Уран в истории развития структур Земной коры

Уже в 1970 г. во время прошлого симпозиума появилась тенденция к установлению критериев размещения урана, основанных на процессе формирования структурных элементов земной коры и на поиске связи месторождений с крупными структурами на континентах; эта тенденция отразилась в сообщениях Боуи, Габельмана и в некоторой степени в выступлении Ганглова.

Боуи пришел к выводу, что большая часть мировых запасов капиталистических стран сосредоточена в докембрийских провинциях. Он искал объяснение этому в ранней истории формирования земной коры, основываясь на работах Анхойссера и др., Энджела и др. По мнению этих авторов, литофильные элементы, особенно те, которые слагают граниты, в том числе U, Th и К, должны были образовать первичную тонкую сиалическую кору. Последующая геологическая история этих элементов сводилась к многочисленным перераспределениям, обусловленным процессами гранитизации и метаморфизма. Боуи делает вывод, что практически весь уран, содержащийся в земной коре, накопился в ней в эти ранние стадии формирования Земли; в настоящее время урановые проявления связаны главным образом с докембрийскими щитами, а в областях фанерозойской орогении уран появляется только там, где фанерозойскими геологическими процессами был затронут и докембрийский цоколь.

Многочисленные авторы интересовались миграцией литофильных элементов вообще и в частности урана, тория и калия в верхнюю часть земной коры. По мнению Бирха, Земля, сформировавшаяся 5 млрд. лет назад в результате аккреций метеоритов хондритового состава, унаследовала изначальный запас урана и тория в достаточном количестве, чтобы питать земную кору. После выделения около 4,5 млрд. лет назад железного центрального ядра и расплавления силикатной фазы огненно-жидкая фракция мигрировала в промежутке 4,5-3,5 млрд.лет во внешние зоны, образовав верхнюю мантию, содержащую все радиоактивные элементы Земли. В некоторых регионах континентальная кора стабилизовалась ко времени 3,5 млрд. лет назад, но в других областях Земли она продолжала свое формирование и позднее; при этом происходила концентрация радиоактивных элементов во внешней оболочке коры, куда они выносились из верхней части мантии. Эти элементы позднее перераспределились в процессе эрозии, латеральной транспортировки и накопления осадков.

Ламберт в результате изучения кратона Йилгарн (Западная Австралия) установил, что почти весь U и Th концентрируются в верхних 10 км щита (в зоне, сложенной гранитами). Содержание этих элементов на глубинах порядка 40 км очень мало, а на глубине 10 км составляет всего 0,0001% U и несколько десятитысячных долей процента Th. На последних 10 км их содержание резко увеличивается до 0,0003% U и 0,002% Th. Что касается К, его содержание на глубине 40 км составляет менее 1%, на глубине 10 км - около 2% и в последних 10 км оно увеличивается до 2,7%.

Тенденция радиоактивных элементов мигрировать в направлении внешних оболочек Земли не обязательно подразумевает формирование сиалической, первоначально непрерывной внешней коры. Впрочем, эта последняя гипотеза оспаривалась наряду с другими исследованиями Гликсоном. На основании работ некоторых ученых он делает вывод о том, что, по-видимому, первичная верхняя мантия имела слабодифференцированный характер, и поэтому дифференциация ее не могла бы привести сразу к формированию сиаля. Для формирования сиаля необходима многократная дифференциация. На мантии архейского возраста, вероятно, находилась первичная кора, по составу сопоставимая с современной океанической корой. Образование натровых гранитов и гранодиоритов, происходившее в результате частичного плавления океанической коры в зонах погружения, привело к формированию островов-континентов (протоконтинентов) наподобие современного архипелага Фиджи. В промежутках между ними образовывались впадины, заполнявшиеся щелочноземельными вулканическими породами и осадками, подвергшимися слабому метаморфизму, с последующим внедрением калиевых гранитов. Слияния таких островных дуг и зон погружения дали начало ядрам архейских кратонов. Затем эти ядра обрастали мобильными горными поясами, вместе с которыми они впоследствии образовали докембрийские щиты.

Последняя работа Энджела и Келма в том же плане трактует эволюцию геологии архея. Эта эра характеризуется расширением океанического дна наряду с миграцией эволюционирующих островных дуг и протоконтинентов. В это же время происходили горизонтальные перемещения, в результате которых сформировались мегаконтиненты.

Талбот рассматривает формирование сиалической коры в классическом аспекте тектоники плит. Тектонические процессы архея, по его мнению, имеют сходство с явлениями, происходящими в настоящее время, но они воздействовали на земную кору иного, в основном океанического типа. Незначительная дифференциация первичного сиаля происходила по границам смыкания плит. Затем такие участки были вовлечены в дрейф и попадали в зоны субдукции, могли быть затащены в мантию, а позднее вытолкнуты обратно с образованием островных дуг. Последние после определенного периода развития в свою очередь попадают в зоны аккреции, где дробятся и вовлекаются в новые зоны субдукции. Этот непрерывно повторяющийся процесс приводит к образованию новых островных дуг и Кордильер, которые вновь могли дробиться и сливаться с другими сиалическими образованиями того же происхождения. Исходя из того, что в зоны субдукции могли вовлекаться только небольшие массы сиаля, впоследствии восстанавливаемые в результате дифференциации, весь этот процесс имеет тенденцию прогрессивного и постоянного наращивания сиалической массы. По мнению Талбота, архей закончился с наступлением первого орогенеза гималайского типа, т.е. такого, когда две достаточно крупные сиаличекие массы сталкиваются, давая начало образованию мобильных горных цепей (мобильных поясов). Эти горные цепи, сложенные зеленокаменными породами, расположенными на сочленении сиалических масс ядер архейских кратонов, ранее представляли собой архейские океанические впадины. Гликсон, со своей стороны, подчеркивает геохимическое сходство зеленокаменных пород с океаническими толеитами (в частности, обеднение U, Th и К ), существенно отличающимися по геохимическим особенностям от ядер архейских кратонов.

Независимо от того, придерживаемся пи мы гипотезы образования первичной сиалической коры по Анхойссеру и др., впоследствии переработанной в отношении последовательности геологических явлений в истории Земли, или же гипотез, рассматривающих роль процессов тектоники плит с момента консолидации первичной литосферы, можно утверждать, судя по распространению областей, предшествующих фанерозойским фазам орогенеза, что существенная масса сиалической коры сформировалась в раннем фанерозое. Если учесть, что источником значительной части материала, вовлеченного в фанерозойские орогенические циклы, были докембрийские щиты, то можно оценить, как мал был прирост сиаля во время фанерозойских орогенических этапов.

Ho как бы ни был мал этот прирост, поскольку геохимическая характеристика связанных с ним образований сопоставима с геохимической характеристикой сиаля, он мог играть немалую роль в распределении месторождений урана.

Рассмотрим случай жильных урановых месторождений Лимузена и Вандеи во Франции, локализованных в лейкократовых гранитах, внедрившихся 300 млн.лет назад в герциниды Западной Европы. Эти граниты можно рассматривать как результат привноса сиаля в зону, разделяющую фенноскандинавский и африканский щиты в ходе герцинского орогенеза. Лейкократовые граниты характеризуются повышенными содержаниями урана от 0,0015 до 0,002%. По мнению Моро и Раншена, впоследствии они испытали воздействие гидротермальных растворов, обогащенных CO2, обусловивших изменение этих гранитов с последующим переотложением урана (геохронологические данные подтверждают, что между внедрением лейкократовых гранитов и минерализацией урана в жилах существовал разрыв около 50 млн. лет).

Выводы Бурноля относительно генезиса урановых месторождений Лимузена отличаются тем, что этот автор более тесно связывал формирование месторождений с эволюцией гранитов и особенно с их дейтерической стадией. Геохимические исследования показали, что хотя урановые месторождения и не укладываются в нормальную зональность, существующую вокруг гранитных массивов, однако они локализуются в определенных зонах с содержанием Na 2-2,3%, К от 4,5 до 5% и Вe от 0,001 до 0,002%.

Однако Моро и Раншен поставили под сомнение вопрос о ювенильном происхождении урана в упомянутых лейкократовых гранитах. По их данным, обогащенные ураном зоны от ультраметаморфических биотитовых гранитов к таким же лейкократовым гранитам становятся более локальными. Это последнее наблюдение, касающееся унаследованной, по крайней мере частично, природы урана в лейкократовых гранитах, согласуется с цитированными выше наблюдениями Боуи, по мнению которого существование урановых месторождений в фанерозойских горных областях требует присутствия докембрийских пород.

В европейских герцинских областях крупные урановые провинции тесно связаны с регионами, где имеются крупные блоки докембрийских пород, в той или иной степени переработанных (например, Чешский массив, Центральный массив Франции).

Другой тип месторождений тесно связан с сиалическим магматизмом, развитым вдоль швов континентальных плит. Он представлен урано-молибденовыми месторождениями, известными на Западе только в одном месте (довольно крупное месторождение Мэрисвейл в США), тогда как в России этот тип широко распространен и имеет промышленное значение. Эти примеры показывают связь оруденения с фанерозойским орогенезом различного возраста.