GEOQUÍMICA DEL YACIMIENTO EXÓTICO DE CHUQUICAMATA

UNIVER SIDAD
DE
CONCEPCIÓN
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA
10° CONGRESO GEOLÓGICO CHILENO 2003
GEOQUÍMICA DEL YACIMIENTO EXÓTICO DE CHUQUICAMATA
1
MAREY J. PARRA A.
1
1
VEGA J. KOJIMA S.
2
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Gerencia de Geología. Codelco-Chile. División Codelco Norte. Av. Tocopilla s/n. Chuquicamata
Departamento de Ciencias Geológicas Universidad Católica del Norte. Av. Angamos 0610.
2
RESUMEN
F a ll a O e
ste
Unidades de gravas mineralizadas y alteradas del yacimiento exótico, fueron analizadas sistemáticamente por sus
elementos mayores y menores, con el objetivo de identificar temporal y espacialmente los cambios de estos elementos
involucrados en los procesos de mineralización supérgena y de relixiviación del cobre. En Mina Sur, la mineralización
exótica es: crisocola, copper pitch, atacamita, copper wad y menores cantidades de libetinita; que se encuentra alojada
en grava terciarias (Mioceno). El yacimiento es subdividido en zona proximal, intermedia y distal de acuerdo a su
relación espacial con el pórfido madre (Chuquicamata). Dentro del cuerpo mineralizado se reconoce una franja central
intensamente argilizada producto de la circulación de soluciones áciduladas, que lixivian la mineralización de cobre
anteriormente depositada. En las gravas mineralizadas se destaca un importante incremento de SiO2 y un alto
enriquecimiento de Cu, Zn, Mn, Co, Cd, U y Cl. El enriquecimiento de Cu, Mn y Cl, observado en las unidades
mineralizadas es correspondiente a su mineralogía, representada por las asociaciones crisocola- copper wad o atacamitacopper wad. Las zonas intermedia y distal acusan un enriquecimiento relativo de Zn y Cd, mientras que el
enriquecimiento de Co, U y Cl decrecen con la distancia desde el pórfido madre. Las unidades de gravas argilizadas
muestran un importante decrecimiento de Cu, Zn, Cd, U, P y localmente Mn y Co, asociado a la pérdida de SiO2, Na2O,
CaO y K2O. Finalmente, se ha determinado, a través de este estudio, que los metales divalentes Zn, Mn, Co y Cd son
elementos importantes para la exploración geoquímica de los depósitos de cobre exótico.
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P a le o z o ic o
M A N SA M IN A
G r a n o d i o r it a F o r t u n a
N
C a la m a
R ío L o a
6 Km
Figura Nº 1: Mapa de ubicación de área de estudio
INTRODUCCIÓN
El yacimiento de cobre exótico de
Chuquicamata, se encuentra ubicado en el
desierto de Atacama de la II Región- Chile
(Figura Nº 1); nace como un gran manto
mineralizado desde el pórfido, en dirección al
sur y se conoce hasta una distancia de
aproximadamente 8 Km. de longitud. Presenta
una importante zonación mineralógica, de
alteración y geoquímica en su extensión
longitudinal, horizontal y vertical. La formación
de este yacimiento exótico se sitúa entre los 25
y 10 millones de años (Mioceno- Oligoceno),
coetáneo a los procesos de oxidación y
enriquecimiento secundario que afectaron al
pórfido de Chuquicamata en medio de un
régimen climático caracterizado por una
alternancia entre periodos períodos más cortos
de lluvias torrenciales. Durante este proceso,
soluciones enriquecidas con cobre migraron
Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad.
lateralmente hacia el sur controladas por el paleodrenaje definido por el contacto entre las gravas
terciarias y el basamento paleozoico, mineralizando simultáneamente las gravas y las rocas de
basamento. En el contexto global este yacimiento exótico, conforma un cuerpo lenticular de
formas sinuosas de espesores variables entre 40 y 80 metros y con anchos que fluctúan entre 400
metros y 1.2 km. Los recursos totales contenidos en este yacimiento, se estiman del orden de
380 millones de toneladas a una ley de corte de 0.2 % CuT y una ley media de 1.2 % CuT. El
mineral extraído de esta mina desde el inicio de su explotación es del orden de 160 millones de
toneladas con una ley media 1.4 % de CuT.
Los estudios geológicos recientes del yacimiento Exótica - Mina Sur, permiten tener una mejor
comprensión de los procesos evolutivos involucrados en la génesis de este yacimiento. Los
trabajos publicados por Mortimer, C.; et. al., 1978 y Münchmeyer, C.; 1996, constituyeron un
primer avance y un gran aporte al conocimiento geológico de este tipo de yacimientos exóticos de
gran tamaño, asociados a pórfidos cupríferos. Posteriormente la continuidad de la explotación y
el desarrollo de proyectos mineros en los extremos del yacimiento, han llevado necesariamente a
un conocimiento detallado de la geología y a la definición de unidades geológicas, que son
expresiones intrínsecas de la zonación de mineralización y alteración, ambos procesos ligados
íntimamente durante la evolución genética del yacimiento. Este estudio investiga los cambios
espaciales y temporales de los elementos involucrados en los procesos de mineralización
supérgena y alteración (argilización), considerando los datos de la geoquímica sistemática de
elementos mayores y menores presentes en las gravas mineralizadas y alteradas.
GEOLOGÍA DEL YACIMIENTO
En el contexto global este yacimiento exótico conforma un cuerpo lenticular sinusoidal que se
aloja en la zona de contacto entre la parte basal de las gravas terciarias y el basamento
metamórfico paleozoico. Nace en la cabecera de un paleodrenaje situado en el divorcio de aguas
de la parte central del pórfido de Chuquicamata y desciende hacia el Sur a través de esta
paleoquebrada, que tiene 400 m. de ancho y 2 km. de largo, con una inclinación de 3º a 7º
(porción de Extensión Norte de Mina Sur). Entre los 2 y 6 km. se deposita el mayor contenido de
cobre, coincidiendo con una desviación en sentido Sureste del paleocanal, cuya morfología es
condicionada por un dominio estructural de esa dirección. La mineralización de oxidados de
cobre más distal al yacimiento madre se encuentra a una distancia de 6 a 8 km. en donde la
mineralización es más débil, con rasgos de agotamiento (porción Cola Sur). La formación de este
yacimiento se encuentra ligado a escurrimientos laterales y superficiales en más de un evento de
soluciones ácidas cuya intensidad y concentraciones de cobre fueron variables en el tiempo y se
encuentran relacionados a los procesos de lixiviación y enriquecimiento secundario del Pórfido
Chuquicamata (entre los 25 – 10 m.a.). (Mortimer c., et al., 1978)
ROCAS DE BASAMENTO
Las distintas unidades litológicas que conforman el basamento ígneo – metamórfico del
Yacimiento Exótico, incorpora rocas básicas, intermedias y ácidas representadas por Dioritas y
Granodioritas afectadas por un metamorfismo de carácter regional, dando origen a las
denominadas anfibolitas, las que han sido intruidas por rocas granodioríticas, graníticas, pórfidos
feldespáticos y cuarcíferos y cuerpos filoneanos andesíticos. El marco litológico del basamento
presenta gran complejidad por la variedad de unidades de rocas, con suaves diferencias texturales
y cuyos contactos, por lo general, no son del todo claros.
La roca de basamento experimenta la mayor complejidad, debido a sobreimposiciones de efectos
asociados a procesos hidrotermales acaecidos durante el emplazamiento del Pórfido de
Chuquicamata, intensos fracturamientos y cizallamientos asociados a la mega estructura “Falla
Oeste”, intemperismo pre-gravas y alteración supérgena por el paso de soluciones ácidas durante
la mineralización exótica.
DEPÓSITOS SEDIMENTARIOS
Los depósitos sedimentarios terciarios, están constituidos por escombros de laderas, corrientes de
barro, abundante material coluvial, escaso material aluvial, y con pocas intercalaciones de cenizas
volcánicas. La distribución y espesor de estos depósitos sugiere una activa erosión de altos
topográficos durante una época menos árida que la actual, con la consiguiente depositación en las
cuencas formadas por tectónicas de bloques. Una datación radiométrica en K-Ar de Ceniza
situada en el techo de la unidad sedimentaria, indica una edad mínima de 8,4 millones de años
(Munchmayer y Urqueta 1974).
En el yacimiento de Mina Sur, se han identificado una diferenciación de los depósitos
sedimentarios, relacionados a las variaciones de los regímenes climáticos y a la
paleogeomorfología que controla las velocidades y energía depositacional de la secuencia
sedimentaria. Una diferenciación dice relación con una depositación sedimentaria de baja energía
de buena estratificación, selección y clasificación, controladas por paleoquebradas secundarias
(Grava Exótica). Otra diferencia la constituyen los depósitos sedimentarios de alta energía, con
características caóticas aluvionales de alta densidad de transporte de bolones y clastos de mayor
tamaño, controladas por paleoquebradas profundas de mayor flujo hidráulico, tal es el caso de la
importante paleoquebrada que baja desde los cerros de Chuquicamata (Grava Fortuna). Estas
secuencias se presentan como depositaciones intergradadas especialmente en los sectores de
convergencias de tributarios (Munchmayer y Urqueta, 1974).
CONTROL ESTRUCTURAL DE LA GEOMORFOLOGÍA DEL PALEODRENAJE.
El estilo estructural predominante que se reconoce al Sur del yacimiento de Chuquicamata y que
controla los rangos geomorfológicos del basamento son:
i) sistema Norte Sur, condicionado por el sistema de la Falla Oeste – Falla Messabi y que son las
que controlan las paleoquebradas principales; ii) sistema Noroeste, evento estructural tardío, que
desplaza el sistema Norte Sur, que influye en el modelamiento morfológico del basamento y en la
formación de cuencas de sedimentación en esa dirección y iii) sistema Noreste, principalmente
reconocido en el sector del rajo de Mina Sur, que no presenta importancia en el modelamiento
geomorfológico del basamento.
El esquema estructural general que controla la paleotopografía, corresponde a estructuras
mayores, las cuales generan un estilo tectónico que sirve de cuna para la depositación de las
gravas Fortuna y Exótica y posteriormente controlan el escurrimiento de las soluciones
mineralizadoras.
MINERALIZACIÓN Y ALTERACIÓN
La mineralización se presenta tanto en gravas como en la roca del basamento ígneo –
metamórfico Paleozoico, predominando la mineralización en rocas en la parte proximal y en
gravas hacia la parte centro y distal. Este lente mineralizado se encuentra cubierto por una
secuencia de grava estéril cuyo espesor varía entre 25 a 200 metros, desde la porción proximal a
la más distal del yacimiento. Se reconocen dos asociaciones mineralógicas principales que
obedecen a condiciones fisicoquímicas ligeramente distintas y que tienen que ver con el potencial
de oxidación y con la acidez de las soluciones. La primera de estas asociaciones es atacamita y
copper wad asociada a hidróxidos de Fe y a algunos fosfatos hidratados de Cu, es típica de la
zona proximal y define la unidad de Grava Mineralizada Periférica (GMP) o marginales de la
porción intermedia del yacimiento, corresponde a un ambiente levemente más oxidante y de
soluciones de pH más moderado ( 5 a 6). La segunda asociación corresponde crisocola, copper
wad y copper pitch producto de un ambiente más saturado en agua y sílice, menos oxidante y de
soluciones de pH menor ( 3 a 5 ). Esta asociación alcanza su mayor desarrollo, junto a un alto
contenido de cobre, en la porción intermedia del yacimiento, definiendo la unidad de Grava
Mineralizada Central (GMC); mientras que en la parte proximal esta asociación es subordinada y
localmente se sobreimpone a la primera. En general la distribución de las distintas mineralogías
están íntimamente relacionadas a los procesos fisicoquímicos y a los eventos posteriores
sobreimpuestos, que condicionaron la removilización y la precipitación de los minerales de
mena, definiendo zonaciones primarias y secundarias con expresión transversal y longitudinal en
el yacimiento exótico. (Figura Nº 2).
Como evidencia de lo anteriormente expuesto se reconoce una franja definida como la unidad de
Grava Alterada (GAL) que se localiza en la parte central del cuerpo mineralizado exótico, desde
la porción proximal hasta la intermedia del yacimiento, y cuyo origen se relaciona directamente a
procesos supérgenos que actuaron sobre el mega-pórfido de chuquicamata, los cuales dieron
como resultado la canalización y escurrimiento de soluciones ácidas, en más de un evento,
causando la alteración (argilización) en gravas y rocas de basamento, y la removilización de
elementos como el Cu desde las zonas proximales a las más distales. Al interior de esta franja
alterada se evidencia una unidad de gravas color pardo rojizas caracterizadas por un alto
contenido de hidróxidos de hierro, principalmente hematita- goethita denominadas en el presente
trabajo como unidad de Grava Ferro-cretas (GFC). ( Figura Nº 2)
Los patrones que controlan la zonación de la alteración y mineralización en los depósitos
exóticos, se relacionan con la reactividad de la roca “huésped”, la razón Cu / Fe / S de la fuente
del depósito (Pórfido “Madre”), y con la evolución del pH y el estado “redox” de las soluciones
durante la formación del depósito. (Mortimer, C.; et. Al., 1978).
ESTUDIO GEOQUÍMICO
MÉTODO ANALÍTICO
El estudio geoquímico se restringió exclusivamente a las unidades de gravas, basados en los
siguientes aspectos: las gravas estudiadas presentan una buena homogeneización litogeoquímica;
corresponden a un material de alto grado de porosidad y permeabilidad lo que facilitó la
circulación de las soluciones exóticas, su migración lateral y difusión por capilaridad,
permitiendo el desarrollo y distribución homogénea de la mineralización. En contraposición a lo
anterior, las unidades de rocas de basamento mineralizadas, presentan amplia variedad litológica,
con sobreimposición de eventos metamórficos y de alteración hidrotermal, un marcado control
estructural, lo que finalmente dificulta la interpretación de la variabilidad geoquímica y del
comportamiento de los elemento móviles y no móviles asociados a los procesos exóticos.
Este estudio consideró varios métodos de análisis para una población de 1.264 muestras de pulpas
de respaldo (#200 Ty) correspondientes a gravas. Estas muestras fueron tomadas
sistemáticamente de 32 sondajes diamantinos distribuidos en 8 secciones a lo largo del
yacimiento. Los elementos mayores (SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, Na2O, K2O, CaO, MnO, Cu2O,
BaO, TiO2 y P2O5) de 210 muestras seleccionadas, fueron analizados utilizando Fluorescencia de
Rayos – X (XRF) en el Laboratorio de Geología – División El Salvador. Los elementos menores
(Cu, Zn, Mn, Co, Cd, U, Ni, Mo, As y P) de 562 muestras proporcionadas por la gerencia de
Exploraciones de Codelco fueron determinados utilizando Espectrometría de Emisión de Plasma
por Acoplamiento Inductivo (ICP) del laboratorio Acme Laboratories Chile Ltda. Los otros
elementos tales como S y Cl de 492 muestras fueron analizadas por Espectrometría de Absorción
Atómica (EAA), en el Laboratorio de Geología – División El Salvador. Preliminarmente los
elementos menores de 93 muestras fueron analizadas por ambos métodos (ICP y EAA) con el
objetivo de conciliar los resultados analíticos de ambos métodos y cuyos valores extremos (error
relativo) son 0.1% (P) a 9.7% (Co). Esta comparación fue realizada para 10 elementos basados
en el promedio de las diferencias entre ambos métodos. Las muestras cubren las unidades de
gravas mineralizadas ( GMP y GMC), la Gravas alterada (GAL), la Grava Ferro-creta (GFC) de
la porción proximal y gravas estériles (background).
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS GEOQUÍMICOS
GEOQUÍMICA DE LOS ELEMENTOS MAYORES
Para las unidades de gravas mineralizadas ( GMC y GMP) y alteradas (GAL), los promedios de
ganancias y pérdidas de elementos mayores respecto a la composición original del background
(grava estéril) se resumen en la figura Nº 3. Los cambios químicos de las unidades gravas
mineralizadas se caracterizan por la adición de SiO2 y MnO, que son fundamentales en la
formación de crisocola y copper wad respectivamente. Asimismo, una considerable pérdida de
metales alcalinos y terroalcalinos (Na2O, K2O, MgO, CaO y BaO) son claramente reconocidos en
la unidad GAL. En la unidad GFC, se denota una fuerte disminución de los elementos alcalinos y
terroalcalinos (Na2O, K2O, MgO, CaO, MnO y BaO) además de una significativa pérdida de
SiO2, Al2O3 y TiO2, que se contrapone a un marcado incremento Fe2O3.
GEOQUÍMICA DE LOS ELEMENTOS MENORES
Las variaciones geoquímica de los elementos menores, incluyendo la grava estéril (background),
se manifiestan como una función de la distancia horizontal (km) desde el pórfido madre de
Chuquicamata. (Figura Nº 4) éstas resumen los contenidos promedios de 12 elementos menores
analizados (Cu, Zn, Mn, Co, Cd, U, Ni, Mo, As, P, S y Cl).
Se destaca que los contenidos de Cu, Zn, Mn, Cl y S son altos en todas las unidades
mineralizadas y frecuentemente sus concentraciones alcanzan magnitudes de 100 a 1000 ppm. En
contraste, las concentraciones de Co, Cd, U, Ni, Mo y As son menores para las mismas unidades.
La mineralización exótica es el resultado de una importante adición de Cu, Zn, Mn, Co, Cd, U y
Cl en las distintas unidades mineralizadas; sin embargo, la mineralogía a las cuales estos
elementos se asocian son considerablemente distintas.
Figura Nª 3: Concentración de elementos mayores en unidades de gravas
La adición de Cu es reconocida en todas las unidades mineralizadas, particularmente en la unidad
GMC. En la porción proximal a intermedia del yacimiento, la concentración de Cu de la unidad
GAL presenta un notable decrecimiento con la distancia al pórfido madre; esta misma tendencia
también se observa para el Mn, Co, U y Mo. En las grava mineralizadas (GMC, GMP) y GAL,
particularmente dentro de la porción intermedia y distal del yacimiento, se observa una fuerte
adición de Zn; sin embargo, en la unidad GFC, se aprecia una significativa disminución de éste.
El contenido de Mn en la unidad GMP, es uniformemente bajo, siendo sus concentraciones
levemente más altas respecto al background, mientras que en la unidad GMC, en la porción
intermedia del yacimiento, se evidencia un notable enriquecimiento de este elemento, alcanzando
concentraciones sobre los 3000 ppm. En la unidad GAL, se observa localmente una alta
concentración de Mn (≈6000 ppm) dentro de la porción proximal, donde el copper wad es el
mineral predominante; lo mismo se observa respecto al contenido de Co para esta misma unidad.
La adición de Co es claramente reconocida en la unidad GMC y dentro de la porción proximal a
intermedia. El enriquecimiento de Cd es especialmente observado en la unidad GMC en la
porción intermedia, mientras que para esta misma unidad, el U presenta un notable incremento
pero en la porción proximal.
En la unidad GFC, se destaca un notable enriquecimiento de As, Mo y Fe; se plantea la hipótesis
que esta unidad corresponde a material sedimentario proveniente de la erosión de la parte
superior del “leach-capping” del pórfido Chuquicamata. El P y S no presentan un
enriquecimiento significativo en las unidades de gravas mineralizadas, sin embargo, en el caso
particular del S, se observa en todas éllas, que sus contenidos decrecen con la distancia al pórfido
madre incluyendo a la grava estéril. Normalmente los contenidos de Cl en las unidades GMP,
GAL y GFC son ligeramente superiores a los del background, pero son significativamente altos
en la unidad GMC dentro de la porción proximal del yacimiento, lo cual es coincidente con la
mineralogía predominante (atacamita).
El decrecimiento de los contenidos de Cu, Zn, Cd, U, P y localmente Mn y Co, observados en las
unidades GAL y GFC, se explica como consecuencia de los sucesivos procesos de lixiviación.
Figura Nº 4: Concentración de elementos menores en unidades de grava a lo largo del yacimiento.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
La mineralización exótica asociada al yacimiento de Chuquicamata, se caracteriza por la adición
de SiO2, Cu, Zn, Mn, Co, Cd, U y Cl, mientras que los procesos de argilización evidencian la
lixiviación del Cu, Zn, Cd, U, P y localmente Mn y Co; a mayor escala se destaca la pérdida de
elementos alcalinos y terroalcalinos. Estos cambios químicos guardan estrecha relación con los
cambios mineralógicos observados en las distintas unidades; como ejemplo se puede mencionar
que el incremento de SiO2 y Mn, en la unidad GMC, está asociado a la formación de crisocola y
copper wad respectivamente, y a su vez, el incremento de Cl se relaciona a la formación de
atacamita para esta misma unidad y dentro de la porción proximal del yacimiento.
El notable incremento de Mn al interior de la unidad GAL, se encuentra asociado a la
mineralización de copper wad, el cual es reconocido como un mineral moderadamente refractario
que resiste la intensa argilización, en contraste con la crisocola y atacamita. Asimismo la alta
concentración de Co, en esta unidad, que caracteriza a la porción proximal, sugiere que este
elemento se encuentra íntimamente relacionado al Mn como componente del copper wad.
Considerando todos los resultados obtenidos, se sugiere que los metales divalentes como el Zn,
Mn, Co y Cd son elementos importantes para la exploración geoquímica de depósitos exóticos de
cobre.
Contrariamente, el Ni y Mo son elementos esencialmente inmóviles durante el proceso de
mineralización exótica, por lo cual no pueden ser considerados en la exploración de cobre
exótico.
La alta concentración de Fe2O3, Mo y As en la unidad alterada GFC, explica que esta unidad
sedimentaria corresponde a un material clástico proveniente de la erosión del “leach-capping” del
pórfido de Chuquicamata, luego podrían constituir elementos de exploración del pórfido madre
de un yacimiento exótico de cobre, en similar ambiente geológico.
REFERENCIAS
Mortimer, C., Münchmeyer, C., and Urqueta, I., 1978, Emplacement of the Exótica orebody, Chile. Transaction of
the Institution of Mining and Metallurgy, Section B: Applied Earth Science, v. 86, p. 121-127.
Münchmeyer, C., 1996, Exotic deposits – products of lateral migration of supergene solutions from porphyry copper
deposits: Society of Economic Geologists Special Publication 5, p. 43-58.
Münchmeyer, C., and Urqueta. I., 1974, Geología del yacimiento Exótica, in Klohn, E., ed., Colquio sobre
fenómenos de alteración y metamorfismo en rocas volcánicas e intrusivas: Santiago, Departamento de Geología,
Universidad de Chile, p. 213-253.