны в основном с открытием слабо проявленных на дневной поверхности или скрытых урановых месторождений. В этих условиях наряду с использованием основополагающих фундаментальных принципов регионального металлогенического анализа Ю.А. Билибина необходимо более активное применение новых минералого-геохимических, изотопно-геохимических и других методов поисково-оценочных работ на уран, разработка которых началась еще в 60-80-е годы ХХ в., но в дальнейшем их внедрение и развитие несколько затормозилось.

В частности важным элементом в дальнейшем совершенствовании прогнозно-металлогенических исследований явилось картирование не только геологического строения регионов и благоприятных структурно-формационных комплексов, но и следов проявления эпигенетических геохимических процессов миграции урана и тория, ответственных за формирование промышленных урановых месторождений. По существу, речь идет о картировании рудообразующей палеосистемы во всем ее объеме. В какой-то степени на решение этих вопросов были направлены методы радиогеохимического [7], минералого-геохимического (для зон гидротермальных метасоматитов) [6] и радиогидрогеологического [8] картирования. Эти исследования позволили получить объективную фактографическую информацию о распределении и миграции урана в ходе сингенетических и эпигенетических процессов и количественно оценить масштабы его перераспределения в пределах большинства тектонических структур территории страны. На базе этих исследований была не только разработана методика количественной оценки геохимических ресурсов урана, вовлекаемых в эпигенетическую стадию преобразования вещества и последующее рудообразование, но и подсчитаны ресурсы урана для главнейших ураноносных и потенциально ураноносных провинций СССР.

Совершенно очевидно, что эти исследования, ориентированные на изучение подготовительных миграционных и собственно рудообразующих процессов для целей эффективного прогнозирования, должны в настоящее время получить дальнейшее развитие и расширение. В частности необходимо проведение изотопно-геохимического картирования на основе изучения соотношения изотопов петрогенных и редких элементов (в первую очередь U и Pb) с составлением изотопно-геохронологических и других карт для анализа источников рудного вещества и выяснения эволюции, возраста и длительности функционирования рудообразующих систем.

В случае проведения этих геохимических исследований при региональном и локальном металлогеническом анализе необходимо изучение и картирование следов проявления отдельных стадий последовательного развития миграционных геохимических процессов, приводящих, в конечном счете, к формированию рудных скоплений:

• подготовительной стадии образования геохимически специализированных на уран комплексов пород (прежде всего углеродистых сланцев, отдельных разновидностей гранитов, кислых вулканитов, гнейсов и др.), а также участков с избыточным содержанием легко извлекаемого подвижного урана, где могут возникнуть зоны последующей мобилизации этого металла;

• мобилизационной стадии преобразования урана в миграционно подвижные формы (гексафторид урана –UF6 при температуре более 600С – в эндогенных условиях, уранилкарбонатные комплексы - [UO2(CO3)2]-2- в подзем- ных кислородсодержащих водах зоны гипергенеза и катагенеза) с последующим его выносом из пород;

• миграционной стадии переноса подвижных форм урана гидротермальными растворами по разломам и породам с повышенной проницаемостью или вадозными водами в артезианских и других осадочных бассейнах по проницаемым горизонтам песчаников, корам выветривания и другим образованиям;

• концентрационной стадии накопления урана на физико-химических, сорбционных, термобарических или других барьерах.

Изучение процессов мобилизации и отложения урана и картирование следов их проявления особенно важно при прогнозировании сложных по условиям формирования полигенных месторождений типа несогласий, выявление которых на территории России представляется особенно актуальным в связи с высокой рентабельностью и большими запасами руд этих месторождений. Низкая эффективность прогноза таких месторождений, вероятно, связана с тем, что геолого-геохимические процессы мобилизации, миграции и концентрирования урана могут проявляться в разных геолого-структурных обстановках и приводить к существенно отличным по условиям локализации руд ситуациям. Поэтому целесообразно ориентироваться не только на поиски аналогов геологических структур канадского или австралийского типов, но и акцентировать внимание на выявление геологических ситуаций, в которых могут быть реализованы отдельные типы рудоконцентрирующих экзогенных и эндогенных процессов или их комбинации, участвующие в формировании сложных многоактных полигенных месторождений типа несогласия.

На основе материалов по структурно-вещественным и геохимическим особенностям наиболее характерных для данного типа оруденения рудных районов Атабаска (Канада) можно выделить несколько стадий разорванных во времени подготовительных и рудоконцентрирующих процессов, последовательно участвующих в рудообразовании (рисунок 1).

1. Сингенетическая подготовительная стадия накопления избыточных и поэтому подвижных [7] форм урана в геохимически специализированных осадочных, магматических и метаморфических комплексах пород реализовалась в породах архейско-протерозойского цоколя впадины Атабаска в раннепротерозойское время.

Наиболее важными для последующих процессов мобилизации и рудоотложения являются углеродсодержащие формации раннего протерозоя и кислые магматические породы зон интенсивной и многократно проявленной гранитизации.

2. Эпигенетические стадии особенно важны для формирования месторождений «типа несогласия». Наиболее благоприятным является совмещение в пространстве и последовательное развитие во времени трех эпигенетических экзогенных и эндогенных процессов мобилизации урана с последующим рудоотложением нагеохимических барьерах.

2.1. Экзогенная стадия эпигенетической концентрации урана при формировании линейных кор выветривания преимущественно по раннепротерозойским углеродсодержащим сланцам в период, предшествующий формированию протоорогенных рифейских впадин (рисунок 1.1) Процесс экзогенного рудообразования в корах выветривания по углеродсодержащим протерозойским породам (своеобразная зона вторичного обогащения), по-видимому, мало отличается от процессов формирования урановой минерализации, установленных в раннепалеозойских углеродистых сланцах на юге Казахстана – месторождения Косчека, Рудное.

2.2. Эндогенная гидротермальная стадия формирования месторождений связана с процессами тектоно-флюидной активизации, которые проявились в ходе образования впадины Атабаска и после его завершения (рисунок 1.2).

Ведущим элементом контроля урановой минерализации гидротермальной стадии на месторождениях типа «несогласия» района Атабаска является тектонический фактор. Рудоконтролирующие тектонические нарушения отчетливо проявляются как в породах фундамента, так и в рифейских отложениях осадочного чехла. В восточной части впадины Атабаска региональный тектонический контроль осуществляется активной зоной, приуроченной к области сопряжения жесткого блока архейского цоколя с нижнепротерозойскими супракрустальными комплексами группы Волластон.

При рассмотрении гидротермальной стадии формирования урановых месторождений района Атабаска важное рудоконтролирующее и поисковое значение отводится графитсодержащим метапелитам, содержащим повышенное количество сульфидов, которое обычно сводится к следующиму: осаждению урана на восстановительном барьере за счет наличия в них свободного углерода и сульфидов;локализации в метапелитах разрывных нарушений, являющихся раствороподводящими каналами; участию электрохимических процессов при рудообразовании за счет присущих графитсодержащим породам электропроводящих свойств.

2.3. Гидрогенная эпигенетическая стадия формирования оруденения связана с циркуляцией кислородсодержащих пластовых вод по проницаемым горизонтам терригенных отложений рифея сверху вниз и по латерали с интенсивным выносом урана и последующим отложением металла в рудном теле вблизи зоны структурно-стратиграфического несогласия (рисунок 1.3). О значительном выносе урана из интенсивно окисленных песчаников рифея впадины Атабаска свидетельствуют аномально пониженные содержания урана (< ? 1•10-4%), не характерные для терригенных пород орогенных впадин, и очень высокое торий-урановое отношение (от 20 до 200) [5]. Проявление третьей эпигенетической стадии фиксируется наиболее молодыми радиологическими датировками возраста урановой минерализации: 900, 800, 300 млн. лет. По-видимому, данная стадия экзогенного эпигенетического рудообразования по физико-химическим особенностям мобилизации и переноса урана близка к условиям формирования гидрогенных урановых месторождений в зонах пластового окисления в осадочных артезианских бассейнах суборогенных впадин в Южном Казахстане и Средней Азии.

В разных геотектонических обстановках в зависимости от особенностей геодинамического режима отдельные стадии уранового рудообразования могут проявляться с разной интенсивностью или не проявляться вовсе. Так в Атабаске, вероятнее всего, проявились все три эпигенетические стадии, что привело к образованию наиболее богатых руд и масштабного по запасам оруденения.


Рисунок 1. Эпигенетические стадии формирования месторождения «типа несогласия» в пределах впадины Атабаска.
1 - стадия эпигенетической концентрации урана при формировании линейных кор выветривания;
2 –гидротермальная стадия;
3 – гидрогенная стадия.


В австралийских месторождениях третья стадия, по-видимому, выражена слабо. На месторождении Карху в Приладожье наиболее отчетливо фиксируется лишь вторая гидротермальная стадия образования богатого оруденения. Слабое проявление здесь химического преобразования графитоносных сланцев в дорифейских корах выветривания, малая мощность (20-40 м) терригенных отложений рифея (приозерская свита) и отсутствие явных признаков выноса урана из песчаников привели к относительно слабому проявлению в Приладожье первой и третьей экзогенных стадий концентрирования урана, и, как результат, к меньшим масштабам накопления и уровням концентрации урана.

Возникшее на ранних стадиях эпигенетическое оруденение может существенно видоизменяться при наложении более поздних эндогенных процессов. На основе детального минералого-геохимического изучения месторождений Украинского, Алданского, Канадского и Австралийского щитов И.Г.Минеева приходит к выводу о возможном значительном преобразовании древних месторождений. Она отмечает, что «…на докембрийских щитах необходимо учитывать региональное влияние трансформирующих процессов, которые приводят к полному изменению генетического облика рудных месторождений, особенно Au-U и U месторождений «типа несогласия»» [3]. Поэтому к выделенным стадиям формирования урановых месторождений «типа несогласия» необходимо добавить стадию их пострудного преобразования, которая может в существенной мере определять сохранившиеся к настоящему времени их основные особенности. Рассмотрение на огромной территории России всей совокупности геологических структур, где возможно проявление рудоформирующих систем, в рамках публикуемой статьи вряд ли возможно. Поэтому ограничимся формулировкой отдельных принципиальных научных положений, которые могут быть использованы при проведении специализированных комплексных прогнозно-металлогенических исследований и выявлении конкретные потенциально рудоносных структур.

Положение 1. Основная часть урановорудных провинций в Евразии и на других континентах приурочена к блокам земной коры с повышенным по отношениюк кларковому содержанием урана и тория, и резко дифференцированным (неоднородным) распределением урана и его подвижных форм в зонах высоких геохимических градиентов. Поэтому при выделении локальных площадей следует иметь в виду, что при проявлении экзогенных рудообразующих процессов на фоне общей повышенной радиоактивности наиболее перспективные участки могут быть выражены пониженным содержанием урана за счет его мобилизации.

На территории России наиболее радиоактивные блоки литосферы на основе радиогеохимического картирования и составленных карт установлены в южном складчатом обрамлении Сибирской платформы (на Алданском щите, Становой области, Витимском плато и других местах), а также в складчатых структурах Забайкалья. Именно к этому геоблоку земной коры приурочена большая часть промышленных урановых месторождений, в том числе Стрельцовский и Эльконский рудные районы.

Положение 2. Гидрогенные, гидротермальные и полигенные месторождения, формирующиеся в разных геотектонических обстановках, обязаны своим образованием процессам тектонической активизации, которые проявлены в разные геологические эпохи (наиболее интенсивно в рифее, позднем палеозое, мезозое и кайнозое). Именно с этими эпохами тектонической, гидротермальной и гидродинамической активизации связаны основные металлогенические эпохи образования промышленных урановых месторождений: рифейская (в Канаде и Австралии), позднепалеозойская (в северном и центральном Казахстане), мезозойская (в России и Германии), кайнозойская (в южном Казахстане, Средней Азии и других регионах).

Формирование масштабного уранового оруденения может происходить в разные эпохи тектоно-магматической активизации (PR2, Pz3, Mz, Kz), но сохраняются полностью только те месторождения, которые сформировались в заключительную стадию активизации. В частности Сибирская платформа, её фундамент, а также складчатое протерозойское обрамление и прилегающие фанерозойские геологические структуры Забайкалья подверглись в течение позднего палеозоя, мезозоя и кайнозоя мощным процессам тектоно-магматической активизации, мобилизацией и выносом из них урана и образованием эпигенетических гидротермальных и гидрогенных месторождений мезозойского и кайнозойского возраста.

Выявление более древних месторождений в этом огромном регионе возможно лишь в тех структурах, где процессы мезозойско-кайнозойской активизации не проявились или выражены очень слабо. Весьма возможно, что такие структуры имеются в краевых частях Анабарского щита, а также на отдельных участках южного складчатого обрамления Сибирской платформы.

Положение 3. Исходя из ведущей роли тектоно-магматической активизации в интенсификации эпигенетических процессов миграции и концентрации урана наибольший интерес для прогнозирования и поисков урановых месторождений всех генетических типов представляют пограничные структуры склонов щитов, как в пределах складчатых претерпевших региональный метаморфизм блоков докембрийского фундамента, так и в плитном комплексе платформ. Прогнозирование в пределах этих локальных площадей под поиски возможно лишь после их дополнительного структурно-металлогенического и минералого-геохимического изучения, а, в ряде случаев, и специализированного геологического картирования.

Положение 4. Решающую роль в формировании полигенных месторождений типа несогласия и других сложных полихронных месторождений, выявленных в урановорудных районах на территории Казахстана, в Ронненбургском рудном поле, играли углеродистые глинистые и кремнистые сланцы не только как источник рудного вещества при мобилизации урана, но и как восстановитель при его осаждении. Поэтому в ходе локального прогнозирования наибольшее внимание должно быть уделено картированию и изучению углеродистых формаций складчатых областей.

Положение 5. В последнее время физиками получены положительные результаты при изучении перспектив использования тория в качестве ядерного горючего. В России известно большое количество проявлений тория вместе с редкими землями и другими малыми элементами в россыпях, в щелочных и кислых магматических породах и других объектах.

Наибольший практический интерес в настоящий момент могут представлять комплексные редкометальные, редкоземельные и другие эксплуатируемые и резервные месторождения на Кольском полуострове, в Восточном Саяне, на севере Сибирской платформы и в других местах. Вместе с тем, следует иметь ввиду, что полномасштабное использование тория в атомной энергетике потребует скорейшего обобщения материалов по ториеносности первоочередных перспективных структур и постановки специальных прогнозно-металлогенических исследований для изучения геохимии и металлогении тория.

Оценивая современную ситуацию с минерально-сырьевой базой атомной промышленности России и состоянием геологоразведочных работ на уран, следует признать её неблагополучной по следующим причинам:

1. Объем добычи урана на российских месторождениях и в настоящее время, и в ближайшее пять лет не сможет «покрыть» даже внутренние потребности страны.

2. За последние 15-20 лет не открыто ни одного крупного или уникального по масштабам рентабельного месторождения урана.

3. Предлагаемые в последние годы районы геологоразведочных работ и ожидаемый в их пределах прирост прогнозных ресурсов Р1 в количестве, как правило, 5-10 тыс. т., свидетельствуют о низкой потенциальной ураноносности выделенных перспективных площадей, на которых открытие крупных урановорудных объектов маловероятно.

Неблагополучное положение с минерально-сырьевой базой урана и перспективами её развития сложилось после распада СССР не только в результате резкого сокращения ассигнований на геологоразведочные работы и уменьшения численности геологов-уранщиков, но и по причине отставания в разработке и совершенствовании фундаментальных научных принципов регионального металлогенического анализа и методологии оценки потенциальнорудоносных структур.

Особенно тревожным является снижение качественного уровня как обобщающих, так и конкретных комплексных региональных и детальных прогнозно-металлогенических работ на уран, направленных на изучение фундаментальных структурно-вещественных и историко-эволюционных особенностей геологических формаций и структур. Усилия сохранившихся геологических коллективов по переинтерпретации ранее накопленных геолого-геофизических и геохимических данных, повальное увлечение концептуальными проблемами глобальной тектоники и поисками мантийных источников урана, многократное переиздание мелкомасштабных и других карт ураноносности на неизменной фактографической основе, неоправданный переход к оценке прогнозных ресурсов особенно Р2, и Р3 в качестве основной меры оценки ураноносности регионов не компенсировали отсутствия пополнения фундаментальной геолого-геофизической и геохимической информации, необходимой для выявления новых крупных урановых месторождений.

В создавшейся критической ситуации с минерально-сырьевой базой атомной промышленности главным направлением деятельности должно быть скорейшее открытие крупных урановых месторождений с рентабельными рудами. Для этого необходимо дальнейшее развитие методологии комплексных прогнозно-металлогенических исследований на новом техническом уровне с более широким применением минералого-геохимических и изотопно-геохимических методов, позволяющих изучать и картировать следы проявление отдельных стадий рудогенеза.

Литература
1. Билибин Ю.А. Металлогенические провинции и металлогенические эпохи. М.: Госгеолтехиздат, 1955.
2. Машковцев Г.А., Наумов С.С. Основные направления развития геологоразведочных работ на уран / Доклады научно-практического семинара ВИМС. – СПб. – 2004. – С. 9 – 11.
3. Минеева И.Г. Взаимосвязь урана и золота в эндогенных и экзогенных процессах рудогенеза на докембрийских щитах / Авт. реф. докт. дисс. М.: ВИМС, 1997. – 50 с.
4. Наумов С.С., Шумилин М.В. Годы и открытия: очерк истории урановой геологии России // Отечественная геология. – М., 1995. – № 9. – С. 5 – 10.
5. Пакульнис Г.В., Шумилин М.В. Месторождения урана типа несогласия района Атабаска (Канада) / Минеральное сырье, № 17. М.: ВИМС. –2005. – 102 с.
6. Плющев Е.В., Ушаков О.П., Шатов В.В. Методика изучения гидротермально-метасоматических образований. Л.: Недра. –1981. – 262 с.
7. Радиогеохимические исследования. (Методические рекомендации) / Под ред. А.А. Смыслова // М., Мингео СССР. –1974. – 141 с.
8. Радиогидрогеологические исследования при прогнозировании и поисках урановых месторождений, связанных с зонами пластового окисления / Под ред. Г.М. Шора // Л.: Недра. –1998. – 168 с.


По материалам 7 Международного форума «Топливно-энергетический комплекс России», 10-12 апреля 2007 г.

назад

Материалы из архива

6.2006 Синдром эмоционального выгорания

С.Г.Кривенков, к.б.н., д. ф. в области философии и психологии личности; Ж.В.Волкова, психолог СПбНЦЭПР Еще в 1970-е годы XX века было введено понятие "синдром эмоционального выгорания". Прежде всего это явление характерно для представителей профессий типа "человек - человек", которые вынужденны постоянно общаться с другими людьми, причем не по собственному выбору. Несколько десятилетий назад Кристиной Маслач была дана "хлесткая" формулировка: "Сгорание - плата за сочувствие".

12.2007 РЕТРО энергичного АТОМА - «сказка - быль, да в ней намек»

По случаю 87-й годовщины плана ГОЭЛРО, 41-го по счету празднования дня Энергетика и в честь тридцатилетия атомной энергетики Украины. Может быть, нам все-таки, следует научиться обращать внимание на кажущиеся мелочами обстоятельства. Во-первых, говорят, что мелочей не бывает вовсе. Во-вторых, на практике убедились, что любое хорошее с виду начинание губится именно мелочами.

5.2009 Система АЭС малой мощности как фактор национальной безопасности России

Т.Д.Щепетина, к.т.н., нач. лаб. ИЯР РНЦ «Курчатовский институт» Но никогда ИМ не увидеть НАС      Прикованными к веслам на галерах!В.Высоцкий, «Еще не вечер»Концепция национальной безопасности Российской Федерации - система взглядов на обеспечение в Российской Федерации безопасности личности, общества и государства от внешних и внутренних угроз во всех сферах жизнедеятельности… в экономической, внутриполитической, социальной, международной, информационной, военной, пограничной, экологической и других сферах.