Уран і торій в різних геологічних процесах.

При інтерпретації даних про радіоактивність порід і для правильної орієнтації пошукових робіт на уран і торій необхо-димо знати їх поведінку в основних процесах утворення гор-ных порід.

Магматичний процес породоутворення. Вміст урану і торія залежить від стадії кристалізації магматичного розплаву, складу магми, типу гірських порід, що утворюються. Концентрація цих елементів в продуктах первинного етапу магматичної кристалізації значно нижча, ніж на головному і, особливо, залишковому етапах. Вона за інших рівних умов вище в породах з високим вмістом кремнезему, калію (уран) і натрію (торій) і з низькою концентрацією лужноземельних елементів.

При кристалізації базальтової магми помітної концентрації урану не відбувається. На ранній (первинною) стадії кристалізації гранітної магми у відновній і лужній обстановках U4+ входить в неуважному вигляді (ізоморфні домішки) в акцесорні мінерали (до 5% урану), частково породообразующие мінерали (5-15%), а також в мікровключення і міжзернову рідину. І якщо торій утворює істотно торієві акцесорні мінерали (монацит, торіаніт, ортит та ін.), то собственныеминералы урану, утворені в магматичному процесі, рідкісні. Утворення таких мінералів (уранинит, бреггерит та ін.) приурочене в основному до залишкового етапу кристалізації, коли леткі компоненти, що виділилися з гранітної магми, утворюють пегматитові жили і дають початок пневматолитическим і гідротермальним процесам.

Гідротермальний процес породоутворення. Гідротермальний процес полягає в перенесенні розчинених речовин нагрітими водами по тріщинах або зонах підвищеної проникності порід (зокрема, уздовж проникних пластів). До гідротермальних родовищ приурочена значна витягувана при сучасному рівні розвитку техніка запаси багатьох кольорових і рідкісних металів, у тому числі і радіоактивних елементів. Генезис цих родовищ до теперішнього часу вивчений недостатньо.

Походження гідротермальних вод різні автори пояснюють по-різному. Одні вважають, що гідротермальні розчини утворюються за рахунок газів і пари води, що виділяється з магми, інші -за рахунок фільтрації вниз і нагріву магмою звичайних під земних вод, наявних в земній корі. Треті висловлюються за сметанне походження вод. Гідротермальні розчини — складні динамічні системи з переважанням аніонів карбонатів, сульфатів, хлоридів і катіонів лужних і лужноземельних елементів. При русі розчинів по тріщинах або проникних зонах їх склад може істотно мінятися за рахунок обміну з вміщуючими породами.

Залежно від глибини освіти, т. е. від фізико-хімічних умов, гідротермальні родовища розрізняють по речовому складу і розділяють на три групи: гипотермальные, мезотермальные і эпитермальные. Провідними елементами гідротермальних жил є S, Fe, Cu, Zn, As, Sb, Se, Ag, Sn, Pb, Co, Ni, Mo, Cd, Ті, W, Au, Hg, Bi, U, F, H. В той же час умови гідротермальних розчинів не сприяють міграції кристаллохимически близьких до урану елементів, таких як Th, Zr, TR, Ti, Nb, Та. Тому відбувається їх просторове відділення від урану. Послідовність кристалізації мінера лов гідротермальних жил співпадає з пониженням енергії кристалічних решіток.

Дуже часто гідротермальні розчини містять уран, і він виявляється у більшості неуранових мінералів (концентрація від 10-5 до п10 -3 %). На окремих ділянках, де виникають умови для випадання урану, утворюються уранові руди з концентрацією до декількох відсотків. На відміну від магматичного процесу тут велика частина урану зосереджена в його власних мінералах (оксиди), рідше міститься в уран-органических з'єднаннях, силікатах і титанатах урану. Частина урану розсіяна серед неуранових мінералів, тільки незначна доля є присутньою у вигляді ізоморфних домішок.

Форми знаходження урану в гідротермальних розчинах вивчена недостатньо. Найбільш вірогідна гіпотеза про перенесення його у вигляді уранил-карбонатных і уранил-силикатных комплексів типу [UO2(CO3)(H 2О) 2]2-, [UO2(CО3) 3]4-, [(UO2OH)(HSiO3)]2-, стійких в розчинах при температурах до 150-250°С. В деяких випадках вважають за можливе перенесення U4+ у формі галоїдних з'єднань UCl4, UF4.

Екзогенні процеси. Екзогенними процесами називають сукупність численних процесів зміни гірських порід і їх мінералів при попаданні в умови земної поверхні, що різко відрізняються від глибинних, в яких породи утворюються. На поверхні Землі з її відносно низькими температурами і тисками, наявністю вільного кисню, вугільної кислоти, рідкої води і тому подібне ці породи виявляються нестійкими і прагнуть перейти в інше, стійкіший стан. Відбуваються інтенсивний процес їх руйнування і перевідкладення, фізико-хімічні зміни породообразующих і супутніх мінералів. Міграція елементів, що відбувається в цих умовах, може призводити до розсіяння рудних елементів або ж, навпаки, до їх концентрації в осадових гірських породах.

При руйнуванні корінних гірських порід поведінка урану і торія різко розходиться. Оскільки у вивержених породах торій є присутнім найчастіше у вигляді ізоморфних домішок в таких хімічно стійких з'єднаннях, як монацит, ортит, циркон, ксенотим, сфен і т. п., при руйнуванні материнських порід велика частина його зберігається в залишкових мінералах кори вивітрювання або ж концентрується в монацитовых, ортитовых і інших розсипах. Утворенню торієвих розсипів сприяють умови тропічного і рідше помірного клімату при яких процеси хімічного вивітрювання переважають над фізичним руйнуванням порід і зменшується вірогідність дроблення і стирання торійвмісних мінералів. Роль води в геохімічній історії торія в зоні гіпергенезу зводиться в основному до його механічної міграції і диференціації.

Поведінка урану при вивітрюванні гірських порід різна для різних його форм. Акцесорні мінерали, що містять у своєму складі деяку частину урану, стійкі до вивітрювання, розсіюються в масі уламкового матеріалу і за сприятливих умов концентруються, утворюючи розсипні родовища. При руйнуванні основних породообразующих мінералів (польові шпати, слюда та ін.) уран, що входить до їх складу, порівняно легко переходить в розчинну форму і переноситься поверхневими і підземними водами. Третя (рухлива) форма урану (легкорозчинні тонкодисперсні і розсіяні в породі оксиди урану, уран, сорбований на поверхні зерен, і т. п.) легко вимивається з гірських порід слабокислими і слаболужними водами. Завдяки високому вмісту цієї форми в гранітах вона грає найбільшу роль в утворенні екзогенних родовищ. Джерелом цієї форми урану можуть служити і деякі відносно високорадіоактивні осадові породи. Іноді частина рухливого урану зв'язується тонкодисперсними продуктами на місці руйнування гірських порід, і утворюються радіоактивні аномалії, що не представляють практичної цінності.

В умовах підвищеного кисневого потенціалу, характерного для більшості екзогенних процесів, чотиривалентний уран переходить в шестивалентну форму і його первинні мінерали утворюють легкорозчинні з'єднання. Розчинність разів особистих власне уранових мінералів різна: найшвидше переходять в розчин уранову чернь, потім настуран, значно важче браннерит, давидит, коффініт. Підвищення вмісту вуглекислоти у водах полегшує вилуговування урану, оскільки сприяє освіті добре розчинних уранил-карбонатных комплексів.

Концентрація урану у водах океанів і відкритих морів (3-10-3 г/л) далека від насичення. Тому уран не може тут безпосередньо випадати в осад. В той же час його зміст в осіданнях вищий, ніж в морській воді що говорить про існування якихось специфічних процесів перекладу урану з воднорастворенной форми в опади. Таких процесів два: перший — сорбція урану осідаючими глинистими частками, фосфатами, оксидами заліза і кремнію. Цей процес в умовах слабо лужних вод відкритих морів і океанів йде відносно в'яло тому вміст урану в їх осіданнях невисоко. Несприятливі умови для такого осадження і в замкнутих частинах (лагунах, затоках), розташованих в аридной зоні, із-за ще більшої лужності вод (рН = 8-9).

Другий процес — диагенез. На ранньому його етапі спостерігається розвиток бактерій в осіданнях, збагачених органічною речовиною, поява надлишку газів СН3 CO2, H2, CH4, H2S і браку кисню. Під їх дією мулові води стають слабо кислими (рН<7), a Eh негативним. Усе це сприяє відновленню урану а також Fe, Мn, Мо, V, Сr та ін. і їх перекладу з мулових вод в осад. Активний обмін мулових і придонних вод забезпечує тривалий приплив урану в опади. Надалі відбувається перерозподіл компонентів осаду, утворення стяжений, конкрецій, лінзовидних прослоев, збагачення разів особистими мінеральними новоутвореннями. Такі родовища називають седиментационно-диагенетическими.