【正文】 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 。 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 120 104tU3O8），都是超大型鈾礦床。 熱液鈾礦床概念及一般特征 1） 礦石品位較高 。 一般礦床品位大于 %， 加拿大的 Cigar Lake礦床礦石品位高達(dá) %和 McArthur River礦床 礦石品位 平均 %U3O8（ 不整合面型 ） 。 熱液鈾礦床通常具有下述基本特點(diǎn)： 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： ① 礦體與圍巖界線清楚； ② 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； ③ 熱液鈾礦床成礦溫度以中低溫為主； ④ 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 。 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階段性，熱液具多源性，礦床成因復(fù)雜。 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 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 。 ① 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 。 含鈾熱液的化學(xué)成分 二、熱液作用中鈾的地球化學(xué) ② 離子組分。 Na＋ 、 K＋ 、 Ca2＋ 、 Mg2＋ 、 Al3＋等，以及 CO3 HCO SO4 F、 Cl、 H4SiOHS、 S2等。 ③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。 ④氣體組分。 CO CO、 H2S、 CH HF、HCl、 O2等分子。 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； 300－ 200℃ 為中溫； 200－ 40℃ 為低溫階段 。 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： 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 200－100℃ ， 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 280－120℃ ， 平均為 200℃ 。 熱液鈾礦床的溫度變化規(guī)律： 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℃ /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： 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 240－ 360℃ ； 瀝青鈾礦為 120－ 250℃ 。 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－方解石型溫度較低，其他類型居中。 熱液鈾礦床的溫度變化規(guī)律： 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。 可以從礦前的 (20－ 15) 107Pa降至礦后期的 (20－ 5) 106Pa。 主要鈾礦物的沉淀壓力為 (9－ 3) 107Pa，成礦是在熱液降壓的過(guò)程中發(fā)生的。 2）成礦壓力 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) 1 108Pa； 鈾－砷化物型和鈾－硫化物型礦床形成壓力較小為 (13－ 40) 106Pa，有的超過(guò) 5 107Pa，但不超過(guò) 1 108Pa； 汞－鈾型礦床形成的深度和壓力最小 。 2）成礦壓力 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) 2 108Pa， 但鈾礦床形成的壓力多在1 108Pa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 。 Na2[UO2(CO3)2]+H2O+2e→UO2↓+Na2CO3+2OH－ +CO2↑ UO2(CO3)22+H2O+2e→UO2↓+CO32+CO2↑+2OH－ 2）成礦壓力 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)基本類型 。 酸性熱液 以富含 F、 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 2－ 。 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 。 含鈾熱液的物理－化學(xué)條件 堿性熱液 以富含 HCO CO32和堿金屬離子 Na+、K+為其特征，初始溶液的 pH值可達(dá) 8－ 10。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。 含鈾熱液的物理－化學(xué)條件 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， pH＝ ；含鈾碳酸鹽型礦床， pH＝ － ；五元素建造和石英－螢石－方解石－瀝青鈾礦型礦床， pH＝ 5177。 ；華南花崗巖型鈾礦床， pH＝ 6－ 8。 含鈾熱液酸堿性質(zhì)（ pH）的演化特點(diǎn)： 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－還原電位 Eh值較高 ， 大約在 +－ + 。 鈾礦沉淀時(shí) ， 熱液的 Eh值較低 ， 一般在 － ， 平均值為 。 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)： 含鈾熱液的物理－化學(xué)條件 1） 鈾的遷移形式 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)（ Kα） 絡(luò)離子 Kα（ 200℃ ） Kα（ 150℃ ） 資料來(lái)源 UO2（ CO3） 0 10 據(jù) HayMOB(1978) UO2（ CO3） 22－ UO2（ CO3） 34－ UO2F+ 據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù) (張祖還等 ， 1984； Robie等 ， 1979) 依 lnK=△ GoT/RT和 △ GoT＝△ Ho298T△ So298 式近似計(jì)算 UO2F20 U