Energy Critical Elements in the English Lake District -

Scar Crags, Dale Head North

Giulio Solferino & Nathan Westwood

3rd International Critical Metals Conference – Edinburgh, April 29 – May 03, 2019

Contents

‐ Introduction

‐ Scar Crags and Dale Head North

‐ Geology

‐ Minerals & Paragenesis

‐ A story of magma and sediments

‐ Oddities

Introduction

Taken directly from the European Commissions most recent (2017) critical materials review.

27 different raw materials are now considered to be ‘critical’ according to the Commission which has increase by 9 from the last review (2014)

2017 Critical Raw MaterialsAntimony Fluorspar LREEs Phosphorus

Baryte Gallium Magnesium Scandium

Beryllium Germanium Natural graphite Silicon metal

Bismuth Hafnium Natural rubber Tantalum

Borate Helium Niobium Tungsten

Cobalt HREEs PGMs Vanadium

Coking coal Indium Phosphate rock

Introduction

Olivetti, E. A., Ceder, G., Gaustad, G. G., Fu, X., Joule (2017), 1, 229. 

Introduction

• The UK relies almost entirely on EU and other international 

sources for its Co supply. Yet, there might be viable sources 

within the British Isles.

• Noticeably, in the Lake District several Co‐bearing 

mineralisations were flagged (back in the seventies and 

eighties)

https://www.euchems.eu/wp‐content/uploads/2019/01/The‐Periodic‐Table‐and‐us‐Handley‐European‐Commission.pdf

IntroductionWhy?Lake District is host to a vast network of high quality mineral deposits which have not been studied for a number of years. Also, easily accessible.

Many of the mineral deposits are unique and have very unusual geochemistry

W (wolframite and scheelite at Carrock Fell Mine), Sb (Stibnite and berthierite at the Robin Hood and Wet Swine Gill veins) and pure graphite (C, in the form of nodules within metamorphosed veins at Seathwaite/Borrowdale).

Introduction

Scar Crags and Dale Head North

Where?  Northern ‘English Lake District’

Scar Crags and Dale Head NorthSkiddaw Group Formations  Early‐mid Ordovician

mostly epiclastic sedimentary rocks

Borrowdale and Eycott volcanics  Mid‐late Ordovicianmostly volcanics (lava, tuff, ignimbrite)

Largely concealed batholith  Late‐Ordovician to Mid‐Devonian

Map inspired by: Earthwise.bgs.ac.uk, 2017

Causey Pike Fault

GeologyScar Crags:Hosted by Kirkstile Fm. (Skiddaw group)

Siltstone and mudstone

‘Bleached’ shalesMetasomatic aureole of intrusive synchronous to the Shap Granite.

Causey Pike Fault

Dale Head North:Hosted by Buttermere Fm. (Skiddaw Group)Siltstone, mudstones, and sandstones.

Fluids that forms veins must cross through all surrounding/underlying rocks

At DHN some of those rocks are tuffs and ignimbrites (BVG)

Geology

Minerals & Paragenesis

New findings:

Sulpharsenides are solid‐solutions of Co‐Fe‐Ni

There are REE minerals

Gold

Bismuth in large amounts 

So, what critical elements?

As, Bi, Co, REE, Sb, Se*, Te*

*There are some unidentified Bi‐Te and Bi‐Se

Minerals & Paragenesis

1 mm 

0.5 mm 

Microphotograph: RL, PPL

Microphotograph: RL, XPL

Cob

Apy

All

All

All

Gla

Aln

Aln

Qz

Chl

Cpy

Sph

Minerals & Paragenesis

Minerals & Paragenesis Sulpharsenides – S‐bearing

Silicates, etc. – S‐free       

A story of magma and sedimentsPieces of the jigsaw puzzle:

Similarities of minerals (sulpharsenides, chlorite, quartz, bismuth)

Underlying batholith/intrusives

Exaggerated geothermal gradient (Caledonian Orogeny + intrusion of ‘Lake’ batholith) strong convection of meteoric and/or connate waters

Mineralisation emplaced as fault plane infill (both)

Diverse structural settings: SC – Causey Pike Fault   vs   DHN – no thrust fault

Metasomatic aureole at SC    [NOTE: No disseminated sulphides  S‐free magmatic fluids?]

First stage ‘early’ precipitation of silicates, oxides, and phosphates at DHN    [S‐free (magmatic) fluids?]

Diverse host (and underlying) rocks: SC – epiclastic siltstone  vs   DHN – volcaniclastic, tuffs

A story of magma and sediments THE STORY THEN:

Early stage:

Scar Crags: Thrust fault controls emplacement of intrusion (raised dome and/or stock‐like ridge) and it fluxes lots of S‐free magmatic fluids into the relatively porous siltstones (metasomatic aureole)

Dale Head North: A near‐vertical fault plane acts as preferential pathway for magmatic fluids resurgence, leading to vein‐type mineralisation (S‐free, silicates, oxides, phosphates)

Late stage:

Scar Crags: A near‐vertical fault develops and become the preferential trap for magmatic fluids resurgence (focussing of flow) and ‘catchment’ of circulating connate/meteoric waters (these contains metals and sulphur scavenged by surrounding rocks) = MIXED FLUID ORE

Dale Head North: The near‐vertical fault remains the preferential trap for magmatic fluids resurgence (focussing of flow) but by now it also act as ‘catchment’ of circulating waters = MIXED FLUID ORE

A story of magma and sediments: Early STAGE (t1)

Magmatic fluid mineralisation (S‐free) Magmatic fluid metasomatism (S‐free)

A story of magma and sediments: Late STAGE (t2)

Mixed fluids mineralisation: Magmatic + Meteoric/Connate During late stage the convection of meteoric/formation water is much more developed

Oddities:    1. Probably Ce‐Bastnaesite

50 μm EDS spectrum

BSE image

20 μm 

100 μm 

EDS spectrum

BSE images

Oddities:    2. Probably Xenotime

Thank you for your attentionQuestions?

My typical style is to finish with a ‘thing of beauty’ – This time: The Ferrari Monza SP2

FUTURE PROGRESSES (limited by funds availability):

‐ Thin sections of host rock (petrography, effects of ‘bleaching’)

‐ Whole rock X‐ray fluorescence: Non‐bleached vs. bleached siltstone

‐ O, H stable isotopes on quartz (possibly also chlorite)

‐ S stable isotopes on sulpharsenides

‐ Fluid inclusion study (quartz)

‐ LA‐ICP‐MS on fluid inclusions

Sb elemental map – up to 5 wt%

Alloclasite with a cobaltite inclusion