Геохимия урана и тория в карбонатитовом процессе презентация

1- щелочные породы, 2 – ультраосновные породы, 3 - гнейсы, 4 - фениты, 5 – шток карбонатитов, 6 – жилы карбонатитов Карбонатиты представляют собой эндогенные существенно карбонатные горные породы, генетически связанные с интрузивными комплексами щелочного – ультраосновного состава.

Стадии образования карбонатитов 1. ранние крупнозернистые кальцитовые карбонатиты с минералами титана и циркония 2. среднезернистые кальцитовые карбонатиты с дополнительными минералами титана, иногда урана и тория 3. мелкозернистый кальцит-доломитовый агрегат с характерной ниобиевой минерализацией 4. мелкозернистые массы доломит-анкеритового состава с редкоземельными карбонатами

В качестве доказательства магматического происхождения карбонатитов приводятся следующие: В качестве доказательства магматического происхождения карбонатитов приводятся следующие: 1. существование щелочно-углекислых, кальциево-углекислых лав (вулкан Олдонио Ленгай, Замбия). Начиная с 1880 года было зарегистрировано 10 извержений (последнее 1966-1967гг). Лавы последнего извержения представлены бурым карбонатом натрия, флюоритом. Химический состав;% SiO2-сл-1,18 CaO-12,74-19,09 TiO2-0,1-0,8 MgO-0,41-2,35 Al2O3-0,08-1,70 Na2O-29,00-30,00 MnO-0,04-0,24 P2O5-0,83-1,06 BaO-0,95-1,05 CO2-30,73-32,40 SrO-0,85-1,24 H2O-1,81-8,59 F-1,84-2,69 Cl-2,07-3,86 SO3-2,00-2,88 La-0,04% Nb-0,0015%

Кальциево-углекислые лавы встречены в районе вулкана Налианго, где они представлены пузырчатой светло-серой породой с фенокристаллами биотита. Основная масса спутанно-волокнистая с микролитами пироксена, оливина, биотита, магнетита, ильменита, апатита, кальцита. Кальциево-углекислые лавы встречены в районе вулкана Налианго, где они представлены пузырчатой светло-серой породой с фенокристаллами биотита. Основная масса спутанно-волокнистая с микролитами пироксена, оливина, биотита, магнетита, ильменита, апатита, кальцита. CaO-35-36% CO2-11,3% SiO2-13-13,8% Feсуммарно-52%

В формировании комплекса щелочных-ультраосновных пород и карбонатитов выделяется 4 этапа. В формировании комплекса щелочных-ультраосновных пород и карбонатитов выделяется 4 этапа. 1.Формирование комплекса ультраосновных пород. 2. Формирование щелочно-у/основных пород (биотит и флогопитсодержащих). 3. Формирование щелочных пород группы нефелиновых сиенитов(возможно метасоматическая их породы). 1-3 этапы сопровождаются формированием фенитов (в экзоконтакте), пироксен-флогопитовых и амфибол-флогопитовых образований (в эндоконтактах). 4. карбонатиты Температура формирования карбонатитов 630-190°С Формирование карбонатитов - процесс многостадийный. По разным авторам 3 до 6 стадий. Кальцит плавится при 1339°С. Эксперименты свидетельствуют, что система CaO-CO2-H2O (Ф.Сыромятников, О.Таттл и др.) может существовать при довольно узком интервале темпернатур - 640-685°С Данный жидкий расплав содержит газовую и жидкую фазы: 95%H2O-5%CO2. Отмечают, что по вязкости это больше не расплав, а жидкость, и неизвестно как ее называть магмой или гидротермальным раствором (г.Барт).

Метасоматическая природа карбонатитов. Метасоматическая природа карбонатитов. Признаки: 1. Общая тенденция развития минеральных парагенезисов, соответствующая изменению режима кислотности в сторону уменьшения pH. 2. Реликты исходных пород среди карбонатитов. 3. Зависимость текстурно-структурных особенностей карбонатитов от текстур и структур вмещающих пород, от этого зависит и состав темноцветных компонентов. 4. Избирательный характер развития карбонатитового процесса. У/основные породы замещаются более интенсивно, чем нефелиновые сиениты. Проблема генезиса карбонатитов связана с проблемами взаимодействия системы кора-верхняя мантия, происхождением и эволюцией щелочно-базальтоидного магматизма.

Содержание радиоактивных элементов в карбонатитах Для карбонатитов и карбонатитоподобных образований характерна ярко выраженная радиогеохимическая специализация Все они резко дифференцированы по уровню накопления урана и тория. Торий-урановое отношения в карбонатитах колеблется от 0,1-0,2 до 65-68. По величине торий-уранового отношения среди них, согласно общепринятой радиогеохимической градации, выделяются карбонатиты урановой, смешанной и ториевой природы

Содержание урана и тория в некоторых карбонатитах и вмещающих их породах из различных районов мира

В эффузивных карбонатитах Олдоньо-Ленгаи разброс значений также достаточно велик, хотя современные углекислые вулканические лавы не так сильно дифференцированы по содержанию урана и тория (6,7-7,3 и 2,8-29 г/т соответственно), как более ранние карбонатиты. При этом торий-урановое отношение в этих образованиях в среднем равно 0,2 (Dawson, Gall, 1970). В эффузивных карбонатитах Олдоньо-Ленгаи разброс значений также достаточно велик, хотя современные углекислые вулканические лавы не так сильно дифференцированы по содержанию урана и тория (6,7-7,3 и 2,8-29 г/т соответственно), как более ранние карбонатиты. При этом торий-урановое отношение в этих образованиях в среднем равно 0,2 (Dawson, Gall, 1970). Более детально изучена радиогеохимия карбонатитов и карбонатитоподобных образований Алтае-Саянской складчатой области. Для них характерны значительные вариации содержания урана и тория. Так, например, содержание урана колеблется от 1,6 г/т в мономинеральных кальцитовых карбонатитах первой стадии Заангарского массива Енисейского кряжа до 190-320 г/т в карбонатитах с гатчеттолитовой минерализацией в Саянском карбонатитовом комплексе. Аналогичная картина наблюдается и для тория, средние содержания которого по отдельным типам карбонатитов варьируются от 1,9 г/т в кальцитовых с амфиболом карбонатитах Заангарья до 1011 г/т в карбонатитах первого типа Верхнепетропавловского участка Кузнецкого Алатау. Диапазон величины торий-уранового отношения при этом - от 0,02 до 88.

Значительная дифференциация радиогеохимических показателей установлена в пределах отдельных карбонатитовых тел. Содержание радиоактивных элементов изменяется от минеральной ассоциации одной стадии к другой. Так, Л.А. Березина (1972) указывает на максимальную обогащенность ураном и торием карбонатитов второй стадии. Все без исключения исследователи отмечают существенную обогащенность ураном, в значительно меньшей степени торием, карбонатитов с гатчеттолитовой и пирохлоровой минерализацией (Пожарицкая, 1960; Березина, 1965; Жмодик, 1984; и др.). Значительная дифференциация радиогеохимических показателей установлена в пределах отдельных карбонатитовых тел. Содержание радиоактивных элементов изменяется от минеральной ассоциации одной стадии к другой. Так, Л.А. Березина (1972) указывает на максимальную обогащенность ураном и торием карбонатитов второй стадии. Все без исключения исследователи отмечают существенную обогащенность ураном, в значительно меньшей степени торием, карбонатитов с гатчеттолитовой и пирохлоровой минерализацией (Пожарицкая, 1960; Березина, 1965; Жмодик, 1984; и др.). В общей схеме метасоматической последовательности минералообразования карбонатитов это свидетельствует о том, что привнос и концентрация радиоактивных и редких элементов происходят в позднюю кальцитовую стадию карбонатитового процесса (Журавлева и др., 1978). В процессе формирования наиболее поздних кальцит-доломитовых, доломит-анкеритовых и анкеритовых стадий происходят интенсивное перераспределение и вынос урана, тантала, ниобия (Капустин, 1987; и др.). Эти радиогеохимические особенности карбонатитов уже на первых этапах их изучения послужили хорошим поисковым признаком для их обнаружения и оконтуривания.

Формы нахождения радиоактивных элементов в карбонатитах Исследования форм нахождения урана и тория в классических карбонатитах Восточного Саяна (Березина, 1972, Березина и др., 1976, Журавлева и др., 1978, Жмодик, 1984 и др.) показывают, что в ранних карбонатитах до 60-70 % урана и тория концентрируется в апатите, сфене и перовските. В карбонатитах II стадии радиоактивные элементы концентрируются в гатчеттолите, циркелите, пирохлоре, торианите, III стадии – в апатите, пирохлоре, линдоките. В доломит-анкеритовых и анкеритовых карбонатитах минералами-концентраторами урана являются пирохлор, колумбит, гатчеттолит, бастнезит, ортит и другие акцессорные минералы. Для метасоматитов этого типа отмечается обилие мелких микровключений урансодержащих минералов. Уран в породах распределяется крайне неоднородно.

Принято выделять две генетические разновидности пегматитов: магматогенные и метаморфогенные. Принято выделять две генетические разновидности пегматитов: магматогенные и метаморфогенные. Магматогенные пегматиты принадлежат к группе позднемагматических образований, формировавшихся на самых завершающих стадиях кристаллизации интрузивных массивов и располагающихся близ их кровли. Они связаны с родоначальными интрузивами тождественностью состава, но отличаются от них меньшими размерами, жило- и гнездообразной формой, зональным внутренним строением, неравномерностью в размерах зерен, крупными кристаллами части слагающих их минералов и наличием продуктов метасоматической переработки первичных минеральных ассоциаций магматического происхождения. Подавляющее количество пегматитов связано с гранитными породами. Во всех случаях родственные пегматитам гранитоиды отличаются повышенной кислотностью или щелочностью, полной дифференциацией и многофазностью внедрения. По мере перехода от малоглубинных условий образования к большим глубинам в этих гранитах возрастает содержание глинозема, усиливается плюмазитовый характер гранитов и уменьшается значение коэффициента агпаитности (от 0,8÷1 до 0,6÷0,65).

В зависимости от состава и строения пегматиты делят на простые и сложные (Смирнов, 1982). В зависимости от состава и строения пегматиты делят на простые и сложные (Смирнов, 1982). Простые гранитные пегматиты состоят в основном из калиевого полевого шпата и кварца. Сложные гранитные пегматиты имеют более разнообразный минеральный состав и, как правило, зональное строение.

Гранитные пегматиты, по А.Е. Ферсману, можно разделить на пегматиты чистой линии и пегматиты линии скрещения (гибридные пегматиты). Гранитные пегматиты, по А.Е. Ферсману, можно разделить на пегматиты чистой линии и пегматиты линии скрещения (гибридные пегматиты). Пегматиты чистой линии, не испытавшие усложнения состава в процессе формирования, залегают в гранитах или тождественных им по минеральному и химическому составу породах. Пегматиты линии скрещения образуются среди иных формаций, что отражается на их составе. В этих условиях возникают гибридные пегматиты, ассимилировавшие вещество боковых пород, и десилицированные пегматиты, отдавшие часть своего кремнезема вмещающим породам, недосыщенным этим соединением.

Гранитные пегматиты чистой линии сложены калиевым полевым шпатом (ортоклаз, микроклин), кварцем, плагиоклазом (альбит, олигоклаз) и биотитом; кроме главных пегматитообразующих минералов в них концентрируются в разной степени сподумен, мусковит, турмалин, гранат, топаз, берилл, лепидолит, флюорит, апатит, минералы редких и радиоактивных элементов, а также редких земель. Гранитные пегматиты чистой линии сложены калиевым полевым шпатом (ортоклаз, микроклин), кварцем, плагиоклазом (альбит, олигоклаз) и биотитом; кроме главных пегматитообразующих минералов в них концентрируются в разной степени сподумен, мусковит, турмалин, гранат, топаз, берилл, лепидолит, флюорит, апатит, минералы редких и радиоактивных элементов, а также редких земель. Гибридные пегматиты, образованные при ассимиляции глиноземистых пород (например, глинистых сланцев или основных пород), обогащаются такими минералами, как андалузит, кианит, силлиманит. Подобного рода пегматиты, ассимилировавшие карбонаты кальция, магния и железа, содержат роговую обманку, пироксены, титанит, скаполит и другие минералы. Десилицированные пегматиты в ультраосновных и карбонатных породах представлены обычно плагиоклазитами состава от альбититов до анортититов. При пересыщении глиноземом возникают корундовые плагиоклазиты.

Содержание радиоактивных элементов в пегматитах

Средние содержания радиоактивных элементов в кислых изверженных породах и гранитных пегматитах (по Ермолаев, Тарасов, 1963)

Некоторое представление о содержании урана и тория в пегматитах дает таблица Эти данные согласуются с данными А.Е.Ферсмана, свидетельствующими об обогащении пегматитов ураном и торием на фоне вмещающих их пород. Они также указывают на более высокую активность урана в пегматитовом процессе по сравнению с торием. Торий – урановое отношение в пегматитах в основном ниже значений, типичных для изверженных горных пород (2-5), не подвергнутых метасоматическим преобразованиям.

Формы нахождения радиоактивных элементов в пегматитах Исследование форм нахождения радиоактивных элементов в различных типах пегматитов показало, что основная масса урана и тория сконцентрирована в акцессорных минералах. Так, например, по данным Л.В.Комлева для микроклин-плагиоклазовых жил пегматитов Северной Карелии на породообразующие минералы, слагающие около 99, 74% массы пегматита, приходится лишь 1,15% от общего количества урана, в то время как на акцессорные минералы (0,25% от массы пегматита) соответственно 98,85%. Другие немногочисленные определения и подсчеты также показывают, что основная масса урана и тория заключена в акцессорных минералах, в то время как в изверженных породах уран в этих формах составляет всего лишь 30-50% от его общего количества. В акцессорных минералах, которые одновременно являются и концентраторами и носителями урана, он ассоциирует с элементами, близкими ему по свойствам: Th, Zr, Hf, Y, лантаноиды. Особенно часто наблюдаются парагенезисы урана с торием и редкими землями. При этом уран входит в кристаллическую решетку, главным образом, иттриевых минералов, а торий – в решетку цериевых.

С.М. Жмодик изучил формы нахождения урана и тория в пегматитах и вмещающих их щелочных породах Заангарского щелочного массива (Жмодик, 1984). Основное количество урана во вмещающих ийолитах связано с акцессорными минералами – ловенитом, сфеном, апатитом, гранатом (андрадитом); в фойяитах – с ловенитом, бастнезитом, торитом, велеритом. В пегматитах 95% урана сосредоточено в акцессорных минералах, микровключениях и трещинках.

По данным нейтронно-осколочной радиографии установлена отчетливая тенденция к увеличению количества урана, связанного с акцессориями, от пород собственно магматического этапа к пегматитам и особенно к альбитизированным разновидностям нефелиновых сиенитов. Долю урана, сосредоточенного в трещинах минералов вдоль контактов кристаллов, учесть очень сложно, однако автор констатирует, что данная форма нахождения урана наиболее характерна для пегматитов, альбитизированных пород и в меньшей мере для микроклинизированных разновидностей. По данным нейтронно-осколочной радиографии установлена отчетливая тенденция к увеличению количества урана, связанного с акцессориями, от пород собственно магматического этапа к пегматитам и особенно к альбитизированным разновидностям нефелиновых сиенитов. Долю урана, сосредоточенного в трещинах минералов вдоль контактов кристаллов, учесть очень сложно, однако автор констатирует, что данная форма нахождения урана наиболее характерна для пегматитов, альбитизированных пород и в меньшей мере для микроклинизированных разновидностей.

Интересно, что количество выщелоченного урана увеличивается в ряду ийолит — фойяит — микроклинизированный фойяит — щелочной пегматит – гидротермально измененный фойяит. Процент выщелачивания урана также возрастает от пород магматического этапа к породам постмагматического, т. е. к породам, в которых по данным (n, f) – радиографии устанавливается широкое распространение «свободной» формы урана. Выявленные методами селективного выщелачивания закономерности для урана, в общем, характерны и для тория с той разницей, что максимальное количество тория извлекается из альбитизированных фойяитов и пегматитов. Для всех пород Заангарского массива (исключение гидротермалиты) процент выщелачивания тория выше, чем для урана. Отношение тория к урану в солянокислых растворах после выщелачивания отражает торий-урановое отношение самих пород. Это может объясняться тем, что формы нахождения урана в тория близки между собой и что в «свободной» форме находится не только уран, но и торий. Интересно, что количество выщелоченного урана увеличивается в ряду ийолит — фойяит — микроклинизированный фойяит — щелочной пегматит – гидротермально измененный фойяит. Процент выщелачивания урана также возрастает от пород магматического этапа к породам постмагматического, т. е. к породам, в которых по данным (n, f) – радиографии устанавливается широкое распространение «свободной» формы урана. Выявленные методами селективного выщелачивания закономерности для урана, в общем, характерны и для тория с той разницей, что максимальное количество тория извлекается из альбитизированных фойяитов и пегматитов. Для всех пород Заангарского массива (исключение гидротермалиты) процент выщелачивания тория выше, чем для урана. Отношение тория к урану в солянокислых растворах после выщелачивания отражает торий-урановое отношение самих пород. Это может объясняться тем, что формы нахождения урана в тория близки между собой и что в «свободной» форме находится не только уран, но и торий.

Условия миграции и концентрирования урана и тория при формировании пегматитов. Месторождения U и Th в пегматитах Вопросы миграции и концентрирования уран в пегматитах рассматриваются разными исследователями по-разному в зависимости от принятой точки зрения на генезис пегматитов. Большинство наблюдений свидетельствует о невысоком первоначальном содержании уран в выкристаллизовавшейся из расплава-раствора пегматитовой породе. Развитие урановой и ториевой минерализации связано главным образом с постмагматическими процессами и подчиняется геологическим условиям залегания пегматита. Нарушение пегматитовых тел трещинами способствует проявлению постмагматических процессов и появлению урановой минерализации в виде зон метасоматического замещения и полостей крустификационного выполнения. Независимо от принятой точки зрения на генезис пегматитов, установлено, что накопление урана при пегматитообразовании происходит в акцессорной части пегматитов в начальной части процесса, как путем кристаллизации собственных урановых минералов, так и главным образом большого количества урансодержащих минералов. Породообразующие минералы содержат чрезвычайно мало урана. Их роль в балансе урана в пегматитах невелика. Установлено, что в процессе пегматитообразования на фоне понижающейся температуры и увеличивающейся роли летучих компонентов, радиоактивные элементы накапливаются на ранних стадиях пегматитового процесса. К концу процесса их роль отчетливо понижается (Основные черты геохимии урана, 1963). В процессе кристаллизации пегматитового расплава-раствора происходит столь полное извлечение урана и тория кристаллическими решетками урановых и урансодержащих минералов, что иногда остаточное содержание этих элементов в кварц-полевошпатовой массе ниже, чем их содержание в материнских изверженных породах.

Под термином «ураноносные пегматиты» чаще всего описываются пегматитовые тела, проработанные высокотемпературными растворами и обогащенные ураном в постмагматические стадии (Ермолаев, Тарасов, 1963).

Литература 1. Жмодик С.М. Геохимия радиоактивных элементов в процессе выветривания карбонатитов, кислых и щелочных пород. – Новосибирск, Наука, 1984. – 165 с. 2. Митропольский А.С. Уран и торий в процессах развития земной коры юга Алтае-Саянской складчатой области. // Геология и радиогеохимия Средней Сибири. – Новосибирск. – Новосибирск: Наука, 1985. – С. 64-89. 3. Основные черты геохимии урана. М.: Изд-во АН СССР, 1963. – 352 с. 4. Поведение радиоактивных элементов в геологических процессах. М: Недра, 1978. – 144 с. 5. Проблемы радиогеологии. / Под ред. Н.П. Лаверова, Г.Б. Наумова – М., 1983. – . 6. Радиоактивные элементы в горных породах. Материалы первого всесоюзного радиогеохимического совещания. 15-19 мая, 1972 г., Новосибирск. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1975. – 296 с. 7. Рихванов Л.П. Радиогеохимическая типизация рудно-магматических образований (На примере Алтае-Саянской складчатой области). – Новосибирск: Изд-во СО РАН филиал «ГЕО», 2002. – 550 с. 8. Смыслов А.А. Уран и торий в земной коре. – Л.: Недра, 1974. – 231 с. 9. Титаева Н.А. Ядерная Геохимия: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 2000. – 336 с.