Месторождение Столбовое тяготеет к ядру Бирюсинского горст-антиклинального внутреннего поднятия в пределах Восточного Саяна [2][3]. В его геологическом строении выделяются два структурных этажа — нижнепротерозойский гранито-гнейсовый фундамент и перекрывающий его субплатформенный осадочный средне-верхнерифейский чехол.
Фундамент образован нижнепротерозойскими гранито-гнейсами саянского комплекса с ксенолитами интенсивно дислоцированных амфибол-биотитовых, кварц-серицитовых сланцев и гнейсов часовенской толщи нижнего протерозоя. Отложения чехла сложены красноцветными терригенно-осадочными породами карагасской серии (шангулежской, тагульской и ипситской свит). Они полого, с резким угловым и стратиграфическим несогласием, залегают на поверхности цоколя. Также в геологическом строении площади принимают участие силлы нерсинского комплекса, залегающие среди песчаников среднего рифея, и более ранние дайки предположительно ангаульского комплекса раннерифейского возраста, относящиеся к породам основного состава. Последние прорывают гранитоиды саянского комплекса и перекрываются отложениями среднего рифея.
Становление гранито-гнейсов саянского комплекса завершилось формированием кремне-калиевых метасоматитов со шлировыми выделениями, обогащенными биотитом и акцессорными ториевыми, редкоземельными, урансодержащими и урановыми минералами: цирконом, монацитом, Th-монацитом, торитом, фергусонитом и уранинитом.
Гидротермальное урановое оруденение локализовано в измененных гнейсо-гранитах и приурочено к линейным крутопадающим прожилково-метасоматическим зонам. Метасоматические изменения карбонат-тонкослюдистого состава, развитые по массе породы со слабой и средней интенсивностью, придают околорудным ореолам характерную светло-желтовато-зеленую (оливковую) окраску. Мелкопятнистое распределение окраски в метасоматитах обусловлено избирательным замещением тонкими светлыми слюдами породообразующего плагиоклаза и биотита. Кварц и калиевый полевой шпат остаются неизмененными. По мере приближения к оруденелым прожилково-метасоматическим зонкам окварцевания интенсивность слюдизации возрастает, придавая породе пятнистую темно-зеленую окраску.
Слюдисто-глинистая минерализация играет ведущую роль в составе трех формационно-генетических типов ураноносных метасоматитов, связанных со средне-низкотемпературными процессами кислотного выщелачивания, — березитов, гидрослюдизитов и аргиллизитов. Им соответствует ряд диоктаэдрических слоистых алюмосиликатов (серициты — гидрослюды — смешаннослойные слюда-смектиты — смектиты), обусловленный долей разбухающих межслоев в слюдах, меняющейся от 0 до 100% от серицитов к смектитам, и отражающий понижение температурных условий минералообразования [1][4]. Ранее диагностика слюдисто-глинистых минералов была возможна только с помощью прецизионных методов, требующих трудоемкой пробоподготовки и тщательного исследования.
Результаты и обсуждениеПоисковые скважины пробурены в пределах сохранившегося осадочного чехла. Верхние части разреза представлены терригенными осадками шангулежской свиты среднерифейского возраста, в значительной степени выдержанными по своему литологическому составу. Среди осадочных пород преобладают слоистые песчаники, имеющие общую тенденцию к увеличению зернистости и возрастанию доли гравийно-галечного материала с глубиной. Цемент пород сложен бесцветными тонкими слюдами. Алевролиты образуют немногочисленные прослои, согласные с общим направлением слоистости. Основные различия в разрезах осадочных пород заключаются в степени их проработки поздней карбонатизацией и гипергенными процессами. Нижние горизонты пород чехла в разных скважинах также различны по степени насыщенности обломками пород фундамента — от почти полного отсутствия до формирования четко выраженного горизонта базальных конгломератов.
Диагностика показала, что в составе цемента терригенных пород чехла из тонкослюдистой минерализации присутствует только фенгит (рис. 2). В кристаллических породах фундамента фенгит фиксируется спорадически, обычно в интервалах неизмененных и слабо измененных пород, и не характерен для зон интенсивной метасоматической проработки.
Рис. 2. В осадочных породах чехла (интервал 0—23,5 м) диагностирован фенгит, являющийся основным компонентом цемента. В гранитах фундамента в интервале 23,5—25,0 м встречены каолинит и монтмориллонит, связанные с процессами корообразования. Скв. 4102, интервал 0—34Условные обозначения к рисункам 2—6. 1—3 — отложения шангулежской свиты (RF2—3šn): 1 — песчаники мелко- до крупнозернистых с прослоями алевролитов и гравелитов; 2 — алевролиты; 3 — песчаники гравелистые. 4 — часовенская толща (KR2čs2). Сланцы биотитовые и амфибол-биотитовые. 5 — рифейские интрузивные образования. Долериты RF1—3. 6—9 — раннепротерозойские интрузивные образования. Саянский комплекс гранодиорит-гранитовый (γKR2s): 6 — граниты лейкократовые, среднекристаллические, массивные; 7 — гнейсы мелкокристаллические; 8 — граниты пегматитовые; 9 — граниты мезо- и меланократовые, крупнокристаллические, гнейсовидные, «очковой» текстуры. 10 — кора выветривания гранитов. 11 — граниты слабовыветрелые. 12 — зоны метасоматически измененных пород. 13 — зоны дробления керна. 14—26 — диаграммы результатов измерения спектров диффузного отражения: 14 — недиагностируемая часть спектра; 15 — фенгит-иллит; 16 — парагонит-иллит; 17 — сидерит; 18 — доломит; 19 — анкерит; 20 — кальцит; 21 — Fe-Mg-хлорит; 22 — Fe-хлорит; 23 — монтмориллонит; 24 — фенгит; 25 — мусковит; 26 — каолинит. 27 — кривые гамма-каротажа.Fig. 2. In the sedimentary rocks of the cover (interval 0—23.5 m) was diagnoses phengite, which is the main component of cement. Kaolinite and montmorillonite associated with the processes of crust formation were found in the basement granites in the range of 23.5—25.0 m. Well №4102, int. 0—34Symbols for Figures 2—6. 1—3 — deposits of the Shangulezh formation (RF2—3shn): 1 — fine- to coarse-grained sandstones with layers of siltstones and gravelites; 2 — siltstones; 3 — gravelly sandstones. 4 — chasovenskaya strata (KR2čs2). Biotite and amphibole-biotite shales. 5 — Riphean intrusive formations. Dolerites RF1—3. 6—9 — early Proterozoic intrusive formations. Sayan granodiorite-granite complex (γKR2s): 6 — leucocratic, medium-crystalline, massive granites; 7 — fine-crystalline gneiss; 8 — pegmatite granites; 9 — meso- and melanocratic granites, large-crystalline, gneiss-like, “spectacled” textures. 10 — granite`s weathering crust. 11 — slightly weathered granites. 12 — zones of metasomatically altered rocks. 13 — crushing zones in drill samples. 14—26 — diagrams of diffuse reflection spectra measurement results: 14 — undiagnosed part of the spectrum; 15 — phengite-illite; 16 — paragonite-illite; 17 — siderite; 18 — dolomite; 19 — ankerite; 20 — calcite; 21 — Fe-Mg-chlorite; 22 — Fe-chlorite; 23 — montmorillonite; 24 — phengite; 25 — muscovite; 26 — kaolinite. 27 — gamma ray logging curves.
https://cdn.elpub.ru/assets/journals/geology/2020/6/2TKxcyvZfnJP0yF4U4gOeZZz6ZEkhEq54Kzj1iWK.jpeg
Использование полевой спектроскопии позволило также установить, что в ряде скважин кора выветривания в гранитах либо отсутствует полностью, либо проявлена весьма незначительно.
Для иллюстрации полученных результатов нами выбраны колонки скважин № 4102, 4113 и 4109. Скважина № 4102 представлена интервалами с рудными пересечениями; №. 4109 пройдена по наименее измененным породам фундамента; №. 4113 имеет дифференцированный разрез, в пределах которого гранитоиды чередуются с измененными сланцами и дайками долеритов.
По результатам исследования разреза породы фундамента в скважине № 4102 характеризуются преобладанием биотитовых среднезернистых гранитов с нечетко выраженной гнейсоватостью. В верхней части разреза, до глубины 100 м, отмечаются реликты мелкозернистых гнейсов мощностью от 2 до 20 м. Изредка встречаются маломощные (до 2 м) тела крупноблоковых кварц-полевошпатовых пород пегматоидной текстуры. Контакты между перечисленными разновидностями, как правило, постепенные. Дайки основного состава имеют разнонаправленную ориентировку — угол пересечения с осью керна составляет от 10° до 75°.
Все породы фундамента в разрезе в разной степени изменены. К числу наиболее характерных изменений относятся: окварцевание, турмалинизация, тонкая слюдизация, карбонатизация и гематитизация. В локальных местах наиболее интенсивных изменений, часто с признаками тектонической проработки, текстурно-структурный облик породы почти полностью затушевывается. По данным гамма-каротажа в скважине установлена серия рудных пересечений мощностью 0,2—1,6 м, в том числе с содержанием урана 0,132%, приуроченное к дайке долерита, и в метасоматически измененных гранитах содержания урана не превышают 0,034%.
Фенгит в породах фундамента развит спорадически, но по всему стволу скважины. Присутствие каолинита, монтмориллонита, гетита обнаружено не только на границе с осадочным чехлом, но и во внутренних зонах среди гранитоидов, где установлены признаки гипергенных процессов в виде линейных кор выветривания, развитых по тектоническим нарушениям. Рудная зона, трассирующая дайку долерита, характеризуется резким увеличением доли сидерита в составе эпигенетической минерализации (рис. 3). При этом хлорит Fe-Mg состава тяготеет к безрудной дайке. Ниже оруденелой дайки, в измененных гранитоидах, среди слюдистой минерализации преобладает калиевая слюда — серицит, наряду с которым в локальном интервале между дайками и вблизи них, диагностировано значительное количество парагонитовой составляющей, указывающей на повышенную натровость состава тонких слюд.
Рис. 3. Резкое увеличение доли Fe-Mg-хлорита в дайке долерита (127,6—128,0 м) и отсутствие его в оруденелой дайке в пределах интервала 100,1—108,9 м. Смена с глубиной доминирующей фенгитовой минеральной фазы на парагонит-иллитовую и далее на мусковитовую (серицитовую). Скв. 4102, интервал 96,1—134,0 мРис. 3. A sharp increase of Fe-Mg chlorite in the dolerite dike (127.6—128.0 m) and its absence in the ore dike within the range of 100.1—108.9 m. The change from the depth of the dominant phengite mineral phase to paragonite-illite and then to muscovite (sericite). Well №4102, int. 96.1—134.0 m
https://cdn.elpub.ru/assets/journals/geology/2020/6/Xo4nUqkobQI3TPsk3Wx2I4oWvaxlbpNFOA73E9Yy.jpeg
В разрезе скважины № 4109 под базальным горизонтом песчаников находятся практически неизмененные лейкократовые граниты. При этом присутствие каолинита, монтмориллонита и гетита иногда фиксируется прибором в крутопадающих зонах дробления, по-видимому, являющихся линейными корами выветривания.
Породы фундамента представлены лейкократовыми биотитсодержащими крупно-среднекристаллическими гранитами, сменяющимися с отметки 205 м мезократовыми гранитами с гнейсовидной и порфировидной «очковой» текстурой. Значительную часть среди них составляют крупноблоковые кварц-полевошпатовые породы пегматоидной текстуры и дайки долеритов, имеющие ориентировку, субперпендикулярную к оси керна.
Наложенная минерализация отличается от таковой в скважине № 4102 меньшим количеством минеральных фаз и незначительной интенсивностью развития. Фенгит отмечается в породах по всему стволу скважины, но, как и повсюду, является лучшим репером для установления границы между чехлом и фундаментом. Развитие фенгита отмечается до глубины 150 м (до 99,7 м в чехле, далее незначительно в фундаменте). Ниже этой отметки фиксируется присутствие в основном мусковита (серицит). Карбонаты появляются в базальном горизонте песчаников и равномерно присутствуют в породах по всему разрезу скважины (рис. 4). Появление хлоритов в разрезе связано с наличием дайки долерита. При этом до отметки 190 м, где изменения выражены лишь хлоритизацией по породообразующему биотиту, диагностирован Fe-хлорит. Ниже по разрезу установлено развитие Fe-Mg хлорита, который является типовым минералом гидротермально-метасоматического преобразования пород. Он, как отмечалось выше, пространственно ассоциирует с дайками и силлами основного состава, сформировавшимися на позднерифейском этапе активизации.
Рис. 4. В нижних горизонтах осадочного чехла в интервале 79,2—99,7 м наблюдается присутствие различных по составу карбонатов. Контакт гранитов фундамента и пород чехла (глубина 99,7 м) четкий. В гранитах отсутствуют признаки дезинтеграции и минеральные фазы, присущие процессам корообразования. Скв. 4109, интервал 76,4—118,6 мРис. 4. In the lower level of the sedimentary sheath in the range of 79.2—99.7 m, the presence of different composition carbonates is observed. The contact of the basement granite and the sedimentary rocks (depth 99.7 m) is clear. In granites there are no signs of disruption and mineral phases inherent in the processes of encrustation. Well №4109, int. 76.4—118.6 m
https://cdn.elpub.ru/assets/journals/geology/2020/6/jPQ6migtSIFVxYwwlcHaWZH7ybhGj6558PDMl2yF.jpeg
Повышенные содержания урана, встреченные в единичных интервалах скважины, не превышают 0,035%. Метасоматическая проработка пород весьма слабая. Четкой связи зон повышенных значений радиоактивности с какой-либо разновидностью пород или изменений в них не отмечено.
В скважине № 4113 с песчаниками чехла контактируют гранитоиды со слабыми признаками поверхностных изменений (лимонитизации), сохранившие текстурно-структурный облик и целостность.
Ниже по разрезу присутствуют каолинит, монтмориллонит, гетит в дезинтегрированных участках пород линейной коры выветривания (рис. 5).
Рис. 5. Развитие каолинита и монтмориллонита маркирует серию швов зоны дробления, проявленной в интервале 84,1—104,9 м в гранитах и сланцах фундамента. Скв. 4113, интервал 78,6—111,4 мFig. 5. The habit of kaolinite and montmorillonite marks a series of seams of the crushed zone, expose in the range of 84.1—104.9 m in granites and slates of the basement. Well №4113, int. 78.6—111.4 m
https://cdn.elpub.ru/assets/journals/geology/2020/6/OGFi1nqGkDY8e03OvdfIH6pTTsrQZAXONNJqEjz4.jpeg
В разрезе отмечается частое чередование крупноблоковых кварц-полевошпатовых пород пегматоидной текстуры, гранитов разного текстурно-структурного облика, в том числе мезократовых «очковых» гранито-гнейсов, и сланцев. Дайки основных пород встречены в нижней части разреза. Визуально слюдистые изменения темно-зеленого и светлого желтовато-зеленого цвета проявлены незначительно и составляют не больше 5—10% объема породы. Породообразующий биотит в гранито-гнейсах большей частью хлоритизирован. По всему стволу скважины в породах встречаются участки тонкодисперсной гематитизации.
По результатам гамма-каротажа выделены единичные интервалы мощностью до 0,3 м с аномальными содержаниями урана не более 0,018%.
Визуально породы в этой скважине проработаны сильнее, чем в предыдущей. По результатам гиперспектроскопии состав минерализации, выявленной в скважине № 4113, аналогичен составу в других скважинах.
В интервалах, сложенных мезократовыми гранито-гнейсами, помимо серицита наблюдается заметное увеличение доли хлорита, обусловленное повышенным содержанием в них биотита (рис. 6). Хлоритизация максимально выражена вблизи дайки долерита и постепенно затухает на удалении от нее. Следует отметить, что в составе интенсивно измененной дайки главным является хлорит Fe-Mg состава.
Рис. 6. Резкое увеличение доли Fe-Mg-хлоритов характерно для дайки основного состава (гл. 139,3—141,9 м). В околодайковом пространстве, в мезократовой породе «очковой» текстуры диагностирован хлорит существенно железистого состава, замещающий породообразующий биотит. Скв. 4113, интервал 120,0—154,6 мFig. 6. A sharp increase in the proportion of Fe-Mg chlorites is a typical for basic dikes (139.3—141.9 m). In the near-dike space, chlorite of a substantially ferruginous composition was diagnosed in the mesocratic “spectacled” texture rock, replacing the rock-forming biotite. Well №4113, int. 120.0—154.6 m
https://cdn.elpub.ru/assets/journals/geology/2020/6/zzzpyp0SgRtr3nA0ehla8Y8uT8W9p0gxcPog2PKp.jpeg
Минералого-петрографическими исследованиями установлено, что оруденение представлено настураном и коффинитом. Как показали гиперспектроскопические исследования, оксидно-урановое оруденение пространственно приурочено к участкам развития серицита и Fe-хлорита, а присутствие в рудных зонах коффинита обычно сопровождается появлением парагонита и Fe-Mg-хлорита (табл. 1).
Таблица 1. Этапы уранового рудообразования: главные минералы урана, синрудные интрузии, околорудные минералы, в том числе диагностированные методом NIR-Vis-SWIR-спектрометрии
| Рудообразующие этапы Минеральные ассоциации и синрудные магматиты | Раннерифейский (RF1) | Средне-позднерифейский (RF2-3) |
| Урановая минерализация и ее абсолютный возраст (млн лет) | Настуран(1350, 1313 ± 23) | Коффинит (≈700) |
| Околорудные минералы, диагностированные методом UV-VIS-NIR-спектрометрии | Серицит, фенгит, сидерит, Fe-хлорит | Парагонит, парагонит-иллит, серицит-иллит, Mg-хлорит, высокожелезистый и Mn-карбонат, кальцит |
| Околорудные минералы, диагностированные визуально и оптическими методами | Халцедоновидный кварц, пирит, радиогенный галенит | Марказит, халькопирит, галенит, сфалерит и флюорит |
| Синрудные интрузии и их абсолютный возраст (млн лет) | Дайки ангаульского комплекса (RF1?) | Силлы нерсинского комплекса (743 ± 47, 758 ± 4) |
Table 1. Stages of uranium ore formation: main uranium minerals, syn-ore intrusions, near-ore minerals, including those diagnosed by NIR-Vis-SWIR spectrometry
| Ore-forming stagesMineral associations and syn-ore magmatic rocks | Early Riphean (RF1) | Middle-Late Riphean (RF2-3) |
| Uranium mineralization, absolute age (million years) | Nasturan(1350, 1313 ± 23) | Coffinite (≈700) |
| Near-ore minerals diagnosed by UV-VIS-NIR spectrometry | Sericite, phengite, siderite, Fe-chlorite | Paragonite, paragonite-illite, sericite-illite, Mg-chlorite, high-iron and Mn-carbonate, calcite |
| Near-ore minerals diagnosed by visual and optical methods | Сhalcedonous quartz, pyrite, radiogenic galena | Marcasite, copper pyrite, galena, sphalerite and fluorite |
| Syn-ore intrusions, absolute age (million years) | Angaulsky complex dykes (RF1?) | Nersinsky complex sills (743 ± 47, 758 ± 4) |
Определение абсолютного возраста урановых минералов показало, что настуран образовался в период 1313 ± 23 млн лет (U-Pb-метод термоионизационной масс-спектрометрии и изотопного разбавления, аналитик В.Н. Голубев, ИГЕМ). Наиболее близкими по времени образования являются дайки долеритов предположительно ангаульского комплекса, прорывающие породы фундамента, но перекрывающиеся породами осадочного чехла. Коффинит имеет более молодой возраст ≈ 700 млн лет (Pb-Pb-термоизохронный метод, аналитик Л.В. Сумин, ВИМС), отвечающий времени внедрения базитов нерсинского комплекса (743 ± 47 млн лет Sm-Nd по Е.В. Склярову и 758 ± 4 млн лет Ar-Ar по Д.П. Гладкочубу) [6][7].
На основании данных, полученных в результате разностороннего изучения вещества с использованием новейшего диагностического метода UV-Vis-SWIR-спектроскопии, можно заключить, что на границе раннего и среднего рифея были образованы околорудные метасоматиты, основным компонентом которых являются тонкие калиевые слюды — серицит и фенгит. Близ одновременно с ними отлагались сидерит, Fe-хлорит, халцедоновидный кварц, пирит. В этих метасоматитах локально проявлена оксидно-урановая минерализация, приуроченная к пиритизированным прожилково-метасоматическим криптокварцевым зонкам.
На позднерифейском этапе активизации в тектонически нарушенных зонах с силикатноурановым оруденением телескопированно происходило образование гидрослюдистых изменений со значительной примесью натровой составляющей, в которых и спектроскопически, и рентгенофазовым анализом диагностированы парагонит, парагонит-иллит. С ними ассоциируют Fe-Mg-, Mg-хлориты и высокожелезистые и Mn-карбонаты. С их отложением в рудных зонах связано частичное разрушение настурана, перераспределение урана и переотложение его в виде коффинита, с которым обычно еще ассоциируют кальцит, халькопирит, сфалерит. На позднерифейский возраст этой минерализации с парагонитовой (Na) составляющей указывает не только ее тесная пространственная связь с коффинитом, но и тот факт, что она на 50—100% замещает долеритовый силл нерсинского комплекса, локализованный в средне-верхнерифейских песчаниках, вскрытый скважиной № 23 на месторождении Столбовое. Внедрение силла сопровождается образованием специфического контактово-метасоматического адинола между двумя близлежащими силлами и в экзоконтакте одного из них. В результате контактового воздействия вмещающие кварцевые песчаники превращены в тонкозернистый альбитит или хлорит (Mg)-альбитовый метасоматит с содержанием Na2O 5—11%. Это, вероятно, является свидетельством того, что долериты нерсинского комплекса характеризуются щелочно-натриевой специализацией.