ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2014, том 56, № 4, с. 262-271
УДК 550.424
УСЛОВИЯ НАКОПЛЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРОЦЕССАХ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ УЛЬТРАОСНОВНЫХ ЩЕЛОЧНО-КАРБОНАТИТОВЫХ ФОРМАЦИЙ
© 2014 г. Л. Н. Когарко
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991, Москва, ул. Косыгина, 19 Поступила в редакцию 26.02.2014 г.
Исследование распределения радиоактивных элементов в щелочных породах Полярной Сибири и Украины показало значительное концентрирование урана и тория в конечных продуктах магматической дифференциации — карбонатитовом комплексе и нефелиновых сиенитах. Агпаитовые нефелиновые сиениты Полярной Сибири характеризуются очень высокими содержаниями радиоактивных элементов, близкими к экономически значимым. В породах карбонатитового комплекса также отмечено концентрирование радиоактивных элементов (так, в некоторых севитах содержания урана достигают 294 х 10-4% и тория 916 х 10-4%). В поздних — доломитовых карбонатитах содержания радиоактивных элементов заметно падают.
Отношение ТЬ/И в щелочных породах Полярной Сибири близко к хондритовому в малодифферен-цированных, высокомагнезиальных первичных породах и возрастает в наиболее поздних диффе-ренциатах — фоскоритах, кальцитовых карбонатитах и доломитовых карбонатитах. Основное количество радиоактивных элементов заключено в редкометальных акцессорных минералах — перовските, пирохлоре, кальциртите и апатите. Породообразующие минералы содержат очень низкие концентрации радиоактивных элементов. В щелочной серии Черниговского массива (Украина) И и ТЬ также накапливаются в процессах кристаллизационной дифференциации, в особенности в фоскоритах карбонатитового комплекса. Установлена урановая специализация мантийных ксенолитов и щелочных пород Украины. По всей вероятности, различие процессов фракционирования радиоактивных элементов Полярной Сибири и Украины связано с разными геодинамическими режимами этих провинций. Мезозойский щелочной магматизм Полярной Сибири является частью Сибирского суперплюма, в то время как протерозойский щелочной комплекс Украины связан с процессами субдукции коры океанического типа.
БО1: 10.7868/80016777014040030
ВВЕДЕНИЕ
Геохимия радиоактивных элементов тесно связана с процессами длительной эволюции природных магматических систем, переходящих в гидротермальную стадию. Из всех магматических формаций щелочной и карбонатитовый магматизм обладает самым высоким потенциалом в отношении радиоактивных элементов. Большое число эндогенных месторождений урана и тория связано с породами повышенной щелочности. В связи с распадом Советского Союза Россия потеряла ценнейшие источники радиоактивного сырья. Вследствие этого исследования геохимии урана и тория в горных породах приобретают особое значение.
Целью настоящей работы является исследование геохимии радиоактивных элементов в ходе эволюции ультраосновных щелочно-карбонати-товых магматических систем на примере крупнейшего в мире ультраосновного-щелочного ме-
Адрес для переписки: Л.Н. Когарко. E-mail: kogarko@geokhi.ru
зозойского Гулинского комплекса Маймеча-Ко-туйской провинции (Полярная Сибирь). Для сравнения исследовалась геохимия радиоактивных элементов протерозойского Черниговского карбонатитового массива Украинской щелочной провинции.
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГУЛИНСКОГО МАССИВА
Гулинский массив занимает территорию между реками Котуй и Маймеча и расположен на границе Сибирской платформы и Хатангского прогиба. Массив имеет овальную форму 35 х 45 км и с учетом пород, перекрытых четвертичными отложениями, занимает площадь 1500—1600 км2 (Егоров, 1991). Согласно геофизическим данным, массив имеет практически вертикальные контакты и, по-видимому, трубообразную форму (Егоров, 1991). Вмещающими породами массива являются щелочные эффузивы, включающие потоки меймечитов. Гулинский массив, так же как и
другие ультраосновные щелочные массивы провинции, формировался в несколько фаз (табл. 1).
Наиболее распространенными породами массива являются дуниты, которые занимают около 60% площади, и ультраосновные щелочные породы — около 30% массива. Все остальные разновидности, включая мелилитолиты, ийолиты, щелочные сиениты и карбонатиты, составляют только 10% площади массива.
Анализы урана и тория были выполнены методом ICP MS на масс-спектрометре Finnigan Element, использовались международные стандарты BE-N, IF-G. Распределение радиоактивных элементов в минералах было исследовано с помощью микрозонда CAMECA 100 и лазерной абляции in situ. Всего было проанализировано около 90 образцов пород Гулинского массива и 26 пород Черниговского массива Украины, а также около 120 минералов. Результаты представлены в таблицах 2, 3, 4.
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОРОДАХ ГУЛИНСКОГО КОМПЛЕКСА
Уран и торий являются несовместимыми лито-фильными элементами, обладают чрезвычайно низкими коэффициентами распределения в главных породообразующих минералах и вследствие этого накапливаются в остаточных продуктах кристаллизационной дифференциации. Обладая сильными литофильными свойствами, радиоактивные элементы (U, Th) образуют в природе соединения только с кислородом c преобладающим ионным типом связи. Ионный радиус тория, который в эндогенных процессах является четырехвалентным (Th4+ — 0.95 А), близок к радиусу редких земель (0.8-0.97 А), урана (U4+ - 0.89 А), циркония (Zr4+ - 0.82 А), кальция (Ca2+ - 1.04 А). Уран в эндогенных условиях может быть четырехвалентным и шестивалентным, в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала ми-нералообразующей среды, и легко образует кислородные комплексы типа уранил (UO2)2+.
Исследования геохимии урана и тория в горных породах различных регионов показали, что эти элементы значительно накапливаются в процессах магматической дифференциации (Гераси-мовский и др., 1966). Высокие содержания радиоактивных элементов в щелочных породах отмечались Ферсманом (Ферсман, 1939), Ведеполем (Wedepohl, 1969) и во многих других работах. Аналогичная закономерность установлена нами для глубоко дифференцированных пород Гулинского массива. Результаты анализов представлены в таблице 2. Средние содержания радиоактивных элементов для различных типов пород принимались как среднеарифметические величины.
Таблица 1. Интрузивные фазы Гулинского комплекса
Фаза интрузии Субфаза Порода
4 Доломитовые карбонатиты
7 3 Мелкозернистые кальцитовые карбонатиты
2 Крупнозернистые кальцитовые карбонатиты
1 Фоскориты и рудные фоскориты
6 Граниты
2 Микрошонкиниты
5 1 Агпаитовые сиениты, кварцевые сиениты
4 Ийолиты и ийолит-пегматиты
3 Якупирангиты и мельтейгиты
3 2 Нефелиниты и оливиновые нефе-линиты, нефелиновые пикриты, слюдяные пироксеновые пикриты
1 Мельтейгиты, малиньиты, шон-киниты
2 Мелилитовые породы
1 2 Рудные пироксениты (косьвиты), оливиновые пироксениты, перидотиты
1 Дуниты
Отличительной чертой распределения радиоактивных элементов в породах Гулинского массива является значительная вариация концентраций. В особенности это характерно для урана, содержания которого в дунитах и косьвитах колеблются иногда более чем на 2 порядка. Следует отметить, что высокомагнезиальные магмы, приближающиеся к первичным составам — меймечиты, пикриты и оливиновые меланефелиниты, обладают более постоянными содержаниями радиоактивных элементов. От более ранних пород (дунитов и косьви-тов) к наиболее поздним (карбонатитам) отмечается значительный рост концентраций урана и тория (от 0.04 х 10-4% и и 0.12 х 10-4% ТЬ в дунитах до средних значений 39 х 10-4% и и 209 х 10-4% ТЬ в фоскоритах). Интересно, что в самых поздних породах массива — доломитовых карбонатитах — содержания урана и тория падают до 0.84 х 10-4% и и 10.39 х 10-4% ТЬ. Относительно низкие содержания радиоактивных элементов в доломитовых карбонатитах связаны с активным фракциониро-
Таблица 2. Распределение радиоактивных элементов в породах Гулинского массива, п х 10 4%
Дуниты Косьвиты
порода № и ТИ ТИ/и порода № и ТИ ТИ/и
Дунит 8513 0.05 0.13 2.79 Косьвит 863 0.20 0.30 1.50
Дунит 1153 0.00 0.02 0.00 Косьвит 868 0.20 0.70 3.50
Дунит 182 0.02 0.05 2.67 Косьвит 8510/1 1.00 5.50 5.50
Дунит 184 0.01 0.02 2.55 Косьвит 8514 0.20 0.30 1.50
Дунит 187 0.02 0.06 3.44 Косьвит 1148 0.20 2.10 10.50
Дунит 158 0.33 0.80 2.42 Косьвит 1149 0.20 0.30 1.50
Дунит 240 0.01 0.05 3.42 Косьвит 1151 0.20 0.50 2.50
Дунит 175 0.002 0.03 11.27 Косьвит 176 1.30 6.00 4.62
Дунит 164 0.022 0.11 4.84 Косьвит 180 0.05 0.19 4.23
Дунит 1153а 0.000 0.04 0.00 Косьвит 181 0.06 0.21 3.43
Дунит 1146 0.000 0.03 0.00 Среднее 0.36 1.61 3.88
Среднее 0.04 0.12 3.04
Оливиниты
порода № и ТИ ТИ/и
Оливинит 235 1.57 5.06 3.22
Оливинит 159 0.10 0.41 4.14
Среднее 0.83 2.73 3.68
Меймечиты Пикриты
порода № и ТИ ТИ/и порода № и ТИ ТИ/и
Меймечит Е-1 0.20 1.00 5.00 Пикрит 122 1.30 3.80 2.92
Меймечит 117 0.40 1.10 2.75 Пикрит 119 1.10 4.90 4.45
Меймечит 130 0.50 1.40 2.80 Пикрит 125 1.10 4.80 4.36
Меймечит 50С 0.50 3.00 6.00 Пикрит 147 1.60 6.00 3.75
Меймечит 131 0.60 2.70 4.50 Пикрит 143 1.80 6.30 3.50
Меймечит 116 0.50 2.00 4.00 Пикрит 129 1.40 5.60 4.00
Меймечит 133 0.70 1.80 2.57 Пикрит 229 1.90 8.20 4.32
Меймечит 1139 0.80 2.20 2.75 Пикрит 230 0.60 3.60 6.00
Меймечит 121 0.70 3.20 4.57 Пикрит 232 1.20 5.40 4.50
Меймечит 134 0.60 2.20 3.67 Пикрит 238 1.50 6.60 4.40
Меймечит 144 0.92 3.20 3.48 Пикрит 169А 1.80 6.40 3.56
Меймечит 118 0.44 1.40 3.18 Не-пикрит 861 1.40 5.10 3.64
Меймечит 132 0.50 2.80 5.60 Не-пикрит 166 0.87 4.50 5.15
Меймечит 8313 0.80 3.10 3.88 Не-пикрит 168 1.80 8.30 4.61
Меймечит 231 0.50 2.20 4.40 Ол-меланефелинит 858 2.70 12.00 4.44
Меймечит 233 0.40 1.60 4.00 Ол-меланефелинит 8510 1.60 6.20 3.88
Меймечит 146 0.83 3.65 4.37 Ол-меланефелинит 1136 1.20 4.90 4.08
Среднее 0.58 2.27 3.97 Ол-меланефелинит 1137 1.20 5.00 4.17
Агпаитовые нефелиновые сиениты Ол-меланефелинит 1137а 1.20 5.00 —
порода № и ТИ ТИ/и Ол-меланефелинит 1143 0.90 4.80 5.33
Агпаитовый
нефелиновый 1 36.07 134.9 3.74 Ол-меланефелинит 165 0.90 4.70 5
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.