Question

铀矿床成因

Answer 1

1.铀迁移形式

含铀热液中主要阴离子是、F^-、Cl^-和Br^-等。此外，还存在OH^-的活度：α_OH-=k_w/α_H+，在碱性介质中主要是和，但是只在pH＜4的酸性

介质中存在，所以很难形成硅酸络合铀酰离子。根据晶体场理论，Cl^-和Br^-是弱场配位体，形成的铀酰离子很不稳定。

下面几种情况值得注意：①成矿热液中的活度较高，其他含铀离子可以忽略不计；②绝大多数矿床中，铀主要以形式参与成矿；③矿石的物质组成，以沥青铀矿-方沸石化和沥青铀矿-碳酸盐化为主。

2.铀沉淀机理

热液成矿中铀的沉淀可以由各种原因引起，但铀的沉淀主要是六价铀的还原作用。

热液成矿中铀氧化物成分中四价铀占明显优势，因此可以根据固体相UO₂与铀迁移形式之间的氧化-还原平衡来讨论铀的沉淀机理。如成矿热液中含铀离子以和为主，故UO₂ 沉淀与溶解铀之间的平衡可由下述方程式确定，按能斯特方程可得出以下结果：

非洲尼日尔特吉达地区铀成矿作用与预测

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式中：α₁、α₂、α₃、α₄ 分别表示UO₂，F^-的活度。

由上述可以看出：①铀迁移形式的变化对铀还原沉淀开始的E_h 值有明显影响，UO₂相对于需要更充分的还原条件才能被还原成矿；②温度降低，铀还原沉淀开始，E_h 值升高，故降低温度有利于铀从热液中沉淀富集；③热液中含铀离子活度与UO₂ 开始沉淀的E_h 值呈正相关关系，即含铀离子活度每升高一个数量级，E_h 由0.042 V升高（150℃时）至0.047V（200℃时）；④热液中配位离子（和F^-）对UO₂ 开始沉淀时E_h 值的影响与含铀离子活度的影响在方向上相反，活度每升高一个数量级，E_h 值由0.084V升高（150℃时）至0.094V（200℃时），F^-活度每升高一个数量级，E_h值由0.168V升高（150℃时）至0.188V（200℃时），它们的增高对铀沉淀不利。

3.流体的来源

在研究区含矿岩层和与含矿作用相关的构造脉体中取得了15块钙质胶结砂岩或碳酸盐脉体，在东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室进行了测试分析，数据见表8-2。从表中可以看出，δ¹³C的变化范围在-1.99‰～-5.02‰之间，δ¹⁸O的变化范围在-1.53‰～-12.80‰之间。整体而言，铀异常和碳氧同位素特征有一定的相关性，主要表现为具有矿化异常的碳同位素小于-3‰，对应的氧同位素大于-5‰。根据碳氧同位素特征，研究区碳酸盐和钙质胶结物具有两期作用，且在氧同位素特征上表现明显，具有典型的双峰式。从对T-30-5样品的观察可知，紫红色的方解石脉体被灰白色脉体包围或切割，则紫红色碳酸盐脉体应为早期脉体。早期碳酸盐氧同位素值在-1.53‰～-4.88‰之间，晚期碳酸盐氧同位素值在-8.71‰～-12.80‰之间。

表8-2 特吉达地区碳酸盐脉体和钙质胶结砂岩中的碳氧同位素分析

从图8-15可知，碳同位素与氧同位素具有相似的变化规律。前人的研究表明，氧同位素值小于-10‰，表明碳酸盐受到后期淡水淋滤或热液作用的影响，δ¹⁸O发生负漂移。此期δ¹³C的变化范围在-1.99‰～-3.09‰之间，表现为正异常，与海水中的δ¹³C值较为一致。一般情况下，有机碳的加入会使得δ¹³C发生负漂移，而正漂移表明δ¹³C来源于（深部）无机碳或热液作用，这与研究区其他现象一致。

图8-15 特吉达地块碳氧同位素变化规律

研究区经常看到紫红色砂岩、粉砂岩、泥岩中有灰色脉体（图8-12）或灰白色粉砂岩、泥岩中具有紫红色斑，推测这种色斑应是还原残斑，还原作用可能是由油气作用造成，因尚未见与油气相关的物质，具体原因将是下一步研究的方向之一。