книги из ГПНТБ / Смыслов, А. А. Уран и торий в земной коре

Анализ данных о содержании урана и тория в позднеорогенных вулканитах в зависимости от времени их формирования показы­ вает, что постинверсионная стадия подвижных поясов имеет ряд специфических особенностей в поведении радиоактивных элемен­ тов, которые совершенно нехарактерны для предшествующих периодов и находятся в противоречии с хорошо известными за­ кономерностями, неоднократно освещавшимися в литературе. Так, не наблюдается увеличения содержаний урана и тория в эффузивах и тесно связанных с ними экструзивных и интрузивных обра­ зованиях молодых эпох. По имеющимся данным, наиболее радио­ активными являются вулканиты липаритовой формации из зон байкальской складчатости, в то время как в дацитах и липаритах некоторых герцинских (Восточный Казахстан) и даже кайнозой­ ских (Камчатка) складчатых областей урана и тория на порядок меньше.

Наиболее высокое содержание урана и тория характерно для постинверсионной гранит-лейкогранитовой формации (Акчатауский, Дальненский, Кукульбейский и другие комплексы). Среди пород этой формации выделяется два радиргеохимических

в зависимости от времени образования магматических формаций подвижных поясов свидетельствует о наличии ряда радиогеохимических ритмов, в каждом из которых постепенно увеличивается содержание урана и тория к более молодым изверженным породам, отражая закономерную смену состава пород от основных к кислым.

Первый, наиболее продолжительный, радиогеохимический ритм охватывает изверженные породы геосинклинальной и раннеорогенной стадий. С более поздними (поздне- и посторогенными)

ТАБЛИЦА 22

Среднее содержание урана и тория в магматических формациях платформенных областей

124

проявлениями магматизма связаны один или несколько непро­ должительных, но более сложных ритмов, в которых фиксируются геохимические эпохи накопления урана и тория в вулканогенных (липаритовой и трахитовой) и интрузивных (гранит-лейкограни- товой) формациях. Характерные радиогеохимические ритмы [2], находят подтверждение не только в большинстве изученные палеозойских складчатых областей, но и на щитах [2941.

Наиболее распространенная магматическая формация плат­ форменной стадии развития земной коры (трапповая в разных частях континентов имеет близкие содержания урана и тория

’Ojh,%'

земной коры разных уровней организации.

(табл. 22), что свидетельствует о значительной однородности вещественного состава областей питания магм, расположенных, по-видимому, в пределах базальтового слоя [27]. Более высокий уровень радиоактивности (рис. 36) характерен для вулканитов повышенной щелочности (трахибазальтовая формация), отдель­ ные представители которых (трахилипариты) имеют высокое торий-урановое отношение.

Распределение урана и тория в геологических формациях свидетельствует о еще большей, чем для пород, зависимости содержания радиоактивных элементов от кремнезема и калия, а для осадочных формаций — от фосфора и органического веще­ ства. Следует отметить также значительно меньший диапазон колебаний среднего содержания элементов (табл. 23) в геологи-

126

Г Л А В А VI

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УРАНА И ТОРИЯ В ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЯХ РАЗНЫХ СТРУКТУР ЗЕМНОЙ КОРЫ

Накопленный в последние десятилетия материал о содержании и форме нахожде­ ния урана и тория в минералах, горных породах и геологических формациях, а также результаты радиогеохимического картирования позволили выяснить пространственно-временные закономер­ ности распределения радиоактивных эле­ ментов в разных структурах земной коры (главным образом в континентальных блоках).

В соответствии с основными тектони­ ческими подразделениями в настоящей главе изложены данные об особенностях распределения и эволюции во времени урана и тория в докембрийских и фанерозойских складчатых областях и чехлах платформ. Подобного рода описание стало возможным благодаря систематическим радиогеохимическим исследованиям в ря­ де крупных регионов. Отличительной осо­ бенностью этих исследований, выпол­ ненных автором и другими геологами, является последовательное освещение особенностей распределения радиоактив­ ных элементов в магматических [2, 61, 261], осадочных [225, 263] и метаморфи­ ческих [266] образованиях земной коры, закономерно возникающих в ходе напра­ вленного развития подвижных и плат­ форменных областей.

Докембрийские складчатые области

Эволюция докембрийских складчатых областей охватывает наиболее длитель­ ный интервал геологической истории, име­ ющий важнейшее значение в истории раз-

128

вития Земли, формировании ее главнейших структур и их металлогенического облика. В связи с этим изучение радиогео­ химии древних сооружений земной коры представляется особенно важным не только для познания процессов миграции урана и тория в докембрии, но и для понимания всей последующей геохимической эволюции элементов.

Анализ данных по распределению урана и тория в древних (докембрийских) складчатых областях, выделение в их границах геохимических эпох и провинций сопряжены со значительными трудностями, так как первичная радиогеохимическая зональность осадочных и магматических формаций во многом замаскирована более поздними процессами регионального прогрессивного и рег­ рессивного метаморфизма, ультраметаморфизма и метасоматоза, а также проявлениями тектоно-магматической активизации в позд­ нем протерозое, палеозое, мезозое и иногда кайнозое.

Изучение геохимии урана и тория в метаморфических и магма­ тических образованиях докембрийских складчатых областей было начато еще в 30-х годах [59], однако обобщающие работы по этому вопросу появились относительно недавно [88, 89, 266, 387]. Зна­ чительный материал по геохимии радиоактивных элементов в раз­ ных по составу и возрасту метаморфических толщах получен для Алданского [89, 293], Украинского [64, 75, 133], Балтий­ ского [210, 294], Австралийского [387], Канадского [373] и дру­ гих щитов. Схемы радиогеохимического районирования для отдельных щитов и их частей были составлены Ю. Г. Герасимовым [64] и другими авторами.

Ниже приводится краткая характеристика геохимических особенностей метаморфических и магматических формаций щитов в возрастной последовательности и дается описание главнейших закономерностей пространственного распределения элементов.

Для докембрийских складчатых областей по геологическим, металлогеническим и радиологическим данным Т. В. Билибина, Л. И. Салоп [239] и другие исследователи выделяют несколько существенно разных по геохимическим чертам эпох: архейскую (древнее 2800 млн. лет), ранне- (1900—2800 млн. лет), средне- (1600—1900 млн. лет) и позднепротерозойскую (600— 1600 млн. лет). Последующая история развития докембрийских складчатых областей связана с установлением платформенного режима и проявлением эпох тектоно-магматической активизации в палеозое, мезозое и кайнозое. Каждая из эпох характеризуется образованием специфических структурно-формационных ком­ плексов, различающихся вещественным составом, металлогенической и геохимической специализацией.

Среди кристаллических образований архея наиболее широко развиты высокометаморфизованные (гранулитовая и высшая амфи­ болитовая фации) пара- и ортопороды, а также мигматиты и гра­ ниты (продукты ультраметаморфизма и гранитизации) с суще­ ственно натриевой специализацией (чарнокиты, плагиограниты).

Все эти породы отличаются низким (редко превышающим кларк) и ровным содержанием урана и тория (табл. 24, рис. 38).

На примере обобщения обширных материалов по геохимии урана и тория разных щитов земного шара видно, что в архее решающее влияние на миграцию урана и тория и специализацию

а

Рис. 38. Вертикальная геохимическая зональность метаморфических толщ докембрийских складчатых областей (щитов) (по Т. В. Билибиной, В. К. Ти­ тову, А. А. Смыслову и др.).

Щиты: а — Украинский, б — Балтийский, в — Алданский.

1 — пироксеновые гнейсы, амфиболиты гранулитовой фации; 2 — чарнокиты; 3 — плагиоклазовые мигматиты, плагиограниты; 4 — гнейсы, кристаллические сланцы, песча­ ники амфиболитовой фации; 5 — микроклиновые граниты и мигматиты; 6 — пегматоидные микроклиновые граниты; 7 — кристаллические сланцы, песчаники, кварциты эеленосланцевой фации; 8 — конгломераты, гравелиты; 9 — песчаники, аргиллиты, известняки; 10 — граносиениты; 11 — нефелиновые сиениты и другие щелочные породы;

12 — граниты рапакиви; 13 — битуминозные известняки.

геохимического облика пород имели процессы регионального метаморфизма и ультраметаморфизма, которые в значительной степени снивелировали содержание урана и тория в глубинных зонах и привели к формированию слабоконтрастных радиогеохимических зон и провинций. Процессы ультраметаморфизма и гра­ нитизации, захватывающие глубокометаморфизованные породы архея, сопровождаются обычно незначительным привносом урана и тория в мигматитплагиогранитовые и чарнокитовые комплексы, который не искажает общей равномерной картины распределе­ ния относительно низких количеств урана и тория.

130

ТАБЛ И Ц А 24

Радиогеохимические особенности геологических формаций архея докембрийских складчатых областей (по В. К. Титову, Н- П. Ермолаеву, Л. В. Комлеву и др.)

/диориты и мигма­

132

133

На других щитах первично-осадочные и осадочно-вулканоген­ ные формации нижнего протерозоя, как правило, обеднены ураном и торием (табл. 25), за исключением отдельных разновидностей кристаллических сланцев (Северное Приладожье), содержащих уран в количестве, близком к кларку.

Существенное перераспределение радиоактивных элементов в раннем протерозое происходило при формировании ультраметаморфических комплексов: мигматитов и гранитов. Раннепротеро­

специализированных и неоднородных комплексов, проявилась относительно синхронно в пределах всех щитов, но с разной сте­ пенью интенсивности. С этой эпохой связано становление высоко­ радиоактивных гранитоидных комплексов мигматит-гранитовой и гранитовой формаций (Украина, Балтийский щит). Уже на ранних стадиях гранитизации заметно увеличивается содержание урана и тория и возрастает роль подвижных составляющих. Наиболее радиоактивны поздние продукты гранитизации: микроклиновые, пегматоидные и другие граниты. Повторное наложение процессов гранитизации приводит к резкому увеличению содержаний урана и тория [294].

Таким образом, процессы ультраметаморфизма, гранитизации и магматической дифференциации в раннем протерозое, с кото­ рыми связано образование гранитоидов мигматит-гранитовой и гранитовой формаций, приводят к существенному накоплению урана и тория в калиевых разностях гранитов.

В целом в раннепротерозойскую эпоху развития докембрийских складчатых областей (щитов) геохимическая дифференци­ ация и миграция урана и тория в земной коре и геохимические эпохи экзогенного и эндогенного накопления металлов прояви­ лись наиболее ярко. При этом, если процессы эндогенной диф­ ференциации радиоактивных элементов в результате ультрамета­ морфизма и гранитизации в условиях амфиболитовой фации проявились практически повсеместно, то существенное накопление урана и тория, связанное с осадконакоплением, происходило лишь на отдельных щитах (Африканский, Канадский).

Для среднепротерозойской эпохи развития докембрийских складчатых областей (табл. 26) характерна дальнейшая геохими­ ческая дифференциация вещества в связи с осадконакоплением и эндогенными процессами метаморфизма и магматизма. Во многих зонах шло накопление урана и тория (совместно с золотом и лан­ таноидами) в грубозернистых породах (гравелиты, конгломераты) благодаря обогащению этих пород высокорадиоактивными акцес­ сорными минералами (циркон, монацит, турмалин), а также в меденосных алеврит-песчаниках, филлитовидных обогащенных углистым веществом сланцах и др.

В ходе магматических процессов в среднепротерозойскую эпоху формировались как слаборадиоактивные породы (габбро,

134