铀矿地质3教材

根据分类目的，分类原则和解决问题的实质，矿床分类有：工业分类；勘探分类；成因分类。铀矿床及铀地化铀矿床的分类按成矿作用和成矿温度划分；按地质－构造环境；以含矿主岩为分类基础；以成矿物质来源为分类的基本准则等等。近五十年来，至少出现了四十多种铀矿床的成因分类。铀矿床分类的依据有：

铀矿床分类的合理程度决定于它是否能概括和反映客观实际。合理的分类应该是既不过于简单，也不过于复杂，而且分类中应有统一的标准。铀矿床的最早分类见于1946年由前苏联学者谢尔宾纳和谢尔巴科夫提出，铀矿床的成因具体分类可参阅有关文献。铀矿床分类的要求：现在采用的铀矿床分类：以含矿主岩岩性为依据的主要工业铀矿床分类，从成因方面作为分类依据已经逐渐不被看重。国际原子能机构、以及一些国际机构和有关学者，常把矿床的围岩作为主要的分类标志。如把主要工业铀矿床分为白岗岩型、石英卵石砾岩型、砂岩型等。或据工业类型进行分类，或强调其形态，如脉型；或强调其产出的独特的地质环境，如不整合面型。

自上世纪70年代开始，采用了类似的分类方案，把主要工业铀矿床归纳为“四大类型”，即花岗岩型、火山岩型、砂岩型和碳硅泥岩型。我国铀矿床的分类：1.不整合－接触型与元古代不整合面有关；与显生宙不整合面有关。2.准不整合－浅变质无钠长石化；钠长石化。3.脉型与花岗岩有关；与花岗岩无关。4.砂岩板状/准整合型；卷锋型（或卷状型）；构造－岩性。5.塌陷角砾岩筒型。国际原子能机构推荐的分类方案之一：6.表生型钙质壳型（非成土型）；泥炭和沼泽型；喀斯特溶洞型；表生成土和构造充填型。7.石英－卵石砾岩型以铀为主，伴有稀土元素；以金为主，金含量大于铀。8.角砾杂岩型。9.侵入岩型白岗岩；花岗岩－二长岩型；碳酸岩型；过碱性正长岩；伟晶岩型。10.磷块岩型磷酸盐层；残余磷块岩砾岩（佛罗里达型）。11.火山岩型构造控制亚型；地层控制亚型。12.交代岩型交代花岗岩型；交代变沉积岩型。13.同变质期型。14.褐煤型层状；裂隙/节理充填。15.黑色页岩型沥青质腐泥；腐殖质/柯姆煤。以成因分类为主线，结合含矿主岩和矿床工业价值进行分类，具体划分如下：

内生铀矿床：岩浆铀矿床；伟晶岩型铀矿床；热液铀矿床；花岗岩型铀矿床；火山岩型铀矿床；不整合面型铀矿床；交代型铀矿床；角砾杂岩型铀矿床。

外生铀矿床：砂岩型铀矿床；碳硅泥岩型铀矿床；蒸发岩型铀矿床。

变质铀矿床：石英卵石砾岩型铀矿床。本书采用铀矿床分类：第三章岩浆铀矿床一、概述二、岩浆作用中的铀地球化学

三、岩浆铀矿床成矿地质条件及矿床一般特征

一、概述概念：岩浆铀矿床又称侵入体内型或正岩浆铀矿床。系指通过岩浆结晶分异作用直接富集形成的铀矿床。

岩浆铀矿床的特征：矿石品位不高，围岩与矿体界线不清，成矿与成岩同时发生或接续形成，成矿温度、压力较其他成因类型的铀矿床高，成矿作用单一。

岩浆铀矿床的划分（按产出围岩）：

①产于酸性岩中的铀矿床②产于碱性岩中的铀矿床目前开采的岩浆铀矿床产于酸性岩中的铀矿床。产于碱性岩中的铀矿床，目前还不能称之为矿床，只能作为潜在的铀资源。产于酸性岩的纳米比亚的罗辛（Rossing）矿床，主岩为伟晶状白岗岩体，矿床规模达14×104t（U3O8）。我国红石泉矿床，主岩为白岗岩，矿床规模中等。产于碱性岩体的铀矿化，有南格陵兰伊利莫萨克的钠质霞石正长岩，巴西塞尔卡多霞石正长岩、丁古岩和我国辽宁赛马岩体的霓霞正长岩等碱性杂岩。典型的岩浆铀矿床类型：二、岩浆作用中的铀地球化学

铀在岩浆岩中的变化是从超基性岩到酸性岩逐渐升高。酸性火成岩的全球丰度值为（3.5-4.8）×10-6；中性火成岩的全球丰度值为（1.6-2.0）×10-6；基性岩的全球丰度值为（0.5-0.8）×10-6；超基性岩的全球丰度值为（0.003-0.066）×10-6。1、超基性岩类和基性岩类的铀地球化学特征据GabelmanJ.W(1977)，地幔的平均铀含量为1.5×10-8，钍含量4.5×10-8，Th/U为2～4。在超基性岩和基性岩中，成矿元素主要是Cr、Ni、Co、Fe、Ti、V、P等，还有亲硫元素：Cu、Pb、Zn、Mo、Se、Te。

铀是大离子亲石元素，和地幔成分岩浆不相容。铀在地幔分熔中向低熔组分玄武岩中聚集，导致难熔组份超基性岩相对更贫铀，含铀相差达1—2个数量级。1）铀是大离子亲石元素，与地幔岩中铁镁造岩矿物具不相容性通过去水、去气，矿物相转变等多种地质作用，元素重新改组。在这一地质作用过程中，铀属于清除对象，挤兑出来的铀随大量的挥发份流体分散在地幔中，随着地幔的再次分熔和地幔楔的形成，生成异常和富集地幔。

2）大洋地壳的形成与消亡，铀从地幔分离、富集再转入地幔再循环

形成富铀地幔富集（U）地幔有二种类型：一类是富高场强元素型；另一类是贫高场强元素。

贫高场强元素的富集地幔源区被认为是铀成矿省的有利区。3）富集（U）地幔二大类型：富高场强元素型和贫高场强元素型大洋拉斑玄武岩0.100.181.8立本等，1956夏威夷拉斑玄武岩0.180.694.0海尔等，1964日本的拉斑玄武岩0.150.191.6海尔和罗杰斯，1963日本的高铝玄武岩0.220.783.7海尔和罗杰斯，1963夏威夷碱性玄武岩0.993.93.7海尔等，1964玄武岩U(×10-6)Th(×10-6)Th/U资料来源日本碱性—橄榄玄武岩0.53

3.9

7.6海尔和罗杰斯，19634）基性火山岩的铀含量特点各类玄武岩铀、钍含量及钍铀比值铀、钍含量按拉斑玄武岩→高铝玄武岩→碱性玄武岩的顺序增高。

玄武岩类的铀、钍含量有从海洋向大陆随着岩石中的钾质增高而逐渐增高的趋势。铀在各类玄武岩中的含量变化特点：酸性岩类以富集亲石元素为代表。富集大离子亲石元素K、Rb、Cs、Sr、Ba、Th、U、Ce、Pr和富轻稀土元素。酸性岩与铀的成矿关系密切。

2、酸性岩类的铀地球化学特征

华南成矿省中产铀岩体和产铀火山盆地中火山岩铀含量一般(10-20)×10-6；

加拿大魁北克约翰比茨地区的部分花岗岩，铀含量达70×10-6；

尼日利亚卡弗谷钠长-钠闪花岗岩，铀含量100×10-6；

纳米比亚的产铀白岗岩，铀含量0.02-0.04%。酸性岩类的铀含量为(3.5-4.8)×10－6，花岗岩中铀含量变化较大，比正常丰度值高出很多。1）花岗岩中铀的含量及分布特征

铀多富集于暗色矿物黑云母及副矿物，诸如锆石、磁铁矿、钛铁矿、黄铁矿中。

浅色矿物的铀含量不高，低于岩体的平均铀含量，但由于浅色矿物总量大，所以其占全岩铀含量的分额也大。1）花岗岩中铀的含量及分布特征以诸广、桃山产铀岩体研究的成果为例：2）铀、钍在花岗岩浆演化过程中地球化学行为桃

山黄铁矿5

398.80

541.401.359石英8

3.63

4.751.310钾长石13

9.62

8.150.261斜长石13

13.39

8.390.593黑云母27

47.53

125.372.638磁铁矿15

47.27

243.605.153钛铁矿5

237.80

383.001.611锆石13

3026.00

3252.001.075黄铁矿4

262.50

51.750.1197石英7

7.00

8.141.163钾长石12

11.00

6.660.645斜长石11

2.73

15.465.670黑云母6

23.23

141.670.071钛铁矿3

269.00

383.301.425岩体矿物种类样品数U（×10-6）Th（×10-6）

Th/U

诸

广

锆石

15

2190.60

1779.80

0.744桃山、诸广复式岩体中单矿物铀、钍含量一览表铀、钍在各种单矿物中的含量变化较大，出现两个富集高峰。

早结晶的副矿物和暗色矿物的铀、钍含量高；

中、晚阶段晶出的长石、石英的铀、钍含量均低；晚阶段晶出的黄铁矿的铀含量又偏高。

相对来说，钍含量增高幅度比铀小，这反映了铀在岩石结晶阶段含量是由高→降低→升高变化。①铀、钍在花岗岩单矿物中的丰度桃山

第三阶段补细粒二云母花岗岩22

20主细粒少斑黑云母花岗岩181342补中细粒二云母花岗岩171828第一阶段补中粒二云母花岗岩381734主中粗粒斑状黑云母花岗岩70840补细粒二云母花岗岩12237第二阶段补中细粒二云母花岗岩3

148主中粒斑状黑云母花岗岩41828补中粒二云母花岗岩41922地区侵入期侵入阶段

岩性样品数UTh印支│燕山期第二阶段主中粒斑状黑云母花岗岩

301034诸广

第三阶段主细粒少斑黑云母花岗岩

12

1639第一阶段主中粗粒斑状黑云母花岗岩

47

18

20桃山、诸广复式岩体U、Th丰度特征随花岗岩浆向超酸、偏碱、铝过饱和、少铁、钙的演化过程，铀丰度有增长的趋势；

钍丰度则相反，有降低的趋势。

铀的地球化学行为是亲酸、亲碱，既有随钾增高的趋势，也有随钠增高的趋势。②铀、钍在花岗岩浆演化中的丰度变化含量(%)桃

山第三阶段补

4

76.38

2.36

1.83

0.13主1

80.80

2.49

1.70

0.08补3

74.92

5.13

1.33

0.08第一阶段补

11

75.76

2.44

1.36

0.10主12

76.02

4.64

1.81

0.15补2

79.08

2.90

1.39

0.055第二阶段补

2

74.05

0.47

1.985

0.11主

－－－－－－－－补2

77.71

2.37

1.38

0.02地区侵入期侵入阶段次样数UThPbCa印支燕山期

第二阶段主5

73.70

7.17

1.400.016诸

广第三阶段主2

78.56

4.22

1.76

0.04第一阶段主

4

77.17

5.20

2.130.03桃山、诸广岩体（中段）晶质铀矿电子探针资料晶质铀矿形成有两种情况：A、花岗岩的铀丰度值较小，在黑云母花岗岩中一般不出现晶质铀矿，或晶质铀矿主要在其边缘或顶部相的二云母花岗岩中；

B、铀的丰度值较高，则晶质铀矿较普遍出现在黑云母花岗岩中。

晶质铀矿富集条件显示出铀既有超酸、偏碱演化而富集成独立矿物的地球化学行为，也有在较高铀丰度下在岩浆早期形成独立矿物的地球化学属性。③晶质铀矿特征与铀、钍地球化学行为铀在花岗岩中呈铀矿物、类质同象及分散吸咐3种存在形式。3）花岗岩中铀的存在形式铀矿物形式：如晶质铀矿、方钍石、铌铁矿、钛铀矿、褐钇铌矿、黑稀金矿、复稀金矿、易解石、铌钛铀矿、铈铀钛铁矿、烧绿石等。类质同象置换：如褐钆铌矿、方钍石、黑稀金矿、复稀金矿、烧绿石，以及硅酸盐副矿物如锆石、榍石、磷钇矿等矿物。分散吸附状态：有一定数量的铀呈分散吸附状态分布于造岩矿物中。分散吸附状态的铀包括矿物晶面、解理面、晶缝裂隙表面等吸附的铀，以及矿物气－液包裹体中和粒间溶液中的铀等。3、碱性岩类的铀地球化学特征里特曼指数=(K2O+Na2O)2/SiO2-43里特曼指数>4为碱性岩；里特曼指数<4为钙碱性岩碱性岩通常为SiO2含量趋于中性岩52—65%（多为52—55%），K2O+Na2O含量约12%左右，含有大量挥发组分F、Cl、CO2，Nb、Ta、Zr、Tr、U、Th元素含量高，SiO2不饱和的过碱性中性岩类。铀含量：各碱性岩比钙碱性系列同类岩石高。如碱性超基性岩的含铀量为1.9×10－6，而钙碱性系列超基性岩含铀量为0.0n×10－6；碱性辉长岩类含铀量为2.85×10－6，而钙碱性辉长岩含铀量为0.2×10－6；碱性花岗岩的含铀量为8.9—11.3×10－6，比钙碱性花岗岩的3.5—4.8×10－6高出许多。1）碱性岩中铀的分布特征碱性岩建造的平均铀含量（10－6）碱性超基性岩类2.7(7)1.5(6)0.6(3)

—30(3)1.90(13)碱性辉长岩类1.7(8)3.1(20)

—

——2.85(24)碱性花岗岩类

—3.7(31)3.1(8)8.9(2)34.4(3)3.70(32)碱性玄武岩类4.3(5)5.7(23)5.0(14)11.3(3)50(1)5.20(25)建造霞斜岩,正长辉石岩,霓霞－磷霞岩霞石正长岩碱性正长岩碱性花岗岩碱交代岩平均含量平均含量2.5(20)4.0(80)3.9(25)10.4(5)34.8(7)

﹡括弧中的数值为岩体的个数碱性火山岩中铀偏高，Th增长比铀明显，Th/U比值均大于3.3（地壳中花岗岩比值），4.0(玄武岩比值)。南格陵兰伊利莫萨克菱黑稀土矿-异霞正长岩中U为360×10－6，Th（540-680）×10－6；前苏联某地，霞石正长岩中U62×10－6，Th38×10－6；挪威斯特耶诺伊的霞石正长岩U0.09×10－6，Th0.55×10－6；中国赛马碱性岩体U22.4×10－6，Th56.8×10－6。碱性岩的铀、钍比值及含量变化：铀主要富集在晚期阶段形成的岩体中。如科拉半岛洛沃捷尔的钠质火成岩类中的霞石正长岩体，早期U11×10-6，Th19×10-6；中期U16×10-6，Th（15－100）×10-6；晚期U（100－300）×10-6，Th（100－800）×10-6。我国赛马碱性岩体，第一侵入期U（9.5－20）×10-6，Th（38.5－67.4）×10-6，第二侵入期U（37.5－122.1）×10-6，Th（33.7－129.6）×10-6。碱性岩中铀的富集特点：富含铀、钍的碱性岩，一般具有高含量的稀有元素和挥发分元素如Tr、Nb、Be、Zr、Li、F、Cl等，而Ca、Mg的含量较低。

2)铀在碱性岩中的存在形式与在花岗岩类中类同。富铀、钍碱性岩的成分特点：三、岩浆铀矿床成矿地质条件及矿床一般特征

罗辛矿床产于前寒武纪达马拉造山带的中心，区内地层是一系列中高变质程度的变质岩，有片麻岩、片岩、麻粒岩、石英岩和大理岩等；我国的红石泉矿床产于阿拉善台隆边缘，区域地层为前寒武纪的各种片岩。

1、矿床产出的大地构造位置

主要产在元古代、古生代褶皱带内或稳定地块边缘。红石泉矿床产于阿拉善台隆边缘岩性上包括有酸性岩和碱性岩两大类，岩体含铀量普遍较高，平均可达（20－50）×10－6：

酸性岩有：伟晶状钾长花岗岩、白岗岩、钠长石－钠闪石花岗岩等。

碱性岩有：石英正长岩、正长岩、霞石正长岩和霓霞正长岩，少数情况下，矿床也产于响岩中。2、产铀岩体的岩性特点3、产铀岩体的活动具有多期多阶段性特征。矿化一般与岩体演化最晚期的碱性或超酸性花岗岩有关；晚期侵入的岩体通常分异完全，矿化多产于岩体边缘和顶部相，含矿主岩和铀矿化之间不存在时差关系。4、产铀岩体的自交代作用发育

一般发育碱交代，包括钠长石化、钠闪石化、钾微斜长石化和白云母化，矿化与这些交代作用关系密切。不同岩性具有不同的矿物成分：

酸性岩：铀主要以独立矿物形式产出，多以晶质铀矿、独居石和锆石等铀矿物和含铀矿物等出现。铀矿物颗粒细小，与造岩矿物石英、长石及黑云母等共同产出。

碱性岩：铀主要以含铀矿物形式产出，常见硅铈钛矿、烧绿石、含铀锆石、菱黑稀土矿等。伴生元素：矿石中常有钍、铌、铈、锂、镧等元素的偏高含量，有时可综合利用。5、矿石成分复杂

6、矿石铀品位低，通常为0.03%－0.07%，矿体常呈透镜状、扁豆状、不规则脉状或巢状，矿体与围岩界线不清，呈过渡关系。

7、成矿温度高，压力大。成矿温度一般在600－650℃，个别情况下可降到400－450℃，压力为(2－4)×108Pa，成矿深度为2－4km，属浅成成因。

8、成矿作用较为单一。表现为较单一的岩浆结晶分异成矿，但也常表现为初期以岩浆结晶分异成矿为主，后期往往受到强烈的改造的特征。罗辛矿床地质示意图罗辛矿床的矿体剖面红石泉矿床工程地质图红石泉矿床的矿体平面图矿床的成矿铀源具多来源的复杂性。

红石泉矿床含矿主岩的87Sr/86Sr初始比为0.758±，表明白岗岩具有壳源成因，即铀来自古元古代龙首山群。但白岗岩在上侵形成过程中，不排除更深部的幔源岩浆混入、带入部分铀参与成矿。另外，岩浆作用成矿之后，表生淋积作用叠加造成矿石品位变富。罗辛（Rossing）矿床淋积矿石的铀储量约占总储量的40%。伟晶岩型铀矿床

定义：伟晶岩型铀矿床系指经结晶分异的残余酸性熔浆（极少为碱性熔浆）经冷凝结晶和气成交代而形成铀矿床。

产铀伟晶岩体属于一种独立的晚期岩浆产物，在时间上常常晚于其母岩侵入体形成时代，在空间上多产在母岩侵入体的顶部和边部以及周围岩石中。

一、概述分布特点：伟晶岩型铀矿化的分布较为广泛。但矿化分散，品位低，规模小，工业意义低。伟晶岩型铀矿床的产地较多，如加拿大、南非、美国、挪威、巴西、瑞士及我国等。作为铀矿单独开采的矿床不多，大都作为开采长石、白云母的副产品。

典型矿床实例是加拿大的斑克罗夫特（Bancroft）矿床，二十世纪八十年代在我国陕西丹凤地区也发现了类似矿床。一、概述二、伟晶作用中的铀地球化学从铀矿床的成因角度来看，伟晶岩型铀矿床是一种重要的矿床类型，含铀伟晶岩形成于岩浆和热液的过渡阶段，它既具有岩浆矿化的某些特征，也有岩浆热液铀矿化的某些特征。1）伟晶岩中铀的分布伟晶岩中铀的分布一般极不均匀。

在空间上，铀往往富集在伟晶岩的顶部和边缘部位，也有的富集在脉体的核部。

在时间上，铀主要在富含稀有元素的微斜长石-黑云母阶段（650-600℃）和钠长石-锂云母阶段（500-450℃）沉淀析出。伟晶岩的铀含量一般比相同成分的火成岩的铀含量高。如花岗伟晶岩铀的平均含量为15×10－6，它比花岗岩的平均铀含量（3.5-4.8）×10－6高出4.3倍。1、伟晶岩中铀的分布及存在形式伟晶岩中铀的存在形式与岩浆岩中铀的存在形式相似，呈铀矿物、类质同象以及分散吸咐状态3种形式。2）伟晶岩中铀的存在形式影响伟晶作用铀地球化学特征的物理-化学条件。

1）温度发育完全的复杂伟晶岩，形成过程相当长，物理－化学条件变化很大。实验和测温资料表明，伟晶岩形成的温度区间大约为700－400℃，铀、钍的矿化可以出现在上述温度范围内的不同阶段。2、伟晶作用中的铀地球化学特征伟晶岩形成的6个类型（按照温度从高到低，A.E.费尔斯曼）：I、富铈和独居石-褐帘石型（700-650℃）；II、含稀有元素（TR、U、Th、Ti、Nb、Ta）的微斜长石-黑云母型（650-600℃）；Ⅲ、富B、F的电气石-白云母型（600-550℃）；IV、富F、Be的黄玉-绿柱石型（550-500℃）；V、富Na、Li的钠长石－锂云母型（500-450℃）；VI、富Mn、PO43－的锂-钠-磷灰石型（450-400℃）；铀和钍主要富集在第I、II、V3个类型中。温度对晶质铀矿结晶形态的影响。从高温到低温的伟晶岩中，晶质铀矿的晶形递变顺序为：①菱形十二面体和立方体的聚晶；②立方体；③八面体和立方体的聚晶；④八面体；⑤钠长石中的树枝状晶质铀矿。其中①、②、③常见于Ⅱ型伟晶岩中，④见于Ⅲ型，⑤见于Ⅴ型中。

2）压力：伟晶岩形成的压力较高，超过2.026×108Pa，一般在中深-深条件下（3-8km）。在高压条件下，在形成伟晶岩的熔体过程中产生的流体（主要由挥发组分构成，在高压下呈流体形式）可聚集铀，及大量的Na、K、Li和稀有元素，这种流体对岩体具有很强的交代能力，可以导致含铀伟晶岩的形成。

3）介质的成分和性质：

伟晶岩中大量富集的K、Na、F、Cl等组分对含铀伟晶岩的形成起着极其重要的作用。其中F、Cl、B等矿化剂可与铀、钍等元素化合形成易挥发和易溶解的组分，并随物理化学条件的变化富集在伟晶岩形成过程的特定阶段中。

挥发组分可以降低硅酸盐矿物的结晶温度和延长结晶时间，导致伟晶岩浆的长期缓慢结晶，造成铀在各种矿物中的配分不同，有利于各种铀矿物和含铀矿物的聚集。