Поведение урана в процессе кристаллизации интрузии Илимауссак

Интрузия Илимауссак, сложенная главным образом ультращелочными агпаитовыми нефелиновыми сиенитами, представляет исключительный пример увеличения содержаний урана и тория в процессе магматических кристаллизации и дифференциации. Породы поздних интрузивных фаз содержат местами более 0,1 и 0,5% Th. Кроме того, здесь развиты поздние жилы, богатые радиоактивными минералами, а в северной части интрузии породы кровли сильно фенитизированы; урановое месторождение в Кванефьелде составляет часть этого фенитизированного комплекса (фиг. 1).

Предлагаемое описание основано на результатах тщательного исследования поведения урана в процессе кристаллизации пород интрузии Илимауссак.

Считается, что агпаитовые нефелиновые сиениты кристаллизовались из одной порции магмы в закрытой системе. Кровля интрузии сохранилась во многих местах; дно магматической камеры не обнаружено.

Породы в области кровли кристаллизовались путем отложения кристаллов на кровле: они представляют собой постепенную смену от пуласкита через гетерогенный фойяит и содалитовый фойяит до пойкилитового содалитсодержащего нефелинового сиенит — науяита (табл. 1). На стадии кристаллизации науяита кристаллы содалита всплывали в верхнюю часть магмы. Эвдиалит развит в интерстициях во всех породах зоны кровли.

Самая нижняя, обнаженная часть интрузии сложена расслоенными сериями нефелиновых сиенитов, какортокитов, которые явно образовались в результате накопления кристаллов на дне интрузии и являются более поздними, чем науяиты. Эвдиалит в какортокитах представляет самый поздний минерал, выделившийся из жидкой фазы.

Какортокиты прослеживаются вверх в почти двухсотметровую массу расслоенных мезократовых нефелиновых сиенитов - луявритов, которые интрудируют вышележащие агпаитовые породы, а на Кванефьелде также и кровлю вулканических пород. В этих породах эвдиалит также является самым поздним минералом, выделившимся из жидкой фазы, а некоторое отличие луявритов заключается в меньшем содержании эвдиалита и развитии вместо него богатого радиоктивными элементами минерала стенструпина (табл. 1).

Как показано в табл. 2, от пуласкит-гетерогенных фойяитов до содалитовых фойяитов наблюдается слабое увеличение содержаний урана и тория. Содержание урана и тория в науяите ниже, чем в содалитовом фойяите.

Какортокиты богаче ураном и торием, чем породы из зоны кровли, и показывают более низкое отношение Th / U. Эти особенности отчасти объясняются содержанием цинкита.

Луявриты содержат урана до 1000 млн- и более, тория — до 5000 млн-1 и более, а отношение Th/U меняется от 0,5 до почти 5. Они, как упоминалось выше, сопровождаются урановой минерализацией.

Было проведено сравнение урана в различных породах и в эвдиалитах из этих пород по данным осколкорадиографии (табл. 2).

В эвдиалитах, выделившихся в интерстициях пуласкитов, гетерогенных фойяитов и содалитовых фойяитов, содержание урана уменьшается по мере увеличения степени раскристаллизации. Эта тенденция прослеживается вниз на всю 500-метровую зону науяитов; также последовательно по результатам анализов пород меняется содержание радиоактивных элементов. Эвдиалит считается главным урансодержащим минералом этих пород.

В какортокитах содержание урана в эвдиалите увеличивается снизу вверх. Эта тенденция отражает равномерное возрастание содержания урана в магме, из жидкой фазы которой гомогенизировался этот эвдиалит. Аналогичные изменения содержаний урана прослеживаются и в залегающих выше луявритах.

Эти данные указывают на то, что какортокиты и луявриты образовались из магмы, которая последовательно становилась богаче ураном, но относительно беднее торием. Эта магма на поздних стадиях приводила к образованию урановой минерализации. Установленная закономерность соответствует теоретическому распределению содержаний урана в магмах, прошедших стадию фракционной кристаллизации.

Содержания урана в породах и в эвдиалитах в интерстициях самой верхней части интрузии уменьшаются, а кристаллизация увеличивается. Поскольку эти породы кристаллизовались в условиях закрытой системы, на контакте науяитов с вмещающими породами следы урановой минерализации отсутствуют (в противоположность минерализации во вмещающих породах на контакте с луявритами), а так как уран и торий накапливались в самых молодых породах интрузии, последовательная кристаллизация пуласкит-кауяитов является примером кристаллизации пород, бедных ураном, из магмы, в которой уран постоянно накапливается. Эти особенности можно объяснить окислительно-восстановительными условиями магмы, разделением урана между газовой фазой и магмой или образованием комплексных ионов.

Окисление урана является наиболее распространенным объяснением уменьшения содержания урана в сериях пород. Исследуемые породы интрузии Илимауссак богаты натриевыми пироксенами и характеризуются высокими отношениями Fe3+/Fe2+, которые могут указывать на высокую летучесть кислорода магмы. Кажется, однако, что породы, не насыщенные кремнеземом, и ультращелочные породы зоны кровли кристаллизовались при чрезвычайно низкой летучести кислорода, так как избыток натрия стабилизирует Fe3+ в расплаве. Низкая летучесть кислорода также находится в соответствии с наличием в этих породах огромных количеств углеводородных газов и битумов.

Разделение урана между газовой фазой и магмой также представляется маловероятным с тех пор, как теоретическими исследованиями и экспериментальными данными установлено, что летучие компоненты, такие, как фтор и хлор, хорошо растворимы в недонасыщенных ультрашелочных магмах, характеризующихся низкой активностью кремнезема.

Авторы придерживаются той точки зрения, что уран и торий сохранялись в богатой галогенами магме в процессе кристаллизации пород в апикальных частях магматической камеры. Возможность того, что кристаллизация пород в апикальных и донных частях происходила из разных магм, несовместима с наблюдавшимися отношениями. Подобное объяснение применимо и к агпаитовым породам Ловозерской интрузии на Кольском полуострове. Фтор, хлор, карбонатные ионы и углеводороды являются возможными образователями комплексов.

В процессе кристаллизации луявритов из магмы, остающейся после образования какортокитов и пуласкит-науяитовой серии пород, концентрация урана и тория в магме становится такой высокой, что торийсодержащий минерал стенструпин начинает замешать эвдиалит. Отношения Th/U в луявритах указывают на то, что содержание урана выше тория. Флюиды, выделенные в процессе кристаллизации луявритов, образовали минеральные жилы,

содержащие стенструпин. Месторождение Кванефьелд образовалось там, где обогащенная газом луявритовая магма накопилась в сводовых зонах под кровлей магматической камеры. Трещины во вмещающих породах выполнены лотами с повышенной радиоактивностью при содержании урана 17-1500 млн-1, тория - 60-4500 млн-1 и Th/U - 0,1-57.