Метасоматические и гидротермальные процессы, протекающие с участием водных флюидов или растворов, являются единственными эндогенными процессами, где степень концентрирования радиоактивных элементов, прежде всего урана, достигает величины промышленных месторождений. Процессы регионального метаморфизма создают огромные участки в верхних структурных этажах земной коры с относительно повышенными содержаниями урана и тория и, таким образом, как бы подготавливают почву для последующих этапов концентрирования. На стадии гидротермального рудообразования происходит разделение урана и тория.
Гидротермальные месторождения отличаются рудами, наиболее богатыми по содержанию урана, которое может достигать нескольких десятков процентов (промышленное содержание урана порядка 0,1%). По данным В.И.Смирнова, в гидротермальных месторождениях сосредоточено свыше 95% запасов урана эндогенного происхождения. Таким образом, они являются одним из важнейших источников урана.
Гидротермальные месторождения урана известны для всех металлогенических эпох. Они обычно формируются на поздней стадии гидротермального процесса и подчинены определенным тектономагматическим условиям. Наиболее благоприятны для образования урановых руд жесткие блоки земной коры с относительно
63
устойчивым воздыманием, в которых проявляется кислый и субщелочной магматизм. Для рудных полей часто характерны региональные дизъюнктивные нарушения, которые сами по себе обычно оруденения не несут, а являются рудоподводящими и рудоконтролирующими. Рудные тела приурочены к более мелким трещинам разрыва и растяжениям, оперяющим крупный разлом. По мере снижения температуры гидротермальных растворов происходит отчетливое отделение урана от его магматогенных спутников - Th, Zr, редкоземельных элементов, Та, Nb. Поэтому титанаты урана - браннерит и давидит, в которые входят также Th и лантаноиды, встречаются в основном в высокотемпературных месторождениях. Для средне- и низкотемпературных месторождений рудными минералами урана являются оксиды урана (настуран, уранинит) и силикаты (коффинит, ненадкевит), изредка тухолит. По существующим многочисленным классификациям гидротермальные урановые месторождения подразделяют на три основных типа (Данчев, Лапинская, 1980):
- 1) плутоногенные, связанные с интрузивными комплексами пород, наиболее глубинные;
- 2) вулканогенные, связанные с вулканическими комплексами, различные по глубине;
- 3) амагматогенные, или стратиформные, не связанные с магматическими комплексами.
Минералогический состав урановых руд и парагснетические и минеральные ассоциации обычно связаны с характером рудоносных растворов и влиянием вмещающих пород. Выделяют достаточное число минералогических подтипов урановых месторождений: настуран-сульфидный, настуран-карбонатный, настуран-флюоритовый; настуран-арсенидный, настуран-кварцевый, настуран-гидрослюдистый, настуран-уранобитумный. Другие подтипы имеют меньшее практическое значение.
Наиболее важны для геохимии жильных урановых месторождений вопросы об источнике рудного вещества, формах переноса и причинах рудоотложения. В настоящее время практически всеми признано и экспериментально доказано, что уран находится в гидротермальных растворах в форме уранил-карбонатных комплексных соединений с К и Na типа Me4[UO2(CO3)3] или [Me2UO2(CO3)2(H2O)2]. Поданным Г.Б. Наумова (1978), реакция среды близка к нейтральной. Средняя температура гидротермальных растворов, образующих настурановые жильные месторождения, составляет 150"С, а в целом не выходит за пределы 200°С. Температура образования гидротермально-метасоматических
64
руд с уранинитом выше: 250 - 300°С. Давление рудоносных растворов, определенное экспериментально по газово-жидким включениям, обычно варьирует в пределах 1000 - 2000 бар, что явно превышает литостатическую нагрузку, соответствующую глубине формирования месторождений. Это указывает, с одной стороны, на отсутствие непосредственной открытой связи участков рудообразования с дневной поверхностью, а с другой - на влияние более глубинных зон, создающих столь высокое избыточное давление и обеспечивающих движение гидротермальных растворов в сложной гидродинамической системе (Наумов, 1978).
Отложение урановых минералов связано с разрушением комплексных ионов, которое может быть обусловлено рядом причин: понижением окислительно-восстановительного потенциала, изменением рН среды; разрушением карбонатных комплексов за счет связывания СО
в твердую фазу а результате образования карбонатов или частичного удаления СО
2 при дегазации; повышением температуры и т.д. Таким образом, огромную роль в осаждении урана из гидротермальных растворов играет литологический состав вмещающих пород.
Одним из основных факторов образования урановых руд являются восстановительные барьеры, которые могут возникать на контактах пород с различными физико-химическими параметрами. Такими породами могут быть амфиболиты, хлоритовые или хлорит-эпидотовые сланцы, диабазы, различные пиритизированные породы (Данчев, Лапинская, 1980). Присутствующее в этих породах двухвалентное железо служит энергичным восстановителем урана. Еще большее значение в восстановлении урана имеет органическое вещество. В результате растворимый в карбонатной среде U (VI) переходит в U (IV), который гидролизуется и осаждается на соответствующем восстановительном барьере.
Вопрос об источнике рудного вещества наиболее дискуссионен. Анализ геохимических данных показывает, что исходные источники урана должны лежать на пути углекислых растворов. В процессе метаморфизма и гранитизации освобождаются огромные массы СO2. В связи с низкой растворимостью в гранитном расплаве они способны создавать вокруг интрузивного очага обширные зоны горячих поровых растворов с высоким парциальным давлением СО2, которые могут приводить к мобилизации из вмещающих пород рудных элементов, в том числе и урана. Для того чтобы процесс извлечения урана из пород приводил к возникновению рудных концентраций, необходимо соблюдение ряда условий, регулирующих физико-химические свойства гидротермальных флюидов (Наумов, 1978):
65
- 1) они должны содержать достаточно большие концентрации углекислоты;
- 2) их температура не должна быть слишком высокой, так как ее повышение приводит к уменьшению диссоциации углекислоты и, следовательно, к снижению ее химической активности;
- 3) они должны иметь оптимальную для данной температуры концентрацию щелочных компонентов, т.е. оптимальную кислотность; слишком низкие значения рН снижают активность карбонатных анионов;
- 4) очень важны исходное содержание урана во вмещающих породах и формы его нахождения; в качестве источника урана выступают кислые магматические породы, претерпевшие перекристаллизацию, метаморфические породы или глинистые терригенные осадки, содержащие достаточное количество подвижных форм урана.
Анализ распределения рудных компонентов во вмещающих породах на месторождениях пятиметалльной формации показывает, что Со, Ni, Bi поступают из вмещающих пород основного состава непосредственно на участке месторождения, переходя из рассеянного состояния в минералы гидротермальных жил. В то же время основные породы не могут служить источником урана в связи со сравнительно низким его содержанием. Напротив, часто обнаруживается обогащение рудовмещающих пород ураном, а не его извлечение. Все это позволяет говорить о мобилизации урана гидротермальными растворами в более глубоких зонах земной коры (Наумов, 1978).
Рудные растворы могут проникать не только по открытым трещинам, но и по сильнотрещиноватым участкам пород, генетически связанным с зонами разломов. В таких случаях растворы перемещаются крайне медленно, вступают в более тесное взаимодействие с вмещающими породами, благодаря чему протекают интенсивные процессы метасоматического замещения указанных пород. Образующиеся при этом месторождения получили название гидротермально-метасоматических.
66
