Околорудное изменение пород пластовых урановых месторождений плато Колорадо

Изучение измененных пород на плато Колорадо проводилось в районе антиклиналей Кейн-Крик и Лисбон-Велли, близ Моаб (шт. Юта), в районе поднятия Сан-Рафаэл (шт. Юта) и в районе Камерон (шт. Аризона). Медно-ванадиево-урановая минерализация в осадочных породах плато Колорадо сопровождается околорудной аргиллизацией пород. Сравнение характера изменения пород, сопровождающего урановую минерализацию на плато Колорадо, с изменением около гидротермальных урановых жил в сопредельных орогенных районах показывает, что урановая минерализация и изменения пород плато Колорадо взаимосвязаны и вызваны генетически однотипными процессами. Изменение выражается обычно в метасоматическом преобразовании глинистого цемента песчаников и замещении обломочных зерен полевых шпатов, и слюд.

Район Тэмпл-Маунтин расположен в юго-восточной части поднятия Сан-Рафаэл. Урановые руды концентрируются в зонах обрушения и в виде пластовых залежей. В зонах обрушения (150х600 м, осадка 90 м) урановое вещество наблюдается в трещинах, выполненных доломитом и кальцитом, прослеживаясь на 400 м по вертикали. В уран-органических соединениях содержатся также железо, мышьяк, ванадий, медь, свинец, цинк, селен.
Зоны обрушения прослеживаются в формациях Чинл, Шинарамп, Моенкопи и частично в пермских отложениях. Большинство промышленных месторождений пластового типа находится в песчаниках пачки Масс Бэк формации Чинл.
Пачка Масс Бэк, в которой было прослежено изменение, состоит из грубозернистых песчаников с линзами аргиллитов и прослоями конгломератов. Обломочный материал (80%) представлен зернами кварца, халцедона, ортоклаза, микроклина, олигоклаза и андезина, иногда мусковита. Глинистый цемент пород (18%) содержит незначительные количества гидрослюды и серицита в срастании с мелкозернистым кварцем, каолинитом и кальцитом. В породе присутствует около 2% органического вещества и пирита. В осветленных измененных породах вблизи рудных залежей среднее содержание обломочного материала снижается до 45% при увеличении количества глинистых минералов до 50%; количество минерализованного органического вещества возрастает до 5—10% (рис. 42).

Глинистая фракция измененных пород рудной зоны состоит из гидрослюды и каолинита. Вдали от рудных тел цемент песчаников образован преимущественно каолинитом и мелкозернистым кварцем с небольшим количеством детритовой слюды 2 M1. В измененных нерудоносных песчаниках вблизи разрывных нарушений пластинки детритовой слюды 2 M1 замещаются с краев гидрослюдой 1 М. Количество глинистой гидрослюды увеличивается по направлению к рудным телам, при этом возрастает двупреломление и величина ее частиц. В рудных зонах глинистый цемент представлен почти чистой глинистой гидрослюдой, состоящей из смеси полиморфных модификаций 1 M и 2 M1. В измененных аргиллитах ближе к трещине наблюдается смена смеси модификации 1 Md + 1 M модификацией 2 M1. Каолинит цемента песчаников, так же как и гидрослюда, преобразуется с приближением к рудоносному слою и разрывным структурам. В неизмененных песчаниках среди диагенетического мелкочешуйчатого каолинита (так называемый «соль и перец») почти не встречаются червеобразные агрегаты (вермикулы). По направлению к рудным телам с увеличением количества гидрослюды возрастает количество мелких вермикул каолинита и вблизи рудных тел появляются крупные червеобразно изогнутые «кристаллы» каолинита, частично замещающиеся гидрослюдой.

Изменение пестроцветных слоев (Pinto) в основании формаций Чинл поднятия Сан-Рафаэл изучено А.М. Абдель-Гавардом и П.Ф. Керром на рудниках Мэгор, Конрад, Лэки-Страйк, Грин Дрэгон, Дэти Дэвил. Изменение пород выражается в их аргиллизации, окремнении и карбонатизации, участки интенсивного проявления которых нередко пространственно разобщены. Неизмененные пурпурно-красные или шоколадно-коричневые алевролиты и песчаники в результате неравномерно проявленного изменения становятся пятнисто окрашенными. Окремнение пород проявлено локально и исчезает в пределах нескольких сотен метров от рудных тел. Окремнение, аргиллизация и карбонатизация пород проявляются обычно вдоль основания каналообразных залежей рудоносных песчаников. Урановые руды встречаются в окрещенном алевролите и окружены зоной глинистого изменения. В окремненных породах развит преимущественно халцедон. В большинстве случаев окремнение алевритов происходит по тонким слоям и линзам, но большое количество жил пересекает кремнистые породы. Рудой является плотный асфальтит, выполняющий трещины и полости. Рентгеновским анализом в асфальтите обнаружены коффинит, пирит, сфалерит и, возможно, мельчайший уранинит.
Глинистое изменение пород. Гидротермальный глинистый метасоматоз сопровождается осветлением красного глинистого цемента пестроцветных слоев (рис. 43, 44), который номере приближения к окремненным породам и рудоносным песчаникам изменяет цвет последовательно в пурпурный, зеленый, серый, серовато-белый. Рентгеновский анализ красной глинистой фракции неизмененных (?) пород показывает, что она состоит из смешаннослойного минерала типа слюда-монтмориллонит с примесью каолинита, кварца, кальцита и доломита. Смешанно-слойный минерал содержит 30—65% монтмориллонитовых слоев.

В зеленом глинистом материале выявлена следующая направленность изменения: 1) вынос железа без других заметных изменений; 2) вынос железа и увеличение степени кристалличности минерала, чему соответствуют более острые пики базальных отражений на дифрактограммах и более высокое двупреломление; 3) вынос железа, увеличение степени кристалличности и частичное превращение монтморпллонитового компонента в гидрослюду; 4) вынос железа, повышение степени кристалличности и изменение смешанно-слойного минерала в чистую глинистую слюду или в смешанно-слойный минерал с менее чем 10% монтмориллонитового компонента (серые глины). Слюдистый компонент первичного смешанно-слойного глинистого минерала имеет структуру 1 M c разной степенью неупорядоченности. В интенсивно измененном глинистом цементе образуется смесь полиморфных модификаций 1 M и 2 M1, возникших за счет монтмориллонитового компонента. Еще более интенсивно измененная глинистая фракция состоит преимущественно из слюды 2 M1.
Выщелачивание железа. Выщелачивание с выносом железа, выражающееся в осветлении пород, наблюдается повсеместно вдоль разломов. Участки пород, в которых красный цвет меняется на зеленый, серый или белый, обрамляют рудные залежи со всех сторон. Контакты пород разного цвета пересекают породы вкрест их простирания и имеют зубчатые и волнистые очертания.
Карбонатизация. Скопления доломитовых желваков диаметром от 25 см до 1—2 м известны в рудниках Конрад, Лэки-Страйк и Грин Дрэгон; нередко они наблюдаются вдоль вертикальных трещин. Местами происходит сплошное метасоматическое замещение пестроцветных слоев доломитом. Карбонатизация захватывает и нижнюю часть пачки Мосс Бек.
Окварцевание. В осадочных породах плато Колорадо окварцевание пород проявляется почти всегда на рудоносных площадях вдоль разломов и выражается в замещении и вторичной цементации песчаников, вмещающих урановые руды, а также в образовании кремнистых жил и трубообразных тел. На рудниках Мэгор, Грин Дрэгон и Лэки-Страйк замещение породы халцедоном и опалом наблюдается в основании рудных тел, окремненные породы местами рудоносны.
Изменение алевритов формации Чинл, выражающееся в окремнении, выщелачивании железа, преобразовании глинистых минералов и карбонатизации пород, обусловлено единым процессом, сопряженным с рудообразованием, температура которого оценивается интервалом от 100 до 350° С.
П.Ф. Керр и М.Б. Джекобс описали измененные породы в зонах разломов антиклиналей Кейн-Крик и Лисбон-Велли близ Моаб (шт. Юта). К зонам разломов приурочена урановая и медная минерализация и асфальтит. Вдоль зоны разломов Лисбон-Велли в связи с медной минерализацией наблюдается каолинизация, окварцевание и выщелачивание пород. Близ разломов обнаружены массы чистого каолинита мощностью от 15 до 90 м. В неизмененных глинистых сланцах формации Чинл выявлены хлорит, иллит, монтмориллонит и смешанно-слойная гидрослюда-монтмориллонит. В зонах разломов встречены прожилки диккита в ассоциации с прожилками пирита и асфальтита. Местами пористые песчаники на протяжении 15 м от разлома превращены в кварциты. На урановом месторождении Кейн-Крик (уранинит, урановые слюдки, асфальтит) близ разломов ярко выражено выщелачивание и глинистое изменение. В непосредственной близости от разломов антиклиналей Лисбон-Велли и Кейн-Крик глинистые минералы представлены каолинитом и гидрослюдой. Изменению подвержены цемент пород, зерна полевых шпатов и биотита. Изучение глинистых сланцев в районе месторождения Лисбон-Велли показывает, что количество гидрослюды по мере приближения к руде возрастает, и она насыщается ванадием в результате замещения им глинозема в октаэдрических положениях. На урановом месторождении Камерон (Аризона) глинистое изменение в связи с урановой минерализацией выражается в развитии в зонах наибольших нарушений гидрослюд 1 Md и 1 M за счет первичного осадочного каолинита.
Отметим, что в нерудоносных породах формации Шинарамп (залегающей под формацией Чинл) в районе Камерон наблюдается только каолинизация пород. Коричнево-красные неизмененные породы при максимальном изменении становятся белыми. В неизмененных красных песчаниках определены кварц, гематит, каолинит и небольшое количество кальцита. В охристо-желтых и белых измененных породах обнаружены только кварц и каолинит. Другим примером изменения пород вне связи с урановым оруденением может служить замещение каолинитом первичного иллита осадочных пород около кварцевого некка в районе р. Литл (шт. Колорадо) к северо-западу от уранового месторождения Камерон.
Преобразование цемента песчаников, содержащих урановые руды, установлено и в других районах и является, возможно, особенностью большинства первичных урановых месторождений в песчаниках. Природа этого изменения объясняется как результат инфильтрации или деятельности восходящих растворов, но независимо от толкования генезиса преобразования пород оно заслуживает внимания. Е. Харшман отмечает преобразования в цементе песчаников формации Уинд Ривер в Шерли Бейсин (шт. Висконсин) на протяжении 7,5 км минерализованного пояса. Измененный песчаник вблизи рудных тел имеет мощность от 3 до 13 м. Контуры ореола изменения секут слоистость. Преобразование неизмененного серого песчаника заключается в изменении цвета до зеленовато-желтого, в выщелачивании пирита, магнетита, ильменита и кальцита, в превращении алюмомонтмориллонита в нонтронит и в уменьшении прочности породы. Изменение связывается с привносом урана и рассматривается как инфильтрационное.
В районе крупнейшего месторождения урана в США Амброзиа-Лейк выявлен ореол осветления пород вокруг ураноносных асфальтитов с коффинитом. Большинство урановых месторождений этого района имеют стратиграфический контроль, но рудное тело Дорис № 1 в песчанике Пойзон-Каньон формации Моррисон контролируется структурой обрушения, которые в соседнем районе Лагуна называются «песчаниковыми трубками».
По сообщению X.К. Гренджера и Е. Сэнтоса, структура обрушения диаметром около 30 м ограничивается конусообразным сбросом, поверхность которого имеет падение внутрь структуры под углом 70—80°. Рудные тела параллельны кругообразной сбросовой зоне и залегают внутри ее. Окисление охватывает большую часть рудной залежи, но полностью не уничтожило первичного коффинита. X.К. Гренджер изучил изменение рудоносных песчаников формации Моррисон. Преобладающим первичным глинистым минералом красных от дисперсного гематита песчаников Вестуотер-Каньон является монтмориллонит с небольшим количеством каолинита.
Анализы фракций глинистых пород, взятых вкрест простирания пластов первичной руды, установили прямую корреляцию между концентрациями урана, органического углерода, магния и хлорита; увеличение содержания урана и хлорита сопряжено с убылью монтмориллонита в породе, который, вероятно, замещается хлоритом. Около сбросов и там, где песчаник Мориссон имеет до-Дакотскую эрозионную поверхность, монтмориллонит замещен каолинитом.