Technical Report NTB 90-20

Die Lithologie der Osamu Utsumi-Mine wird im Wesentlichen bestimmt durch eine Folge von vulkanischen und subvulkanischen Phonoliten und Nephelin-Syenit­Intrusionen, ähnlich wie diejenigen im übrigen Poços-de-Caldas-Caldera-Komplex. Es existieren auch vulkanische Brekzien-Schlote von etwa 80 m Durchmesser, die durch U-Th-Zr-SEE-Mineralisationen in der Matrix charakterisiert sind. Eine starke hydrothermale Umwandlung, die mit der Bildung der Brekzien zusammenhängt, führte zu einer K-Umwandlung und Pyritisierung der Phonolite und Syenite sowie zu einer schwachen Mineralisierung mit fein verteilter Pechblende. Die K-Umwandlung führte alle Feldspäte in reine K-Feldspäte über, desgleichen Nephelin in Illit und Kaolinit sowie Klinopyroxene (als primäre Träger der SEE) in Mischungen von TiO₂-reichen Mineralien, Tonmineralien und Pyrit. Die Anreicherung von K, S, U, Th, Pb, Rb, Ba und Mo war gekoppelt mit einer Verarmung an Na, Ca, Mg und Sr. Flüssigkeitseinschlüsse deuten auf Temperaturen um 250°C und KCI-H₂O-Mischungen mit etwa 7 Gew.% KCI für die hydrothermalen Lösungen. Für die Fluide in den Brekzien-Schloten, die zusätzlich Zr, Hf und F transportierten, deuten die Einschlüsse auf Sieden bei 210°C und KCI-Gehalte von 40 – 45 Gew.% in einer KCI-NaCI-H₂O-Lösung, die auch FeSO₄ und KF enthält. Ultrabasische, karbonatitische Gänge (datiert auf 76 Ma) liefern eine untere Altersgrenze für die hydrothermale Phase.

Als Ergebnis einer deszendenten Verwitterung unter einer tonigen Erdschicht von 20 – 40 m und einer Saprolitzone von 15 – 60 m wurde der Pyrit in den Gesteinen bis zu variablen Tiefen von 80 – 140 m unter der Oberfläche oxidiert. So entstand eine Redoxfront, die durch einen auffälligen Farbwechsel von oxidiertem (gelb/ocker) zu reduziertem (grau/grün) Gestein gekennzeichnet ist. Im Bereich wasserführender Klüfte drangen diese Redoxfronten in grössere Tiefen vor. Durch Auflösung in der oxidierten Zone und Abscheidung unmittelbar unter der Redoxfront entstand eine sekundäre Pechblende-Mineralisation, z. T. als Knollen in Verbindung mit sekundärem Pyrit. Dieser sekundäre Pyrit ist manchmal vergesellschaftet mit CdS und hat ein δS von -13 ‰ verglichen mit δS-Werten von -3.63 bis +1.24 ‰ für hydrothermale Pyrite. Der niedrige δS-Wert von -13 ‰ deutet auf bakterielle Prozesse. In unmittelbarer Nähe der Redoxfront wird die Auflösung von K-Feldspat und die Zunahme des Kaolinitgehaltes beobachtet. Der auffällige Farbwechsel an der Redoxfront wird durch amorphe, hydratisierte Ferrihydroxide erzeugt, die mit der Zeit zu Goethit und Hämatit umgewandelt werden. Auf der oxidierten Seite sind Alunit-Jarosit-Mineralien häufig. Die Porosität steigt von 5 auf 8 % an der Redoxfront.

Gibbsit ist vorhanden, wenn der K-Feldspat am Saprolit-Laterit-Kontakt verschwunden ist. Eine Anzahl der SEE ist an phosphatreiche Tone (einschliesslich der Crandallit-Minerale) gebunden und wird durch die oxidierenden Lösungen kaum mobilisiert. Nur ein geringer allgemeiner Verlust an SEE zwischen oxidiertem und reduziertem Gestein wurde beobachtet, wobei der Verlust für die leichten SEE grösser ist. Es existieren einige Hinweise auf eine Fraktionierung von Ce und Eu von den anderen SEE.