Perspectivas Geoquímicas e Isotópicas en la Comprensión del Enriquecimiento Supergénico en el Desierto de Atacama

PERSPECTIVAS GEOQUIMICAS E ISOTOPICAS EN LA COMPRENSION
DEL ENRIQUECIMIENTO SUPERGENICO DEL DESIERTO DE ATACAMA
GEOCHEMICAL AND ISOTOPIC PERSPECTIVES ON UNDERSTANDING SUPERGENE
ENRICHMENT IN THE ATACAMA DESERT
Ing. Mario Dominico Rodríguez Delgado 1a, Dr. Jaime Mayorga Rojas 2
_______________________________________________________________________
RESUMEN:
El presente y futuro de las exploraciones mineras y de nuestra economía dependen en gran medida
de la ubicación de nuevos depósitos minerales y esta labor tiende a ser cada vez más compleja;
como en yacimientos profundamente enterrados donde los mecanismos de dispersión en suelos y
aguas subterráneas originan grandes y sutiles firmas geoquímicas esenciales para su localización,
en este ámbito las técnicas tradicionales son ineficaces o demasiado caras y las nuevas tecnologias
necesitan ser corroboradas experimentalmente, en este sentido se describe los métodos
geoquímicos selectivos y de microfases en muestras de suelo para sulfuros primarios y sulfuros
oxidados así como el uso de trazadores isotópicos en la comprensión de la mineralización
supergénica del desierto de Atacama, para rastrear la fuente e improntas geoquímicas de contraste.
Metales como el Mo y el Cu, típicos en los yacimientos de metales base presentan un
comportamiento contrastado en aguas subterráneas y podemos utilizar los datos isotópicos de
estos elementos como vectores de la mineralización. La hidrogeoquímica isotópica ha demostrado
ser una técnica de exploración eficaz tanto a escala regional como local y el análisis geoquímico
de microfases más eficiente que el análisis geoquímico selectivo pero ambos son
complementarios.
PALABRAS CLAVE
Perspectivas geoquímicas e Isotópicas, enriquecimiento supergénico, desierto de atacama,
microfases, lixiviación selectiva
ABSTRACT
The present and future of mineral exploration and our economy depend to a large extent on the
location of new mineral deposits, and this work is becoming increasingly complex; as in deeply
buried deposits where dispersion mechanisms in soils and groundwater give rise to large and
subtle geochemical signatures essential for their localization, in this area traditional techniques
are ineffective or too expensive and new technologies need to be experimentally corroborated, In
this sense, we describe selective and microphase geochemical methods in soil samples for primary
sulfides and oxidized sulfides as well as the use of isotopic tracers in understanding the supergene
mineralization of the Atacama Desert, to trace the source and contrast geochemical signatures.
Metals such as Mo and Cu, typical in base metal deposits present contrasting behavior in
groundwater and we can use isotopic data of these elements as vectors of mineralization. Isotopic
hydrogeochemistry has proven to be an effective exploration technique at both regional and local
scales and microphase geochemical analysis more efficient than selective geochemical analysis
but both are complementary.
KEY WORDS
Geochemical and isotopic perspectives, supergene enrichment, atacama desert, microphases,
selective leaching.
1. Universidad Nacional Mayor de San Marcos Av. Venezuela cuadra 34 s/n, Ciudad Universitaria, Lima, Perú.
Unidad de Posgrado
a. E- mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7621-4214
2. Docente postgrado de la facultad de Ingenieria Geológica Minera metalúrgica y geográfica de la UNMSM.
I.
INTRODUCCION:
El enriquecimiento supergénico de los depósitos de cobre en el desierto de Atacama durante el
período de 45 a 9 Ma desempeñó un papel fundamental en la génesis de esta importante provincia
productora de cobre del mundo, procesos que se grafican en la figura 1. Después de la fase
principal de enriquecimiento supergénico oxidativo, se depositó un gran volumen de sedimentos
clásticos procedente de la Precordillera en la Depresión Central. Mientras que algunos
yacimientos quedaron expuestos, lo que permitió, por ejemplo, iniciar la explotación minera en
Chuquicamata en la época preincaica, otros, como Radomiro Tomic, Spence y Gaby Sur, se
encuentran en depresiones estructurales cubiertas por gruesas capas de gravas.
Figura 1. Representación esquemática de los procesos de enriquecimiento supergénico durante
la evolución climática y tectónica de los Andes. Un bloque de corteza que contiene un yacimiento
de cobre profundamente enterrado se expone progresivamente a la superficie debido al
levantamiento tectónico. Durante la exhumación, el flujo de agua subterránea lixivia los minerales
de cobre hipogénicos para formar conjuntos de cobre secundario (verde) en condiciones cada vez
más oxidantes. La oxidación y el enriquecimiento supergénico prolongado se producen en un
escenario de cambio climático, los conjuntos de cobre supergénico son modificados por las aguas
salinas ascendentes, dejando firmas de 36Cl en atacamita que se conservan debido a la falta de
1. Universidad Nacional Mayor de San Marcos Av. Venezuela cuadra 34 s/n, Ciudad Universitaria, Lima, Perú.
Unidad de Posgrado
a. E- mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7621-4214
2. Docente postgrado de la facultad de Ingenieria Geológica Minera metalúrgica y geográfica de la UNMSM.
precipitación. La escala vertical indica el aumento de las condiciones de humedad, alcanzando un
pico entre los 20 y 15 Ma en el desierto de Atacama. (Paulo M. Vasconcelos et al. 2015)
La mayor parte de las exploraciones se centran ahora en posibles depósitos ocultos bajo esta densa
cubierta de grava. Las observaciones, realizadas inicialmente en 1999 en la mina de Radomiro
Tomic, sugirieron que las anomalías no son fenómenos singulares, sino una expresión superficial
de la modificación del conjunto supergénico primario por fluidos ascendentes salinos; fluidos que
suben favorecidos por controles estructurales y por bombeo sísmico, ganan metales y modifican
el conjunto supergénico a uno que contiene atacamita. (Eion M. Cameron et al.2010).
Numerosos estudios de casos publicados han documentado datos geoquímicos de anomalías en la
sobrecarga transportada por encima de los depósitos minerales enterrados en muchos entornos
diferentes. En estos estudios se han aplicado una variedad de enfoques, incluida la lixiviación
selectiva de suelos para extraer el componente móvil de los elementos (Cameron et al. 1998).
Las anomalías geoquímicas alojadas en las gravas sobre los depósitos de pórfidos de cobre
enterrados en el desierto de Atacama, como Spence (Cameron & Leybourne 2005), Mantos
Blancos (Palacios et al. 2005), Radomiro Tomic, Mansa Mina (Cameron et al. 2010), y Gaby Sur
(Cameron et al. 2004), se han caracterizado por elevadas concentraciones de sal (NaCl) y
elementos indicadores de pórfidos de cobre (Cu, Mo, Re, Se, As). La formación de anomalías
geoquímicas ha sido interpretada por Cameron et al. (2002) como el resultado de la lixiviación de
elementos solubles y móviles en la interacción de las aguas subterráneas con la mineralización
(figura 2), seguida del transporte de estas aguas enriquecidas en oligoelementos a la superficie
por bombeo inducido por terremotos a través de zonas de fractura que se extienden en las gravas
suprayacentes.
El propósito fundamental de esta investigación es la comprensión de estas metodologías de
identificación de firmas geoquímicas en zonas de enriquecimiento supergénico del desierto de
Atacama a fin de poder desarrollar una perspectiva acorde a nuestra realidad basada en estas
tecnologias y su posterior aplicación, destacando la importancia central de estos estudios pues de
acuerdo a criterio personal permitiría, la ubicación de depósitos minerales en los desiertos de los
departamentos de Tacna y Moquegua resaltados por su similitud geotectónica, sísmica y
petrológica con el norte de Chile.
Figura 2. Modelos conceptuales (a) transporte de oligoelementos a la superficie y volúmenes
variables de flujo de aguas subterráneas a la superficie; (b) requisito de normalización de la
firma de metales a un proxy para el flujo de aguas subterráneas y principales cationes y aniones
en las aguas subterráneas: Cl -, NO3-, SO42-, CO32-, Ca2+, Mg2+, K+, Na+, H+, OH-, H3O+ .
(Alexandra Brown et al. 2019)
La aplicación de los isótopos de los metales de transición, como el Cu, Mo y Zn, es una
herramienta muy potente en hidrogeoquímica. En las dos últimas décadas, los avances en las
técnicas analíticas de MC ICP-MS han permitido realizar mediciones muy precisas de entre +/0,1 y 0,2‰ de los isótopos de estos metales y la aplicación de isótopos estables e isótopos
radiogénicos es un enfoque prometedor para rastrear la fuente de los elementos indirectos, así
como sus mecanismos de liberación; aunque los llamados isótopos estables ligeros (H, C, O y S)
se utilizaron en este contexto durante décadas. Sus mecanismos de dispersión se ilustran en la
Figura 3.
Figura 3. Modelo conceptual para la huella geoquímica de trazas e isótopos en las aguas
subterráneas próximas y descendentes de los yacimientos minerales. (James Kidder, et al. 2020)
II. METODO:
El método es no experimental de tipo descriptivo y bibliográfico. La técnica utilizada fue la
revisión e investigación de información relacionada al enriquecimiento supergénico en el desierto
de atacama y de un clúster de yacimientos minerales en el norte de chile que comparten una
génesis similar y sus implicancias económicas en la industria extractiva; este análisis
ha
permitido la comprensión de los procesos mineralizadores hipógenos y supergénicos ocurridos a
través del tiempo geológico.
III. RESULTADOS:
La lixiviación selectiva con un patrón de muestreo diferente al convencional, arrojó resultados
prometedores con una característica común: un alto grado de variabilidad espacial lo que
reflejaría la distribución de las rutas de migración, teniendo en cuenta que en el árido entorno de
norte de Chile, la dispersión de metales se encuentran en formas móviles: iones y oligoelementos,
micropartículas transportadas por agua o gas por procesos electroquímicos (Hamilton, 1998 ), o
por ciclos de permeabilidad inducidos estructuralmente antes y después de los terremotos
(Cameron et al. 2002) . (Figura 4), las formas móviles de los elementos dispersos en la sobrecarga
son inestables. Se postula que cambiarán durante el período de tiempo geológico a sus productos
finales de diversas formas de óxido más estables y complejos.
Deposito Spence
Figura 1. Principales yacimientos de cobre y epicentros de grandes terremotos en el norte de Chile
entre 1950 y 2001, según la base de datos del Servicio Geológico de Estados Unidos. Cuadros
abiertos: yacimientos de pórfidos de cobre; cuadrados rellenos: otros yacimientos de cobre. Los
terremotos de magnitud 6-7 y los terremotos de magnitud 7-8 se muestran como círculos más
pequeños y más grandes, respectivamente. Los terremotos de magnitud 6 suelen tener efectos en
la superficie. (Eion M. Cameron et al.2002)
3.1. Métodos analíticos de lixiviación selectiva.
La lixiviación MMI-A de Australia, la lixiviación de acetato de amonio de Canadá y la lixiviación
de citrato de amonio de China dan los mejores resultados de los diez métodos estudiados
(Tabla 1; Figura 4). Los métodos analíticos que dan el claro contraste de la anomalía de Cu con
el fondo son los que disuelven el carbonato sin disolver otros minerales que pueden contener Cu
derivado de fases minerales primarias en la grava.
Tabla 1. Comparación de los resultados de 10 métodos de lixiviacion selectiva. (Xuejing Xie,
et al. 2011)
Los métodos de lixiviación más débiles -el agua desionizada canadiense y la lixiviación
enzimática- también dan buenos resultados, pero se diferencian en que disuelven poco los
minerales secundarios. En cambio, llevan a la solución, la fase móvil precursora de los elementos
de un yacimiento, antes de incorporarse a los minerales secundarios, como los carbonatos.
Figura 4. Diagramas de Na y Cu extraídas por agua desionizada, lixiviación enzimática,
MMI, acetato de amonio, hidroxilamina (HX Mn) y agua regia de una travesía Este-Oeste
en el yacimiento de cobre de Spence, Chile. Escala horizontal en metros. La lixiviación en
agua regia muestra la mayor proporción de la fase endógena (Xuejing Xie, et al. 2011)
3.2. Métodos analíticos de microfases
Estos métodos se usaron para analizar dos tipos de muestras de suelo con anomalías geoquímicas
con el objetivo de evaluar la significación de estas anomalías metálicas (Gong, 1994, 2007):
muestras de fracción de malla 80 y muestras procesadas de tamaño de malla 120, a fin de
investigar si las muestras de grano más fino conducirían a resultados anómalos consistentes.
Debido a que la concentración de elementos en estas fases está en el rango de ppm y sub-ppm,
estos métodos descritos se denominan más apropiadamente análisis de microfase y sus resultados
se muestran a continuación en las tablas 2, 3 y 4 también en la figura 5.
Tabla 2. Datos de Cu de la fase oxidada a lo largo de la línea 7480500 N. (Xuejing Xie, et al. 2011)
Tabla 3. Datos de Cu de la fase Sulfuros a lo largo de la línea 7480500 N (Xuejing Xie, et al. 2011)
Tabla 4. Datos resumidos del Análisis comparativo de los 2 métodos de microfases para el cobre.
(Xuejing Xie et al. 2011)
Figura 5. Diagramas de Cu en microfase de óxido; cuadros de la izquierda. Diagramas de Cu en
microfase de sulfuros cuadros de la derecha; posición del cuerpo mineral oculto identificado por
barra sombreada horizontal. (Xuejing Xie et al. 2011)
3.3. Aplicación de isótopos estables tradicionales
De los isótopos estables ligeros (O, H, C, S) el más aplicable a la exploración mineral es el
∂34SVCDT y el ∂18OVSMOW del sulfato disuelto. Como los minerales de sulfuro se oxidan y liberan
solutos en las aguas subterráneas, el SO42- puede viajar distancias significativas y si se conoce la
composición isotópica original y la fuente del sulfuro de la mineralización, proporciona un
trazador fiable.
Fig. 8. Mapa que muestra la
distribución de ∂18O en
muestras de agua subterránea
(n/a=muestra
insuficiente
para el análisis). La línea
interrumpida que se encuentra
cerca del eje NNE del
yacimiento
separa
las
muestras
con
valores
positivos para el ∂18O de las
que tienen valores negativos.
(Eion M. Cameron et al. 2009)
3.4. Aplicación de isótopos estables no tradicionales.
La mineralización supergénica en el desierto de Atacama exhibe un amplio rango de fracciones
para el ∂65Cu, que van de -16 a +12‰ (calcosina, óxidos de cobre y óxidos de hierro), en
comparación con -1 a +1‰ para los sulfuros primarios (calcopirita y bornita).
Las edades absolutas calculadas a partir de las relaciones isotópicas de U-Th no detrítico
Th/234U y 234U/ 238U derivadas de las pendientes de las isócronas (Fig. 9), siguiendo los métodos
230
de Luo y Ku (1991) indican edades del Pleistoceno, siendo Chuquicamata la más antigua con
237±8 ka (Pleistoceno medio). Las edades más jóvenes del Pleistoceno tardío se obtienen para
Mantos Blancos en 143±29 ka Spence en 127±29, Mantos de la Luna en 84±11 ka, y Michilla en
75±0,4 ka.
Fig. 9. Gráficas de isócronas de 230Th /232Th vs. 234U /232Th y 234U /232Th vs. 238U /232 Th. Para
muestras de Chuquicamata, Mantos Blancos, Mantos de la Luna, Spence y Michilla. (Martin
Reich et al. 2008).
DISCUSION
 La estrecha correlación espacial entre los depósitos de Cu y las estructuras principales
de la región, junto con la alta salinidad y la composición isotópica de las aguas de las
que precipitó sugiere que el enriquecimiento supergénico en condiciones hiperáridas
ha sido impulsado por la circulación ascendente de aguas salinas profundas inducidas
por fallas activas a lo largo de estructuras ocasionadas por terremotos.
 La geoquímica de extracción selectiva demuestra que la selección del método más apropiado
debe basarse en el tipo de depósito que se busca, la naturaleza de la sobrecarga y la estabilidad
del método de lixiviación para esta sobrecarga.
 Un resultado notable de la datación por desequilibrio U-Th del yeso de los intercrecimientos
de yeso-atacamita, apoyado por los datos de 36Cl de la atacamita, es que este mineral se formó
en un ceñido intervalo de tiempo geológico; entre los 237 y 75 Ka en toda el área examinada
del norte de Chile.
 Las edades disminuyen de Este a Oeste, lo que sugiere que el momento del ascenso de las
aguas salinas estuvo determinado por la fuerte interacción tectónica entre las placas. Las
terrazas marinas exhiben un fuerte levantamiento durante los últimos 330 ka, junto con la
extensión de la corteza y los terremotos recurrentes de intensidad media a fuerte.
 Los controles fisicoquímicos (pH, Eh, CE) gobiernan la precipitación y el transporte
de solutos hidrogeoquímicos. Distalmente, la huella hidrogeoquímica está dominada
por elementos formadores de oxianiones (As, Mo, Se, Sb, SO4) y cationes de baja
potencia iónica (Sr, Cs). Isotópicamente arrojan firmas contrastadas.
IV.
CONCLUSIONES
 El enriquecimiento supergénico de los depósitos de Cu en el desierto de Atacama en
el norte de Chile ha sido el factor principal para que esta región se convierta en la
mayor productora de Cu del mundo.
 Los sistemas isotópicos estables no tradicionales pueden reducir el riesgo de la exploración.
Se sugiere la toma de muestras isotópicas como norma y el análisis de subconjuntos de
muestras alrededor de las anomalías para proporcionar un contexto y confianza en la
prospección.
 Se confirma la ocurrencia de procesos de dispersión de iones y micropartículas transportadas
a partir de yacimientos de sulfuros bajo cobertura, con generación de improntas geoquímicas
de contraste en superficie, conceptos aplicables a exploraciones en zonas densamente
cubiertas.
 Los métodos de microfase, pueden usarse en Prospección Geoquímica con técnicas de
lixiviación selectiva para aumentar la tasa de éxito en la ubicación de pórfidos de cobre ocultos
bajo terrenos desérticos.
 La existencia de fases de minerales oxidados y sulfurados en cubiertas exógenas sirve como
evidencia concreta de la existencia de depósitos de minerales enterrados profundamente.
 Todo este trabajo en cuatro lugares del desierto de Atacama que se extienden hasta el norte de
Chuquicamata (Brown et al. 2019), demuestra que este tipo de muestreo dirigido tiene el
potencial de ser ampliamente aplicable en el desierto de Atacama de Chile, y potencialmente
en otros entornos desérticos tectónicamente activos, para el descubrimiento de depósitos de
pórfidos profundamente enterrados.
V. REFERENCIAS.

James Kínder, Matthew I. Melbourne, Alexandre Boicot, Daniel Layton-Matthews, 2020;
Isotope geochemistry of groundwaters in mineral exploration - the tip of the iceberg.

Alexandra Brown, Peter A. Winterburn & Thomas Bissig 2019; Geochemical signature of
earthquake-induced surface flooding by mineralized groundwater over the buried
Atlántida Deposit, Northern Chile.

Paulo M. Vasconcelos, Martin Reich, and David L. Shuster; 2015; The Paleoclimatic
Signatures of Supergene Metal Deposits

Xuejing Xie, Yinxiu Lu, Wensheng Yao, Jinfeng Bai; 2011; Further study on deep
penetrating geochemistry over the Spence porphyry copper deposit, Chile.

Carlos Palacios & Olivier Rouxel & Martin Reich & Eion M. Cameron & Matthew I.
Leybourne; 2010; Pleistocene recycling of copper at a porphyry system, Atacama Desert,
Chile: Cu isotope evidence.

Eion M. Cameron, Matthew I. Leybourne, Martin Reich & Carlos Palacios; 2010;
Geochemical anomalies in northern Chile as a surface expression of the extended
supergene metallogenesis of buried copper deposits.

Luis Moreno, Alejandro Sanhueza, Juan Fajardo, Reinaldo Guzmán, Marlene Lagos,
Marcelo Nava, Emilio González, Alberto Ruggiero; 2009; Mineralización Hipógena del
Pórfido Paleoceno Spence.

M.F. Aspadiar; R.R. Anand and Gray; 2008; Geochemical dispersión mechanisms through
transported cover: implications for mineral exploration in Australia.

Martin Reich & Carlos Palacios & Gabriel Vargas & Shangde Luo & Eion M. Cameron &
Matthew I. Leybourne & Miguel A. Parada & Alejandro Zúñiga & Cheng-Feng You; 2008;
Supergene enrichment of copper deposits since the onset of modern hyperaridity in the
Atacama Desert, Chile.

Eion M. Cameron & Matthew I. Leybourne;2005; Relationship between groundwater
chemistry and soil geochemical anomalies at the Spence copper porphyry deposit, Chile

Cameron, Eion & Hamilton, Stewart & Leybourne, Matthew & Hall, G. & McClenaghan,
M.B.; 2004; Finding deeply buried deposits using geochemistry.

Cameron, Eion & Leybourne, Matthew & Kelley, David. 2002; Exploring for deeply
covered mineral deposits: Formation of geochemical anomalies in northern Chile by
earthquake-induced surface flooding of mineralized groundwater.