在相山铀矿田研究中发现,富大铀矿体中磷含量明显增高,矿石中P₂O₅与U、Th、REE元素的含量上总体上呈正相关关系。因此,本文开展相山矿田内各地质体中磷与磷灰石的地球化学特征、矿物学、模拟实验等研究,分析磷对U、Th、REE元素的活化、运移、沉淀富集的影响,探索铀矿石中磷的特征及对铀成矿的意义。首先,测试了各类背景岩石、弱蚀变围岩、强蚀变近矿围岩、不同品位铀矿石和主要造岩矿物及其对应的蚀变矿物等地质体中P₂O₅、U、Th、REE等的含量,并通过对比分析,了解各种地质体中这些组分的特征及变化规律,探讨成岩过程、蚀变过程及矿化过程中磷对U、Th、REE等组分富集的影响。其次,应用电子探针、扫描电镜等,对富大铀矿体内与铀相关的磷灰石的种类、赋存特征、结构形态及地球化学特征等进行大量测试,研究富大铀矿体中磷、铀等组成的矿物学特征及相互关系。最后,在前述研究的基础上,开展磷和U活化、磷灰石吸附铀沉淀两个方向的模拟实验,了解磷与U、Th、REE等元素的迁移规律,验证磷灰石可吸附U、REE等沉淀富集;再结合已有成矿温度、年代等方面的成果,分析相山铀矿成矿作用中磷对成矿的意义。取得以下成果:(1)各类背景围岩中P₂O₅的含量相差不大,但U、Th、REE含量相差较大。P₂O₅含量,变质岩中平均值0.13%,碎斑熔岩中平均值0.03%,花岗斑岩中平均值0.11%。P₂O₅含量在背景岩石中总体含量较低,且在变质岩与花岗斑岩中相近,略高于碎斑熔岩。U含量,变质岩中平均值2.7×10^-6,碎斑熔岩中平均值8.46×10^-6,花岗斑岩中平均值5.85×10^-6,这几种背景围岩U含量有3倍左右的变化,且铀含量高低顺序为碎斑熔岩>花岗岩>变质岩。在变质岩重熔形成碎斑熔岩、花岗斑岩等演化过程中,U、Th、REE等明显富集,但P₂O₅含量变化不明显,由此推测相山矿田在成岩过程中从早到晚U、Th、REE等明显富集,P₂O₅无富集。(2)矿化过程中P₂O₅与U、Th、REE等元素呈非线性正相关关系。(1)在含矿剖面中,从未蚀变→近矿蚀变围岩→矿体中,P₂O₅与U、Th、REE等元素逐渐增加。(2)铀矿石中P₂O₅与U、Th、ΣREE、LREE、HREE等总体呈正相关关系,U含量越高,P₂O₅与这些元素正相关性越明显。特富矿石(铀品位高于1%)中,P₂O₅与Th、ΣREE、HREE等明显富集,为重稀土富集型,P₂O₅与U等元素总体呈显著正相关。(3)斑岩型和熔岩型矿床内P₂O₅与U、Th、ΣREE、LREE、HREE均呈非线性的正相关性,P₂O₅含量熔岩型矿床含量比斑岩型高,U含量也是如此。在相山矿田无论贫富铀矿石中,P₂O₅含量明显高于背景岩石,且与U、Th、REE正相关,是良好的铀矿化标志和找矿标志。(3)蚀变过程中P₂O₅与U、Th、REE同步增长,显示P₂O₅对这些成矿组分活化迁移有促进作用。相山矿田中,长石和云母等主要组成矿物蚀变过程电子探针成分分析显示,总体上,不同蚀变程度的长石P₂O₅与U、Th等元素呈非线性正相关关系;长石蚀变为绢云母蚀变为绿泥石过程中,U、Th含量增加,P₂O₅含量减少。不同蚀变程度的黑云母P₂O₅与U、Th等元素呈非线性正相关关系,稀土含量越高,相关性越明显;黑云母蚀变为绿泥石过程中,U、Th含量增加,P₂O₅含量减少。磷铀活化迁移实验表明,P₂O₅与U、Th、ΣREE、LREE、HREE在酸性条件下,从固态进入液相状态,且酸性越强进入液相状态的比例越高,叠加氧化条件后磷和铀进入液相状态的比例再次提高。以上蚀变过程及活化迁移实验结果都表明,在酸性热液环境中磷对U、Th、REE等从固态进入液相状态有积极作用,利于其活化迁移。(4)P₂O₅对相山矿田铀沉淀富集形成富大矿体有重要的意义,是相山铀矿田形成富大铀矿体不可或缺的因素。(1)相山矿田富大铀矿体中磷灰石主要为氟磷灰石,可大致分为自形-半自形磷灰石和它形两类。前者不含铀矿物,粒度一般较大,包裹体成群出现,均一温度集中在165~288℃,铀矿物主要成星点状或细脉状分布在其周围或裂隙中。后者表面较为粗糙,为微晶磷灰石堆积而成,包裹体小且少,均一温度233℃、373℃、383℃,一般磷灰石内有粒状或微小的星点状铀矿物。(2)磷灰石在酸性条件下可吸附铀,反应可自发进行,磷灰石吸附铀后无新的U与P的矿物相生成,铀呈非晶质态吸附在磷灰石表面,主要是化学吸附,同时伴有物理吸附。(3)结合前人关于相山存在早、晚两期成矿阶段的认识,P₂O₅在两期铀沉淀成矿阶段意义有一定的差异。早期成矿阶段(115±0.5)Ma,主要是在斑岩形成后期,形成的U矿石品位较低,P₂O₅活化酸性火山岩和斑岩中的铀等成矿元素,热液温度高,成矿温度约为310℃,与微晶磷灰石包裹体均一温度233℃、373℃、383℃相近,推测微晶磷灰石主要形成于早期成矿阶段。晚期成矿阶段(98±8)Ma,也是红盆形成阶段,主要受北东向断裂控制,热液主要来源于盆地脱水后的深大断裂增温的盆地水,磷能促进铀等成矿组分从固相进入热液活化迁移,受控盆断裂长期影响热液量大、作用时间长,成矿温度低,约为220℃上下,与中粗粒自形-半自形磷灰石包裹体均一温度165℃-288℃相近。推测中粗粒磷灰石主要形成于晚期阶段。两个成矿期次可以单独成矿,如云际矿床早期铀成矿作用特征较为明显,形成的矿石U品位低;也可两期叠加成矿,两期叠加成矿是相山矿田富大矿床形成的必要条件,如山南和邹家山矿床。创新性认识主要有:相山矿田铀矿化中P₂O₅含量与U、Th、REE总体正相关,P₂O₅是富大铀矿成矿和找矿的重要标志。热液环境中P₂O₅能促进U、Th、REE等从固相进入液相,在相山两期热液成矿阶段,P₂O₅对铀活化迁移都起重要的促进作用,而在变质岩重熔的成岩阶段这两者相关性不明显。相山铀矿成矿过程中磷灰石对铀的吸附沉淀,也是铀富集成矿的重要机制,在早晚两期成矿中,磷对铀的迁移、活化、沉淀都起了重要的促进作用。