04.03.2021

Перераспределение рудных микроэлементов между минеральной и органической фазами углеродисто-кремнистых сланце


Рудные микроэлементы углеродисто-кремнистых сланцев, способные участвовать в реакциях гидролиза, окисления — восстановления и образующие комплексы с органическими лигандами (порфирины, асфальтены, гуматы и др.), геохимически связаны с органической компонентой пород. Поэтому перераспределение углеродистого и фосфатного вещества сланцев при метаморфизме предопределяет мобилизацию и перераспределение соответствующих микроэлементов (например, хрома, ванадия, урана).

Исследованная кремнисто-сланцевая формация Средней Азии включает наряду с углеродистыми микрокварцитами горизонты механически непрочных высокоуглеродистых пород (углей, углисто-глинистых сланцев), на контактах с которыми развиваются зоны брекчирования и кливажа. Вблизи таких зон межпластовых нарушений проявились процессы регрессивного метаморфизма, выразившиеся, в частности, в значительном перераспределении кремнистого и органического материала пород. За пределами участков проявления регрессивного метаморфизма углеродисто-кремнистые сланцы на 50% сложены тонкозернистым кварцем и на 30% — непрозрачным материалом. В составе последнего присутствуют двумерно-упорядоченный (слабо карбонизированный) графит, твердые битумы, карбонат-апатит и непрозрачное органическое вещество (OB), тонко диспергированное в кремнистом и гидроалюмосиликатном материале. Остальные 20% представлены гидроалюмосиликатами, альбитом, лейкоксеном, акцессорным пиритом. По мере приближения к зонам межпластовых нарушений проявляются следы перераспределения углеродистого вещества в микропрожилки, находящиеся в различных взаимоотношениях с прожилками метаморфогенного кремнезема (рис. 1,а). В непосредственной близости от нарушений OB углеродистокремнистых сланцев концентрируется в призальбандовых участках. В составе темноокрашенного вещества, слагающего до 85% объема породы (рис. 2, а), на этих участках находятся выделения битумоидов, а также кремнистый или гидроалюмосиликатный материал, пропитанный органическими соединениями. Валовое содержание органического углерода (Cорг) в исследуемых сланцах колеблется от 4—5 до 40% (в призальбандовых участках продольных нарушений), а пятиокиси фосфора — от 0 до 1,5—2 %.

Как указывалось выше, регрессивный метаморфизм проявился лишь в зонах межпластовых нарушений. Если для всей толщи сланцев в целом характерна равновесная кварц-серицит-хлорит-альбитовая ассоциация, отвечающая условиям регионального метаморфизма в фации зеленых сланцев (температурный режим не ниже 400° С, давление — первые килобары), то в зонах нарушений, богатых высокоуглеродистым материалом, отмечаются крустификационные (т. е. отлагавшиеся в открытых полостях) кремнезем и карбонаты с температурами декрепитации газово-жидких включений 210—190, 110 и 40—30° С. Следовательно, вблизи зон нарушений локально господствовали более низкие температуры и давления. Там же в сланцах по мере нарастания регрессивного метаморфизма увеличиваются концентрации микропримесей — хрома, ванадия, урана и убывают содержания щелочноземельных элементов и бора, которые связаны с алюмосиликатной составляющей пород, вытесняемой OB.

Одним из наиболее контрастных мигрантов, с помощью которых удается проследить роль OB в транспортировке элементов, является уран. Особенности его перераспределения между минеральной и органической фазами углеродисто-кремнистых сланцев анализировались методом f-радиографии. Препараты на кварцевой или эпоксидной подложке облучались нейтронами на реакторе типа BBP (смягченный спектр деления) с интенсивностью потока 10в15 и 10в16 н/см2*с и регистрацией треков осколков индуцированного деления на лавсановом детекторе.

Результаты исследования показали, что микроколичества урана в сланцах, залегающих вдали от зон нарушений, отличаются весьма неравномерным распределением. Они образуют как «фоновые» концентрации от 1,6 до 3,1*10в-4% (1775 счетных ячеек, или 94% подсчитанных площадей) в тонкодисперсной массе кремнистого, алюмосиликатного и органического материала (т. е. в «основной массе» породы), так и локальные вкрапленники с содержаниями урана от 12,5 до 55,4*10в-4% (114 счетных ячеек, или 6% подсчитанных площадей). Для последних характерны концентрации (20—30)*10в-4%, которые фиксируются на радиографиях в виде звезд и распределены независимо от всякого рода микропрожилков, трещинок и от расстояния до зон продольных нарушений. Таким образом, речь в данном случае идет о сингенетичных сланцевым отложениям микровыделениях собственно урановых или урансодержащих минералов (окислов, фосфатов, ураноорганических соединений и т. п.). Микростяжения свободного кремнезема, имеющие овальную форму и распространенные в «основной массе» углеродистокремнистых сланцев, свободны от микропримесей. Содержание урана в них не превышает 0,87*10в-4% (по 45 счетным ячейкам), т. е. в 2—5 раз ниже, чем для породы в целом.

При приближении к зонам межпластовых нарушений, на расстоянии десятков — первых сотен метров от них, в углеродисто-кремнистых сланцах фиксируется разделение органического и кремнистого вещества с образованием метаморфогенных микропрожилков кварца и битумоидов (возможно, с фосфатным веществом). Концентрация урана в прожилках метаморфогенного кварца колеблется от 0,15 до 0,65*10в-4% (113 счетных ячеек), а в микропрожилках битумоидов составляет (3,66—4,90)*10в-4% (107 счетных ячеек). Такое фракционирование урана происходит при фоновых его содержаниях в породе от 1,82 до 3,14*10в-4% (711 счетных ячеек) и отражает качественную перегруппировку вещества в огромном объеме пород кремнисто-сланцевой формации (см. рис. 1).

Наконец, непосредственно в зонах нарушений, в 1—20 см от отдельных поверхностей срывов, содержание урана в углеродисто-кремнистых сланцах составляет (4,35—29,32)*10в-4% (275 счетных ячеек), т. е. возрастает по сравнению с концентрациями в неизмененных породах в 4—20 раз (см. рис. 2). Следует отметить, что в микропрожилках метаморфогенного кварца из этих, обогащенных OB, участков содержание урана значительно выше, чем в метаморфогенном кварце сланцев, удаленных от межпластовых зон, и составляет 2,32*10в-4% (39 счетных ячеек).

В самих зонах нарушений в углеродистых и углеродисто-слюдистых породах наряду со скоплениями первично-осадочного OB скапливались битумоиды гидротермально-метаморфического происхождения (антраксолиты). Вместе с ними крустификационно, в различных взаимоотношениях с углеродистым материалом выделялись свободный кремнезем, кали-натровый полевой шпат, кальцит и в небольших количествах сульфиды железа и меди, гематит, минералы урана. Содержание урана на массу вещества, находящегося в зонах продольных нарушений, возрастает.

Радиографическое изучение крустификационных кварцево-битумных прожилков в удалении от тектонических срывов показало их обедненность ураном — (0,40—0,54)*10в-4% (170 счетных ячеек). В зонах этих нарушений концентрация урана в крустификационном кварце несколько возрастает, составляя 0,39*10в-4% (34 счетные ячейки). В отличие от кварца концентраторами урана здесь становятся жильные битумы. Они отличаются крайне неравномерным распределением рудной примеси, вплоть до возникновения собственно урановых минералов (сгустки треков на радиографиях, рис. 3, б). Таким образом, общая направленность перераспределения OB от неизмененных сланцев к зонам межпластовых нарушений подчеркивается мобилизацией и концентрированием рудной примеси.

Анализ соотношения стабильных изотопов углерода C12 и С13 (исследования Э.М. Галимова) показывает, что перераспределение OB в рассматриваемых разрезах при приближении к зонам нарушений (т. е. при усилении регрессивного метаморфизма) сопровождается фракционированием в пользу изотопно легкого углерода (рис. 4). Установленный феномен не случаен. Исследования Шидловским докембрия Трансвааля (Южная Африка) также выявили аккумуляцию изотопно легкого углерода при мобилизации рассеянных битумов и образовании метамор-фогенных прожилков. В этом процессе bС13 изменяется от -2,65 до -3,67% для рассеянного OB и от -3,71 до -4,12% для битумных прожилков.

В соответствии с современными представлениями существование внутримолекулярной изотопной неоднородности (в частности, обогащенность карбоксильной группы изотопом С13) приводит к тому, что выделяющаяся при перераспределении OB углекислота оказывается в конечном счете изотопически тяжелее углеродистого вещества, остающегося в породе. Допустимо, следовательно, обратное предположение: если в углеродисто-кремнистых сланцах вблизи зон нарушений и тем более в высокоуглеродистых образованиях, находившихся в этих зонах, фиксируется обогащение изотопом С12 (возрастание величины 6С13, см. рис. 4), то последнее, по-видимому, свидетельствует о выделении CO2, происходившем при окислении OB при регрессивном метаморфизме.

В настоящее время мы не располагаем данными о том, что возникновение метаморфогенных кальцитов было связано с окислением исходных битумоидов. Скорее всего, этот источник CO2 имел второстепенное значение. Метаморфогенная углекислота, очевидно, образуется и в других процессах (например, при мобилизации рассеянного карбонатного вещества сланцев). Принципиально важно другое: феномен разделения изотопов углерода свидетельствует о происходящей в сланцах перегруппировке OB. Этому не противоречат и факты появления в зонах вдольслоевых нарушений жильных кальцитов. А так как явления регрессивного метаморфизма связаны с возрастающей активностью воды (в частности, при поступлении воды в метаморфическую породу), то возможно возникновение водно-углекислых растворов, обеспечивающих вынос рудной микропримеси из сланцев. На перенос урана описываемым путем указывают явления, сопровождающие ороговикование углеродисто-кремнистых сланцев в ближнем экзоконтакте гранитных интрузий, при котором происходит «выгорание» дисперсных битумов и графита, а также вынос урана из зоны контактового метаморфизма образующейся водой и углекислотой в форме уранил-карбонатных комплексов типа [UO2(CO3)n]2(1-n).

По-видимому, возникновение водно-углекислых растворов (в результате мобилизации рассеянной углекислоты сланцев, окисления битумов при их перераспределении и др.) не только способствует разрыву связей микропримеси с органическими соединениями, но и создает среду для перемещения рудных элементов в поровом пространстве пород и в открытых полостях. Результатом подобных процессов, по-видимому, является обедненность микропримесями крустификационных кварцев из всякого рода открытых трещин по сравнению с кремнистым материалом из «залеченных» метаморфогенных прожилков. Вероятно, возникновение углекислой среды обеспечивало десорбцию урана с гребенчатого кварца в процессе его роста и перенос рудной примеси в зоны нарушений, игравшие дренажную роль.





Яндекс.Метрика