酸性岩中铀的含量是中性岩的2倍, 是基性岩的7倍, 是超基性岩的1 166倍^[3]。花岗岩中铀含量在各类岩浆岩中是最高的, 并且时代愈近铀含量愈高。内生作用中铀是非常活跃的元素, 从岩浆作用到热液阶段都有析出。由于铀是亲石元素, 大部分呈分散状态存在于各种岩石中, 仅一部分形成铀矿床。

表生条件下, 铀易被氧化成易溶解的铀酰离子^[4], 因此铀在表生作用中非常活跃。铀酰离子呈硕大半径的哑铃状, 不能与任何阳离子发生类质同象替代, 但易于嵌入链状或层状矿物面网中, 因此, 易被黏土矿物、铁的氢氧化物、胶体或有机物等所吸附。有机质对铀的迁移和沉淀也起到了至关重要的作用^[5]。

花岗岩型铀矿在岩体上方和矿床周围会形成有指示意义的铀次生晕, 它可以很好地指示铀矿床的存在。由于花岗岩型铀矿往往存在于酸性或碱性花岗岩体的内、外带, 因此铀异常的梯度带是花岗岩型铀矿的可能产出部位, 铀矿床往往集中于铀异常的浓集中心及其边缘梯度带上。

在花岗岩中, 铀、钍往往是密不可分的, 钍也是亲石元素, 和铀一样, 在岩浆作用早期的超基性岩和基性岩中含量很低, 而在一些富硅铝和钾钠岩石中显著增加。也就是说, 钍富集在残余岩浆中, 岩浆阶段, 铀和钍是一样的, 主要富集在酸性岩中。一般认为, 钍主要在高温热液阶段沉淀, 而铀在中低温阶段沉淀。

内生作用中密切共生的铀和钍, 在表生条件下, 铀酰离子具有很大的活动性, 而钍四价离子仍保存在稳定的含钍矿物中, 并逐渐富集在风化的残留物及土壤中。虽然如此, 对于花岗岩型铀矿来说, 其铀、钍含量远远高于岩体外, 铀、钍指示的主要是花岗岩体的位置。因此, 钍和铀一样, 可以指示以花岗岩型铀矿存在的花岗岩的内、外带。钍异常的内、外边缘也是花岗岩型铀矿的可能产出部位^[6]。

图1

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	图1 礼县地区钍的地球化学异常

钾主要富集在碱性岩和酸性岩中, 从超基性岩到酸性岩, 钾含量依次增高。钾和二氧化硅的增长是同步的, 因此花岗岩中钾含量很高。岩石在蚀变过程中, 如钾长石化和云英岩化过程中, 钾会进一步集中, 利于铀矿生成的花岗岩及其蚀变过程, 都使得钾含量高于周围。氧化钾作为花岗岩体的特定指示, 对花岗岩型铀矿的预测作用是可以肯定的。在氧化钾地球化学图上, 花岗岩型铀矿往往位于氧化钾异常的边部梯度带上, 并且该异常可以完整地圈定对铀成矿有利的富钾花岗岩体。

岩浆岩中的铅从超基性岩到花岗岩, 其含量依次增加。岩石中的铅含量和铀含量呈同步增长关系, 各类岩石中的铀铅比值接近一个常数, 铅与钾的含量也呈正相关关系, 且铅也随着岩石中二氧化硅的增加而升高。因此, 铅可以指示花岗岩体的位置, 从而间接指示产出于花岗岩内、外带的铀矿床。

表生作用下, 钾长石和云母类矿物中的铅可以释放出一部分来成为活动性的铅, 但铅的化合物溶解度较低, 并且在迁移过程中也可以被花岗岩蚀变所产生的黏土矿物吸附, 故铅的迁移能力不大, 它的次生晕更多地集中于岩体及其附近^[5]。

岩浆岩中的铍从超基性岩到花岗岩, 其含量依次增加。地壳中95%的铍存在于碱性岩和酸性岩中, 时代越新的花岗岩, 其铍含量越高, 并与铀呈正相关系。伟晶岩中也可富集铍。

钾长石化、钠长石化、云英岩化等变质交代的蚀变过程, 有利于铍的迁移和重新分配。 这些经过蚀变作用的花岗岩, 其铍含量显著增加, 且这些交代作用有利于铀成矿。因此, 铍的异常晕可以圈定铀的成矿远景区^[5]。

酸性岩中, 锡含量明显增高, 花岗岩是锡含量最高的火成岩。锡的离子性质决定其不会大量分散在造岩矿物中, 而主要富集在岩浆期后的热液中。实际上, 锡矿床与花岗岩关系密切, 但各地区差别很大。我国铀矿的主要产区— — 华南地区, 其花岗岩中锡的丰度相当高, 并且随着时代的变新, 锡含量逐渐增加, 且分布越来越不均匀。大约80%~90%的锡分布在黑云母中, 锡的迁移和聚集与各种热液交代作用关系密切^[5]。这种花岗岩正是利于铀矿产出的花岗岩。

火山岩型铀矿往往产于陆相中酸性火山岩盆地, 其铀源主要来源于硅铝壳中下部的酸性岩浆发生带活火山活动中心深部的过渡岩浆室的岩浆冷凝、结晶分异的超临界流体, 部分有可能来自酸性火山岩本身^[3]。火山岩型铀矿往往离花岗岩蚀源区不远, 或者就靠近花岗岩体, 铀异常被高铀含量花岗岩体异常所淹没, 因此在区域上可以通过数据处理, 用中等强度异常晕或者高背景异常晕来指示火山岩型铀矿化。

图2

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	图2 长江中下游地区铀地球化学异常

钼是部分火山岩型铀矿有效的指示元素, 很多火山岩型铀矿伴生有钼, 如红山子矿床、相山铀矿田。钼在从高温到低温过程中均能成矿, 高温下与钨伴生或共生, 中低温下与铀伴生或共生。

中低温热液活动阶段是银的主要富集期。银常与玄武岩、英安岩或粗面岩有关, 是多种金属矿化活动的伴生元素, 也多与岩浆热液矿化活动和断裂有关^[5]。火山热液可以使银活化。

中酸性火山活动结束, 表明板块间的强烈挤压运动减缓, 大陆边缘从强烈挤压的状态逐步转变为拉伸状态, 硅铝壳中下部深熔带(中酸性岩浆发生带)和过渡岩浆室的岩浆开始收缩、冷凝。当拉张条件下产生的断裂延伸到过渡岩浆室和深熔带时, 原来逸散在固结或半固结的硅酸盐矿物粒间的挥发组分就会向断裂减压带聚集, 形成一种具有超临界状态的富含矿化剂(F、Cl、P₂O₅、CO₂、H₂S等)和成矿物质的高浓度原生流体。当这种富含矿化剂和成矿物质的原生流体沿着断裂上升时, 与循环在地下不同深度的大气成因水混合, 形成具有蚀变围岩能力和成矿能力的酸性和碱性成矿热液^[5], 并形成与铀矿密切相关的氟、磷、 汞等挥发性元素的地球化学晕。

在热液作用中, 氟可能形成萤石脉, 与硫化物组成有价值的工业矿体, 也可以指示断裂构造的存在和指示火山岩型铀矿化的分散晕。

铀也可指示碳硅泥岩型铀矿化, 但是在花岗岩地区, 铀对碳硅泥岩矿产的指示不是唯一的, 它主要对应的是花岗岩体。碳硅泥岩型铀矿的目的层也是含铀层, 但是其铀含量往往低于中酸性花岗岩体。因此, 在花岗岩比较发育的地区, 钼对碳硅泥岩型铀矿化指示效果更优。

钼是碳硅泥岩型铀矿最有效的指示元素, 几乎所有碳硅泥岩型铀矿都有钼, 其指示作用比铀更准确。

表生高氧化条件下, 四价钼氧化为六价钼, 形成溶解度较高的钼酸和钼酸盐, 在溶液中搬运或呈胶体状态搬运。表生条件下, 铁锰的高价氧化物可吸附钼的化合物而使钼富集, 或在还原条件下钼由六价还原成四价, 在富含有机物和硫的沉积物中得以沉淀富集。富含铁锰氧化物、有机质及磷的沉积物都富含钼^[5]。

在滞留浅海陆棚沉积中, 沉积物中含有大量的有机质、磷、铁和锰的氧化物, 钼、铀、钒等变价元素以高价活动性离子进入这一还原环境, 被还原成低价态离子, 并通过与硫化氢反应而被富集; 另一方面, 一些有机酸和其他有机物质本身在沉积时也携带钼等元素。有机物质不仅起到还原作用, 还有搬运作用^[5]。

图3

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	图3 修水地区钼地球化学异常

酸性土壤中银的活动性较大, 但pH> 4时银的活动性减小。黑色页岩、磷酸盐质页岩中银含量很高, 碳硅泥岩在滞留浅海陆棚沉积中, 银也有一定的富集^[5]。所以, 碳硅泥岩型铀矿化含矿目的层往往有银的富集。

碳硅泥岩型铀矿绝大部分都富含钒、铜、镍、锌等, 这一组元素的富集都与富含有机质有关, 国内外都发现富含有机质的沉积物中富集这些元素。我国南方下寒武统牛蹄塘组碳质页岩中, 钒、钼、镍、铜等都达到工业要求, 这些元素的富集不仅与有机质对高价离子的还原有关, 而且有机物质本身也携带这些元素进入滞水盆地。无机胶体物质吸附钒、铜、镍、锌等, 并以悬浮物进入盆地, 也是其来源之一。实际地质情况表明, 在富钒、钼、镍等的地层剖面上, 硅质岩、胶磷矿、黏土物质含量很高^[5]。

铀在表生条件下非常活跃, 其迁移和沉淀一般是在水溶液下进行的, 所以水体的pH值和E_h值对表生作用中的铀影响很大。在酸性条件下, 铀形成络阳离子, pH增高则趋向于形成络阴离子^[5]。

吸附作用对于铀的迁移和固定非常重要, 与有机质的关系也很大。沉积岩中铀含量以石煤和页岩最高, 黑色页岩有时铀含量也很高。所以, 有些砂岩型铀矿床铀晕比较发育, 有些则不一定发育。

图4

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	图4 测老庙地区铀地球化学异常

钼是部分砂岩型铀矿有效的指示元素及伴生元素。钼在高氧化条件下会溶解搬运, 还原条件下会在富含有机质和硫的沉积物中富集, 与铀迁移、富集的地球化学条件类似。因此, 砂岩型铀矿床往往伴生有钼, 可以形成钼的地球化学晕。

汞的主要矿物辰砂在表生条件下属于最稳定的矿物, 是滞水盆地中风化再沉积的产物, 如氧化铁、氧化锰、铝土矿都有较高的汞。汞对有些砂岩型铀矿有指示作用。