铀资源地质学：12变质铀矿床

1、变质铀矿床系指成因上与变质作用有关的铀矿床。 铀的变质成矿主要与区域变质作用和超变质作用关系密切。 变质铀矿床，根据矿床的形成特点，可具体分为两类： 1、受变质铀矿床： 2、变成铀矿床：,第十四章 变质铀矿床 一、概述,1、受变质铀矿床：矿床中铀的富集主要是在变质作用之前形成的，其中大多数是在沉积或成岩阶段形成的。但在变质作用过程中，岩石发生了重结晶作用，铀发生了局部的再分配，并形成某些新的铀矿物和其他共生或伴生矿物。最为明显的特点是，在变质作用过程中，基本上没有铀的带出或带入。属于这一类型的铀矿床有沉积变质型的石英卵石砾岩型铀矿床。,2、变成铀矿床：主要是指在区域变质（包括超变质）作用过程中

2、，特别是在变质作用晚期的变质热液作用下所形成的铀矿床。实际上目前由变质作用直接形成的铀矿床不很典型。过去习惯上将不整合面型铀矿床列入此类，但没有足够的依据。因为澳、加两地区产出的不整合面型铀矿床的形成明显在变质作用之后，而在变质作用过程中矿化并没有达到大规模的富集。属于这一类型的铀矿床有混合岩化钠交代型铀矿床。,变质作用系指地壳形成和发展过程中（包括地壳和上地幔的相互作用），已经形成的岩石，由于地质环境的改变，物理化学条件发生了变化，促使固态岩石发生矿物成分及结构构造的变化，有时伴有化学成分的变化，在特殊条件下，可以产生重熔（溶），形成部分流体相（“岩浆”）的各种作用的总和。 变质作用主要有热

3、力变质作用，动力变质作用，区域变质作用和超变质作用。,二、变质作用中的铀地球化学,1、区域变质作用中的铀地球化学 1）不同变质相带的铀含量变化 研究表明，浅变质带中铀含量较高，随着变质程度加深，铀含量逐渐降低。 随着区域变质程度的加深，岩石中铀、钍含量逐渐降低，这与放射性元素活化并从绿帘角闪岩相、角闪岩相和麻粒岩相发育区向变质程度较浅部位转移有关。在原生陆源沉积的砂岩粘土质岩石发生区域变质过程中，这一规律性表现得尤为明显。,表1 挪威兰居岛不同变质相岩石中铀含量的变化 （据K.S.海尔，J.A.S.亚当斯，1965）,表2阿尔丹前寒武纪的岩石中的平均铀含量（106） （据.叶尔莫拉也夫等，19

4、66）,对铀存在形式的研究表明，在深变质（榴辉岩相和麻粒岩相）岩石中，大部分铀集中于副矿物中，而在浅变质（绿片岩相和绿帘角闪岩相）岩石中，大部分铀分散在造岩矿物（黑云母、长石、石英、绿泥石）中。岩石中钍含量的变化具有与铀相似的特征，但在深变质带中，钍的转移比铀强烈，因而造成钍铀比值降低。 在低级变质过程中铀的活动性比钍强，铀首先发生迁移，造成低级变质岩石的钍铀比值高达7.7；在高级变质作用过程中，钍发生强烈转移，导致岩石的钍铀比值降低。,表3朗基地区不同变质相岩石中的铀、钍含量 （据.叶尔莫拉也夫等，1966）,表4我国某地前震旦系变质岩中铀、钍含量及钍铀比值 （据南京大学地质系，1982），

5、引自张祖还，1984,通过表4分析，可将变质岩中铀、钍分布的地球化学特点归纳如下： 该地古老变质岩基底中铀、钍含量的变化幅度较大，特别是云母片岩中铀含量的变化更为突出（1.5-10.0）106。这在相当大的程度上可能反映出未变质原岩中铀的分布特点。 该地区的变质岩随变质程度加深，即从片岩经片麻岩到榴辉岩，铀含量有逐渐降低的趋势，钍含量变化不太明显，钍铀比值明显升高。这说明在变质作用过程中铀的活动性比钍强，容易发生活化并向温度、压力较低的方向转移。,无论是云台组的混合岩，还是朐山组的混合花岗岩，其铀含量都较一般的岩浆花岗岩为低，但与该区片麻岩中的铀、钍含量十分接近。由此可见，由超变质作用形成的混

6、合岩和混合花岗岩基本上继承了原始变质岩中铀、钍的分布特点。 深变质榴辉岩的铀含量最低，只有0.6 10-6，但经受退变质作用（主要表现为白云母化）的榴辉岩，其铀含量明显升高到（2.0-3.1）10-6，但钍含量的变化却甚微。这表明退变质作用过程中铀的活动性比钍强，这有利于铀的富集。,随着铀在区域变质作用的加强，铀大量从岩石向外带出。铀的带出是随着变质过程中脱水作用，脱气（CO2）作用而进行的。 变质作用中矿物的重结晶作用也是促使铀带出的重要因素之一，矿物的自净清除了吸咐在矿物表面和矿物颗粒间隙之间的铀，使铀活化转移。,2、影响铀在区域变质作用中活化转移的地球化学因素,我国庐枞火山盆地黄梅尖石英

7、正长岩体侵入于侏罗系中，铀含量为13.810-6。围岩为紫红色泥质粉砂岩，铀平均含量为5.4710-6。粉砂岩经接触变质成角岩后，平均含量由5.47降为4.310-6。泥质粉砂岩角岩化后，铀亏损21.4%。某地37号花岗岩体侵入于寒武系八村群中，岩体内接触带花岗岩的平均铀含量为12.5310-6。八村群为泥质粉砂岩、页岩等，平均铀含量为4.8 10-6，围岩经接触变质后形成角岩，其铀含量降为210-6。砂岩、页岩角岩化后，铀亏损约58.3%。 在角岩变质带中，岩石中原有的大部分有机质被破坏，并析出水和二氧化碳。由此推断铀的转移同水和二氧化碳的释放有密切的关系。,超变质作用代表区域进变质作用的最

8、高阶段，导致混合岩化和花岗岩化，并局部形成深熔（再生）花岗岩。 成矿元素在超变质作用中的活动性普遍增强。由于元素地球化学性质的差异，Cr、Co、V、Ti、Mn、Cu等元素从超变质作用中大量迁移带出；而U、Pb、Zn、Ba、Sr、Zr等元素则在超变质作用中发生聚集。,3、超变质作用中的铀地球化学,超变质岩石按其形成方式可分为原地型混合花岗岩（包括混合岩）和异地型深熔（或再生）花岗岩。原地型混合花岗岩的铀含量较低，接近或低于残留的片麻岩（基体）的铀含量，异地型再生花岗岩的铀含量比相应的片麻岩-混合岩的铀含量高1-2倍。例如我国某地前震旦纪朐山组混合花岗岩属原地型混合花岗岩，它们的U（3.7 10-

9、6）和Th（22.4 10-6）含量相似于朐山组片麻岩中的U（3.9 10-6）和Th（22.7 10-6）含量。据别列夫采夫（1980）研究，前苏联乌克兰地盾的麻粒岩相花岗岩的平均铀含量为1.4 10-6，与相应片麻岩的平均铀含量大致相同，而角闪岩相再生花岗岩类岩石的铀含量比麻粒岩相花岗岩的高，平均为3.4 10-6，比相应变质岩的高1.5倍。,铀在超变质作用的不同阶段表现出不同的地球化学特点。 在混合岩化阶段，由于大部分活动铀已在原岩浅变质过程中带出，岩石中铀含量没有显著变化。混合岩中，副矿物是铀的主要载体。 在深熔（再生）花岗岩浆产生阶段，铀的地球化学特征与岩浆作用中的相似，即铀在晚期酸

10、性分异产物-浅色花岗岩和伟晶岩中趋向富集。如果有深源的碱质流体参与超变质作用，当碱质流体在围岩中进行渗透和交代时，碱质流体可以直接从围岩中汲取部分铀，从而造成铀在超变质作用形成的碱交代岩中的相对富集。,区域变质作用引起铀的活化转移。它是使铀在地壳上部初步富集的重要作用，为以后形成铀矿床准备了丰富的铀源，因此可将区域变质作用引起的铀活化转移看作是铀成矿作用的序幕。,石英卵石砾岩型铀矿床发现和开采利用均较早。该类矿床铀品位低，储量大，达数十万吨，且含金、钍和稀有元素，有的矿床金为矿石主要工业组分。在二十世纪50年代和60年代期间，该类型铀矿床是世界最主要工业类型之一。典型的代表矿床为南非维特瓦特斯

11、兰德金铀矿床和加拿大埃利奥特湖铀矿床。,三、石英卵石砾岩型铀矿床的主要特点,1)区域构造位置：分布于太古代克拉通盆地内或克拉通边缘坳陷区，基底强烈褶皱变质，矿化层位为轻微变质的底砾岩层。南非石英卵石砾岩型铀矿床位于南非地盾南部卡普尔地块的内部坳陷盆地中，加拿大石英卵石砾岩型铀矿床位于加拿大地盾苏必利尔太古代造山区南缘。 2)含矿层的地质时代早：为古元古代（2227亿年），矿化赋存于元古界构造层的底部。,3)含矿层位的岩相古地理属陆相河流相，矿化赋存的地形有洼地、河槽、侵蚀沟等，或后来背斜隆起（或高地）之间的向斜坳陷中。 4)矿化岩性为陆源碎屑构成，含矿岩系厚度巨大，变质程度不一。岩性主要有砂岩

12、（部分为石英岩）夹部分页岩，含矿砾岩常常产于不整合面或沉积间断面上。 5)含矿砾岩的物质成分简单，砾岩主要是脉石英和燧石质卵石，胶结物中富含黄铁矿和炭质物，此外还有一部分重砂矿物，如独居石、锆英石等。,6)矿石物质组成较复杂，铀矿物主要为晶质铀矿、钛铀矿、铀钍矿、碳铀矿；伴生矿物主要有黄铁矿及其他硫化物、砷化物、独居石、锆石、金红石、铬铁矿、磁铁矿、钛铁矿、石榴石等；伴生元素有Au、REE、Th等，可综合利用。 铀矿物呈砾岩的碎屑填隙物产出，绝大多数产在砾岩透镜体中，矿化局限在砾岩中及部分石英岩中。,1)本类矿床主要赋存于古老地盾或地台内的沉降带中，与混合岩化作用密切相关。 2)有利的围岩为含

13、铁石英岩、石英岩、云母石英片岩、角闪石片岩，以及白云岩和石墨片岩等，围岩以铁质、镁质和炭质较多为特征。 3)围岩蚀变广泛发育，常见的有钠长石化、赤铁矿化、硅化、绿泥石化、绢云母化、黄铁矿化、碳酸盐化等，既有高温，也有低温，既有碱性热液蚀变，又有酸性热液蚀变等。,四、混合岩化型铀矿床产出条件及矿床特征,4)矿体多受层间破碎带控制，常呈层状，似层状，透镜状，与围岩产状基本一致，产于褶皱轴部的矿体呈不规则状。 5)铀矿物主要有沥青铀矿、晶质铀矿，伴生元素有Fe、Cu、Ni、Zn、Hg、As、Au等，其中有的可综合利用。 6)成矿晚于成岩，具多期多阶段特点。,五、矿床实例-南非维特瓦特斯兰德矿床,维特

14、瓦特斯兰德铀-金矿床，位于南非约翰内斯堡市南部和西南部外围很大的区域内。 该矿床是世界发现最早、规模最大的铀金超大型矿床。矿床平均铀品位为0.024，富矿石铀品位为0.1，总铀储量超过40104t，平均金品位为5-10gt，金储量占世界储量63%，产量占市场经济为主国家及发展中国家73%。 矿床早在1887年发现，到1975年年产金高达700t和总产金35000t。铀矿化只是在1923年从选矿车间发现，1945年开始回收。,矿区地层及含矿主岩 矿区内出露最老地层为太古宙的结晶片岩、片麻岩和花岗岩。组成矿区太古宇结晶基底。其上发育巨厚的古元古代浅变质岩层，其中包括广泛发育的含金铀砾岩层。,元古宙

15、地层在900300km2的维特瓦特斯兰德盆地内自老至新分为： 多米尼昂群，岩性以酸性和基性火山熔岩为主，其中含铀金矿化较少； 维特瓦特斯兰德群，主要为石英岩、砾岩和板岩，是矿区主含矿岩系。 温特斯多普群，以不整合上覆维特瓦特斯兰德群或太古宙岩层之上，岩性以基性火山岩和凝灰岩为主，夹有石英岩和砾岩，底部有含金砾岩，铀金品位低； 德兰士瓦群，由板岩、石英岩和砾岩组成，底部砾岩含低品位的金铀矿化。,金-铀矿化受层位和岩性控制明显。含矿主岩是古元古代石英卵石砾岩，多数的石英卵石的磨圆度好，少数磨圆度较差，它们是在太古宙结晶基底发育区海侵时形成的。铀金在砾石的胶结物或砾石的裂隙中分布。石英砾石粒径为3-

16、6cm。胶结物的含量约占砾岩的2-16，主要矿物为绢云母、绿泥石、白云母、叶蜡石、碳酸盐、碳质物、细粒石英及主要为黄铁矿和磁黄铁矿的微粒金属硫化物矿物。黄铁矿的含量达2-16。从砾岩胶结物成分推测，含矿主岩的变质程度已达绿片岩相。此外，少量铀金矿化分布在黄铁矿化石英岩内，以及在石英岩的胶结物中分布。,图1 维特瓦特斯兰德矿床各矿段分布图 (据B维利奇金) 1覆盖维特瓦特斯兰德岩系的岩系(未分层)；2上维特瓦特斯兰德岩系；3下维特瓦特斯兰德岩系；4多米尼昂里弗岩系；5花岗岩及基底结晶片岩；6维特瓦特斯兰德盆地界限(在年轻盖层之下)；7断层;圆圈中数字表示各矿段：中部兰德；东部兰德、海伊代尔别尔格

17、；罗金斯；西部兰德；远西部兰德；克来克斯多普；奥登达尔斯勒斯,图2 维特瓦特斯兰德矿床铀金矿化与冲积扇及褶皱轴之间的关系 (据DA普雷托里斯) 1梅因里弗里德矿山范围； 2东部有较多AuU富集的河道； 3冲积扇的推断范围； 4梅因里弗和梅因里弗里德露头和潜露头； 5基底花岗岩,图3 列士里戈德矿山横剖面图(据克连杰列夫) 卡鲁系：1煌绿岩墙；2含煤层；3煌绿岩；温特尔斯多普系；4杏仁状熔岩；5玢岩及其凝灰岩；6辉绿岩(下盘矿床)，金伯利艾尔斯堡建造； 7断续矿层带：8石英岩带；9金伯利矿层，10金伯利页岩，门因巴德建造；11杏仁状熔岩；12石英岩；13蓝色细砾岩，14断裂构造,矿石中主要铀矿物

18、有晶质铀矿、沥青铀矿、钍沥青铀矿和钛铀矿，含铀矿物有锆石、独居石、榍石和白钛石。其他金属矿物有铱锇矿、铬铁矿、锡石和黄铁矿及自然金等。晶质铀矿呈椭圆形、圆形和极少量棱角状颗粒，且常呈均匀分布于砾岩胶结物内，或呈葡萄状堆积。晶质铀矿经过长距离的搬运，多呈等粒状，在维特瓦特斯兰德系的砾岩中分布，晶质铀矿常与胶结物中的独居石、铱锇矿、铬铁矿、锡石、锆石、自然金和黄铁矿共生产出，晶质铀矿含钍达1.63-2.7，有时达6.52，含稀土元素达1.0-2.1，远远高于胶状沥青铀矿中的含量。,金以极细小的带棱角颗粒，或不规则自然金的片状体产出，主要在砾岩胶结物中分布。此外还见有细脉状金及充填于两矿物颗粒之间的空隙内，或呈包裹体形式产出的金。在砾石中很少见到金和晶质铀矿，如有也只是呈细脉状产出。金还可以与方钴矿、硫钴矿、方铅矿、黄铜矿及磁黄铁矿一道沉淀富集。 铀金矿石的铀品位低，一般为0.034-0.042，现开采的矿石铀品位在0.1左右，但由于金品位达5-l0gt，综合开采和利用金和铀，仍可保证企业的经济效益。,同位素地质 对下伏的太古宙花岗岩，在德兰士瓦用铷-锶法测得同位素年龄为32亿年0.6亿年(5个样