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

ТАБЛИ ЦА 26

Радиогеохимические особенности геологических формаций среднего и верхнего протерозоя (по В. К. Титову, В. М. Терентьеву, Б. Е. Кудрявцеву и др.)

w

ся

анортозиты, диориты), так и высокорадиоактивные граниты рапакиви (Коростенский и Корсунь-Новомиргородский массивы на Украинском щите) * и образования сиенит-граносиенитовой формации. Для магматизма этой эпохи характерны накопление урана и в меньшей степени тория в конечных продуктах магмати­ ческой дифференциации и интенсивное проявление постмагмати­ ческих процессов. Наиболее высокое содержание урана и тория фиксируется обычно в экзо- и эндоконтактовых частях массивов гранитов и граносиенитов, что объясняется широким развитием процессов гидротермального метаморфизма (главным образом грейзенизация и высокотемпературный щелочной метасоматоз — альбитизация).

В позднем протерозое и частично раннем палеозое докембрийские складчатые области переходят к протоорогенному и плат­ форменному типу развития, поэтому наиболее существенную роль

вмиграции урана и тория начинают играть экзогенные процессы.

Вэту эпоху в краевых частях щитов уран и торий накапливаются

вконгломератах и гравелитах (конгломерат-песчаниковая форма­

ция), уран — в углеродистых черных сланцах и битуминозных известняках [294]. Наличие разных типов осадочных формаций, обогащенных радиоактивными элементами, свидетельствует о двух формах переноса урана в бассейн седиментации: с обломками породообразующих и высокорадиоактивных акцессорных мине­ ралов (конгломерат-песчаниковая формация, Th/U = 1 20) и в форме взвесей и растворов с последующим осаждением урана в восстановительной обстановке мелководноморских условий (углеродистые черные сланцы и битуминозные известняки).

Пространственное распределение урана и тория в метаморфи­ ческих комплексах показывает, что существует четко проявленная радиогеохимическая зональность докембрийских складчатых обла­ стей, которую обусловили латеральная неоднородность веще­ ственного состава, разная радиоактивность первично-осадочных

ивулканогенных формаций, а также неодинаковая глубина эро­ зионного среза. Все это сказалось в ходе процессов мобилизации

иперераспределения урана и тория при региональном метамор­ физме, ультраметаморфизме, гранитизации и метасоматозе. В ре­ зультате этих процессов в пределах докембрийских складчатых областей по степени геохимической дифференцированности могут быть выделены слабо дифференцированные, дифференцированные

иинтенсивно дифференцированные радиогеохимические провинции.

Среди слабо дифференцированных выделяются провинции двух типов: 1) первичные, в пределах которых развиты осадочные и вулканогенные формации с низким содержанием урана и тория (в разной степени метаморфизованные андезит-диабазовые, спи­

* В пределах Балтийского щита высокорадиоактивные массивы рапакиви и связанные с ними метасоматиты формировались в позднем протеро­ зое.

136

лит-диабазовые и другие формации, образовавшиеся, по-видимому, на месте древних эвгеосинклинальных прогибов); 2) вторичные, приуроченные к глубокоэродированным блокам земной коры, где выведены на поверхность высокометаморфизованные (в усло­ виях гранулитовой фации) комплексы пород, а также ультраметаморфические образования натриевой специализации (чарнокиты, плагиограниты). Слабо дифференцированные провинции располо­ жены, как правило, согласно с общим простиранием метаморфи­ ческих толщ (гранулитовый пояс Кольского полуострова, Винницко-Побужский блок и др.).

Дифференцированные радиогеохимические провинции при­ урочены к блокам терригенных отложений, метаморфизованных в условиях эпидот-амфиболитовой и зеленосланцевой фаций без широкого развития процессов гранитизации. И наконец, интен­ сивно дифференцированные радиогеохимические провинции тяго­ теют к участкам многократно проявленных, накладывающихся процессов ультраметаморфизма и гранитообразования, протека­ ющих в условиях амфиболитовой фации в терригенных отложе­ ниях с нормальным или повышенным содержанием урана и тория. Среди этих провинций имеются как согласные с общим простира­ нием метаморфических толщ, так и секущие, приуроченные к акти­ визированным в позднем протерозое, палеозое или мезозое блокам фундамента вдоль зон глубинных разломов (Северо-Австралий­ ский блок, Центральный блок на Кольском полуострове и др.).

Фанерозойские складчатые области

Радиогеохимические особенности фанерозойских складчатых областей рассмотрены на примере каледонских и герцинских геосинклинально-складчатых систем Советского Союза, в пре­ делах которых получен достаточно обширный материал по радио­ активности горных пород на основе систематического геохими­ ческого опробования и гамма-спектрометрии [1, 2, 8, 61, 190, 246, 261].

Изученные складчатые сооружения каледонского и герцинского циклов орогенеза (Урал, Казахстан, Средняя Азия, Алтае-Саян- ская складчатая область и другие регионы) характеризуются сложным гетерогенным геологическим строением, что связано

сособенностями тектонического развития, осадконакопления,

магматизма и метаморфизма в отдельных частях этих регионов в протерозое, палеозое, мезозое и кайнозое. На рассматриваемых территориях выделяется несколько разновозрастных по времени заложения и главным фазам складчатости подвижных поясов земной коры: районы докембрийской складчатости (срединные массивы и геоантиклинальные поднятия), каледонские (Северо- Тянь-Шань-Казахстанская, Алтае-Саянская) и герцинские (Уральская, Джунгаро-Балхашская, Зайсанская и Южно- Тянь-Шаньская) геосинклинально-складчатые системы.

137

В пределах этих систем фиксируются более мелкие тектониче­ ские структуры (структурно-формационные зоны) со специфи­ ческими особенностями осадконакопления в мио- и эвгеосинклинальных прогибах, орогенного магматизма и гидротермальной деятельности. Геотектонические и другие особенности геологи­ ческого развития предопределили специфику геохимической зо­ нальности этих регионов и специализацию отдельных блоков, связанную с закономерно развивающимися процессами миграции урана и тория.

Геологическое строение, история геологического развития, геотектоническое и металлогеническое районирование геосинкли- нально-складчатых систем неоднократно рассматривались в ра­ ботах В. М. Сергиевского, Н. Г. Кассина, Н. С. Шатского, Т. Н. Спижарского, Е. Д. Шлыгина, В. Ф. Беспалова, А. А. Богда­ нова, А. И. Семенова, Е. Д. Карповой и других исследовате­ лей [36, 37, ИЗ— 115, 243]. Ниже приведены лишь некоторые общие особенности геотектонического развития территорий, необ­ ходимые для дальнейшего изложения радиогеохимических данных.

Зоны допалеозойской консолидации (байкальской или более древней складчатости) сложены главным образом протерозойскими кристаллическими толщами, терригенными или карбонатными, прорванными как докембрийскими, так и более молодыми интру­ зивными образованиями, которые связаны с активизацией же­ стких консолидированных глыб. Метаморфические образования, сформированные в докембрийскую стадию развития, на уровне современного эрозионного среза распространены ограниченно, участвуя в строении жестких выступов докембрийского фунда­ мента и гео антиклинальных поднятий (Кокчетавский и Муюнкумский массивы, Сангиленский выступ и др.).

С конца протерозоя и в палеозое на метаморфическом складча­ том основании развивались нижне- и среднепалеозойские геосинклинальные прогибы, на месте которых в каледонский и герцинский орогенные циклы сформировались складчатые системы. Время заложения отдельных прогибов и их последующее развитие в пределах рассматриваемых регионов были достаточно разно­ образными. По условиям осадконакопления и магматизма в со­ ставе подвижных поясов может быть выделено несколько струк­ турно-формационных зон.

1. Миогеосинклинальные демисионные, четко выражена тен­ денция к опусканию без значительного проявления эффузивного

иинтрузивного магматизма (Каратау, Улутау и др.).

2.Эвгеосинклинальные демиссионные, характерны интенсив­

ная вулканическая деятельность и проявление интрузивного магматизма с натриевой специализацией пород (Ерментау- Чингиз-Тарбагатайская, Восточно-Уральская и др.).

3. С промежуточным типом развития, характерно как интен­ сивное накопление терригенных толщ, так и широкое проявление эффузивного магматизма.

138

4.Инверсионные, с широким проявлением гранитоидного

ииного магматизма в инверсионную и постинверсионную стадии развития мио- и эвгеосинклинальных структур.

Вистории развития большинства каледонских и герцинских складчатых систем можно выделить несколько периодов: ранне-

ипозднегеосинклинальный (начальные и ранние этапы развития подвижных поясов, по Ю. А. Билибину); орогенный, или инвер­ сионный (средние этапы развития); посторогенный, или пост­ инверсионный (поздние и конечные этапы развития). Некоторые авторы рассматривают постинверсионный период как самосто­ ятельный, выделяя стадию автономной тектоно-магматической

активизации в условиях жестких консолидированных структур. В структурах складчатых областей наиболее существенными являются различия радиогеохимических характеристик мио- и эвгеосинклинальных демиссионных структур и возникших на их месте инверсионных зон. Особенности зон связаны со специ­ фичностью развития в их пределах формационных комплексов. Эвгеосинклинальным структурно-формационным зонам при­ сущи интенсивное развитие вулканических образований преиму­ щественно основного состава и накопление кремнистых и граувакковых формаций, содержащих незначительные равномерно рас­ пределенные количества урана и тория (рис. 39) при низком торий-урановом отношении. Углеродисто-кремнистые породы и фосфориты в эвгеосинклинальных зонах распространены незна­ чительно и содержат гораздо меньше урана, чем близкие отло­

жения миогеосинклинальных прогибов.

В составе осадочных отложений миогеосинклиналей наиболь­ шей радиоактивностью отличаются фосфориты (благодаря повы­ шенному содержанию урана) и углеродисто-кремнистые и угле­ родисто-глинистые сланцы (благодаря высокому содержанию урана и иногда тория). Формация (субформация) углеродисто­ кремнистых и углеродисто-глинистых сланцев представляет собой тонкое чередование полос, существенно обогащенных органиче­ ским веществом, ураном и другими элементами, и преимуще­ ственно кремнистых слаборадиоактивных прослоев. Уран связан с органическим углеродом и находится в легко извлекаемой форме, при которой он может перераспределяться в результате наложения разного рода процессов: контактового метаморфизма, гидротер­ мального метасоматоза, порообразования.

Таким образом, в демиссионных зонах радиогеохимически специализированные формации возникают в основном благодаря процессу седиментации, продукты же магматической дифферен­ циации отличаются слабым накоплением урана и тория. В по­ движных поясах на геосинклинальной стадии развития форми­ руются два структурно-формационных комплекса пород, резко различающихся по вещественному составу и геохимической харак­ теристике. Миогеосинклинальному комплексу с четко выражен­ ной литофильной специализацией свойственно накопление

139

141

Сравнительно равномерное распределение урана и тория в оса­ дочных породах посторогенного периода несколько нарушается в прибортовых частях мульд, где часто отмечается некоторое увеличение содержания урана, а также молибдена, свинца и дру-

и,ТП.10-4 % 10- 50

8 - -40

6 - -30

Рис. 40, Содержание и соотношение урана и тория в магматических породах каледонских складчатых областей.

Зоны: а — инверсионная на миогеосинклинальных прогибах (Кокчетавское поднятие), б — промежуточная (Прибалхашье), в — инверсионная на эвгеосинклинальных проги­ бах (Чингиз-Тарбагатай).

гих элементов. В инверсионных зонах в пределах геоантиклинальных поднятий складчатых областей иногда фиксируется высокая радиоактивность метаморфических комплексов, образовавшихся в предшествующие циклы тектогенеза или непосредственно в пе­ риод развития складчатой области. Высокая радиоактивность метаморфических пород обусловлена, по-видимому, как первично повышенным содержанием радиоактивных элементов в осадочных и вулканогенных породах, так, вероятно, и некоторым общим

142

привносом урана и тория в толщи метаморфических пород. По­ следний процесс является результатом калиевого и кремнекали­ евого метасоматоза в условиях эпидот-амфиболитовой и амфиболи­ товой фаций метаморфизма, которые, по данным многих исследова-

//

v

-- — Sn

Ga

" Си

1 4_—

телей [88, 89, 266], наиболее благоприятны для накопления урана

итория при метаморфогенной миграции элементов.

Впределах геоантиклинальных поднятий и иногда их ближай­ шего складчатого обрамления при развитии подвижного пояса формируются ряды гранитоидных и гранитных формаций часто

с повышенным содержанием урана и тория. При этом, как пра­ вило, с каждым последующим периодом магмаобразования увели­ чиваются не только абсолютное содержание урана и тория, но

143

идоля их легкоподвижных соединений, а также петрохимическая

игеохимическая дифференцированность формаций (рис. 41). Эндогенная дифференциация вещества завершается формирова­ нием высокорадиоактивных специализированных на уран, торий

идругие литофильные элементы (Nb, Та, Mo, Be, Li и др.) магма­ тических комплексов, представляющих собой конечные члены эволюционных петрохимических рядов.

Повышенное среднее содержание радиоактивных элементов (больше кларка) в магматических комплексах фанерозойских складчатых областей связано как с изначальной обогащенностыо ураном и торием магматических расплавов, так и с влиянием

гидротермально-метасоматических процессов, нарушающих пер­ вично-конституциональное распределение металлов. Наибольший эффект миграционной подвижности урана и тория достигается при условии, что изменениям подвергаются породы, достигшие пределов первичного насыщения.

Рассматривая общий ход формирования радиогеохимического облика магматических формаций в процессе развития складча­ тых областей, можно выявить четкую тенденцию к обогащению ураном и торием все более молодых образований. Интрузивные породы геосинклинальной стадии развития подвижного пояса (габброиды, габбро-диабазы) имеют низкие содержания урана и тория и не отличаются по радиоактивности от своих эффузивных комагматов (базальтовых, диабазовых, андезит-базальтовых порфиритов и т. п.). Для семейства гранитоидных формаций раннеорогенной стадии (габбро-плагиогранитовой, габбро-диорит- гранодиоритовой, гранит-гранодиоритовой) характерны близкие в разных регионах концентрации урана (ниже кларка) и более широкие вариации в содержаниях тория.

Гранитные породы семейства гранитовых формаций (грано- диорит-гранитовая, гранитовая, гранит-лейкогранитовая) позднеорогенной стадии и периода активизации отличаются от близких по кислотности плагиогранитов более высоким содержанием урана и особенно тория. В процессе эволюции гранитоидного магматизма фанерозойских складчатых областей от слаборадиоактивных пла­ гиогранитов натриевой специализации до существенно калиевых лейкократовых редкометальных гранитов не только увеличивается общее содержание урана и тория, но и существенно изменяются формы нахождения этих элементов под влиянием кристаллохими­ ческой дифференциации магматических расплавов. От синорогенных диоритов и плагиогранитов к лейкократовым аляскитовым гранитам постоянно возрастает доля легкоподвижных форм урана, более многообразным становится состав радиоактивных акцессор­ ных минералов — концентраторов урана и тория, появляются в составе акцессорий собственные урановые и ториевые минералы как результат избыточного содержания элементов в породе.

Наибольшее значение в геохимической специализации фане­ розойских складчатых областей имеют геологические формации,

144

■отличающиеся повышенным содержанием урана и (или) тория и аномальным торий-урановым отношением. Из этих формаций наиболее распространены следующие.

1. Углеродисто-кремнистые и углеродисто-глинистые сланцы

•с пониженным торий-урановым отношением и аномальным (пре­ вышающим кларк в десятки раз и больше) содержанием урана, ■фосфора, молибдена, бария, ванадия, свинца, стронция, серебра и других элементов.

2. Вулканогенно-кремнисто-фосфоритоносная формация, где в тесной корреляционной связи с повышенными содержаниями фосфора фиксируются аномальные концентрации урана. В доломитизированных известняках этой формации в повышенных по

•отношению к кларку количествах наблюдаются марганец, вана­ дий, мышьяк, стронций, серебро, кадмий, бериллий.

3. Формация лейкократовых редкометальных существенно ка­ лиевых гранитов (гранит-лейкогранитовая) с повышенным отно­ сительно кларка содержанием урана и тория, высоким торийурановым отношением и аномальным содержанием большой группы преимущественно литофильных элементов: лития, руби­ дия, молибдена, тантала, ниобия, лантана и др.

4. Вулканогенно-интрузивная липарит-гранитовая формация с резко повышенным содержавшем тория и торий-урановым отно­ шением больше 5—8. Для пород этой формации также характерны ассоциации элементов литофильной группы: лития, рубидия, лантана, иттрия и т. п.

5. Формация щелочных базальтоидов — фонолитов — нефели­ новых сиенитов, менее распространенная в складчатых областях, но по содержанию радиоактивных и других рассеянных элементов ■близкая к упомянутым выше магматическим формациям. В целом породы этой формации характеризуются торий-урановым отно­ шением, равным 3—4.

Учитывая величину геохимического фона, наличие специали­ зированных на уран и торий комплексов пород, степень неодно­ родности распределения и формы нахождения радиоактивных элементов в геологических формациях и направленность миграции изотопов, в пределах фанерозойских складчатых областей можно выделить три группы радиогеохимических провинций: слабо дифференцированные, дифференцированные и интенсивно диф­ ференцированные, которые в свою очередь могут быть подраз­ делены на несколько подтипов в зависимости от роли гео­ логических процессов, ответственных за миграцию урана и тория.

Слабо дифференцированные провинции фиксируются преиму­ щественно в пределах эвгеосинклинальных зон, в которых развиты геологические формации с однообразным, пониженным или близ­ ким к кларку содержанием урана и тория (значительная часть Уральской складчатой системы, Алтае-Саянской горной области и др.). В дифференцированных провинциях представлены фор­ мации, характеризующиеся накоплением урана и тория