Геохимические и термодинамические модели жильного гидротермального рудообразования

Все модели, о которых шла речь выше, рассчитывались исходя из допущения, что в липарите и в жильных телах уран образует только одну, одинаковую там и здесь, твердую фазу UO2(к), отвечающую идеальной формуле уранинита. Природный же настуран является минералом переменного состава, в формуле которого коэффициент при кислороде имеет величины, промежуточные между 2 и 3. Вопрос о фазовом состоянии (однородности - неоднородности) и фазовых превращениях оксидов урана, равно как и о составе настурана, детально проанализирован Ю.М.Дымковым [1973, 1985]. По его данным, состав природного настурана чаще всего ограничивается пределами UO_2.25 - UO_2.66 (что близко к формулам U₄O₉ и U₃O₈ соответственно), но встречаются минеральные формы состава UO_2.92 (т.е. почти UO₃).

Замена UO2(к) на другую твердую фазу в любой части наших моделей - в породах или жилах, естественно, должна отразиться на поведении урана в процессе автосмешения. Здесь, имея в виду дальнейшее приближение моделей к природным процессам, анализируем это поведение, включая в расчеты три других, кроме UO_2(к), оксида урана. Значения свободной энергии Гиббса для них таковы [Pankratz, 1982]:

U₄O_9(к) -4178.35, U₃O_8(к) -3284.48, UO_3(к) -1113.32 кДж/моль.

Относительно форм нахождения урана в породах существует известная неопределенность. С одной стороны, в ряде случаев удалось определить структуру UO_2(к) некоторых микровыделений урановых оксидов в породообразующих и акцессорных минералах. С другой, высокая (иногда почти 100%-ная) выщелачиваемость урана из многих гранитоидов и осадочных пород заставляет предполагать, что значительная масса металла присутствует в таких породах в состоянии наивысшего окисления. Строя свои модели в липаритах - продуктах континентального вулканизма, мы особенно обязаны считаться с вероятностью высокой окисленности рассеянного в них урана. Образуясь в контакте с кислородом атмосферы, липариты (особенно преобладающие среди них пирокластические разности) отличаются окислительно-восстановительным потенциалом, более высоким, чем их интрузивные аналоги (в липарите, используемом в моделях, Fe₂О₃/FeO=2.9; в гранитоидах обычно FeO>Fe₂О₃).

В таблице 3.9 показано изменение концентрации урана в поровых растворах В моделей 4, 1 и 2 в зависимости от того, каким из четырех оксидов этого металла представлены в липарите кларковые его количества. Как видно, замена UO_2(к) на U₄O_9(к) в породах незначительно понизила растворимость урана (выход его в поровые растворы В4, В1 и B2); замена на U₃O_8(к) существенно, более чем в 3 раза, повысила ee; замена на UO_3(к) привела к полному переходу урана пород в растворы В.

Что касается жильных руд, то Г.Б.Наумовым [1978] и рядом других исследователей фаза U₄O_9(к) принимается за наиболее оптимальный, вероятный аналог природного гидротермального настурана. В серии из четырех моделей нами рассмотрены случаи, когда в жильных телах при смешении трещинных и поровых составляющих гидротерм уран осаждается только в форме U₄O_9(к), а извлекается из разных его форм, в большей или меньшей степени вероятных для липарита: UO_2(к) (модель 14), U₄O_9(к) (модель 15), U₃O_8(к) (модель 16) или UO_3(к) (модель 17). Результаты моделирования представлены в таблицах 3.9 и 3.10. Как показывают расчеты, в моделях 16 и 17, по-видимому, более близких к природе по форме нахождения урана в липарите, удельный выход настурана при формировании жильных тел значительно, в несколько или в десятки раз, выше, чем в базовой модели.

Вверх по разрезу в последующих ритмах автосмешения гидротерм все особенности поведения урана, выявленные на примере I ритма (табл.3.10), полностью сохраняются. Как и во всех уже рассмотренных моделях, по вертикали практически не изменяются масштабы извлечения U (и Рb) пород поровыми растворами. В жильных телах быстро уменьшается снизу вверх выход в осадок кальцита, но поддерживается примерно на одном уровне выход настурана (и галенита), отчего процентное содержание суммы рудных минералов неуклонно растет до ~10% в III ритме модели 16 и до ~30% в модели 17. Общий же выход настурана в жилах трех ритмов может, судя по моделям 16 и 17, достигать 11-130 мг на каждый кг Н₂О исходно безрудных растворов А16 и А17 (или, несколько огрубляя расчет, на каждый литр этих растворов).

Таким образом, вероятность нахождения урана в липарите в виде окисленных (до состава U₃O_8(к) и, может быть, до UO_3(к)) форм заставляет считаться с возможностью более интенсивного переотложения его из породы в жильные тела при автосмешении гидротерм, чем это демонстрировалось моделями 1-13.