1.矿床位置及发现研究小史
凯湖矿床位于阿萨巴斯卡盆地的东南部，萨斯喀彻温省北部La Ronge镇以北约200km处，地理坐标：N57°2＇，W105°40＇，为一铀镍型矿床，矿床完全被阿萨巴斯卡群或第四纪冰积物覆盖。矿床的大地构造位置，加拿大地质学家归之为加拿大地盾，依地洼学说可归属为北美壳体阿萨巴斯卡地洼区伍拉斯顿地穹。该矿床铀（U3O8）平均品位2%，储量为7.39万吨。
凯湖矿床由德国Uranerz公司在1975年发现。矿床的发现和扩大，应用了一系列综合方法，主要包括放射性漂砾来源的追索、地表冰川地质、地球化学、地球物理方法和岩心钻探。加拿大、美国、德国等国的地质学家沃尔兹迪、柯切尔、达尔坎普、鲁西卡等对凯湖矿床均进行过较深入研究，不同学者将其归入不同的类型，有的将其归入沉积矿床，有的将其归入变质矿床或热液矿床，仅有极少数学者认为该矿床是多阶段成因矿床。本书作者之一刘翔高级工程师，1995年考察过该矿床和阿萨巴斯卡盆地中其他一些重要的不整合面型铀矿床，收集了一些最新地质资料，并应用地洼学说及其多因复成成矿理论对该矿床进行了重新认识。笔者认为该矿床成因复杂，故一些专家强调某一方面，而另一些专家强调其另一方面，导致矿床成因认识上差距较大，而实际上该矿床是一典型的多因复成矿床。
2.矿床地质特征及其多因复成依据
1）矿区地层及含矿主岩
凯湖地区地层由太古宇、古元古界和中元古界构成。凯湖地区最老的地层是太古宙花岗片麻岩和混合岩，构成穹隆状杂岩体。古元古代伍拉斯顿群不整合覆盖于呈北东向穹隆状延伸的太古宙地层之上，围绕太古宙的凸起分布，地层强烈褶皱（图5-38）。
伍拉斯顿群是一套变质沉积岩，属结晶基底的一部分。区域变质作用发生于赫德森造山运动时期（1735Ma），在中元古代阿萨巴斯卡群沉积以前又受到强烈的古风化作用的影响。伍拉斯顿群主要由黑云母－斜长石－堇青石片麻岩、石榴子石－石英－长石－堇青石片麻岩、石墨片麻岩、石墨片岩、富黑云母片岩、角闪岩、粗粒深熔混合岩和花岗伟晶岩组成。中元古代阿萨巴斯卡群以陆相碎屑沉积物不整合沉积在结晶基底上，该组由基底砾岩、扇积砾岩和石英砂岩组成，最底部岩层为基岩碎块，其中有些强烈风化，表明基岩风化是在阿萨巴斯卡群砂岩沉积之前发生的。石英砂岩向上粒级逐渐变细。矿区内该地层组总厚度为60m。
铀矿化直接产于中元古宙阿萨巴斯卡组和下伏的古元古代伍拉斯顿群之间的不整合面中（图5-39）。主要矿体赋存于不整合面之下基底内伍拉斯顿群石墨化变质沉积泥质岩（片麻岩）中，但矿化只延伸到不整合面之下约150m处（图5-39）；部分矿体赋存于该不整合面之上阿萨巴斯卡群的含砾砂岩、粗砂岩之中。
图5-38 凯湖矿床地质图
1.阿萨巴斯卡群；2.古元古代片麻岩、片岩；3.太古宙混合岩、片麻岩；4.构造破碎带：a.据地球物理数据推测的；6.测定的；5.石墨导电区；6.推测的杂岩边界；7.矿床矿层；G.盖特纳矿体；D.德尔曼矿体
2）构造形态及成矿构造
矿床区域构造具有多构造层特点。太古宙Tazin群的花岗片麻岩、花岗岩构成区内最老的构造层。该构造层最终形成于克诺兰期造山运动（2480Ma），代表前地槽阶段产物。古元古代阿菲比亚期的伍拉斯顿群、Thluicho Lake群和Many Islands群由亚陆架至冒地槽的变质沉积岩组成，构成区内的第二构造层，成为区内结晶基底的一部分。该构造层的形成终于赫德森造山运动（1735Ma），代表地槽阶段的产物。中元古代Helikian期的Mantin组（1630Ma士180Ma）、阿萨巴斯卡群（1350Ma±50Ma）的陆相碎屑岩和泥盆系、白垩系构成区域上最年轻的构造层，代表地洼阶段的产物。此外，古元古代晚期（1735～1630Мa）区内可能存在过短暂的地台阶段。
凯湖地区的主要构造特征为以太古宙花岗岩、花岗片麻岩为核心，并被褶皱的伍拉斯顿群的变质沉积岩所覆盖（图5-40）。片理和层理的区域走向为北东－南西。矿区内断裂构造发育，以北东－南西走向的断层规模最大，分布最广，在矿区该组断裂倾向北西，倾角为50°～70°。近南北向的后阿萨巴斯卡断裂也较发育，横切了先期形成的北东走向的断层。两个断层系都具有垂直断距，在盖特纳矿体中，东南断块下落40m（图5-41）。在东北部的剖面（德尔曼矿体）上，断裂带比其西南延伸部分（盖特纳矿体）更为复杂（图5-42）。在矿区内的剖面上，普遍发育着古—中元古界的不整合面构造并成为重要的控矿因素之一。
矿区断裂构造的形成，明显地分为两大期，第一期为古元古代阿菲比亚期地槽回返阶段形成北东向褶皱、片理及一系列的北东向剪切断裂带。这种剪切断裂带的构造岩以糜棱岩为主，具韧性剪切性质，而其中具铁绿泥石化、高岭石化地段是铀矿化最直接的围岩，并有高品位铀、镍矿化分布。第二期为阿萨巴斯卡群形成之后，中元古代及其后的断裂构造。主要表现为切割北东向断裂和阿萨巴斯卡群的近南北向断层，以及使先成断裂发生多次活化，并使部分先成断裂活化后切穿中元古代地洼盆地沉积的岩层（图5-42），以脆性断裂的特征叠加于先成的基底韧性剪切带上。
图5-39 德尔曼和盖特纳矿体横剖面示意图
1.冰川沉积；2.阿萨巴斯卡砂岩；3.阿菲比亚基底；4.砂岩铀矿石；5.基底铀矿石；6.断层
凯湖铀镍矿床的成矿构造，主要是古—中元古界的不整合面构造和叠加在北东向片理之上的北东－南西走向的剪切断裂带，而少量的规模小的矿体与近南北向裂隙带有关。
3）矿区岩浆岩
矿区内岩浆岩不甚发育，但在阿萨巴斯卡盆地内见有地洼阶段多期次的辉绿岩脉侵入。第一期辉绿岩脉侵位，见于紧邻凯湖地区的Cree湖地区的阿萨巴斯卡群砂岩中，钾－氩法年龄为1230Ma（Burwash,1962）。第二期辉绿岩脉侵位，发现于盆地西部的Carswell地区，钾－氩法年龄为938Ma士33Ma（据加拿大地调局Trewblay，未公开发表）。这两次辉绿岩脉侵入，均与凯湖矿床或阿萨巴斯卡盆地其他铀矿床的主成矿年龄十分相近。为此，作者认为，阿萨巴斯卡盆地的铀矿床可能并不是像多数学者认为的那样，与岩浆作用关系不大，而可能是与地洼阶段多期辉绿岩脉侵入为代表的深部岩浆作用相伴的热液活动有密切关系，值得进一步探索。
图5-40 加拿大齐墨尔湖—凯湖地区基底的地质解释
1.太古宙古核；2.阿菲比亚沉积变质岩；3.阿萨巴斯卡组南部大致界线；4.断层；5.冻结隆起的漂砾；6.矿化；7.基底岩石露头；8，具磁倾角和字母显示的主要电磁波导体；9.具数字
显示的次要电磁波导体或带；10.阿菲比亚向斜轴；11.背斜轴；12.向斜轴
图5-41 盖特纳矿体中部地质剖面图
1.砂和细砾层；2.漂砾矿体；3.冰川沉积层；4.块状和浸染状矿体；5.片理化区；6，阿萨巴斯卡砂岩建造；7.伟晶岩；8.石墨片麻岩；9.含黑云母片麻岩
图5-42 德尔曼矿体剖面图
（据F.J.达尔坎普，1978）
1.冰水沉积砂和砾石；2.矿体；3.剪切带；4.阿萨巴斯卡建造；5.石墨化片麻岩；6.黑云母片麻岩
4）矿体形态及近矿围岩蚀变
凯湖矿床由两个主要矿体组成，即盖特纳和德尔曼矿体，均为隐伏矿体。两个矿体都赋存于同一条北东向剪切断裂带内。该断裂带长度大于6km，铀矿化总长大于5km，局部已被冰川作用剥蚀掉。矿体沿剪切断裂带延伸至不整合面以下120m以内，形态为简单透镜状。盖特纳矿体总长度达1500m，宽10～90m，可分成两部分，北部矿体长800m，宽10～50m，矿化通常产于地表以下50至80m处，在一段长度超过0.3m的岩心内，U3O8和Ni的品位均高达45%；南部矿体长600m，平均宽度为15m。德尔曼矿体长约1400m，宽度为10至200m，向下延伸最大可达160m，它产于地表以下60～140m处，岩心中有0.3m以上的最高品位为59%U308的矿化。矿体大部分赋存于伍拉斯顿群石墨变质泥质岩中的铁绿泥石化和高岭石化糜棱岩中，少部分在阿萨巴斯卡群砂岩中。
矿区内有两种类型蚀变，第一种与矿化有关，第二种是由风化作用引起的。由风化作用引起的蚀变有绢云母化、铁－镁绿泥石化。这种类型的蚀变也存在于糜棱岩中，但很快又变为仅经微弱剪切的片麻岩，其化学成分和矿物成分与远离矿带的非碎裂风化片麻岩的成分基本一致，通常不含矿。
与矿化密切相关的蚀变又可分两种，即铁绿泥石化和高岭石化。铁绿泥石化是富含铁的绿泥石产于糜棱岩中，糜棱岩主要由深绿色的富铁（不含镁）绿泥石及少量的高岭石等组成。高岭石化是在以高岭石为主的灰白色糜棱岩中产出，在某些情况下则全由高岭石组成，局部有方解石和菱铁矿细脉发育，并穿过矿体。沃尔兹迪认为，在形成与矿化有关的铁绿泥石化和高岭石化的过程中，直接含矿的主岩中的原生阳离子几乎完全被迁移，高岭石和铁绿泥石被认为是强烈构造形变带中的产物。随后又遭受水化蚀变，使高岭石和铁绿泥石再结晶。高岭石化和铁绿泥石化很明显地发生在区域风化作用之后，并与铀矿化密切相关（图5-43）。
图5-43 凯湖矿床纵剖面图
（据F.J.达尔坎普，1978）
1.冰川沉积；2.阿萨巴斯卡砂岩；3.基底；4.矿体；G.盖特纳矿体；D.德尔曼矿体；i.冰川作用形成基底天窗
5）矿石物质成分
矿石中主要的成矿元素为铀和镍，铀以氧化物和硅酸盐矿物产出，镍以硫化物和硫砷化物形式产出，Cu、Pb、Zn见于副矿物中，还发现有Mo。根据矿物的生成顺序，达尔坎普划分出5个矿化阶段，矿石矿物的共生次序列于图5-44。沃尔兹迪等认为，矿石矿物可划分为基底糜棱岩化、石墨化片麻岩中较早的矿物组和上覆阿萨巴斯卡群中的较晚的矿物组。
基底糜棱岩中矿石矿物含α－U3O7（称为“正方形”晶质铀矿）、铀石和烟状沥青铀矿、辉砷镍矿、红砷镍矿、针镍矿、砷镍矿、斜方砷镍矿、方铅矿、方硫铁镍矿、黄铁矿和白铁矿以及少量的黄铜矿、铜蓝和闪锌矿。α－U3O7和镍的砷化物、红砷镍矿、砷镍矿和斜方砷镍矿不产于砂岩内。
毗邻的石墨片岩中不含有铀矿物，但可能局部含有少量辉砷镍矿、红砷镍矿或针镍矿。这种矿化可能是（初始的）变质作用形成的（Tilsley,1979）。
阿萨巴斯卡群的铀矿物主要见于砂岩的颗粒间隙中，局部地方也见于原来滚圆度较好的石英颗粒间和次生（较新的）石英边缘。在有些地方晚期矿化（在所有的针镍矿之上）局限于裂隙面上。
图5-44 矿物共生及生成顺序图
基岩中最重要的铀矿物为a-U3O7（“正方形晶质铀矿”），呈块状充填裂隙、或沿层状硅酸盐解理面呈薄膜分布、或呈胶状团块和良好发育的自形晶产出之后，沿α－U3O7表面和收缩裂隙经氧化而形成烟灰状沥青铀矿。
辉砷镍矿与α－U3O7同时形成，呈自形晶，有时呈带状产出，与铀、其它镍矿物和脉石矿物呈条带状连生体产出。较晚阶段的辉砷镍矿替代了除针镍矿以外的其它镍矿物。
方硫铁镍矿，也是在成矿第一阶段形成，与α－U3O7一起呈包体产于自形的辉砷镍矿中。斜方砷镍矿也可能形成于早期成矿阶段，并沿裂隙被红砷镍矿交代。
红砷镍矿呈球形颗粒产出，并可能被砷镍矿Ni3As2交代。红砷镍矿与烟灰状沥青铀矿密切连生，并交代了其它镍矿物。
铀石和烟灰状沥青铀矿属于比较年轻的成因阶段，作为同心连生体见于阿菲比亚变质沉积岩中或见于其它矿物之间的空隙处。
少量的，但局部比较富集的矿石成分有黄铁矿、白铁矿、黄铜矿和方铅矿以及闪锌矿。变质沉积岩中的矿体局部地方被许多方解石和菱铁矿细脉切割。块状矿石除上述矿物外，基本上没有其它矿物，特别是脉石矿物。
6）矿床成矿时代
凯湖矿床主要矿石铀－铅法同位素分析资料表明，有4个主要矿化年龄，即1228～1160Ma（结晶的α－U3O7）、960～918Ma和370Ma（基底岩石中的烟灰状沥青铀矿）、250～107Ma（阿萨巴斯卡群砂岩中的烟灰状沥青铀矿），说明凯湖地区铀矿化的形成时代极为宽广，具长期性和多阶段性特点。
3.矿床形成条件
古元古代伍拉斯顿群变质岩系中的石墨化片麻岩是主要赋矿岩石，区内未蚀变的石墨质和石榴子石泥质片麻岩铀含量为12～17g/t。对这套岩系的原岩，加拿大学者认为是一套泥质岩石。杜乐天（1996）认为其原岩是一套富铀含碳（石墨）、碳酸盐、燧石、硫化物的地层，即我国铀矿地质界所称的富铀碳硅泥岩系。我们赞同杜乐天这一论断，在我国这套岩系中经常富含U、Ni、As、Co、Cu、Mo、Au等元素。这就能较好地解释凯湖矿床中大量U、Ni、As、Cu、Mo的共生富集现象。据此，笔者认为铀源主要来自盆地基底的富铀炭硅泥岩系。此外，区域上太古代花岗片麻岩和花岗岩铀含量较高，阿萨巴斯卡组砂岩局部铀含量也较高，且渗透性好，均能提供部分铀源。因此，该矿床成矿铀源应该是多源的。
主成矿作用的成矿温度，可以从矿物温度计推测。矿石中存在辉铁镍矿，其稳定的温度上限为137℃±6℃，正方晶系的α－U3O7稳定温度下限为135℃。据此，可以较准确地确定主成矿期成矿溶液的温度为135～137℃。据F.达尔坎普（1978）资料，矿石中镍硫化物中的δ34S/32S比值范围为＋1.0‰～＋10‰，变化范围较宽，说明形成凯湖矿床的成矿溶液，其硫源具多来源特点。
4.铀成矿作用的演化
从凯湖地区地层、构造特征分析入手，结合对阿萨巴斯卡盆地大地构造演化的认识（详见加拿大中西湖矿床一小节），作者认为凯湖地区同样经历了太古宙的前地槽阶段，古元古代的地槽阶段，中元古代短暂的地台阶段和中新元古代至今的地洼阶段。其大地构造演化的突出特点是地台阶段短暂，地洼阶段延续时间长达16亿年左右。铀成矿作用与大地构造演化密切相关，另外，在具体讨论凯湖矿床铀成矿作用演化之前，归纳一下凯湖矿床最主要的控矿特征：
（1）矿化直接产于阿萨巴斯卡群和下伏结晶基底之间的中元古代不整合面接触带中，矿化只延深到不整合面之下约150m处，而主要的矿化一般在不整合面之下20m以内。
（2）矿体主要产于北东－南西走向的剪切断裂带中。
（3）主要蚀变作用有，矿化期前的绢云母化和绿泥石化，并局限于古风化壳上，由古风化作用产生；与铀镍矿化密切共生的铁绿泥石化和高岭石化，明显地是由含矿热流体形成。
（4）矿床内主要有两种矿化类型，老的（1228Ma）铀氧化物和镍硫砷化物组合体，仅局限于结晶基底内；年轻的（＜300Ma）含U-Ni的各种矿物组合，产于上覆的阿萨巴斯卡群砂岩中，可能是基底岩层中矿化经再活化而形成的。
上述特征表明凯湖铀镍矿床的形成，主要经历以下的成矿作用的演化过程：
（1）沉积成矿作用
主要是含U、Ni、As、Cu、Pb、Zn、Mo和有机碳等组分较高的古元古代地槽阶段的碳硅泥岩系的形成，导致U和Ni等元素在沉积物中形成初始富集，铀的平均含量达50g/t，为改造和再造成矿奠定了基础。
（2）变质成矿作用
地槽回返阶段的赫德森造山运动，使富铀、镍、砷和富碳质的沉积岩系发生变质作用，导致铀活化、迁移，并在局部富碳质地段再沉淀，并形成了铀的预富集，此时有立方体晶质铀矿的形成。
（3）构造－岩浆活化成矿作用
凯湖矿床明显受中元古代不整合面和北东走向的剪切断裂带联合控制，这是因为构造活化作用不仅为铀的活化转移提供动力，而且也是含铀溶液和还原性气体运移的通道及铀沉淀的场所。岩浆活化作用也可为铀的转移提供能量和丰富的矿化剂，驱动成矿物质的活化转移。凯湖矿床主要工业成矿期（1228Ma）恰与邻近的Cree湖地洼阶段形成的辉绿岩墙的侵入年代（1230Ma）基本一致，即是有力的佐证。
（4）淋积成矿作用
凯湖地区，在中元古代不整合面之下一般都存在厚数米至数十米的古风化壳，这表明在地洼阶段地层沉积之前，经历过的短暂的地台阶段，发生过强烈的化学风化作用，导致铀在含氧化作用下迁移，并在不整合面附近富集。
（5）后期再造成矿作用
地洼阶段晚期，通过盖层阿萨巴斯卡群向下流动的含铀含氧水溶液，也可以使先成的铀矿体发生再造作用，使矿体叠加更富。矿床内产有极富的矿石，部分矿石矿化年龄大大晚于沉积盖层形成的年龄，矿石δ34S/32S比值变化范围较宽，为该论点提供了依据。
综上所述，不同演化阶段的多种成矿作用，对凯湖矿床的形成均起到了重要作用，凯湖矿床的形成明显具多成矿阶段、多物质来源、多控矿因素和多成因类型的特点，是典型的多因复成铀镍矿床。