Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 507, № 2, стр. 179-186

Одной из характерных особенностей молибден-урановых месторождений в областях континентального вулканизма является частое проявление в них рудосопровождающего альбитового или гематит-альбитового метасоматоза (в англоязычной литературе он обозначается как syn-ore metasomatism). Этот тип преобразований имеет метасоматически-прожилковый характер при отсутствии сколько-нибудь выраженной метасоматической зональности. Альбитовый метасоматоз описан на многих месторождениях и рудопроявлениях урана в Средней Азии, в Северном Казахстане, в Забайкалье и в Приамурье [1, 2, 5], а также в Юго-Восточном Китае [12, 17]. Реже синрудный альбитовый метасоматоз отмечается на полиметаллических и золоторудных месторождениях [10].

Рудосопровождающий прожилково-метасоматический альбит контрастно проявлен на многих месторождениях Стрельцовского рудного поля (СРП) в Восточном Забайкалье. В пределах одноименной кальдеры сосредоточены 20 гидротермальных молибден-урановых месторождений с общими запасами около 300 тыс. т U, что выводит рудное поле в разряд уникальных объектов. По классификации МАГАТЭ [14, 16] 18 месторождений в вулканогенно-осадочных породах чехла кальдеры относятся к вулканогенному типу, а 2 месторождения в фундаменте – к гранитному типу. При этом на Антей–Стрельцовском месторождении (запасы более 90 тыс. т) наличествует факт пространственно-временного совмещения руд в гранитном фундаменте (минеральная система, связанная с гранитоидами) и вулканогенно-осадочном чехле (минеральная система, связанная с вулканизмом) кальдеры [9] Это приводит к многолетним дискуссиям о генезисе месторождений с высказыванием альтернативных точек зрения, в том числе по отношению к таким урановорудным объектам вулканогенного типа, как Сианшань (Xiangshan) в Южном Китае и МакДермитт (McDermitt) на западе США.

В короткой статье мы предприняли попытку рассмотрения условий развития рудосопровождающего (синрудного) альбитового метасоматоза и ураноторитовой минерализации на месторождениях СРП с целью использовать эти данные в качестве дополнительных к предложенным ранее параметрам [20], которые необходимы для понимания процессов формирования минеральных систем урановых месторождений.

На месторождениях СРП альбитовые метасоматиты пространственно тесно связаны с рудными телами и наиболее распространены в гранитах фундамента, трахидацитах и менее в базальтах в нижней части чехла и практически исчезают в вышележащих осадочно-туфогенных породах. На уровнях ниже 2000 м от современной поверхности альбитовые метасоматиты уже не встречаются. Развитие зон альбитизации следует направлениям основных рудовмещающих разрывных структур, и это свойство сохраняется на всех известных месторождениях урана жильного типа. Наибольшие по мощности участки альбитизированных пород наблюдаются в гранитах фундамента кальдеры на месторождении Антей, где они могут достигать нескольких метров. Вслед за альбитизацией после импульса тектонических подвижек и интенсивного дробления развивается основная урановорудная стадия и далее многочисленные послерудные жильные образования (рис. 1 а и б).

Альбит проявлен позже стадии предрудного кислотного выщелачивания и во времени совпадает с началом отложения урансодержащих минералов, хотя основные урановорудные процессы происходят позже и отделены от процесса альбитизации отчетливо выраженными тектоническими подвижками и дроблением. В этой связи следует упомянуть, что процессы сопряженного (по Д.С. Коржинскому) отложения при развитии метасоматоза кислотного типа всегда приводят к отложению тех минералов, в состав которых входят выщелоченные компоненты (Са, Na, Mg, Fe, K). Поэтому во внутренних частях ореолов гидротермальных изменений кроме альбита всегда проявлены прожилковые и метасоматические выделения карбонатов, бертьерина и других минералов. Альбит в виде тонкозернистых агрегатов, состоящих из слабо сдвойникованных зерен, развивается метасоматически, замещая К-шпат и, менее отчетливо, иллит, серицит, кварц. Кроме того, он образует прожилкообразные агрегаты, выполняющие зоны дробления. Содержания Na₂O в измененных породах могут достигать 10 мас. %, что может сопровождаться уменьшением содержаний SiO₂ (табл. 1). Совместно с синрудным альбитом в месторождениях СРП развиты рассеянные выделения браннерита, реже уранинит и настуран, а также ураноторит, циркон, монацит, ксенотим, урансодержащий апатит, паризит.

Чаще всего размеры зерен альбита не превышают сотых долей миллиметра, состав его соответствует практически бескальциевому альбиту с небольшим содержанием калия (до 0.2 мас. %). Степень упорядоченности структуры близка низкому альбиту и составляет $2{{\theta }_{{131 - 1\bar {3}1}}}$ около 1.30 (это значение может, видимо, отражать некоторую примесь исходного плагиоклаза гранитов).

При нарастании интенсивности альбитизации происходит растворение породного кварца и образование пустот, иногда заполненных поздними минералами (диккитом, смектитом, кальцитом и др.). В зарубежных литературных источниках этот процесс иногда обозначается как “эписиенитизация”. Но, поскольку он отвечает условиям низких температур, мы полагаем использование этого термина неудачным. Температурные условия формирования альбитовых метасоматитов для месторождений Стрельцовского рудного поля по данным флюидометрии отвечают интервалу 200–220°С [6].

подробно изучены экспериментально, подтверждены расчетными и природными наблюдениями [1, 8, 10, 11, 13, 18]. Константы равновесия этих реакций в системе K₂O–Na₂O–SiO₂–Al₂O₃–H₂O с избытком кварца резко возрастают с падением температуры особенно в случае замещения иллита альбитом. Так, если для 300°С величина рK первой реакции близка 1, то для 200°С она уже достигает 1.8, а для 150°С уже 2.5 и образование альбита в низкотемпературной (<300°C) области весьма затруднено. Предполагается, что при более низких температурах альбит замещается анальцимом или другими натровыми цеолитами.

В свое время реакция “анальцим↔альбит” использовалась для маркировки граничных условий цеолитовой фации метаморфизма [15]. В дальнейшем было установлено, что альбит может оставаться стабильным даже и при более низких температурах, но только в условиях резкого пересыщения SiO₂ [11]. Для реакции (2) возрастание константы равновесия рК выражено еще резче, к тому же ее сдвиг влево в значительной степени зависит от рН среды. Следовательно, для замещения альбитом более ранних иллитовых метасоматитов требуются одновременно значительное, до двух порядков, превышение в воздействующем флюиде натрия над калием и повышение щелочности до рН не менее 8–9 (замещению породного кварца альбитом также способствует щелочная среда). Возможность резкого (до 2 единиц) скачка величин рН может быть обусловлена интенсивной дегазацией растворов и удалением СО₂ и других газов при резком сбросе давления [6, 13]. Последнее вполне возможно в результате сейсмотектонических подвижек, приоткрывания трещин и общей дилатансии пород (разуплотнение и прироста объема горной породы при деформации). Действительно, зоны альбитизации в месторождениях Стрельцовской кальдеры отчетливо тяготеют к участкам повышенной нарушенности, катаклаза и брекчирования пород, что, в свою очередь, предполагает существование условий упруго-хрупкого разрушения [7]. В Стрельцовской кальдере на больших (более 2.5 км) глубинах, вскрытых скважинами, крупные зоны дробления и рудосопровождающая альбитизация, как и кондиционные урановые руды, не обнаружены.

Однако процесс альбитизации развит на месторождениях Стрельцовской кальдеры далеко не всегда и не является непременным спутником урановой минерализации. На некоторых месторождениях СРП альбитовые метасоматиты или отсутствуют (в Западном блоке), или развиты очень слабо (в Восточном блоке). В других регионах с урановым металлогеническим профилем, например, в Северном Казахстане, рудные тела на многих месторождениях залегают среди околорудных иллитовых (серицитовых) метасоматитов без каких-либо проявлений альбитового метасоматоза. Это обстоятельство указывает на то, что высоконатровый состав рудоносных флюидов не является единственной причиной переноса урана и критическим свойством уранового рудоотложения. Появление околорудных альбититов в значительной степени определяется сугубо местной обстановкой. Она в свою очередь может быть обусловлена, например, составом вмещающих пород, температурой, интенсивностью тектонических подвижек, скоростью раскрывания раствороподводящих трещин и другими факторами. Резкое возрастание содержаний натрия, скорее всего, связано с массовым высвобождением его при процессах предшествующей интенсивной иллитизации, которой в первую очередь подвержены плагиоклазы. Следовательно, процесс гидротермальной альбитизации может быть спровоцирован резким скачком значений рН и не требует дополнительного привноса натрия с магматогенными флюидами. Конечно, при этом необходимо отметить, что урановые проявления жильного типа никогда не бывают связаны с околорудным метасоматозом высококислотного типа, при котором формирование полевошпатовых метасоматитов маловероятно.

Свойства среды минералообразования в процессе формирования альбититов отчасти подчеркивается и распределением во вмещающих породах РЗЭ (рис. 2).

Конфигурация спектра этих элементов в альбититах указывает на существенный привнос легкой части РЗЭ в слабоизмененные исходные граниты, что подтверждается также развитием в этих метасоматитах минералов с преобладанием в их составе цериевой части ряда (монацита, паризита, браннерита).

В последнее время при изучении образцов альбититов с помощью электронной микроскопии (JSM-56101V “Jeol”, детектор ЭДС, “Oxford Instruments”) нами был обнаружен ураноторит, который ранее в числе рудных минералов не упоминался. Этот U–Th-силикат образует очень мелкие (1–3 мкм) зерна часто в срастании с браннеритом и монацитом. Микронные размеры и частые срастания с другими минералами затрудняют точное определение элементного состава этого силиката.

Ураноторит образует цепочки очень мелких включений (рис. 3) вдоль микротрещин или трещин спайности в измененных вкрапленниках полевых шпатов и всегда встречается совместно с монацитом, ксенотимом, апатитом и новообразованным цирконом. Во вмещающих породах более ранний магматический торит не отмечался, но присутствуют выделения торийсодержащего монацита.

Гораздо более ярко проявлена ториевая минерализация в альбитовых метасоматитах урановых месторождений Сианшаньского (Xiangshan) рудного поля (Южный Китай). По данным [12], урановые руды Сианшаня (особенно ранняя браннеритовая стадия) характеризуются ярким проявлением Th–U–P–REE–Y–Ti–Zr-минерализации, что привело к широкому распространению совместно с браннеритом торийсодержащих минералов – ураноторита, торианита, торийсодержащего браннерита, а также урансодержащего апатита, монацита, REE–Ca-фторокарбоната паризита, циркона, ксенотима. При этом содержание тория в руде может достигать почти 1900 ppm, сравниваясь с промышленными содержаниями урана [12]. Авторы этой работы полагают, что уран-ториевая минерализация в альбититах представляет собой первую стадию рудообразующего процесса, взаимосвязанную с флюидами, отщепляющимися от гипотетического невскрытого глубинного интрузивного тела. Вторая основная рудная стадия представлена преимущественно настураном и сопровождается иллитовыми околорудными метасоматитами. Тем не менее убедительные доказательства более раннего, относительно иллитового метасоматоза, развития альбита не приводятся.

Несмотря на то что долгое время торий считался подвижным (в отличие от урана) только в высокотемпературной среде, исследования низкотемпературных рудных месторождений и поверхностных водных систем показали вероятность не только его переноса и перераспределения, но и накопления. Так, например, повышенные концентрации тория обнаружены во многих щелочных соленых озерах западных штатов США [19], где рН среды составляет 9.6–10 единиц, а общая концентрация карбонатов варьирует от 0.3 до 0.96 М. Повышенные содержания тория в рудах месторождений Сианшаньского рудного поля представляют один из примеров накопления этого элемента при низкотемпературном гидротермальном минералообразовании, в том числе за счет возможного смешения восходящих растворов и метеорных вод, проходящих сквозь толщу красноцветов [17].

В отношении способов переноса тория в низкотемпературных условиях известно, что его соединения (оксиды, силикаты и фосфаты тория) могут растворяться при обработке их солями щелочных металлов, например, Na₂CO₃ [3, 4, 19]. При этом в натровой щелочной среде образуются легкоподвижные комплексные соединения тетра- и пентакарбонатов тория с натрием: Na₄[Th(CO₃)₄] или Na₆[Th(CO₃)₅]. Комплексные соединения тория с хлором, фтором, сульфатами гораздо менее устойчивы и образуются лишь в сильнокислых растворах. При полной диссоциации карбонатных комплексов тория, высвободившиеся карбонатные лиганды в дальнейшем могут взаимодействовать с двухвалентными катионами Ca, Fe, а также и с SiO₄, образуя торит или ураноторит, а также карбонаты (анкерит, сидерит), которые часто присутствуют совместно с альбитом в месторождениях Стрельцовского рудного поля. Источником тория в гидротермальных месторождениях урана, по-видимому, являлись сами вмещающие породы, содержащие акцессорные торийсодержащие минералы, из которых он выщелачивается при метасоматозе. Ввиду того, что вмещающие рудные тела гранитоиды месторождения Антей и вулканические породы месторождения Стрельцовское не принадлежат к категории высокоториеносных, то существенного накопления тория, аналогичного Сианшаньскому рудному полю, не происходит. Согласно нашим и литературным данным содержания тория в породах Стрельцовского рудного поля весьма изменчивы, зависят от их состава и варьируют примерно от 6 до 27 ppm (исключение составляют только ультракислые стекла и стекловатые риолиты верхней части разреза вулканической толщи, в которых тория может быть больше). Кислые вулканические породы, образующие Сианшаньское вулкано-купольное сооружение, более обогащены торием и его содержания в основном укладываются в интервал 25–28 ppm [5]. Обогащенность торием вулканических и экструзивных пород Сианшаня относительно средних содержаний в земной коре подчеркивается данными, приведенными в [12]. Возможно именно это обстоятельство и явилось причиной отчетливого проявления ториевой минерализации, в результате чего содержания тория местами приближаются к содержаниям урана. В пределах Cтрельцовской кальдеры отсутствуют породы с высокими содержаниями Th, что, возможно, и послужило причиной слабого развития ториевой минерализации. На спайдер-диаграмме (рис. 4) привнос тория в альбититы выражен слабо в то время, как отчетливо заметны увеличения содержаний легких редких земель (La, Ce, Nd, Sm) и циркония.

Натровые высокощелочные растворы, появление которых может быть обусловлено как интенсивными предшествующими процессами кислотного выщелачивания, так и тектоническими причинами, вероятно, могут быть активными переносчиками не только легких РЗ, но также циркония и тория. Происхождение этих элементов скорее всего (в отличие от урана) более тесно связано с наличием их в акцессорных минералах вмещающих пород, т.е. с участками ближней миграции по аналогии с источниками ближней мобилизации урана [9].

Развитие ториевой минерализации, связанной с щелочной альбититовой стадией в гидротермальных урановых месторождениях, является своеобразным индикатором эволюции всего рудообразующего процесса на этих геологических объектах. Не исключено, что ториевая минерализация может быть обнаружена и на других урановых месторождениях в областях континентального вулканизма.