1、第四章 熱液鈾礦床,一、概述,二、熱液作用中鈾的地球化學(xué),三、熱液鈾礦床的地質(zhì)條件,一、概述,定義：熱液鈾礦床是指由不同成因的含鈾熱水溶液（如地下水熱液、巖漿殘余熱液、變質(zhì)熱液等），以及它們的混合熱液，在適宜的物理化學(xué)條件下及各種有利的地質(zhì)條件下，經(jīng)過(guò)充填和交代等方式形成的鈾的富集體。,1、熱液鈾礦床概念及一般特征,熱液鈾礦床是一種十分重要的鈾礦床類型，以富鈾礦石為特征。上世紀(jì)七十年代澳大利亞和加拿大在元古界變質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)的不整合面型鈾礦床，以及在澳大利亞發(fā)現(xiàn)的奧林匹克壩銅、鈾、金角礫雜巖型礦床（其中鈾120104tU3O8），都是超大型鈾礦床。,1、熱液鈾礦床概念及一般特征,1）礦石品位較高。

2、 一般礦床品位大于0.15%，加拿大的Cigar Lake礦床礦石品位高達(dá)12.3%和McArthurRiver礦床礦石品位平均17.33%U3O8（不整合面型）。,熱液鈾礦床通常具有下述基本特點(diǎn)：,1、熱液鈾礦床概念及一般特征,2）選冶性能良好。主要表現(xiàn)在： 礦體與圍巖界線清楚； 礦石的鈾浸出率較高，熱液鈾礦床鈾主要呈瀝青鈾礦和分散吸附狀態(tài)，易浸出； 熱液鈾礦床成礦溫度以中低溫為主； 礦石的物質(zhì)組成簡(jiǎn)單，釷、稀土等有害雜質(zhì)較少，有利于鈾的選冶。,1、熱液鈾礦床概念及一般特征,3）熱液鈾礦床明顯受構(gòu)造控制，尤其與斷裂構(gòu)造關(guān)系密切。因此規(guī)模和產(chǎn)狀變化很大，產(chǎn)狀復(fù)雜。 4）熱液鈾礦床成礦具有多期多

3、階段性，熱液具多源性，礦床成因復(fù)雜。,1、熱液鈾礦床概念及一般特征,章邦桐（1990）在傳統(tǒng)礦床學(xué)分類的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)外新類型和我國(guó)具體情況，把熱液鈾礦床劃分為下述類型： 1）接觸交代/高溫?zé)嵋盒外櫟V床 2）中、低溫?zé)嵋衡櫟V床 （1）花崗巖型鈾礦床 （2）火山巖型鈾礦床 （3）熱造式碳硅泥巖型鈾礦床 （4）不整合面型鈾礦床,2、熱液鈾礦床分類,含鈾熱液的化學(xué)成分取決于熱液的成因、運(yùn)移途徑、所經(jīng)圍巖和地下水的成分，以及溫度、壓力、pH和Eh等物理化學(xué)條件。 基本組分。水，水可以電離產(chǎn)生少許的H和OH-，因二者的不同濃度，決定著介質(zhì)的pH值。,1、含鈾熱液的化學(xué)成分,二、熱液作用中鈾的地球化學(xué),離

4、子組分。Na、K、Ca2、Mg2、Al3等，以及CO32-、HCO3-、SO42-、F-、Cl-、H4SiO4、HS-、S2-等。 金屬成礦元素。U、Th、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Fe、Ag、Hg等，堿性熱液除鈾和釷以外，還有較多的Ti、Nb、Ta、Zr、REE等難溶元素，它們都呈離子形式存在。 氣體組分。CO2、CO、H2S、CH4、HF、HCl、O2等分子。,1、含鈾熱液的化學(xué)成分,熱液成礦作用，一般劃分為高溫、中溫和低溫三個(gè)階段： 300以上為高溫； 300200為中溫； 20040為低溫階段。,2、含鈾熱液的物理化學(xué)條件,1）成礦溫度,（1）熱液鈾礦床的熱液活動(dòng)溫度范圍較寬。據(jù)徐

5、國(guó)慶（1981）統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大部分不同類型的熱液鈾礦床，熱液活動(dòng)的溫度范圍為578至80。從礦前到礦后溫度呈疊互式降低，成礦是在溫度遞降的過(guò)程中發(fā)生的。,熱液鈾礦床的溫度變化規(guī)律：,2、含鈾熱液的物理化學(xué)條件,（2）多數(shù)熱液鈾礦床是在中低溫條件下形成。 如前蘇聯(lián)熱液鈾礦床形成溫度范圍為200100，平均為150（納烏莫夫，1978）； 里奇（1979）統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)外熱液鈾礦床中瀝青鈾礦的形成溫度190，多數(shù)為150； 我國(guó)多數(shù)熱液鈾礦床成礦溫度范圍為280120，平均為200。,熱液鈾礦床的溫度變化規(guī)律：,2、含鈾熱液的物理化學(xué)條件,（3）火山熱液形成的鈾礦床，其成礦溫度表現(xiàn)出火山頸相近火山口相熔巖

6、相火山碎屑巖相順序降低的趨勢(shì)；花崗巖型和碳硅泥巖型鈾礦床溫度變化規(guī)律不明顯。 （4）成礦溫度在垂向上的變化特點(diǎn)因地而異。許多鈾礦床（如我國(guó)302礦床，前蘇聯(lián)火山洼地鈾礦床）成礦溫度從下至上遞減，表現(xiàn)為順向分帶；有的鈾礦床相反，374礦床成礦溫度從下至上以9.3/100m梯度遞增，表現(xiàn)為逆向分帶。,熱液鈾礦床的溫度變化規(guī)律：,2、含鈾熱液的物理化學(xué)條件,（5）熱液成因鈾礦物的形成溫度一般按晶質(zhì)鈾礦鈦鈾礦瀝青鈾礦和鈾石順序降低。 晶質(zhì)鈾礦和鈦鈾礦沉淀溫度為240360； 瀝青鈾礦為120250。 不同礦物組合類型鈾礦床的形成溫度不同，含晶質(zhì)鈾礦和鈦鈾礦的交代巖型鈾礦床形成溫度較高，瀝青鈾礦方解石型

7、溫度較低，其他類型居中。,熱液鈾礦床的溫度變化規(guī)律：,2、含鈾熱液的物理化學(xué)條件,熱液作用的壓力取決于熱液活動(dòng)的深度和地質(zhì)構(gòu)造條件。 （1）熱液作用的壓力變化范圍較大?？梢詮牡V前的(2015)107Pa降至礦后期的(205) 106Pa。 主要鈾礦物的沉淀壓力為(93)107Pa，成礦是在熱液降壓的過(guò)程中發(fā)生的。,2）成礦壓力,2、含鈾熱液的物理化學(xué)條件,（2）鈾礦床的類型不同，其形成的深度和壓力也不同。 一般來(lái)說(shuō)，堿交代巖型高溫礦床形成壓力較大，超過(guò)1108Pa； 鈾砷化物型和鈾硫化物型礦床形成壓力較小為(1340)106Pa，有的超過(guò)5107Pa，但不超過(guò)1108Pa； 汞鈾型礦床形成的深

8、度和壓力最小 。,2）成礦壓力,2、含鈾熱液的物理化學(xué)條件,（3）含鈾熱液具有從高壓向低壓方向遷移、并在降壓區(qū)成礦的過(guò)程。絕大多數(shù)熱液鈾礦脈都產(chǎn)在斷裂構(gòu)造或?qū)娱g破碎帶中。含礦熱液的壓力上限可超過(guò)2108Pa，但鈾礦床形成的壓力多在1108Pa以下。 降壓導(dǎo)致熱液的沸騰和去氣作用，這是鈾沉淀成礦的一個(gè)重要原因。,Na2UO2(CO3)2+H2O+2eUO2+Na2CO3+2OH+CO2 UO2(CO3)22-+H2O+2eUO2+CO32-+CO2+2OH,2）成礦壓力,2、含鈾熱液的物理化學(xué)條件,3）含鈾熱液的pH值和Eh值,含鈾熱液的酸堿度隨著熱液的演化而變化。 初始熱液可分成酸性和堿性兩個(gè)

9、基本類型。 酸性熱液以富含F(xiàn)-、Cl-或SO42-等酸性陰離子為其特征，在火山巖地區(qū)熱液初始的pH值變化范圍約為25.5。古地下水和熱鹵水形成的含鈾熱液也呈酸性，火山巖地區(qū)的迪開(kāi)石化和水云母化均為酸性溶液作用的產(chǎn)物。 礦化類型為螢石型、微晶石英型、迪開(kāi)石化型和水云母化型、粘土化蝕變型。,2、含鈾熱液的物理化學(xué)條件,堿性熱液以富含HCO3-、CO32-和堿金屬離子Na+、K+為其特征，初始溶液的pH值可達(dá)810。這種堿性熱液可以來(lái)自硅鎂殼或上地幔的分異作用，也可能是花崗巖漿分異演化后期產(chǎn)生的鈉質(zhì)和鉀質(zhì)熱液，或混合巖化產(chǎn)生的堿性變質(zhì)熱液。 礦化類型為堿交代巖型或碳酸鹽型。,2、含鈾熱液的物理化學(xué)條

10、件,含鈾熱液的初始性質(zhì)與鈾沉淀時(shí)的性質(zhì)不同。初始熱液為酸性或堿性，鈾成礦以中性至弱堿性介質(zhì)最為適宜。 初始熱液向成礦期熱液演化時(shí)，pH值總是各向相反的方向變化，總的演化趨勢(shì)是中和反應(yīng)。成礦時(shí)熱液趨向于弱酸、弱堿或中性。 如鈾鉬型礦床，pH5-5.5；含鈾碳酸鹽型礦床，pH6.56.8；五元素建造和石英螢石方解石瀝青鈾礦型礦床，pH50.5；華南花崗巖型鈾礦床，pH68。,含鈾熱液酸堿性質(zhì)（pH）的演化特點(diǎn)：,2、含鈾熱液的物理化學(xué)條件,含鈾初始熱液的Eh值與成礦時(shí)熱液的Eh值不同。在熱液鈾礦床中普遍存在赤鐵礦，成礦熱液中所含的變價(jià)元素如鐵、硫、鈾等大都呈高價(jià)態(tài)存在，推斷含鈾熱液的初始氧化還原電

11、位Eh值較高，大約在+0.04+0.15v之間。鈾礦沉淀時(shí)，熱液的Eh值較低，一般在-0.025-0.450v之間，平均值為-0.180v。 Eh值降低是鈾沉淀成礦的一個(gè)重要因素。,含鈾熱液的（Eh值）演化特點(diǎn)：,2、含鈾熱液的物理化學(xué)條件,1）鈾的遷移形式,3、熱液中鈾的遷移形式和沉淀機(jī)理,UO2（CO3）0 ； UO2（CO3）22- UO2（CO3）34- ； UO2F20 UO2F3- ； UO2F42- UO2OH+ ； UO2（OH）20 UO2SO40 ； UO2（SO4）22-,熱液中最可能存在的鈾酰絡(luò)離子有下述十種：,各種鈾酰絡(luò)離子的不穩(wěn)定常數(shù)（K）,花崗巖型鈾礦床成礦熱液中

12、含鈾離子的活度份額（陳培榮等，1991）,成礦熱液中鈾沉淀的實(shí)質(zhì)在于六價(jià)鈾的被還原作用。,2）鈾的沉淀機(jī)理,（1）鈾遷移形式的變化對(duì)鈾還原沉淀開(kāi)始的Eh值有明顯影響。UO2 (CO3)22-相對(duì)于UO2F42-需要更加還原的條件才能被還原成礦。 （2）溫度降低鈾還原沉淀開(kāi)始的Eh值升高(鈾還原沉淀的Eh減小)，故降低溫度有利于鈾從熱液中沉淀富集。,3、熱液中鈾的遷移形式和沉淀機(jī)理,（3）熱液中含鈾離子的活度與UO2開(kāi)始沉淀的Eh值呈正相關(guān)關(guān)系（鈾離子活度低，沉淀要求的Eh值也低；反之，鈾沉淀要求的Eh值就高）。,2）鈾的沉淀機(jī)理,3、熱液中鈾的遷移形式和沉淀機(jī)理,（4）熱液中CO32-和 F-

13、對(duì)UO2開(kāi)始沉淀時(shí)Eh值的影響與含鈾離子活度的影響不同（鈾活度增高，鈾開(kāi)始沉淀的Eh值也增高；CO32-和 F- 活度的增高，則降低鈾沉淀的Eh值）。,Eh值變化是決定六價(jià)鈾能否從熱液中被還原沉淀的關(guān)鍵因素。,2）鈾的沉淀機(jī)理,導(dǎo)致熱液Eh值降低和UO2開(kāi)始沉淀時(shí)Eh值升高的原因主要與下述因素有關(guān)：,圍巖蝕變作用； 壓力的降低； 溫度的降低； 圍巖的還原容量（Eh）。,3、熱液中鈾的遷移形式和沉淀機(jī)理,圍巖蝕變作用：水云母化、泥化和綠泥石化使圍巖受到強(qiáng)烈水解，反應(yīng)中H+加入到圍巖中，圍巖中陽(yáng)離子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+等釋放出來(lái)進(jìn)入熱液，并引起CO32-和F-活度的降低，導(dǎo)致

14、溶解鈾與固相鈾之間的電極電位升高。同時(shí)氫交代作用改變了熱液中OH-與H+的比例，使溶液向堿性轉(zhuǎn)化，pH值升高。 據(jù)計(jì)算，與黃鐵礦-赤鐵礦處于平衡的熱液，pH值每升高一個(gè)單位，其Eh值將下降0.107v。這種蝕變反應(yīng)引起UO2開(kāi)始沉淀，使其Eh值與熱液的Eh值產(chǎn)生方向相反的變化，對(duì)鈾的還原沉淀十分有利。,3、熱液中鈾的遷移形式和沉淀機(jī)理,壓力的降低：熱液因壓力降低而有可能處于沸騰狀態(tài)，CO2的逸出將導(dǎo)致熱液中CO32-活度的降低及介質(zhì)的堿性增高，從而與蝕變作用產(chǎn)生相同效果，同樣有利于鈾的沉淀。 溫度的降低：熱液溫度降低，UO2開(kāi)始沉淀的Eh值升高，可在較高的熱液Eh值條件下被還原成礦。 圍巖的還

15、原容量（Eh）：是降低熱液Eh值的一個(gè)重要原因，礦體受Eh值相對(duì)高的巖石控制，富含還原物質(zhì)組成的巖石對(duì)鈾的還原沉淀更為有利。,3、熱液中鈾的遷移形式和沉淀機(jī)理,表 巖石的還原容量Eh（mv）,注：Eh=EhAEhB，EhA含KOH的KMnO4溶液的Eh值，EhBKMnO4溶液與巖石樣品反應(yīng)后的Eh值,含鈾溶液來(lái)源包括水、礦化劑的來(lái)源。 水是成礦熱液的基本組分，成礦物質(zhì)的活化轉(zhuǎn)移和富集沉淀過(guò)程一般都是在水溶液中或有H2O參與下進(jìn)行的。 按照水的不同來(lái)源，成礦流體可分為海水、大氣降水、同生建造水、地?zé)崴r漿水和變質(zhì)水等六種類型。,4、含鈾溶液來(lái)源,各種類型水的D和18O（章邦桐等，1990）,鈾

16、源系統(tǒng)中的鈾是在熱液中集中了大量合適的礦化劑之后，才開(kāi)始大規(guī)模轉(zhuǎn)入熱液，進(jìn)而形成含鈾熱液。,鈾源是研究熱液鈾礦床成因的主要問(wèn)題之一。熱液中的鈾可以有多種不同的來(lái)源： （1）來(lái)源于巖漿分異； （2）來(lái)源于已固結(jié)的火成巖； （3）來(lái)源于富鈾的沉積巖和沉積變質(zhì)巖； （4）混合來(lái)源； （5）再循環(huán)的地幔巖漿幔汁來(lái)源。,5、成礦物質(zhì)來(lái)源（鈾源）,（1）來(lái)源于巖漿分異。 在巖漿分異晚期形成的殘余熱液，或稱巖漿期后熱液，鈾含量較高。 多期多階段巖漿演化的復(fù)式花崗巖體，在巖漿演化的晚期、晚階段， 隨著SiO2、K2O和Na2O含量增高，鈾含量也有明顯增高的規(guī)律。因此巖漿演化最晚期殘余熱液中高鈾含量可以為熱液鈾

17、礦床提供成礦物質(zhì)來(lái)源。,5、成礦物質(zhì)來(lái)源（鈾源）,（2）來(lái)源于已固結(jié)的火成巖。 其依據(jù)是： 成巖與成礦時(shí)間上有很大的差距，可以達(dá)到幾十到幾百個(gè)百萬(wàn)年。成礦與巖漿活動(dòng)沒(méi)有直接關(guān)系，而是與已固結(jié)的花崗巖有關(guān)。 與鈾礦床空間上直接有關(guān)的花崗巖體，往往具有較高的鈾含量，通常在(10-20)*10-6以上，而且浸出率較高，鈾容易進(jìn)入循環(huán)于巖體中的熱水溶液，演化成成礦溶液。,5、成礦物質(zhì)來(lái)源（鈾源）,（3）來(lái)源于富鈾的沉積巖和沉積變質(zhì)巖。 如澳大利亞北部的不整合面型鈾礦床，非洲扎伊爾的申戈洛布維鈾礦床以及華南地區(qū)廣泛分布的碳硅泥巖型鈾礦床。礦床的成礦物質(zhì)（鈾）來(lái)源與巖漿巖沒(méi)有直接聯(lián)系，明顯來(lái)自控礦地層沉積

18、巖或淺變質(zhì)巖，這類地層稱為礦（鈾）源層，它們的鈾含量很高，可達(dá)3010-6以上，能夠?yàn)楹髞?lái)的鈾成礦提供充足的鈾源。,5、成礦物質(zhì)來(lái)源（鈾源）,（4）混合來(lái)源。 大體上可以分為兩種情況： 一是巖漿與圍巖（沉積巖或淺變質(zhì)巖）混合來(lái)源； 二是已固結(jié)的火成巖與圍巖（沉積巖或淺變質(zhì)巖）混合來(lái)源。 （5）再循環(huán)的地幔巖漿幔汁來(lái)源。 大洋地殼的形成通過(guò)俯沖作用，又使其返回地幔深處，鈾通過(guò)此循環(huán)進(jìn)入地幔，然后由異常地幔派生的巖漿，通過(guò)殼幔作用，再進(jìn)入地殼，直至帶到地殼殼層。,5、成礦物質(zhì)來(lái)源（鈾源）,三、熱液鈾礦床的地質(zhì)條件,1、熱液鈾礦床與火成巖的關(guān)系,（1）空間聯(lián)系 在空間上熱液鈾礦床與火成巖的聯(lián)系有兩種

19、情況： 一是熱液鈾礦床的定位與火成巖有直接的空間聯(lián)系。表現(xiàn)在二個(gè)方面： 鈾礦床賦存于火成巖石中； 鈾礦床產(chǎn)出于巖體的接觸帶或接觸帶附近的圍巖中，包括火山巖、基底花崗巖、沉積巖和變質(zhì)巖。,另一是熱液鈾礦床與火成巖沒(méi)有明顯的空間聯(lián)系。如不整合面型鈾礦床，黑色建造中脈型鈾礦床，碳硅型泥巖鈾礦床等。它們具有明顯的層控特征，嚴(yán)格地受特定地層層位控制，雖與火成巖無(wú)明顯關(guān)系，但是與該地區(qū)的構(gòu)造-巖漿-流體活動(dòng)時(shí)間合拍。,1、熱液鈾礦床與火成巖的關(guān)系,（2）時(shí)間關(guān)系 系指礦床與巖體形成時(shí)代的先后關(guān)系。礦巖時(shí)差是表征這種關(guān)系的標(biāo)尺。熱液鈾礦床一般都具有一定的礦巖時(shí)差。 如我國(guó)與同熔型花崗巖有關(guān)的鈾礦床（8411

20、鈾礦床），巖體的年齡為116-118Ma，礦石中瀝青鈾礦的年齡是108-109Ma，時(shí)差很小，即巖體在侵位后還沒(méi)有完全固結(jié)就開(kāi)始了成礦作用，故可認(rèn)為是巖漿熱液作用成礦，它與穩(wěn)定同位素組成的測(cè)定結(jié)果相一致。,1、熱液鈾礦床與火成巖的關(guān)系,（2）時(shí)間關(guān)系 與改造型花崗巖摩天嶺巖體有關(guān)的鈾礦床（376鈾礦床），其時(shí)差達(dá)幾億年之久（巖體760Ma，礦石早階段360Ma；晚階段64Ma）。 礦巖之間的關(guān)系只可能是鈾源關(guān)系，而成礦熱液的水源和熱液不可能來(lái)自于形成該巖體的巖漿殘余熱液。,1、熱液鈾礦床與火成巖的關(guān)系,（3）成分關(guān)系 熱液鈾礦床礦石的物質(zhì)成分與圍巖成分有關(guān)。 熱液鈾礦床的圍巖可以是火成巖，也可

21、以是沉積巖或變質(zhì)巖。礦石中的微量元素組合，以及主要常量元素常與圍巖的成分類似，表明圍巖為成礦提供或部分提供物質(zhì)來(lái)源。,1、熱液鈾礦床與火成巖的關(guān)系,（4）熱源關(guān)系 花崗巖型鈾礦床空間上多集中分布在巖漿活動(dòng)頻發(fā)的地區(qū)，火山巖型鈾礦床集中分布在火山盆地內(nèi)，許多熱液鈾礦床空間上與晚期貫入的基性巖脈在一起。 與火成巖沒(méi)有明顯聯(lián)系的熱液鈾礦床，盡管在礦區(qū)范圍內(nèi)很少有或沒(méi)有火成巖產(chǎn)出，但不能排除地下深處有巖體存在。 可以說(shuō)熱液鈾礦床與火成巖的熱源關(guān)系是很密切的。,1、熱液鈾礦床與火成巖的關(guān)系,2、熱液鈾礦床圍巖特征,圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)主要體現(xiàn)在: 孔隙度； 滲透性； 脆性; 塑性。 對(duì)成礦有意義的孔隙度是

22、有效孔隙度。脆性大的巖石在構(gòu)造應(yīng)力作用下容易發(fā)生破碎，產(chǎn)生構(gòu)造裂隙。有效孔隙度及脆性一起決定著巖石的滲透性能。,1）圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)及其對(duì)鈾成礦的控制,圍巖的化學(xué)成分及還原容量是控制熱液鈾成礦的重要因素之一。 外接觸帶上的鈾礦床往往產(chǎn)在碳質(zhì)和富含硫化物的沉積巖和沉積變質(zhì)巖中； 在巖體內(nèi)部，鈾礦床通常產(chǎn)在接觸帶附近并定位在富Ca、Mg、Fe或還原容量大的巖石一側(cè)；,2）巖石物質(zhì)組成及化學(xué)性質(zhì)對(duì)鈾成礦的控制,2、熱液鈾礦床圍巖特征,礦石礦物瀝青鈾礦常分布在黃鐵礦周圍，或與黑云母、鐵綠泥石、鈉閃石、含鐵石榴子石等伴生； 脈石礦物成分常受主巖影響。如花崗巖中的鈾礦脈，脈石礦物以石英為主，當(dāng)鎂鐵質(zhì)巖石

23、作為主巖時(shí)，脈石礦物主要是螢石和方解石。,2）巖石物質(zhì)組成及化學(xué)性質(zhì)對(duì)鈾成礦的控制,2、熱液鈾礦床圍巖特征,有利成礦的巖石為： 富含F(xiàn)e2+及其他低價(jià)態(tài)元素的圍巖，如黃鐵礦化的蝕變巖。 富含有機(jī)質(zhì)的巖石，如石墨片巖、炭板巖、碳硅板巖、炭質(zhì)石灰?guī)r、含炭砂巖等。 化學(xué)活潑性高的巖石，即巖/液之間容易互通有無(wú)，或它們的pH值差別大，容易起化學(xué)反應(yīng)，如基性脈巖、碳酸鹽類、堿交代巖等。,2）巖石物質(zhì)組成及化學(xué)性質(zhì)對(duì)鈾成礦的控制,2、熱液鈾礦床圍巖特征,熱液作用過(guò)程中，熱水溶液與其圍巖之間不斷地進(jìn)行著能量和物質(zhì)交換，導(dǎo)致二者的成分和性質(zhì)不斷發(fā)生變化。 因熱液交代作用而引起的圍巖變化稱為熱液蝕變，而蝕變后的

24、巖石稱為蝕變圍巖。 蝕變圍巖是熱液活動(dòng)和熱液礦床形成的標(biāo)志。熱液活動(dòng)越強(qiáng)烈，蝕變就越明顯，也就越有利于礦床的形成。,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,熱液蝕變分為堿性和酸性兩大類。 堿性熱液蝕變是由堿質(zhì)熱液與圍巖作用產(chǎn)生的，主要包括鈉長(zhǎng)石化、鉀長(zhǎng)石化和碳酸鹽化三種；在花崗巖地區(qū)還發(fā)育有鉀、鈉長(zhǎng)石混合交代作用。 酸性熱液蝕變主要有硅化、螢石化、黃鐵絹英巖化、粘土化（包括水云母化、高嶺石化、蒙脫石化、迪開(kāi)石化）等，多數(shù)酸性熱液蝕變的實(shí)質(zhì)是氫交代作用。,1）熱液蝕變類型及其地球化學(xué)特征,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,堿交代：是指以鉀、鈉為主的熱液交代圍巖所引起的蝕變作用。 鈉交代鉀質(zhì)礦物（鉀

25、長(zhǎng)石、黑云母、白云母等）形成鈉長(zhǎng)石時(shí)，稱為鈉長(zhǎng)石化； 鉀交代鈉質(zhì)礦物（斜長(zhǎng)石類）形成鉀長(zhǎng)石時(shí)，稱為鉀長(zhǎng)石化。 與鈾礦化關(guān)系密切的堿交代，有高溫階段和中低溫階段二種類型。在空間上受斷裂構(gòu)造控制，常見(jiàn)于花崗巖型、火山巖型等鈾礦床中。,1）熱液蝕變類型及其地球化學(xué)特征,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,鈉交代時(shí)巖石去鉀，鉀交代時(shí)巖石去鈉。 NaAlSi3O8K+KAlSi3O8Na+ 交代過(guò)程中，鉀和鈉表現(xiàn)出不相容性。 堿交代過(guò)程中，堿性溶液的Eh值隨著pH值減小而增高，F(xiàn)e2+向Fe3+轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致產(chǎn)生赤鐵礦化。 堿交代使酸性巖石去硅。導(dǎo)致堿交代體之上形成石英脈和硅化帶。,杜樂(lè)天總結(jié)了堿性蝕變巖的

26、地球化學(xué)特征：,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,堿交代使巖石增加碳酸鹽礦物、含水礦物（綠泥石、綠簾石、白云母、絹云母等）和硫化物等，燒失量明顯增加。 堿交代使巖石孔隙度劇增，而機(jī)械強(qiáng)度減弱，易破碎，利于熱液流通、滲透和成礦作用。,杜樂(lè)天總結(jié)了堿性蝕變巖的地球化學(xué)特征：,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,堿交代過(guò)程巖石保持電價(jià)平衡。堿交代在一價(jià)離子（K+、Na+、Rb+、Cs+等）大量帶入的同時(shí)，二價(jià)堿土元素（如Fe2+、Cu2+、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+、Zn2+、Pb2+、Mn2+等）被帶出，還帶出Si4+、Al3+等高價(jià)陽(yáng)離子。為保持巖石內(nèi)部的電價(jià)平衡，必須帶入高價(jià)金屬

27、離子，如U4+、Th4+、Ti4+、W6+、Sn4+、Nb5+，Ta5+、Ce4+、Y3+等，這可能是堿交代經(jīng)常伴隨這些元素的礦化的重要原因之一。,杜樂(lè)天總結(jié)了堿性蝕變巖的地球化學(xué)特征：,赤鐵礦化：又稱紅化，特點(diǎn)是蝕變圍巖的顏色因?yàn)槌噼F礦呈云霧狀全巖性浸染而呈紅色。 赤鐵礦化多受斷裂構(gòu)造控制，常發(fā)育在礦體周圍，含礦構(gòu)造的交叉、分枝和復(fù)合部位最發(fā)育。離礦體和含礦構(gòu)造越遠(yuǎn)，蝕變?cè)饺?，顏色也越淺。赤鐵礦化是良好的找礦標(biāo)志。,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,赤鐵礦化的形成，主要有兩種觀點(diǎn)： 認(rèn)為赤鐵礦化是輻射化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。 與鈾釷衰變產(chǎn)生的放射性射線作用有關(guān)。在鈾釷礦物周圍形成暈圈，是這種觀點(diǎn)的

28、有力證據(jù)。其反應(yīng)機(jī)理是：水分子在射線激發(fā)下可以電離，并產(chǎn)生O2、H2O2等強(qiáng)氧化劑，使Fe2+氧化成Fe3+： H2O22Fe2+2 Fe3+2OH Gr08.26千卡/摩爾,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,認(rèn)為赤鐵礦化是輻射化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。,Fe3+與OH結(jié)合成Fe（OH）3的膠狀顆粒，經(jīng)脫水和結(jié)晶作用生成赤鐵礦： Fe3+3OHFe（OH）3 Gr050.69千卡/摩爾 2 Fe（OH）3Fe2O33H2O Gr015千卡/摩爾,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,認(rèn)為赤鐵礦化是二價(jià)鐵和六價(jià)鈾之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)的結(jié)果： UO22+2Fe2+3H2OUO2Fe2O36H+ 上述反應(yīng)在介

29、質(zhì)pH59的天然條件下，Gr00，反應(yīng)不能自發(fā)發(fā)生，只有在pH9的堿性條件下反應(yīng)才成立。,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,KAlSi3O8 + 2H2O K+ + Al(OH)3 + 3SiO2 + OH 鉀長(zhǎng)石 0.75Na2CaAl4Si8O24 + 2H+ + K+ = KAl3Si3O10(OH)2 斜長(zhǎng)石 伊利水云母 +3SiO2 +1.5Na+ + 0.75Ca2+,硅化：是使蝕變圍巖中SiO2含量增高，使巖石變得堅(jiān)硬的作用。常與其他蝕變，如水云母化、綠泥石化等伴生，與一些蝕變反應(yīng)過(guò)程中有部分SiO2析出有關(guān)。硅化蝕變巖石的顏色以灰色及灰白色為主，間夾紅、褐等色。 硅化的實(shí)質(zhì)是

30、長(zhǎng)石的分解、石英顆粒加大和去堿作用。,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,SiO2在鈾成礦溶液中的溶解度主要與溫度和pH值有關(guān)。其溶解度隨溫度升高而增大；當(dāng)pH值9時(shí)，SiO2的溶解度急劇增高，形成H4SiO4（正硅酸）。 當(dāng)熱液溫度降低或pH值減小時(shí)，熱液中的SiO2出現(xiàn)過(guò)飽和，一部分呈凝膠體（SiO2nH2O）析出，并可吸附相當(dāng)數(shù)量的鈾。這種含鈾膠凝體，經(jīng)結(jié)晶作用轉(zhuǎn)化為含鈾玉髓或微晶石英。,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,粘土化（泥化）：是典型的低溫?zé)嵋何g變，在酸性火成巖、特別是火山巖中發(fā)育。 粘土化巖石一般呈淺綠、淺灰、淺紅到灰白色，質(zhì)地較松軟。主要由細(xì)粒分散狀高嶺石、水云母、蒙脫石

31、、多水高嶺石及迪開(kāi)石等礦物集合體所組成，不含石英，有時(shí)含少量斑狀鈉長(zhǎng)石。粘土化作用早期一般先形成水云母、蒙脫石等，晚期進(jìn)一步發(fā)育成高嶺石、迪開(kāi)石。 高嶺石形成的熱液溫度較低（200oC），K+濃度低，酸度較高；而堿性介質(zhì)和含較高濃度的Na+、Al3+、Mg2+、Fe2+的熱液則易形成蒙脫石。,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,4KAlSi3O8+4H+2H2O = 2Al2Si2O5(OH)4+8SiO2+4K+ 鉀長(zhǎng)石 高嶺石 Na2CaAl4Si8O24+4H+2H2O = 2Al2Si2O5(OH)4 +4SiO2 +2Na+ 斜長(zhǎng)石 高嶺石 +Ca2+ NaAlSi3O8+4Al2S

32、i2O5(OH)4 = 3Na0.33Al2.33Si3.67O12(OH)2 鈉長(zhǎng)石 高嶺石 鈉蒙脫石 +2AlO(OH)+4H2O,在粘土化蝕變過(guò)程中，圍巖中Al2O3保留并增加，Si4+、Ca2+、Na+、K+等帶出，向外滲透擴(kuò)散產(chǎn)生鈉長(zhǎng)石化、綠泥石化、碳酸鹽化等蝕變。,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,綠泥石化：主要表現(xiàn)為黑云母和少量斜長(zhǎng)石被綠泥石交代。 按蝕變的形成時(shí)間，分為礦前期和成礦期兩種類型。 礦前期的綠泥石化：通常分布在礦體外圍，主要由鐵、鎂硅酸鹽礦物轉(zhuǎn)化而成，一般沒(méi)有鐵、鎂組分帶入。 各種礦物中最容易發(fā)生綠泥石化的是黑云母，其次是角閃石、輝石等。花崗巖的綠泥石化主要表現(xiàn)為

33、黑云母蝕變成綠泥石，同時(shí)帶出部分Fe2+，Mg2+和SiO2。,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,成礦期的綠泥石化：綠泥石常呈球粒狀、細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀充填在裂隙中或直接交代圍巖中鋁硅酸鹽礦物如長(zhǎng)石、水云母、高嶺石等，其中鐵、鎂組分主要由熱液帶入，圍巖中的白云石等含鎂礦物也為綠泥石的形成提供了部分Mg2+源。,綠泥石化,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,綠泥石化是典型的中低溫?zé)嵋何g變，發(fā)生在富Mg2+的弱堿性的條件下。 與鈾礦化密切的綠泥石多屬鐵綠泥石，其Fe/(Fe+Mg)0.8，鎂綠泥石與鈾礦化也密切相關(guān)。呈不規(guī)則粒狀，葉片狀及鮞狀集合體，常與黃鐵礦及碳酸鹽礦物形成 “綠色蝕變帶”，為鈾的

34、還原富集提供了十分有利的地球化學(xué)環(huán)境。,綠泥石化,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,螢石化：螢石呈浸染狀和細(xì)脈狀形式交代充填于含礦構(gòu)造及其兩側(cè)圍巖之中。在花崗巖型鈾礦床，特別是火山巖型鈾礦床中廣泛發(fā)育。與鈾成礦關(guān)系密切的螢石為紫黑色甚至黑色，微晶狀至膠狀結(jié)構(gòu)，常具有不均勻的環(huán)帶狀構(gòu)造。 氟是一種重要的礦化劑，它能與六價(jià)鈾組成氟合鈾酰離子進(jìn)行遷移，易與圍巖中的Ca2+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成螢石，同時(shí)引起鈾酰絡(luò)離子的解體而使鈾沉淀。,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,在富含HF的火山噴氣作用中，一部分四價(jià)鈾可呈UF4的形式運(yùn)移，至近地表當(dāng)遷到重碳酸鈣溶液時(shí)，能形成含水瀝青鈾礦和螢石： UF4+2Ca

35、(HCO3)2 = UO22H2O+2CaF2+4CO2,Th4+在富含氟的酸性熱液中可以呈ThFn4-n形式遷移。當(dāng)成礦熱液的物理化學(xué)條件改變時(shí)，鈾、釷將一起沉淀下來(lái)，其中大部分釷賦存在螢石和瀝青鈾礦中，形成釷瀝青鈾礦。,螢石化,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,蝕變作用能改變巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，使巖石有效孔隙度增高，抗壓強(qiáng)度減小，成為有利成礦的圍巖。,2）熱液蝕變與鈾成礦的關(guān)系,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,鉀化巖石與原巖物理性質(zhì)的差別(轉(zhuǎn)引自周維勛，1982),蝕變作用能改變鈾的賦存狀態(tài)，使活性鈾增多。 戎嘉樹(shù)等（1978）利用誘發(fā)裂變徑跡法對(duì)花崗巖中鈾的賦存狀態(tài)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)

36、花崗巖在綠泥石化、絹（水）云母化、以及堿交代過(guò)程中鈾發(fā)生活化遷移。通過(guò)電子探針?lè)治?，查明未蝕變的巖石中，占總量84.5的鈾存在于晶質(zhì)鈾礦中；發(fā)生綠泥石化、絹（水）云母化等蝕變后，大部分晶質(zhì)鈾礦消失，占總量71.7的鈾為沿礦物解理、裂隙、粒間及巖石裂隙分布的“裂隙鈾”。,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,蝕變圍巖能提供有利鈾富集的地化環(huán)境。 礦前期及成礦早期形成的富S2-、Fe2+的圍巖蝕變和綠泥石化、黃鐵礦化等所造成的還原條件，對(duì)鈾的沉淀和富集十分有利。 鈾礦床與綠泥石化緊密共生，顯微鏡下經(jīng)常見(jiàn)到以瀝青鈾礦為主的鈾礦物成浸染狀、細(xì)脈狀或超顯微粒狀賦存在綠泥石之中或其周圍。而瀝青鈾礦與硫化物密

37、切共生或直接沿黃鐵礦、方鉛礦等硫化物邊緣析出的現(xiàn)象更是極為常見(jiàn)。,3、圍巖蝕變類型及其與鈾成礦的關(guān)系,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,按照構(gòu)造的形態(tài)產(chǎn)狀等特點(diǎn)，可把控礦構(gòu)造分為三種主要類型。,1）線性構(gòu)造 2）旋扭構(gòu)造 3）層型構(gòu)造,線性構(gòu)造系指具有線狀延伸特點(diǎn)的斷層和裂隙。 以發(fā)育在塊狀巖石如花崗巖、次火山巖、堿交代巖等巖體中為特征（劉德長(zhǎng)等，1991）。 線性斷裂構(gòu)造對(duì)鈾礦床的控制有多種形式。,1）線性構(gòu)造,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,主干斷裂： 主干斷裂泛指在礦床范圍內(nèi)最大或較大的斷裂帶。礦體賦存于主干斷裂及其上下盤次級(jí)平行裂隙中，產(chǎn)狀與主干斷裂一致，次級(jí)構(gòu)造按構(gòu)造組合有“”字型、并列排骨型和斜列排

38、骨型。,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,330礦床（希望礦床）,86號(hào)斷裂帶,86號(hào)斷裂帶,6122礦床,鄒石斷裂,主干斷裂的派生次級(jí)構(gòu)造： 礦體主要賦存于主干斷裂旁側(cè)非平行低序次次級(jí)構(gòu)造中，產(chǎn)狀與主干斷裂常不一致，有壓扭性及張扭性兩類，主干斷裂很少含礦或僅有鈾礦化痕跡，礦化在派生次級(jí)構(gòu)造中，常構(gòu)成“入”字型。,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,交叉斷裂： 包括斷裂共軛交叉和斷裂與中基性巖脈交叉兩種情況。礦體多富集于交叉部位，常沿著交切構(gòu)造的跡線方向側(cè)伏。常構(gòu)成“干”字型、“T”字型、“X”字型或者“多字型、“N”字型和“H”字型。,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,交叉斷裂控礦,330礦床,1花崗巖； 2煌斑巖墻； 3

39、瓷白色礦前期微晶石英脈； 4棕紅色微晶石英脈，寬20cm，全部是礦體，有大量瀝青鈾礦斑塊及浸染體（點(diǎn)區(qū)）； 5純?yōu)r青鈾礦透鏡體,裂隙帶： 裂隙帶是指由小斷層、節(jié)理組成的裂隙密集帶，其突出特點(diǎn)是無(wú)主斷面。礦體為小的裂隙群脈，形態(tài)復(fù)雜，規(guī)模小，數(shù)量多，富集成群。,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,裂隙帶型,裂隙帶型,帚狀、環(huán)狀、半環(huán)狀、S型和反S型等旋扭構(gòu)造對(duì)鈾礦床和鈾礦體的控制是鈾礦床中常見(jiàn)構(gòu)造現(xiàn)象。 環(huán)型構(gòu)造系指由環(huán)型、半環(huán)型斷裂以及巖墻群組成的構(gòu)造形態(tài)。主要發(fā)育在火山巖地區(qū)，火山巖型鈾礦床受其控制。,2）旋扭構(gòu)造,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,2）旋扭構(gòu)造,負(fù)向火山構(gòu)造：又稱火山洼地或火山塌陷環(huán)型構(gòu)造，是由

40、火山活動(dòng)中心塌陷而成。構(gòu)造規(guī)模較大，多為向心傾斜，常被次火山巖、脈巖等充填，與區(qū)域斷裂構(gòu)造結(jié)合，構(gòu)成礦床構(gòu)造格架。,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,相山礦田-火山塌陷盆地,正向火山構(gòu)造：又稱穹狀或火山通道環(huán)型構(gòu)造：火山通道形態(tài)為筒狀或陡立錐形，構(gòu)造規(guī)模有大有小。礦體受火山口、火山頸邊部的環(huán)狀構(gòu)造控制。 爆發(fā)巖筒環(huán)型構(gòu)造：鈾礦床受火山爆發(fā)角礫巖筒控制。一般規(guī)模較小，發(fā)育也較局限。巖筒構(gòu)造形態(tài)多種多樣，有筒狀、囊狀、不規(guī)則狀等，受基底斷裂，特別是交叉斷裂控制，有多期斑巖體活動(dòng)。,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,火山口型,火山管道中的礦化,火山管道旁側(cè)的礦化,裂隙式火山口構(gòu)造控礦,火山爆發(fā)巖筒構(gòu)造控礦,層型構(gòu)造系指

41、順層斷裂構(gòu)造及層內(nèi)裂隙構(gòu)造。 順層斷裂是指產(chǎn)狀與地層的產(chǎn)狀一致或近于一致的斷裂； 層內(nèi)裂隙構(gòu)造是指發(fā)育在地層內(nèi)、與地層產(chǎn)狀一致或不一致的裂隙構(gòu)造。 根據(jù)層型構(gòu)造對(duì)鈾礦床的控制作用分成二種形式。,3）層型構(gòu)造,（1）切層大斷裂旁側(cè)的層間構(gòu)造和順層斷裂 （2）不整合面型構(gòu)造,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,切層大斷裂本身很少含礦，礦體富集在切層大斷裂切穿富鈾巖層的地段，受層間構(gòu)造控制，礦體呈層狀，但延伸與切層大斷裂一致。,（1）切層大斷裂旁側(cè)的層間構(gòu)造和順層斷裂,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,（1）切層大斷裂旁側(cè)的層間構(gòu)造和順層斷裂,361礦床,660礦床,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,不整合面型構(gòu)造系指沉積不整合面

42、構(gòu)造，包括角度不整合和平行不整合兩種情況。不整合面型鈾礦床受這種構(gòu)造控制。 與熱液鈾礦床有關(guān)的不整合面主要是角度不整合面。礦體賦存在不整合面上或其附近。如元古宙不整合面型鈾礦床，礦體受中、下元古界之間的不整合面控制。,（2）不整合面型構(gòu)造,4、熱液鈾礦床控礦構(gòu)造,不整合面,熱液鈾礦床的分布具有區(qū)域上的局限性。 元古宙不整合面型鈾礦床主要分布在加拿大北薩斯喀徹溫鈾礦省和澳大利亞北部派因克里克鈾礦??；花崗巖型鈾礦床主要分布在法國(guó)的中央地塊和歐洲中部的波希米亞地塊，我國(guó)主要分布在華南后加里東隆起區(qū)，而世界其他地區(qū)很少；大型和超大型火山巖型鈾礦床主要見(jiàn)于中亞和遠(yuǎn)東地區(qū)。 熱液鈾礦床的形成有其獨(dú)特的大地構(gòu)造背景。,5、熱液鈾礦床大地構(gòu)造背景及基底成熟度,中歐海西褶皺帶脈型熱液鈾礦床主要產(chǎn)于發(fā)育An變質(zhì)古陸塊，且經(jīng)歷過(guò)冒地槽發(fā)展階段，形成花崗巖雜巖活動(dòng)區(qū)的中間地塊周圍，如波希米亞、中央地塊及伊比利亞梅塞特三個(gè)中間地塊，組成中歐的三個(gè)成礦??； 環(huán)太平洋成礦帶，近大洋一側(cè)的優(yōu)地槽及島弧火山巖區(qū)沒(méi)有鈾礦床，近大陸一側(cè)的強(qiáng)烈構(gòu)造巖