Abstract

The distribution of natural radiation-induced damage in quartz from the uranium-mineralized Athabasca basin in northern Saskatchewan has been investigated by cathodoluminescence (CL) imaging and electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. With CL imaging, it is not only possible to distinguish two generations of overgrowths on detrital quartz, but also to reveal three types of alpha-particle-induced damage in quartz: 1) halos around inclusions of U- and Th-bearing minerals, 2) patches in contact with U-bearing minerals in matrices or pores, and 3) continuous rims in samples with or without any U-bearing minerals. CL halos in detrital quartz grains are mostly associated with zircon inclusions, whereas those in overgrowths mainly surround crandallite inclusions. CL patches are widespread, but are particularly abundant in altered sandstones close to the sandstone–basement unconformity and faults. Continuous CL rims occur not only in mineralized rocks close to the unconformity at the Key Lake deposit, but are pervasively developed in the siliceous cap and along the unconformity at the McArthur River deposit and the neighboring BJ prospect. With EPR, which is more sensitive in detecting dilute radiation-induced defects than CL, we confirm the results of CL imaging that radiation-induced defects are best developed in quartz grains from the unconformity, lithological boundaries, faults and fractures. Continuous CL rims on quartz grains most likely formed from bombardments of alpha particles emitted from U-bearing fluids. The restricted occurrences of continuous CL rims suggest channelized uranium-bearing fluids in the Athabasca basin. The presence of continuous CL rims on detrital quartz grains and the local abundance of U-bearing minerals in both generations of overgrowths suggest that uranium was present in early diagenetic fluids and that mineralization commenced during the early stage of diagenesis and continued during the peak diagenesis. The absence of radiation-induced damage in quartz from altered basement rocks below the McArthur River deposit supports our proposal that basement fluids were poor in uranium. The common occurrence of radiation-induced damage in quartz from reactivated fractures, faults and voids provides further evidence for late remobilization of uranium.

Abstract

Nous évaluons la distribution du dommage dû à la radiation dans le quartz provenant des zones minéralisées en uranium dans le bassin d’Athabasca, dans le nord du Saskatchewan, selon des images de la distibution de la cathodoluminescence (CL) et la spectroscopie de la résonance paramagnétique des électrons (EPR). Dans les images CL, il est non seulement possible de distinguer deux générations de surcroissances sur le quartz détritique, mais aussi de reconnaître trois sortes de dommage dû au particules alpha: 1) aureoles autour des inclusions de minéraux uranifères et thorifères, 2) taches dans le quartz près des minéraux uranifères dans la matrice ou les pores, et 3) liserés continus dans les grains avec ou sans minéraux uranifères. Les aureoles CL dans les grains de quartz détritique apparaissent surtout autour des grains de zircon inclus, tandis que celles dans les surcroissances seraient surtout dues aux inclusions de crandallite. Les taches de CL sont répandues, mais apparaissent surtout dans les grès altérés près du contact discordant avec le socle ou près de failles. Les liserés cathodoluminescents continus se trouvent non seulement dans les roches minéralisées près de la discordance au gisement de Key Lake, mais ils sont aussi répandus dans la coiffe siliceuse et le long de la discordance au gisement de McArthur River et à l’indice BJ, avoisinant. Avec la méthode EPR, qui est plus sensible que CL pour détecter le dommage dû à des défauts à un niveau plus faible, nous pouvons confirmer les résultats des images CL, que les défauts dus à la radiation sont le plus évidents dans les grains de quartz près de la discordance et des contacts lithologiques, failles et fractures. Les liserés cathodoluminescents continus sur les grains de quartz résulteraient probablement de bombardements de particules alpha émises à partir des fluides uranifères. D’après la distribution limitée de ces liserés, nous entrevoyons une circulation canalisée des fluides uranifères. La présence de tels liserés sur les grains de quartz détritiques et l’abondance locale des minéraux porteurs d’uranium dans les deux générations de surcroissance font penser que l’uranium était présent dans la phase fluide responsable de la diagenèse et que la minéralisation a commencé avec la diagenèse et a continué jusqu’à son apogée. D’après l’absence des témoins du dommage dû à la radiation dans le quartz provenant des rocles du socle au dessous du gisement de McArthur River, les fluides circulant dans le socle étaient pauvres en uranium. La présence d’endommagement dans le quartz provenant de fractures et failles réactivées et dans les cavités démontre la remobilisation tardive de l’uranium.

(Traduit par la Rédaction)

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