04热液铀矿床

热液铀矿床一、概述二、热液作用中铀的地球化学三、热液铀矿床形成的地质条件一、概述热液铀矿床是指由不同成因的含铀热水溶液（如地下水热液、岩浆残余热液、变质热液等），以及它们的混合热液，在适宜的物理化学条件下及各种有利的地质条件下，经过充填和交代等方式形成的铀的富集体。1、热液铀矿床的概念和一般特征热液铀矿床是一种十分重要的铀矿床类型，以产出富铀矿石为特征。七十年代在元古界变质岩中发现的不整合面型铀矿床，以及在澳大利亚奥林匹克坝发现铜、铀、金角砾杂岩型矿床（铀100×104tU3O8），都是超大型铀矿床。1）矿石品位较高。早年开采的热液铀矿床品位12%U3O8，一般矿床常0.15%，最近在加拿大找到的CigarLake矿床矿石品位高达12.3%（不整合面型）。2）选冶性能良好。主要表现在①矿体与围岩界线清楚；②矿石的铀浸出率较高，热液铀矿床铀主要呈沥青铀矿和分散吸附状态，易浸出；③热液铀矿床成矿温度以中低温为主；④矿石的物质组成简单，钍、稀土等有害杂质较少，有利于铀的选冶。热液铀矿床通常具有下述基本特点：3）热液铀矿床明显受构造控制，尤其与断裂构造关系密切。因此规模和产状变化很大，矿床规模小者多，大者少，产状复杂。4）热液铀矿床成矿具有多期多阶段性，热液具多源性，矿床成因复杂。章邦桐（1990）在传统矿床学分类的基础上，结合国外新类型和我国具体情况，把热液铀矿床划分为下述类型：1）接触交代/高温热液型铀矿床2）中、低温热液铀矿床（1）花岗岩型铀矿床（2）火山岩型铀矿床（3）热造式碳硅泥岩型铀矿床（4）不整合面型铀矿床2、热液铀矿床分类含铀热液的化学成分取决于热液的成因、运移途径、所经围岩和地下水的成分，以及温度、压力、pH和Eh等物理化学条件。根据矿石中矿物的化学组成、热液蚀变带形成时带进带出的组分和气液包裹体成分，可以推测成矿热液中含下述化学组分：①基本组分是水，水可以电离产生少许的H＋和OH-，因二者的不同浓度，决定着介质的pH值。1、含铀热液的化学成分二、热液作用中铀的地球化学②离子组分有Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Al3＋等，以及CO32-、HCO3-、SO42-、F-、Cl-、H4SiO4、HS-、S2-等。③金属成矿元素有：U、Th、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Fe、Ag、Hg等，碱性热液除铀和钍以外，还有较多的Ti、Nb、Ta、Zr、REE等难溶元素，它们都呈离子形式存在。④气体组分有CO2、CO、H2S、CH4、HF、HCl、O2等分子。热液成矿作用，一般划分为高温、中温和低温三个阶段：300℃以上为高温，300－200℃为中温，200－40℃为低温阶段。A.И.别列尔曼（1979）又将低温热液划分为无生物的（200－100℃）和含生物的（100－40℃）两种类型。2、含铀热液的物理－化学性质1）成矿温度（1）热液铀矿床的热液活动温度范围较宽。据徐国庆（1981）统计，我国大部分不同类型的热液铀矿床，热液活动的温度范围为578℃至80℃。从矿前到矿后温度呈叠互式降低，成矿是在温度递降的过程中发生的。（2）多数热液铀矿床是在中低温条件下形成。如前苏联热液铀矿床形成温度范围为200－100℃，平均为150℃（纳乌莫夫，1978）；里奇（1979）统计国内外热液铀矿床中沥青铀矿的形成温度≤190℃，多数为150℃；我国多数热液铀矿床成矿温度范围为280－120℃，平均为200℃。热液铀矿床的形成温度有如下规律：（3）火山热液形成的铀矿床，其形成温度与产出岩相有一定关系，表现出按照火山颈相－近火山口相－熔岩相－火山碎屑岩相顺序降低的趋势；花岗岩型和碳硅泥岩型铀矿床温度变化规律不明显。（4）成矿温度在垂向上的变化特点因地而异。许多铀矿床（如我国302矿床，前苏联火山洼地铀矿床）成矿温度从下至上递减，表现为顺向分带；有的铀矿床相反，374矿床成矿温度从下至上以9.3℃/100m梯度递增，表现为逆向分带。（5）热液成因铀矿物的形成温度一般按下列顺序降低：晶质铀矿－钛铀矿－沥青铀矿和铀石。晶质铀矿和钛铀矿沉淀温度为240－360℃，沥青铀矿为120－250℃。不同矿物组合类型铀矿床的形成温度不同，含晶质铀矿和钛铀矿的交代岩型铀矿床形成温度较高，沥青铀矿－方解石型温度较低，其他类型居中。热液作用的压力取决于热液活动的深度和地质构造条件。采用流体包裹体测压测定矿床形成的压力具有下列特点：（1）热液作用的压力变化范围较大。可以从矿前的(20－15)×107Pa降至矿后期的(20－5)×106Pa。主要铀矿物的沉淀压力为(9－3)×107Pa，成矿是在热液降压的过程中发生的。2）成矿压力（2）铀矿床的类型不同，其形成的深度和压力也不同。一般来说，碱交代岩型高温矿床形成压力较大，超过1×108Pa；铀－砷化物型和铀－硫化物型矿床形成压力较小为(13－40)×106Pa，有的超过5×107Pa，但不超过1×108Pa；汞－铀型矿床形成的深度和压力最小。（3）含铀热液具有从高压区向低压方向迁移、并在降压区成矿的过程。绝大多数热液铀矿脉都产在断裂构造或层间破碎带中。含矿热液的压力上限可超过2×108Pa，但铀矿床形成的压力多在1×108Pa以下。降压导致热液的沸腾和去气作用，这是铀沉淀成矿的一个重要原因。据研究，法国利木赞花岗岩型铀矿床沥青铀矿的沉淀主要就是由于降压作用，CO2从热液中逸出，铀酰碳酸盐络合物发生分解的结果：Na2[UO2(CO3)2]+H2O+2e→UO2↓+Na2CO3+2OH－+CO2↑UO2(CO3)22-+H2O+2e→UO2↓+CO32-+CO2↑+2OH－3）含铀热液的pH值和Eh值含铀热液的酸碱度随着热液的演化而变化。初始热液可分成酸性和碱性两个基本类型。酸性热液以富含F-、Cl-或SO42-等酸性阴离子为其特征，在火山岩地区热液初始的pH值变化范围约为2－5.5。古地下水和热卤水形成的含铀热液也呈酸性，矿化类型为萤石型、微晶石英型和粘土化蚀变型，火山岩地区的迪开石型和水云母型铀矿床均为酸性溶液作用的产物。碱性热液以富含HCO3-、CO32-和碱金属离子Na+、K+为其特征，初始溶液的pH值可达8－10。这种碱性热液可以来自硅镁壳或上地幔的分异作用，也可能是花岗岩浆分异演化后期产生的钠质和钾质热液，或混合岩化产生的碱性变质热液。矿化类型为碱交代岩型或碳酸盐型。含铀热液的初始性质与铀沉淀时的性质不同。初始热液为酸性和碱性，具有很强的侵蚀、溶解和搬运铀及其他成矿元素的能力，而铀成矿则以中性至弱碱性介质最为适宜。因此初始热液向成矿期热液演化时，pH值总是各向相反的方向变化，总的演化趋势是中和反应。成矿时热液趋向于弱酸、弱碱或中性。如铀－钼型矿床，pH＝5-5.5；含铀碳酸盐型矿床，pH＝6.5－6.8；五元素和石英－萤石－方解石－沥青铀矿型矿床pH＝5±0.5；我国华南花岗岩型铀矿床pH＝6－8。含铀初始热液的Eh值与成矿时热液的Eh值不同。在不少热液铀矿床中普遍存在赤铁矿，成矿热液中所含的变价元素如铁、硫、铀等大都呈高价态存在。由此推断含铀热液的初始氧化－还原电位应位于SO42-、Fe3+和UO22+的优势场范围内；而且Eh值较高，大约在+0.04－+0.15v之间。但在铀矿沉淀时，热液的Eh值较低，一般在-0.025－-0.450v之间，平均值为-0.180v，表明Eh值降低是铀沉淀成矿的一个重要因素。1）铀的迁移形式3、热液中铀的迁移形式和沉淀机理UO2（CO3）0；UO2（CO3）22-UO2（CO3）34-；UO2F20UO2F3-；UO2F42-UO2OH+；UO2（OH）20UO2SO40；UO2（SO4）22-热液中最可能存在的铀酰络离子有下述十种：各种铀酰络离子的不稳定常数（Kα）络离子Kα（200℃）Kα（150℃）资料来源UO2（CO3）010-12.3910-11.38据HayMOB(1978)UO2（CO3）22－10-18.6710-17.90UO2（CO3）34－10-18.2010-18.90UO2F+10-0.1910-0.20据热力学数据(张祖还等，1984；Robie等，1979)依lnK=-△GoT/RT和△GoT＝△Ho298-T△So298式近似计算UO2F2010-4.1410-3.80UO2F3－10-7.7810-7.57UO2F42－10-9.2610-9.51UO2OH+10-4.2410-3.88UO2（OH）2010-8.9310-8.99UO2SO4010-6.4410-5.59据热力学数据(杨显万等,1983)依lnK=-△GoT/RT式计算UO2（SO4）22－10-8.3610-7.37花岗岩型铀矿床成矿热液中含铀离子的活度份额（陈培荣等，1991）矿床络离子3223023623633612312013701UO2（CO3）010-2.8410-1.8910-2.8910-2.6410-2.6910-2.3210-2.4210-2.97UO2（CO3）22－0.9810.9860.9940.9920.1740.9770.9950.999UO2（CO3）34－10-2.7010-4.8810-3.8610-4.1110-4.3510-4.4510-4.3310-3.78UO2F2010-7.1310-7.0610-7.8110-7.4910-5.7410-6.9210-1.6910-9.63UO2F3－10-3.6410-4.0810-4.2010-3.9710-2.0010-3.4410-4.4910-6.85UO2F42－10-1.8210-2.9010-2.3910-2.250.81410-2.7610-3.0910-5.87UO2OH+10-11.5110-9.8910-11.4010-11.1410-10.9910-10.6410-10.7810-11.48UO2（OH）2010-11.2610-9.4510-10.4610-10.4410-11.2710-10.0910-10.1610-10.46UO2SO4010-7.0210-6.0310-8.4210-7.8910-6.3910-6.9410-7.1910-7.47UO2（SO4）22－10-7.3210-6.7010-9.4710-8.9110-7.1110-7.6610-1.9510-7.41UO22+10-10.3310-9.8810-11.8910-11.3910-9.4910-10.7410-10.9510-12.05（1）成矿热液中UO2（CO3）22-，UO2F42-，UO2（CO3）3-4，UO2F3-的活度较高，其他含铀离子可以忽略不计。（2）绝大多数矿床，铀主要以UO2（CO3）22-形式参与成矿；个别矿床（如361矿床）UO2F42-的形式在成矿作用中占据重要地位。（3）以沥青铀矿－微晶石英型和沥青铀矿－碳酸盐型矿化为主的矿床，成矿热液中UO2（CO3）22-最大；以沥青铀矿－紫黑色萤石型矿化为主的矿床则UO2F42-活度最大。不同矿床含铀离子活度份额的特征：成矿热液中铀的沉淀可以因各种原因引起，但铀沉淀的实质应该归结于六价铀的被还原作用。2）铀的沉淀机理（1）铀迁移形式的变化对铀还原沉淀开始的Eh值有明显影响，UO2(CO3)22-相对于UO2F42-需要更加还原的条件才能被还原成矿。（2）温度降低铀还原沉淀开始的Eh值升高(铀还原沉淀的∆Eh减小)，故降低温度有利于铀从热液中沉淀富集。（3）热液中含铀离子的活度与UO2开始沉淀的Eh值呈正相关关系是含铀离子活度每升高一个数量级，Eh值由0.042v升高（150℃时）至0.047v（200℃时）。（4）热液中CO32-和F-对UO2开始沉淀时Eh值的影响与含铀离子活度的影响在方向上相反，CO32-活度每升高一个数量级，Eh值由0.084v（150℃时）增至0.094v（200℃时），F-活度每升高一个数量级，Eh值由0.168v（150℃时）增至0.188v（200℃时），它们的增高对铀沉淀