the kaolin clay deposits in the santa cruz and chubut provinces

LA RELACIÓN ENTRE LOS YACIMIENTOS DE CAOLÍN DE SANTA CRUZ Y
CHUBUT Y LOS DEPÓSITOS EPITERMALES DE METALES PRECIOSOS.
Eduardo Domínguez (1), Claudio Iglesias (2) y Michele Dondi (3).
1- Depto. de Geología, UNS, San Juan 670, 8000, Bahía Blanca, Argentina.
2 -Piedra Grande S.A, El Dique Florentino Ameghino, Dpto. Gaiman, A.P. Campanilla 569, 9100, Trelew, Chubut,
Argentina.
3 -CNR-ISTEC, Ïstituto di Scienzae eTecnologia dei Materiali Ceramici, Vía Granarolo 64, 48018 Faenza (Italia).
Palabras clave: relación-caolín-oro-Santa Cruz-Chubut
INTRODUCCIÓN.
Es normal la vinculación entre riolitas y depósitos hidrotermales y recientemente Marfil
et al. (2005) confirmaron, basados en evidencias mineralógicas, estructurales, geoquímicas e
isotópicas, que en el área de Los Menucos, en Río Negro, los yacimientos de caolín son
hidrotermales. Sus descripciones encajan perfectamente en el modelo de los depósitos
hidrotermales de alunita descriptos por Hall (2000) y en consecuencia son interpretados como
una evidencia muy favorable para la exploración por depósitos metalíferos.
En los últimos años se han hallado numerosos yacimientos epitermales de oro y plata
hospedados y genéticamente vinculados a las vulcanitas jurásicas en Santa Cruz y Chubut, y
en consecuencia las ideas de una relación genética entre la caolinización y la actividad
hidrotermal han cobrado nuevo impulso.
En Santa Cruz y Chubut existen importantes yacimientos de caolín que fueron
formados por la alteración “in situ” de vulcanitas riolíticas jurásicas (depósitos primarios o
residuales) o por la erosión, el transporte y la depositación de las arcillas residuales (depósitos
secundarios o sedimentarios). De estos yacimientos se extraen anualmente ~250.000
toneladas principalmente para la industria cerámica (Mapa 1).
Mapa 1. Modificado de Cravero y Domínguez (1992) y Domínguez y Murray (1997).
En este estudio se hace una breve descripción de la geología, la mineralogía y la
composición química, incluyendo los elementos mayores, menores, trazas y tierras raras, del
mineral existente en algunos de los yacimientos residuales más significativos del área. El
propósito del trabajo es generar datos que permitan precisar el modelo genético de la
1
formación del caolín, ya que su comprensión es crucial para la interpretación de zonas de
alteración vinculadas a la presencia de mineralizaciones de oro y plata.
La génesis de los caolines residuales de la Patagonia es un tema controvertido.
Angelelli y Stegman (1948) concluyeron que el caolín en Chubut es de origen residual y se
inclinaron por un origen meteórico. A esta opinión adhirieron Olivieri y Terrero (1954), Romero
et al. (1975) y Domínguez y Murray (1995), entre otros, en tanto que para Hayase (1969) y
Maiza (1972) entre otros, son de origen hidrotermal.
MÉTODOS DE ESTUDIO.
Los yacimientos estudiados fueron seleccionados debido a que representan los
distintos tipos de vulcanitas alteradas y en su gran mayoría son yacimientos en explotación.
De cada cantera se extrajeron unos 60 kg de muestra con una combinación de los métodos de
canaleta y esquirlas. Las muestras de arcilla fueron luego molidas y separadas en tres
alícuotas que fueron estudiadas en los laboratorios del ISTEC-CNR, el Departamento de
Geología de UNS y Piedra Grande
La mineralogía se determinó por difracción de rayos X en muestras de polvo usando un
equipo Rigaku-Denki Geigerflex Max III, radiación de Cu, monocromador de grafito y velocidad
de barrido de 2° 2θ por minuto. El “índice de cristalinidad” de la caolinita fue determinado de
acuerdo a Hinckley (1963) y Stoch (1974), junto a las recomendaciones de Aparicio y Galán
(1999). La composición mineralógica cuantitativa se determinó por el uso de cálculos
normativos utilizándose los diagramas de rayos X y los análisis químicos.
Los análisis químicos fueron realizados por ACTLABS (Canadá) por Activación de
Neutrónica Instrumental (INAA), Plasma (ICP) y Fluorescencia de rayos X. Las concentraciones
de carbono se determinaron con un equipo Leco CS225. La microestructura de la arcilla fue
estudiada con SEM y TEM (JEOL 35 CF) y (JEOL 100 CX).
GEOLOGÍA Y MINERALOGÍA DE LOS YACIMIENTOS.
Santa Cruz
En la provincia de Santa Cruz los principales depósitos de caolín residual se
encuentran en los Lotes 8, 18,19 y Cerro Rubio (Domínguez y Murray, 1997; Cravero et al.,
2001) y se desarrollan en el Grupo Bahía Laura, integrado por las ignimbritas y riolitas de la
Fm. Chon Aike y las tobas de la Fm. La Matilde (Lesta y Ferello, 1972). La flora fósil de la
última unidad indica la existencia en el Jurásico, de un clima húmedo y caluroso en un
ambiente palustre-fluvial continental (De Barrio et al., 1999).
Durante el Cretácico se formaron los yacimientos sedimentarios de caolín que se alojan
en la Fm. Baqueró y se formaron en un ambiente fluvial y lacustre. Las arcillas contienen
abundantes fósiles vegetales de angiospermas y gimnospermas (Archangelsky, 1963; Romero
y Archangelsky, 1986) que se desarrollaron en un clima templado-caluroso, con estaciones
secas y húmedas, aunque se cree que la actividad volcánica causó algunos cambios climáticos
durante la depositación del Miembro Superior (Archangelsky, 1967).
Para este trabajo se tomó una muestra de la zona de alteración residual existente en el
Campamento 4, a unos 3 km NE del Cerro Cónico Truncado (Mapa 1). El área de alteración
presenta un relieve irregular con afloramientos de una brecha completamente argilizada de
color blanco, integrante de la Fm Chon Aike, cubierta en discordancia por areniscas y arcillas
de la Fm. Baqueró (muestra Lote 18 - PR). Las dimensiones de la alteración no son conocidas
y la mineralogía de la roca alterada es simple y consiste en caolinita con trazas de
interestratificados de illita-esmectita (Ie). Al SEM-TEM la caolinita presenta placas hexagonales
y desarrollo de libros con una textura abierta. La mineralogía se muestra en la tabla 1 y los
análisis químicos en la tabla 2. Afloramientos similares han sido estudiados en el Lote 8 y Cerro
Rubio (Domínguez y Murray, 1997; Cravero et al., 2001. En el Lote 8 la argilización se extiende
por unos 1500 m y la profundidad media es de 6 m. (Domínguez y Murray, 1997).
Chubut
Los depósitos de caolín se encuentran en el valle inferior del río Chubut en vulcanitas
de la Fm. Marifil (Malvicini y Llambías, 1974) (Mapa 1). En esta región se están explotando
2
caolines residuales en al menos tres canteras, que han sido estudiadas: Sur del Río (SR),
Marta (MA) y 60. En esta última tres tipos de vulcanitas han sido alteradas.
La Cantera 60 se localiza a unos 10 km al sur del dique Ameghino cerca de la ruta
provincial 31, en un área llana y baja, donde la alteración se encuentra en un bajo alrededor de
una colina de areniscas y brechas de la Fm. Salamanca. Tres unidades litológicas fueron
caolinizadas, una ignimbrita lítica (IL), una ignimbrita biotítica porfírica (RP), y una riolita vítrea
fluidal (RF). La explotación cubre un área elipsoidal de ~20,000 m2 donde es posible observar
que la alteración es un manto que desaparece entre los 8 y los 10 m de profundidad. La parte
más profunda está relacionada a una zona de falla. La IL está compuesta por cuarzo, caolinita
e illita, con trazas de feldespatos. Presenta una textura abierta con libros de caolinita cortos. La
caolinita es gruesa y con bordes bien definidos, (3-4 μm), con algunas fibras atribuidas a
halloysita. La RP es similar, aunque sin illita y con feldespatos residuales abundantes.
Presenta una textura abierta con libros de caolinita mal definidos y fibras de halloysita. La RF
no presenta Ie y sólo trazas de feldespatos. Su textura es abierta y está compuesta por fibras
del halloysita de 5 μm (>70%) sobre escasas placas de caolinita (Tablas 1 y 2).
Depositos
PR
IL (C60)
RP (C60)
RF (C60)
SR
MA
Ca
Hy
29
28
31
35
32
35
*
**
***
**
*
Ie
Qz
2
15
5
17
Fd
68
53
44
52
58
44
Acc
1
21
7
2
HI
1
3
4
6
5
2
1.75
0.61
0.64
0.46
0.50
0.79
SI
0.46
1.09
0.93
1.09
0.97
1.05
Tabla 1. Composición mineralógica porcentual de los caolines residuales. Ca: Caolinita; Hy: Halloysita (* presencia y
abundancia relativa); Ie: Interestratificados de illita-esmectita; Qz: Cuarzo; Fd: Feldespato; Acc: Accesorios; HI y SI:
“Índices de inestabilidad” de Hinckley (1963) y Stoch (1974).
Tabla 2. Análisis químicos. Elementos mayores, tierras raras y trazas
3
Sur del Río (SR) se localiza a 10 km al este del dique Ameghino. El mineral extraído es
blanco en las muestras superficiales y se torna rojizo hacia el piso. La roca caolinizada es una
brecha volcánica gruesa. Las labores se desarrollan en un área ovoidal de ~500,000 m2 donde
la alteración alcanza una profundidad de 10 m y se extrae un mineral compuesto por caolinita,
cuarzo y trazas de Ie. En los niveles inferiores se presenta un incremento de los Ie, las
esmectitas y los óxidos de hierro. Presenta una textura abierta compuesta por placas de
caolinita pequeñas rodeadas por fibras del halloysita (>30%).
Marta (MA) se localiza 3 km al norte de la C60 en una pequeña colina donde las capas
de una toba horizontal han sido completamente caolinizadas hasta una profundidad de
alrededor de 6 m. La cantera es redondeada y de unos 10,000 m2. El mineral es blanco
amarillento y esta compuesto por cuarzo, caolinita y trazas de feldespato. La muestra tiene una
textura abierta caracterizada por placas de caolinita pequeñas y fibras de halloysita y de Ie.
En este sector no existen evidencias paleontológicas que permitan reconstruir el
paleoclima en el Jurásico, pero se infiere que las condiciones deben haber sido similares a las
de Santa Cruz. Los yacimientos de arcillas caolínicas sedimentarias se hallan junto a areniscas
y coquinas depositadas en un ambiente marino costero y poco profundo de la Fm. SalamancaPaleoceno (Lesta y Ferello, 1972). Durante el Paleoceno se estima que en la región existió un
clima caluroso y húmedo por la existencia de troncos silicificados y abundantes improntas
vegetales junto a piritas biogénicas (Sacomani y Panza, 1998).
GÉNESIS DE LOS CAOLINES RESIDUALES.
La caolinización en los yacimientos estudiados, desarrollada en las vulcanitas de las
Fm. Chon Aike y Fm. Marifil, no tiene relación de intensidad con fallas u otros controles
estructurales. La mayoría de los yacimientos presentan una extensión horizontal grande
(>1500 m) con una profundidad pequeña, a lo sumo 8-12 m y con un grado decreciente de la
alteración con la profundidad. En casi todos los casos se encuentran en el techo de la
sucesión volcánica y próximos al contacto con las sedimentitas que los cubren y contienen las
capas de caolines sedimentarios.
La mineralogía es simple, caolinita (halloysita) + cuarzo ± interestratificados de I/S +
feldespatos + Fe-oxihidróxidos), que no es determinante respecto al origen meteórico o
hidrotermal de la caolinita. Para la C60 se ha encontrado que la mineralogía y distribución de la
alteración es afectada por el tipo y la textura de piroclastita argilizada. En el caso de la
ignimbrita lítica gruesa (IL) se observan claramente libros de caolinita y sólo trazas de
halloysita, en tanto que en el de la riolita fluidal (RF) se ha formado casi exclusivamente
halloysita con sólo trazas de caolinita. La riolita porfírica biotítica presenta características
intermedias. La alteración de los tres tipos de roca es coetánea, por lo que las diferencias no
son claramente entendidas. En esta cantera se han hallado sectores silicificados de no más de
20 cm de espesor distribuidos irregularmente a lo largo de una fractura y un fino reticulado de
venillas de cuarzo que presentan inclusiones fluidas
en algunas muestras. Las IF
homogeneizan en un rango entre 180 y 230°C. En este caso puede pensarse que la
caolinización fue debida, en parte, a un proceso de calentamiento de aguas superficiales por
vapores calientes y que se sobrepone a la alteración supergénica primaria (Bethke, 1984). La
presencia de halloysita podría estar relacionada con este proceso o a la existencia de vidrio, ya
que Nagasagua (1969) halló que los vidrios se alteraban a halloysita en tanto que la biotita a
caolinita. Esta última explicación puede ser usada para las tobas finas de Marta.
Los valores de Au, Ag, As, Sb, Hg, Ba, Mo, Pb, S, Sr, Ta y Zn usualmente utilizados
como indicadores geoquímicos de mineralizaciones epitermales son extremadamente bajos
descartándose una relación directa con este tipo de yacimientos, reforzando la posible génesis
por intemperismo de la caolinita. Se hace una comparación con los valores generados por
Nelson (1987) para yacimientos de oro de tipo fuentes calientes (hot springs) discriminados en
valores para depósitos explotados y yacimientos estériles o sub económicos (Tabla 3).
4
Depósitos
Elementos
(ppm)
Ag
As
Au
Ba
Hg
Sb
Ta
Pr
0,4
35
0,003
60
0,9
41
1,4
IL
1
3
0,001
70
0,9
1
1,8
C60
RP
0,2
9
0,001
168
0,9
1
1,7
SR
0,2
4
0,002
40
0,9
1
2,4
RF
0,5
10
0,001
23
0,9
1
1,8
MA
0,4
8
0,001
13
0,9
0,09
2,2
D
15,22
162
1,9
889,3
22
215
12
Es
6,5
183
0,68
557
36
21
2
Tabla 3. Indicadores geoquímicos de yacimientos epitermales. Los valores para depósitos económicos (D) y
yacimientos estériles (Es) fueron tomados de Nelson, 1987).
Dill et al. (1997) y Dill et al. (2000), estudiando yacimientos en El Salvador y Perú,
propusieron distinguir caolines de origen hipogénico y supergénico usando las relaciones P/S,
Zr/Ti, Cr+Nb/Ti+Fe, Ce+Y, La/Ba+Sr. El S, Au, Ag, Ba y Sr son enriquecidos durante la
alteración hidrotermal mientras que el Cr, Nb, Ti y los lantánidos se concentran durante el
intemperismo. En los yacimientos estudiados las relaciones entre P2O5 y SO3, y (Ce+Y+La)
versus Ba+Sr indican un origen supergénico (Tabla 4).
10,00
Supergénico
y
tipo mixto
Hipogénico
SO3
1,00
0,10
0,01
0,01
0,10
1,00
P2O5
PR
IL
RP
RF
SR
MA
Tabla 4. Indicadores genéticos de los tipos de caolín. Tomados de Dill et al. (1997) y Dill et al. (2000).
Los caolines de los depósitos estudiados están enriquecidos en tierras raras livianas
(LREE) respecto de las pesadas (HREE). Ronov et al. (1967); Nesbitt (1979) y Duddy (1980)
postularon en sus trabajos que las tierras raras se fraccionaban durante el intemperismo y que
los productos residuales estaban enriquecidos en LREE. Siguiendo este concepto estos
depósitos de caolín pueden ser considerados como de origen meteórico.
Murray y Janssen (1984) hallaron que las caolinitas hidrotermales, residuales y
sedimentarias pueden ser distinguidas por sus valores de isótopos de oxígeno. Valores entre
6,3 y 14,4 ‰ corresponden a las hidrotermales, entre 16,7 y 22,4 ‰ a las residuales y entre
15,9 y 23,3 ‰ a las sedimentarias. Los valores isotópicos, δ 18O, de los yacimientos Cantera
60 son de 18,30 y 13,18 ‰. En Chubut en la misma zona los valores, en Arauco y Verónica,
son de 16,71 y 15,48 ‰ y en Don Carlos de 16,45 ‰. En Santa Cruz, en yacimientos
similares, son de 17,50 ‰ en el Lote 18 y de 18,20 ‰ en el Lote 8. Los valores hallados se
encuentran entre los típicos de la caolinita formada por intemperismo (Murray y Janssen, 1984;
Cravero et al. 1991; Cravero y Domínguez, 1992; Domínguez y Murray, 1995; Iglesias, 2004).
Los nuevos datos de δ 18O en la Cantera 60 son de 18,50 y 18,30 ‰ ratificando lo anterior.
Una medida de 13,50 ‰ es atribuida a la superposición de ambientes de intemperismo e
hidrotermal del tipo de los generados por vapores calientes.
Los registros paleontológicos indican la existencia de un paleoclima cálido y húmedo
(De Barrio et al., 1999) necesario para generar caolines por intemperismo. Esta es una
evidencia adicional y sustantiva para estimar una génesis esencialmente meteórica para los
depósitos estudiados en éste trabajo.
5
CONCLUSIONES.
Las evidencias halladas en este trabajo indican que los procesos hidrotermales no
fueron importantes en la formación de los depósitos mantiformes de caolín, y que los fluidos
actuantes fueron esencialmente aguas meteóricas a temperatura ambiente en los yacimientos
estudiados de las provincias de Chubut y Santa Cruz.
Los valores de Au, Ag, Ba, Hg y Ta encontrados en Chubut y Santa Cruz podrían ser
utilizados como referencia para indicar procesos de caolinización por intemrperismo y por lo
tanto con bajas expectativas para la exploración de minerales metalíferos.
La presencia de alunita, dikita y pirofilita, junto a una cúpula silicificada que resalta
como un alto topográfico y una zona de falla como conducto de las soluciones, son evidencias
de un origen hidrotermal e indicadoras de posibles sectores con mineralización aurífera, como
ha sido hallado por Marfil et al. (2005) en Río Negro.
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