CC BY
13
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА *?мени С. М. КИРОВА
Том 121 1963
К ВОПРОСУ ОБ ИЗМЕНЕНИИ РАДИОАКТИВНОСТИ АКЦЕССОРНОГО СФЕНА НА ПРИМЕРЕ ПОРОД ЭЛЕКМОНАРСКОГО МНОГОФАЗНОГО ГРАНИТОИДНОГО
МАССИВА (ГОРНЫЙ АЛТАЙ)
А. И. БАЖЕНОВ
(Представлено профессором А. М. Кузьминым)
Геохимия редких и рассеянных элементов (в том числе и радиоактивных) в последнее время привлекает к себе внимание все большего числа геохимиков, петрографов и минерологов. Это обстоятельство связано, в частности, с тем, что названные элементы пытаются использовать для решения многочисленных важных теоретических проблем в различных областях геологии. Распределению урана и ториявграни-тоидных породах посвящены довольно многочисленные работы, касающиеся радиоактивности пород отдельных регионов, а также концентрации их в акцессорных и породообразующих минералах гранитоидоз к формы вхождения в решетки минералов-концентраторов. Следует при этом отметить, что взгляды исследователей на то, какие минералы концентрируют уран и торий в гранитоидных породах, различны. Согласно данным Бира и Демая [2], почти весь уран находится в акцессорных минералах; по мнению других исследователей [1, 3, 4, 5], большая роль отводится неизоморфной форме вхождения его в кристаллические решетки породообразующих минералов1). Л. Л. Леонова и Л. В. Тау-сон [2] показали, что в породах даже одного гранитоидного батолита роль концентраторов урана выполняют как породообразующие минералы, содержащие 40—50%, так и акцессории — 60—50% этого элемента. В различных породах описываемого Л. Л. Леоновой и Л. В. Таусо-ном Сусамырского батолита (Центральный Тянь-Шань) акцессорный сфен может концентрировать от 6,7 до 37% всего количества урана. Для пород каждой интрузивной фазы содержание урана в акцессориях является величиной достаточно постоянной, на основании чего авторы делают вывод о том, что на больших площадях средний состав гранитои-дов данной фазы и условия ее формирования были довольно постоянными. Поэтому не случайно в работах по геохимии урана и тория, так
*) В случае неизоморфного вхождения химического элемента последний находится в виде преимущественного молекулярного рассеяния и не занимает определенного (закономерного) места в пространственной решетке минерала-хозяина. Элемент-при-месь приурочивается к трещинам спайности, границам зон роста кристаллов или относительно равномерно распределен в минерале-концентраторе [4].
же как и по геохимии других элементов-примесей, приводятся количе ственные значения исходя нз предпосылки, что содержания последних, в породах конкретной фазы представляют собой постоянную величину.
В предлагаемой работе излагаются некоторые выводы, полученные автором в результате изучения геохимии и петрографии многофазного Элекмонарского гранитоидного массива, расположенного в бассейне среднего течения р. Катуни. Указанный интрузив прекрасно вскрывается на глубину около 800 м долинами правых притоков р. Катуни — рр. Куюм, Элекмонар, Куба и др. В строении плутона отчетливо выделяются породы четырех интрузивных фаз, состав которых изменяется в направлении от основных к кислым: 1. Габбро и пироксениты. 2. Диориты (роговообманковый, биотит-роговообманковый диориты, лейко-диорит). 3. Гранодиориты (в эндоконтактовых участках развиваются также порфировидные, порфировые и мелкозернистые разности). 4. Граниты, в подчиненных количествах появляются гранодиориты и аляскиты. Характеристика дайкового комплекса здесь не приводится.
Породы различных фаз пользуются неодинаковым распространением: площади, занятые ими, увеличиваются в направлении к более юным образованиям.
В составе диоритоидных пород второй фазы иногда появляются участки, содержащие шлировые включения (размером не более 0,15X0,25 м) с пегматоидной структурой.
Вещественный состав интрузивных образований в горизонтальных сечениях массива сохраняется постоянным на значительных расстояниях; лишь в эндоконтактовых участках развиваются гибридные разности, обусловленные процессами ассимиляции и контаминации вмещающих, пород. Такое постоянство количественно-минералогического состава пород, вероятно, обусловлено выдержанностью термодинамических условий формирования интрузива.
Изучение вертикальных разрезов интрузивного массива на площадях, сложенных гранодиоритами третьей и особенно гранитами четвертой, фазы, показывает закономерную эволюцию пород в сторону их базифи-; нации с глубиной. Это проявляется в увеличении роли породообразую-. щих минералов с относительно более высоким удельным весом, а также фемических силикатов. В связи с этим повышается основность плагиоклазов, содержание железа в биотитах, уменьшается количество кварца и калиевого полевого шпата. В изменении пород намечается тенденция к переходу с глубиной гранодиорита в кварцевый диорит, а гранита— в плагиогранит или гранодиорит. Эволюция количественно-минера-логического состава гранита четвертой фазы с глубиной показана в табл. 1.
С целью исследования закономерностей распределения акцессорных минералов и редких и рассеянных элементов в породах Элекмонарского массива в горизонтальных и вертикальных сечениях последнего отбирались пробы весом 3 кг (1 дж3), которые измельчались до размера частиц в 0,1 мму после чего следовала тройная отмывка до получения серого шлиха. Дальнейшая разделка последнего осуществлялась по обычной методике. В горизонтальном направлении пробы отбирались через 1 км, в вертикальных сечениях — через 200 м, а в одном разрезе— через 40 м.
Из числа акцессориев во всех породах описываемого интрузива сфен является постоянным и одним из наиболее обильных минералов. В предлагаемом сообщении не приводятся данные о распределении сфена, поскольку этот вопрос рассматривается специально. Здесь же можно лишь отметить, что концентрация сфена контролируется общим направлением изменения химизма магматических образований плутона.
4
Определение радиоактивности акцессорного сфена выполнено В. А. Янковским при следующих условиях: каждая проба измерялась в течение 10 минут: объем стаканчика 0,04 см3, плотность насыпки = 1,8; поправка за нелинейную зависимость скорости счета импульсов от веса пробы (для нескольких проб из гранодиорита) внесена по кривой, отстроенной по 4 эталонным пробам весом 100, 200, 300 и 400 мг.
Таблица 1
Изменение количественно-минералогического состава гранита юной фазы Элекмонарского массива в вертикальном направлении
Содержание породообразующих минералов, объемные %
Название минерала Относительные отметки точек отбора образцов, м
0 200 400 600 800
Плагиоклаз 53,0 44,3 32,5 19,8 7,5
Микроклин-микропертит 10,0 19,9 32,8 45,9 60,0
Кварц 22,0 24,3 26,4 28,9 30,0
Биотит 12,5 10,0 7,3 4,4 2,0
Роговая обманка 1.0 ед. зерн. ед. зерн. — —
Акцессорные минералы 1.5 1.5 1,0 1,0 0,5
ч 10
0.5
Рис. 1. Радиоактивность акцессорного сфена (в условных единицах) в породах различных интрузивных фаз и в эндоконтактовых образованиях Элекмонарского гранитоидного массива.
I.— габбро первой фазы. II—диорит второй фазы. 1—диорит из пегматоидных шлир. Ill — гранодиорит третьей фазы. 2 — грано-диорит из контакта с гранитом четвертой фазы. IV — гранит четвертой фазы. 3 —гранит из контакта с гранодиоритом третьей фазы 4 — гранит из контакта с роговиком.
Средняя радиоактивность сфена из пород различных интрузивных фаз характеризуется (рис. 1) следующими величинами (в условных единицах): габбро — 0,33; диорит — 0,5; диорит из пегматоидных шлир — 0,73; гранодиорит — 1,20; гранит — 1,0. Таким образом, выявляется определенное увеличение радиоактивности в продуктах более поздних магматических фаз.
Радиоактивность сфена из эндоконтактовых участков интрузива, вне зависимости от состава контактирующих образований, во всех случаях ниже радиоактивности соответствующих пород (рис. 1): сфея из эндоконтактового гранодиорита (третьей фазы) имеет радиоактивность лишь 0,07 условных единиц, из гранита в контакте с гранодио-ритом — 0,4 условных единиц, а в случае контакта с роговиком--0,86 условных единиц.
В горизонтальных сечениях интрузива радиоактивность описываемого материала характеризуется довольно устойчивыми показателями,, специфичными для пород каждой интрузивной фазы.
Рис. 2. Изменение радиоактивности акцессорного сфена (з условных единицах) из гранита четвертой интрузивной фазы в вертикальном разрезе Элскмопарского массива.
Точками показана радиоактивность сфена из отдельных проб,
В вертикальном направлении радиоактивность сфена из гранита изменяется совершенно закономерно (рис. 2), при этом резко увеличивается (почти в 50 раз) радиоактивность в верхних горизонтах интрузива. Следует отметить, что изменение радиоактивности по вертикали не прямолинейное: при движении снизу вверх первые 200 м имеет место прямая зависимость — в среднем возрастая на 1,4 условных единицы на каждые 100 м подъема, в верхней части интрузива выявляется резкое увеличение этого показателя до 7,5 условных единиц на 100 м подъема. Нужно особо подчеркнуть, что изучение вещественного состава маг
матических образований Элекмонарского массива не дает каких-либо оснований полагать, что на глубине около 200—300 м происходит резкое изменение химизма. Наоборот, весь имеющийся материал, касающийся изменения химического состава породообразующих и акцессорных минералов и их свойств, убедительно свидетельствует об аддитивном характере эволюции последних.
Выводы
1. В составе магматических образований Элекмонарского интрузивного массива выделяются породы четырех фаз (в порядке формирования от ранних к более юным): 1. Габбро и пироксениты. 2. Диориты. 3. Гра-нодиориты. 4. Граниты.
2. Вещественный состав пород описываемого массива в горизонтальном направлении сохраняется довольно постоянным. В вертикальных сечениях устанавливается закономерное изменение пород с глубиной в направлении перехода гранодиорита третьей фазы в диориты, а гранитов четвертой фазы — в плагиогранит или гранодиорит. В эндоконтактовых участках интрузива развиваются гибридные образования.
3. Сфен, являясь одним из наиболее распространенных минералов во всех разностях пород Элекмонарского массива, распределен в вертикальных сечениях неравномерно, тогда как в горизонтальных сечениях выявляются незначительные отклонения от средних величин.
4. Сфен в породах Элекмонарского массива обладает заметной радиоактивностью, причем величина последней (в условных единицах) является довольно постоянной для пород каждой фазы. Выявляется закономерное увеличение радиоактивности его в породах более поздних фаз, что свидетельствует о накоплении радиоактивных элементов в продуктах поздних магматических образований.
Сфен из гибридизированных пород эндоконтактовых участков всегда имеет радиоактивность ниже, чем минерал из пород соответствующей фазы. Радиоактивность сфена в этих условиях мало зависит от состава контактирующих образований.
5. В вертикальном направлении выявляется закономерное увеличение радиоактивности в верхней части интрузива, достигая максимума в его апикальной области. Радиоактивность сфена изменяется (в отличие от характера изменения вещественного состава пород и радиоактивности других акцессориев) не аддитивно. Вследствие этого в верхней части интрузивного массива фиксируется резкое увеличение радиоактивности, тогда как в более глубоких участках выявляется последовательное уменьшение этого свойства. На графике кривая радиоактивности имеет отчетливый перегиб; следует при этом отметить, что, например, радиоактивность акцессорного циркона находится в прямой зависимости от глубины. Появление такого перегиба на кривой радиоактивности сфена из гранитов Элекмонарского массива, по-видимому, обусловлено тем, что здесь эрозионный срез невелик и вскрывается апикальная часть интрузива. Поэтому, весьма вероятно, этот перегиб соответствует границе последней. Следует в дальнейшем проверить это предположение на сфене из пород других интрузивных массивов, находящихся в аналогичных условиях (небольшая глубина эрозионного среза и сохранность их апикальных частей). Если оно окажется справедливым, то сфен может быть использован в качестве удобного индикатора для фиксации апикальной части интрузивного массива и, следовательно, глубины эрозионного среза последнего.
6. Изменение радиоактивности сфена в породах Элекмонарского гранитоидного массива находится в соответствии с выводами Л. В. Тау-сона [4] и других исследователей о концентрации радиоактивных элементов (преимущественно урана) в продуктах последующих (более молодых) интрузивных фаз.
7. При изучении закономерностей распределения радиоактивных элементов в породообразующих и акцессорных минералах интрузивных образований необходима гипсометрическая привязка точек отбора проб; при отсутствии последней интерпретация результатов геохимических исследований не только в значительной степени осложняется, но может явиться причиной неправильных заключений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ларсен Е. С., Фей ер Д. и др. Уран в магматической дифференциации. Сб. «Геология атомных сырьевых материалов», 1956.
2. Л е о и о в а Л. Л., Tay сон Л. В. Распределение урана по минералам каледонских гранитоидов Сусамырского батолита (Центральный Тянь-Шань). Геохимия, № 7, 1958.
3. Нейерберг Дж. Уран в изверженных породах США. Сб. «Геология атомных сырьевых материалов», 1956.
4. Таусон Л. В. К геохимии урана в гранитоидах Черновинского массива (Горный Алтай). Геохимия, № 3, 1956.
5. Hurley К М. Distribution of radioactivity in granites and possible relation to helium age measurement. Bull, of the Ged. Soc. of America, № 1, 1950.
