鈾資源地質(zhì)學(xué)-12變質(zhì)鈾礦床課件

1、 變質(zhì)鈾礦床系指成因上與變質(zhì)作用有關(guān)的鈾礦床。 鈾的變質(zhì)成礦主要與區(qū)域變質(zhì)作用和超變質(zhì)作用關(guān)系密切。 變質(zhì)鈾礦床，根據(jù)礦床的形成特點(diǎn)，可具體分為兩類： 1、受變質(zhì)鈾礦床： 2、變成鈾礦床：第十四章 變質(zhì)鈾礦床一、概述 變質(zhì)鈾礦床系指成因上與變質(zhì)作用有關(guān)的鈾礦床。第十四章 1、受變質(zhì)鈾礦床：礦床中鈾的富集主要是在變質(zhì)作用之前形成的，其中大多數(shù)是在沉積或成巖階段形成的。但在變質(zhì)作用過程中，巖石發(fā)生了重結(jié)晶作用，鈾發(fā)生了局部的再分配，并形成某些新的鈾礦物和其他共生或伴生礦物。最為明顯的特點(diǎn)是，在變質(zhì)作用過程中，基本上沒有鈾的帶出或帶入。屬于這一類型的鈾礦床有沉積變質(zhì)型的石英卵石礫巖型鈾礦床。1、受變

2、質(zhì)鈾礦床：礦床中鈾的富集主要是在變質(zhì)作用之前形成的，2、變成鈾礦床：主要是指在區(qū)域變質(zhì)（包括超變質(zhì)）作用過程中，特別是在變質(zhì)作用晚期的變質(zhì)熱液作用下所形成的鈾礦床。實(shí)際上目前由變質(zhì)作用直接形成的鈾礦床不很典型。過去習(xí)慣上將不整合面型鈾礦床列入此類，但沒有足夠的依據(jù)。因?yàn)榘?、加兩地區(qū)產(chǎn)出的不整合面型鈾礦床的形成明顯在變質(zhì)作用之后，而在變質(zhì)作用過程中礦化并沒有達(dá)到大規(guī)模的富集。屬于這一類型的鈾礦床有混合巖化鈉交代型鈾礦床。2、變成鈾礦床：主要是指在區(qū)域變質(zhì)（包括超變質(zhì)）作用過程中， 變質(zhì)作用系指地殼形成和發(fā)展過程中（包括地殼和上地幔的相互作用），已經(jīng)形成的巖石，由于地質(zhì)環(huán)境的改變，物理化學(xué)條件發(fā)生

3、了變化，促使固態(tài)巖石發(fā)生礦物成分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化，有時(shí)伴有化學(xué)成分的變化，在特殊條件下，可以產(chǎn)生重熔（溶），形成部分流體相（“巖漿”）的各種作用的總和。 變質(zhì)作用主要有熱力變質(zhì)作用，動(dòng)力變質(zhì)作用，區(qū)域變質(zhì)作用和超變質(zhì)作用。 二、變質(zhì)作用中的鈾地球化學(xué) 變質(zhì)作用系指地殼形成和發(fā)展過程中（包括地殼和上地幔1、區(qū)域變質(zhì)作用中的鈾地球化學(xué)1）不同變質(zhì)相帶的鈾含量變化 研究表明，淺變質(zhì)帶中鈾含量較高，隨著變質(zhì)程度加深，鈾含量逐漸降低。 隨著區(qū)域變質(zhì)程度的加深，巖石中鈾、釷含量逐漸降低，這與放射性元素活化并從綠簾角閃巖相、角閃巖相和麻粒巖相發(fā)育區(qū)向變質(zhì)程度較淺部位轉(zhuǎn)移有關(guān)。在原生陸源沉積的砂巖粘土質(zhì)巖石發(fā)

4、生區(qū)域變質(zhì)過程中，這一規(guī)律性表現(xiàn)得尤為明顯。 1、區(qū)域變質(zhì)作用中的鈾地球化學(xué)表1 挪威蘭居島不同變質(zhì)相巖石中鈾含量的變化（據(jù)K.S.海爾，J.A.S.亞當(dāng)斯，1965）巖石類型樣品數(shù)鈾含量（106)淺色片麻巖（角閃巖相）52.5片麻巖（深變質(zhì)角閃巖相）31.22片麻巖（淺變質(zhì)麻粒巖相）50.88二長巖（深變質(zhì)麻粒巖相）30.61帶狀片麻巖（深變質(zhì)麻粒巖相）40.22表1 挪威蘭居島不同變質(zhì)相巖石中鈾含量的變化巖石類型樣品數(shù)表2阿爾丹前寒武紀(jì)的巖石中的平均鈾含量（106）（據(jù).葉爾莫拉也夫等，1966）巖石角閃巖相麻粒巖相片巖和片麻巖2.25（32）1.72（37）變質(zhì)相花崗巖化和重熔產(chǎn)物1.2

5、9（30）1.02（26）表2阿爾丹前寒武紀(jì)的巖石中的平均鈾含量（106）巖 對鈾存在形式的研究表明，在深變質(zhì)（榴輝巖相和麻粒巖相）巖石中，大部分鈾集中于副礦物中，而在淺變質(zhì)（綠片巖相和綠簾角閃巖相）巖石中，大部分鈾分散在造巖礦物（黑云母、長石、石英、綠泥石）中。巖石中釷含量的變化具有與鈾相似的特征，但在深變質(zhì)帶中，釷的轉(zhuǎn)移比鈾強(qiáng)烈，因而造成釷鈾比值降低。 在低級變質(zhì)過程中鈾的活動(dòng)性比釷強(qiáng)，鈾首先發(fā)生遷移，造成低級變質(zhì)巖石的釷鈾比值高達(dá)7.7；在高級變質(zhì)作用過程中，釷發(fā)生強(qiáng)烈轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致巖石的釷鈾比值降低。 對鈾存在形式的研究表明，在深變質(zhì)（榴輝巖相和麻粒巖相）表3朗基地區(qū)不同變質(zhì)相巖石中的鈾、

6、釷含量（據(jù).葉爾莫拉也夫等，1966）綠簾角閃巖相3.4526.487.7角閃巖相1.229.397.7弱麻粒巖相0.88.4.094.6變質(zhì)相U（106）Th(106)Th/U麻粒巖相0.390.392.4表3朗基地區(qū)不同變質(zhì)相巖石中的鈾、釷含量綠簾角閃巖相3.表4我國某地前震旦系變質(zhì)巖中鈾、釷含量及釷鈾比值（據(jù)南京大學(xué)地質(zhì)系，1982），引自張祖還，1984云母片巖3.49.252.72白云母斜長片麻巖1.21.41.17黑云母斜長片麻巖2.87.92.82云母片巖1.51.450.97石英云母片巖10.06.30.63混合片麻巖3.922.75.82榴輝巖0.61.752.92榴輝巖（白

7、云母化）3.11.70.55巖 性地層U(106)Th(106)Th/U云臺(tái)組混合巖2.710.23.8錦屏組白云母斜長片麻巖2.03.51.75朐山組混合花崗巖3.722.46.06侏邊組榴輝巖（白云母化）2.01.70.59表4我國某地前震旦系變質(zhì)巖中鈾、釷含量及釷鈾比值云母片巖3 通過表4分析，可將變質(zhì)巖中鈾、釷分布的地球化學(xué)特點(diǎn)歸納如下： 該地古老變質(zhì)巖基底中鈾、釷含量的變化幅度較大，特別是云母片巖中鈾含量的變化更為突出（1.5-10.0）106。這在相當(dāng)大的程度上可能反映出未變質(zhì)原巖中鈾的分布特點(diǎn)。 該地區(qū)的變質(zhì)巖隨變質(zhì)程度加深，即從片巖經(jīng)片麻巖到榴輝巖，鈾含量有逐漸降低的趨勢，釷含

8、量變化不太明顯，釷鈾比值明顯升高。這說明在變質(zhì)作用過程中鈾的活動(dòng)性比釷強(qiáng)，容易發(fā)生活化并向溫度、壓力較低的方向轉(zhuǎn)移。 通過表4分析，可將變質(zhì)巖中鈾、釷分布的地球化學(xué)特點(diǎn) 無論是云臺(tái)組的混合巖，還是朐山組的混合花崗巖，其鈾含量都較一般的巖漿花崗巖為低，但與該區(qū)片麻巖中的鈾、釷含量十分接近。由此可見，由超變質(zhì)作用形成的混合巖和混合花崗巖基本上繼承了原始變質(zhì)巖中鈾、釷的分布特點(diǎn)。 深變質(zhì)榴輝巖的鈾含量最低，只有0.6 10-6，但經(jīng)受退變質(zhì)作用（主要表現(xiàn)為白云母化）的榴輝巖，其鈾含量明顯升高到（2.0-3.1）10-6，但釷含量的變化卻甚微。這表明退變質(zhì)作用過程中鈾的活動(dòng)性比釷強(qiáng)，這有利于鈾的富集。

9、 無論是云臺(tái)組的混合巖，還是朐山組的混合花崗巖，其 隨著鈾在區(qū)域變質(zhì)作用的加強(qiáng)，鈾大量從巖石向外帶出。鈾的帶出是隨著變質(zhì)過程中脫水作用，脫氣（CO2）作用而進(jìn)行的。 變質(zhì)作用中礦物的重結(jié)晶作用也是促使鈾帶出的重要因素之一，礦物的自凈清除了吸咐在礦物表面和礦物顆粒間隙之間的鈾，使鈾活化轉(zhuǎn)移。2、影響鈾在區(qū)域變質(zhì)作用中活化轉(zhuǎn)移的地球化學(xué)因素 隨著鈾在區(qū)域變質(zhì)作用的加強(qiáng)，鈾大量從巖石向外帶出。鈾的 我國廬樅火山盆地黃梅尖石英正長巖體侵入于侏羅系中，鈾含量為13.810-6。圍巖為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，鈾平均含量為5.4710-6。粉砂巖經(jīng)接觸變質(zhì)成角巖后，平均含量由5.47降為4.310-6。泥質(zhì)粉砂巖

10、角巖化后，鈾虧損21.4%。某地37號花崗巖體侵入于寒武系八村群中，巖體內(nèi)接觸帶花崗巖的平均鈾含量為12.5310-6。八村群為泥質(zhì)粉砂巖、頁巖等，平均鈾含量為4.8 10-6，圍巖經(jīng)接觸變質(zhì)后形成角巖，其鈾含量降為210-6。砂巖、頁巖角巖化后，鈾虧損約58.3%。 在角巖變質(zhì)帶中，巖石中原有的大部分有機(jī)質(zhì)被破壞，并析出水和二氧化碳。由此推斷鈾的轉(zhuǎn)移同水和二氧化碳的釋放有密切的關(guān)系。 我國廬樅火山盆地黃梅尖石英正長巖體侵入于侏羅系中， 超變質(zhì)作用代表區(qū)域進(jìn)變質(zhì)作用的最高階段，導(dǎo)致混合巖化和花崗巖化，并局部形成深熔（再生）花崗巖。 成礦元素在超變質(zhì)作用中的活動(dòng)性普遍增強(qiáng)。由于元素地球化學(xué)性質(zhì)的

11、差異，Cr、Co、V、Ti、Mn、Cu等元素從超變質(zhì)作用中大量遷移帶出；而U、Pb、Zn、Ba、Sr、Zr等元素則在超變質(zhì)作用中發(fā)生聚集。 3、超變質(zhì)作用中的鈾地球化學(xué) 超變質(zhì)作用代表區(qū)域進(jìn)變質(zhì)作用的最高階段，導(dǎo)致混合巖 超變質(zhì)巖石按其形成方式可分為原地型混合花崗巖（包括混合巖）和異地型深熔（或再生）花崗巖。原地型混合花崗巖的鈾含量較低，接近或低于殘留的片麻巖（基體）的鈾含量，異地型再生花崗巖的鈾含量比相應(yīng)的片麻巖-混合巖的鈾含量高1-2倍。例如我國某地前震旦紀(jì)朐山組混合花崗巖屬原地型混合花崗巖，它們的U（3.7 10-6）和Th（22.4 10-6）含量相似于朐山組片麻巖中的U（3.9 10

12、-6）和Th（22.7 10-6）含量。據(jù)別列夫采夫（1980）研究，前蘇聯(lián)烏克蘭地盾的麻粒巖相花崗巖的平均鈾含量為1.4 10-6，與相應(yīng)片麻巖的平均鈾含量大致相同，而角閃巖相再生花崗巖類巖石的鈾含量比麻粒巖相花崗巖的高，平均為3.4 10-6，比相應(yīng)變質(zhì)巖的高1.5倍。 超變質(zhì)巖石按其形成方式可分為原地型混合花崗巖（包括混合 鈾在超變質(zhì)作用的不同階段表現(xiàn)出不同的地球化學(xué)特點(diǎn)。 在混合巖化階段，由于大部分活動(dòng)鈾已在原巖淺變質(zhì)過程中帶出，巖石中鈾含量沒有顯著變化?；旌蠋r中，副礦物是鈾的主要載體。 在深熔（再生）花崗巖漿產(chǎn)生階段，鈾的地球化學(xué)特征與巖漿作用中的相似，即鈾在晚期酸性分異產(chǎn)物-淺色花

13、崗巖和偉晶巖中趨向富集。如果有深源的堿質(zhì)流體參與超變質(zhì)作用，當(dāng)堿質(zhì)流體在圍巖中進(jìn)行滲透和交代時(shí)，堿質(zhì)流體可以直接從圍巖中汲取部分鈾，從而造成鈾在超變質(zhì)作用形成的堿交代巖中的相對富集。 鈾在超變質(zhì)作用的不同階段表現(xiàn)出不同的地球化學(xué)特點(diǎn)。 區(qū)域變質(zhì)作用引起鈾的活化轉(zhuǎn)移。它是使鈾在地殼上部初步富集的重要作用，為以后形成鈾礦床準(zhǔn)備了豐富的鈾源，因此可將區(qū)域變質(zhì)作用引起的鈾活化轉(zhuǎn)移看作是鈾成礦作用的序幕。 區(qū)域變質(zhì)作用引起鈾的活化轉(zhuǎn)移。它是使鈾在地殼上部初步富 石英卵石礫巖型鈾礦床發(fā)現(xiàn)和開采利用均較早。該類礦床鈾品位低，儲(chǔ)量大，達(dá)數(shù)十萬噸，且含金、釷和稀有元素，有的礦床金為礦石主要工業(yè)組分。在二十世紀(jì)5

14、0年代和60年代期間，該類型鈾礦床是世界最主要工業(yè)類型之一。典型的代表礦床為南非維特瓦特斯蘭德金鈾礦床和加拿大埃利奧特湖鈾礦床。 三、石英卵石礫巖型鈾礦床的主要特點(diǎn) 石英卵石礫巖型鈾礦床發(fā)現(xiàn)和開采利用均較早。該類礦床鈾品 1)區(qū)域構(gòu)造位置：分布于太古代克拉通盆地內(nèi)或克拉通邊緣坳陷區(qū)，基底強(qiáng)烈褶皺變質(zhì)，礦化層位為輕微變質(zhì)的底礫巖層。南非石英卵石礫巖型鈾礦床位于南非地盾南部卡普爾地塊的內(nèi)部坳陷盆地中，加拿大石英卵石礫巖型鈾礦床位于加拿大地盾蘇必利爾太古代造山區(qū)南緣。 2)含礦層的地質(zhì)時(shí)代早：為古元古代（2227億年），礦化賦存于元古界構(gòu)造層的底部。 1)區(qū)域構(gòu)造位置：分布于太古代克拉通盆地內(nèi)或克拉

15、通邊 3)含礦層位的巖相古地理屬陸相河流相，礦化賦存的地形有洼地、河槽、侵蝕溝等，或后來背斜隆起（或高地）之間的向斜坳陷中。 4)礦化巖性為陸源碎屑構(gòu)成，含礦巖系厚度巨大，變質(zhì)程度不一。巖性主要有砂巖（部分為石英巖）夾部分頁巖，含礦礫巖常常產(chǎn)于不整合面或沉積間斷面上。 5)含礦礫巖的物質(zhì)成分簡單，礫巖主要是脈石英和燧石質(zhì)卵石，膠結(jié)物中富含黃鐵礦和炭質(zhì)物，此外還有一部分重砂礦物，如獨(dú)居石、鋯英石等。 3)含礦層位的巖相古地理屬陸相河流相，礦化賦存的地形有洼 6)礦石物質(zhì)組成較復(fù)雜，鈾礦物主要為晶質(zhì)鈾礦、鈦鈾礦、鈾釷礦、碳鈾礦；伴生礦物主要有黃鐵礦及其他硫化物、砷化物、獨(dú)居石、鋯石、金紅石、鉻鐵礦

16、、磁鐵礦、鈦鐵礦、石榴石等；伴生元素有Au、REE、Th等，可綜合利用。 鈾礦物呈礫巖的碎屑填隙物產(chǎn)出，絕大多數(shù)產(chǎn)在礫巖透鏡體中，礦化局限在礫巖中及部分石英巖中。 6)礦石物質(zhì)組成較復(fù)雜，鈾礦物主要為晶質(zhì)鈾礦、鈦鈾礦、 1)本類礦床主要賦存于古老地盾或地臺(tái)內(nèi)的沉降帶中，與混合巖化作用密切相關(guān)。 2)有利的圍巖為含鐵石英巖、石英巖、云母石英片巖、角閃石片巖，以及白云巖和石墨片巖等，圍巖以鐵質(zhì)、鎂質(zhì)和炭質(zhì)較多為特征。 3)圍巖蝕變廣泛發(fā)育，常見的有鈉長石化、赤鐵礦化、硅化、綠泥石化、絹云母化、黃鐵礦化、碳酸鹽化等，既有高溫，也有低溫，既有堿性熱液蝕變，又有酸性熱液蝕變等。 四、混合巖化型鈾礦床產(chǎn)出

17、條件及礦床特征 1)本類礦床主要賦存于古老地盾或地臺(tái)內(nèi)的沉降帶中，與 4)礦體多受層間破碎帶控制，常呈層狀，似層狀，透鏡狀，與圍巖產(chǎn)狀基本一致，產(chǎn)于褶皺軸部的礦體呈不規(guī)則狀。 5)鈾礦物主要有瀝青鈾礦、晶質(zhì)鈾礦，伴生元素有Fe、Cu、Ni、Zn、Hg、As、Au等，其中有的可綜合利用。 6)成礦晚于成巖，具多期多階段特點(diǎn)。 4)礦體多受層間破碎帶控制，常呈層狀，似層狀，透鏡狀五、礦床實(shí)例-南非維特瓦特斯蘭德礦床 維特瓦特斯蘭德鈾-金礦床，位于南非約翰內(nèi)斯堡市南部和西南部外圍很大的區(qū)域內(nèi)。 該礦床是世界發(fā)現(xiàn)最早、規(guī)模最大的鈾金超大型礦床。礦床平均鈾品位為0.024，富礦石鈾品位為0.1，總鈾儲(chǔ)量

18、超過40104t，平均金品位為5-10gt，金儲(chǔ)量占世界儲(chǔ)量63%，產(chǎn)量占市場經(jīng)濟(jì)為主國家及發(fā)展中國家73%。 礦床早在1887年發(fā)現(xiàn)，到1975年年產(chǎn)金高達(dá)700t和總產(chǎn)金35000t。鈾礦化只是在1923年從選礦車間發(fā)現(xiàn)，1945年開始回收。 五、礦床實(shí)例-南非維特瓦特斯蘭德礦床 維特瓦特斯蘭德鈾 礦區(qū)地層及含礦主巖 礦區(qū)內(nèi)出露最老地層為太古宙的結(jié)晶片巖、片麻巖和花崗巖。組成礦區(qū)太古宇結(jié)晶基底。其上發(fā)育巨厚的古元古代淺變質(zhì)巖層，其中包括廣泛發(fā)育的含金鈾礫巖層。 礦區(qū)地層及含礦主巖 礦區(qū)內(nèi)出露最老地層為太古宙的結(jié)晶片 元古宙地層在900300km2的維特瓦特斯蘭德盆地內(nèi)自老至新分為： 多米尼

19、昂群，巖性以酸性和基性火山熔巖為主，其中含鈾金礦化較少； 維特瓦特斯蘭德群，主要為石英巖、礫巖和板巖，是礦區(qū)主含礦巖系。 溫特斯多普群，以不整合上覆維特瓦特斯蘭德群或太古宙巖層之上，巖性以基性火山巖和凝灰?guī)r為主，夾有石英巖和礫巖，底部有含金礫巖，鈾金品位低； 德蘭士瓦群，由板巖、石英巖和礫巖組成，底部礫巖含低品位的金鈾礦化。 元古宙地層在900300km2的維特瓦特斯蘭德盆地內(nèi) 金-鈾礦化受層位和巖性控制明顯。含礦主巖是古元古代石英卵石礫巖，多數(shù)的石英卵石的磨圓度好，少數(shù)磨圓度較差，它們是在太古宙結(jié)晶基底發(fā)育區(qū)海侵時(shí)形成的。鈾金在礫石的膠結(jié)物或礫石的裂隙中分布。石英礫石粒徑為3-6cm。膠結(jié)物

20、的含量約占礫巖的2-16，主要礦物為絹云母、綠泥石、白云母、葉蠟石、碳酸鹽、碳質(zhì)物、細(xì)粒石英及主要為黃鐵礦和磁黃鐵礦的微粒金屬硫化物礦物。黃鐵礦的含量達(dá)2-16。從礫巖膠結(jié)物成分推測，含礦主巖的變質(zhì)程度已達(dá)綠片巖相。此外，少量鈾金礦化分布在黃鐵礦化石英巖內(nèi)，以及在石英巖的膠結(jié)物中分布。 金-鈾礦化受層位和巖性控制明顯。含礦主巖是古元古代石英卵圖1 維特瓦特斯蘭德礦床各礦段分布圖(據(jù)B維利奇金)1覆蓋維特瓦特斯蘭德巖系的巖系(未分層)；2上維特瓦特斯蘭德巖系；3下維特瓦特斯蘭德巖系；4多米尼昂里弗巖系；5花崗巖及基底結(jié)晶片巖；6維特瓦特斯蘭德盆地界限(在年輕蓋層之下)；7斷層;圓圈中數(shù)字表示各礦

21、段：中部蘭德；東部蘭德、海伊代爾別爾格；羅金斯；西部蘭德；遠(yuǎn)西部蘭德；克來克斯多普；奧登達(dá)爾斯勒斯圖1 維特瓦特斯蘭德礦床各礦段分布圖圖2 維特瓦特斯蘭德礦床鈾金礦化與沖積扇及褶皺軸之間的關(guān)系 (據(jù)DA普雷托里斯)1梅因里弗里德礦山范圍；2東部有較多AuU富集的河道；3沖積扇的推斷范圍；4梅因里弗和梅因里弗里德露頭和潛露頭；5基底花崗巖圖2 維特瓦特斯蘭德礦床鈾金礦化與沖積扇及褶皺軸之間的關(guān)系圖3 列士里戈德礦山橫剖面圖(據(jù)克連杰列夫)卡魯系：1煌綠巖墻；2含煤層；3煌綠巖；溫特爾斯多普系；4杏仁狀熔巖；5玢巖及其凝灰?guī)r；6輝綠巖(下盤礦床)，金伯利艾爾斯堡建造；7斷續(xù)礦層帶：8石英巖帶；9金伯利礦層，10金伯利頁巖，門因巴德建造；11杏仁狀熔巖；12石英巖；13藍(lán)色細(xì)礫巖，14斷裂構(gòu)造圖3 列士里戈德礦山橫剖面圖(據(jù)克連杰列夫) 礦石中主要鈾礦物有晶質(zhì)鈾礦、瀝青鈾礦、釷瀝青鈾礦和鈦鈾礦，含鈾礦物有鋯石、獨(dú)居石、榍石和白鈦石。其他金屬礦物有銥鋨礦、鉻鐵礦、錫石和黃鐵礦及自然金等。晶質(zhì)鈾礦呈橢圓形、圓形和極少量棱角狀顆粒，且常呈均勻分布于礫巖膠結(jié)物內(nèi)，或呈葡萄狀堆積。晶質(zhì)鈾礦經(jīng)過長距離的搬運(yùn)，多呈等粒狀，在維特瓦特斯蘭德系的礫巖中分布，晶質(zhì)鈾礦常與膠結(jié)物中的獨(dú)居石、銥鋨礦、鉻鐵礦、錫石、鋯石、