Уран и Торий в углях Сибири
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ИЗУЧЕННОСТЬ ВОПРОСА 11
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 28
2.1. ОБЩАЯ МЕТОДИКА РАБОТ. ОПРОБОВАНИЕ 28
2.2. МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНО-АНАЛИТИЧЕСКИХ 32 ИССЛЕДОВАНИЙ
2.3. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ 47 ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ 49
УГОЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ И МЕСТОРОЖДЕНИЙ СИБИРИ
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА СРЕДНИХ СОДЕРЖАНИЙ УРАНА И ТОРИЯ В 84
УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ И БАССЕЙНАХ. РАСЧЕТ
РЕГИОНАЛЬНОГО КЛАРКА УРАНА И ТОРИЯ В УГЛЯХ СИБИРИ
ГЛАВА 5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ 100
ЭЛЕМЕНТОВ
5.1 ЛАТЕРАЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ 100
5.2 СТРАТИГРАФИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ 119 ГЛАВА 6. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УРАНА И ТОРИЯ В КОЛОНКЕ УГОЛЬНОГО 128
ПЛАСТА
ГЛАВА 7. ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 154
ГЛАВА 8. УСЛОВИЯ И ФАКТОРЫ, ОБУСЛАВЛИВАЮЩИЕ СОБЕННОСТИ 184
НАКОПЛЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УРАНА И ТОРИЯ В УГЛЯХ
СИБИРИ
ГЛАВА 9. ОЦЕНКА РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ УГЛЕЙ 203
СИБИРИ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 212
ЛИТЕРАТУРА 214
3 ВВЕДЕНИЕ
Уголь с древнейших времен является одним из основных энергетических источников. В Сибирском регионе сосредоточено почти 30% мировых и около 90% общероссийских ресурсов угля (Юзвицкий и др., 1999). Здесь расположены такие уникальные по масштабам угольные бассейны, как Западно-Сибирский, Тунгусский, Ленский, Канско-Ачинский, крупнейший в мире по запасам высококачественных коксующихся углей Кузнецкий бассейн, Горловский антрацитовый бассейн. В регионе известны угли различного возраста и разного марочного состава. Эффективное освоение этого гигантского ресурсного потенциала возможно только на основе их всестороннего изучения. При этом, уголь должен рассматривается не только, как энергетическое сырье, но и как сырье для химических производств, а также для извлечения ценных компонентов. Наряду с изучением ценных компонентов необходима оценка вредных примесей, в том числе и наиболее опасных радиоактивных элементов.
Современная аналитическая база позволяет оценивать угли на ряд компонентов, в том числе и радионуклиды, которые ранее недостаточно изучались из-за ограниченной чувствительности и дороговизны применяемых методов. Широко внедряемый в настоящее время в практику геологоразведочных работ нейтронно-активационный и гамма-спетрометрический анализы позволяют достаточно экспрессно определять большой комплекс редких и радиоактивных элементов с высокой чувствительностью (Арбузов и др., 2000; Арбузов и др., 2003 и др.).
В настоящее время по ряду элементов, в том числе и радиоактивных, достоверно не оценены даже средние их содержания в углях, не говоря уже о закономерностях их накопления и формах нахождения. Для большинства угольных бассейнов и месторождений оценки средних приводятся по незначительному количеству проб без учета степени распространенности углей, их марочного состава, вертикальной и латеральной изменчивости.
4
Вполной мере это можно отнести и к большинству угольных бассейнов Сибири. Возросшие требования к экологической безопасности топливной энергетики в России предопределили необходимость проведения комплексных геохимических исследований в регионе, имеющем такой мощный энергетический потенциал. Такие исследования с разной степенью детальности проведены нами (Арбузов и др., 2000,2003; Ершов, 2000) в основных угольных бассейнах Сибири. В процессе выполнения этих работ были получены новые данные, в том числе и по радиоактивным элементам, которые стали предметом детального рассмотрения данной работы. Актуальность проблемы
Последние несколько десятилетий ознаменовались во всем мире
невиданным ранее по размаху подъемом общественного движения за чистоту
окружающей среды. Это обусловило возросший интерес к экологическим
проблемам топливной энергетики, как к одному из наиболее активных факторов
воздействия на окружающую среду. Особое внимание уделяется тепловым
станциям, работающим на угле. Степень их воздействия определяется не только
технологией сжигания топлива, но в первую очередь особенностями его
микроэлементного состава (Кизелыптейн, 1999, 2002). Однако слабая
информационная база, отсутствие систематических исследований
микроэлементного состава угля в большинстве случаев не позволяют
объективно оценить и спрогнозировать уровень потенциальной экологической
опасности от использования того или иного вида топлива и получаемых в
топочном процессе продуктов горения. Одним из важнейших критериев
качества углепродукции является ее радиоэкологическая безопасность. В связи
с этим возрастает внимание к изучению уровней накопления естественных
радиоактивных элементов в углях. Знание основных закономерностей
накопления и распределения урана и тория в угольных пластах и
месторождениях позволяет прогнозировать радиоэкологические
характеристики товарной продукции, своевременно корректировать ее качество
и определять направление ее экологически безопасного использования. Для
5
решения этой задачи необходимо в первую очередь изучить радиоактивные элементы в угольных пластах в их естественном залегании на стадии, предшествующей разработке месторождения.
В целом накоплено достаточно большое количество информации по этой проблеме, в то же время геохимия углей с околокларковыми содержаниями урана по-прежнему остается слабоизученной областью знаний (Юдович, 1989, 2001). Это обусловлено тем, что ранее прежде всего изучались угли с высокими, до промышленно значимых, концентрациями металла (Юдович, 1989, 2001; Арбузов и др., 2000).
На фоне сравнительно неплохо изученной геохимии урана, особенно в области высоких концентраций, геохимия тория в угле практически не изучена. По данным Я.Э. Юдовича (1985), среднее его содержание оценено приблизительно и составляет в буром и каменном угле 6,3 г/т и 3,5 г/т соответственно.
До сих пор мало надежных и представительных данных о средних содержаниях радиоактивных элементов, изменчивости их распределения, как по латерали, так и по вертикали в пределах отдельных бассейнов, месторождений и конкретных угольных пластов. Слабо изучены формы нахождения радиоактивных металлов и не известны условия их накопления в большинстве угольных бассейнов.
Цель работы
Целью работы является оценка средних содержаний урана и тория в угольных месторождениях и бассейнах Центральной Сибири, изучение латеральной и вертикальной изменчивости их распределения в пределах бассейнов, месторождений и отдельных угольных пластов, а также изучение форм их нахождения.
Основные задачи
Для достижения этой цели предполагалось решить следующие задачи:
1. Оценить средние содержания урана и тория в углях конкретных пластов, свит, месторождений, бассейнов и Сибири в целом.
6
2. Изучить латеральную и вертикальную изменчивость распределения радиоактивных элементов в пределах бассейнов, месторождений и в разрезе отдельных угольных пластов.
3.Исследовать вероятные формы нахождения с использованием метода f-радиографии, изучения группового состава и химической деминерализации угля, анализа плотностных фракций угля, а также изучения связи содержаний радиоактивных металлов в углях и золах углей с зольностью и другими химическими элементами.
4.Выявить условия и факторы, обуславливающие особенности накопления и характер распределения урана и тория в угольных бассейнах, месторождениях, пластах, группах пластов и отдельных участках угольных пластов.
Фактический материал
Фактическим материалом для написания работы послужили данные многолетних геохимических исследований углей и углевмещающих пород Сибири сотрудников кафедры Геоэкологии и геохимии Томского политехнического университета при личном участии автора с 1998 по 2004 гг. Геохимическую основу работы составляют результаты исследований современными методами анализа (ИНАА, МЗН и др.) на U и Th более 3600 проб углей и углевмещающих пород Тунгусского, Горловского, Кузнецкого, Минусинского, Канско-Ачинского, Улугхемского, Иркутского, Западно-Сибирского бассейнов и отдельных месторождений Горного Алтая. Кроме этого, были проведены гамма-спектрометрические и радиометрические съемки отдельных месторождений. Для изучения форм нахождения элементов выполнены радиографические исследования 100 петрографических шлифов методом f-радиографии. Проведено углепетрографическое изучение 50 угольных аншлифов и брикетов, анализ плотностных фракций угля 7 угольных пластов, исследование группового состава угля и химической деминерализации углей различного марочного состава.
7 Научная новизна
Впервые на основании большого объема аналитических данных с высокой степенью достоверности оценены средние содержания урана и тория в углях Западно-Сибирского, Тунгусского, Горловского, Улугхемского, Канско-Ачинского бассейнов и отдельных месторождений Горного Алтая, на основе которых вычислен региональный кларк углей для данного сегмента земной коры.
Впервые, с высокой детальностью изучено распределение урана и тория в колонках угольных пластов, выделены основные типы изменчивости распределения и выявлены факторы, обуславливающие характер поведения этих элементов в угольных пластах месторождений Центральной Сибири.
С использованием метода f-радиографии в комплексе с другими методами установлены формы нахождения урана в углях и выявлены основные механизмы накопления урана и тория в углях Центральной Сибири.
Практическая значимость
Рассчитанные средние содержания урана и тория в основных угольных бассейнах и месторождениях и вычисленные региональные угольные кларки этих элементов могут с успехом использоваться специалистами различного профиля при проведении широкого спектра геологоразведочных и геоэкологических работ.
Установлено, что большинство изученных углей Сибири являются радиоэкологически безопасными. В отдельных месторождениях выявлены и детально изучены угольные пласты и участки пластов, содержащие повышенные, а в некоторых случаях аномальные концентрации радиоактивных элементов, которые могут представлять опасность по радиоэкологическому фактору.
Изучение форм нахождения радиоактивных элементов позволяет достаточно уверенно предполагать, что при сжигании углей значительная доля урана и тория переходит в газовую фазу, а значит, вопрос прогноза валовой эмиссии этих элементов в окружающую среду при промышленном сясигании
8 углей требует специального изучения.
Полученные наработки при изучении радиоактивных элементов позволят в дальнейшем оптимизировать процессы опробования при геологоразведочных работах и на основании геохимических данных проводить корреляцию не только отдельных угольных пластов, но и крупных осадочных толщ.
Апробация работы и публикации
Основные положения и отдельные материалы диссертации докладывались и обсуждались на III Международном научном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых имени академика М. А. Усова в рамках Российской научно-социальной программы для молодежи и школьников «Шаг в будущее», посвященном 100-летию со дня рождения академика К.И. Сатпаева (г. Томск, ТПУ, 1999 г.), Международной научно-технической конференции «Горно-геологическое образование в Сибири. 100 лет на службе науке и производству» (г. Томск, 2001 г.), II Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде», (Казахстан, г. Семипалатинск, СГУ им. Шакарима, 2002 г.), Научной конференции, посвященной 125-летию основания Томского государственного университета и 70-летию образования геолого-географического факультета (г. Томск, ТГУ, 2003 г.), VII Международном научном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых имени академика М.А. Усова, посвященном 140-летию со дня рождения В.А. Обручева (г. Томск, ТПУ, 2003). Материалы диссертации неоднократно обсуждались на семинарах кафедры Геоэкологии и геохимии Томского политехнического университета.
Основное содержание работы изложено в 12 публикациях и материалах 4 научно-производственных отчетов по хоздоговорным и госбюджетным темам.
Защищаемые положения
1. Региональный кларк для углей Центральной Сибири, рассчитанный,
9
как средневзвешенное с учетом мощностей, на основании большого массива данных, полученных с использованием высокопрецизионных количественных методов анализа, составляет для урана 2,5 ±0,19 г/т (коэффициент вариации 138%) и 2,9 ±0,1 г/т, (коэффициент вариации 92%) для тория, величина торий-уранового отношения 1,2.
2. Для урана и тория проявлена латеральная и вертикальная изменчивость распределения как в пределах бассейнов и месторождений, так и в колонках отдельных угольных пластов. Установлено шесть основных пространственных типов распределения радиоактивных элементов в колонке угольного пласта: 1 — равномерное распределение с обогащением прикровельной и припочвенной зоны, 2 — неравномерное распределение с максимальными содержаниями, приуроченными к пачкам зольных углей и породным прослоям, 3 -неравномерное распределение, обусловленное локальными аномалиями урана, 4 -монотонное нарастание или убывание содержания вне связи с зольностью, 5 — равномерное или волнообразное распределение с обеднением прикровельной и припочвенной зон, 6 -смешанное.
3. Исследование форм нахождения методом f-радиографии в комплексе с другими методами, показало, что уран в углях находится как в концентрированном, так и рассеянном состоянии. Основным его концентратором в низко- среднезольных углях с околокларковыми содержаниями является органическое вещество, на долю которого приходится от 12 до 96% урана. В этом случае минеральная форма в составе тяжелых урансодержащих кластогенных акцессориев и собственных урановых минералов в большинстве случаев имеет подчиненное значение.
Исследование корреляционных связей и регрессионный анализ, а также исследование плотностных фракций угля, изучение группового состава и продуктов химической деминерализации угля показали, что торий, как и уран в изученных углях Центральной Сибири, накапливался на ранних стадиях углеобразовательного процесса как на органическом веществе за счет его связи
10
с гумусовыми кислотами (от 10 до 96%), так и в минеральной форме. Основными минералами-концентраторами тория в каменных углях являются преимущественно фосфаты редких земель и циркон.
4. Основными факторами, определяющими уровни накопления и характер распределения урана и тория в углях Центральной Сибири, являются: факторы петрофонда, синхронного вулканизма, метаморфизма, зольности, гипергенеза, фациальный фактор и мощность угольного пласта. Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, 9 глав и заключения, списка литературы из 206 наименований, общим объемом 227 страниц. Работа содержит 41 таблицу и 84 иллюстрации. Благодарности.
Автор работы выражает глубокую признательность профессору, д.г.м.н. Л.П. Рихванову и к.г.-м.н. СИ. Арбузову за научное руководство данной работой на разных этапах ее подготовки.
При подготовке работы автор пользовался полезными советами и помощью коллег-сотрудников Томского политехнического университета: к.г.м.н., доцентов В.В. Ершова, Е.Г. Язикова, А.А. Поцелуева, В.А. Домаренко, И.С. Соболева, д.х.н. К. И. Голосенко, А.Ю. Шатилова, с.н.с. В.Д. Волостнова, к.х.н. Н.А. Осиповой, к.б.н. Н.В. Барановской, Г.А. Бабченко, B.C. Барановского, В.Ю. Берчука, Р.Ю. Гаврилова и других сотрудников, которым он выражает свою искреннюю благодарность. Автор благодарен за консультации д.г.м.н Я.Э. Юдовичу, к.г.м.н И.Ю. Яковлеву, а также за поддержку и помощь в проведении полевых работ специалистам угедобывающих предприятий и других организаций: Н.П. Ромашихиной, В.М. Соболенко и В.В. Шепелеву; сотрудникам ядерно-геохимической лаборатории Центра геохимии РЗЭ ЗАО «СИБПЛАЗ» В.М. Левицкому и А.Ф. Судыко, за выполнение большого объема аналитических исследований на базе исследовательского ядерного реактора НИИ ЯФ при Томском политехническом университете; СТ. Маслову, B.C. Архипову за проведенные исследования и озоление угля.
11
ГЛАВА 1. ИЗУЧЕННОСТЬ ВОПРОСА
Вопросы геохимии углей и, в частности, исследования посвященные радиоактивным элементам в углях, изложены в значительном количестве работ (Bregei-идр. 1955,1974; Davidson, 1954; Лопаткина, 1967; Манская, Дроздова, 1964; Островская, 1970,1972; Юдович, 1989, Юдович, Кетрис,2001; Ртке1тап, 1990; Кизелыптейн, 1995, Рихванов и др., 1996; Ершов и др. 1999; Арбузов и др., 2000, 2003, и др.).
Ретроспективный анализ работ по изучению радиоактивных элементов в углях, а в частности урана уже был изложен в работах Я.Э. Юдовича (1989), Я.Э. Юдовича и М.П. Кетрис (2002), Л.П. Рихванова (1996), СИ. Арбузова и др. (2000).
Первые сведения об урановой минерализации в угольном месторождении Олд-Лейден (США), полученные еще в 1875 году (Berthoud, 1875), говорят о достаточно длительном периоде изучения радиоактивных элементов в углях.
Однако, с этого момента и до начала, так называемого, уранового бума известно только пять работ, касающихся радиоактивных элементов в углях. Две из них посвящены изучению радиоактивности в каменных углях Сибири. Это отчет, опубликованный в 1930 г. в котором приводятся сведения о радиоактивности пород угленосной свиты Аскизско-Абаканской мульды (Минусинский угольный бассейн) (Лабазин, 1930) и исследования радиоактивности каменных углей Кузнецкого бассейна (Бурксер, 1934). Эти работы по радиоактивным элементам в углях явились первыми не только в Сибири, но и в СССР.
Активное изучение радиоактивных элементов в углях началось с середины 1940-х годов. В 1945 году впервые была обнаружена повышенная радиоактивность бурых углей в штате Вайоминг, а спустя три года-залежи ураноносных лигнитов Форт Юнион в штате Северная Дакота.
В 1954 году в Каве-Хиллс, северо-западная часть Южной Дакоты, были обнаружены маломощные лигниты с содержанием урана 0,3-5%. Однако в
12
процессе получения урана из таких высокорадиоактивных многозольных углей возникали проблемы с поиском метода извлечения и способов экономичной разработки маломощных пластов и процесса сжигания трудно горящих лигнитов для получения богатой этим элементом золы (Хейнрих, 1962).
Эти открытия привели к развертыванию работ Геологической службы США с последующим выявлением новых месторождений радиоактивных лигнитов.
Примерно в это же время с 1954-1958 гг. на территории Соединенных Штатов открывается масса урансодержащих углей и углистых сланцев в штатах Дакота, Восточная Монтана, Вайоминг, Айдахо, Нью-Мексико, Невада, Колорадо (Breger LA., 1955, Kings J.W., 1955, DensonN.M. Gill J.R., 1956, Vine J.D., 1956 и т.д.).
Кроме США, месторождения радиоактивных углей были открыты и на территории Европы (Davidson C.F., PonsfordD.RA., 1954). Так, в горах Мишек, Венгрия, был обнаружен бурый уголь с содержаниями урана около 0,01% (Foldvari A., 1952). Позднее, в 1954 году открыты другие участки радиоактивного угля в Венгрии (Szalay А., 1954). Кроме этого, бурые угли с высокими концентрациями урана обнаружены на территории Словении, Югославии (Ristic M., 1956) и бавшем СССР.
Исследователи этих лет (Szalay А., 1954, Breger I.A., 1955, Kings J.W., 1955, Denson N.M. Gill J.R., 1956, Vine J.D., 1956 и другие) поддерживали гипотезу о происхождении аномальных концентраций урана в некоторых углях путем привноса и осаждения, главным образом, из подземных вод после угаефикации, т.е. уран в данном случае является эпигенетическим.
К таким же выводам приходит З.А. Некрасова (1957). По ее мнению урановое оруденение является результатом ассимиляции урана из подземных вод уже сформировавшимися пластами угля и не связано с процессами торфообразования.
По данным Дж. Вайна и др.(1959) только непереотложенное гумусовое вещество и извлеченные из него переотложенные продукты обычно
13
ассоциируют с урановыми соединениями в месторождениях. То есть, именно гумусовый тип углистого вещества в лигнитах обуславливает их значительную способность аккумулировать и удерживать уран.
На связь урана с органическим веществом неоднократно обращал внимание в своих работах В.И. Вернадский, что впоследствии было подтверждено многими исследователями.
Проводимые А. Салаи с 1949 года исследования различных угольных формаций Задунайской части Венгрии на предмет накопления в них урана и последующие опыты показали, что лигниты, торф и подобные им разложившиеся и окаменелые растительные остатки быстро адсорбируют уран из сильно разбавленных водных растворов с рН порядка 3-7. Им были установлены следующие закономерности:
— обогащение ураном осадочных пород, содержащих окаменевшие остатки растений, обусловлено наличием в них гуминовой кислоты, которая фиксирует уран из сильно разбавленных растворов в естественных водах. Эта фиксация является обратимым процессом катионного обмена;
— при соответствующих условиях в естественных водоемах земного шара устанавливается равновесие катионного обмена между концентрацией урана в воде и в гумусе;
— содержание гуминовых кислот в отложениях естественных вод, по-видимому, имеет геохимическое значение для миграции тяжелых поливалентных катионов, так как эти катионы фиксируются посредствам катионо — обменного процесса в гумусе с высоким фактором обогащения даже из сильно разбавленных растворов (Салаи, 1959).
Связь урана с гуминовыми кислотами подтверждают исследования СМ. Манской (1964). С целью изучения условий образования гуматов уранила, исходя из представлений о гуминовых кислотах как о веществах способных образовывать нерастворимые соединения с металлом в зависимости от рН раствора, к щелочной вытяжке гуминовых кислот из торфа были добавлены растворы сернокислого уранила с содержанием U 0,0001 г/мл; после этого в
14
отдельных пробах устанавливалось соответствующее значение рН. При этом происходила коагуляция гуминовых кислот и образование уранила. Оптимальное образование гуматов уранила из щелочных вытяжек торфа находится в узкой зоне рН от 4 до 5. Подобные опыты поставленные этими же исследователями с растворами фульвокислот, показали, что уран также связывается с фульвокислотами, но его максимум поглощения приходится при рН 7-7,5.
Кроме этого, имеются наблюдения, что не только гуминовые кислоты, но и меланоиды, а также органические соединения более простого состава могут извлекать уран из растворов.
Обобщая материалы о геохимии органического вещества, СИ. Манская (1964) отметила, что накопление урана в углистых материалах большинство исследователей связавают с эпигенетическими процессами, но имеющиеся данные о концентрациях урана в торфах и илах позволяют также предположить возможность накопления урана в процессе образования осадков.
В этом же году П.Ф. Андреев и А.П. Чумаченко предложили схему процесса восстановления урана органическими веществами растительного происхождения. Уран VI вступая в контакт с активными группами органического вещества, переходит из раствора в твердую фазу, давая соответствующие внутрикомплексные или солеобразные соединения (Андреев, Чумаченко, 1964). Находясь в составе уран-органического комплекса, шестивалентный уран восстанавливается до четырехвалентного, окисляя органическое вещество с образованием новых активных групп. В результате равновесие все время сдвигается в сторону извлечения новых количеств солей урана VI из водного раствора и переходу его через стадию уран-органических соединений типа комплексов или солей в состояние урана IV в виде нерастворимых черней. Последние накапливаются в наиболее активных местах
частицы органического вещества. Процесс идет до тех пор, пока не
f израсходуется органическое вещество или не прекратится поступление п ции
раствора уран VI.
15
В свою очередь опыты А.В. Коченова и др. (1965) показали, что уран из окрашенных органическим веществом вод при природных значениях рН очень слабо сорбируется на активированном угле и гуминовых кислотах. Они определили, что лишь с отрицательными значениями Eh в диапазоне -50-100 мВ допускается возможность восстановления урана. По их мнению фиксация урана торфом в природных условиях, помимо сорбции, должна включать также восстановление урана. Только совокупность этих процессов обеспечивает наиболее прочную связь урана с органическим веществом.
Эти же выводы находят свое подтверждение в последующих работах А.В. Коченова и др. (1977) посвященных условиям осаждения урана из водных растворов. Изучение угля после осаждения урана, проводившееся под электронным микроскопом, показало многочисленные выделения на его поверхности минералов урана (IV), микродифракционная картина которых соответствовала кубическому окислу урана из группы уранинита. Позднее А.В. Коченов и др. (1981) еще раз подчеркнули самопроизвольность накопления урана в органическом веществе. Они утверждают, что выделение свободной минеральной фазы происходит практически одновременно с сорбцией. При этом минералообразование не требует метаморфизма сорбента с потерей им сорбционной способности или резкой смены щелочно-кислотнных условий. По их мнению при наличии высоких концентраций гумусового органического вещества уран фиксируется из раствора хемосорбционным путем, но затем восстанавливается и частично кристаллизуется в виде кубических оксидов, а также коломорфных выделений вокруг пирита.
Изучением условий накопления урана в органическом веществе на протяжении многих лет занималась А.П. Лопаткина. Ее исследования показали, что в водах гуминовых областей значительная часть урана находится в неустойчивом состоянии и может быть осаждена торфом. При этом, проходя сквозь торф, грунтовые воды теряют от 8 до 88 % урана, в диапазоне рН 6-7,2 уран практически полностью осаждается на торфе, с увеличением рН до 7,8 количество сорбируемого урана снижается до 50 %, а при рН 8,3 уран устойчив
16
в воде и на торф не осаждается. Кроме этого, выявилась четкая зависимость концентрации урана в торфах от величины общей минерализации вод. Заключается она в том, что при прочих равных условиях из вод с одинаковыми содержаниями урана в торфах накапливается урана тем меньше, чем больше оказывается минерализация вод.
Последующие исследования А.П. Лопаткиной и др. по особенностям накопления урана живыми и отмирающими растениями подтвердили ранее существовавшие представления о том, что низшие растения мхи, водоросли, а также микроорганизмы накапливают уран энергичней, чем высокоорганизованные растения. Кроме этого, А.П. Лопаткина и др. (1970) отмечают, что аккумуляция урана начинается только в результате контакта отмершего растения с водой. Это подтверждают исследования условий накопления урана недавно отмершими растениями. Они показали, что содержание урана в живой хвое в несколько раз ниже концентраций урана в отмершей хвое, пролежавшей 1-2 года в моховой подушке мочежины.
Подводя итог на данном этапе развития радиогеохимии необходимо отметить, что на происхождение повышенных концентраций урана в углях нет единой точки зрения. Основная масса исследователей считают, что накопление урана связанно только с эпигенетическими процессами (Szalay A.,Vine J.D., А.И. Брегер, З.А.Некрасова и др.). В некоторых случаях рассматривается участие и эндогенной составляющей, связанной с проявлениями магматизма и флюидов (Г.Я. Островская и др.). Другие в свою очередь предлагают полигенный характер концентрации (М.Н. Алытаузен, А.А. Ковалев). М.Н. Альтгаузен, например, ураноносные угли разделяет на три подтипа, два из которых относит к сингенетическим образованиям, а месторождения третьего подтипа к седеминтационным концентрациям, претерпевшим последующие гипергенные перераспределения.
Существует и третья точка зрения, в которой первостепенную роль в накоплении урана играют сингенетические процессы. В подтверждение этому также имеются опытные доказательства представленные в работах СМ.
17 Манской, А.П. Лопаткиной и др.
Экспериментальные исследования показали, что распределение урана в углях разных месторождений является неоднозначным (Юровский, 1968). В некоторых углях максимальное содержание урана характерно для фракций наиболее высокой плотности. По мере снижения плотности выделяемых фракций содержание урана в них падает, достигая минимальной величины в конечной фракции данного ряда. В углях других месторождений наблюдается иное распределение урана. При их разделении в тяжелых жидкостях максимальная концентрация приурочена к наиболее легкой фракции. С возрастанием плотности продукты разделения содержат урана меньше.
Необходимо отметить, что большинство исследований этого периода посвящены повышенным или рудным концентрациям урана и практически не рассматриваются кларковые его содержания. На этом этапе исследований, как правило отсутствуют сведения о тории, а тем более об индикаторном отношении тория к урану.
Первые упоминания о кларковой радиоактивности углей появились в работах начала 70-х годов (А.А. Гипш 1970,1971).
Изучая естественную радиоактивность и зольность углей Воркутинского месторождения А.А. Гипш и ГГ. Капатурин (1970) пришли к выводу, что между гамма-активностью и зольностью углей существует линейная корреляционная зависимость, а радиоактивные элементы содержатся главным образом в минеральной части угля.
Последующие исследования А.А. Гипш и др. (1971) выявили, что не все терригенные частицы являются носителями радиоактивности. Содержание радиоактивных элементов в угле контролируется только частью терригенных компонентов золы — глинистыми минералами. Установлена положительная прямолинейная связь между содержаниями глинистой примеси в углях и радиоактивностью последних.
Одна из первых попыток оценки средних содержаний урана и тория в углях континентов была сделана А.А. Смысловым (1974).
Волостнов Александр Валерьевич. Уран и торий в углях Центральной Сибири: Дис.… канд. геол.-минерал. наук: 25.00.09: Томск, 2004 227 c. РГБ ОД, 61:04-4/147