Ураноносное рудное поле Эллиот-Лейк в Канаде

Вогнутую к северо-западу дугу длиной в 520 км, сложенную породами надгруппы Гурон в Южной провинции Канадского щита, можно разделить на два основных сегмента. К северу от оси поднятия первого порядка, ориентированной на северо-запад и проходящей через Садбери, расположен сегмент Кобальт, а к юго-западу и западу от этой оси — сегмент Блайнд-Ривер. Ураноносное рудное поле Эллиот-Лейк расположено примерно посредине между Су-Сент-Мари на западной оконечности второго сегмента и Садбери. Оно занимает квадрат 35 X 35 км и протягивается от северного берега озера Гурон через озеро Эллиот до озера Кверке. В разные годы на 11 рудниках здесь добывалась урановая руда из нижнепротерозойских конгломератов. Примерно в 70 км восточнее находится небольшое изолированное месторождение промышленно-рудоносных конгломератов Эгнью-Лейк, тоже в пределах сегмента Блайнд-Ривер. Довольно малозначительные проявления урановой и золотой минерализации есть и в сегменте Кобальт, но промышленные рудные тела в этом отрезке пояса выходов пород надгруппы Гурон пока еще не обнаружены.

Поле Эллиот-Лейк приурочено к горсту между разломами Флэк-Лейк на севере и Марри на юге. В горсте имеется синклинорий, который полого погружается к западу. Синклиналь, пересекающаяся разломом Марри, сменяется к северу антиклиналью Чиблов, а за ней еще дальше севернее следует синклиналь Кверке, которая упирается в разлом Флэк-Лейк. Шесть рудников работало на северном крыле синклинали Кверке и четыре — на южном крыле. Последний из одиннадцати рудников размещается на северном крыле самой южной синклинали; первоначальные размеры этого месторождения могли быть большими, однако сохранилась лишь небольшая его часть к северу от разлома. Так как зоны преимущественного развития минерализованных конгломератов косо секут широтно ориентированные складки, не наблюдается продолжения пластов рудитов вдоль крыльев и вокруг участков замыкания («носов») складок. Имеются также и косо ориентированные складки с осями северо-северо-восточного и северо-западного простирания. Образовавшаяся в результате структура влияла на седиментацию и на расположение участков оптимального образования ураноносных конгломератов.

Источниками информации для этого общего описания рудного поля Эллиот-Лейк послужили работы Пьенаара, Роско, Ружички, Робертсона, Кимберли, Бойла, Хаустона и Карлстрома и Тейса.

Максимальное развитие надгруппы Гурон наблюдается в районе Садбери — Эспаньола сегмента Блайнд-Ривер, где слагающие ее группы достигают следующих мощностей:

Группа Кобальт — конгломераты, аркозы, кварциты, алевролиты, аргиллиты, мощность 6000 м.

Группа Кверке-Лейк — конгломераты, аркозовые кварциты, алевролиты, известняки, доломиты, мощность 1500 м.

Группа Хок-Лейк — конгломераты, субаркозовые кварциты, алевролиты, аргиллиты, мощность 3500 м.

Группа Эллиот-Лейк — основные и кислые вулканиты, конгломераты, аркозовые крупнозернистые песчаники, кварциты, граувакки, аргиллиты, мощность 4000 м.

Все группы уменьшаются по мощности в направлении с юга на север, так что в рассматриваемом регионе общая сохранившаяся мощность надгруппы Гурон уменьшается с 15 000 м в районе Садбери — Эспаньола до 5000 м. В отложениях трех верхних групп отчетливо выражена цикличность осадконакопления: в каждой группе нижняя часть сложена наиболее энергоемкими осадками, средняя — наименее энергоемкими, а верхняя — промежуточными по энергоемкости отложениями. Эти породы на рудном поле Эллиот-Лейк претерпели слабый метаморфизм серицитовой фации, но в других местах, где мощность комплекса наибольшая, проявлен метаморфизм гораздо более высоких ступеней.

Все промышленно-рудоносные конгломераты относятся к группе Эллиот-Лейк. Ложе, на котором накапливалась эта толща вулканитов и осадков, имело очень неровный рельеф, так что базальные пачки не выдержаны и развиваются лишь местами. Это относится, в частности, к самой нижней пачке мощностью до 2000 м, сложенной базальтами, андезитами, риолитами, аркозами и конгломератами. На этой смешанной по составу толще вулканитов п грубообломочных осадочных пород залегает формация Матиненда, содержащая ураноносные конгломераты. Вследствие трансгрессивного расширения площади развития более молодых отложений в северо-западном направлении породы формации Матиненда в районе Эллиот-Лейк лежат прямо на архейском фундаменте, базальной толщи здесь нет. Формация Матиненда имеет мощность до 300 м и сложена в основном конгломератами, крупнозернистыми аркозовыми песчаниками и кварцитами. Сами конгломераты залегают в зоне субаркозов, которые типичны для нижних 150 м рассматриваемой формации. В сегменте Кобальт формация Матиненда не была встречена, и это, по-видимому, свидетельствует о более позднем начале осадконакопления в северном сегменте бассейна Гурон по сравнению с частью, лежащей западнее оси регионального воздымания, проходящего через Садбери.

Если стратиграфия надгруппы Гурон согласуется с моделью, изображенной на рис. 1, то группа Эллиот-Лейк должна соответствовать группе базальных вулканитов и грубообломочных пород. Срединной стратиграфической пачкой тогда будет формация Эспаньола (в группе Кверке-Лейк).

В формации Матиненда имеются три зоны преимущественного развития конгломератов: зона Пронто на юге; зона Нордик на южном крыле синклинали Кверке и зона Кверке на ее северном крыле. Эти зоны ориентированы на северо-запад, вкрест простирания основной складчатости. Расстояние в северо-восточном направлении, между зонами Пронто и Нордик, равно примерно 22 км, а между зонами Нордик и Кверке 10 км. Эти зоны расположены кулисно, со смещением более восточных зон к северу. Зона Кверке протягивается в юго-восточном направлении на 9700 м при ширине 2700 м, а параллельная ей зона Нордик — на 5800 м при ширине 1800 м. Истинные размеры зоны Пронто неизвестны, но и до пересечения и смещения ее разломом Марри, возможно, она была меньше зоны Нордик. Судя по развитию трансгрессии в северном направлении, в зоне Пронто седиментация происходила раньше, чем в зоне Нордик, а в последней в свою очередь раньше, чем в зоне Кверке. Отчетливая расчлененность рельефа седиментационного ложа отражала вариации состава пород архейского фундамента; в участках развития пород, менее устойчивых к эрозии, возникали палеодолины. В этих палеодолинах, ориентированных на юго-восток, наблюдается отчетливое увеличение мощности формации Матиненда. Слои конгломератов в пределах депрессий выклиниваются у выступов фундамента и трансгрессивно перекрываются более молодыми формациями. Толщи конгломератов в депрессиях достигают мощности 40 м, а отдельные линзы рудитов имеют ширину до 120 м вкрест простирания и мощность до 5 м. В целом мощность формации Матиненда увеличивается от < 1 м вблизи озера Кверке до 210 м около рудника Пронто. В пределах зон Кверке и Нордик слои конгломератов близ северо-западных окончаний линзообразны и прерывисты, а в юго-восточных участках более устойчивы и выдержанны.

Ураноносные конгломераты являются олигомиктовыми, с галькой преимущественно жильного кварца и в подчиненном количестве — метавулканитов и кремней. Галька плохо отсортированная, плотно упакованная и хорошо окатанная. Матрица состоит главным образом из кварца, серицита, полевого шпата и пирита, причем последний слагает 10—25% матрицы. Кроме того, в конгломерате встречаются циркон, гранат, турмалин, рутил, сфен, магнетит, касситерит, хромит, ильменит, пирротин, сфалерит, галенит, молибденит, кобальтин, арсенопирит, монацит, уранинит, браннерит, тухолит и золото. Пирит представлен в основном крупными хорошо окатанными обломками размером с крупную дробь. Он встречается главным образом в конгломератах, и только ограниченные количества его наблюдаются в кварцитовых пластах, разделяющих слои рудитов. Тухолиты образуются в верхах сложенных конгломератами и кварцитами седиментационных циклов, с уменьшающимися вверх по разрезу размерами обломков; в этих скоплениях углеводородов, образующих мелкобугорчатые агрегаты и маломощные поперечностолбчатые прослои, содержатся пирротин и уранинит; последний довольно обычен и представлен ториевой разновидностью.

В толщах конгломератов и содержащихся в них кварцитах распространена косая слоистость, нередко встречаются следы промоин. Передовые слои часто очерчены пиритовыми просечками, с таким пиритом ассоциируются зерна обломочного уранинита. В некоторых случаях передовые слон оконтурены прослойками уранинита. Наблюдается также налегание гальки на передовые слои.

Формация Матиненда сложена главным образом конгломератами и грубозернистыми плохо отсортированными аркозовыми кварцитами и субаркозами. Для зоны Пронто характерны валунные конгломераты, валуны плохо отсортированы и довольно умеренно окатаны. Крупная галька конгломератов зоны Нордик хорошо отсортирована и хорошо окатана. Постепенное уменьшение размера обломков продолжается и выше по разрезу, так что в зоне Кверке конгломераты имеют гальку малого и среднего размера, которая хорошо отсортирована и окатана. Выше формации Матиненда чистые зрелые конгломераты уступают место параконгломератам, представляющим собой либо тиллиты, либо потоки дебриса.

Породы формации Матиненда имеют характерный грязноватый желтокоричневый цвет, свидетельствующий об отложении в бескислородных условиях, которые благоприятствовали накоплению обломочных уранинита и пирита. Выше срединной группы Кверке-Лейк цвет осадков меняется на светло-зеленый, розовый и красный — признак преобладания окислительных условий. Уранинит и пирит сменяются в красноцветах монацитом и окислами железа.

Промышленные пласты (pay shoots) на рудном поле Эллиот-Лейк представляют собой заполнения широких палеодолин в отложениях зон Кверке, Нордик и Пронто. В пределах этих пластов богатые «струи» (pay streaks) приурочены к линзам конгломератов особого типа, образовавшимся в палеоруслах, которые протягивались в юго-восточном направлении вниз по палеосклону. Эти «струи» тупо обрываются на верху склона, но их юго-восточные окончания принимают форму удлиненных пальцеобразно-ветвящихся каналов. Самая богатая урановая минерализация приурочена к массивным хорошо отсортированным плотно упакованными содержащим значительное количество «пиритовой дроби» конгломератам, в которых наблюдается заметное потемнение поверхности белой гальки жильного кварца в результате радиоактивной бомбардировки. Обычно минерализация интенсивнее у подошвы слоев рудита. Другими индикаторами повышенного содержания урана являются обилие серицита в матрице и хорошо развитая косая слоистость. Вниз по палеосклону, с северо-запада на юго-восток, отмечается зональность минерализации. Уранинит, развитый в наиболее высокой части зоны, в направлении переноса осадков уступает место браннериту, а тот в свою очередь сменяется ассоциацией браннерита и монацита, а затем, в юго-восточной оконечности зоны, — ассоциацией монацита и циркона. С изменением гидродинамического режима, обусловившим эту зональность, выраженную различиями относительных концентраций обломочных минералов в направлении на юго-восток, связаны также следующие изменения: уменьшается содержание урана, растут отношения торий/уран и кварцит/конгломерат, увеличивается мощность зоны главным образом в результате увеличения мощности прослоев кварцитов, галька становится мельче, а упаковка обломков — хуже. Зерна уранинита в конгломератах имеют размеры 50—200 мкм, а монацита — 200—400 мкм.

Предложены два варианта интерпретации истории накопления отложений надгруппы Гурон в Южной провинции Канадского щита. Первый подразумевает неоднократные оледенения, когда образование конгломератов происходило в континентально-морских условиях, в течение нескольких длительных интервалов времени; кварциты при этом соответствуют флювио-гляциальным отложениям регрессивных интервалов, когда береговая линия моря отступала, а пелиты — отложениям послеледниковых трансгрессий. Согласно второму объяснению, породы надгруппы Гурон соответствуют ряду регрессивных морских циклов, в процессе которых поверхности аккумуляции осадков редко оказывались на суше. Кварциты рассматриваются как результат накопления регрессивных фаций, отложившихся из турбулентных потоков в мелководной обстановке речной дельты и волноприбойной зоны моря. Конгломераты, за исключением таковых формации Матиненда, являются отложениями ледников или широких обломочных потоков, выносившихся в море. Эти потоки могли активизироваться тектоническими движениями по крупным граничным разломам бассейна осадконакопления. В период образования нижней части надгруппы Гурон, вероятно, преобладал холодный климат, тогда как в верхнегуронское время могли доминировать условия жаркого и влажного климата.

Конгломераты формации Матиненда рассматриваются как отложения быстрых и мелководных речных потоков. Ветвящиеся потоки текли вниз по палеодолинам, а латеральная миграция русел приводила к слиянию соседних гравийных плащей. Существуют доказательства того, что одна из таких речных систем впадала в прибрежную мелководную зону моря вблизи нынешнего рудника Кверке на северном крыле синклинали Кверке. В сегменте Блайнд-Ривер потоки текли к юго-востоку, тогда как в сегменте Кобальт общее направление потока было южным. Эти два направления сходились в районе Эспаньолы непосредственно южнее регионального воздымания, проходящего через Садбери, где глубина бассейна Гурон была, по-видимому, наибольшей.

Направления палеопотоков показывают, что источник урана и тория в конгломератах Матиненды лежит северо-западнее рудного поля Эллиот-Лейк. Согласно микроседиментологическим исследованиям, уранинит, монацит, циркон и пирит являются обломочными и переносились из области питания в бассейн Гурон реками. Браннерит образовался в результате адсорбции урана на титановых коллекторах, например разложенном ильмените. Областью питания была архейская толща, обнажающаяся вдоль регионального поднятия, проходящего в северо-западном направлении через Садбери. В пределах всего этого поднятого региона должна была происходить значительная эрозия пород фундамента, которая в итоге привела к уничтожению большей части западного продолжения зеленокаменного пояса Абитиби; именно из таких пород был, вероятно, извлечен пирит. Уран и торий высвобождались при эрозии реголита, имевшегося на архейских гранитах и гнейсах, которые представлены двумя главными типами пород: розовато-серыми гранодиоритогнейсами с обильными ксенолитами зеленокаменной породы и массивными красными кварцевыми монцонитами, аномально обогащенными ураном. Уран извлекался, вероятно, из более дифференцированных калиевых гранитов, содержавших сравнительно большие количества микроклина, кремнезема, урана и тория.