第二章 铀地球化学.pdf

第二章 铀地球化学 教学目的：让学生掌握铀在不同地质作用过程中的地球化学性质。 教学重点和难点：铀在地质作用过程中的的地球化学特点。 主要教学内容及要求： 理解和掌握铀在不同地质作用中的地球化学特征，特别是铀在热液作用和风化作用过程 中的地球化学特征。 铀地球化学是研究铀在地球各部分(主要是地壳) 中的分布规律、存在形式、化学作用和 演化历史的一门学科。铀地球化学的基本任务是：研究铀元素在地球各圈层和各种地质体中 的含量、存在形式；研究铀元素在各种地质作用中迁移、沉淀和富集的规律，阐明铀矿物、 铀矿床的成因，指明找矿方向。 第一节 岩浆作用中的铀地球化学 许多内生铀矿床直接或间接地与岩浆岩有成因上的联系，岩浆岩又是许多外生铀矿床的 巨大铀源，某些富铀的岩浆岩本身也被看作是一种低品位的潜在铀资源。因此，查明铀在岩 浆结晶过程中的地球化学行为和铀在岩浆岩中的存在形式，是很有意义的。 岩浆结晶分异对铀在岩浆结晶过程中的地球化学行为，即对铀的分布、存在形式、迁移 和沉淀方式影 H 向很大。 在岩浆作用早期的结晶分异过程中，不晶出铀的独立矿物，也很少形成类质同象矿物。 在岩浆作用晚期的结晶分异过程中，在较高温度条件下，微量铀同性质相似的 Th，RE ， Ca 等组成少量类质同象矿物；当残余岩浆中的铀浓度达到一定程度时，铀才作为副矿物(晶 质铀矿) ，从岩浆中结晶出来，并且形成较多的含铀副矿物，如锆石、磷钇矿、独居石、褐 帘石、烧绿石等。 铀矿物和含铀矿物不在岩浆作用早期而是在其晚期才晶出的原因是。 (1)矿物从岩浆结晶析出，常决定于形成矿物的成分的饱和程度，岩浆结晶中浓度高的 组分如 Fe ，Mg ，Ca 等一达到过饱和就先结晶出铁镁矿物。在岩浆作用的早期阶段，铀的浓 度过低不足以形成独立的铀矿物。 (2)在岩浆冷却分异过程中，矿物按熔点的高低依次晶出。各矿物的熔点由晶体晶格能* 的高低决定。铀的离子半径较大，不能进入早期晶出的硅酸盐矿物的晶格中。惟有到了岩浆 活动晚期，铀才有可能从残浆中结晶出来形成独立的铀矿物，或以类质同象混入物形式进入 其他副矿物晶格中。在我国某含铀磷灰石矿床中，U4+ ，Th4+ ，RE3+ 以类质同象形式置换磷 灰石中的 Ca3+ ，成为U ，Th，RE 矿床。U4+ ，Th4+ ，RE3+和 Ca2+ 的离子半径分别为0.97Å， *相互远离的质点，从气态正负离子结合成 1 摩尔离子晶体时放出的能量称为 “ 晶格能” 。决定晶格能大小 的主要因素有离子电荷、离子半径……。 8 1.02Å，0.85—1.14Å 和 1.08Å。由于它们的离子半径相近，因而在磷灰石中U4+ ，Th4+ ，RE3+ 可取代部分 Ca2+而与 Ca2+共存于同一晶格中。当 Ca2+被 RE3+置换时，为使异价类质同象置 换所产生的电价不平衡得到补偿，矿物中的部分F－，OH－将被O2 －置换，即Ca2++F－←RE3++O2 － 2+ － 2+ 2 － ，Ca +OH ←—RE +O 。 (3)铀属于亲氧元素，岩浆早期的结晶作用是在氧逸度较低的情况下进行的。许多浓度 较高的变价元素如 Fe 等处于低价态，浓度低、亲氧性强的铀则更不易晶出成为矿物。 (4) 在岩浆分异过程中，铀与逐渐增多的挥发性组分如 CO2 ，F－，Cl－具有较强的亲合 力，因此挥发性组分逸出时有可能将铀带出，这使本来浓度就低的铀变得更少，所以在岩浆 作用早期，铀一般不易集中晶出。至于存在于许多酸性岩体内的大量裂隙、粒间的铀，则可 能是先前形成的晶质铀矿、含铀副矿物在岩浆作用晚期或岩浆期后，在自交代作用或蚀变作 用过程中释放出的铀形成的。 众所周知，铀在酸性岩中含量最高，在超基性岩中含量最低。一般认为，铀在这些岩浆 岩中有三种存在形式： (1)铀矿物形式 铀在岩浆岩中形成的独立矿物极少。常见的有钛铀矿、晶质铀矿、方 钍石、铀钍石等。 (2)类质同象混入物形式 铀经常置换 Th，RE ，Zr ，Ca 等元素。这主要是因为它们的 离子半径大小相近，U4+和 Th4+ 的离子半径分别为 0.97A 和 1.02Å，因而它们之间可进行广 泛的类质同象置换，在钍石 ThSiO4 中铀含量有时很高，甚至可转