close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Особенности строения и эволюция рифейских ураноносных бассейнов: Пашско-Ладожского, Восточно-Анабарского и Атабаска

код для вставкиСкачать
ФИО соискателя: Купцова Алина Викторовна Шифр научной специальности: 25.00.01 - общая и региональная геология Шифр диссертационного совета: Д 212.232.47 Название организации: Санкт-Петербургский государственный университет Адрес организации: 199034,
На правах рукописи
КУПЦОВА Алина Викторовна
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ РИФЕЙСКИХ
УРАНОНОСНЫХ БАССЕЙНОВ: ПАШСКО-ЛАДОЖСКОГО,
ВОСТОЧНО-АНАБАРСКОГО И АТАБАСКА
Специальность 25.00.01 – общая и региональная геология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата геолого-минералогических наук
Санкт-Петербург
2012
Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете
Научный руководитель:
доктор геолого-минералогических наук,
профессор, СПбГУ
Худолей Андрей Константинович
Официальные оппоненты:
Подковыров Виктор Николаевич
доктор геолого-минералогических наук,
заведующий лабораторией, ИГГД РАН
Хераскова Татьяна Николаевна
доктор геолого-минералогических наук,
ведущий научный сотрудник, ГИН РАН
Ведущая организация:
Институт геологии и геохимии УрО РАН
(Екатеринбург)
Защита диссертации состоится 22 марта 2012 г. в 15 часов в ауд. 52 Главного здания СПбГУ на
заседании диссертационного совета Д 212.232.47 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9.
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А.М. Горького СанктПетербургского государственного университета
Автореферат разослан «22» февраля 2012 г.
Отзывы на диссертацию и автореферат просьба направлять по адресу:
199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9, СПбГУ, геологический факультет, диссертационный совет Д 212.232.47, ученому секретарю
Ученый секретарь диссертационного совета
кандидат геолого-минералогических наук
Н.А. Калмыкова
2
Актуальность работы
Рифейские осадочные бассейны – самые древние неметаморфизованные осадочные комплексы на Земле. Изучение их является важнейшей научной задачей, поскольку позволяет решать многие фундаментальные проблемы, такие как закономерности перехода от формирования кристаллических пород фундамента к осадочному чехлу, особенности эволюции осадочных процессов в докембрийской истории и др. Кроме того, исследование рифейских осадочных бассейнов имеет важное прикладное значение, поскольку с ними связаны месторождения урана типа несогласия, которые характеризуются исключительным качеством руды и высокой рентабельностью. Такие месторождения приурочены к зонам предрифейских структурно-стратиграфических несогласий (ССН) и
обнаруживают тесную связь с эволюцией осадочного бассейна на ранних этапах его становления,
что определяет необходимость детального изучения рифейских бассейнов для выявления геологических предпосылок формирования месторождений.
В работе рассматриваются три крупных осадочных бассейна: Пашско-Ладожский, ВосточноАнабарский и Атабаска, которые имеют внутрикратонное происхождение и являются ураноносными. Бассейн Атабаска был выбран в качестве эталонного – он более всего изучен, поскольку
вмещает разномасштабные (от мелких до крупных и уникальных) месторождения урана типа несогласия. Рассмотрение бассейна Атабаска производится вместе с ураноносным бассейном Телон,
который располагается непосредственно к северу от него.
Целью работы является реконструкция строения и эволюции, а также стадиальноэпигенетических преобразований осадочных пород Пашско-Ладожского и Восточно-Анабарского
ураноносных бассейнов.
Основные задачи работы:
1. Реконструировать питающие провинции рифейских отложений Пашско-Ладожского и Восточно-Анабарского бассейнов и установить обстановки осадконакопления;
2. Уточнить время формирования исследуемых бассейнов;
3. Выявить характер стадиальных и эпигенетических процессов, происходивших на границе
фундамент – рифейский чехол;
4. Сравнить Пашско-Ладожский и Восточно-Анабарский бассейны с классическими внутрикратонными ураноносными бассейнами Атабаска и Телон Канадского щита для выявления
общих закономерностей и различий в их развитии.
Научная новизна
С точностью до десятков миллионов лет ограничено время осадконакопления в восточной
части Пашско-Ладожского бассейна. В составе песчаников приозерской и салминской свит установлено присутствие пеплового и эксгалятивного материала. В южной части ВосточноАнабарского бассейна выделен новый тип рифейского разреза, имеющий иной возраст, чем разрез
отложений северной части бассейна. Впервые для исследуемых бассейнов определен изотопный
состав H и O флюидов. Это позволило установить, что стадиально-эпигенетические изменения
происходили в Пашско-Ладожском бассейне при смешении бассейновых рассолов и флюидов
фундамента, а в Восточно-Анабарском – за счет бассейновых рассолов.
Практическая значимость
Результаты диссертационной работы имеют значение как для фундаментальной науки, так и
для прикладных исследований. Новые геохронологические данные позволили пересмотреть представления о возрасте и длительности формирования Пашско-Ладожского бассейна, а также о стратиграфии южной части Восточно-Анабарского бассейна, что может быть использовано при со3
ставлении региональных стратиграфических схем рифея. Полученные данные по источникам сноса рифейских комплексов могут быть применены при палеотектонических реконструкциях. Предлагаемые в работе модели флюидной миграции в Пашско-Ладожском и Восточно-Анабарском
бассейнах могут способствовать более обоснованному проведению прогнозных исследований.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Пашско-Ладожский бассейн является аналогом рифтогенных бассейнов Мартин и Бэйкер
Лейк Канадского щита, хотя и моложе их по возрасту. Восточно-Анабарский бассейн по своим
структурным и возрастным характеристикам близок к пострифтовым впадинам Атабаска и Телон.
2. Формирование восточной части Пашско-Ладожского бассейна произошло за сравнительно
короткий интервал времени около 20 млн. лет (от 1477 до 1459 млн. лет). Формирование Восточно-Анабарского бассейна хотя и продолжалось на протяжении всего рифея и венда, но состояло из
сравнительно коротких эпизодов осадконакопления и длительных перерывов.
3. Вещественный состав и стадиальные преобразования пород являются основными факторами контроля рудоносности. В Пашско-Ладожском бассейне движение флюидов было затруднено
вследствие вещественно-структурных особенностей песчаников приозерской свиты, обладающих
высокими экранирующими свойствами. В базальных песчаниках Восточно-Анабарского бассейна
миграция растворов была ограничена горизонтами с регенерационно-кварцевым цементом.
4. Изотопный состав H и O глинистых минералов цемента песчаников свидетельствует о
смешении глубинных и бассейновых флюидов при литогенезе и эпигенезе осадочных отложений
Пашско-Ладожского бассейна. В Восточно-Анабарском бассейне важная роль в стадиальноэпигенетических процессах принадлежит бассейновым рассолам.
Фактический материал
В основу работы положен анализ кернового материала по 8 скважинам из ПашскоЛадожского бассейна и 5 скважинам из Восточно-Анабарского бассейна. Материал был предоставлен ГП Невскгеология и Амакинской ГРЭ. Значительная часть материала была получена при
выполнении совместного проекта СПбГУ и компании Cameco (Канада), руководителем которого
является А.К. Худолей. Автор также принимал участие в полевых работах в бассейне Атабаска,
результаты которых лишь частично вошли в диссертацию, но позволили расширить представления
о геологии и ураноносности рифейских осадочных бассейнов.
В ходе исследований автором были изучены в проходящем и отраженном свете 188 прозрачно-полированных шлифов, около 200 рентгенограмм глинистых минералов цемента песчаников,
выполнено 18 микрозондовых анализов хлоритов и иллитов, 41 анализ изотопной системы свинца,
18 определений изотопного состава Н и О глин. При оригинальных аналитических исследованиях
было сделано 190 полуколичественных спектральных анализов (42 элемента), 181 определение
содержания урана лазерно-флюоресцентным и рентгеноспектральным методами, 76 количественных анализов методами ICP-MS и ICP-AES, 70 содовых и кислотных вытяжек для выяснения степени подвижности урана. Было произведено 330 определений U-Pb возраста обломочных цирконов с помощью SHRIMP, 10 Sm-Nd анализов валовых проб пород. Исследования проводились с
2007 года в аналитических лабораториях СПбГУ, ВСЕГЕИ, ИГГД РАН, Геологической Службы
Канады в Оттаве и Университета Квинс (Канада) при поддержке компании Cameco, грантов
РФФИ, СПбГУ, SEG, и на основе соглашения о научном сотрудничестве между СПбГУ и Университетом Квинс.
4
Структура работы
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, 57 рисунков, 6 таблиц, 10 приложений и списка литературы из 129 наименований.
Апробация работы
Результаты работы были представлены на молодежной конференции, посвященной памяти
К.О. Кратца «Геология и геоэкология: исследования молодых» (2008), ежегодных конференциях
Геологической и Минералогической ассоциаций Канады (GAC/MAC 2008), американского студенческого Общества Экономических Геологов (SEG 2010), Общества прикладной геологии в области рудных месторождений (SGA 2011), а также на научных совещаниях в компании Cameco и
Университете Квинс.
Публикации
По теме работы опубликовано 9 печатных работ, включая 3 статьи в журналах из списка
ВАК.
Благодарности
Организация работы и проведение исследований состоялись при неизменной поддержке и
руководстве А.К. Худолея, которому автор выражает свою глубокую признательность. Диссертация выполнена на кафедре динамической и исторической геологии геологического факультета
СПбГУ. Автор благодарен всем сотрудникам факультета, оказавшим как содействие в работе, так
и личное внимание диссертанту, – С.В. Петрову, И.В. Булдакову, Э.А. Гойло, Ю.С. Полеховскому,
Б.К. Львову, И.П. Тарасовой, С.И. Корнееву, А.С. Войнову, И.А. Алексееву, В.Н. Войтенко,
М.М. Болдыревой, С.В. Кривовичеву. С особой радостью и теплотой автор вспоминает многолетнее дружеское знакомство и конструктивные дискуссии с И.Ю. Бугровой, Г.С. Бискэ,
М.В. Шитовым, К.А. Волиным и И.В. Сумаревой, чья поддержка немало способствовала написанию работы.
Автор признателен за содействие и помощь в проведении исследований А.Б. Кузнецову,
Т.С. Зайцевой, В.П. Ковачу, А.В. Березину (ИГГД РАН), Ю.В. Петрову, И.С. Долгушиной (ГП
Невскгеология), а также Д. Томасу, Д. Брисбину, С. Иванову, В. Сопаку, Д. Райту, А. Дол
(Cameco).
Определяющую роль в развитии представлений, изложенных в диссертационной работе автора, оказали знакомство и научные дискуссии с К. Кайзером (Университет Квинс).
Автор благодарит компанию Cameco, ГП «Невскгеология» в лице В.К. Кушнеренко, а также
А.В. Молчанова и В.Н. Подковырова за предоставление возможности исследовать образцы рифейского разреза Пашско-Ладожского и Восточно-Анабарского бассейнов.
5
Обоснование защищаемых положений
1. Пашско-Ладожский бассейн является аналогом рифтогенных бассейнов Мартин и
Бэйкер Лейк Канадского щита, хотя и моложе их по возрасту. Восточно-Анабарский бассейн
по своим структурным и возрастным характеристикам близок к пострифтовым впадинам
Атабаска и Телон.
2. Формирование восточной части Пашско-Ладожского бассейна произошло за сравнительно короткий интервал времени около 20 млн. лет (от 1477 до 1459 млн. лет). Формирование Восточно-Анабарского бассейна хотя и продолжалось на протяжении всего рифея и
венда, но состояло из сравнительно коротких эпизодов осадконакопления и длительных перерывов.
Отложения позднепротерозойских бассейнов Канадского щита с угловым несогласием залегают на архей-раннепротерозойском фундаменте и выполняют впадины двух типов: рифтогенные
прогибы и пологие депрессии. К первому типу бассейнов относится рифтогенный бассейн Мартин
в приразломных впадинах северной окраины бассейна Атабаска. Бассейн выполнен отложениями
серии Мартин, которые представлены неметаморфизованными красноцветными конгломератами,
конгломерато-брекчиями и аркозовыми песчаниками в основании и алевролитами с прослоями
строматолитовых доломитов в верхней части разреза. Широкое распространение имеют субвулканические образования – потоки андези-базальтов и силлы габброидов общей мощностью несколько сотен метров. Суммарная мощность отложений бассейна Мартин по разным данным составляет
от 5 до 10 км. Урановые руды в базальных отложениях серии Мартин имеют возраст
~1,78 млрд. лет (Rainbird et al., 2003; Пакульнис, Шумилин, 2005; Jefferson et al., 2007).
Аналогичные бассейны известны в основании бассейна Телон, в котором рифтовым и переходным фациям отвечают две разделенные несогласиями серии – Бэйкер Лейк и Вартон (1840–
1785 млн. лет и 1760–1750 млн. лет), имеющие вулканогенно-терригенный состав. Самая верхняя
в разрезе серия Барренслейк (1720–1540 млн. лет) является типичным пострифтовым комплексом
пологозалегающих потоковых и мелководно-морских отложений, которые собственно и выполняют бассейн Телон (Rainbird et al., 2003). Реконструкции источников сноса по данным U-Pb датирования цирконов показывают, что по мере перехода от рифтогенных отложений серии Бэйкер Лейк
к пострифтовым серий Барренслейк и Атабаска фиксируется смена продуктов размыва местных
источников на отложения более удаленных источников (Rayner et al., 2003; Palmer et al., 2004;
Rainbird et al., 2004; Rainbird, Davis 2007; Jefferson et al., 2007).
Бассейн Атабаска имеет такое же структурное положение, как и бассейн Телон, и накопление выполняющих его осадков серии Атабаска имеет практически такой же возраст от 1750–
1720 млн. лет до примерно 1541 млн. лет. Базальная часть его разреза представлена отложениями
аллювиальных равнин – красноцветными кварцевыми конгломератами и аренитами, а верхняя
часть – мелководно-морскими отложениями. Минералогический состав песчаников преимущественно кварцевый (95–100%). Цемент иллит-каолинитовый, составляет от 0 до 10%, реже – 20%
породы. Иллит относится к политипу 1М и 2М1, каолинит представлен диккитом (Jefferson et al.,
2007).
Бассейн Атабаска является одной из крупнейших урановорудных провинций в мире, включающей многочисленные месторождения урана типа несогласия. К месторождениям данного типа
относятся рудные объекты с монометалльным урановым или комплексным (U ± Co, Ni, Au, REE,
V и др.) оруденением, приуроченные к поверхности стратиграфического несогласия между преимущественно параметаморфическими породами кристаллического фундамента древних плат6
форм и неметаморфизованными красноцветными терригенно-осадочными отложениями чехла с
возрастом 1,8–1,55 млрд. лет. Формирование этих месторождений связывается с длительной латеральной миграцией урансодержащих бассейновых рассолов по проницаемым горизонтам песчаников и их последующем восстановлении над зонами графитизации и сочленения крутопадающих
разломов. При этом полагается, что бассейновые рассолы ответственны за формирование месторождений как в красноцветных отложениях рифейских бассейнов, так и в породах фундамента,
куда они могли проникать по зонам разломов. Флюиды фундамента также способны были мигрировать по зонам разломов в отложения осадочного чехла, формируя месторождения комплексного
типа. Вторичные изменения сопровождаются развитием иллита, хлорита, каолинит-диккита, дравита, сульфидов, редко кальцита. Температуры вторичного минералообразования составляют
~200°С (Thomas et al., 2000; Прогнозирование…, 2006; Jefferson et al., 2007; Cuney, Kyser, 2008).
Согласно данным сейсморазведки,
Пашско-Ладожский
бассейн
(рис. 1) является выходящим на дневную поверхность фрагментом системы рифтогенных прогибов, широко
развитых под платформенным чехлом
Русской платформы, а также в западной части Фенноскандинавского щита. Основание впадины разделено горстовыми поднятиями на серию грабенов, среди которых самыми крупными
являются Пашский в юго-западной
части бассейна, а также два грабена к
северо-востоку и югу от о. Коневец в
центральной части бассейна (Amantov
et al., 1996).
Рифейские отложения бассейна с
резким угловым несогласием залегают
на
коре
выветривания
архейРис. 1. Схематическая геологическая карта фундамента Пашпротерозойского фундамента. Отсутско-Ладожского бассейна (по (Geological…, 2001), с упрощенияствие маркирующих горизонтов и нами)
дежных изотопно-геохронологических
1 – архейские породы Карельского кратона; 2 – архейские граниты,
данных о времени накопления оса- пегматиты (2.7–2.65 млрд. лет); 3 – черные сланцы, кварциты, шунгиты, доломиты, базальты людиковия (2.06–1.96 млрд. лет); 4 – вулдочных комплексов делает корреля- каногенно-осадочные породы людиковия–калевия; 5 – метатурбидицию разрезов, расположенных в разты калевия; 6 – свекофеннские интрузии (1.89–1.75 млрд. лет); 7 –
анортозит-габбро-рапакиви-граниты
(1.55–1.53 млрд. лет); 8 – вулных частях Пашско-Ладожского басканогенно-осадочные отложения Пашско-Ладожского бассейна; 9 –
сейна, недостаточно обоснованной.
габбро-монцониты (1.46 млрд. лет); 10 – венд-палеозойский чехол.
По
данным
структурнокартировочного бурения в западной, северо-восточной и юго-восточной частях ПашскоЛадожского бассейна в его строении выделяется пять свит рифей-вендского возраста (рис. 2). В
восточной части бассейна им отвечают приозерская, салминская и пашская свиты. Мощность их
варьирует в соответствии с уровнем эрозионного среза и глубиной залегания фундамента, которая
7
определяется горсто-грабеновой системой строения территории (Государственная…, 2000; Свириденко, Светов, 2008).
Приозерская и салминская свиты имеют двучленное терригенно-вулканогенное строение.
Мощность отложений терригенной части приозерской свиты в районе п. Карку изменяется от 0 до
80 м, в то время как в Пашском грабене составляет более 450 м (рис. 2). В составе отложений преобладают гравелиты, кварцевые конгломераты, красноцветные кварц-полевошпатовые песчаники.
Разрез приозерской свиты венчается лавовыми покровами субщелочных базальтов с линзами туфобрекчий и туфов. Всего насчитывается до девяти потоков общей мощностью до 113 м в районе
п. Карку и не менее 389 м в Пашском грабене. В западной части бассейна вулканиты отсутствуют.
Вверх по разрезу на вулканиты приозерской свиты ложится терригенная часть салминской свиты,
в основании которой отмечается кора выветривания по эффузивам (рис. 2). В базальной части свиты залегают светлые кварц-полевошпатовые и полимиктовые разнозерностные песчаники с глинистым цементом. В кровле подразделения отмечаются покровы щелочных базальтов с прослоями
туфов и лав, аналогичные тем, что перекрывают песчаники приозерской свиты. Мощность салминской свиты в районе п. Карку составляет 125 м, в Пашском грабене – 150–200 м. Пашская свита залегает на коре выветривания вулканитов салминской свиты и представлена грубозернистыми
кварц-полевошпатовыми песчаниками с прослоями алевролитов (рис. 2). Мощность пашской свиты в северо-восточной части бассейна составляет не менее 500 м, в Пашском грабене – не менее
150 м (Государственная…, 2000; Михайлов, 2004; Свириденко, Светов, 2008).
Рис. 2. Схема корреляции рифейских отложений Пашско-Ладожского бассейна
(Михайлов, 2004; Государственная…, 2000)
Условные обозначения: 1 – фундамент; 2 – песчаники; 3 – конгломераты; 4 – аргиллиты; 5 – доломиты; 6 – а) базальты, б) габбро-монцониты Валаамского силла. Стрелками указано положение магматических тел и с известными возрастными датировками (Amelin et al., 1997; Ramo et al., 2001; Богданов и др., 2003; Ларин, 2008).
Свиты: pr – приозерская; sal – салминская; pash – пашская; prl – приладожская; jb – яблоновская.
8
Возраст рифейских отложений в восточной части бассейна изотопными методами уверенно
определяется как раннерифейский (рис. 2). Осадконакопление должно было начаться после внедрения последних фаз салминских гранитов рапакиви (около 1530 млн. лет, Ларин, 2008, 2009;
Amelin et al., 1997), перекрываемых приозерской свитой, и прерваться до внедрения габбромонцонитов Валаамского силла (1457±2 и 1459±3 млн. лет, U-Pb датировки по бадделеиту, Ramo
et al., 2001), рвущего отложения пашской свиты.
В западной части бассейна приозерская свита сложена только базальными конгломератами и
разнозерностными красноцветными кварц-полевошпатовыми песчаниками мощностью от 60 до
354 м. На отложениях приозерской свиты с глубоким размывом залегает приладожская свита, которая представлена переслаиванием тонкослоистых алевролитов, черных аргиллитов и серых мелко-среднезернистых песчаников. В верхней части разреза появляются прослои доломитистых известняков и песчаников с карбонатным цементом. Для свиты характерна постоянная глубина залегания подошвы на уровне 150–160 м от поверхности земли – ее распространение уже не контролируется разломами. Мощность приладожской свиты достигает 80 м. По комплексу микрофитолитов
возраст свиты предполагается верхнерифейским. Отложения приладожской свиты несогласно перекрываются породами яблоновской свиты нижнего венда, которые рассматриваются как тиллиты
(Государственная…, 2000).
Разрез рифейских отложений ПашскоЛадожского бассейна изучался по керну скважин в районе п. Карку и п. Малашата (рис. 1).
В целях реконструкции истории формирования
осадочных толщ северо-восточного фланга
Пашско-Ладожского бассейна было проведено
U-Pb датирование обломочных цирконов и SmNd исследования по валовым пробам пород из
приозерской и салминской свит. U-Pb датирование обломочных цирконов позволило установить, что примерно 87% всех зерен имеют
раннерифейский возраст, тогда как большинстРис. 3. Диаграмма Nd–стратиграфический возраст (T)
во остальных зерен – раннепротерозойские.
для нижнерифейских песчаников и гнейса из нижней
части ладожской серии
Единственным магматическим источником в
1 – поле эволюции изотопного состава Nd Салминского
регионе, имеющим рифейские возрастные хамассива, 2 – поле эволюции изотопного состава Nd метарактеристики, является Салминский плутон
терригенных пород ладожской серии, 3 – фигуративные
точки составов изучавшихся образцов: (а) рифейских
гранитов рапакиви, который несогласно перепесчаников, (б) гнейсов ладожской серии.
крывается песчаниками приозерской свиты в
северо-восточном борту бассейна. Остается невыясненным расположение источников сноса примерно 20–25% зерен обломочных цирконов, имеющих раннерифейский возраст, который не совпадает с возрастом Салминского массива. Большинство из них в пределах ошибки перекрываются
с U-Pb датировками эффузивов хогландской серии (1640±11 и 1638,4±3,8 млн. лет, Государственная…, 2000), что позволяет предполагать, по крайней мере, локально в основании ПашскоЛадожского бассейна аналогов хогландской серии и в целом соответствует интерпретации сейсмических данных (Хераскова и др., 2006 б).
Отчетливый пик с типичным для свекофеннского орогенеза возрастом около 1,88 млрд. лет
указывает, скорее всего, на размыв магматических пород соответствующего возраста, но не на пе9
ремыв нижнепротерозойских метатерригенных пород. С другой стороны, сходство Sm-Nd изотопных характеристик (рис. 3) песчаников приозерской и салминской свит и метатерригенных пород
ладожской серии (Котова и др., 2006) позволяет предполагать, что размыв пород людиковиякалевия мог играть более важную роль в накоплении алевритовой и глинистой составляющей, поскольку U-Pb датирование извлеченных из песчаников обломочных цирконов дает возможность
определить источники сноса обломочных пород только песчаной размерности.
Полученный конкордантный возраст самого молодого обломочного зерна циркона из базальной части приозерской свиты позволяет установить, что осадконакопление в восточной части
Пашско-Ладожского бассейна началось не ранее 1477±8 млн. лет назад и закончилось не позднее
времени внедрения Валаамского силла (1459±3; 1457±2 млн. лет), рвущего отложения пашской
свиты (Ramo et al., 2001). По-видимому, весь рифейский разрез восточной части бассейна был
сформирован менее чем за 20 млн. лет, что возможно в условиях расчлененного рельефа и высоких скоростей седиментации, прежде всего, в рифтовых бассейнах.
Конкордантный возраст самого молодого зерна циркона приозерской свиты в пределах
ошибки оказывается близким возрасту базальтов приозерской свиты – 1499±68 млн. лет (Богданов
и др., 2003). Магматические тела кислого состава этого возраста вблизи бассейна осадконакопления неизвестны, по всей видимости, источником цирконов этого возраста является пепловый материал.
Таким образом, Пашско-Ладожский бассейн является типично рифтовым, осадконакопление
в нем контролируется разрывными нарушениями и сопровождается синхронным щелочнобазальтовым вулканизмом. По своим тектоническим характеристикам выполняющие бассейн терригенно-вулканогенные осадки приозерской, салминской и пашской свит являются аналогами серий Бэйкер Лейк, Вартон и Мартин, но имеют заметно более молодой возраст.
Рифейские терригенные и карбонатные породы широко распространены в западном и восточном обрамлении Анабарского щита, где они с резким угловым несогласием залегают на коре
выветривания архей-протерозойского фундамента и перекрываются венд-кембрийскими платформенными образованиями (рис. 4).
Рис. 4. Схема геологического строения Анабарского щита
с упрощениями
(Государственная…, 1983; Розен, 1995)
Условные обозначения: 1 – архей-протерозойские террейны
и пояса (М – Маганский, Д – Далдынский, Х – Хапчанский, Б
– Биректинский); 2 – раннепротерозойские зоны меланжа (Кт
– Котуйканская, Бл – Билляхская); 3 – рифейские осадочные
бассейны; 4 – Попигайская астроблема. АБ – линия разреза
рис. 5.
Судя по значительным вариациям в составе и мощностях, рифейские осадочные комплексы
западного и восточного склонов накапливались в разных бассейнах седиментации, называемых
далее Западно-Анабарским и Восточно-Анабарским бассейнами, структурный план которых, повидимому, определяется приуроченностью к Фомичев-Котуйскому (Сурков, Гришин, 1997) и Уджинскому авлакогенам соответственно (Тектоника…, 2001; Гладкочуб и др., 2009). Об этом свидетельствуют и возраста обломочных цирконов из основания рифейского разреза Анабарского
щита, которые указывают на наличие местного источника сноса с возрастом 1720–1750 млн. лет.
Весьма вероятно, что размывались комплексы, аналогичные синхронным вулканитам рифтогенно10
го Улканского грабена – в этом случае, формированию рифейского чехла на севере Сибирской
платформы предшествовал рифтогенез с возрастом около 1720–1750 млн. лет (Худолей и др.,
2007).
Рифейский разрез Восточно-Анабарского бассейна представлен в нижней части мукунской
серией, а в верхней части билляхской серией (рис. 5). Мукунская серия, полная мощность которой
в Восточно-Анабарском бассейне не превышает 250 м, представлена красноцветными крупно-,
среднезернистыми кварц-полевошпатовыми песчаниками и конгломератами, сменяющимися
вверх по разрезу сероцветными менее грубозернистыми разностями. На отложениях мукунской
серии согласно залегают карбонатные породы билляхской серии, которые идентифицируются по
первому появлению строматолитовых доломитов в разрезе. В строении билляхской серии (около
300 м) выделяются две свиты – котуйканская, сложенная переслаиванием доломитов, песчаников
и алевролитов, а также юсмастахская – с нижней обломочно-грубозернистой толщей и верхней,
преимущественно доломитовой (Государственная…, 1983; Стратиграфия…, 2005). Конкордантный возраст наиболее молодого зерна циркона из основания мукунской серии равен
1690±9 млн. лет, что фиксирует нижний возрастной рубеж начала осадконакопления (Худолей и
др., 2007). Закончилось осадконакопление до внедрения силлов, рвущих верхнюю часть мукунской серии и нижнюю часть билляхской серии; возраст одного из силлов, определенный U-Pb методом по бадделеиту, составляет 1384±2 млн. лет (Ernst et al., 2000).
Рис. 5. Схема сопоставления опорных разрезов верхнего докембрий северной, центральной (Государственная…, 1969, 1972, 1987) и южной частей Восточно-Анабарского бассейна (сводная колонка)
Условные обозначения: 1 – субаркозы; 2 – кварцевые песчаники; 3 – конгломераты; 4 – аргиллиты, алевролиты; 5 –
доломиты; 6 – основные вулканиты: а) – лавы, туфы; б) – дайки и их возраст (Ernst et al., 2000); 7 – возраст самых молодых обломочных цирконов. Сокращения: mk – мукунская серия; kt - котуйканская свита билляхской серии; jus –
юсмастахская свита билляхской серии; st – старореченская свита венда.
Мукунская серия имеет площадное распространение и по своим структурным и возрастным
характеристикам наиболее близка к базальным комплексам пострифтовых бассейнов Атабаска и
Телон. Билляхская серия также имеет площадное распространение, отличается значительными
фациальными вариациями литологического состава отложений и по своим особенностям отвечает
верхним прибрежно-морским комплексам бассейна Атабаска только более молодого возраста
(рис. 5).
11
U-Pb датирование обломочных цирконов в южной части Восточно-Анабарского бассейна
показало, что в средней части толщи, ранее относившейся к мукунской серии, наряду с обломочными цирконами архей-раннепротерозойского возраста, есть редкие цирконы с U-Pb возрастом
919±43 млн. лет, а самый молодой обломочный циркон из толщи, ранее относившейся к билляхской серии, имеет U-Pb возраст 560±6 млн. лет (рис. 5). Таким образом, рассматриваемые толщи
отличаются по возрасту от мукунской и билляхской серий севера Анабарского щита и не могут
сопоставляться с ними. На севере почти весь разрез имеет раннерифейский возраст, на юге от него
остается не более 70 м, а вся вышележащая толща является верхнерифейской. По литологическим
критериям изученный разрез был разделен на 5 толщ.
Разрез рифей-вендских отложений южной части Восточно-Анабарского бассейна начинается
с толщи гравелитов и конгломератов, красноцветных кварц-полевошпатовых крупно-, среднезернистых песчаников с реликтами косой слоистости. В обломочной фракции песчаников преобладают кварц, полевой шпат и обломки пород, представленные кварцитами, гнейсами, измененными
метабазитами. Высокая степень окатанности отдельных обломков указывает на их неоднократный
перемыв. Часть обломочных зерен калиевых полевых шпатов регенерирована и характеризуется
правильными ромбовидными формами. В толще 1 выделяется несколько ритмов мощностью в
первые десятки метров. Они начинаются конгломератами или гравелитами и заканчивающихся
песчаниками или алевролитами. В основании ритмов наблюдаются неотчетливые размывы, и в
средней части толщи один из таких размывов фиксирует, по-видимому, значительный стратиграфический перерыв – он отделяет верхнерифейские песчаники от нижнерифейских песчаников –
реликтов мукунской серии.
Выше по разрезу наблюдается толща розоватых массивных разнозернистых кварцполевошпатовых песчаников с редкими прослоями конгломератов, гравелитов, а также алевролитов (толща 2). Текстуры горизонтальные или косослоистые. По всему интервалу разреза отмечаются отдельные маломощные слои, содержащие сильно измененные зерна глауконита. Вышележащая толща 3 сложена ритмично чередующимися преимущественно среднезернистыми песчаниками, пестроокрашенными алевролитами, аргиллитами с редкими прослоями и линзами гравелитов и серых тонкозернистых глинистых доломитов. Следующая толща (толща 4) сложена переслаивающимися светлыми крупнозернистыми доломитами и, в подчиненном количестве, песчаниками, а также алевролитами и аргиллитами. Венчает разрез толща светло-серых окремненных
строматолитовых доломитов (толща 5).
Графики распределений РЗЭ для песчано-конгломератовых толщ 1, 2 и 3 являются нехарактерными для осадочных пород, что указывает на их интенсивное гидротермальнометасоматическое преобразование. Породы базальных толщ значительно обогащены тяжелыми
РЗЭ (LaN/LuN – 1,65), что существенно искажает форму кривой распределения (рис. 6а, б). При
этом рассчитанные значения Eu/Eu* (Eu/Eu*=EuN/[SmN*GdN]1/2) являются преимущественно положительными, варьируя от 0,7 до 1,2, указывая на размыв архейских пород Далдынского террейна (рис. 6б).
Песчаники терригенно-карбонатной толщи (толща 4) не несут метасоматических изменений.
Они характеризуются нормальными для аркозов трендами распределений РЗЭ с высокой степенью
фракционирования на легкие и тяжелые элементы (LaN/LuN = 12,6), небольшой суммой REE и наличием отрицательной европиевой аномалии (рис. 6в), что, по-видимому, указывает на размыв
гранатовых парагнейсов нижнепротерозойского Хапчанского пояса. Схожим характером распре-
12
деления РЗЭ обладают калиевые гранитоиды Котуйкан-Монхоолинской и Билляхской зон (Розен,
1995; Розен и др., 2000), которые также могли служить источниками сноса.
Рис. 6. Хондрит-нормализованные графики (коэффициенты по (Sun, McDonough, 1989)) распределения
редкоземельных элементов: а – для наиболее представительных образцов толщи 1 и 2; б – для толщи 3 и эндербитов Далдынского террейна (пунктирные линии); в – для толщи 4 и пород Хапчанского пояса (пунктирные
линии). Данные по фундаменту щита по О.М. Розену (1995).
U-Pb и Sm-Nd исследования песчаников южной части Восточно-Анабарского бассейна показывают, что источником обломочного материала терригенных комплексов была преимущественно
архейская кора, подвергшаяся интенсивной переработке около 1950–2050 млн. лет. Для образцов
терригенной части разреза (толщи 1, 2, 3) величины Nd(T) колеблются от -15,2 до -21,2, а рассчитанные по двухстадийной модели возраста – от 2983 до 3474 млн. лет. Эти данные позволяют
предполагать, что источники сноса для терригенных конгломерато-песчаниковых и песчаноалевритовых толщ имели позднеархейские – раннеархейские Nd модельные возраста. Близкие изотопные характеристики имеют гранулито-гнейсы Маганского и Далдынского террейнов (рис. 7), а
также анортозиты Котуйкан-Монхоолинской зоны, образующие крупные тектонические блоки,
выведенные из нижних горизонтов коры Далдынского террейна (Розен и др., 2000).
Наиболее молодой раннепротерозойский модельный возраст TNd(DM-2st)
= 2448 млн. лет (TNdDM = 2070 млн. лет)
рассчитан для образца из терригеннокарбонатной толщи (толща 4), принадлежащий к вендской части разреза. На диаграмме Nd(T) – возраст (рис. 7) фигуративная точка состава песчаника из терригенно-карбонатной толщи находится рядом с линией эволюции изотопного состава Nd гранулитов Биректинского терРис. 7. Диаграмма Nd – стратиграфический возраст (T) для
рейна.
рифейских песчаников южной части Восточно-Анабарского
бассейна
Происхождение обломочных зерен
Условные обозначения: 1 – поле эволюции изотопного состава
рифейского и вендского возрастов остаNd гранулитов Маганского и Далдынского террейнов; 2 – линия
эволюции изотопного состава Nd анортозитов Котуйканется неясным. Магматические породы
Монхоолинской зоны меланжа (Розен и др., 2000); 3 – фигураэтого возраста в пределах Анабарского
тивные точки составов изучавшихся образцов; 4 – поле эволющита и центральной части Сибирской
ции состава архейской коры; 5 – линия эволюции изотопного
состава Nd гранулитов Биректинского террейна
платформы неизвестны. Наиболее веро(Розен и др., 2000).
ятно их происхождение с восточной окраины Сибирской платформы, но это противоречит данным о восточной ориентировке палеотечений.
13
Изучение возрастов обломочных цирконов фиксирует эволюцию источников сноса и, в целом, свидетельствует об основных различиях в эволюции рассматриваемых бассейнов. В ПашскоЛадожском бассейне песчаники формировались за счет размывов локальных источников сноса, а в
бассейнах Атабаска (Rainbird, Davis, 2007; Jefferson, Delaney, 2007) и Восточно-Анабарском – за
счет смешения локальных и удаленных источников сноса. Данное обстоятельство подтверждает
их принадлежность к разным стадиям тектонического развития: Пашско-Ладожского – к рифтогенной стадии с широким распространением местных поднятий, а Восточно-Анабарского – к пострифтовой, при которой поднятия не играют роль единственной питающей провинции, и терригенные осадки могут переноситься на значительные расстояния.
Хотя тенденция к увеличению степени зрелости осадков вверх по разрезу с одновременной сменой континентальных (селевых, флювиальных, эоловых) обстановок осадконакопления на обстановки прибрежных равнин и прибрежно-морские прослеживается во всех рассмотренных
бассейнах, прямая связь тектоники и обстановок осадконакопления не наблюдается. Так, в частности, в бассейнах
Атабаска и Телон даже собственно рифтогенные комплексы
серий Бэйкер Лейк и Мартин сложены заметно более зрелыми преимущественно кварцевыми песчаниками, чем пострифтовый терригенный комплекс восточного склона АнаРис. 8. Треугольная диаграмма A-CNK (Fedo, 1995) для песчаников прибарского щита. Наиболее зрелые, практически чистые кварозерской свиты (треугольники), рицевые песчаники доминируют в разрезе серии Атабаска
фей-вендских песчаников Восточно(рис. 8). В бассейне Телон незрелые песчаники присутствуют
Анабарского бассейна (кружочки) и
серии Атабаска1 (ромбы)
только вблизи поверхностей несогласия (Rainbird et al., 2004;
Rainbird, Davis, 2007; Jefferson, Delaney, 2007). В тоже время в Пашско-Ладожском, так и Восточно-Анабарском бассейнах кварц-полевошпатовые песчаники широко распространены по всему
разрезу (рис. 8).
3. Вещественный состав и стадиальные преобразования пород являются основными
факторами контроля рудоносности. В Пашско-Ладожском бассейне движение флюидов было
затруднено вследствие вещественно-структурных особенностей песчаников приозерской
свиты, обладающих высокими экранирующими свойствами. В базальных песчаниках Восточно-Анабарского бассейна миграция растворов была ограничена горизонтами с регенерационно-кварцевым цементом.
Приозерская свита с угловым несогласием залегает на коре выветривания по архейраннепротерозойскому фундаменту. В районе п. Карку свита имеет двучленное строение и представлена песчаниками мощностью от 0 до 40 м, перекрытыми серией лавовых потоков. В скважине п. Малашата (рис. 1) приозерская свита сложена конгломерато-песчаниками и имеет мощность
около 360 м (Государственная…, 1977). Характерные черты приозерской свиты – линзовидное
строение осадочных тел, внутриформационные размывы, ритмичность, включения перемытых
глинистых пород и меняющиеся мощности, не позволяющие провести корреляцию на уровне пачек даже между соседними скважинами. Наиболее типичной литологической ассоциацией являются песчаники с «плавающей» кварцевой галькой и варьирующими по мощности пачками граве1
Авторская интерпретация данных компании Cameco
14
литов и конгломератов. В составе отложений приозерской свиты северо-восточной части бассейна
можно выделить два парагенетических комплекса, неоднократно сменяющих друг друга в разрезе.
Первый представляет собой флювиальные отложения разветвленных речных систем. В его составе
преобладают линзовидные тела гравелитов и конгломератов с массивными или слоистыми текстурами, крупнозернистые слоистые песчаники с ритмичностью, текстурами размыва и заполнения,
перемытыми глинистыми породами, формирование которых, по-видимому, происходило в достаточно энергичных потоках с широким развитием приустьевых баров.
Второй парагенетический комплекс образован разнозернистыми (от мелко- до грубозернистых) несортированными песчаниками с «плавающей» галькой кварца. Поскольку при описании
только скважин трудно установить геологические границы осадочных тел и их структурнотекстурные особенности, автор воздержится от генетических интерпретаций этого комплекса.
Мощности обоих комплексов варьируют в значительной степени, составляя от долей
метров до 10 м.
Обломочный материал песчаников приозерской свиты слабо окатан, плохо сортирован, по
составу обломков породы относятся к субаркозам, аркозам, лититовым аркозам и лититовым субаркозам. Их интерпретация с помощью Q–F–L диаграмм (Dickinson et al., 1983) указывает на то,
что основными источниками сноса служили размываемые эрозией поднятия фундамента, хотя небольшое число образцов попадает в область размыва поднятий орогенного происхождения.
Постседиментационные процессы в песчаниках приозерской свиты проявлены неодинаково.
В районе п. Карку в неизмененных песчаниках свиты устанавливается незначительное развитие
регенерационных кварцевых кайм, в порах между зернами, в том числе и за счет изменения самих
обломочных зерен, образуется глинисто-гидрослюдистый цемент, нередко составляющий до 20–
30% породы. Минеральный состав цемента представлен иллит-смектитом, реже каолинитом, в небольшом количестве присутствует клинохлор, на контактах с вулканитами развит кальцит. Породы приозерской свиты района п. Карку находятся на стадии преобразований, соответствующей
границе начального–позднего катагенеза.
По соотношению интенсивности рефлексов иллит-смектит относится к диоктаэдрическим
смешаннослойным глинистым минералам с количеством разбухающих пакетов от 15 до 30%. Дифрактограммы насыщенных этилен-гликолем образцов содержат целочисленные серии базальных
отражений с d001~27Ǻ, что указывает на упорядоченную (1:1) структуру этих смешанослойных образований и позволяет отнести их к калиевому ректориту. Формирование ректорита связывается с
гидротермальными изменениями, обусловленными чаще проявлением вулканической деятельности (Котельников, Зинчук, 2003). Следы эксгаляционного материала в песчаниках приозерской и
салминской свит фиксируются также по показателям нормативной щелочности (0,4–1), модуля
эксгалятивности Н.М. Страхова (27–87) и алюминиевого модуля Бострема (0,2–0,9).
В приозерской свите скважины п. Малашата глинистый цемент составляет около 15% породы, большое распространение имеет регенерационно-кварцевый цемент. Минеральный состав
глинистой фракции представлен каолинитом и клинохлором, указывая на отсутствие вулканогенной примеси и более глубинное преобразование пород.
Урановое месторождение Карку расположено в северо-восточной части Пашско-Ладожского
бассейна в районе п. Карку Питкярантского района респ. Карелии. В его строении участвуют три
рудных тела, которые обнаруживают пространственные связи с графит-содержащими гнейсами
обрамления гранито-гнейсовых куполов и крутопадающими разломами в фундаменте. Оруденение
приурочено непосредственно к зоне структурно-стратиграфического несогласия, проникая также в
15
нижнепротерозойские отложения и песчаники приозерской свиты (Кушнеренко и др., 2004; Михайлов и др., 2004).
Гидротермально-метасоматические изменения, связанные с формированием уранового месторождения Карку, с различной интенсивностью проявлены в песчаниках приозерской свиты.
Следы их не фиксируются в разрезе отложений скважины п. Малашата. Начальные этапы метасоматических изменений сопровождаются частичным растворением кварцевых зерен и полевых
шпатов, преобразованием первичных глинистых минералов цемента. Собственно рудная стадия
отмечается развитием сульфид-хлорит-карбонатных метасоматитов, которые окаймляют урановые
руды вдоль поверхности несогласия. Хлорит рудной стадии представлен шамозитом, температуры его формирования согласно хлоритовому геотермометру составляют около 150–250°С. В рудных скважинах отмечается замещение иллит-смектита на каолинит-диккит. Наиболее поздние
продукты эпигенетических изменений месторождения проявлены в развитии вторичного гематита,
гидроокислов железа, а также жилок, выполненных каолинитом.
Для выяснения форм нахождения, степени подвижности урана, а также анализа эволюции
флюидного режима в песчаниках приозерской и салминской свит были сделаны кислотно-содовые
вытяжки. В основе этой методики лежит представление о том, что 5% Na2CO3 переводит в раствор
соединения шестивалентного урана из породообразующих минералов. Кроме того, по-видимому, в
этом случае выщелачиваются и самые неустойчивые формы шестивалентного урана, находящиеся
в адсорбированном виде, дефектах структур и пр. 1 N раствор HCl способен выщелачивать как
шестивалентный, так и четырехвалентный уран, входящий в состав урансодержащих акцессорных
минералов.
Средние содержания урана в исходных породах сильно различаются. Так, для пород салминской свиты характерны концентрации урана (~1 ppm), примерно соответствующие его содержанию в протерозойских внутрикратонных песчаниках (Condie, 1993). Неизмененные песчаники
приозерской свиты района месторождения Карку также характеризуются близкларковыми концентрациями урана. Повышенными содержаниями этого элемента (в среднем до 4–10 ppm) обладают песчаники из нерудных скважин преимущественно вдоль зоны ССН и на контактах с вулканитами.
Рис. 9. Зависимость степени выщелачивания урана в щелочных (слева) и кислотных (справа) вытяжках от исходного содержания урана в породе для пород Пашско-Ладожского и Восточно-Анабарского бассейнов
Результаты действия щелочных вытяжек показывают, что только песчаники салминской свиты обеднены адсорбированными и непрочносвязанными формами урана, количество которых составляет ~5% от общей доли урана. Несмотря на единство бассейна осадконакопления, времени
седиментации и источников сноса, количество мобильного урана в щелочных вытяжках приозер16
ской свиты заметно выше (30-40%), чем в породах салминской свиты (рис. 9). Данное обстоятельство указывает на факт привноса урана в песчаники приозерской свиты.
В отношении кислотных вытяжек доля выщелачиваемого урана для песчаников приозерской
свиты составляет в среднем 60–70%, при отдельных значениях до 100%, тогда как для пород салминской свиты – 33–46%. Высокая доля подвижного урана в кислотной вытяжке песчаников приозерской свиты обусловлена присутствием в породах рассеянной вторичной урановой минерализации, о чем свидетельствует почти прямая зависимость между содержанием урана в исходной
породе и кислотной вытяжке.
Разрез рифейских отложений Восточно-Анабарского бассейна изучался по скважинам из
юго-восточной части бассейна в районе Биригиндинского и Мюнюсяхского рудопроявлений (точка 4 на карте рис. 4). Литологическое описание пород раннерифейского разреза южной части бассейна приведено выше.
На QFL диаграмме фигуративные точки песчаников толщ 1–4 попадают преимущественно в
области субаркозов, лититовых субаркозов и аркозов, а их интерпретация указывает на поднятие
фундамента и орогенные комплексы в качестве основных источников сноса. Однако значительное
обогащение песчаников полевошпатовой составляющей следует связывать не только с их сравнительно низкой зрелостью, но и с наличием низкотемпературного калиевого полевого шпата гидротермально-метасоматического происхождения.
В терригенном комплексе (толщи 1, 2 и 3) достаточно широкое распространение имеет регенерационно-кварцевый цемент. Нередко в сочетании с аутигенными кварцевыми каймами наблюдаются конформные, инкорпорационные и сутурные микроструктуры. Открытая пористость таких
горизонтов, в которых регенерационные каймы заполняют межзеренное пространство и цементируют другие обломочные зерна, крайне низка.
Интервалы, в которых не развит регенерационно-кварцевый цемент, характеризуются наличием глинистого или карбонатного закрыто-порового, открыто-порового, реже базального цемента. Глинистые минералы матрикса представлены в основном двумя модификациями иллита: 1М
иллит с рассчитанными температурами формирования < 150°С и значительно реже – 2М1 иллита с
температурами формирования около 200–250°С. Меньшим распространением отличаются хлориты (брунсвигиты). В нескольких образцах отмечен каолинит, реликты смектитов. Преобразования
пород соответствуют границе раннего метагенеза.
Биригиндинское и Мюнюсяхское рудопроявления локализованы в раннепротерозойских
графит-содержащих породах Билляхской зоны, а также в терригенно-карбонатных комплексах мукунской и билляхской серий, где они представляют собой вытянутые линейные зоны СЗ простирания. По данным А.В. Молчанова (Молчанов, 2004) рудопроявления представляют собой реликты рудных тел, которые по своему типу относятся к месторождениям типа несогласия провинции
Атабаска.
Начальный этап эпигенетического минералообразования в южной части ВосточноАнабарского бассейна связан с адуляризацией песчаников. Адуляр отмечается в виде микроскопических кристаллов ромбического облика, развивающихся по обломочным зернам полевого шпата
и кварца преимущественно в базальных частях разреза скважин. Калишпатизация базальных отложений приводит к увеличению содержания калия в песчаниках до 11% при среднем содержании
2–3% K2O. Следующий этап вторичных изменений характеризуется гидрослюдизацией вмещающих отложений, при которой иллит и серицит развиваются по обломочным зернам и более ранним
образованиям гидрослюд в цементе, превращая песчаник в рыхлую глинистую массу с кварцевы17
ми зернами. По-всей видимости, новообразованный иллит относится к высокотемпературной 2М1
модификации. На более поздних стадиях эпигенеза происходит формирование кристаллов и тонких жилок сульфидных минералов (пирита, марказита), в верхних интервалах разреза развивается
лимонитизация, реже вторичная гематитизация. В некоторых образцах отмечаются поздние кварцевые жилки (<1 мм). Эпигенетические изменения распространены в разрезе неоднородно, но в
целом их интенсивность убывает вверх по разрезу.
Песчаники Восточно-Анабарского бассейна характеризуются низкими концентрациями урана (<1 ppm). Результаты действия щелочных вытяжек показывают, что они содержат незначительную долю непрочносвязанных шестивалентных форм урана, количество которых варьирует от 2
до 12%, составляя в среднем величину 8%, что в целом характерно для салминской свиты и неизмененных песчаников приозерской свиты (рис. 9). Измененные образцы характеризуются большим содержанием адсорбированных форм урана (11–20%), чем слабо измененные и неизмененные
образцы. Доля подвижного урана в кислотных вытяжках является небольшой, в среднем составляя 20–35%, при отдельных значениях – до 60–70% (рис. 9). Высокая доля урана в растворе после
обработки образцов сильно измененных пород кислотой может свидетельствовать о присутствии
рассеянной урановой минерализации.
Рис. 10. Схематическая модель распространения областей миграции флюидов для Пашско-Ладожского и
Восточно-Анабарского бассейнов
Поскольку формирование урановых месторождений типа несогласия связано с длительной
циркуляцией окисленных урансодержащих рассолов, то вещественный состав и характер стадиальных преобразований песчаников имеют первоочередное значение при изучении закономерностей размещения месторождений. Емкостные и фильтрационные свойства пород определяются
такими факторами как зернистость, пористость, сортированность, литогенез и прочие. Важную
роль играет минералогический состав обломочной и цементирующей компонент (Лебедев, 1991).
Так, проницаемость олигомиктовых песчаников формации Атабаска будет на порядок выше таковой для полимиктовых песчаников приозерской свиты и терригенного комплекса ВосточноАнабарского бассейна, в которых глинизация обломочных зерен приводит к резкому ухудшению
проницаемых свойств пород вниз по разрезу.
Благодаря крайне низкой сортировке, линзовидной форме пачек, обильной глинистой цементации и присутствию разбухающих глин песчаники приозерской свиты оказываются неблагоприятными породами для развития длительной латеральной фильтрации флюидов. Вследствие этого
месторождение Карку приурочено, главным образом, к поверхности несогласия, не распространяясь практически в песчаники приозерской свиты (рис. 10).
18
Миграция металлоносных растворов осуществлялась в основном по проницаемым горизонтам площадных кор выветривания, что во многом определяет отсутствие какой-либо корреляции
между зернистостью песчаников и содержанием урана, в то время как в бассейне Атабаска такая
зависимость существует. Не отмечается в песчаниках приозерской свиты и следов масштабного
перераспределения радиогенного свинца (рис. 11), тогда как все месторождения бассейна Атабаска окружены широкими околорудными ореолами накопления радиогенного свинца (Cuney, Kyser,
2008).
Наиболее веским аргументом в пользу невозможности длительной миграции флюидов через
приозерскую свиту является присутствие иллитсмектита в качестве основного минерала цемента
неизмененных песчаников. Как было показано выше, формирование вторичных изменений на месторождении Карку происходило при температурах
~150–250°С, то есть на уровне прогрева пород, при
котором смектитовые слои должны полностью
трансформироваться в гидрослюду. Кроме того,
равномерное обогащение пород приозерской свиты
непрочносвязанными формами урана, по видимому,
Рис. 11. Зависимость 206Pb/204Pb отношения от
содержания урана в песчаниках Пашскоуказывает на сорбцию рудного вещества глинистыЛадожского (район Карку и Пашский грабен) и
ми минералами цемента песчаников, препятствуююжной части Восточно-Анабарского бассейна
щую формированию крупных скоплений.
С точки зрения вещественного состава отложений и минерального состава глинистой фракции Восточно-Анабарский бассейн обладают более высокими фильтрационными свойствами, чем
северо-восточная часть Пашско-Ладожского бассейна. Однако широкое развитие зон с регенерационно-кварцевым цементом и высокая степень вдавливания друг в друга обломков, возникшие в
результате уплотнения осадка на стадии раннего метагенеза, делают отдельные интервалы базального терригенного комплекса настоящими флюидоупорами (рис. 10). Судя по широкому распространению вторичных изменений, появлению интервалов с достаточно высокой долей подвижного
урана, флюидная миграция в терригенных отложениях была существенной, но, ограниченной –
зоны вторичных изменений распределяются неравномерно по разрезу. Прослеживание по простиранию зон метасоматических изменений пород, выявление областей выклинивания этих зон и пересечения с крутопадающими разломами фундамента может являться важным критерием поисков
месторождения урана типа несогласия в южной части Восточно-Анабарского бассейна.
4. Изотопный состав H и O глинистых минералов цемента песчаников свидетельствует о смешении глубинных и бассейновых флюидов при литогенезе и эпигенезе осадочных отложений Пашско-Ладожского бассейна. В Восточно-Анабарском бассейне важная роль в
стадиально-эпигенетических процессах принадлежит бассейновым рассолам.
Изотопный состав H и O глинистых минералов песчаников и равновесных с ними флюидов
находится в прямой зависимости от структурного типа бассейна осадконакопления и вещественного состава его отложений. Так, для рифтогенного Пашско-Ладожского бассейна, в котором базальная часть разреза сформировалась при значительной роли пеплового материала, а осадконакопление контролировалось многочисленными разломами и горсто-грабеновыми структурами, опре19
деляющими повышенную проницаемость пород, формирование глинистых минералов происходило в результате смешения бассейновых рассолов и флюидов фундамента (рис. 12). Глинистые минералы месторождения Карку занимают ту же область значений, что и вторичные минералы урановых месторождений, локализованных в фундаменте бассейна Атабаска (Cuney, Kyser, 2008).
В Восточно-Анабарском бассейне преобразования пород осуществлялось только за счет бассейновых рассолов, возникающих при смешении вод, с которыми глинистые минералы находились в контакте во время их образования (например, морская вода), и вод, отжимаемых при уплотнении осадка в результате происходящих в породе минеральных преобразований (рис. 12). Неоднородный изотопный состав кислорода образцов глинистых минералов отражает сложное распределение проницаемых пород в разрезе бассейна, определяющее возможность фильтрации флюидов и реакции изотопного обмена в системе вода-порода. Образцы, обогащенные δO18, испытывали большее взаимодействие с мигрирующими в латеральном направлении водами, чем образцы,
обедненные δO18. Как уже говорилось выше, распространение горизонтов с различными проницаемыми свойствами в породах Восточно-Анабарского бассейна контролируется постседиментационными преобразованиями, в частности, развитием регенерационно-кварцевого цемента.
Рис. 12. Рассчитанные значения δO18 и δD флюидов, равновесных с глинистыми минералами песчаников приозерской, салминской свит Пашско-Ладожского бассейна и базального терригенного комплекса южной части
Восточно-Анабарского бассейна
SMOW – современный состав океанической воды. Выделенная область – каолиниты рудных скважин месторождения
Карку. Области бассейновых рассолов и флюидов фундамента обозначены по работам К. Кайзера
(Cuney, Kyser, 2008; Alexandre et al., 2009).
Вариации значений δD обусловлены изотопным фракционированием при взаимодействии с
молодыми метеорными водами вдоль зон трещиноватости, поскольку содержание водорода в песчаниках значительно меньше, чем в проходящих через них водах.
Глинистые минералы песчаников южной части Восточно-Анабарского бассейна занимают ту
же область значений, что и глинистые минералы зон вторичных изменений месторождений, локализованных в песчаниках серии Атабаска (Cuney, Kyser, 2008). Однако, отсутствие как собственно урановых минералов, так и следов миграции радиогенного свинца (рис. 11) указывают либо на
удаленность собственно рудных тел от района изучения, либо на проявление других процессов, не
связанных с формированием месторождений урана типа несогласия. Биригиндинское и Мюнюсяхское рудопроявления требуют дополнительного, более детального и основательного изучения.
20
Заключение
Основные результаты работы сводятся к следующему.
1. Рифейские ураноносные бассейны Балтийского, Анабарского и Канадского щитов, объединяют две тектонические группы бассейнов – рифтовые и пострифтовые. Наиболее полный цикл
развития (рифтовая, промежуточная и пострифтовая стадии) демонстрируют бассейны Телон и
Атабаска. Пашско-Ладожский бассейн является типично рифтовым, в котором накопление базальной части разреза контролируется разрывными нарушениями и сопровождается синхронным щелочно-базальтовым вулканизмом. Осадочный разрез Восточно-Анабарского бассейна по своим
структурным и возрастным характеристикам наиболее близок осадочным комплексам пострифтового бассейна Атабаска.
2. Хотя все рассматриваемые бассейны характеризуются сходной тектонической эволюцией,
по возрастным критериям ураноносные бассейны Канадского щита как рифтового, так и пострифтового типа не имеют себе аналогов на Балтийском и Анабарском щитах. Так, рифтогенные бассейны Канадского щита сформировались в интервале примерно 1840–1750 млн. лет, а пострифтовые в интервале 1750–1540 млн. лет (Jefferson et al., 2007), т.е. формирование самого древнего чехла на Северо-Американской платформе осуществлялось уже на границе вепсия и раннего рифея.
На восточном склоне Анабарского щита накопление первого плитного чехла происходило в интервале примерно 1690–1384 млн. лет (Ernst et al., 2000; Худолей и др., 2007) и сопровождалось
длительными перерывами в осадконакоплении. Собственно рифтовая стадия для ВосточноАнабарского бассейна могла иметь возраст примерно 1750–1720 млн. лет (Худолей и др., 2007).
Пашско-Ладожский бассейн является самым молодым из этой группы бассейнов (1477–1459 млн.
лет).
3. Вещественный состав и характер стадиальных преобразований рифейских терригенных
комплексов Пашско-Ладожского и Восточно-Анабарского бассейнов не создают благоприятных
условий для формирования крупных месторождений урана типа несогласия. В Пашско-Ладожском
бассейне движение урансодержащих флюидов было затруднено благодаря крайне низкой сортировке и линзовидной форме отложений, обильной глинистой цементации и присутствию разбухающих глин в песчаниках приозерской свиты. Миграция металлоносных растворов осуществлялась в основном по проницаемых горизонтам кор выветривания. В базальных песчаниках Восточно-Анабарского бассейна миграция растворов была ограничена горизонтами с регенерационнокварцевым цементом.
4. Эпигенетические преобразования в раннерифейских песчаниках Пашско-Ладожского и
Восточно-Анабарского бассейнах в целом соответствуют минеральным превращениям в зонах
вторичных изменений месторождений урана типа несогласия бассейна Атабаска. Они характеризуются развитием низкотемпературной ассоциации (<250°С) слоистых алюмосиликатов за счет
обломочной и цементирующей компонент песчаников; околорудные ореолы (для бассейнов Атабаска и Пашско-Ладожского) содержат хлорит, кальцит и сульфиды. В Восточно-Анабарском бассейне отмечается интенсивная адуляризация. Изотопный состав H и О глинистых минералов зон
вторичных изменений песчаников свидетельствует о том, что месторождения и рудопроявления
Пашско-Ладожского и Восточно-Анабарского бассейнов сформировались в условиях, характерных для месторождений урана типа несогласия бассейна Атабаска. Основная роль в стадиальноэпигенетических процессах этих бассейнов принадлежит либо бассейновым рассолам, либо смешению глубинных и бассейновых флюидов.
21
Публикации по теме диссертации
В изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Купцова А.В., Худолей А.К., Дэвис В., Рейнбирд Р.Х., Ковач В.П., Загорная Н.Ю. Возраст
и источники сноса песчаников приозерской и салминской свит рифея в восточном борту ПашскоЛадожского бассейна (южная окраина Балтийского щита) // Стратиграфия. Геологическая корреляция. 2011. Т. 19. №2. С. 3–19.
2. Купцова А.В., Худолей А.К., Молчанов А.В. Литогеохимия верхнепротерозойских терригенных отложений южной части Восточно-Анабарского бассейна: эволюция состава источников
сноса и вторичные изменения // Вестн. С.-Петерб. ун-та, сер. 7. 2011. Вып. 1. С. 17–32.
3. Купцова А.В. Зоны эпигенетических изменений на месторождениях урана типа несогласия: результаты исследований методами кислотного и щелочного выщелачивания и анализа изотопной системы свинца // Вестн. С.-Петерб. ун-та, сер. 7. 2011. Вып. 2. С. 48–56.
Тезисы докладов научных конференций:
1. Купцова А.В. Нижнерифейские песчаники района месторождения Карку и их геохимические особенности // Геология и геоэкология: исследования молодых. Материалы XIX молодежной
конференции, посвященной памяти К.О. Кратца, Апатиты: ИГ Кар НЦ РАН, 2008. С. 35–38.
2. Kuptsova A.V., Khudoley A.K. 2008. Mineralogical and chemical studies of uranium-bearing
sandstones from the Karku deposit (Russia). 2008 GAC/MAC Meeting, Quebec, Abstracts with Program
Volume 33, P. 89–90.
3. Kuptsova A.V. REE distribution in the Mesoproterozoic uranium-bearing sandstones from the
Karku deposit (NW Russia). Goldschmidt Conference abstracts, 2008. P. A504
4. Худолей А.К., Дэвис В., Рейнбирд Р.Х., Ковач В.П., Загорная Н.Ю., Молчанов А.В., Купцова А.В. Результаты U-Pb датирования обломочных цирконов и Sm-Nd изотопные исследования
песчаников рифейского разреза юго-востока Анабарского щита: следствия для тектоники и стратиграфии // Материалы IV Российской конференции по изотопной геохронологии. СПб. 2009. Т2.
С. 240–242.
5. Kuptsova A.V. Sequential dissolution study of uraniferous Mesoproterozoic sandstones of the
Pasha-Ladoga and East Anabar sedimentary basins // SEG extended abstracts. 2010. Keystone, USA. F-4
abstract, 3 pages.
6. Kuptsova A.V. Geology and tectonic setting of Pasha-Ladoga and East-Anabar basins: implications for the formation of unconformity-related uranium deposits // 11th Biennial SGA Meeting, Antofagasta, Chile, Abstracts and Program. P. 941–943.
22
Документ
Категория
Геолого-минералогические науки
Просмотров
81
Размер файла
2 161 Кб
Теги
кандидатская
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа