О режимах миграции флюидов при формировании урановых месторождений несогласия в районе Аллигейтор-Риверс (Австралия)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В мировом производстве урана месторождениям несогласия принадлежит в настоящее время около 24%. Основные месторождения несогласия выявлены в урановорудной провинции Атабаска юго-западной части Канадского щита и в урановорудном районе Аллигейтор-Риверс Северо-Австралийского щита. Месторождения локализованы вблизи поверхностей структурно-стратиграфического несогласия в подошве осадочных бассейнов (бассейна Атабаска в Канаде и бассейна Комболджи в Австралии). Однако по ряду геолого-структурных параметров формирования канадским и австралийским месторождениям присущи существенные различия, которые дают основание классифицировать их как подтипы месторождений несогласия. В месторождениях канадского подтипа рудные тела локализуются как над, так и под поверхностью несогласия бассейна Атабаска, а руды месторождений австралийского подтипа локализуются исключительно под поверхностью несогласия в породах фундамента бассейна Комболджи. Статья посвящена реконструкции палеогидродинамических условий формирования австралийских месторождений несогласия. При анализе процессов флюидного массопереноса были последовательно рассмотрены компьютерные модели миграции флюидов для трех сценариев: 1) тепловая конвекция флюидов в зоне разлома с периодической восходящей и нисходящей свободной тепловой конвекцией флюидов в зоне разлома, 2) вынужденноконвективная миграция флюидов при субкритическом значении проницаемости и, соответственно, отсутствии свободной тепловой конвекции в зоне разлома, 3) режим смешанной конвекции с восходящим и нисходящим движением флюидов по зоне разлома. Авторы пришли к заключению, что процесс периодической термоконвективной циркуляции флюидов в зоне разлома не согласуется с представлением об инфильтрационном механизме формирования австралийских месторождений несогласия в зонах разломов в фундаменте бассейна Комболджи. Поэтому было предпринято рассмотрение возможного влияния на палеогидродинамику рудообразующей системы фациальной зональности объединенного водоносного горизонта в подошве кластических отложений субгруппы Комболджи, который играл роль основной трассы миграции урантранспортирующих флюидов. Анализ зонального распределения первичных обстановок осадконакопления и позднейших диагенетических преобразований пород водоносных и водоупорных горизонтов данного бассейна позволил обосновать представление об определяющем воздействии зонального снижения проницаемости пород объединенного водоносного горизонта на структуру циркуляции урантранспортирующих флюидов со сменой их латеральной миграции в подошве осадочных отложений субгруппы Комболджи на нисходящую инфильтрацию по поперечной зоне рудоконтролирующего разлома. Такая структура циркуляции урантранспортирующих флюидов была принята нами как гипотеза палеогидродинамических условий формирования австралийских месторождений несогласия исключительно в породах фундамента бассейна Комболджи. Однако дополнительно проведенные компьютерные расчеты позволили заключить, что тренд направленного изменения проницаемости пород по пути латерального движения урантранспортирующих флюидов является триггерным условием, которое в зависимости от направленности этого тренда может обусловливать как нисходящее, так и восходящее движение флюидов по зоне рудоконтролирующего разлома. В бассейне Комболджи в Австралии направленность этого тренда определялась изменением фациальной обстановки по пути региональной миграции диагенетических флюидов, а в бассейне Атабаска в Канаде определяющее воздействие могли оказывать локальные особенности топографического рельефа поверхности несогласия. Поэтому при альтернативном тренде изменения проницаемости по пути латеральной миграции урантранспортирующих флюидов предлагаемый транспортный механизм формирования австралийских месторождений несогласия мог предположительно вносить вклад также и в формирование как инфильтрационных, так и эксфильтрационных канадских месторождений несогласия, для которых ранее была разработана палеогидродинамическая модель межразломной геотермической конвекции.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Пэк

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: aapek@mail.ru
Россия, 119017, Москва

В. И. Мальковский

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Email: aapek@mail.ru
Россия, 119017, Москва

В. А. Петров

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Email: aapek@mail.ru
Россия, 119017, Москва

Список литературы

  1. Живов В.Л., Бойцов А.В., Шумилин М.В. Уран: геология, добыча, экономика. М.: РИС «ВИМС», 2012. 304 с.
  2. Жидовинов Н.Я., Староверов В.Н. Фациальный анализ: Учебное пособие // Саратов: Издательский центр «Наука», 2008. 200 с.
  3. Крашенинников Г.Ф. Учение о фациях. Учеб. пособие. M., «Высшая школа», 1971. 368 с.
  4. Кузнецов В.Г. Фации и фациальный анализ в нефтегазовой геологии: Учебник для вузов. М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2012. 244 с.
  5. Мальковский В.И., Пэк А.А. Условия развития тепловой конвекции однофазного флюида в вертикальном открытом разломе // Известия РАН. Физика Земли. 2004. Т. 40. № 8. С. 70—78.
  6. Мальковский В.И., Пэк А.А., Скирров Р., Бастраков Е. О режимах миграции флюидов при формировании урановых месторождений несогласия в районе Аллигейтор-Риверс (Австралия) // Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле: Матер. 20-й Междунар. конф. М.: 2019. С. 214—217.
  7. Пэк А.А., Мальковский В.И. Тепловая конвекция как возможный механизм формирования урановых месторождений типа несогласия в бассейне Атабаска (Канада) // Месторождения стратегических металлов: закономерности размещения, источники вещества, условия и механизмы образования: Матер. Всерос. конф. Москва 25—27 ноября. ИГЕМ РАН, 2015. С. 142—143.
  8. Пэк А.А., Мальковский В.И. Роль тепловой конвекции флюидов в формировании урановых месторождений типа несогласия: бассейн Атабаска (Канада) // Геология рудн. месторождений. 2017. Т. 59. № 3. С. 201—219.
  9. Пэк А.А., Мальковский В.И., Петров В.А. О формировании уникально богатых руд урановых месторождений несогласия бассейна Атабаска (Канада): гипотеза многоэтапного телескопированного отложения руд // Геология рудн. месторождений. 2022. Том 64. № 1. С. 73—92.
  10. Тарханов А.В., Бугриева Е.П. Значимость и перспективы геолого-промышленных типов урановых месторождений. М.: ВИМС, 2017. 106 с.
  11. Рединг X.Г. Обстановки осадконакопления и фации: В 2-х т. Т. I: Пер. с англ. под ред. X. Рединга. М.: Мир, 1990. 352 с.
  12. Шатский Н.С. Фации и формации (Грессли и его учение о фациях). Избранные труды. T. IV. М.: Наука, 1965. С. 219—232.
  13. Шумилин М.В. Урановые месторождения “несогласия”. Перспективы открытия в России // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2011. № 5. С. 70—75.
  14. Ahmad M., Hollis J.A. Chapter 5: Pine Creek Orogen: in Ahmad M. and Munson T.J. (compilers). ‘Geology and mineral resources of the Northern Territory’. Northern Territory Geological Survey, Special Publication 5. 2013. P. 5:1—5:133.
  15. Annesley I.R., Madore C., Portella P. Geology and thermotectonic evolution of the western margin of the Trans-Hudson Orogen: evidence from the eastern sub-Athabasca basement, Saskatchewan // Canadian J. Earth Science. 2005. 42. P. 573—597.
  16. Beaufort D., Patrier P., Laverret E., Bruneton P., Mondy J. Clay alteration associated with Proterozoic unconformity-type uranium deposits in the East Alligator Rivers uranium field, Northern Territory, Australia // Econ. Geol. 2005. V. 100. P. 515—536.
  17. Binns R.A., McAndrew, Sun S-S. Origin of uranium mineralization at Jabiluka // Uranium in the Pine Creek geosyncline. Vienna. IAEA, 1980. P. 543—562.
  18. Boiron M.-C., Cathelineau M., Richard A. Fluid flows and metal deposition near basement/cover unconformity: lessons and analogies from Pb–Zn–F–Ba systems for the understanding of Proterozoic U deposits // Geofluids. 2010. V. 10. P. 270—292.
  19. Card C.D. The origins of anomalously graphitic rocks and quartzite ridges in the basement to the southeastern Athabasca Basin // Summary of Investigations 2012, Volume 2, Saskatchewan Geological Survey, Sask. Ministry of the Economy, Misc. Rep. 2012—4.2, Paper A-6. 2012. 15 p.
  20. Card C. Altered pelitic gneisses and associated “Quartzite Ridges” Beneath the Southeastern Athabasca Basin: alteration facies and their relationship to uranium deposits along the Wollaston-Mudjatik Transition // Summary of Investigations 2013, Volume 2, Saskatchewan Geological Survey, Sask. Ministry of the Economy, Misc. Rep. 2013—4.2, Paper A-4., 2014. 23 p.
  21. Cui T., Yang J. and Samson I.M. Tectonic deformation and fluid flow: implications for the formation of unconformity-related uranium deposits // Econ. Geol. 2012. V. 107. P. 147—163.
  22. Derome D., Cuney M., Cathelineau M., Fabre C., Dubessy J., Bruneton P., Hubert A. A detailed fluid inclusion study in silicified breccias from the Kombolgie sandstones (Northern Territory, Australia): Inferences for the genesis of middle-Proterozoic unconformity-type uranium deposits // J. Geochem. Explor. 2003. V. 80. P. 259—275.
  23. Derome D., Cathelineau M., Fabre C., Boiron M.C., Banks D., Lhomme T., Cuney M. Paleo-fluid composition determined from individual fluid inclusions by Raman and LIBS: Application to mid-proterozoic evaporitic Na-Ca brines (Alligator Rivers Uranium Field, northern territories Australia) // Chem. Geol. 2007. V. 237. P. 240—254.
  24. Fayek M., Kyser K. Characterization of multiple fluid events and rare-earth-element mobility associated with formation of unconformity-type uranium deposits in the Athabasca Basin, Saskatchewan // Can. Mineral. 1997. V. 35. P. 627—658.
  25. Ferguson J., Ewers G.R., Donnelly Т.Н. Model for the development of economic uranium mineralization in the Alligator Rivers Uranium Field // Uranium in the Pine Creek geosyncline. Vienna. IAEA, 1980. P. 563—574.
  26. Gaboreau S., Beaufort D., Vieillard P., Patrier P. Aluminum phosphate-sulfate minerals associated with Proterozoic unconformity-type uranium deposits in the East Alligator River uranium field, Northern Territories, Australia // Can. Mineral. 2005. V. 43. P. 83—827.
  27. Geological Classification of Uranium Deposits and Description of Selected Examples // IAEA TECDOC-1842. IAEA, Vienna. 2018. 417 p.
  28. Hiatt E.E., Kyser T.K., Fayek M., Polito P., Hollk G.J., Riciputi L.R. Early quartz cements and evolution of paleohydraulic properties of basal sandstones in three Paleoproterozoic continental basins: Evidence from in situ δ18O analysis of quartz cements // Chem. Geol. 2007. 238. P. 19—37.
  29. Hiatt E.E., Kyser T.K. Sequence stratigraphy, hydrostratigraphy, and mineralizing fluid flow in the Proterozoic Manitou Falls Formation, eastern Athabasca Basin, Saskatchewan // EXTECH IV: Geology and Uranium EXploration TECHnology of the Proterozoic Athabasca Basin, Saskatchewan and Alberta, (ed.) C.W. Jefferson and G. Delaney. Geological Survey of Canada, Bulletin 588. 2007. P. 489—506.
  30. Hiatt E.E., Kyser T.K., Polito P.A., Marlatt J., Pufahp P. The Paleoproterozoic Kombolgie subgroup (1.8 GA), McArthur Basin, Australia: sequence stratigraphy, basin evolution, and unconformity-related uranium deposits following the Great Oxidation Event // Can. Mineral. 2021. V. 59. P. 1049—1083.
  31. Hoeve J., Sibbald T.I.I. On the genesis of Rabbit Lake and other unconformity-type uranium deposits in northern Saskatchewan, Canada // Econ. Geol. 1978. V. 73. № 8. P. 1450—1473
  32. Hoeve J., Sibbald T.I.I., Ramaekers P., Lewry J.F. Athabasca Basin unconformity-type uranium deposits: A special case of sandstone-type deposits? // Uranium in the Pine Creek geosyncline. Vienna. IAEA, 1980. P. 575—594.
  33. Jaireth S., Roach I.C., Bastrakov E., Liu S. Basin-related uranium mineral systems in Australia: A review of critical features // Ore Geol. Rev. 2015. V. 76. P. 360—394.
  34. Jefferson C.W., Thomas D.J., Gandhi S.S., Ramaekers P., Delaney G., Brisbin D., Cutts C., Quirt D., Portella P., Olson R.A. Unconformity-associated uranium deposits of the Athabasca Basin, Saskatchewan and Alberta: Geological Association of Canada Mineral Deposits Division, Special Publication no. 5. 2007. P. 273—305.
  35. Kyser T.K. Fluids, basin analysis and mineral deposits. Geofluids. 2007. V. 7. P. 238—257.
  36. Kyser K., Cuney M. Unconformity-related uranium deposits. Cuney M., Kyser K. (Eds.). Recent and Not-so-recent Development in Uranium Deposits and Implications for Exploration // Short Course Series. Mineralogical Association of Canada, Quebec. 2009. P. 161—219.
  37. Li Z., Bethune K.M., Chi G., Bosman S.A., Card C.D. Topographic features of the sub-Athabasca Group unconformity surface in the southeastern Athabasca Basin and their relationship to uranium ore deposits // Canadian Journal of Earth Science. 2015. 52. P. 903—920.
  38. Li Z., Chi G., Bethune K.M., Eldursi K., Thomas D., Quirt D., Ledru P. Synchronous egress and ingress fluid flow related to compressional reactivation of basement faults: the Phoenix and Gryphon uranium deposits, southeastern Athabasca Basin, Saskatchewan, Canada // Mineral. Deposita. 2018. 53. P. 277—292.
  39. Malkovsky V.I., Pek A.A. Onset of fault-bounded free thermal convection in a fluid-saturated horizontal permeable porous layer // Transport in Porous Media. 2015. 110. P. 25—39.
  40. Needham R.S. Geology of the alligator uranium field, Northern Territory, Australia // BMR Bulletin 224. 1988. 96 p.
  41. Pek A.A., Мalkovsky V.I. Linked thermal convection of the basement and basinal fluids in formation of the unconformity-related uranium deposits in the Athabasca Basin, Saskatchewan, Canada // Geofluids. 2016. V. 16. Is. 5. P. 925—940.
  42. Polito P.A., Kyser T.K., Marlatt J., Alexabdre P., Bajwah Z., Drever G. Significance of alteration assemblages for the origin and evolution of the Proterozoic Nabarlek unconformity-related uranium deposit, Northern Territory, Australia // Econ. Geol. 2004. V. 99. P. 111—139.
  43. Polito P.A., Kyser T.K., Thomas D., Marlatt J., Drever G. Re-evaluation of the petrogenesis of the Proterozoic Jabiluka unconformity-related uranium deposit, Northern Territory, Australia // Mineral. Deposita. 2005. 40. P. 257—288.
  44. Polito P.A., Kyser T.K., Alexandre P., Hiatt E.E., Stanley C.R. Advances in understanding the Kombolgie Subgroup and unconformity-related uranium deposits in the Alligator Rivers Uranium Field and how to explore for them using lithogeochemical principles // Australian J. Earth Sciences: An International Geoscience Journal of the Geological Society of Australia. 2011. 58:5. P. 453—474.
  45. Reipas K. Preliminary Economic Assessment for the Wheeler River Uranium Project, Saskatchewan, Canada // National Instrument 43—101 Technical Report Prepared for Denison Mines Corporation. 2016. 289 p.
  46. Skirrow R.G., Jaireth S., Huston D.L., Bastrakov E.N., Schofield A., van der Wielen S.E., Barnicoat A.C. Uranium mineral systems: Processes, exploration criteria and a new deposit framework. Geoscience Australia Record 2009/20 // 2009. 44 p.
  47. Skirrow R.G., Mercadier J., Armstrong, R., Kuske, T., Deloule E. The Ranger uranium deposit, northern Australia: Timing constraints, regional and ore-related alteration, and genetic implications for unconformity-related mineralization // Ore Geol. Rev. 2016. V. 76. 463—503.
  48. Uranium in the Pine Creek geosyncline. Vienna. IAEA. 1980. 712 p.
  49. Unconformity-related Uranium Deposits. IAEA-TECDOC-1857. IAEA, Vienna. 2018. 295 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Фиг. 1. Схема зональности метасоматических ореолов в месторождениях инфильтрационного и эксфильтрационного типов (по Jefferson et al., 2007).

Скачать (471KB)
Метаданные
3. Фиг. 2. Литостратиграфическая колонка субгруппы Комболджи (по Hiatt et al., 2007).

Скачать (558KB)
Метаданные
4. Фиг. 3. Схема области моделирования.

Скачать (209KB)
Метаданные
5. Фиг. 4. Периодическая структура свободной тепловой конвекции флюидов в зоне разлома. (а) – ориентация векторов термоконвективной циркуляции флюидов вдоль зоны разлома по профильному сечению YZ. (б) – распределение температуры в горизонтальном сечении вдоль подошвы объединенного водоносного горизонта. kb = 1×10–16 м2; ks =1×10–15 м2; kf = 1×10–14 м2; hf = 3 км.

Скачать (440KB)
Метаданные
6. Фиг. 5. Структура термоконвективной циркуляции флюидов в вертикальных сечениях модели XZ в интервалах вдоль оси Y на фиг. 4а c восходящим 3500—5500 м и нисходящим 6000—8000 м движением флюидов вдоль трассы Y = 4500 м (5a) и Y = 7000 м (5b) соответственно. Пояснения в тексте. kb = 1×10–16 м2; ks = 1×10–15 м2; kf = 1×10–14 м2; hf = 3 км.

Скачать (368KB)
Метаданные
7. Фиг. 6. Структура вынужденноконвективного напорного течения флюидов при градиенте гидравлического напора grad p = 2 МПа/10 км. kb = 1×10–16 м2; ks = 1×10–15 м2; kf = 1×10–15 м2; hf = 3 км.

Скачать (205KB)
Метаданные
8. Фиг. 7. Структура циркуляции флюидов в режиме смешанной конвекции в вертикальных сечениях модели XZ c восходящим и нисходящим движением флюидов, как на фиг. 5, вдоль трассы Y = 4500 м (7а) и Y = 7000 м (7б) соответственно. kb = 1×10–16 м2; ks = 1×10–15 м2; kf = 1×10–14 м2; hf = 3 км, grad p = 2 МПа/10 км.

Скачать (448KB)
Метаданные
9. Фиг. 8. Структура циркуляции флюидов в модели палеогидродинамических условий формирования инфильтрационных месторождений несогласия бассейна Комболджи. Пояснения в тексте. kb = 1×10–16 м2;= 1×10–15 м2; = 7 ×10–16 м2; kf = 1×10–14 м2; hf = 3 км; grad p = 2 МПа/10 км.

Скачать (417KB)
Метаданные
10. Фиг. 9. Структура фокусированной эксфильтрации флюидов по зоне рудоконтролирующего разлома. Пояснения в тексте. kb = 1×10–16 м2; = 7 ×10–16 м2; = 1×10–15 м2; kf = 1×10–14 м2; hf = 3 км; grad p = 2 МПа/10 км.

Скачать (394KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».