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

Рис. 11. Гистограммы распределения урана и тория в лейкократовых (I) и меланократовых (II) породообразу­ ющих минералах гранитоидов.

05

тория в гранитах проявлена весьма слабо, а в ряде случаев практи­ чески отсутствует. Можно, по-видимому, говорить о некотором увеличении содержания урана в относительно слаборадиоактив­ ных гранитоидах (до значений общего содержания в породе

~4-10-4 %).

Вцелом содержание урана и тория в кварце, микроклине, ортоклазе и кислых плагиоклазах примерно постоянно и слабо

Рис. 12. Зависимость содержания урана и тория в минералах гранитоидов и нефелиновых сиенитов от общего содержания этих элементов в породах.

зависит от общего содержания элементов в породе и в магмати­ ческом расплаве. Для этих минералов существует, по-видимому,

и тория в земной коре и определяют, вероятно, возможный предел общей насыщенности сиалического слоя земной коры.

Распределение урана и тория в лейкократовых породообразу­ ющих минералах сравнительно равномерное. В них, как правило, отсутствуют микровключения высокорадиоактивных акцессо-

62

(в 3—5 раз и более) и торием (в 1,5—2 раза и более) по сравнению с лейкократовыми. Во всех темноцветных минералах фиксируется сравнительно низкое и примерно одинаковое торий-урановое отношение (1,8—2,3), что свидетельствует о более легком «вхо­ ждении» урана в эти минералы. В биотите, роговой обманке и пироксенах часто наблюдаются резко аномальные содержания урана и тория, что подтверждается правой асимметрией гисто­ грамм.

Содержание урана и тория и степень неоднородности их рас­ пределения в биотите и, по-видимому, в других породообразу­ ющих меланократовых минералах существенно зависят от уровня общей радиоактивности гранитов. Так, в плагиогранитах диоритгранодиоритовой формации с низкой радиоактивностью уран и торий распределены сравнительно равномерно при относительно невысоком их содержании (табл. 7).

ТАБЛИЦА 7

Содержание урана и тория в биотите и роговой обманке гранитоидов с разными уровнями радиоактивности

В биотитах, входящих в состав более радиоактивных микроклиновых гранитов гранитовой формации (боровской комплекс Северного Казахстана), наряду с повышенным содержанием урана и тория фиксируется и более неравномерное распределение эле­ ментов. По расположению и плотности треков осколков инду­ цированного деления урана-235 в биотите наблюдаются его ско­ пления по трещинам, в краевых частях зерен и т. д. Для самых радиоактивных лейкократовых аляскитовых гранитов харак­ терно максимальное и наиболее контрастное распределение урана.

63

Наряду с концентрацией урана по трещинам и плоскостям спай­ ности в биотитах отмечаются субмикроскопические выделения высокорадиоактивных акцессорных минералов, в частности ортита, циртолита, ураноторита (рис. 13).

Аналогичные зависимости содержания и форм нахождения урана и тория от общей радиоактивности гранитоидов присущи, по-видимому, и другим темноцветным породообразующим мине­ ралам. Постепенное увеличение торий-уранового отношения в биотите и роговой обманке по мере повышения общей радиоак­ тивности пород обусловлено возрастанием относительной роли

или Mg2+) — при одновременной замене гидроксильной группы или иона F- на О2-. Сравнительно низкое содержание тория в биотите, роговой обманке и пироксене говорит в пользу большей вероятности сорбции урана темноцветными минералами.

В породообразующих минералах существенная часть урана и тория находится в виде относительно равномерного, в той или иной степени диспергированного (атомарного или молекулярного) рассеяния. В целом же форма нахождения урана и тория в мине­ ралах гранитоидов во многом остается неясной.

Микрорадиографические исследования, в особенности с по­ мощью треков индуцированного деления, свидетельствуют о равно­ мерном распределении части следов а-частиц и треков осколков деления как в лейкократовых, так и в темноцветных породообра­ зующих минералах. Исключение составляют участки вторичного перераспределения урана по трещинам и включения акцессориев (главным образом в темноцветных минералах). Эти данные под­ тверждают предположение В. И. Вернадского о преимущественно равномерном рассеянии урана, хотя форма его нахождения в ми­ нералах остается неясной.

Некоторые авторы [144, 182, 327] допускают изоморфное замещение ураном и торием кальция (в частности, в плагиоклазе, биотите) при одновременном вхождении редких земель в решетку минералов (двойной изоморфизм) или повышенной активности элементов-примесей в расплаве (компенсационный изоморфизм, по В. В. Щербине). По мнению других исследователей [155], более правильным представляется механический захват урана и тория в ходе кристаллизации породообразующих минералов, что подтверждается сравнительно легкой извлекаемостью эле­ ментов из этих минералов без разрушения их кристаллических решеток.

Акцессорные минералы гранитоидов вне зависимости от их состава и структуры содержат значительно больше урана и тория по сравнению с породообразующими компонентами горных пород.

Среди акцессорных минералов по степени насыщения ураном

иторием можно выделить две группы.

d. Минералы с относительно невысокой радиоактивностью (коэффициент концентрации урана и тория обычно не превышает

5 —10), для которых характерно нормальное (2—6) или понижен­ ное ( < 1 -т-2) торий-урановое отношение. К таким минералам относятся наиболее часто встречающиеся акцессории: ильменит, магнетит, эпидот, флюорит, апатит.

2. Минералы с резко повышенной радиоактивностью (коэффи­ циент концентрации урана и тория достигает 50—100 и более). Большинство из этих минералов относится к сравнительно редким акцессориям. Среди них выделяются минералы с низким ( < 1

которых из них (апатит, флюорит) имеет место изоморфное замеще­ ние ураном и торием кальция, хотя в других минералах (магнетит, гематит) с таким же уровнем радиоактивности подобное замеще­ ние, по-видимому, исключается и наиболее простым объяснением может быть предположение о механическом захвате атомов.

В высокорадиоактивных акцессорных минералах (ортит, мона­ цит и др.) уран и торий присутствуют главным образом в виде изоморфной примеси, замещая элементы с близким ионным ради­ усом (редкоземельные, иттрий, цирконий и др.). При этом уран занимает место преимущественно циркония (циркон, циртолит) и иттрия (сфен, иттриевый ортит), а торий — церия Се4+ (цериевый ортит, монацит).

Различие в свойствах ионов U4 + и Th4+ приводит к суще­ ственному разделению урана и тория в акцессорных минералах, что, по-видимому, и определяет присутствие в складчатых обла­ стях высокорадиоактивных гранитоидов с резко разным торий-

с низким содержанием редких земель и циркония устанавливаются собственно ториевые минералы (торианит, торит), а также суб­ микроскопические урановые и урано-ториевые выделения неизве­ стного состава, скопления урана (иногда тория) по трещинам и в виде каемок, обрамляющих биотит и другие темноцветные минералы (см. рис. 13). Подобные формы нахождения элементов следует отнести к избыточным, не связанным с главными компо­ нентами пород и акцессориями. Наличие в гранитоидах свободного урана и тория является очень важным признаком при оценке металлогенической роли геохимически специализированных интрузий.

66

находится в породе в свободном избыточном состоянии.

В нефелиновых сиенитах общие особенности распределения урана и тория по минералам во многом сходны с вышеописанными

Рис. 14. Содержание урана и тория в породообразующих и акцессорных минералах нефелиновых сиенитов.

урана и тория в лейкократовых породообразующих минералах (нефелин, ортоклаз) при торий-урановом отношении 3—3,5, слабо повышенные — в темноцветных минералах (биотит, арфведсонит, згирин) при пониженном торий-урановом отношении (0,9—1,3) и максимальные — в акцессориях (рис. 14). Среди акцессорных минералов по уровню радиоактивности выделяют два типа: со слабо повышенным содержанием урана и тория (магнетит, титанит, эвдиалит, апатит) и высокорадиоактивные (циркон, лопарит, перовскит и др.).

Поминеральный баланс урана и тория в нефелиновых сиенитах

68

к агпаитовым разностях (Вишневогорский, Хибинский, Ловозерский, I интрузивная фаза, массивы), более 50% урана и тория приурочено к салическим и фемическим породообразующим минералам [206]. В агпаитовых нефелиновых сиенитах (Ловозерский массив, II и III фазы) большая часть урана и тория обычно находится в акцессорных минералах и микровключениях акцессориев в породообразующих компонентах. Среди акцессорных главными носителями урана и тория являются редкоземельные (ринколит, лопарит, перовскит) и циркониевые (эвдиалит, циркон) минералы.

Для редкоземельных минералов нефелиновых сиенитов (лопа­ рит) характерно высокое торий-урановое отношение ( > 15), а для циркониевых (эвдиалит и циркон) — низкое (< ;1 ). Близость ионных радиусов элементов позволяет предполагать изоморфизм урана с цирконием в одних минералах и тория с редкоземельными элементами (церием) — в других. Об этом свидетельствуют равно­ мерное распределение урана и тория и отсутствие какой-либо зональности в треках [206]. В некоторых типах нефелиновых сиенитов (фойяиты) значительная часть тория и, по-видимому, урана вообще не обнаруживается при химическом анализе породо­ образующих и акцессорных минералов [206, 381].

По результатам микрорадиографических исследований в поро­ дообразующих минералах нефелиновых сиенитов Кольского полу­ острова [206] и других регионов [380, 381] фиксируется три типа распределения урана и тория: равномерное по площади минерала; приуроченное к трещинам спайности, границам зерен минералов; сконцентрированное в микровключениях чуждых (акцессорных) минералов.

Соотношения этих форм достаточно разнообразны. Равномерно­ рассеянные количества урана и тория, особенно в породах с по­ вышенным содержанием этих элементов, составляют обычно не более 25%. Наибольшая густота треков по трещинам и во вклю­ чениях фиксируется на участках проявления постмагматических процессов. Эти процессы оказывают существенное влияние на перераспределение урана и тория, что приводит к концентрации элементов во вторичных эпимагматических минералах: игольча­ том эгирине, содалитах, цеолитах и др. Значительная часть урана и тория [171, 206] находится в легко извлекаемой форме, что связано, вероятно, с наличием микровключений и скоплением элементов по трещинам.

В акцессорных минералах доля извлечения урана и тория слабыми реагентами (раствор соды, оксалат аммония и др.) ко­ леблется в значительных пределах (0—90%). При этом макси­ мальные величины отмечаются в метамиктных минералах или акцессориях, подверженных вторичным постмагматическим изме­ нениям. Эти данные свидетельствуют, по-видимому, о том, что легкоподвижные соединения урана и тория не входят в кристал­ лические решетки породообразующих и акцессорных минералов.

69

Вопрос о форме нахождения той части урана и тория, которая равномерно рассеяна в породообразующих минералах (нефелин, биотит и др.), остается неясным. А. И. Поляков [206] допускает возможность изоморфного вхождения тория в кристаллические решетки минералов в период собственно магматической стадии минералообразования. Значительная часть урана и тория, при­ внесенная в минералы после их кристаллизации, в результате наложенных процессов образует микровключения и эпигенети­ ческие неизоморфные скопления по трещинам.

А. И. Поляков выделяет два типа поведения урана и тория при кристаллизации в фойяитах и луявритах (рис. 15).

Th.10^%

в акцессорных минералах, кристаллизующихся на самых ранних стадиях магматического процесса.

Второй тип распределения представляется несколько сомни­ тельным, так как механизм локальной концентрации подавля­ ющей части урана и тория из гомогенного расплава остается неясным.

Для нефелиновых сиенитов (преимущественно агпаитовых) можно выделить следующий ряд магматических минералов, упоря­ доченных по содержанию урана и тория:

Ne —v Or -> Eg — Arf — Bt -> Sph Evd — Ap -»• Zr Lop.

70