georesГеоресурсыGeoresources1608-50431608-5078Georesursy LLC10.18599/grs.2024.1.3geores-227Research ArticleСТАТЬИRESEARCH ARTICLESУран и редкоземельные элементы в диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна (Кайболово-Гостилицкая площадь)Uranium and Rare-Earth Elements in Dictyonema Shale of the Baltic Sedimentary Basin (Kaibolovo-Gostilitsy Area)ВяловВ. И.VyalovV. I.

Владимир Ильич Вялов – доктор геол.-минерал. наук, главный научный сотрудник

199106, Санкт-Петербург, Средний пр. В.О., д. 74

Vladimir I. Vyalov – Dr. Sci. (Geology and Mineralogy), Chief Researcher

74, Sredny pr., Saint Petersburg, 199106

vi_vialov@mail.ruДюТ. А.DyuT. A.

Тимур Александрович Дю – аспирант, кафедра месторождений полезных ископаемых

344006, Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, д. 105/42

Timur A. Dyu – Postgraduate Student

105/42, B. Sadovaya str., Rostov-on-Don, 344006

Dyu.timur94@gmail.comШишовЕ. П.ShishovE. P.

Евгений Павлович Шишов – ведущий инженер

199106, Санкт-Петербург, Средний пр. В.О., д. 74

Evgeny P. Shishov – Leading Engineer

74, Sredny pr., Saint Petersburg, 199106

Evgeny_Shishov@vsegei.ruВсероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. КарпинскогоРоссияA.P. Karpinsky Russian Geological Research InstituteRussian FederationЮжный федеральный университетРоссияSouthern Federal UniversityRussian Federation202405062024261319Copyright © Вялов В.И., Дю Т.А., Шишов Е.П., 20242024Вялов В.И., Дю Т.А., Шишов Е.П.Vyalov V.I., Dyu T.A., Shishov E.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.geors.ru/jour/article/view/227

В работе представлены результаты многолетних исследований диктионемовых сланцев (ДС) Прибалтийского бассейна (Ленинградская обл., Кайболово-Гостилицкая поисковая площадь) на уран и редкоземельные элементы (РЗЭ) – в качестве перспективного нетрадиционного источника дефицитного стратегического сырья для энергетики и целого ряда важнейших отраслей промышленности. Приведены новые данные по вещественно-петрографическому составу и металлоносности ДС, актуализированы и дополнены сведения по особенностям уранового оруденения ДС. Детализированы особенности распространения урана в пласте ДС по площади и в разрезе по профилям скважин. Впервые представлены данные по концентрациям РЗЭ в ДС, полученные на большом аналитическом материале (672 проб). Отмечены особенности распределения РЗЭ по площади поискового участка и в разрезе осадочной толщи по профилям скважин. Проведено дополнительное изучение минеральных примесей ДС по новой методике площадного сканирования препаратов электронно-зондовым микроанализатором с применением программного модуля Feature. Уточнены корреляционные связи между концентрациями урана и РЗЭ с другими микро- и макроэлементами, в том числе изучены связи урана и РЗЭ с Сорг, описаны разнообразные формы нахождения урана и РЗЭ в ДС, показана роль органического вещества в их концентрации, детализированы условия формирования уранового и редкоземельного оруденения в черных сланцах. Оценено содержание урана в ДС в пределах отдельных участков Кайболово-Гостилицкой площади, уточнена стоимостная оценка возможных извлекаемых промышленных запасов потенциального рудного сырья изученных остродефицитных металлов. Обосновано положение о том, что минерально-сырьевая база урана и РЗЭ в России может быть значительно увеличена за счет их наличия в ДС Прибалтийского осадочного палеобассейна в условиях развитой инфраструктуры средней полосы Российской Федерации.

The article presents the results of the study of dictyonema shales of the Baltic basin (Leningrad Oblast, Kaibolovo-Gostilitsy prospecting area) for uranium (updated data on uranium mineralization of dictyonema shales) and rare earth elements (for the first time – as a new promising raw material source). At the same time, updated author’s data on the total metalliferous content of dictyonema shales was made In relation to uranium, its average content in dictyonema shales has been clarified, the distribution of uranium in the section of sedimentary strata according to new well profiles has been given, and the features of its distribution have been clarified, in comparison with earlier authors’ publications on this object of research. For rare earth elements in dictyonema shales, the results on their concentrations on a much larger analytical material are presented (670 samples, instead of 88, data on which were published earlier). For the first time, the features of the distribution of rare earth elements over the prospecting area and in the section of sedimentary strata along the profiles of wells are illustrated. New data on the petrographic composition of dictyonema shales are presented. An additional study of mineral impurities of dictyonema shales was carried out using a new method of areal scanning of preparations with an electron probe microanalyzer using the “Feature” software module. The correlations between the concentrations of uranium and rare earths with other micro- and macroelements, the forms of uranium and rare earth elements in dictyonema shales, geochemical indicators, conditions and genesis of the formation of uranium and rare earth mineralization developed in them was clarified. Based on an earlier assessment of the resource potential of uranium and rare earths, a modern assessment of their prognostic mineral resources and possible recoverable industrial reserves and the cost of potential ore raw materials of the studied acute-deficient metals for energy and a number of important industries has been made. The authors express the opinion that the mineral resource base of uranium and rare earth elements in Russia can be significantly increased due to the presence of these critical metals in the dictyonema shales of the Baltic sedimentary basin, since only within the studied Kaibolovo- Gostilitsy prospecting area the largest uranium resources and large resources of rare earths have been discovered, which may increase even more with further geological research in the conditions of a developed infrastructure of the middle zone of the Russian Federation.

диктионемовые сланцычерные сланцыметаллоносностьоруденение в черных сланцахуранредкоземельные элементыпрогнозные ресурсыdictyonema shalesblack shalesmetalliferousmineralization in black shalesuraniumrare earth metalsprognostic mineral resourcesИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-27-00427, https://rscf.ru/project/23-27-00427/.This study was supported by the Russian Science Foundation project No. 23-27-00427, https://rscf.ru/project/23-27-00427/ReferencesАльтгаузен М.Н. (1992). Металлоносные черные сланцы венднижнепалеозойского возраста. Горючие сланцы, 9(3), с. 194–207.Altgauzen M.N. (1992). Metalliferous black shales of the Vendian-Lower Paleozoic age. Goryuchie slantsy [Oil Shale], Is. 9/3, pp. 194–207 (In Russ.)Альтгаузен М.Н., Гольдштейн Ц.Л., Давыдова Т.Н. (1967). Урановое оруденение Прибалтики. Месторождения урана СССР, Т. 2, Вып. 1: Осадочные месторождения. М., с. 278–319.Altgauzen M.N., Goldshteyn Ts.L., Davydova T.N. (1967). Uranium mineralization of the Baltic Region. Coll. papers: Uranium deposits of the USSR, Vol. 2, Is. 1, Sedimentary deposits. Moscow: pp. 278–319 (In Russ.)Балахонова А.С., Вялов В.И, Неженский И.А, Семенов Е.В., Мирхалевская Н.В. (2013). Геолого-экономическая оценка металлоносности диктионемовых сланцев и оболовых песчаников Прибалтийского бассейна. Региональная геология и металлогения, (56), с. 88–93.Andersson A., Dahlman B., Gee D.G., Snäll S. (1985). The Scandinavian Alum Shales. Sveriges Geologiska Undersökning, (56), pp. 1–54.Беленицкая Г.А., Петров О.В., Соболев Н.Н. (2015). Рифовые, соленосные и черносланцевые формации России. СПб.: Изд-во ВСЕ ГЕИ, 624 с. Труды ВСЕГЕИ. Новая серия, Т. 355.Balakhonova A.S., Vyalov V.I, Nezhenskiy I.A, Semenov E.V., Mirkhalevskaya N.V. (2013). Geological and economic assessment of metal content of dictyonem shales and obolus sandstones of the Baltic basin. Regional’naya geologiya i metallogeniya = Regional Geology and Metallogeny, 56, pp. 88–93. (In Russ.)Вялов В.И., Балахонова А.С., Гамов М.И., Попов Ю.В., Наставкин А.В. (2013a). Минералого-геохимические особенности черных сланцев Прибалтики в связи с их комплексной металлоносностью. Руды и металлы, (6), с. 14–18.Belenitskaya G.A., Sobolev N.N., Petrov O.V., Karpunin A.M. (2015). Reef, salt-bearing and black shale formations of Russia. St.Petersburg: VSEGEI, 624 p. Trudy VSEGEI. Novaya seriya, Vol. 355. (In Russ.)Вялов В.И., Богомолов А.Х., Михайлов В.А., Семенов Е.В. (2017). Ураноносность диктионемовых сланцев Кайболово-Гостилицкой площади Прибалтийского бассейна (Ленинградская область). Вестник Московского университета. Серия 4. Геология, (4), с. 25–30. https://doi.org/10.33623/0579-9406-2017-4-25-30Ginzburg A.I. (1991). Atlas of petrographic types of oil shales. Leningrad: Nedra, 116 p. (In Russ.)Вялов В.И., Дю Т.А. (2021). Уран в диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна (Ленинградская область). Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: Материалы VI Междунар. конф. Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, Т. 1, с. 127–131.Henningsmoen G. (1960). Cambro-Silurian deposits of the Oslo Region. Holtedahl O. (ed.). Geology of Norway. Norges geologiske undersmkelse, 208, pp. 130–150.Вялов В.И., Ларичев А.И., Балахонова А.С. (2013б). Рудогенез диктионемовых сланцев и оболовых песчаников Прибалтийского бассейна. Региональная геология и металлогения, (55), с. 87–98.Kiselev I.I., Proskuryakov V.V., Savanin V.V. (2002) Geology and minerals of the Leningrad Oblast. St. Petersburg: TEKST, pp. 122–123 (In Russ.)Вялов В.И., Миронов Ю.Б., Неженский И.А. (2010). О металлоносности диктионемовых сланцев Прибалтийского бассейна. Минеральные ресурсы России. Экономика и управление, (5), с. 19–23.Kivimägi E.K., Loog A.R. (1973). The Dictyonema Shale of the Estonian SSR. Formation of oil shale (Methods of investigating and genetic classification). Tallinn: Valgus, pp. 11–17. (In Russ.)Вялов В.И., Наставкин А.В. (2019). Уровни содержаний промышленно ценных микроэлементов в углях. Химия твердого топлива, (5), с. 63–67. https://doi.org/10.1134/S0023117719050116Klyucharev D.S., Soesoo A. (2019). Ore future of combustible shales. Razvedka i okhrana nedr, (1), pp. 57–62. (In Russ.)Вялов В.И., Панова Е.Г., Семенов Е.В., Гамов М.И., Попов Ю.В., Ключарев Д.С. (2014). Редкоземельные металлы в диктионемовых сланцах и оболовых песчаниках Прибалтийского бассейна. Руды и металлы, (1), с. 30–35.Männil R. (1966). Evolution of the Baltic Basin during the Ordovician. Tallinn: Valgus, 200 p. (In Russ.)Гинзбург А.И. (1991). Атлас петрографических типов горючих сланцев. Л.: Недра, 116 с. Государственный баланс запасов полезных ископаемых Российской Федерации. (2019а). Вып. 33: Уран. М.: Рос. фед. геол. фонд. Государственный баланс запасов полезных ископаемых Российской Федерации. (2019б). Вып. 26: Редкоземельные металлы. М.: Рос. фед. геол. фонд.Mikhaylov V.A., Chernov V.Ya., Kushnerenko V.K. (2006). Dictyonem shales of the Baltic basin are a promising object of industrial development for uranium and other minerals. Materials on the geology of deposits of uranium, rare and rare earth metals, Vol. 149, pp. 92–98. (In Russ.)Давыдова Т.Н., Гольдштейн Ц.Л. (1967). Основные закономерности распределения урана в диктионемовых сланцах Прибалтики. Месторождения урана СССР, Т. 2, Вып. 1: Осадочные месторождения. М., с. 316–335.Neruchev S.G. (2007). Uranium and life in the history of the Earth. St.Petersburg: VNIGRI, 328 p. (In Russ.)Кивимяги Э.К., Лоог А.Р. (1973). Диктионемовые сланцы Эстонской ССР . Формации горючих сланцев. Таллин: Валгус, с. 11–17.Ofili S., Soesoo A., Panova E.G., Hints R., Hade S., Ainsaar L. (2022). Geochemical Reconstruction of the Provenance, Tectonic Setting and Paleoweathering of Lower Paleozoic Black Shales from Northern Europe. Minerals, 12, 602. https://doi.org/10.3390/min12050602Киселев И.И. Проскуряков В.В., Саванин В.В. (2002). Геология и полезные ископаемые Ленинградской области. СПб.: Петерб. комплекс. геол. экспедиция, 236 с.Oleinikova, G.A., Kudryashov, V.L., Vyalov, V.I. et al. (2015). Determination of trace elements in brown coals by inductively coupled plasma mass spectrometry. Solid Fuel Chem., 49, 109–116. https://doi.org/10.3103/S0361521915020093Ключарев Д.С., Соесоо А. (2018). Рудное будущее горючих сланцев. Разведка и охрана недр, (1), с. 57–62.Patent RF No. 2477327 (2013). Complex processing method of carbonsilicic black-shale ores. Sarychev G.A., Denisenko A.P., Zatsepina M.S., Den’ginova S.Yu., Tatarinov A.S., Smirnov K.M., Peganov V.A. 13 p.Михайлов В.А., Чернов В.Я., Кушнеренко В.К. (2006). Диктионемовые сланцы Прибалтийского бассейна – перспективный объект промышленного освоения на уран и другие полезные ископаемые. Материалы по геологии месторождений урана, редких и редкоземельных металлов: Инф. сб. Вып. 149. М.: ВИМС, с. 92–98.Poulsen V. (1966). Cambro-Silurian Stratigraphy of Bornholm. Medd. fra Dansk Geol. Forening, (16), pp. 117–137.Мянниль Р.М. (1966). История развития Балтийского бассейна в ордовике. Таллин: Валгус, 200 с.Razvorotneva L.I, Markovich T.I. (2012). Physicochemical features of the accumulation of uranyl ion on rutile. Vestnik Otdeleniya nauk o Zemle RAN, (4). https://doi.org/10.2205/2012NZ_ASEMPGНеручев С.Г. (2007). Уран и жизнь в истории Земли. СПб.: ВНИГРИ, 326 с.Review of the rare earth elements (metals) market in the CIS and the world (2018). Moscow: LLC “IG “INFOMINE”, 166 p. http://www.infomine.ru/research/38/48Обзор рынка редкоземельных элементов (металлов) в СНГ и мире (2018). М.: ООО «ИГ «ИНФОМАЙН», 166 с. http://www.infomine.ru/research/38/48Soesoo A., Vind J., Hade S. (2020). Uranium and Thorium Resources of Estonia. Minerals, 10(9), 798. https://doi.org/10.3390/min10090798Олейникова Г.А., Кудряшов В.Л., Вялов В.И., Фадин Я.Ю. (2015). Особенности анализа микроэлементов в бурых углях методом массспектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Химия твердого топлива, 2, с.51–58.State balance of mineral reserves of the Russian Federation for 2019. Uranium (2019а). Russian Federal Geological Fund. (In Russ.)Патент 2477327 РФ (2013). Способ комплексной переработки углерод-кремнеземистых черносланцевых руд. Г.А. Сарычев, А.П. Денисенко, М.С. Зацепина, С.Ю. Деньгинова, А.С. Татаринов, К.М. Смирнов, В.А. Пеганов; заявл. 05.09.2011; опубл. 10.03.2013, Бюл. № 7, 13 с.State balance of mineral reserves of the Russian Federation for 2019. Rare-Earth elements (2019b). Russian Federal Geological Fund. (In Russ.)Разворотнева Л.И., Маркович Т.И. (2012). Физико-химические особенности аккумуляции уранил-иона на рутиле. Вестник Отделения наук о Земле РАН, 4(Спец. вып.). https://doi.org/10.2205/2012NZ_ASEMPGSzymanski B. (1973). The Tremadoc and Arenig sediments in the Bialowieza area. Pr. Inst. Geol., 69, pp. 1–92. (in Polish)Черепанов А.А., Гостищев В.В. (2017). Углеродистые сланцы Буреинского массива как возможный источник редкоземельных металлов. Руды и металлы, (3), с. 68–76.Vyalov V.I., Balakhonova A.S., Gamov M.I., Popov Yu. V., Nastavkin A.V. (2013a). Mineralogical and geochemical features of the Baltic states sterile coals in connection with their complex metal content. Rudy i metally = Ores and Metalls, (1), pp. 30–35. (In Russ.)Юдович Я.Э., Кетрис М.П. (1988). Геохимия черных сланцев. Л.: Наука, 272 с.Vyalov V.I., Bogomolov A.H., Mihailov V.A., Semenov E.V. (2017). Uranium of dictyonema shale of Kajbolovo-Gostilitsky area of Baltic basin (Leningrad region). Moscow University Bulletin. Series 4. Geology, pp. 25–30. (In Russ.). https://doi.org/10.33623/0579-9406-2017-4-25-30Юдович Я.Э., Кетрис М.П. (2011). Геохимические индикаторы литогенеза. Сыктывкар: Геопринт, 742 с.Vyalov V.I., Dyu T.A. (2021). Uranium in the dictyonema shale of the Baltic Basin (Leningrad Region). Radioactivity and radioactive elements in environment. Proceedings of VI international conference. Vol. 1. Tomsk. Izd-vo Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, pp. 127–131. (In Russ.)Andersson A., Dahlman B., Gee D.G., Snäll S. (1985). The Scandinavian Alum Shales. Sveriges Geologiska Undersökning, (56), pp. 1–54.Vyalov V.I., Larichev A.I., Balakhonova A.S. (2013b). Ore genesis of dictyonema shales and obolus sandstones of the Baltic basin. Regional’naya geologiya i metallogeniya = Regional Geology and Metallogeny, 55, ppp. 87–98. (In Russ.)Henningsmoen G. (1960). Cambro-Silurian deposits of the Oslo Region. Holtedahl O. (ed.). Geology of Norway. Norges geologiske undersmkelse, 208, pp. 130–150.Vyalov V.I., Mironov Yu.B., Nezhenskiy I.A. (2010). On the metal content of dictyonema shale in the Baltic basin. Mineral’nye resursy Rossii. Ekonomika i upravlenie, 5, pp. 19–23. (In Russ.)Ofili S., Soesoo A., Panova E.G., Hints R., Hade S., Ainsaar L. (2022). Geochemical Reconstruction of the Provenance, Tectonic Setting and Paleoweathering of Lower Paleozoic Black Shales from Northern Europe. Minerals, 12, 602.Vyalov, V.I., Nastavkin, A.V. (2019). Concentration Levels of Industrially Valuable Trace Elements in Coals. Solid Fuel Chem., 53, pp. 314–318. https:// doi.org/10.3103/S0361521919050112Poulsen V. (1966). Cambro-Silurian Stratigraphy of Bornholm. Medd. fra Dansk Geol. Forening, (16), pp. 117–137.Vyalov V.I., Panova E.G., Semenov E.V., Gamov M.I., Popov Yu.V., Klyucharev D.S. (2014). Rare earth metals in dictyonema shale and obolus sandstone in Baltic basin. Rudy i metally = Ores and Metalls, (1), pp. 30–35. (In Russ.)Soesoo A., Vind J., Hade S. (2020). Uranium and Thorium Resources of Estonia. Minerals, 10(9), 798. https://doi.org/10.3390/min10090798Yudovich Ya.E., Ketris M.P. (1988). Geochemistry of black shales. Leningrad: Nauka, 272 p. (In Russ.)Szymanski B. (1973). The Tremadoc and Arenig sediments in the Bialowieza area. Pr. Inst. Geol., 69, pp. 1–92. (in Polish)Yudovich Ya.E., Ketris M.P. (2011). Geochemical Indicators of Lithogenesis. Syktyvkar: Geoprint, 742 p. (In Russ.)Zheng S.C., Feng Q., Tribovillard N., Servais Th., Zhang Y., Gao B. (2020). New Insight into Factors Controlling Organic Matter Distribution in Lower Cambrian Source Rocks: A Study from the Qiongzhusi Formation in South China. Journal of Earth Science, 31(1), pp. 181–194. https://doi.org/10.1007/s12583-019-1240-yZheng S.C., Feng Q., Tribovillard N., Servais Th., Zhang Y., Gao B. (2020). New Insight into Factors Controlling Organic Matter Distribution in Lower Cambrian Source Rocks: A Study from the Qiongzhusi Formation in South China. Journal of Earth Science, 31(1), pp. 181–194. https://doi.org/10.1007/s12583-019-1240-y

The authors declare that there are no conflicts of interest present.