巖漿冷凝成巖階段的氧逸度與華南熱液型鈾礦的成礦類型

李明連，藍恒春

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局，廣東 廣州 510800）

華南的熱液型鈾礦按含礦主巖可劃分為花崗巖型、火山巖型鈾礦。在花崗巖型鈾礦中，按成礦熱液和鈾的來源又可細分出 “巖源活化型”和 “巖漿熱液型”。

華南熱液型鈾礦的成礦母巖是花崗巖、流紋巖等酸性巖漿巖，都是酸性巖漿冷凝成巖的產(chǎn)物。是什么原因造成了源自同一母體的鈾在成礦類型上的差別呢？研究這一問題，對深化鈾礦成礦機理的認識，完善鈾的成礦理論，有著重要意義。

筆者經(jīng)研究后認為：巖漿冷凝成巖過程中的氧逸度，是造成華南熱液型鈾礦成礦類型差異的主因。為論述方便，文中把巖漿冷凝成巖階段的氧逸度，簡稱為巖漿的氧逸度。

1 巖漿的氧逸度與巖石的氧化系數(shù)

巖漿的氧逸度 （fO2）在這里是指巖漿在冷凝過程中的有效氧分壓 （oxygen partial pressure）。氧分壓是指混合氣體總壓力之下的氧的分壓力。對于理想氣體來說，氧逸度就是氧分壓。而對于實際氣體氧逸度是校正后的有效氧分壓，它的大小與巖漿的成因、所處的環(huán)境（如深度、溫度、壓力等）以及氣體本身的性質(zhì)有關(guān)。巖漿的氧逸度，是造成巖漿在冷凝成巖過程中氧化還原環(huán)境條件的重要因素，直接影響化學(xué)元素在此階段的地球化學(xué)行徑。

巖石的氧化系數(shù) （K）是根據(jù)巖石化學(xué)分析結(jié)果，用FeO和Fe2O3的含量計算出的一個用以反映巖石形成時氧化還原環(huán)境條件的參數(shù)。計算方法有兩種：①K＝Fe3＋／（Fe3＋＋Fe2＋）；②K＝Fe2O3／（FeO＋Fe2O3）。本文在計算中采用前者。

從理論上講，巖漿的氧逸度與巖石的氧化系數(shù)都是反映巖石成巖時氧化還原環(huán)境條件的參數(shù)，在不受無關(guān)因素干擾的情況下，兩者應(yīng)是相關(guān)的。筆者循著這一思路，先尋求華南花崗巖質(zhì)巖石的氧化系數(shù)與相應(yīng)巖漿氧逸度之間的關(guān)系，然后用氧化系數(shù)代替氧逸度研究有關(guān)問題。

由于測定巖石的氧化系數(shù)比測定巖漿的氧逸度容易且成本低廉，此法可供野外地質(zhì)技術(shù)人員參考。

根據(jù)收集的資料，經(jīng)統(tǒng)計計算，結(jié)果見表1、圖1。

表1 華南花崗質(zhì)巖石的氧化系數(shù)與相應(yīng)巖漿的氧逸度 （對數(shù)）[1－2]Table 1 The oxygenated coefficient and corresponding magma oxygen fugacity （logarithmic）of granitic rocks in South China[1－2]

圖1 巖漿氧逸度與巖石氧化系數(shù)關(guān)系圖Fig.1 The coefficient diagram of oxygen fugacity and oxidation of some plutons

表1表明，華南花崗巖質(zhì)巖石的氧化系數(shù)與相應(yīng)巖漿的氧逸度成顯著的正相關(guān)關(guān)系。以氧化系數(shù)作自變量，經(jīng)回歸方程計算出來的氧逸度回歸預(yù)測值與氧逸度實測值之間的誤差甚小 （表2）。因此可以在研究華南熱液型鈾礦的有關(guān)問題時，用巖石氧化系數(shù)代替巖漿氧逸度。

表2 氧逸度實測值與回歸預(yù)測值的常用對數(shù)值Table 2 Ordinary used logarithm values of the measured and predicted oxygen fugacity of some plutons

華南地區(qū)產(chǎn)出的花崗巖質(zhì)巖石，因其成因、成巖環(huán)境、規(guī)模等方面的差異，巖漿的氧逸度是不一樣的。根據(jù)巖石的氧化系數(shù)判斷，巖漿的氧逸度總的分布規(guī)律是：①一般情況下，S型花崗巖比其它成因類型的花崗巖高；②淺成巖比深成巖高，超淺成和火山巖更高，且有著由淺至深逐漸由高到低的變化趨勢；③某些規(guī)模較大的巖體，具有中心相低、過渡相次之、邊緣相高的特點。

2 巖石的氧化系數(shù)與鈾含量

巖石的氧化系數(shù)與鈾含量之間的關(guān)系，是成巖階段巖漿氧逸度影響鈾元素地球化學(xué)行徑的一個重要反映。當(dāng)氧逸度高，環(huán)境氧化還原電位高于鈾的氧化還原電位時，四價鈾離子氧化成六價溶解于水進入巖漿熱液系統(tǒng)，使其從巖漿中分離 （部分可能參與成礦），巖漿成巖后巖石的鈾含量低；反之，四價鈾保持原有的狀態(tài)不變，留在巖漿中以單礦物 （如晶質(zhì)鈾礦）、類質(zhì)同象或其它形式與造巖礦物一起結(jié)晶成巖，巖石的鈾含量高。華南花崗巖體中的晶質(zhì)鈾礦多被黑云母包裹，所以黑云母冷凝結(jié)晶階段巖漿中的氧逸度對鈾元素地球化學(xué)行徑的影響尤為重要。

根據(jù)自然界中常見氧化還原反應(yīng)的氧化還原電位表修正計算[3]：當(dāng)pH＝6～8，T＝800℃時，E（Fe2＋→Fe3＋＋e）＝1.51～1.39V；E（U4＋→U6＋＋2e）＝0.1.15～1.03V （修正時未計壓力影響）。

當(dāng)巖漿中的環(huán)境氧化還原電位低于鈾的氧化還原電位時，四價鈾和兩價鐵離子都保持原有狀態(tài)。若其它條件也能滿足，晶質(zhì)鈾礦和黑云母按順序結(jié)晶，形成黑云母包裹晶質(zhì)鈾礦的狀態(tài)。

若環(huán)境氧化還原電位高于鈾的氧化還原電位而低于鐵的氧化還原電位，生成黑云母，黑云母中沒有晶質(zhì)鈾礦包裹體，而四價鈾因氧化不能生成晶質(zhì)鈾礦。

當(dāng)巖漿中的環(huán)境氧化還原電位高于鐵的氧化還原電位時，不能形成黑云母和晶質(zhì)鈾礦，只能生成白云母等。

下面列舉貴東巖體東部下莊礦田的例子說明巖漿氧逸度與鈾含量的關(guān)系 （表3）。

表3表明，巖石的氧化系數(shù)與鈾含量和晶質(zhì)鈾礦含量都成顯著的負相關(guān)關(guān)系，說明在同一地區(qū)成巖地質(zhì)環(huán)境基本相同的條件下，巖漿的氧逸度越高從巖漿中分離出來的鈾越多，留在巖漿中隨其它礦物結(jié)晶成巖的鈾就越少；反之，留在巖漿中隨其它礦物結(jié)晶成巖的鈾越多。

在相山和仁差的碎斑熔巖中也可看到相同的情形 （表4）。

3 與巖漿的氧逸度關(guān)系密切的其它巖石特征

除氧化系數(shù)和鈾含量之外，與巖漿的氧逸度關(guān)系密切的巖石特征還有黃鐵礦、赤鐵礦、晶質(zhì)鈾礦的含量。這與鈾、鐵這兩種離子對氧逸度的相對敏感有關(guān)。一般說來，巖漿氧逸度高，巖石中的赤鐵礦含量高，黃鐵礦含量低或者無，無晶質(zhì)鈾礦。巖漿氧逸度低，巖石中黃鐵礦含量高，赤鐵礦含量低或者無，含晶質(zhì)鈾礦 （表5、6）。

表5 燕山第1期 （早侏羅世）黑云母花崗巖的氧化系數(shù)與礦物成分[1]Table 5 Oxygen fugacity and mineral composition of the biotite granite of 1thYanshan period（Early Jurassic）

表6 燕山第3期 （晚侏羅世）黑云母花崗巖的氧化系數(shù)與礦物成分[1]Table 6 Oxygen fugacity and mineral composition of the biotite granite of 3thYanshan periodt （Late Jurassic）

4 巖漿氧逸度與鈾礦化類型的關(guān)系

綜上所述，巖漿冷凝成巖時的氧逸度直接影響鈾元素在該階段的地球化學(xué)行徑，進而影響鈾元素參與成礦的時間和方式。

深成巖巖漿的氧逸度低，其中的鈾無法由四價態(tài)變?yōu)榱鶅r態(tài)，絕大部分會以單礦物 、類質(zhì)同象或其它方式留在巖體中，巖體鈾含量高，成為產(chǎn)鈾巖體。鈾參與成礦的時間在巖體冷凝且經(jīng)蝕變和風(fēng)化剝蝕之后，礦巖時差大。大氣降水是成礦熱液的主要成分，形成花崗巖型礦床中的巖源活化型鈾礦床。以諸廣巖體中的361、201等礦床為代表。

淺成巖或超淺成巖巖漿的氧逸度較高，其中的鈾可以從四價態(tài)變?yōu)榱鶅r態(tài)，進入巖漿熱液系統(tǒng)，在巖體的內(nèi)外接觸帶參與成礦；或者進入地表水循環(huán)系統(tǒng)逸散。巖體的鈾含量較低。鈾參與成礦的時間在巖體冷凝成巖之后，礦巖時差相對較小。成礦熱液以巖漿熱液為主，混有大氣降水，形成巖漿熱液型礦床。在廣東省境內(nèi)，目前雖未發(fā)現(xiàn)該類型工業(yè)鈾礦床，但八簾山巖體內(nèi)外接觸帶中的鈾礦化屬于這種類型。

火山巖巖漿相對于前兩種情形氧逸度更高，其中的鈾可以較快地從四價態(tài)變?yōu)榱鶅r態(tài)，進入巖漿熱液與大氣降水相混合的成礦熱液系統(tǒng)，參與成礦。巖石的鈾含量低。鈾參與成礦的時間稍晚于巖體冷凝成巖時間，礦巖時差小。成礦熱液由巖漿熱液與大氣降水混合組成，形成火山巖型礦床，如相山巖體中的鈾礦床。

巖漿氧逸度影響鈾成礦類型的實例見表7。

表7 巖漿氧逸度影響鈾成礦類型的實例Table 7 Cases showing the affect of magma oxygen fugacity to the type of uranium mineralization

除氧逸度外，巖漿中的鈾含量和揮發(fā)分，也是日后鈾能否參與成礦的重要因素，但這不是本文討論的重點。

5 結(jié)論

（1）巖漿的氧逸度是決定華南熱液型鈾礦床成礦類型的主因之一。巖漿氧逸度與鈾成礦類型之間的關(guān)系，建立起了我國幾個重要的鈾成礦類型 （花崗巖型、火山巖型鈾礦，巖源活化、巖漿熱液型鈾礦等）之間的內(nèi)在聯(lián)系，深化了對華南熱液型鈾礦床成礦機理的認識。

（2）巖漿氧逸度與鈾成礦類型之間的關(guān)系，確立了巖漿熱液型鈾礦在華南存在的理論依據(jù)。

由于在華南地區(qū)以往的找礦成果中，巖源活化型鈾礦占了絕對優(yōu)勢，人們便把主要精力集中于此，而忽略了其它類型的礦床，造成找礦盲點。從上述資料和分析結(jié)果可以看出，巖源活化型鈾礦的母體 “產(chǎn)鈾巖體”與巖漿熱液型鈾礦的母體特征完全不同。因此，在部署找礦工作的初期，首先就會排除氧化系數(shù)高而鈾含量低的花崗巖體，使可能存在其中的巖漿熱液型鈾礦失去被發(fā)現(xiàn)的機會。實際上，根據(jù)巖石氧化系數(shù)和礦物成分判斷：貴東巖體東部可能存在適合產(chǎn)出巖漿熱液型鈾礦的巖體，如熱水巖體以及下莊礦田范圍的某些巖體。這是應(yīng)該引起重視的。

下面列出巖源活化型鈾礦與巖漿熱液型鈾礦的特征對比表 （表8），期望在部署普查找礦時，提供參考借鑒。

表8 兩種不同成礦類型鈾礦特征對比表Table 8 Features of two different type uranium mineralization

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