科尔斯山U矿床是美国最大的未开采铀矿床,资源量约为1.3亿磅U3O8。该矿床赋存于塔科耐造山期(约480-450Ma)形成的Martinsville火成岩杂岩中,由奥陶系Leatherwood花岗岩(花岗闪长岩)和志留系Rich Acres组(闪长岩)组成。围岩在阿勒格尼期造山运动(约325-260Ma)期间变质为正片麻岩,同时也经历了沿布鲁克尼尔剪切带的右旋走滑运动。三叠纪期间,伸展构造导致科尔斯山以东的Dan River盆地发育。矿化带位于形成盆地西缘的三叠纪查塔姆断层下盘的脆性构造中。在脆性断裂带内,含U硅酸盐和含U氟磷灰石(含微量硼镁石)形成矿脉,角砾岩充填有绿泥石、石英、氧化钛、黄铁矿和方解石。铀硅酸盐包裹并取代原生榍石、锆石、钛铁矿和硫化物。钠交代作用先于U矿化,并伴随着矿化作用广泛蚀变围岩,其特征有原生长石形成钠长石,火成长石边缘沉积透明的钠长石,将榍石转变为氧化钛和方解石,并形成钠闪石。各种地温计显示矿化期间的温度低于200℃。对榍石、钛氧化物和磷灰石的原位U-Pb分析,以及全岩样品的Rb/Sr和U/Pb同位素解决了影响科尔斯山地质过程的时间。含原生自形榍石的Martinsville花岗岩的年代为450-445Ma,与之前从Martinsville火成岩杂岩中的锆石获得的年龄一致。330-310Ma的一次区域变质事件形成的榍石和一些磷灰石,重新平衡了全岩Rb/Sr和U-Pb同位素,并被解释为与布鲁克尼尔剪切带的运动相一致。在剪切变质过程中,榍石、锆石和铀钍矿等原生难熔含铀矿物发生重结晶,U被释放,并与赤铁矿、粘土和其他细粒矿物局部混合。U矿化伴随着250-200Ma的交代作用,重置了Rb-Sr和U-Pb同位素,并形成了钛氧化物和磷灰石,它们与铀硅酸盐矿化相伴并共生。这一事件与形成Dan River盆地的裂谷作用同时发生,是泛古大陆解体的前兆。晚期构造缝合线的方向与晚三叠世-早侏罗世盆地反转期间的形成相一致,晚于铀成矿的主要阶段,有效地确定了中生代的成矿年龄。基于U与磷灰石在空间和时间上的紧密联系,我们认为U是以铀酰磷酸盐络合物的形式携带。U通过与围岩中的亚铁和硫化物矿物的耦合氧化还原反应局部还原,形成铀硅酸盐。在围岩中原生钙长石和榍石的钠交代蚀变过程中,钙的释放引发了矿化流体中的U、磷酸盐与钙结合形成富铀氟磷灰石的连续反应。根据矿床矿物学、氧同位素地球化学以及铀硅酸盐和脉石矿物的微量元素特征,主要成矿流体可能包括来自邻近Dan River流域的原生水和/或大气降水。与中生代裂谷作用有关的高热流可能促使这些(富P-Na-F)流体通过局部含水层进入盆地边缘断层,从盆地输送U,从布鲁克尼尔剪切带中先前形成的铀矿物中或从富U的老基底岩中活化铀。