Geoqumica de yacimientos metlicos y de sedimentos,

de las regiones de Atacama y Coquimbo, norte de Chile.

Juan Pablo Lacassie* y Waldo Vivallo Servicio Nacional de Geologa y Minera - SERNAGEOMIN, Avenida Santa Mara 0104, Providencia, Santiago, Chile

Alejandro Daz Empresa Nacional de Minera - ENAMI, Colip 260, Copiap, Chile

Javier Ruiz-del-Solar Advanced Mining Technology Center - AMTC, Universidad de Chile, Av. Tupper 2007, 837-0451 Santiago, Chile * email: juan.lacassie@sernageomin.cl

Resumen. Se realiz un anlisis estadstico de 1703 muestras de mena de yacimientos metalferos de la III regin y del norte de la IV regin. Como resultado se identificaron patrones geoqumicos asociados a distintos tipos de yacimientos, incluyendo: 1) Seal Polimetlica, con altos valores de Pb-Zn-Ag-Cd-Li-Sb, asociada a yacimientos epi-mesotermales de metales preciosos, relacionados al magmatismo Paleoceno-Eoceno de la Provincia Metalognica de la Cordillera de Domeyko; 2) Seal Aurfera, con altas concentraciones de Au-As-Bi-Sb, caracterstica de depsitos mesotermales de oro, emplazados en rocas intrusivas y volcano-sedimentarias del Jursico al Cretcico-Inferior, de las provincias metalognicas de las cordilleras de la Costa y Domeyko; 3) Seal Ferrfera, con altos valores de Fe-P-La-Ce-Ni-Co, caracterstica de yacimientos hidrotermales, emplazados en rocas intrusivas, volcnicas y sedimentarias del Jursico al Cretcico-Inferior, de la Provincia Metalognica de la Cordillera de la Costa. La comparacin con la composicin qumica de 2205 muestras de sedimentos de drenaje, permiti identificar un set de parmetros caractersticos de los yacimientos de la Seal Ferrfera y de los sedimentos de drenaje derivados de ellos. Entre otros, estos incluyen a las razones (Fe/Sr)-(Fe/Zn)-(P/Ba)-(V/Ba)-(Ce/Pb)-(Ce/Zn)-(La/Pb)-(La/Zn), que constituiran guas de exploracin, en el rea de estudio.

Palabras Claves: Geoqumica, exploracin minera, IOCG, redes neuronales artificiales, sedimentos.

1 Introduccin

Las regiones de Atacama y Coquimbo, en el norte de

Chile, se caracterizan por presentar diversos tipos de

yacimientos metalferos. Estos incluyen depsitos de

hierro de tipo Kiruna, yacimientos tipo IOCG, depsitos

epi-mesotermales de metales preciosos, depsitos

mesotermales de oro y cobre-oro, prfidos de oro y de

cobre, yacimientos estratoligados de cobre y estratoligados

de manganeso, entre otros (Vivallo et al., 2008). La

metalognesis de estas regiones ha sido objeto de estudio

por parte del Servicio Nacional de Geologa y Minera

(SERNAGEOMIN), en el contexto del programa Mapa

Metalognico de Chile. En particular, entre los aos 1997 y

2005, se recolectaron ms de 1700 muestras especmenes

de mena, de los yacimientos metlicos de las regiones de

Atacama y Coquimbo. A partir del anlisis qumico de

estas muestras, se ha constituido un set de datos

geoqumico de estos depsitos, el cual puede aportar a

caracterizarlos, entender su gnesis y a generar guas de

exploracin. Sin embargo, el anlisis de estos datos

corresponde a un problema de alta complejidad, por lo que

debe ser abordado, utilizando mtodos estadsticos

avanzados, tal como redes neuronales artificiales (RNA).

En este trabajo, los datos geoqumicos de los yacimientos

metlicos de ambas regiones, fueron analizados utilizando

RNA. Los objetivos son: 1) evaluar la existencia de

patrones geoqumicos caractersticos de los distintos tipos

de yacimientos e 2) identificar parmetros geoqumicos

que constituyan guas de exploracin. Para esto, se

compararn los eventuales patrones geoqumicos de los

yacimientos, con los datos geoqumicos de ms de 2000

muestras de sedimentos del rea, asociadas al Programa de

Cartografa Geoqumica de Sernageomin.

2 Mtodologa

2.1 Base de datos

El set de datos estudiado, incluye 1703 registros con

concentraciones para 35 elementos qumicos: 9 xidos

mayores (SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, MnO, TiO2

y P2O5, en peso%) y 26 elementos trazas (Ag, As, B, Ba,

Be, Bi, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, La, Li, Mo, Nb, Ni, Pb, Sb, Sn,

Sr, V, W, Y, Zn y Zr, en ppm y Au, en ppb). Estos datos

corresponden a 1525 muestras de mena de los yacimientos

metalferos incluidos en el Mapa Metalognico de la

regin de Atacama a escala 1:500.000 (Vivallo et al., 2008)

y a 178 muestras de mena de los yacimientos metalferos

de la Cordillera de la Costa de la parte norte de la Regin

de Coquimbo (Figura 1). Las muestras fueron recolectadas

sistemticamente entre los aos 1997 y 2005, desde

distintos tipos de depsitos, localizados principalmente en

las cordilleras de la Costa y de Domeyko de la Regin de

Atacama y en el norte de la Regin de Coquimbo. Estos

incluyen yacimientos de hierro, plata, manganeso, cobalto,

de plomo-cinc, cobre-plata, xidos de hierro-cobre-oro,

mesotermales de oro y cobre-oro, de cobre-oro en

chimeneas de brecha, prfidos cuprferos, exticos de

cobre, estratoligados y stockwork de cobre, vetas epitermales, estratoligados de metales preciosos y

polimetlicos de cobre-cinc-plomo-plata-oro. Cada

muestra corresponde a un compsito de sub-muestras

recolectadas a mano limpia o utilizando un martillo

geolgico de acero inoxidable, directamente desde los

cuerpos rocosos mineralizados o alterados.

Ocasionalmente, las sub-muestras fueron recolectadas a

mano limpia desde desmontes del yacimiento. En todos los

casos, las sub-muestras fueron combinadas en una bolsa

plstica (PVC). Posteriormente tal material fue pulverizado

en un mortero de acero-cromo y sometido a un proceso de

sinterizacin, para luego ser analizado con un equipo ICP-

AES (modelo Jobin-Yvon JY-70), obtenindose

informacin sobre las concentraciones de los elementos

qumicos indicados anteriormente, con excepcin del oro

(Au), cuyas concentraciones fueron obtenidas mediante

disolucin con agua regia seguida de extraccin y lectura

por AAS. Todos los procedimientos y anlisis fueron

realizados en el laboratorio del Sernageomin. Estos datos

se incluyen en Vivallo et al. (2008).

2.1 Pre-procesamiento de los datos

Se eliminaron del set de datos, aquellos elementos

qumicos que, sobre un 90% de los casos, presentaban

valores menores al lmite de deteccin (Nb, Be y Sn). Los

datos remanentes fueron estandarizados de forma tal que,

para cada elemento qumico, los datos presentaron un valor

medio cero y una varianza unitaria. Estos datos fueron

analizado mediante el algoritmo GCS (Fritzke, 1993), lo

que permiti identificar una fuerte correlacin positiva Cr-

SiO2, indicativa de contaminacin por cromo (Cr) durante

la molienda. Luego, el set de datos final no incluye Cr.

2.2 Anlisis con redes neuronales artificiales

Se realiz un anlisis estadstico del set de datos final,

utilizando redes neuronales artificiales no supervisadas del

tipo Growing Cell Structures (algoritmo GCS; Fritzke,

1993). Este anlisis se realiz en forma iterativa, a fin de identificar grupos de muestras con seales geoqumicas afines (caracterizadas por el mismo set de elementos) pero de distinto orden (con variaciones en las magnitudes

de las concentraciones). En cada iteracin se realizaron los

siguientes pasos: 1). Se analiz el set de datos utilizando el

algoritmo GCS, a travs de lo cual, se identificaron

distintos grupos de muestras con seales geoqumicas

afines; 2). Se identificaron los grupos minoritarios (aquellos con menos del 10% del total de muestras

analizadas); 3). Se excluyeron del set de datos, las

muestras de los grupos minoritarios. Se realizaron 4

iteraciones de esta secuencia de anlisis, lo que permiti:

1) determinar grupos de muestras, con seales qumicas

afines, de primer a cuarto orden, 2) determinar grupos

mayoritarios, correspondientes a aquellos grupos no minoritarios, pero con caractersticas geoqumicas afines,

resultantes de la ltima (cuarta) iteracin.

2.3 Comparacin con informacin geolgica

Bajo el entendimiento de que cada muestra es

representativa de un yacimiento, se identificaron las

caractersticas geolgicas distintivas de los grupos

geoqumicos (minoritarios y mayoritarios). Para esto se

utiliz informacin registrada en terreno, a travs de

Fichas Mineras Metalognicas, las que incluyen: menas principales y secundarias, alteracin, roca de caja,

ambiente geolgico y descripciones mineralgicas,

informacin disponible en Vivallo et al. (2008).

2.4 Comparacin con geoqumica de sedimentos

Se realiz una comparacin entre las caractersticas

geoqumicas de los yacimientos estudiados y de 2205

muestras de sedimentos de drenaje, recolectados en el rea

de estudio, en el contexto del Programa de Geoqumica del

Sernageomin. Con el fin de maximizar los contrastes

geoqumicos se utilizaron razones entre elementos.

3 Resultados y discusin

3.1 Seales geoqumicas de yacimientos

El anlisis GCS permiti identificar 18 grupos de

muestras, cada uno caracterizado por una seal geoqumica

especfica. Luego, para fines de este trabajo, nos

referiremos a seales geoqumicas en alusin a cada uno de estos grupos. En particular, 320 yacimientos presentan

una Seal Polimetlica, con altas concentraciones de Pb-Zn-Ag-Cd-Li-Sb. En su mayora, corresponden a vetas en

yacimientos epitermales a mesotermales de metales

preciosos, relacionados principalmente con magmatismo

Paleoceno-Eoceno. En la Regin de Atacama estos

depsitos se concentran en la Provincia Metalognica

(PM) de la Cordillera de Domeyko (Figura 1). Sus

minerales de mena ms comunes son Galena, Esfalerita,

Anglesita, Tetrahedrita y, en menor medida, Enargita,

Cerusita, Electrum y Plata (nativa y sulfosales). De primer

a cuarto orden, es posible observar: 1). Un

empobrecimiento progresivo en los valores de Ag-Bi-Cd-

Li-Mo-Pb-Sb-Zn, acoplado a un enriquecimiento

progresivo de Al-Ca-Mg-K-Ti-P-Ce-Ni; 2). Alteracin

flica y arglica para los yacimientos asociados a las

seales de primer y tercer orden y alteracin propiltica

para los yacimientos de segundo y cuarto orden.

Se reconocen 167 yacimientos con una Seal Aurfera con altas a muy altas concentraciones de Au-As-Bi-Sb. En

su mayora, corresponden a vetas y vetas-falla

mineralizadas, asociadas a depsitos mesotermales de oro,

relacionados principalmente con rocas intrusivas y, en

menor medida, con rocas volcano-sedimentarias del

Jursico al Cretcico Inferior. En la Regin de Atacama,

estos ocurren en la PM de la Cordillera de La Costa y, en

menor medida, en la Cordillera de Domeyko. En todos los

casos el oro es el mineral de mena principal, generalmente

acompaado de xidos o slfuros de cobre y de xidos de

hierro. De primer a cuarto orden, es posible observar: 1).

Un empobrecimiento progresivo en Au-Ag-As-Bi-Pb-Zn-

Zr-Ti acoplado a un enriquecimiento progresivo de Ca-

Mg-B-Ni-W-Y; 2). Una cada vez menor proporcin de

rocas de caja volcnicas acoplado a un incremento en las

rocas de caja plutnicas; 3). Diferencias en trminos de sus

paragnesis de alteracin, con predominio de alteracin

flica en los de tercer orden y potsica en los de cuarto

orden. Se estima que, tanto para la seal Polimetlica

como para la seal Aurfera, las diferencias observadas

entre los yacimientos de primer a cuarto orden, seran el

reflejo de distintos niveles de exposicin, dentro de un

mismo ambiente mineralizador.

Se reconocen 216 yacimientos asociados a una Seal Frrica (seales Fe y Fe-P). Los resultados muestran que, estos yacimientos estn asociados geogrfica y

geolgicamente a los asociados a las seales Ca, La-Ce,

Ni-Co, Si y B (Figura 1). En general, corresponden a vetas

y cuerpos macizos de hierro y xidos de hierro-cobre-oro,

emplazados en rocas intrusivas, volcnicas y sedimentarias

de edad Jursica a Cretcica Inferior. En la Regin de

Atacama, estos cuerpos afloran principalmente en la PM

de la Cordillera de La Costa, con menas principales y

subordinadas de Au, Cu y Fe, con minerales oxidados de

cobre, sulfuros de cobre y xidos de hierro entre sus

minerales de mena principales. Este grupo de yacimientos

corresponde a los depsitos de Fe, Fe-Cu-Au y Cu-Au que

caracterizan a la PM de la Cordillera de La Costa (Vivallo

et al., 2008). En particular, una proporcin menor de los

yacimientos de las seales Ca, La-Ce y Ni-Co, ocurren en

rocas metamrficas del Paleozoico Superior al Trisico

Inferior de la PM de la Cordillera de La Costa. Los resultados detallados en la Tabla 1, muestran que: 1) los

yacimientos asociados a las seales Fe-P, Fe y La-Ce

presentan, predominantemente, una alteracin sdica

clcica con una paragnesis dominada por apatito-

actinolita-biotita-epidota y en parte alteracin potsica, con

biotita o feldespato potsico; 2) aquellos asociados a las

seales Ca y Ni-Co, se caracterizan por una alteracin

propiltica con una paragnesis dominada por clorita-

epidota-calcita; 3) los yacimientos de las seales Si y B,

predomina una alteracin flica con una paragnesis

dominada por cuarzo-sericita. Estas caractersticas,

sugieren que los yacimientos de las Seales Fe, Fe-P, Ca,

La-Ce, Ni-Co, Si y B, reflejan distintos niveles de

exposicin de un mismo sistema mineralizador. En

particular, los yacimientos de la seal de La-Ce,

posiblemente corresponden a depsitos contenidos en

rocas intrusivas y/o en sistemas ms profundos, tales como

los depsitos magmticos de Tierras Raras y Uranio

(Fortn y Alarcn; 2007). Lo anterior es concordante con lo

planteado por Vivallo y otros (2008), para quienes, en la

PM de la Cordillera de la Costa, en el contexto de un

mismo sistema mineralizador, la parte ms profunda est

representada por los depsitos macizos de magnetita-

apatita, los depsitos de hierro-cobre-oro corresponden a

una porcin intermedia, mientras que la parte superior del

sistema est representada por yacimientos mesotermales de

oro y cobre. Concordantemente, los resultados de este

estudio, muestran que: 1) las concentraciones ms altas de

hierro (Fe2O3), ocurren en la parte ms profunda del

sistema (Seales Fe y Fe-P; alteracin sdico-clcica); 2)

las concentraciones ms altas de cobre y molibdeno (Cu-

Mo), ocurren en la parte intermedia del sistema (Seal Ni-

Co; alteracin propiltica); 3) las concentraciones ms altas

de oro (Au), se incrementan a medida que los yacimientos

reflejan menores profundidades en el sistema, con un

mximo para la zona con alteracin flica (Seal Si).

3.2 Geoqumica de sedimentos de drenaje

Como resultado del anlisis GCS, fue posible identificar

parmetros geoqumicos caractersticos de los yacimientos

asociados a la Seal Ferrfera (seales Fe y Fe-P), y que presentan una correspondencia en los sedimentos de

drenaje asociados a estos yacimientos. Estas ltimas

corresponden a las razones (Fe/Sr)-(Fe/Zn)-(P/Ba)-(V/Ba)-

(Ce/Pb)-(Ce/Zn)-(La/Pb)-(La/Zn)-(Ce*La/Zn). Luego, se

estima que estas razones, pueden ser consideradas como

guas para la exploracin de yacimientos de Fe, Fe-Cu-Au

y Cu-Au, en el rea de estudio, utilizando geoqumica de

sedimentos de drenaje. Especficamente, en el mbito del

arco Jursico-Cretcico Inferior, representado por los

afloramientos del Complejo Volcnico Agua Salada e

intrusivos del mismo perodo, al oeste del Sistema de fallas

Romeral y especialmente en el rea del Complejo

Plutnico Altos de Talinay (Trisico Sup.Jursico Inf.), en el Complejo Metamrfico del Choapa (Devnico-

Carbonfero) y en el mbito de la falla Pachingo, de la PM

de la Cordillera de la Costa, inmediatamente al sur de la

latitud de Serena (Daz et al., 2010; Figura 1).

Agradecimientos

Se agradece encarecidamente a todos los profesionales y

tcnicos del SERNAGEOMIN, cuya labor ha permitido

generar los datos utilizados en este trabajo.

Referencias Daz, A., Lacassie, J.P., Vivallo, W., 2010. Yacimientos Metalferos

del rea Andacollo - Puerto Aldea, Regin de Coquimbo.

Servicio Nacional de geologa y Minera, Carta Geolgica de

Chile, Serie Recursos Minerales y Energticos, No 31.

Fortn, H., Alarcn, B. 2008. Geologa del Prospecto Cerro Carmen;

Mineralizacin de uranio y tierras raras. Nucleotecnica, ao 26.

Fritzke, B., 1993. Growing cell structures - A self-organizing network

for unsupervised and supervised learning. Neural Networks; 7:

14411460. Vivallo, W., Daz, A., Jorquera, R., 2008. Yacimientos metalferos de

la Regin de Atacama. Servicio Nacional de geologa y Minera,

Carta Geolgica de Chile, Serie Recursos Minerales y

Energticos, No 27.

Figura 1. Izquierda: Comparacin entre la distribucin espacial de las muestras asociadas a las Seales Fe, Fe-P, Ca, Ni-Co y La-Ce y la de las rocas del Jursico al Cretcico Inferior en la Regin de Atacama (Vivallo et al., 2008). Las lneas punteadas corresponden a los

lmites entre las provincias metalognicas definidas por Vivallo et al (2008) para esta regin. PMCC: Provincia Metalognica de la

Cordillera de la Costa; PMCD: Provincia Metalognica de la Cordillera de Domeyco; PMCA: Provincia Metalognica de la Cordillera de

los Andes. Derecha: Valor referencial (segn tamao del crculo amarillo), del parmetro (Ce*La)/Zn, calculado para la concentracin de

sedimentos de drenaje de las Hojas La Serena y Vallenar. Se observa un marcado incremento de estos valores en coincidencia con la

PMCC y su posible extensin hacia el sur (lnea roja punteada). El rectngulo gris indica una zona prospectiva en la que hay una

relativamente baja ocurrencia de yacimientos, y altos valores en muchos de los parmetros guas identificados.

Tabla 1. Caractersticas qumicas y mineralgicas de los yacimientos asociados a las seales Fe, Ca, Fe-P, La-Ce, Ni-Co, Si y B. Las concentraciones (valores promedio para cada grupo de yacimientos) estn expresadas en % para los elementos mayores, en ppb para el

Au y en ppm para el resto de los elementos en traza. En sombreado se indican los valores ms altos. El nmero de cada mineral, indica el

porcentaje de muestras para las cuales se ha descrito este mineral, en la paragnesis de alteracin. La escala de colores indica el percentil

de cada valor, en relacin al conjunto de valores asociados a cada mineral (rojo: percentil 90; rosado: percentil 75; verde: percentil 50;

celeste: percentil 25). Se indican los tipos de alteracin (Alt.) y los minerales que la definen, segn: Fil: flica; Prop: propiltica; Na-C:

sdico-clcica; Act: actinolita; Bt: biotita; Cal: calcita; Qzo: cuarzo; Ser: sericita; Clo: clorita; Epi: epidota; Tur: turmalina.

PMCC PMCD

PMCA

Fe2O3 P2O5 La Ce Co Ni Cu Mo Pb CaO Au Act Epi Ap Bt Cal Clo Qz

o

Ser Tur

B 46 16 0,19 23 33 88 12 10553 125 202 2 1059 8 10 0 10 20 13 100 53 50 Fil.

Si 308 9 0,10 11 14 52 25 5861 18 29 3 2135 11 25 4 11 44 24 100 46 6 Fil.

Ca 113 15 0,13 18 29 168 41 9497 10 17 25 1399 28 31 1 19 85 38 57 44 14 Prop.

Ni-Co 49 24 0,30 112 167 1242 200 22328 585 753 8 1269 17 22 5 24 76 37 93 37 7 Prop.

La-Ce 75 19 0,20 104 165 151 42 13944 24 55 6 1285 17 31 0 31 69 37 97 2 12 Na-C

Fe-P 31 32 4,17 348 632 262 80 18429 71 33 8 991 44 24 20 8 64 28 84 36 24 Na-C

Fe 185 57 0,26 12 16 181 47 7669 58 19 2 922 46 42 6 15 48 34 54 22 12 Na-C

Alt.Grupo

(Seal)N

Elementos distintivos Minerales de Alteracin