CC BY
60
УДК 553.31:550.42:552.56
РЕДКИЕ И РАДИОАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ЖЕЛЕЗНЫХ РУДАХ ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО ПОЯСА НА ПРИМЕРЕ БАКЧАРСКОГО УЗЛА (ТОМСКАЯ ОБЛАСТЬ)
К.В. Карепина, В.А. Домаренко, Л.П. Рихванов
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Возможности роста мощностей урановой промышленности в наше время остаются крайне ограниченными. В связи с этим был изучен Бакчарский рудный узел на предмет обнаружения минералов урана. Рассмотрены результаты анализов, полученные на электронном микроскопе - были обнаружены собственные минералы редкоземельных и радиоактивных элементов в минералах железа. Повышенные значения, выявленные по геофизическим данным, позволяют надеяться на обнаружение повышенных значений концентрации собственных минералов урана в благоприятных обстановках его осадконакопления.
Ключевые слова:
Бакчарский рудный узел, железные руды, редкие земли, гамма-активность, содержание урана и тория.
Бакчарский железорудный узел, являющийся частью Западно-Сибирского пояса, расположен в Бакчар-ском административном районе Томской области, в междуречье рек Андармы и Иксы, в 120...180 км к запад-северо-западу от Томска.
Оруденение локализуется в трёх горизонтах (снизу вверх) (рис. 1):
1. Верхнемеловые отложения ипатовской свиты
(Kip).
2. Славгородская свита (K2sl).
3. Ганькинская свита (K2-P 1gn).
Мощность железоносной части разреза в пределах Бакчарского месторождения сильно сокращена за счет многочисленных размывов отложений и достигает всего 20.80 м.
Карепина Ксения Васильевна, магистрант кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов ТПУ.
E-mail: [email protected]
Область научных интересов: геология, геохимия, минера-гения.
Домаренко Виктор Алексеевич, канд. геол.-минерал. наук, доцент кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов ТПУ. E-mail:
[email protected] Область научных интересов: минерагения. геолого-
экономическая оценка месторождений полезных ископаемых.
Рихванов Леонид Петрович, д-р геол.-минерал. наук, профессор кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов ТПУ.
E-mail: [email protected]
Область научных интересов: геология, геохимия, минерагения, радиоэкология.
Рис. 1. Схематическая карта Западно-Сибирского железорудного бассейна: 1 - складчатое обрамление; 2 - отложения чехла Западно-Сибирской плиты; 3 - площадь распространения мезозойско-кайнозойских отложений Западно-Сибирского железорудного пояса; 4 - железорудные узлы: а) Бакчарский; б) Колпашевский; в) Парабель-Чузикский; г) Парбигский.
По литолого-петрографическим особенностям выделяют шесть типов руд [1, 2]: 1) плотные гетит-гидрогетитовые с сидеритовым цементом; 2) рыхлые гетит-гидрогетитовые; 3) лептохлоритовые с хлорит-сидеритовым цементом; 4) конгломератовидные лептохлоритовые с крупными оолитами; 5) сидеритовые; 6) глауконитовые с сидеритовым цементом (табл. 1, рис. 2).
Таблица 1. Вещественный состав рыхлых руд Бакчарского узла
Минерал Содержание, %
Проба 1 Проба 2 Проба 3
Кварц 7,2 21,2 18,8
Гидрогётит 67,9 57,3 56,9
Сидерит 0,6 0,2 0,3
Кальцит 0,5 0,4 0,4
Магнезиальный хлорит 0,8 2,1 2,3
Лептохлорит 0,9 0,6 2,4
Полевые шпаты 5,3 3,5 4,6
Серицит 4,2 6,0 5,6
Каолинит 10,6 7,4 7,3
Рутил 0,4 0,3 0,3
Фосфаты, в том числе фосфаты РЗЭ (кулларит) 1,6 1,0 1,1
Рис. 2. Алевропесчаник с дресвяно-крупнопсаммитовой примесью и вторично окисленным гетитом, лептохлоритом и сидеритом
Анализ данных по изучению радиометрической характеристики рудовмещающей толщи и руд выявил следующие особенности: в пределах рудного узла выделяются горизонты с повышенной радиоактивностью. Первый горизонт находится на глубине до 30 м с активностью до 65 мкР/ч (рис. 3, а, б). Он протягивается по всей площади участка и литологически приурочен к серым, серо-голубым глинам с включениями древесных остатков (рис. 3, а).
скв.123 скв. 124 ckb.125ckb.118 «в.121 сга.119 скв.120
м О
-100
-200
і ,
1000 2000 3000 4000 5000м.
а
О 1000 2000 3000 4000 5000 м.
б
Рис. 3. Ореолы повышенной радиоактивности по данным гамма-каротажа скважин
Второй горизонт находится на глубинах от 173 до 230 м (рис. 3, б) и приурочен к рудовмещающим железоносным отложениям.
Анализ вещественного состава рудовмещающих отложений и геохимических особенностей рудоносных отложений убедительно показывает, что повышение радиоактивности связано с наличием редкоземельно-ториевой и урановой минерализации.
Для изученных железных руд характерен весьма широкий и пестрый по составу перечень компонентов. В рудах, по данным инструментального нейтронного активационного анализа, содержатся следующие попутные компоненты: Sc, Сг, Со, Sb, редкие земли и Аи. Концентрации №, Са, Rb, Cs, Ва в них отчетливо понижены, а содержания Sг и Ag не превышают порога чувствительности анализа (табл. 2).
Таблица 2. Микроэлементный состав руд и рудовмещающих пород Западного участка Бакчар-ского месторождения по данным инструментального нейтронно-активационного анализа
Элементы, г/т (%) Железные руды с содержанием Бе более 30 % (среднее из 3 проб) Железосодержащие осадки с содержанием Бе 20...30 %, (среднее из 8 проб) Глауконит, групповая проба Осадочные породы с содержанием Бе 10...20 % (среднее из 9 проб) Осадочные породы с содержанием Бе менее 10 %
Бе, % 36,7...43,6 20...29,2 20,0 14,1.19,5 5,2
Со 6,6...58,2 17,5...39,7 29,6 22,5...30,7 10,9
8с 11,9.24,8 18,9...39,2 21,4 10,2...28,0 13,5
Сг 63,2...398 101,1.444,3 249,3 193,1.. .224,9 276,1
Ає 2.3,1 2,1.13 4,7 0, 8. .4, 3 2,0
8Ъ 1,1...7,4 1,1...8,9 7,2 1,1...2,3 менее 1,1
Ва менее 290 290...663 менее 290 менее 290 менее 290
8г менее 430 430...694 менее 430 430...913 менее 430
ЯЪ 40...723 40...290 менее 40 40...171 129
Сє менее 1,8 8. 3, 4 4,1 ,8 .5, ,8. 3,5
Ьа «О г-*4 36,8...86,4 71,6 7,2...83,3 23,4
Се 86,2...410,5 106...385,9 243,0 56,6...112,4 5,6
8ш 2,1...32,8 10,8...28,3 15,1 1,3.17,6 6,0
№ 28...81,9 28...95,2 менее 28 28...46,2 менее 2,8
ТЪ 1.5,1 3, 7. 5, 9 6,8 1,1...4,7 1,0
Ей 1,2...9,98 2,4...8,7 3,9 2, 9. 5, 7 1,8
Ьи 0,81... 1,1 0,31. ..2,0 0,33 0,61... 1,8 0,88
УЪ ,2 .5, ,4. 2, 5,6...6,9 2,1 2, 4. .6, 5 2,1
Ш 0,5...3,2 ,7 .4, ,8. 3, менее 0,5 ,4 .5, ,5. 0, 2,2
ТИ 0,4.. .11,6 0,4...10,7 11,4 0,4...8,1 менее 0,4
Са, % ,8 .6, ,8. 2, ,4 .9, 3. менее 3 ,2 .9, 3. менее 3
№, % 0,07...0,1 0,1...0,45 0,08 0,01...0,24 0,3
Существенные концентрации урана [3] установлены в слабосцементированных леп-тохлоритовых (2,6 г/т) и рыхлых оолитовых гетит-гидрогетитовых (2,5 г/т) рудах. Наименьшие уровни накопления (1,3 г/т) характерны для плотных оолитовых гетит-гидрогетитовых руд. В лептохлоритовых рудах также относительно повышены концентрации тория (14,2 г/т). Глауконитовые рудные песчаники отличаются пониженными содержаниями тория (8,2 г/т).
В отдельных пробах плотных оолитовых гетит-гидрогетитовых руд и их рыхлых разностях зафиксированы концентрации металла 8,6 и 8,0 г/т, соответственно. В последнем случае вероятно влияние диагенетических и эпигенетических процессов, ведущих к перераспределению элементов. Наибольшие концентрации урана (20 г/т) зафиксированы в плотных оолитовых гетит-гидрогетитовых рудах и их рыхлых окисленных разностях (8 г/т). В последнем случае вероятно влияние эпигенетических процессов, ведущих к перераспределению элемента (ТЫи имеет урановую природу 1,5). В ряде проб радиоактивность имеет ярко выраженную урановую природу при торий-урановом отношении, снижающемся до 0,5 [4].
В породах и рудах относительно повышено содержание тория. Его максимальные содержания достигают 31 г/т в рудном концентрате (проба БК-2), а минимальные - 1 г/т. Торий, по-видимому, концентрируется в редкоземельных фосфатах, которые постоянно отмечаются в рудах (рис. 4), которые развиваются по зонам роста оолитов гётита.
Element AN series Net [wt. %] [norm. wt. %]
[norm. at. %]
Error in %
Carbon 6 K-series 29542 11"45281 12"53975 23"59532 1"450955
Oxygen 8 K-series 92167 40"82632 44"70096 63"1436 4"645545
Aluminium 13 K-series 2430 0Д9531 0;213846 0"179123 0"035969
Silicon 14 K-series 23469 1"296154 1"419166 1"142003 0"081492
Phosphorus 15 K-series 116761 7;144758 7"822835 5"708033 0;302714
Sulfur 16 K-series 1750 0"10548 0"115491 0"081399 0;051482
Calcium 20 K-series 8928 0;568729 0"622704 0"35115 0"043081
Iron 26 K-series 17291 2"275237 2S49117 1s008137 0"090081
Lanthanum 57 L-series 96771 9;413034 10"30638 1"676884 0"353335
Cerium 58 L-series 136871 14s11967 15"4597 2"493546 0"691823
Neodymium 60 L-series 26609 3"099665 3"39384 0"531768 0"347723
Thorium 90 M-series 6527 0;834919 0"914158 0"089039 0"059001
Sum: 91,33209 100 100
Element AN series Net [wt. %] [norm. wt. %] [norm. at. %] Error in %
Carbon 6 K-series 14638 8;619629 9;676036 22;72984 1s17194
Oxygen 8 K-series 24239 24"25091 27"22306 48"00775 3"073147
Silicon 14 K-series 120052 12"1233 13"60911 13s6718 0"543526
Iron 26 K-series 3437 1s287513 1"445308 0;730195 0"067129
Zirconium 40 L-series 185407 42"80089 48"04649 14;86041 1"65204
Sum: 89"08224 100 100
3
5
б
зз
12984 SE MAG: 170 X HV: 20.0 kV WD: 10.0 mm 200 мт 4 4 "
Element AN series Net [wt. %] [norm. wt. %] [norm. at. %] Error in %
Carbon 6 K-series 14841 23,11944 24,71501 58,08143 3,096044
Oxygen 8 K-series 5654 15,38371 16,44541 29,01326 2,381753
Sulfur 16 K-series 37436 4,871612 5,207823 4,584237 0,355666
Iron 26 K-series 7613 2,571567 2,749042 1,389431 0,100827
Lead 82 L-series 21770 47,59779 50,88272 6,931643 1,493825
Sum: 93,54411 100 100
ІННЯН - ' + і Я • / V ‘ '■ 1 ЛД- V ‘
' V ^ -
\ *• • * . *• v|||S \ \ . * ■li I'-iffl і V ‘ л y «} : *
\
1
‘ ' »
Л 'і:
12987 SE MAG: 213 x 4HV: 20.0 kV WD: 10.0 mm 100 pm t
11
Element AN series Net [wt. %] [norm. wt. %] [norm. at. %] Error in %
Carbon 6 K-series 8677 13,89995 12,29402 26,80496 2,04541
Oxygen 8 K-series 19574 41,37051 36,59076 59,89191 5,344863
Aluminium 13 K-series 2174 0,652889 0,577457 0,560471 0,062214
Silicon 14 K-series 23102 4,632866 4,097607 3,82075 0,226996
Phosphorus 15 K-series 4125 0,903075 0,798738 0,675322 0,064738
Calcium 20 K-series 9698 2,711393 2,398131 1,566994 0,11776
Iron 26 K-series 11384 6,054654 5,355128 2,511137 0,197694
Uranium 92 M-series 93502 42,83739 37,88816 4,168445 1,351281
Sum: 113,0627 100 100
12
Рис. 4. Состав микровключений в оолитовых железных рудах Бакчарского проявления по данным электронной микроскопии: 1-3) редкоземельный фосфат - кулларит; 4-6) циркон; 7-9) галенит; 10-12) коффинит
9
При сопоставлении выборок, сгруппированных по классам содержания железа, обращает на себя внимание отчетливое увеличение концентраций мышьяка, сурьмы, скандия, редких земель и тория с ростом содержаний железа. Тогда как уровни накопления золота, тантала, кальция и бария заметно снижаются с ростом концентраций железа. По всей видимости, это объясняется разными механизмами концентрирования этих элементов, что хорошо подтверждается результатами кластерного анализа (рис. 5).
Рис. 5. Дендрограмма корреляционной матрицы выборки железных руд [3]
На дендрограмме корреляционной матрицы видно, что обособляются две ассоциации элементов - Ta, Au, Rb, Cs, №, ^ Ba, Sr, Ca и Sb, Co, &, Th, REE, As, Fe. Характерна тесная связь железа с редкими землями.
Полученные данные позволяют сделать следующие предварительные выводы:
1. Нахождение редкоземельных и радиоактивных элементов в виде включений собственных минералов в минералах железа могут существенно повлиять на выбор технологии обогащения и переработки железных руд Бакчарского рудного узла;
2. Наличие сравнительно повышенных концентраций радиоактивных элементов и собственных минералов урана позволяют надеяться на выявление их повышенных концентраций в обстановках, благоприятных для его концентрирования, что требует дальнейшего изучения [2].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гринёв О.М., Григорьева Е.А., Тюменцева Е.П. Литогеохимическая характеристика основных типов железных руд Бакчарского месторождения // в сб.: Современные проблемы геологии и разведки полезных ископаемых / под ред. А.Ф. Коробейникова. - Томск: Изд-во ТГУ, 2010. - 189 с.
2. Домаренко В.А., Чернев Е.М., Соболев И.С. Возможности обнаружения уранового оруденения гидрогенного типа на востоке Западно-Сибирской плиты // Разведка и охрана недр. -2010. - № 11. - С. 24-32.
3. Ершов В.В., Рихванов Л.П., Пшеничкин А.Я., Арбузов С.И. Уран и торий в рудах Бакчар-ского железорудного месторождения // Известия Томского политехнического университета. - 2012. - Т. 321. - № 1. - С. 97-104.
4. Карепина К.В. Радиогеохимические особенности железоносных отложений ЗападноСибирского пояса на примере Бакчарского пояса (Томская область) // Проблемы геологии и освоения недр: Труды XVI Междунар. симпозиума им. академика М.А. Усова. - Томск, 2012. - С.191-194.
Поступила 23.10.2012 г.
