Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії

Геохімічні властивості урану і торію і геологічна будова рудопроявів Голованівської та Інгулецько-Криворізької шовних зон співвіднесені зі зміною складу мантійних розплавів і флюїдів у археї—палеопротерозої. Показано, що утворення родовищ урану і торію на Українському щиті стало можливим у протероз...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Доповіді НАН України
Дата:	2020
Автор:	Усенко, О.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2020
Теми:	Науки про Землю
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/173763
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії / О.В. Усенко // Доповіді Національної академії наук України. — 2020. — № 10. — С. 45-53. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-173763
record_format	dspace
spelling	Усенко, О.В. 2020-12-19T16:13:25Z 2020-12-19T16:13:25Z 2020 Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії / О.В. Усенко // Доповіді Національної академії наук України. — 2020. — № 10. — С. 45-53. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2020.10.045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/173763 551.14 Геохімічні властивості урану і торію і геологічна будова рудопроявів Голованівської та Інгулецько-Криворізької шовних зон співвіднесені зі зміною складу мантійних розплавів і флюїдів у археї—палеопротерозої. Показано, що утворення родовищ урану і торію на Українському щиті стало можливим у протерозої, коли окислення і кислі флюїди, що переважали в архейських мантійних розплавах, замінилися нейтральними і лужними водно-хлоридно-калієвими. Це зумовило накопичення торію (більшою мірою) і урану (меншою мірою) у гранітних магмах, шарі часткового плавлення кори, куди вони надходили у вигляді хлоридних комплексів. З цими процесами пов’язані рудопрояви монациту в мікроклінових гранітах і пегматитах бердичівського і кіровоградського комплексів, що утворилися 2,1—1,9 млрд років тому. Збагачення корових осередків плавлення ураном найінтенсивніше відбувалося після 2,0 млрд років тому (максимально 1,8—1,65 млрд років тому), коли у складі мантійних карбонатно-фторидно-натрієвих флюїдів ураніл-карбонатні іони надходили до кори, де вони змішувалися з розплавами існуючих осередків плавлення. Зміна pH середовища зумовлювала розпад комплексних сполук і вивільнення групи уранілу, відновлення урану до U⁴⁺ у присутності графіту та магнетиту і на геохімічних бар’єрах з кислою реакцією, а активність гідроксил-іонів забезпечувала утворення бранеритової структури. Тhe geochemical properties of uranium and thorium and the geological structure of the ore oc currences of the Golovanevskaya and Ingulo-Inguletskaya suture zones are correlated with changes in the composition of mantle melts and fluids in the Archean-Paleoproterozoic. It is shown that the formation of uranium and thorium deposits on the Ukrainian shield became possible in the Proterozoic, when oxidized and acidic melts prevailing in the Archean mantle were replaced by neutral and alkaline water-chloride-potassium. This led to the accumulation of tho rium (to a greater extent) and uranium (to a less extent) in granite magmas of the layer of partial melting of the crust, where they entered as chloride complexes. The ore occurrences of monazite in microcline granites and pegmatites of the Berdichev and Kirovograd complexes formed in the period 2.1-1.9 billion years ago are associated with these processes. The enrichment of crustal centers of melting with uranium occurred most intensively after 2.0 billion years ago (a maximum of 1.8-1.65 billion years ago), when uranyl-carbonate ions entered the crust as a part of mantle carbonate-fluoride-sodium fluids, they were mixed with melts of existing melting centers. A change in the pH of the medium led to the decomposition of complex compounds and the release of the uranyl group, reduction of uranium to U⁴⁺ in the presence of graphite and magnetite, and at geochemical barriers with an acid reaction, and the activity of hydroxyl ions ensured the creation of a brannerite structure. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Науки про Землю Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії Uranium-thorium mineralization process of the Ukrainian shield suture zones and evolution of the composition of depth fluids in Precambrian Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії
spellingShingle	Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії Усенко, О.В. Науки про Землю
title_short	Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії
title_full	Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії
title_fullStr	Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії
title_full_unstemmed	Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії
title_sort	уран-торієве зруденіння шовних зон українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії
author	Усенко, О.В.
author_facet	Усенко, О.В.
topic	Науки про Землю
topic_facet	Науки про Землю
publishDate	2020
language	Ukrainian
container_title	Доповіді НАН України
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
format	Article
title_alt	Uranium-thorium mineralization process of the Ukrainian shield suture zones and evolution of the composition of depth fluids in Precambrian
description	Геохімічні властивості урану і торію і геологічна будова рудопроявів Голованівської та Інгулецько-Криворізької шовних зон співвіднесені зі зміною складу мантійних розплавів і флюїдів у археї—палеопротерозої. Показано, що утворення родовищ урану і торію на Українському щиті стало можливим у протерозої, коли окислення і кислі флюїди, що переважали в архейських мантійних розплавах, замінилися нейтральними і лужними водно-хлоридно-калієвими. Це зумовило накопичення торію (більшою мірою) і урану (меншою мірою) у гранітних магмах, шарі часткового плавлення кори, куди вони надходили у вигляді хлоридних комплексів. З цими процесами пов’язані рудопрояви монациту в мікроклінових гранітах і пегматитах бердичівського і кіровоградського комплексів, що утворилися 2,1—1,9 млрд років тому. Збагачення корових осередків плавлення ураном найінтенсивніше відбувалося після 2,0 млрд років тому (максимально 1,8—1,65 млрд років тому), коли у складі мантійних карбонатно-фторидно-натрієвих флюїдів ураніл-карбонатні іони надходили до кори, де вони змішувалися з розплавами існуючих осередків плавлення. Зміна pH середовища зумовлювала розпад комплексних сполук і вивільнення групи уранілу, відновлення урану до U⁴⁺ у присутності графіту та магнетиту і на геохімічних бар’єрах з кислою реакцією, а активність гідроксил-іонів забезпечувала утворення бранеритової структури. Тhe geochemical properties of uranium and thorium and the geological structure of the ore oc currences of the Golovanevskaya and Ingulo-Inguletskaya suture zones are correlated with changes in the composition of mantle melts and fluids in the Archean-Paleoproterozoic. It is shown that the formation of uranium and thorium deposits on the Ukrainian shield became possible in the Proterozoic, when oxidized and acidic melts prevailing in the Archean mantle were replaced by neutral and alkaline water-chloride-potassium. This led to the accumulation of tho rium (to a greater extent) and uranium (to a less extent) in granite magmas of the layer of partial melting of the crust, where they entered as chloride complexes. The ore occurrences of monazite in microcline granites and pegmatites of the Berdichev and Kirovograd complexes formed in the period 2.1-1.9 billion years ago are associated with these processes. The enrichment of crustal centers of melting with uranium occurred most intensively after 2.0 billion years ago (a maximum of 1.8-1.65 billion years ago), when uranyl-carbonate ions entered the crust as a part of mantle carbonate-fluoride-sodium fluids, they were mixed with melts of existing melting centers. A change in the pH of the medium led to the decomposition of complex compounds and the release of the uranyl group, reduction of uranium to U⁴⁺ in the presence of graphite and magnetite, and at geochemical barriers with an acid reaction, and the activity of hydroxyl ions ensured the creation of a brannerite structure.
issn	1025-6415
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/173763
citation_txt	Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії / О.В. Усенко // Доповіді Національної академії наук України. — 2020. — № 10. — С. 45-53. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT usenkoov urantoríêvezrudenínnâšovnihzonukraínsʹkogoŝitataevolûcíâskladuglibinnihflûídívudokembríí AT usenkoov uraniumthoriummineralizationprocessoftheukrainianshieldsuturezonesandevolutionofthecompositionofdepthfluidsinprecambrian
first_indexed	2025-11-25T21:08:57Z
last_indexed	2025-11-25T21:08:57Z
_version_	1850546146854830080
fulltext	45 ОПОВІДІ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ Склад розплавів і флюїдів, що надходять з мантії у докембрії, закономірно змінюється у часі на всіх кратонах світу [1]. Архейські породи коматіїтової і тоналіт-трондьєміт-гранодіорито- вої формації утворюються з розплавів, що мають високий окислювальний потенціал. Їх ди- ференціація на всіх рівнях здійснюється в присутності водного і карбонатного флюїдів. Мантійним похідним притаманні активність магнію, хрому, заліза і хлору, осередкам част- кового плавлення кори— натрію і хлору. На межі архей—протерозой відбувається криста- лізація верхньої частини мантії. Після 2,5 млрд років (на Українському щиті (УЩ) після Ц и т у в а н н я: Усенко О.В. Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 10. С. 45—54. https://doi.org/10.15407/ dopovidi2020.10.045 ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 10: 45—54 https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.10.045 УДК 551.14 О.В. Усенко Інститут геофізики НАН України ім. С.І. Субботіна, Київ E-mail: usenko_ol@ukr.net Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії Представлено академіком НАН України В.І. Старостенком Геохімічні властивості урану і торію і геологічна будова рудопроявів Голованівської та Інгулецько-Кри во- різької шовних зон співвіднесені зі зміною складу мантійних розплавів і флюїдів у археї—палеопротерозої. Показано, що утворення родовищ урану і торію на Українському щиті стало можливим у протерозої, коли окислення і кислі флюїди, що переважали в архейських мантійних розплавах, замінилися нейтральними і лужними водно-хлоридно-калієвими. Це зумовило накопичення торію (більшою мірою) і урану (меншою мі- рою) у гранітних магмах, шарі часткового плавлення кори, куди вони надходили у вигляді хлоридних комп- лексів. З цими процесами пов’язані рудопрояви монациту в мікроклінових гранітах і пегматитах бердичів- ського і кіровоградського комплексів, що утворилися 2,1—1,9 млрд років тому. Збагачення корових осередків плавлення ураном найінтенсивніше відбувалося після 2,0 млрд років то- му (максимально 1,8—1,65 млрд років тому), коли у складі мантійних карбонатно-фторидно-натрієвих флюїдів ураніл-карбонатні іони надходили до кори, де вони змішувалися з розплавами існуючих осередків плавлення. Зміна pH середовища зумовлювала розпад комплексних сполук і вивільнення групи уранілу, від- новлення урану до U 4+ у присутності графіту та магнетиту і на геохімічних бар’єрах з кислою реакцією, а активність гідроксил-іонів забезпечувала утворення бранеритової структури. Ключові слова: уран, торій, Український щит, шовні зони. НАУКИ ПРО ЗЕМЛЮ 46 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 10 О.В. Усенко 2,6 млрд років) поява розплавів у верхній мантії і корі пов’язана з плюмовою діяльністю, а тектоніч ні рухи поверхні — з рухами жорстких блоків [2]. Кардинально змінюється склад ман тійних флюїдів, що супроводжують диференціацію розплавів у верхній мантії. Окис- лювальний потенціал зменшується. У складі хлоридних комплексів водних і водно-си лі- катних флюї дів підвищується активність калію та зменшується активність заліза. У складі метамор фічних порід з’являється графіт, що відображає перебіг окисно-відновних взаємо- дій у мантійних осередках плавлення. Не пізніше як 2,1 млрд років назад з’являється шар частково го плавлення в корі, який багатократно відновлюється до 1,9 млрд років назад під усім УЩ, крім Середньопридніпровського мегаблока (СПМБ). Підвищується лужність, збільшується кількість глинозему у складі гранітів. Бердичівські і кіровоградські граніти центральної частини УЩ об’єднують декілька генерацій порід різного віку. На перетині розломних зон мантійного закладання осередки часткового плавлення зберігаються до 1,65 млрд років назад. Близько 2,0 млрд років тому утворюються карбонатити і лужні ультрабазити Приа- зов’я. Глибинні карбонатні експлозії з’являються у західній частині УЩ і Голованівській шовній зоні (ГШЗ). У гідротермальних розчинах різко підвищується вміст карбонатних комплексів. Утворення уран-альбітової формації в Інгульському мегаблоці (ІМБ) у зоні тектонічного шва Херсон—Смоленськ пов’язано з активністю фтору, глинозему і натрію у складі водно-карбонатних флюїдів, що надходять з мантії. Вони змішуються з водними роз- чинами, що містять хлор, які переважають в осередках часткового плавлення кори. Біль- шість рудотвірних елементів виносяться на поверхню у складі хлоридних та фторидних комплексних сполук. До їх руйнування призводить зміна pH середовища розплавів і роз- чинів у період 2,1—1,65 млрд років. Відбувається накопичення корисних компонентів і ут- ворення родовищ. Зміна складу мантійних флюїдів і хімічні взаємодії, що відбуваються в корових осередках плавлення під час утворення ураноносних альбітитів ІМБ, розглянуті в роботі [3]. Аналогічні варіації складу глибинних флюїдів відбуваються в період фор му- вання уран-торієвого зруденіння ГШЗ і Інгулецько-Криворізької шовної зони (ІКШЗ). Геохімія урану і торію. У магматичному процесі U4+ і Тh4+ — хімічні аналоги. Високий заряд і великий іонний радіус не відповідають жодному петрогенному елементу і не дають змоги ізоморфно входити у мінеральні ґратки. Вони накопичуються у залишковому роз- плаві, а у свіжих вулканогенних породах — у склі. Залишкові магматичні осередки здатні збагачуватися ураном і торієм у сотні і тисячі разів [4]. Комплекси і урану, і торію стійкі в лужному середовищі. Зниження стійкості пов’язано з падінням температури, тиску і лужності. Винесення урану в кору відбувається у складі слабколужних хлоридно-калієвих водних флюїдів [5]. У мантійних розплавах у разі дефі- циту води найбільш вірогідна міграція урану в хлоридній формі UСl3+, UСl2 2+, до UСl6 2— та інших, у тому числі змішаних комплексних іонів: UО2Сl+ і FеСl2+. Торій є рухливим у галоїдно-карбонатно-сульфатному середовищі з надлишком лугів (калію) та Fe. Накопичення торію в гранітних розплавах відбувається у вигляді галоїдних [Тh(Сl, F)n]—(n—4) та аквакомплексів [Тh(СО3)(Н2О)2]2+ і [Тh (Н2О)2]4+. У надкритичних флюїдах і розчинах, багатих Al, Fe і галоїдами, торій може мігрувати у формі фторидних комплексних сполук [ТhF]3+, [ТhF2]2+ і [ТhF3]+, які, об’єднуючись з аналогічними аніон- ними комплексами [ТhFе]— і [ТhAl]—, дають стійкі рухомі сполуки ThFeF7 і ThAlF7. Тому 47ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 10 Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії підвищеним вмістом торію характеризуються високоглиноземисті граніти. Його кількість зростає з підвищенням калієвої лужності, що виявляється у кореляції з підвищенням гли- нозему у складі гранітів. Торій приурочений до скупчень біотиту, що відображає його гео- хімічний зв’язок з хлором, подібно калію та залізу. У постмагматичних лужних розчинах торій може мігрувати у вигляді комплексних спо- лук, головними з яких є карбонатні комплекси [Тh(СО3)3]4—, сульфатні комплекси [Тh(SО4)3]4—, галоїдні комплекси [Тh(Сl,F)n]—(n—4), а також аквакомплекси [Тh(СО3) (Н2О)2]2+ і [Тh(Н2О)2]4+. Від комплексів вимагається стійкість у первинному лужному середовищі і зменшення стій- кості у разі зниження температури, тиску та лужності [4]. Хімічні властивості урану визначаються наявністю стійких валентних станів +4 і +6, утворенням міцної групи О—U—О під час переходу від +4 до +5 і +6 ступенів окислення, а також високою спорідненістю з киснем. Іони U4+ і U6+ мають високі потенціали іонізації і тому є доволі схильними до гідролізу і комплексоутворення. U4+ може існувати тільки у надкислому середовищі. У слабкокислому, а тим більш у нейт- ральному і лужному концентрація іонів U4+ мізерно мала (10—10 г/л, якщо рН = 4, і 10—22 г/л, якщо рН = 7). Оскільки гідротермальні U4+розчини не можуть бути дуже кис лими, уран не може транспортуватися у вигляді U4+, так само як і у вигляді сполук, що лег ко дисоцію- ють у водних розчинах з утворенням іона U4+. U6+ стійкий у набагато біль шому діапазоні умов. Гідроліз шестивалентного урану (ураніл-іона) не вносить суворих обмежень, і кон- центрація урану навіть у слабколужному середовищі може досягати 3,2 · 10—5 г/л (якщо рН = 8). У гідротермальних системах U6+ домінує і створює міцні комплекси з СО3 2—, НСО3 —, РО4 3—, SiО4 4—. У більшості випадків U6+ майже повністю комплексується з утворенням ура- нілдикарбонатних і уранілтрикарбонатних іонних компонентів. Таке комплексоутворення відбувається настільки ефективно, що у разі відносно високого вмісту CO2 поля вказаних комплексів витісняють поле стійкості UO2 (уранініту). Дисоціація комплексного іона за схемою [UО2(СО3)3]4— ↔ UО2 2+ + 3 СО3 2— значно підсилюється лише при температурі, вищій за 200 °С. Комплексні сполуки уранілу бікарбонатного і трикарбонатного типу можуть існувати в розчині дуже довго без змін за наявності деякого надлишку карбонат- та бікарбонат-іонів. Вивчення структури уранових сполук показало, що майже всі вони мають у своєму складі не іон U6+, а групу уранілу (UO2)2+ [5]. Реакція відновлення U6+ до U4+ пов’язана з порушенням цілісності групи (UO2)2+ і тому у розчинах проходить дуже складно. Тенденція урану до утворення групи уранілу дуже велика, і тому за наявності у породах значної кіль- кості окисників форма U4+ буде нестійкою і основна міграція урану відбуватиметься у ви- гляді U6+. Але у присутності відновників ураніл-іон відновлюється і випадає в осад у вигля- ді гідрату окису U4+. Ступінь окислення +4 притаманний водним розчинам у присутності дуже сильних відновників: водню, сірководню, самородних елементів (заліза, графіту, ме- тану). Підкислення середовища полегшує відновлення (тобто відновлення відбувається при більш низькому значенні Eh), у зв’язку з чим кислі бар’єри є і відновними. Уранілфторидні іони мають максимальний розвиток у більш кислій області, ніж кар- бонат-іони, а відомості щодо сучасних термальних вод дають підставу з впевненістю гово- 48 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 10 О.В. Усенко рити про можливість високих концентрацій фтору в ураноносних гідротермах. Роль фто- ру в утворенні комплексних іонів може зростати в слабкокислому середовищі, де за не- змінної загальної концентрації розчиненої вуглекислоти концентрація іонів СО3 2— швидко зменшується за рахунок зростання концентрації іонів НСО3 — та недисоційованих молекул Н2СО3. У цих умовах концентрація фторид-іона залишається практично постійною і мо- же значно перевищити кількість СО3 2—, навіть якщо загальна кількість розчиненої вугле- кислоти залишається набагато більшою [5]. В експериментах встановлена слабкокисла — нейтральна область рН, у якій відбу- вається кристалізація бранериту в гідротермальних умовах [6]. При цьому середовище по- винно запобігати можливому окисленню урану, що зумовлює утворення фаз з небранери- товою структурою. Однією з необхідних умов для синтезу оксидів U4+ і Тi.4+ з водних роз- чинів електролітів є підвищення активності гідроксил-іонів у гідротермальному середо вищі, тобто їх формування каталізується іонами OH—. Склад та процеси утворення родовищ шовних зон УЩ (опис родовищ наведено за да- ними [7, 8]). Монацитоносні палеопротерозойські високоглиноземисті граніти Голованівської шовної зони, мезоперитові чарнокіти бердичівського комплексу сформовані внаслідок анатектич- ної переробки архейської кори, складеної ендербітами гайворонського комплексу. Пі ро к- сен-плагіоклазовим породам (ендербітам архею) монацит не притаманний. Він з’являється лише на контакті з гранітоїдними породами, де приурочений до скупчень новоутвореного біотиту. У чарнокітоїдних породах кількість монациту зростає разом з кількістю біотиту і калієвого польового шпату. Монацит, ізотопний вік якого 3,3—2,2 млрд років, вміщує від 3,55 до 7,4 % торію, тоді як у монациті з пегматоїдних гранітів і чарнокітів, що мають вік 2,1—1,83 млрд років, його вміст становить 11,28—12,9 %. При цьому давні монацити вміщу- ють 0,44—0,78 %, а більш молоді — 0,08—0,11 % U3O8. У найбільш поширених монацитах, утворених з гранітної магми, торій-уранове відношення знаходиться в межах 10—60. У мо- нацитах з пегматоїдних гранітів та чарнокітів воно сягає значень 70 і навіть 193. У мона- цитових концентратах присутній циркон з асинхронним монацитам ізотропним віком. Най- д авніші циркони з монацитових концентратів утворені 2,08 млрд років тому, більш моло ді синхронні початку утворення масивів габро-анортозитів — 1,8 млрд років. Зважаючи на парагенезис монациту з фторапатитом та біотитом, збагаченим фтором, мож на припускати, що у складі розчинів лантаноїди і торій знаходились у вигляді сполук, у яких важливу роль відіграють хлор, фтор і фосфор. Таким чином, магматичний монацит утворюється під час палінгенного (багаторазового) плавлення і мігматизації архейських ендербітів у палеопротерозої. На початку протеро- зою склад глибинних флюїдів змінився, що відображено появою мікрокліну, біотиту. На від- міну від кислих водних хлоридних і нейтральних хлоридно-натрієвих флюїдів архею, в про- терозої водні флюїди з хлором вміщують калій та глинозем. У їх складі активний торій і, в меншій кількості — уран. Утворення монациту і збільшення вмісту торію в гранітоїдах від- бувається під час кожного відновлення шару часткового плавлення в корі і особливо ін- тенсивно 2,08—1,75 млрд років тому, коли у корові осередки плавлення надходять мантійні лужні флюїди, спочатку водні хлоридно-калієві, а потім — карбонатні фторидно-натрієві. Процеси відбуваються на глибині розміщення осередку в корі, тобто глибше ніж 20 км. 49ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 10 Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії Родовища уран-торій-рідкоземельної рудної (калій-уранової) формації по р. Південний Буг (Південне, Лозовське і Калинівське). Родовище комплексних U-Th руд у Первомайській розломній зоні приурочене до жильних пегматоїдних гранітів, які згодом зазнали метасо- матичних змін: біотитизації, мікроклінізації, окварцювання. Калієвий і, меншою мірою, магнезіально-залізистий метасоматоз накладений на шви бластотектонітів потужністю до 30 м, які переважно успадковують тіла пегматоїдних гранітів. Комплексне зруденіння при- урочене до внутрішньої зони метасоматитів незначної потужності, складених мікрокліном з невеликою кількістю новоутвореного біотиту, і представлено торієвмісним уранітом, мен- шою мірою — настураном і кофінітом, а також монацитом, циртолітом, торогумітом, фто- рапатитом і сульфідами, переважно молібденітом. Відсутність помітних діафторичних змін у породах, що вміщують зруденіння, свідчить про те, що утворення рудоносних ме та- сома титів відбувалося у високотемпературних умовах, тобто в умовах гранулітової або ви- сокої амфіболітової фації метаморфізму. Їх ізотопний вік становить 2,0—1,95 млрд років. Уран-торієві руди Лозоватського і Калинівського родовищ містять уранініт, уранові черні, циртоліт, монацит. Це мікроклінізовані пегматоїди, в яких концентрація рудних мі- нералів (цераліт, циртоліт, ортит та ін.) пов’язана з ділянками розвитку крупнолускатого біотиту — продукту залізисто-магнезіального метасоматозу. Уранове зруденіння локалізує- ться в ділянках пегматоїдних жил, що контактують з графітом і графітовмісними гнейсами з високим відновним потенціалом. Найбільш багате уранове зруденіння спостерігається в мікроклінітах на контакті з графітовими гнейсами. Зруденіння формується 2,05—1,75 млрд років тому впродовж трьох етапів. Ізотопний вік ксенотиму з високоуранового монациту становить 2,02—2,01 млрд років, що відповідає початку утворення Новоукраїнського ма- сиву, та 1,82—1,84 млрд років тому, що збігається з початком формування Корсунь-Но во- миргородського плутону. Під час першого (пегматитового) етапу утворюється дрібне вкраплення монациту, цир- кону, ортиту і уранініту в пематоїдних жилах біотит-кварц-альбітового (±ортоклаз) складу і їх сегрегація в ділянках біотитизації. Після цього відбувається мікроклінізація, утворю- ються високоуранові монацит і ураноторіаніт. Другий (основний рудогенний) етап відбувається в декілька стадій. Утворюються ура- нініт-циртоліт-молібденіт-кварцева (іноді з апатитом) мінералізація в зонах зміщення пі- роксенового, піроксен-кварцевого і кварцевого субстрату. Уранініт утворюється одночас- но з кварцом. На наступній стадії утворюється брегерит-уранініт-кварцева мінералізація в зонах окварцювання і тріщинуватості пегматоїдних порід, а також псевдоморфні укруп- нені виділення оксидів урану. Рудоформуючий метасоматоз виражений привнесенням переважно урану, що відображено в пегматоїдах у зниженні торій-уранового відношення, невеликій кількості новоутвореного монациту щодо акцесорного, а також зниженні його кількості в комплексних рудах зі зростанням у них вмісту урану від 0,7 до 0,15. Середній вміст торію в рудах становить 0,033 % з вмістом урану 0,05—0,07 %. Третій етап відірваний у часі. Утворюється гідронастуран-сульфідна, ураносилікатна (з карбонатитами) і пірит-кофінітова асоціації. Склад вмісних порід і рудних тіл рудопрояву Балка Корабельна аналогічний пегма- тоїдним утворенням першого етапу Лозоватського і Калинівського рудопроявів. Також спостерігається виділення уранініту у зв’язку з активним окварцюванням і появою в руд- 50 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 10 О.В. Усенко них тілах новоутвореного альбіту, що вказує на підвищення активності фторидно-натріє- вих флюїдів, у яких уран утворює комплексні сполуки з карбоніл-іонами. Тобто на магматичній стадії (час утворення усіх різновидів бердичівських гранітів) і всіх етапах появи мікроклінових пегматитів (залишкових розплавів, що концентрують не- когерентні елементи, у тому числі торій та уран), а також під час залізисто-калієвого мета- соматозу, накладеного на бластотектоніти, утворюється переважно монацит. Відзначається активність водних хлоридно-калієвих розчинів, у складі яких торій є рухомим, бо його геохімічна поведінка подібна до поведінки калію. Збагачення залізом і магнієм свідчить про високий окислювальний потенціал. Тобто значна частина флюїду надходить безпосеред- ньо з мантії. Кількість урану збільшується з появою лужних карбонатно-фторидно-натрієвих флюї- дів, а його асоціація з кварцом фіксує підкислення цих розчинів під час розбавлення коро- вими водними хлоридно-калієвими попереднього етапу. Асоціація оксидів урану з кварцом свідчить про те, що він утворює осад під часи змішування з водно-силікатними розчинами з хлором. Відбувається розпад карбонатних комплексів, відновлення урану і утворення бра- неритової структури. Родовище і рудопрояви ГШЗ знаходяться на глибині магмо- і пегматитоутворення. У ГШЗ на поверхню виведено рівень, який ~2,0 млрд років тому знаходився на глибині розміщення шару часткового плавлення (термальної астеносфери) або у безпосередній близькості до нього, тобто не вище 15 км. У Жовторіченському родовищі Інгулецько-Криворізької шовної зони залізисто-ура- нова формація пов’язана з альбітитами. Тут суміщені уран-ванадій-скандієві руди та ура- новорудне родовище. Основними рудоконтролюючими структурами є лінійно витягнуті зони розшарування та дроблення (від перших метрів до кілометра), розташовані посеред саксаганської і гданцівської світ криворізької серії. Вік альбітів, що проривають глеєват- ську світу, становить 1,89 млрд років. Лінійні та кільцеві зони прояву уранової мінералізації пов’язані з натрієвими лужни- ми метасоматитами — альбітитами, рибекітовими і егірин-рибекітовими метасоматитами в породах саксаганської світи. Рудоконтролюючими структурами є зони насувів, дроблення і розсланцювання на крилах і у замку. Вони вміщують натрієві ураноносні лужно-амфі бо л- егіринові метасома тити з включеннями ураноносних залізисто-карбонатних, магнітит- мартит-гематит-карбо натних метасоматитів з альбітом, егірином, лужними амфіболами, церіолітом, кальцієвим гранатом, діопсидом. Вище (у гданцівській світі) розміщуються ура- ноносні альбітити і всередині — уран-скандій-ванадієві карбонат-лужні-акмітові і акти- ноліт-тремоліт-тальк-карбонатні метасоматити (карбонатно(Mg, Ca)-лужні(Na) метасо- матити). Головні міне рали жил: альбіт, менше представлені амфіболи, егірин, гідрослюди, хлорит. Частка гема титу і магнетиту 10—15 % загальної кількості. Уранові мінерали (бра- нерит, уранініт, рідше настуран, малакон, сфен і апатит) утворюють розсіяну вкрапленість, а також скупчення у вигляді смуг. До тіл залізисто-карбонатних метасоматитів приурочено декілька пошарових зон ура- нової мінералізації. Уранінітові руди вміщують доломіт, сидероплезит, анкерит, мезитит, пістомезит, магнетит, гематит, егірин, родузит, тальк, гранат, гідробіотит, хлорит, альбіт, пірит, апатит, малакон. У найбільш зруденілих ділянках уранініт асоціює з доломітом, у 51ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 10 Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії більш бідних — з залізо-магнезіальними карбонатами і анкеритом. Кофініт-настуран- бра неритові руди пов’язані з накладеними процесами окислення бранеритових руд, які спричи няють формування хлориту, біотиту, вторинних карбонатів. Характерним є розви- ток гематиту і гідроксидів заліза, що може свідчити про відновлення урану під час окис- лення заліза. Тобто утворення урану, як і в Інгульському мегаблоці, пов’язане з лужним натрієвим метасоматозом, накладеним після утворення гданцівської світи. Вірогідно, під час мак си- мального винесення урановмісних флюїдів 1,8—1,65 млрд років тому в процесі карбонат но- фторидно-натрієвого метасоматозу, що був проявлений майже на усьому УЩ. Активність фтору і натрію, що визначала лужний характер розплавів і розчинів, у центральній части- ні щита зберігалася весь час формування масивів анортозитів — гранітів рапаківі. У шарі часткового плавлення відбувався ланцюг взаємодій з оточуючими породами, розбавлен ня наявними в корі розплавами і водними флюїдами (з хлором і калієм). Зміна pH середови- ща зумовлювала розпад комплексних сполук і вивільнення групи уранілу, відновлення урану до U4+ у присутності графіту і магнетиту і на геохімічних бар’єрах з кислою реакцією, а активність гідроксил-іонів забезпечувала утворення бранеритової структури [3]. Особливістю метасоматичних флюїдів, що утворюють залізисто-карбонатні метасо- матити, є присутність мінералів (хлориту, тальку, егірину, лужних амфіболів), що вказу- ють на високі температури і мантійні глибини (високий тиск) під час відокремлення флюї - дів-розплавів, з яких вони утворені. Магматичні розплави, з якими пов’язані альбітити Ін- гуль ського мегаблока, диференційовані на межі кора—мантія і в корі. В ІКШЗ частина карбо натних флюїдів представлена магнезіальними різновидами, а асоціація урану і доло- міту може свідчити про глибинне джерело також і урану. Наявність заліза (а не калію) та- кож є опосередкованою ознакою підвищеного окислювального потенціалу, тобто значної глибини, з якої відбувається відокремлення первинних флюїдів. Уран виноситься більш лужни ми кальцій-магнезіальними карбонатними флюїдами, а його відновлення прохо- дить як результат окислення заліза і утворення гематиту. Ще однією особливістю цього родовища є, безперечно, багаторазова поява мантійних флюїдів і різноманітні метасоматичні перетворення, що накладені на породи гданцівської світи, тобто після 2,0 млрд років тому. Родовища гідротермальні, що свідчить про значно менший рівень ерозійного зрізу, ніж у ГШЗ. Усі руди є гідротермально-метасоматичними утвореннями, які накладено на ме- таморфізовані первинно осадові породи, що були розташовані на глибині менш ніж 8 км. Метаосадова конгломерато-пісковикова формація знаходиться в основі палеопротеро- зойського розрізу криворізької серії. В рудовмісній конгломерато-пісковиково-кварцитовій товщі головний мінерал — настуран, який нерівномірно розсіяний і концентрується в ділян- ках, збагачених піритом. Рідше зустрічається уранініт. Присутній урановмісний твердий бітум двох генерацій: цемент і заповнюючий тріщини. Монацит представлений добре об- катаними зернами та їх уламками. Достовірно встановлені уламкові радіоактивні мінерали, накопичення яких відбувалося за рахунок перевідкладення, аутигенні сульфіди, сидерит і уранові мінерали, утворені на стадії діагенезу осадів, епігенетичні уранові мінерали, утворені на стадії метаморфізму. Вік циркону з кварцових пісковиків — 3,62, 3,05—3,02, 2,75—2,74 млрд років, з конгломератів — 2,76, 2,58—2,55 млрд років, монациту — 2,46 млрд років [8]. 52 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 10 О.В. Усенко Це гібридна формація, в якій об’єднані руди різного складу та генезису. Монацит пе- реважно кластогенний. В архейських тоналітах і трондьємітах, що утворюють граніто- гнейсові куполи СПМБ, вміст монациту незначний. Його кількість збільшується у грані- тах, що вміщують мікроклін. Тому, найімовірніше, його поява пов’язана або з інтрузивни- ми породами токівського та мокромосковського комплексів, або з анновськими гранітами, вік яких становить 2,66—2,6 млрд років. Мінерали урану формуються під час просочуван- ня скрізь кластогенну товщу глибинних флюїдів, аналогічних тим, з яких утворені руди Жовторіченського родовища. Мінералоутворення відбувається внаслідок заповнення і це- ментування пустот. Висновки. Зіставлення рН-Еh умов, що існували в розплавах докембрію, з геохіміч- ною поведінкою урану і торію показало, що ці елементи не могли бути активні в окисле- них розплавах і флюїдах архею. На межі архей—протерозой окислені і кислі флюїди замі- нюються нейтральними, а потім слабколужними водними хлоридно-калієвими, що зу мов- лює підвищення активності торію і дещо менше — активності урану, які у магматичному процесі можуть бути рухомими у складі хлоридних сполук. Тому їх накопичення відбу- вається в протерозої, найістотніше — під час формування глиноземистих бердичівських і кіровоградських гранітів та пов’язаних з ними пегматитів (переважно торію). Оскільки то- рій є рухомим у вигляді хлоридних комплексів у складі слабколужних флюїдів з калієм, то можна очікували його накопичення в магматичному і пегматитовому процесах. Уран (U6+) також є рухливим у вигляді хлоридних комплексів у магматичному і пег- матитовому процесах. Однак значно більшою мірою — у складі карбонатних комплексів у водних розчинах, стійкість яких залежить від Еh-рН середовища і температури. Збагачен- ня ураном відбувається пізніше в процесі просочування по проникних зонах глибинних карбонатно-фторидно-натрієвих розчинів. Їх поява фіксується близько 2,0 млрд років то- му, а максимальне накопичення в них урану — 1,8—1,65 млрд років тому. Для підвищення концентрацій урану необхідна його поява у складі карбонатно-фторидних розчинів з нат- рієм і глиноземом та лужне середовище. Ці розчини переносять уран, який утворює родо- вища або внаслідок змішування з водними хлоридно-калієвими розчинами корових осе- редків плавлення (в Інгульському мегаблоці), або внаслідок окислення глибинних флюїдів на геохімічних бар’єрах, що містять залізо та графіт (у шовних зонах). Для утворення бра- нериту і уранініту необхідне не тільки випадіння урану (ураніл-іона) зі складу комплексу, але й відновлення до U4+. Тому більш підвищені його концентрації у рудопроявах, що пов’язані з гідротермальним процесом, в якому відбувається зміна лужності та віднов- лювальних умов. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Усенко О.В. Эволюция мантийных расплавов и флюидов в докембрии. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2015. № 7. С. 99—104. https://doi.org/10.15407/dopovidi2015.07.099 2. Griffin W., Belousova E., O’Neill C., O’Reilly S.Y., Malkovets V., Pearson N., Spetsius S., Wilde S. The world turns over: Hadean—Archean crust—mantle evolution. Lithos. 2014. 189. P. 2—15. 3. Усенко О.В. Месторождения полезных ископаемых Кировоградского рудного района Украинского щита: связь с глубинным процессом. Геофиз. журн. 2013. 35, № 6. С. 128—145. 4. Арбузов С.И., Рихванов Л.П. Геохимия радиоактивных элементов. Томск: Изд-во ТПУ, 2010. 300 с. 5. Вольфсон Ф.И., Королев К.Г. Условия формирования урановых месторождений. Москва: Недра, 1990. 288 с. 53ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 10 Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії 6. Коваленко Н.И., Рыженко Б.Н., Присягина Н.И., Бычкова Я.В. Экспериментальное исследование ра- створимости уранинита в водных растворах НСl при 500 °С и 1 кбар. Геохимия. 2011. № 3. С. 269—276. 7. Генетические типы и закономерности размещения урановых месторождений Украины: Белевцев Я.Н. (ред.). Киев: Наук. думка, 1995. 396 с. 8. Металлические и неметаллические полезные ископаемые Украины. Т. 1. Металличес кие полезные ис- копаемые: Щербак Н.П. (ред.). Киев, Львов: Центр Европы, 2005. 785 с. Надійшло до редакції 17.07.2020 REFERENCES 1. Usenko, O. V. (2015). The evolution of mantle melts and fluids in Precambrian. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr., No. 7, pp. 99-104. https://doi.org/10.15407/dopovidi2015.07.099 2. Griffin, W., Belousova, E., O’Neill, C., O’Reilly, S. Y., Malkovets, V., Pearson, N., Spetsius, S. & Wilde, S. (2014). The world turns over: Hadean — Archean crust — mantle evolution. Lithos, 189, pp. 2-15. 3. Usenko, O. V. (2013). Mineral deposits of the Kirovograd ore district of the Ukrainian shield: connection with the deep process. Geophys. J., 35, No. 6, pp. 128-145 (in Russian). 4. Arbuzov, S. I. & Rikhvanov, L. P. (2010). Geochemistry of radioactive elements. Tomsk: Izd-vo TPU (in Russian). 5. Wolfson, F. I. & Korolev, K. G. (1990). Conditions for the formation of uranium deposits. Moscow: Nedra (in Russian). 6. Kovalenko, N. I., Ryzhenko, B. N., Prysyagina, N. I. & Bychkova, Ya. V. (2011). An experi men tal study of the solubility of uraninite in aqueous HCl solutions at 500 °C and 1 kbar. Geohimiya, No. 3, pp. 269-276 (in Russian). 7. Belevtseva, Ya. N. (Ed.). (1995). Genetic types and patterns of distribution of uranium deposits in Ukraine. Kyiv: Naukova Dumka (in Russian). 8. Shcherbak, N. P. (Ed.). (2005). Metallic and nonmetallic minerals of Ukraine. Vol. 1. Metallic minerals. Kyiv, Lviv: Center of Europe (in Russian). Received 17.07.2020 O.V. Usenko S.I. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of the Ukraine, Kyiv E-mail: usenko_ol@ukr.net URANIUM-THORIUM MINERALIZATION PROCESS OF THE UKRANIAN SHIELD SUTURE ZONES AND EVOLUTION OF THE COMPOSITION OF DEPTH FLUIDS IN PRECAMBRIAN Тhe geochemical properties of uranium and thorium and the geological structure of the ore oc currences of the Golovanevskaya and Ingulo-Inguletskaya suture zones are correlated with changes in the composition of man- tle melts and fluids in the Archean-Paleoproterozoic. It is shown that the formation of uranium and thorium de- posits on the Ukrainian shield became possible in the Proterozoic, when oxidized and acidic melts prevailing in the Archean mantle were replaced by neutral and alkaline water-chloride-potassium. This led to the accumu- lation of tho rium (to a greater extent) and uranium (to a less extent) in granite magmas of the layer of partial melting of the crust, where they entered as chloride complexes. The ore occurrences of monazite in microcline granites and pegmatites of the Berdichev and Kirovograd complexes formed in the period 2.1-1.9 billion years ago are associated with these processes. The enrichment of crustal centers of melting with uranium occurred most intensively after 2.0 billion years ago (a maximum of 1.8-1.65 billion years ago), when uranyl-carbonate ions entered the crust as a part of mantle carbonate-fluoride-sodium fluids, they were mixed with melts of existing melting centers. A change in the pH of the medium led to the decomposition of complex compounds and the release of the uranyl group, reduction of uranium to U4+ in the presence of graphite and magnetite, and at geochemical barriers with an acid reaction, and the activity of hydroxyl ions ensured the creation of a brannerite structure. Keywords: uranium, thorium, Ukrainian shield, suture zones.

Уран-торієве зруденіння шовних зон Українського щита та еволюція складу глибинних флюїдів у докембрії

Репозитарії

Схожі ресурси