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

в результате проявления какого-либо одного из ведущих процес­ сов — эндогенного (гранитоидные формации калиевого ряда ит. п.) или экзогенного (углеродистые сланцы и т. п.). К подобным провинциям принадлежат некоторые геоантиклинальные поднятия и миогеосинклинальные зоны. К интенсивно дифференцирован­ ным относятся провинции, в которых распространены породы

снаиболее высоким и неоднородным распределением урана и тория

врезультате наложения разного рода сингенетических и эпигене­ тических процессов

Чехлы древних и молодых платформ

Геохимические особенности осадочных отложений чехла плат­ форм изучены неравномерно. Наиболее детально охарактеризо­ вано распределение урана и в меньшей степени тория в осадочных

Анализ материалов по геохимии урана и тория в осадочных отложениях чехла платформ свидетельствует о том, что в формиро­ вании их геохимического облика существенное значение имеют инфильтрационные процессы, происходящие в зоне ката­ генеза [339] и приводящие к эпигенетическому преобразованию' пород и интенсивному перераспределению урана при сохранении первичного содержания тория. Поэтому наряду с характеристикой распределения урана и тория в осадочных отложениях приведем некоторые данные о геохимической зональности подземных вод, содержании в них урана и других радиоактивных элементов (по материалам А. И. Перельмана [195, 196], Г. М. Шора [339], А. И. Германова и других исследователей).

Осадочные отложения

Радиогеохимические особенности осадочных формаций чехла платформ охарактеризованы в работах А. Б, Ронова, А. А. Мигдисова, В. П. Воробьева, Г. В. Грушевого, Г. М. Шора, И. И. Плумана и других исследователей. В обобщенном виде данные о содер­ жании урана и тория в платформенных осадках на примере Русской, Сибирской и Скифско-Туранской платформ приведены по их материалам (рис. 42, табл. 27). По данным А. Б. Ро­ нова [225] и других исследователей, в осадочном чехле платформ преобладают терригенные отложения, в составе которых реша­ ющую роль играют глины, глинистые сланцы и песчаники. На отдельных участках платформ широко развиты карбонатные фор­ мации (преимущественно известняковые) и эвапориты (Русская платформа), а также кремнистые породы (Западно-Сибирская платформа).

146

Присутствие урана в осадочных формациях, сложенных слабо­ проницаемыми породами (глинистые сланцы, карбонаты, соленос­ ные отложения), обусловлено главным образом сингенетическими

Рис. 42. Распределение урана и тория в осадочных отложениях чехла молодых и древних платформ (по В. П. Воробьеву, Г. М. Шору, М. Н. Колюн и др.).

Платформы: а — СкифскоТуранская, б — Сибирская. 1 — конгломераты; г — граве­ литы; 3 — пески, песчаники; 4 — алевролиты; 5 — глины; в — известняки; 7 — доло­ миты; 8 — сланцы; 9 — граниты; 10 — песчаники, конгломераты; 11 — песчаники,

.алевролиты; 12 —г алевролиты, аргиллиты, глинистые сланцы; 13 — туфы, туфо-песча- ники; 14 — мергели, глинистые известняки; 15 — известняки, доломиты; 16 — фосфо­ риты; 17 — битуминозность; 18 — угленосные отложения.

и диагенетическими процессами. В хорошо проницаемых толщах (песчаники, гравелиты, конгломераты) распределение урана во многом зависит от вторичных (эпигенетических) инфильтрационных процессов. В отличие от урана, содержание тория в этих породах не зависит от наложенных явлений в зоне катагенеза

иотражает первичное сингенетическое распределение элемента.

Втектоническом развитии чехла платформ выделяется не­

сколько циклов, в ходе которых в зависимости от фациальных,

области), происходит перенос соединений шестивалентного урана в растворах, в прибрежноморских и лагунных условиях форми­ руются углеродисто-глинистые формации и формации битуминоз­ ных известняков, обогащенные органическим веществом и фосфо­ ром. Для таких формаций характерно повышенное содержание ряда микроэлементов (Mo, As, Y, U и др.), пониженное торийурановое отношение и тесная корреляционная связь урана с орга­ ническим веществом и фосфором. Максимальное накопление обогащенных органикой формаций приурочено к краевым про­ гибам платформ вблизи областей сноса. К центральным частям платформ радиоактивность глинистых и других отложений суще­ ственно падает.

Среднепалеозойские преимущественно морские карбонатные и соленосные формации отличаются пониженной радиоактив­ ностью и низким торий-урановым отношением. В позднепалеозой­ ский цикл седиментации вновь отмечается формирование преиму­ щественно терригенных отложений, в составе которых выделяются угленосные формации с пониженным торий-урановым отношением {< 1> 5) и широким развитием процессов эпигенетического пере­ распределения (привноса) урана. Для бокситоносных формаций этого цикла характерно повышенное содержание урана и тория и высокое торий-урановое отношение 10). Карбонатным и терригенным отложениям мезозоя и кайнозоя присущи монотонное содержание урана и тория и низкое торий-урановое отношение.

Для терригенных и карбонатных формаций чехла древних платформ в целом типично постепенное снижение содержания тория и уменьшение торий-уранового отношения к верхам разреза [225]. Для молодых платформ тенденция обогащения ураном и, особенно, торием краевых частей и низов разреза про­ явлена менее отчетливо. На примере Скифско-Туранской, За­ падно-Сибирской и других платформ видна обычная зависимость радиоактивности пород от их вещественного состава с максималь­ ным содержанием урана и тория в терригенных формациях и мини­ мальным — в карбонатных и соленосных (см. табл. 27). Терригенные отложения с нормальным содержанием органического веще­ ства и фосфора имеют однообразное равномерное распределение радиоактивных элементов, близкое к кларку (табл. 28). Повышен­ ные содержания урана в чехле молодых платформ связаны с на­ коплением осадков, обогащенных органическим веществом и ко­ стным детритом (фосфором), и с развитием наложенных инфильтрационных процессов.

Первично обогащенные ураном осадочные формации известны в основании платформенного чехла, это — верхнеюрские битуми­ нозные сланцы и глины [199], терригенные аллювиальные и при­ брежноморские песчаники и глины с органическим веществом угольного ряда и фосфатизированными органическими остатками. Наиболее значительные сингенетические концентрации урана установлены в палеогеновых алеврито-глинистых отложениях мор-

150

ТАБЛ И Ц А 28

Среднее содержание урана и тория в терригенных формациях (песчано-глинистой, песчаниковой, конгломерат-песчаниковой)

Западно-Сибирской платформы (по И. И. Плуману)

ской сероцветной формации. В составе этой формации на фоне общего близкого к кларку содержания урана и тория известно несколько горизонтов, регионально обогащенных молибденом, селеном, ураном: базальный горизонт — мелкогалечные конгло­ мераты и гравелиты с галькой фосфоритов, битуминозные глины и др. Слабая проницаемость этих толщ обусловливает относи­ тельно равномерное распределение металлов, прямо пропорци­ ональное содержанию органического вещества.

По данным А. И. Перельмана, Г. М. Шора [195, 196, 339] и других авторов, существенное значение в формировании кон­ трастного геохимического фона радиоактивных элементов в плат­ форменных и эпиплатформенных осадочных отложениях имеют эпигенетические процессы пластового окисления. С наибольшей интенсивностью они проявляются в связи с новейшей тектони­ ческой активизацией регионов в зонах поверхностного и, особенно, пластового окисления, прослеживающихся от области питания подземных кислородно-азотных ураноносных вод до границы их выклинивания. Эпигенетически измененные осадочные породы (песчаники, алевролиты, угли) в этих зонах характеризуются резко неоднородным содержанием урана (Vx > 70 -> 100). Боль­ шая часть урана связана с вторичными гидроокислами железа, что объясняется его сорбцией из подземных вод, содержащих до п -10"5—д-10_4 г/л урана.

Концентрация урана в подземных водах платформенных и эпи­ платформенных осадочных образований колеблется в широких пределах и подчиняется латеральной и вертикальной радиогеохимической зональности артезианских бассейнов. А. И. Германов и Г. М. Шор выделяют две радиогидрогеохимические зоны:

151

окислительных условий (с наличием атмосферного кислорода) и вос­ становительных условий (с наличием метана и водорода и отсут­ ствием кислорода). Зона окислительных условий характеризуется широким диапазоном содержания урана (от 3-10-7 до 3-10“ 4 г/л) и усиленной водной миграцией элемента в пресных и слабосолоно­ ватых кислородсодержащих водах. В этой зоне развиты кисло- родно-азотные воды с минерализацией от 1 до 10 г/л и с потен­ циалом Eh от +180 до +500 мв.

Зона восстановительных условий с бескислородными водами в зависимости от их газового состава и окислительно-восстанови­

В целом зональность распределения урана и других радио­ активных элементов в платформенных и межгорных артезианских бассейнах подчиняется изменению газового, солевого и изотопного состава элементов подземных вод и их динамическому режиму. В соответствии с этим зона окислительных условий занимает верх­ ние и краевые части разрезов гидрогеологических структур арте­ зианских бассейнов и в общем случае сменяется к основанию

ицентру разреза подзонами восстановительных условий со слабо­ радиоактивными водами. На границе раздела зон окислительных

ивосстановительных условий (граница выклинивания зон пласто­ вого окисления) расположены геохимические барьеры, где отла­ гается значительная часть урана из подземных вод.

Терригенные преимущественно проницаемые породы (песча­ ники, гравелиты), затронутые эпигенетическими процессами в зо­

нах пластового окисления, повсеместно отличаются резко неодно­ родным распределением урана и повышенным его содержанием (коэффициент концентрации 5—60) благодаря сорбции металла гидроокислами железа.

В целом в чехле древних и молодых платформ существует не­ сколько геохимических эпох сингенетического и эпигенетического накопления урана. Главной эпохой сингенетического накопления урана в чехле древних платформ является раннепалеозойская,

152

с которой связано образование углеродистых сланцев, фосфоритов и битуминозных известняков, обогащенных фосфором, ванадием, ураном, молибденом, мышьяком и другими элементами. Пере­ распределение урана в результате инфильтрации подземных вод наиболее существенно проявилось в позднепалеозойское время.

В чехлах молодых платформ наиболее значительное сингене­ тическое накопление урана фиксируется в меловой и палеогеновый периоды. Важным фактором контрастного распределения урана явилась активизация в палеоген-неогене инфильтрационной де­ ятельности подземных вод, с которой связаны привнос и пере­ распределение металла. Для тория сингенетические эпохи нако­ пления наиболее отчетливо проявились лишь в чехле древних платформ, главным образом в позднепротерозойское время.

С сингенетическими и эпигенетическими эпохами экзогенного накопления и с миграцией урана связано формирование дифферен­ цированных геохимических зон и провинций. По степени кон­ трастности и интенсивности накопления урана выделяются син­ генетические дифференцированные и эпигенетические интенсивно дифференцированные провинции, тесно связанные с процессами новейшей тектонической активизации.

Магматические формации

Магматические образования в платформенном чехле наиболее широко развиты на Сибирской платформе, где фиксируются вул­ каногенные и интрузивные породы разного состава и нескольких возрастных групп. Радиоактивность пород этого региона в послед­ ние годы с разной степенью детальности изучали многие исследо­ ватели [4, 73, 308]. В основу настоящего описания положены результаты исследования, предпринятого автором совместно с В. Л. Масайтисом * [308] для выяснения особенностей поведения урана и тория в разные эпохи тектоно-магматической деятель­ ности. В пределах Сибирской платформы В. Л. Масайтис [164] и другие исследователи выделяют четыре главнейшие эпохи про­ явления магматизма: 1) ранне- и позднепротерозойская (1400— 1600 и 1000—1100 млн. лет), 2) эпипротерозойская — раннепалео­ зойская (600—690 млн. лет), 3) среднепалеозойская (320— 380 млн. лет), 4) позднепалеозойская — раннемезозойская (220— 280 млн. лет).

Магматические породы этих эпох распространены в чехле Сибирской платформы. Широко развиты траппы и другие магма­ тические образования позднепалеозойского — раннемезозойского

М. Л. Лурье, Л. А. Полунина, А. А. Рябченко, Д. М. Саврасов, Т. В. Селивановская, Л. С. Семенов.

153

М. Л. Лурье [152, 154] и других исследователей, получены све­ дения о менее распространенных допермских базитах трех пред­ шествующих эпох. В каждую из эпох формировались вулкано­ генно-интрузивные породы нескольких магматических формаций: трапповой, трахибазальтовой и ультраосновной — щелочной.

Эффузивные и интрузивные породы основного состава могут быть отнесены к двум независимым петрогенетическим сериям: толеитовым и щелочным базальтам. По данным В. Л. Масайтиса [164, 308], первую серию составляют образования габбро- диорит-диабазовой формации протерозоя и трапповые формации протерозоя — мезозоя. Ко второй серии относятся трахибазальтовые формации палеозоя — мезозоя. Средние составы недиффе­ ренцированных базальтов, долеритов и диабазов отвечают пере­ сыщенным или недосыщениым толеитовым базальтам повышенной щелочности (кварцевые и оливиновые толеиты) и для разных эпох близки друг к другу. Различия обнаруживаются в содержании лишь отдельных компонентов. Так, кварцевые диабазы и конгадиабазы позднего протерозоя отличаются высоким содержанием кремнезема и суммы щелочей. Раннепалеозойские и эпипротерозойские траппы, а также среднепалеозойские долериты и базальты содержат повышенное количество щелочей, железа и титана. Для преобладающего типа недифференцированных базальтов и доле­ ритов верхнего палеозоя — мезозоя типично несколько понижен­ ное содержание калия и титана (табл. 29).

ТАБЛИЦА 29

Средний химический состав магматических пород толеитовой серии разных эпох Сибирской платформы (по В. Л. Масайтису)

154

Трапповая магма в целом отвечает магме платобазальта, а траппы являются типичными представителями известково­ щелочной толеитовой серии. При образовании лавовых покровов этой серии процессы глубинной дифференциации магмы прояви­ лись относительно слабо, о чем свидетельствует постоянный химизм пород на значительных площадях. Магматическая диф­ ференциация наиболее полно выражена в силлах и дайках и до­ статочно отчетливо фиксируется в разных интрузивных ком­ плексах трапповой формации. Эволюция химического состава расплавов, формирующих основные интрузии, обусловлена кри­ сталлизационно-гравитационным фракционированием в замкну­ тых системах и диффузией (щелочей и кислотных компонентов) в незамкнутых системах магматических камер в пределах чехла или в подводящих протяженных каналах [164, 308].

В результате магматической дифференциации, наиболее ярко проявленной в интрузиях вилюйского (P Z 2), норильского, курейского, кузьмовского, тычанского (P Z3—M Z2) и других компле­ ксов, образуются следующие петрогенетические ряды: 1) трокто- лит-долериты (долериты, габбро-долериты), конга-габбро-диа- базы, кварцевые монцонит-порфиры, сиенит-порфиры (глубинная дифференциация); 2) долериты (диабазы), кварцевые габбродолериты, сиено-габбро, сиено-диориты, гранофиры (внутрикамерная дифференциация).

Трахибазальты палеозоя и мезозоя, в отличие от базальтов и долеритов, имеют более высокое содержание щелочей (главным образом калия), что подчеркивается высоким отношением (Na20 + + K 20 )/S i0 2 и низким щелочно-известковым индексом Пикока 50). Глубинная дифференциация щелочно-базальтовой магмы приводит к формированию следующего петрогенетического ряда пород: трахибазальты, трахиандезитобазальты, трахиандезиты, трахиты, щелочные трахиты, трахилипариты. Основной особен­ ностью изменения химизма этих пород является чрезвычайно резкое увеличение содержания щелочей (главным образом калия)

в крайних кислых дериватах ряда [164, 308].

Источником для образования серии ультраосновных — щелоч­ ных и щелочных пород (меймечиты, дуниты, щелочные гипербазиты, ийолиты, мельтейгиты, сиениты) — служила, по-види­ мому, щелочно-ультраосновная магма, более обогащенная щело­ чами, чем обычные расплавы ультраосновного состава [73]. Для этих пород характерны пестрый химический состав и в целом недосыщенность кремнеземом, за исключением наиболее поздних дифференциатов, в которых увеличивается содержание кремнезема и щелочей.

Радиогеохимические данные по магматическим породам Сибир­ ской платформы сведены в табл. 30, 31, 32.

Содержание урана и тория в магматических образованиях чехла Сибирской платформы обнаруживает четкую зависимость от их вещественного (химического) состава. Наименьшие количества

155