3.3. ГЕОХИМИЯ УРАНА И ТОРИЯ В МАГМАТИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ

3.3.1. Распределение урана и тория в магматических породах

Согласно А.П. Виноградову, среднее содержание в земной коре урана составляет 2,5 - 10^-4%, тория - 1,3 - 10^-3%. Эти элементы являются рассеянными, но не слишком редкими.

Величины средних содержаний урана и тория в магматических породах приведены в табл. 3.3 и 3.4. Однако эти величины могут сильно варьировать в пределах одного и того же петрохимического типа пород.

49

Таблица 3.3

Средние содержания U и Th в магматических породах континентов
(по Смыслову, 1974)

Таблица 3.4

Средние содержания U, Th и К (10^-4%) в базальтах океана

50

Концентрацию U и Th в магматических породах определяют три важнейших фактора: 1) формационная принадлежность к тому или иному глобальному резервуару; 2) принадлежность к той или иной серии щелочности; 3) принадлежность к определенному петрохимическому типу пород в зависимости от содержания SiO₂.

1. Одинаковые по составу магматические породы (например, базальты) могут более чем на математический порядок различаться по содержанию U и Th в зависимости от того, к какому резервуару - обогащенному или обедненному - принадлежит их источник магматизма (табл. 3.4). При одних и тех же условиях частичного плавления и дальнейшей эволюции расплава породы, источник которых принадлежит обогащенному (континентальному) резервуару, будут содержать относительно более высокие концентрации литофильных элементов, в том числе U, Th, редкоземельных элементов и др. Напротив, породы, образовавшиеся за счет частичного плавления обедненного (океанического) резервуара, будут обеднены этими элементами.
2. Внутри одной и той же магматической формации концентрации радиоактивных элементов будут определяться вхождением конкретной породы в ту или иную серию по щелочности, последовательно возрастая от толеитовой через известково-щелочную к щелочной серии (рис. 3.3). Это связано с тем, что имеет место положительная корреляция между U, Th и К во многих эндогенных процессах. Возрастание щелочности, возможно обусловленное влиянием щелочных флюидов, ведет и к возрастанию концентраций радиоактивных элементов. При этом связь между Th и К более жесткая, чем между U и К, поэтому возрастание концентраций сопровождается и возрастанием отношения Th/U. Одновременно происходит рост концентраций редкоземельных элементов. При этом возрастание содержаний элементов цериевой группы (легких лантаноидов) опережает рост концентраций элементов иттриевой группы (тяжелых лантаноидов).

Рис. 3.3. Зависимость содержания урана от кремнекислотности вулканических пород Курило-Камчатской дуги в различных сериях щелочности

51

3. Внутри каждой серии пород (толеитовой, известково-щелочной, щелочной) в процессе фракционной кристаллизации наблюдается закономерное возрастание содержаний U и Th пропорционально увеличению содержания SiO₂. Их концентрации увеличиваются в следующем магматическом ряду пород: ультраосновные → основные → средние → кислые. В то же время породы с одним и тем же содержанием SiO₂ в зависимости от формационной принадлежности или (и) принадлежности к различным по щелочности сериям будут сильно различаться содержанием U и Th (рис. 3.3).

Рис. 3.4. Содержание урана и тория в породообразующих и акцессорных минералах гранитоидов (Смыслов, 1974):
All - алланит, Ар - апатит, Arf - арфведсонит, Bt - биотит, Eg - эгирин, Ер - эпидот, Evd - эвдиалит, Нb - горнблендит, Lop - лопарит, Mnz - монацит, Mt - магнетит, Ne - нефелин, Or - ортоклаз, Ort - ортит, Рl - плагиоклаз, Ру - пироксен, Qu - кварц, Sph - сфен, Zr - циркон

52

Рис. 3.5. Содержание урана и тория в породообразующих и акцессорных минералах нефелиновых сиенитов (Смыслов, 1974). Обозначения см. в подписи к рис. 3.4

Для ультраосновных щелочных пород нет прямой корреляционной зависимости между ураном, торием и калием. Наиболее четко проявлена связь концентраций радиоактивных элементов с коэффициентом агпаитности: K_α = 

Na2O + K2O

Al2O3

. Как правило, миаскитовые нефелиновые сиениты с K_α ≪ 1 отличаются меньшей радиоактивностью, чем агпаитовые с К_α > 1 (см. табл. 3.3).

Все формы нахождения урана и тория можно свести к трем группам: 1) собственные минералы; 2) изоморфное вхождение в акцессорные минералы; 3) рассеянные формы. Соотношения между отдельными формами зависят от состава пород и условий их кристаллизации (рис. 3.4 и 3.5). В ультраосновных, основных и средних породах известково-щелочной и толеитовой серий преобладает рассеянная форма урана и тория.

53

В основных и средних интрузивных породах радиоактивные элементы рассеяны в решетках породообразующих минералов. При быстром охлаждении расплава в процессе образования вулканических пород уран и торий, находившиеся в остаточном расплаве, сосредоточиваются в стекле в форме твердого раствора. Вкрапленники содержат в 100 - 1000 раз меньше урана и тория (см. рис. 3.6). Перекристаллизация вулканических пород в ходе их дальнейшей истории может привести к перераспределению радиоактивных элементов. Большая часть рассеянного урана и в меньшей степени тория переходит при этом в сорбционные формы на гранях минеральных зерен и в микротрещинах. Эти формы легко извлекаются карбонатными растворами и получили название подвижных.

В породах с высоким содержанием тория и редкоземельных элементов преобладают малоподвижные изоморфные формы. Собственные минералы наблюдаются лишь в кислых интрузивных породах с низким содержанием редкоземельных элементов. Причем включения собственных минералов урана имеют очень малые размеры и не обнаруживаются в оптический микроскоп. Чаще всего это ториевые разности уранинита, ураноторит, иногда браннерит, давидит, коффинит, бетафит и др.

Магматических месторождений урана и тория не существует. Гранитные интрузии даже со сравнительно высокими содержаниями радиоактивных элементов экономической ценности в настоящее время не представляют.

54