Геологические условия локализации и минералого-геохимическая характеристика U-Mo-Re Брикетно-Желтухинского месторождения (Подмосковный бассейн)

Актуальность. Рений – редчайший рассеянный элемент в Земной коре (кларк Re ~ 1 мг/т). К началу 90-х годов, после распада СССР, в России не осталось источников добычи этого остродефицитного, стратегически важного металла. Ежегодная его потребность для Российской Федерации составляет 5–10 т Re, которая покрывается его импортом. Современная оценка минерально-сырьевой базы Re на территории Российской Федерации показала, что в России наибольший ресурсный потенциал (3/4 от суммарного) составляют месторождения инфильтрационно-полиметального типа. Потенциал Подмосковной провинции, куда относится изучаемое Брикетно–Желтухинское месторождение, составляет ~80% от ресурсов Re указанного типа (Трач, Бескин, 2011). Такие объекты отвечают, по классификации МАГАТЭ, гидрогенным месторождениям урана песчаникового типа, их палеодолинному подтипу (Южно-Техасскому). На них рений добывается как сопутствующий урану компонент; для извлечения используется метод скважинного подземного выщелачивания (СПВ), который в настоящее время обеспечивает более половины мировой добычи урана (Машковцев и др., 2017). В ходе оценочных работ ИМГРЭ (с участием автора) на Re, Mo и U в Подмосковной провинции (Рязанская область) было впервые в стране разведано и поставлено на баланс (2016г.) месторождение рения. Это гидрогенное U–Mo–Re Брикетно–Желтухинское месторождение. Его рениеносность была впервые установлена ФГУП «Урангео» в 2005 г. Месторождение приурочено к горизонтам углей, залегающих в слабо литифицированных песках (Карась и др., 2017). Оно рассматривается в качестве наиболее перспективного объекта промышленной разработки. Запасы месторождения утверждены ГКЗ и составляют 23 т Re по категории С2. Актуальность данной работы определяет необходимость поиска подобных месторождений рения рентабельных для добычи, что требует уточнения геолого-структурных и литологических факторов рудоконтроля, недостаточно проработанных ранее. Использование аналитической сканирующей электронной микроскопии как основного минералогического метода для изучения рыхлых руд весьма актуально, поскольку выявление форм рудных компонентов принципиально важно, как для технологии извлечения, так и для изучения процессов металлогенеза в месторождениях песчаникового типа. Цель и задачи работы. Основной целью настоящей работы является уточнение факторов локализации U-Mo-Re оруденения Брикетно-Желтухинского месторождения. В рамках проведенного исследования решались следующие задачи: 1) анализ влияния на размещение рудных тел факторов региональных (тектонического) и локальных (геолого-структурного, литологического); 2) изучение геохимических особенностей руд месторождения; 3) уточнение минералого-геохимической зональности по Re, Mo, U, Se в разрезе месторождения; 4) исследование минерального состава руд месторождения; 5) выявление форм нахождения основных компонентов (Re, Mo, U, Se) в рудах; 6) реконструкция последовательности и механизмов рудообразования. Личный вклад соискателя, фактический материал и методы исследования. Материалы, лежащие в основе диссертации, получены автором в процессе оценочных работ на рений и попутные компоненты на Брикетно-Желтухинском U-Mo-Re месторождении (Рязанская область), проведенных ИМГРЭ в 2013–2015 гг. В основе исследований лежат результаты структурно-геологических построений (карт, литолого-геохимических разрезов и т.д.), рудно-минералогических и геохимических исследований 2016–2021 гг., выполненных автором в ИГЕМ РАН. Личный вклад соискателя состоит в непосредственном участии при выполнении работ на всех этапах исследования U-Mo-Re Брикетно-Желтухинского месторождения, а также при составлении отчета с подсчетом запасов Re и попутных компонентов. Автор принимал непосредственное участие в опробовании рудовмещающей песчаной толщи, составлении и оформлении геолого-геохимических колонок скважин, геологической карты и разрезов, плана участка месторождения; при подготовке диссертации автор самостоятельно выполнил 3 новых геологических разреза. Для геохимических исследований использовалась база данных (~2900 проб), собранная при участии автора во время работы в ИМГРЭ в 2013-2016 гг. Основные методы исследования химического состава пород и руд: масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS), рентгено-флуоресцентный (XRF), кинетический (на Re) (ИМГРЭ) и нейтронно-активационный анализы (ИЯИ РАН). Методами рентгенофазового анализа определен минеральный состав богатых рением руд с заметной примесью глинисто-алевритового материала; количественный минералогический анализ выполнен методом Ритвельда (ИГЕМ РАН). Рыхлый характер рудных образцов и высокодисперсные, микронные, размеры собственных рудных фаз обусловили выбор электронной микроскопии главным методом их минералогического изучения (электронный микроскоп JSM-5610, оснащенный энергодисперсионными спектрометрами микроанализа INCA-450, AztecOne) (ИГЕМ РАН). В период 2016-2021 гг. автор, помимо полевых работ, собрал и проанализировал фондовую и опубликованную литературу по геологическому строению изучаемой и сопряженных территорий; проанализировал регионально-тектонические факторы размещения месторождения; провел уточнение фрагментов ряда литологических колонок и геологических разрезов месторождения; выполнил минералогические исследований руд. В ходе картосоставительских работ все геологические материалы (карты, разрезы и т.д.) для Брикетно-Желтухинского месторождения объединены автором в цифровую модель в единой системе координат с использованием современных компьютерных технологий (программные пакеты ArcGIS, Surfer, CorelDraw). Методами математического моделирования в программном пакете Micromine выполнена 3D-модель для участка месторождения, на основании которой были построены разрезы месторождения. Научная новизна: 1. Установлены главные формы рения: а) связанная с органическим детритом; б) минеральная – в виде изоморфного вхождения его в состав молибденита. 2. Установлена ролловая структура рудной залежи с «головной» частью ориентированную на север. 3. Сравнительным геохимическим анализом в рудах месторождения выявлены три группы парагенетических химических элементов: а) сульфидный парагенезис – элементы наиболее тесно связанные с рением; б) редкометально-редкоземельный парагенезис; в) группа элементов карбонатного парагенезиса. 4. Экспериментами по десорбции U, Mo, Re для руд месторождения установлены формы нахождения рудных элементов: Re – более половины его (56%) связано с углистой массой, около 30% – в ионообменной форме (глинистый и органический материал), 13% – слабосвязанная; Mo – в равных долях распределен между органической и минеральной формой; U – в богатых Re участках находится преимущественно в слабосвязанной форме, легко мигрирует с водными растворами (>90%). 5. Установлена минеральная форма молибдена: преимущественно Re-содержащий иордизит (~1.7 мас. % Re), реже кристаллический Re-содержащий молибденит (~1.3 мас. % Re); 6. Впервые в рудах месторождения установлена минеральная форма селена – джаркенит (FeSe2); изучены различные морфологические типы пирита: кристаллы и зернистые массы, фрамбоиды, трубчато-волокнистые псевдоморфозы по ископаемой древесине. Практическая значимость работы. U-Mo-Re Брикетно-Желтухинское месторождение выделяется среди окружающих его рудных объектов Подмосковного буроугольного бассейна необычным, комплексным составом руд с промышленными содержаниями рения >1.0 г/т, что определяет важность исследования данного объекта как перспективного для разработки. Эксперимент по десорбции Re установил, что преобладающая часть рения находится в ионообменной форме и связана с органическим веществом, что расширяет возможности его добычи с помощью метода скважинного подземного выщелачивания (СПВ). На пробах руд опробована неразрушающая методика нейтронно-активационного анализа и доказана ее эффективность для определения повышенных содержаний Re, что особенно актуально в случае образцов с заметным содержанием органического вещества Сорг, учитывая высокую подвижность элемента в лабораторных условиях. Это заключение позволяет рекомендовать применение метода в практике геологоразведочных работ на Re. Апробация работы. Основные результаты работы публиковались на Международных научно-практических конференциях «Рений, вольфрам, молибден-2016» (Москва, Гиредмет, 2016), «Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты» (Новосибирск, 2016); на конференциях молодых ученых и специалистов с международным участием «Геология, поиски и комплексная оценка месторождений твердых полезных ископаемых» (Москва, ВИМС, 2017), «Новое в познании процессов рудообразования» (Москва, 2017, 2019, 2021), а также на Всероссийской конференции, посвященной 120-летию со дня рождения академика А.Г. Бетехтина «Основные проблемы в учении об эндогенных рудных месторождениях: новые горизонты» (Москва, 2017). Материалы опубликованы в трудах конференций «От учебного задания – к научному поиску, от реферата – к открытию» (Абакан, 2018), «Ядро-2020. Физика атомного ядра и элементарных частиц. Ядерно-физические технологии» (Санкт-Петербург, 2020), на 63-ей научной конференции МФТИ (Долгопрудный, 2020) и на V Международном симпозиуме «Уран: геология, ресурсы, производство» (Москва, ВИМС, 2021). Публикации. В рецензируемых изданиях опубликовано 4 статьи; в других изданиях – 4 статьи в материалах конференций, 6 тезисов.