Пластово-инфильтрационные месторождения

Из пластово-инфильтрационных месторождений важное промышленное значение имеют эпигенетические месторождения, связанные с зонами пластового окисления (ЗПО). Геологию [4,5,22] и петрофизику именно этих месторождений рассмотрим на примере Чу-Сарысуйской урановорудной провинции Южного Казахстана.

Чу-Сарысуйская провинция (рис. 2.19) представляет собой артезианский бассейн, сформировавшийся в крупной депрессионной структуре платформенного типа. Месторождения локализуются в проницаемых терригенных образованиях верхнего мела и палеогена, имеют полихронный неоген-четвертичный возраст оруденения и размещены на фронте региональных зон пластового окисления. Урановые залежи непрерывно прослежены вдоль этих фронтов на десятки километров (рис. 2.19), что обусловило крупные и уникальные масштабы месторождений (более 100 тыс. тонн урана).

Зоны пластового окисления являются важнейшим рудоконтролирующим фактором и основным поисковым критерием месторождений. ЗПО формируются напорными водами в средах с затрудненным водообменном при условии существования необходимого гидростатического давления в пластах, которая обеспечивается разностью гипсометрических уровней в областях питания и разгрузки. Из данных рис. 2.19 можно видеть, что для формирования рудообразующих напорных вод необходимы не только проницаемые горизонты, но и благоприятные условия их залегания – выход к поверхности и перекрытие непроницаемыми породами.

Рудоносные границы пластового окисления представляют собой восстановительный барьер. Он сформировался (на фронте окисления) в результате снижения Eh пластовых вод из-за дефицита кислорода, который расходовался на окисление веществ-восстановителей горных пород – углефицированного растительного вещества, дисульфидов железа и др. На восстановительном барьере отлагается уран, сменивший шестивалентную форму, в которой он мигрировал в окисляющих пластовых водах, на четырехвалентную с низкой подвижностью.

В области выклинивания пластового окисления при воздействии урансодержащих кислородных вод на породы рудовмещающих горизонтов формируется латеральная рудоконтролирующая окислительно-восстановительная зональность. Выделяется три зоны: зона пластового окисления и зона уранового оруденения, резкая граница между которыми соответствуем максимальному градиенту Eh, и горные породы, не затронутые рудообразующим процессом (рис. 2.20).

Уран осаждается преимущественно при отрицательных значениях Еh (+20..-100 мВ) и находится в рудах в форме оксидов (настуран, «урановые черни») и коффинита. Богатые руды размещаются в градиентной зоне, бедные – на границе с неизмененными породами. Следует отметить, со стороны окисленных пород содержание урана значительно ниже фонового рудовмещающих песков, регионально обогащенных ураном (4.9-6.7 г/т). Иными словами, зоны пластового окисления являются одним из источников урана в рудах.

Руды, как правило, комплексные. Наряду с ураном, на восстановительном барьере осаждаются поливалентные переходные элементы, имеющие пониженную подвижность в восстановленных формах (селен, молибден, рений, ванадий), образуя с ураном геохимическую зональность в соответствии с их Eh осаждения.

Оксиды и сульфиды железа, значимые с петрофизической точки зрения, закономерно сменяют друг друга относительно границы окислительно-восстановительного барьера, на которую приходится пик накопления железа (рис. 2.20). Зона урановых руд обогащена эпигенетическим пиритом, повышающим электрическую поляризуемость богатых урановых руд. В зоне полного окисления присутствует антиферромагнетик гематит, обеспечивающий слабо повышенную магнитную восприимчивость окисленных песков и высокие отношения остаточной и индуктивной намагниченностей.

Отмеченные изменения физических свойств пород и руд могут служить их поисковыми признаками. Ограниченность использования этих признаков связана с тем, что само формирование месторождений пластово-инфильтрационного типа предполагает из глубокое залегание. Поэтому разведка и разработка этих месторождений осуществляется с помощью бурения, а в данных геофизических исследований скважин гематитизация и пиритизация пород отражается незначительно. Важными петрофизическими свойствами в этих условиях являются, кроме естественной радиоактивности, фильтрационные свойства горных пород, отражающиеся в данных электрического каротажа, а также коэффициент радиоактивного равновесия между ураном и радием. Вспомним, что естественную радиоактивность горных пород определяет содержание в них элемента уранового ряда - радия с продуктами его распада.

Нарушение радиоактивного равновесия между ураном и радием проявляется, как правило, в экзогенных процессах, что связано с различной миграционной способностью урана и радия в водных растворах, а также с «современностью» этих процессов, в результате чего установление радиоактивного равновесия не успевает за раздельной миграцией урана и радия. Зональное нарушение радиоактивного равновесия между ураном и радием является типоморфным признаком месторождений пластово-инфильтрационного типа, отражающим «современность и непрерывность» разрушения и образования урановых руд на продвигающимся фронте зоны пластового окисления.

Наиболее значительное нарушение равновесия наблюдается на фронте зоны пластового окисления - в окрестности зоны разрушающихся руд (рис. 2.20, 2.21). Это так называемая зона

.

остаточных радиевых ореолов (коэффициент радиоактивного равновесия Крр>1), образованная выщелоченным на фронте окисления ураном. В самом рудном теле среднее значение коэффициента радиоактивного равновесия меньше единицы (0,4-1.4), что указывает на

радиогенное отставание накопления радия за геохимическим накоплением в рудах урана. На внешнем выклинивании урановых руд (на границе с неизмененными породами) формируется диффузионный ореол радия (Крр>1). Нарушение радиоактивного равновесия отражается в различии результатов интерпретации данных гамма-каротажа и каротажа методом мгновенных нейтронов деления.

Если коэффициент радиорадиоактивного равновесия является признаком процесса формирования урановых руд, то знание о фильтрационных свойствах горных пород позволяет ответить на вопросы: где может протекать рудообразующий процесс и могут ли руды отрабатываться высоко технологичным способом подземного выщелачивания?

Месторождения урана локализуются в водопроницаемых породах, перекрытых породами-водоупорами (рис. 2.19, 2.21).

Фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) горных пород отражаются в их электрических параметрах и прослеживаются по данным каротажа кажущегося сопротивления (КС) и потенциалов собственной поляризации (ПС), что можно видеть по данным рис. 2.22.

На месторождениях Чу-Сарысуйской урановорудной провинции (рис. 2.19) по ФЕС выделены три лито-фильтрационных типа (ЛФТ) горных пород. В качестве типоморфных признаков выбраны параметры гранулометрического состава и отношение кажущегося удельного электрического сопротивления (ρ_к) к ρ_к глин, мало зависящее от изменяющихся условий ГИС в скважинах.

Таблица 2.5

Геоэлектрические свойства пород разреза месторождения Чу-Сарысуйской урановорудной провинции

(по Демеховой, Бегун, 2003)

· КС измерена стандартным зондом А 0,45 M 0.1 N

К водопроницаемым породам (ЛФТ-3) относятся мелко- и среднезернистые, разнозернистые и гравийные пески с модальным размером зерна 0,5-0,25 мм и превышением кажущегося сопротивления (КС) пород КС глин в 3-5 раз и более. Значения коэффициентов фильтрации для этих пород превышают 3-4 м/сут. Против проницаемых пород наблюдаются наибольшие аномалии ПС, отсчитанные от линии глин (рис. 2.22, табл.2.5). Непроницаемые породы (ЛФТ-1) имеют в своем составе зерен размером < 0,05мм более 40% и возможное превышение КС по отношению к глинам не более чем в 1,5-2,0 раза.

За пределами зон оруденения показателем фильтрационных свойств пород являются также значения естественной гамма-активности. Глины и другие непроницаемые породы отличаются повышениями показаний ГК в результате высокой сорбционной способности по отношению к радиоактивным элементам высокодисперсных сред. Например, в надрудной части разреза, приведенного на рис. 2.22, участки глинистых пород с отрицательными аномалиями КС и ПС выделяются также повышениями гамма-активности (больше 12 мкР/ч).

На этом же разрезе видно, что в надрудном (480-500 м) и подрудном (214-528 м) интервалах разреза пески повышенно радиоактивны, то есть вокруг рудных тел имеет место ореол рассеяния радия (урана?). По соотношениям показаний КС и ПС, показывающих ФЕС пород, с одной стороны, и ГК, с другой, можно проследить пространственное перераспределение урана в ходе «кислородного выщелачивания» в проницаемых горизонтах.

Для локализации уранового оруденения, кроме проницаемых пород, важно также их взаимоотношение с водоупорами. Из данных рис. 2.19, 2.21 видно, что размещение проницаемых горизонтов среди пород-водоупоров определило локальное, вдоль проницаемого пласта, развитие зоны пластового окисления, без рассеяния окисляющих растворов и без рассеяния урановой минерализации.

Детальное изучение пространственного положения уранового оруденения (по ГК) и ФЕС рудовмещающих пород (по КС и ПС) показывает (рис.2.22, 2.23), что рудные тела размещены не в самых проницаемых участках рудоконтролирующих горизонтов проницаемых пород. Рудные тела как бы окружены положительными аномалиями коэффициента фильтрации, размещаясь между ними (рис. 2.23). Это обстоятельство вполне объяснимо, ведь восстановительный барьер является и в отношении ФЕС противоположностью зоне пластового окисления. Кроме того, отложение рудного вещества происходит в поровом пространстве песков, что приводит к снижению ФЕС рудовмещающих пород.