论花岗岩型铀矿床热液来源——来自氧逸度条件的制约

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1、第５７卷第２期Ｖｏｌ．５７Ｎｏ．２地质论评ＧＥＯＬＯＧＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷ２０１１年３月Ｍａｒ．２０１１论花岗岩型铀矿床热液来源———来自氧逸度条件的制约凌洪飞南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室，南京大学地球科学与工程学院，南京，２１００９３内容提要：本文根据已有的关于熔体—流体氧逸度的实验数据和理论计算结果，综述了铀在熔体中的价态及其地球化学行为，以及铀进入流体的氧逸度条件和其它条件。在此基础上，阐明了花岗岩型热液铀矿床矿—岩时差的原因，阐述了对华南花岗岩型铀矿床铀源和热液来源的新认识。地幔岩浆和花岗岩浆的氧逸度都低于磁铁矿—赤铁矿氧缓冲剂

2、（ＭＨ）所确定的氧逸度，而流体相六价铀稳定的氧逸度都远高于ＭＨ，即地幔和地壳岩浆都达不到六价铀的氧逸度条件，因此在岩浆中铀以四价形式存在；在岩浆演化晚期，四价铀进入含铀副矿物或／和晶质铀矿，很少进入岩浆分泌的热液中（除非在富Ｆ的碱性岩浆条件下），这就是花岗岩很少有岩浆热液铀矿床的原因所在。由于流体中铀的运移形式主要是六价的铀酰离子及其络合物，因此高氧逸度流体对富铀花岗岩中铀的浸取作用，是花岗岩型热液铀矿床形成的关键过程；高氧逸度流体的终极来源为地表的氧化性水流体。对华南花岗岩型铀矿而言，印支期富铀的过铝浅色花岗岩是铀源岩，燕山晚期的构造伸展—地壳拉张作用

3、和脉岩浆活动，为含铀成矿热液的形成提供了热源和源自地表的高氧逸度水体下渗循环的裂隙系统。关键词：氧逸度；熔体—流体系统；花岗岩；热液铀矿床花岗岩型热液铀矿床一个最显著的特点是，花１熔体—流体氧逸度与铀价态岗岩成岩与铀成矿之间的时差大，至少数十百万年。这与花岗岩热液钨矿床几乎没有矿—岩时差成鲜明１．１氧逸度的基本概念对照。因此花岗岩型铀矿床的成矿热液并不是来自氧逸度（犳）就是有效氧分压。而氧分压是指Ｏ２花岗岩浆分泌的热液，关于这一点人们已经基本达混合气体总压力中氧气所占的分压犘。对理想气Ｏ２成了共识。但是，对于花岗岩型铀矿床的成矿热液体而言，氧逸度就是氧分

4、压；对实际气体，氧逸度是来源问题的认识，分歧依然很大，主要观点有：大气校正后有效氧分压，即犳Ｏ＝γ犘Ｏ，其中γ为校正系２２降水来源热液（李月湘等，１９９５；刘金辉等，１９９７），地数，γ与温度、压力和气体性质有关，低压—高温下幔流体或深源热液（邓平等，２００３；Ｊｉａｎｇｅｔａｌ．，分子间引力小，实际气体接近于理想气体。熔体—２００６；李子颖，２００６），幔源ＣＯ２等矿化剂流体（胡瑞流体的氧逸度可通过其所形成的矿物中变价元素的忠等，１９９３，２００４），混合热液（倪师军等，１９９４）等。价态来确定的，例如，铁的价态常被作为氧逸度高低由于铀在熔体中的行为和

5、流体中的迁移和沉淀与氧的指标，从自然铁（Ｆｅ）、方铁矿（ＦｅＯ）、磁铁矿（ＦｅＯ逸度紧密相关，因此本文从熔体／流体氧逸度与铀离·Ｆｅ即Ｆｅ）到赤铁矿（Ｆｅ），其形成介质的２Ｏ３３Ｏ４２Ｏ３子价态及其溶解度的角度，来阐述铀进入水流体迁氧逸度逐渐升高。在一定温压条件下的含水体系移的氧逸度条件，以阐明花岗岩浆热液为何不形成中，如果存在或形成含某元素不同价态的两种固体铀矿的问题，并论述花岗岩型热液铀矿床流体的来矿物，那么该体系的氧逸度就可由该两种固体矿物源和成因。确定了（Ｅｕｇｓｔｅｒ＆Ｗｏｎｅｓ，１９６２；周繤若，１９８１）。例如体系中有磁铁矿—赤铁矿产生或存

6、在，体系就注：本文为核工业地质局“十一五”基础科研项目、内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室研究项目（编号２００８Ｉ０４）的成果。收稿日期：２０１００９２０；改回日期：２０１１０１２４；责任编辑：章雨旭。作者简介：凌洪飞，男，１９６０年生。现为南京大学地球科学与工程学院教授（博导）。主要从事古海洋环境、同位素地质和铀矿地质教学和研究。Ｅｍａｉｌ：ｈｆｌｉｎｇ＠ｎｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。１９４地质论评２０１１年存在如下平衡反应：４Ｆｅ３Ｏ４＋Ｏ２幑幐６Ｆｅ２Ｏ３当氧逸度升高时，反应向右进行；氧逸度降低，反应向左进行。因此，只要体系中有磁铁矿—赤铁

7、矿同时存在，氧逸度就保持固定，换言之，这两种矿物成为体系氧逸度的缓冲剂。不同的矿物组合具有不同的平衡氧逸度，这为实验体系提供了控制氧逸度的手段，也是文献图示中采用氧逸度缓冲剂作为参照的依据。常用的氧逸度缓冲剂如下（缓冲剂的名称由共存矿物英文名称首字母组合表示）：ＩＱＦ：２Ｆｅ＋ＳｉＯ２＋Ｏ２幑幐Ｆｅ２ＳｉＯ４自然铁石英铁橄榄石ＩＭ：３Ｆｅ＋２Ｏ２幑幐Ｆｅ３Ｏ４自然铁磁铁矿ＩＷ：２Ｆｅ＋Ｏ２幑幐２ＦｅＯ自然铁方铁矿ＷＭ：６ＦｅＯ＋Ｏ２幑幐２Ｆｅ３Ｏ４方铁矿磁铁矿图１常用缓冲剂的氧逸度ｌｇ（犳Ｏ）与温度狋的关系（缓冲２ＦＭＱ：３Ｆｅ２ＳｉＯ４＋Ｏ２幑幐２Ｆｅ

8、３Ｏ４＋３ＳｉＯ２剂平衡反应式见正文）（引自ＥｕｇｓｔｅｒａｎｄＷｏｎｅｓ，１９