Геология урана и тория

Урановые минеральные системы, относящиеся к бассейнам и поверхности

Австралия располагает крупнейшими в мире запасами легко извлекаемого урана и является ведущим мировым экспортером урана. Урановые месторождения Австралии представлены в различных вариантах залежей, наиболее важными из которых являются гигантское ураносодержащее месторождение оксидов железа Cu-Au Olympic Dam в Южной Австралии, несогласованные месторождения Ranger в Северной территории, известняковое месторождение Yeelirrie в Западной Австралии и залежи песчаника в поселение Фром, Южная Австралия. Хотя геологические условия и точный процесс минерализации урана сильно различаются, между типами месторождений имеется достаточно общего, чтобы их можно было удобно разделить на три семейства урановых минеральных систем (Skirrow et al., 2009), причем некоторые месторождения содержат характеристики нескольких семейств урановых систем и, таким образом, называются гибридными депозиты. Месторождение Olympic Dam является примером системы гибридного типа.

Семейство отложений, относящихся к бассейнам и поверхности, связано с процессами, происходящими на поверхности земли и в осадочных бассейнах, и включает отложения в виде известняка, песчаника и несогласных пород. Поведение урана в этих системах в значительной степени определяется изменениями степени окисления (редокс). Уран содержит два доминирующих иона: U4+, который восстанавливается, и U6+, который окисляется.

Ионы урана, несущие заряд +4, очень неподвижны, и поэтому при обычных условиях уран не сдвинется с того места, где он находится. С другой стороны, уран с зарядом +6 (окисленный уран) обладает высокой подвижностью и легко растворяется в жидкостях, которые сами по себе являются окисленными, таких как метеоритная вода.

В системах, содержащих песчаник, таких как залежи Фрома, уран выщелачивается из богатых ураном исходных пород (например, гранитов) окисленными флюидами. Затем уран транспортируется в составе окисленного флюида в проницаемый водоносный горизонт (например, в песчаниковую породу) внутри бассейна. Уран осаждается, когда содержащие уран окисленные грунтовые воды сталкиваются с восстановленным материалом, который может находиться на месте, например органическим веществом в водоносном горизонте, или может быть подвижным, например нефтью, газом или H₂S просачивается (Jaireth et al., 2008). В некоторых случаях бактерии могут играть важную роль в восстановлении урана.

Месторождения несогласованного урана, такие как "Рейнджер", также встречаются в осадочных бассейнах. Эти месторождения образуются в результате процессов, аналогичных описанным выше системам с песчаником, но минерализующий флюид циркулирует гораздо глубже и, следовательно, нагревается до более высоких температур. Минерализация урана происходит на границе раздела между контрастирующими окисленными и восстановленными геологическими единицами по обе стороны от несогласия.

Магматические и магматико-гидротермальные урановые минеральные системы

Магмато-гидротермальный тип залежей в основном связан с магматическими породами и процессами, происходящими в них. К ярким примерам такого типа залежей относится месторождение Ресинг в Намибии. В Австралии есть несколько месторождений, относящихся к семейству магматических и гидротермальных, таких как месторождение Крокер Уэлл в Южной Австралии, но в настоящее время оно недостаточно представлено в этом виде. И это несмотря на широкое распространение богатых ураном магматических пород по всей Австралии (Lambert et al., 2005; Schofield, 2009).

Минерализация урана в магмато-гидротермальных системах может быть связана как с вулканическими, так и с интрузивными изверженными породами. Химический состав извержений играет важную роль в этих системах. В системах, включающих только саму магматическую породу ("ортомагматические" системы), уран концентрируется в магме по мере ее эволюции в результате фракционной кристаллизации (удаления кристаллов из магмы по мере их образования). В конечном счете, при насыщении ураном могут образовываться минералы, богатые ураном (такие как уранинит). Высокие концентрации таких элементов, как фтор, и повышенная щелочность (высокое содержание натрия и калия), препятствуют ранней кристаллизации урансодержащих минералов при низких концентрациях. Магмато-гидротермальные месторождения ведут себя аналогичным образом, хотя в этих примерах речь идет о воздействии магматического флюида, который может повысить степень минерализации урана.

Минеральные системы урана, связанные с метаморфизмом

Как и в случае с системами, связанными с магматизмом, в Австралии редко встречаются месторождения, образованные в результате метаморфических процессов. Флюиды, присутствующие в этих месторождениях, могут быть получены в результате метаморфических процессов, таких как реакции дегидратации, или могут включать флюиды, которые были уравновешены метаморфическими породами. Месторождения урана, которые связаны с метасоматозом, относятся к семейству месторождений, связанных с метаморфизмом. В Австралии наиболее ярким примером месторождений такого типа является месторождение Валгалла в Квинсленде.

Геология тория

Торий - это природный радиоактивный элемент, который содержится в Земле в основном в виде оксидов, силикатов, карбонатов и фосфатов. Торий существует почти полностью в виде²³²Th, период полураспада которого составляет 14 050 миллионов лет. Из своего естественного состояния,²³²Он проходит несколько стадий распада и в конечном итоге образует²⁰⁸Pb, который стабилен.Основное отличие заключается в том, что торий гораздо менее подвижен, чем уран, в условиях окисления поверхности (Мернах и Мезитис, 2008). Большая часть запасов тория содержится в тяжелых минеральных песках, таких как пески бассейна Муррей, которые образуются в результате эрозии более древних пород, где торий содержится в основном в зернах монацита.

Торий также присутствует в магматических процессах. Известно, что карбонатиты, такие как карбонатит Маунт-Уэлд в Западной Австралии, отличаются аномально высоким содержанием тория. Щелочные магматические комплексы также содержат повышенное содержание тория по сравнению со средними магматическими породами. Другие гранитные тела и пегматиты также могут содержать большое количество тория.

Другой важной категорией являются торийсодержащие жилы и залежи, наиболее ярким примером которых в Австралии является месторождение редкоземельных элементов-P-U(-Th-F) Ноланс Борэ в Северной территории. Минерализация связана с образованием нескольких поколений фторапатита. Анализ зерен фторапатита показал, что они содержат в среднем 0,233% тория (Hussey, 2003), что делает месторождение Ноланс-Бор источником тория мирового класса. Концентрации тория также можно обнаружить в оксидах железа Cu-Au, скарновых и фосфатных отложениях, а также в залежах угля и торфа.

Рекомендации

Хасси, К.Дж., 2003, "Минерализация редкоземельных элементов в регионе восточная Арунта’,Отчет о геологической съемке Северной территории, 2003-004. 20р.

Джейрет, С., Маккей, А и Ламберт, I, 2008, ‘Связь крупных месторождений урана в песчаниках с углеводородами’,Новости AusGeo, 89:8-12.

Ламберт, Я, Джейрет, С., Маккей, А и Мезитис, 2005 г., "Почему в Австралии так много урана,Новости AusGeo, 80:7-10.

Мернаг, Т.П. и Мезитис, 2008 г., "Обзор геохимических процессов, контролирующих распределение тория в земной коре, и ториевых ресурсов Австралии’,Рекорд Австралии по геонаукам 2008/05, 48р.

Шофилд, 2010, "Содержание урана в магматических породах Австралии на картах масштаба 1:5 000 000 – пояснительные примечания и обсуждение’,Рекорд Австралии по геонаукам 2009/17, 20 пенсов.

Скирроу, Р.Г., Джейрет, С., Хьюстон, Д.Л., Бастраков, Э.Н., Шофилд, А., ван дер Вилен, Ю.Э. и Барникот, AC 2009, "Минеральные системы урана: процессы, критерии разведки и новая структура месторождений’,Рекорд Австралии по геонаукам 2009/20, 44р.