第17讲（铀矿床学2）.doc

地质学基础与铀矿地质讲义2007（第17讲） 内容提要 第二编 铀矿床学 第4章 外生铀矿床概论 第5章 砂岩型铀矿床 第6章 碳硅泥岩型铀矿床 参看铀资源地质学pp.238-290. 第4章 外生铀矿床概论 外生铀矿床主要是指在地表附近，由外生作用形成的铀矿床。主要包括砂岩型铀矿床、碳硅泥岩型铀矿床和蒸发型铀矿床。 一、外生铀矿床的形成过程 地表及近地表的含铀岩石和铀矿床，在常温、常压以及具有较高自由氧和二氧化碳的大气环境下，遭受物理化学破坏和改造，形成新的风化产物。其风化结果分三部分 （1）真溶液搬运由于铀元素的地球化学活波，大部分铀呈UO22离子形式迁移，搬运至河流、内陆盆地或浅海中，在有利的环境下被吸附、还原沉淀，形成初始富铀层位或沉积铀矿床； （2）机械搬运一部分呈机械碎屑物形式被流水带走，搬运至河谷、湖盆、滨海，在有利环境下沉淀，形成机械沉积砂矿床； （3）另有少部分铀则残留在原地，被风化残积物吸附，形成风化壳型铀矿床。 以上同生铀矿床虽然有时形成相当规模的矿床，但不普遍。在外生作用中，更为重要的是一些原始富铀层位或沉积铀矿床经过后期改造，使铀发生再富集而形成的后生铀矿床。 外生铀矿床成因由同生砂矿成因到同生成岩成因，其后转向后生成因，这是一个“革命性”的转折，这个转折造就了大量砂岩型铀矿资源的发现，也形成了后生砂岩型铀矿床成矿新的勘查方法。 本类矿床分布广泛，在世界各地均有产出，以低品位、储量大、杂质少、选冶条件好为特征。 二、外生作用中的铀地球化学行为 铀在外生作用中的地球化学特征和行为，主要是指铀在风化和沉积作用两个不同发展阶段中的地球化学特征，以及在表生作用下影响铀迁移、聚集的因素，诸如表生环境中的Eh值和pH值、吸附作用、扩散作用、生物的有机作用和微生物作用等等。 1、铀在风化作用中的地球化学特征 在风化过程中，铀主要通过岩石和矿物的破坏和分解从岩石和矿物中分离和释放出来，铀从各种矿物释放出来的难易程度不一。 在风化壳和土壤的形成过程中，一部分铀聚集在粘土矿物中被吸附，而土壤中的有机质，特别是植物死亡后形成的腐殖质，对铀的吸附和聚集起着重大作用。一部分同其他元素一起进入各种天然水体，向水盆地及海洋迁移，构成天然水体及沉积物中的铀含量。 在干旱条件下，风化壳中的有机物质不仅数量很少，而且由于迅速氧化分解而不产生有机酸，因此风化壳的水溶液呈碱性。地表水分不断蒸发，铀和其他碱金属由于毛细管作用被带到地表，与石膏、碳酸盐类聚集在一起，可形成钙结岩型铀矿化，成为型铀矿床。 2、铀在沉积作用中的地球化学特征 沉积作用按沉积岩的形成过程一般可分为同生沉积作用和成岩后生作用两个阶段。按沉积方式可分为机械沉积作用、化学沉积作用和生物沉积作用。 风化过程中从岩石、矿物内带出的铀，一部分呈溶解状态转入地表水和地下水中，另一部分仍聚集在岩石风化壳和土壤之中。风化产物可进一步被水、冰川、风等搬运，其中主要是水的搬运。所以，随着风化壳和土壤的剥蚀，铀将以各种形式进入水体，然后被迁移到水盆地中。 1）铀在天然水体中的主要迁移形式 （1）以溶解状态迁移。包括络阴离子形式、UO22或UO2OH形式、有机化合物形式。 （2）呈吸附状态搬运。 （3）呈矿物形式搬运。 2）铀沉积的一般规律 沉积岩石中直接堆积的同生碎屑沉积物中的铀含量一般只与同类碎屑岩的背景含量相当。据现有资料，富含陆源碎屑的近岸浅水相或浅海相沉积物中的铀含量较高，而远海的以化学沉积为主的深水相沉积物中的铀含量较低。 现代海水的铀含量十分稳定。现代海洋不存在使海水中的铀直接还原沉淀的物理化学条件。 无论是陆相沉积还是海相沉积，在同生沉积阶段，铀直接从水体聚集到沉积物中的数量不多，一般仅构成该沉积物的本底含量。 3、成岩阶段中铀的迁移、聚集和再分配 在成岩作用的初始阶段，沉积物中的动植物残体在微生物参与下开始腐烂分解，游离氧很快被耗尽，产生了较多的还原性气体组分，Eh值显著降低，从而在软泥表层下面形成强烈的还原环境。这样，海底软泥水中的部分铀就被H2S还原为UOH4沉淀。铀的沉淀使软泥中孔隙水的铀含量比海水低一个数量级左右。上述作用促使底面海水中的铀不断扩散到软泥中来，结果导致富含有机质的软泥的铀含量明显增高。 铀在成岩作用中富集的另一重要表现是形成各种含铀结核。沉积岩中结核的种类很多，成因不一，但富含铀的结核大多是在成岩阶段形成的。含铀结核按成分可以分为磷质结核、炭质结核和硅质结核。 4、铀后生聚集的地球化学特征 （1）氧化－还原界面与铀的聚集 含氧地下水由于受干旱气候条件的影响，或因流经各种铀含量较高的围岩，水中的铀含量增高。含氧含铀地下水在沿着富含有机质、黄铁矿等还原剂的缓倾斜透水层或层间破碎带向下缓慢流动的过程中，逐渐氧化围岩中的各种还原组分，从而形成形态复杂的层间氧化带和潜水氧化带。在氧化－还原界面附近，地下水中自由氧消耗殆尽，地球化学性质急剧变化，Eh质陡然下降为负值，形成一个明显的氧化－还原界面。由含氧地下水带来的铀，大部分在这里被还原沉淀，或以黑色粉末状、被膜状的铀黑出现在其他矿物颗粒表面，或以沥青铀矿及铀石的细粒集合体形式产出在炭化植物残骸和胶状黄铁矿聚集的部位。还有部分铀则为有机质、黏土类矿物以及磷酸盐矿物所吸附富集。 铀的后生富集作用不仅发生在砂岩和碳硅泥岩型铀矿床中，而且在其他类型有特殊结构的一些铀矿床内也普遍存在。成矿后的氧化带改造了早期贫矿化带，在下部还原带进行此生富集，达到了工业开采价值。所以铀的后生聚集的地球化学作用是十分重要的成矿作用，是目前外生铀矿床的主要成矿方式。对于铀在表生带的迁移来说，氧化－还原反应起着特别重要的作用，六价铀的强迁移性和四价铀的弱迁移性能形成了十分明显的反差，这也就促使了铀在某些地球化学环境中分散，而在某些地球化学环境中富集，并能在氧化－还原界面富集。 三、影响铀表生迁移和聚集的主要因素 1、Eh值和pH值特点对铀地球化学特征的影响 铀在表生带中的迁移或沉淀一般都是在水溶液中进行的，所以天然水中的pH值及Eh值对表生作用中铀的地球化学特征影响颇大。铀属于两性元素，在酸性溶液中大多呈络阳离子，而当溶液pH值增高时，铀则趋向于形成各种络阴离子。铀在酸性介质中形成UO22和UO2OH。在缺乏络离子配位体（CO32-，SO42-，PO43-等）的条件下，随着介质pH值的增高，U4和UO22发生水解，分别以氢氧化物UOH4和UO2OH2形式沉淀。 另外，氧化－还原反应起着特别重要的作用，六价铀的强迁移性和四价铀的弱迁移性能形成了十分明显的反差。 2、吸附作用 吸附作用系指一种物质将周围介质的分子，原子或离子吸着黏附到自身表面以降低其表面自由能的作用。通常将具有吸附能力的物质称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。铀呈吸附状态赋存于表生带的岩石和矿物中，这是铀地球化学的一个重要特点。 3、扩散作用 在静止介质中，各种粒子（原子、离子、分子、胶粒等）的无序热运动使一些粒子从浓度较高部位向浓度较低方向迁移，以使该体系中粒子的浓度最终趋向于均一，这种运动叫扩散作用。UO22的扩散作用是通过氧化还原作用来进行从而达到元素聚集的结果，富含有机质和黏土质的沉积物在成岩过程中，由于有机质分解产生的强还原环境以及粘土矿物的吸附作用，一部分铀得以沉淀固定下来，造成孔隙溶液中铀的浓度降低，形成一定浓度差。扩散作用会使得周围沉积物（岩石）孔隙溶液中的铀不断地朝此方向扩散并聚集在富含有机质的岩层中。 4、铀与有机物质的关系 （1）有机质的还原作用 （2）有机质的吸附作用 （3）有机质的络合作用 5、微生物作用与铀的富集 第5章 砂岩型铀矿床 砂岩型铀矿床是指工业铀矿化主要产在砂岩（包括含砾砂岩、粉砂岩、泥岩）中的铀矿床。矿床一般属于后生成因，是世界上最早发现的铀矿床类型之一，也是世界上分布最广的铀矿床类型，具有极大的工业意义。 砂岩型铀矿床是我国重要的工业化铀矿化类型，早在1955年新疆伊犁盆地侏罗系含煤地层中就发现该类型矿床。但大规模的砂岩型铀矿床的发现是在20世纪60～70年代期间。与国外砂岩型铀矿床的找矿工作相比，特别是地浸型、经济可采砂岩型型铀矿的找矿工作，我们还存在不少差距。 该类矿床的工业意义在于，矿石质量好，品位中等，一般在0.1％～0.2％左右，产状稳定。易于开采和选冶，尤其是在矿石胶结程度较差的情况下，还可采用溶液采矿法（即地浸），从而提高经济效益。 矿床的形成过程 砂岩型铀矿床的形成包括两个方面铀源和成矿过程。 铀源主要来自铀源层或铀源体。成矿过程则涉及到铀的迁移和沉淀富集因素，并严格受环境的制约。 铀的迁移是在地表水和地下水中多以铀酰碳酸盐的形式进行的，在含SO42-的酸性水体中以铀酰硫酸盐的形式迁移。此外，还可以以其他铀酰络合物形式迁移。 铀的沉淀则是与砂岩中的有机质和还原剂有关。由于它们的吸附和还原作用，使铀从砂岩中以及从构造带中运移的水溶液中沉淀。 矿床的形成过程因矿床不同而异，有的矿床形成于成岩阶段，有的矿床形成于后生作用阶段，而有的矿床形成则贯穿在主岩沉积、成岩到后生作用的多个阶段。对于后者通常可以分为三个阶段，即主岩沉积阶段、成岩阶段和后生阶段。 1、 主岩沉积阶段（铀的预富集阶段） 在这一阶段，盆地沉积了有利的成矿主岩。虽然沉积物中有一定量的铀以及含有大量能使铀还原沉淀的有机质和炭化植物残体，但由于该阶段的河水和湖水中铀含量很低，铀的沉淀富集最多只能达到富铀岩石，个别情况下可形成同生沉积矿床。 2、 成岩阶段（铀的进一步富集阶段） 在成岩作用过程中，沉积物经压实、脱水、固结和重结晶后，铀得到进一步的富集，但由于铀源有限，铀至多能达到n10-3n10-2，形成低品位的矿化。 3、后生作用阶段（铀的再富集阶段） 在后生阶段，当外来的铀不断叠加到含铀砂岩之上时，经过各种地质作用，例如次造山的构造背景，地层发生揳斜，盆地周边源区的含铀含氧水得以渗入到砂岩透水层中，并在砂体中作长距离的渗透运移，形成长期的氧化还原作用，促使铀的还原沉淀与聚集成矿。此外，后期适度的岩浆作用和构造运动，均可导致铀的叠加富集，并形成工业铀矿化。 第6章 碳硅泥岩型铀矿床 碳硅泥岩型铀矿床是指产于碳酸盐质、硅质、泥质的细碎屑岩或它们的过渡性岩石中的铀矿床的总称。在不同地区、不同矿床中岩石组合完全不同，我国该类矿床按主岩的组合类型大致分成三种亚型，即炭质板（泥）岩、硅质板（泥）岩亚型，硅岩、硅灰岩亚型和碳酸盐岩亚型。 （略） 思考题 1、铀在外生（表生）条件下的搬运方式 2、了解在外生作用下的铀的地球化学行为。 3、影响铀表生地球化学行为的因素有哪些和各自的表现形式。 4、什么是砂岩型铀矿床砂岩型铀矿床的形成过程包括哪几个阶段及各自的作用。 5、什么是碳硅泥岩型铀矿床 4