Geoquímica de yacimientos metálicos y de

Geoquímica de yacimientos metálicos y de sedimentos,
de las regiones de Atacama y Coquimbo, norte de Chile.
Juan Pablo Lacassie* y Waldo Vivallo
Servicio Nacional de Geología y Minería - SERNAGEOMIN, Avenida Santa María 0104, Providencia, Santiago, Chile
Alejandro Díaz
Empresa Nacional de Minería - ENAMI, Colipí 260, Copiapó, Chile
Javier Ruiz-del-Solar
Advanced Mining Technology Center - AMTC, Universidad de Chile, Av. Tupper 2007, 837-0451 Santiago, Chile
* email:
[email protected]
Resumen. Se realizó un análisis estadístico de 1703
muestras de mena de yacimientos metalíferos de la IIIª
región y del norte de la IVª región. Como resultado se
identificaron patrones geoquímicos asociados a distintos
tipos de yacimientos, incluyendo: 1) “Señal Polimetálica”,
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 Metalogénica de la Cordillera de Domeyko; 2)
“Señal Aurífera”, con altas concentraciones de Au-As-BiSb, característica de depósitos mesotermales de oro,
emplazados en rocas intrusivas y volcano-sedimentarias
del Jurásico al Cretácico-Inferior, de las provincias
metalogénicas de las cordilleras de la Costa y Domeyko; 3)
“Señal Ferrífera”, con altos valores de Fe-P-La-Ce-Ni-Co,
característica de yacimientos hidrotermales, emplazados
en rocas intrusivas, volcánicas y sedimentarias del
Jurásico al Cretácico-Inferior, de la Provincia Metalogénica
de la Cordillera de la Costa. La comparación con la
composición química de 2205 muestras de sedimentos de
drenaje, permitió identificar un set de parámetros
característicos de los yacimientos de la “Señal Ferrífera” 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 constituirían
guías de exploración, en el área de estudio.
2005, se recolectaron más de 1700 muestras especímenes
de mena, de los yacimientos metálicos de las regiones de
Atacama y Coquimbo. A partir del análisis químico de
estas muestras, se ha constituido un set de datos
geoquímico de estos depósitos, el cual puede aportar a
caracterizarlos, entender su génesis y a generar guías de
exploración. Sin embargo, el análisis de estos datos
corresponde a un problema de alta complejidad, por lo que
debe ser abordado, utilizando métodos estadísticos
avanzados, tal como redes neuronales artificiales (RNA).
En este trabajo, los datos geoquímicos de los yacimientos
metálicos de ambas regiones, fueron analizados utilizando
RNA. Los objetivos son: 1) evaluar la existencia de
patrones geoquímicos característicos de los distintos tipos
de yacimientos e 2) identificar parámetros geoquímicos
que constituyan guías de exploración. Para esto, se
compararán los eventuales patrones geoquímicos de los
yacimientos, con los datos geoquímicos de más de 2000
muestras de sedimentos del área, asociadas al Programa de
Cartografía Geoquímica de Sernageomin.
2 Métodología
2.1 Base de datos
Palabras Claves: Geoquímica, exploración minera, IOCG,
redes neuronales artificiales, sedimentos.
1 Introducción
Las regiones de Atacama y Coquimbo, en el norte de
Chile, se caracterizan por presentar diversos tipos de
yacimientos metalíferos. Estos incluyen depósitos de
hierro de tipo Kiruna, yacimientos tipo IOCG, depósitos
epi-mesotermales de metales preciosos, depósitos
mesotermales de oro y cobre-oro, pórfidos de oro y de
cobre, yacimientos estratoligados de cobre y estratoligados
de manganeso, entre otros (Vivallo et al., 2008). La
metalogénesis de estas regiones ha sido objeto de estudio
por parte del Servicio Nacional de Geología y Minería
(SERNAGEOMIN), en el contexto del programa Mapa
Metalogénico de Chile. En particular, entre los años 1997 y
El set de datos estudiado, incluye 1703 registros con
concentraciones para 35 elementos químicos: 9 óxidos
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
metalíferos incluidos en el Mapa Metalogénico de la
región de Atacama a escala 1:500.000 (Vivallo et al., 2008)
y a 178 muestras de mena de los yacimientos metalíferos
de la Cordillera de la Costa de la parte norte de la Región
de Coquimbo (Figura 1). Las muestras fueron recolectadas
sistemáticamente entre los años 1997 y 2005, desde
distintos tipos de depósitos, localizados principalmente en
las cordilleras de la Costa y de Domeyko de la Región de
Atacama y en el norte de la Región de Coquimbo. Estos
incluyen yacimientos de hierro, plata, manganeso, cobalto,
de plomo-cinc, cobre-plata, óxidos de hierro-cobre-oro,
mesotermales de oro y cobre-oro, de cobre-oro en
chimeneas de brecha, pórfidos cupríferos, exóticos de
cobre, estratoligados y ‘stockwork’ de cobre, vetas
epitermales, estratoligados de metales preciosos y
polimetálicos de cobre-cinc-plomo-plata-oro. Cada
muestra corresponde a un compósito de sub-muestras
recolectadas a mano limpia o utilizando un martillo
geológico 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
plástica (PVC). Posteriormente tal material fue pulverizado
en un mortero de acero-cromo y sometido a un proceso de
sinterización, para luego ser analizado con un equipo ICPAES (modelo Jobin-Yvon JY-70), obteniéndose
información sobre las concentraciones de los elementos
químicos indicados anteriormente, con excepción del oro
(Au), cuyas concentraciones fueron obtenidas mediante
disolución con agua regia seguida de extracción y lectura
por AAS. Todos los procedimientos y análisis fueron
realizados en el laboratorio del Sernageomin. Estos datos
se incluyen en Vivallo et al. (2008).
mayoritarios”, correspondientes a aquellos grupos no
minoritarios, pero con características geoquímicas afines,
resultantes de la última (cuarta) iteración.
2.3 Comparación con información geológica
Bajo el entendimiento de que cada muestra es
representativa de un yacimiento, se identificaron las
características geológicas distintivas de los grupos
geoquímicos (minoritarios y mayoritarios). Para esto se
utilizó información registrada en terreno, a través de
“Fichas Mineras Metalogénicas”, las que incluyen: menas
principales y secundarias, alteración, roca de caja,
ambiente geológico y descripciones mineralógicas,
información disponible en Vivallo et al. (2008).
2.4 Comparación con geoquímica de sedimentos
Se realizó una comparación entre las características
geoquímicas de los yacimientos estudiados y de 2205
muestras de sedimentos de drenaje, recolectados en el área
de estudio, en el contexto del Programa de Geoquímica del
Sernageomin. Con el fin de maximizar los contrastes
geoquímicos se utilizaron razones entre elementos.
2.1 Pre-procesamiento de los datos
3 Resultados y discusión
Se eliminaron del set de datos, aquellos elementos
químicos que, sobre un 90% de los casos, presentaban
valores menores al límite de detección (Nb, Be y Sn). Los
datos remanentes fueron estandarizados de forma tal que,
para cada elemento químico, los datos presentaron un valor
medio cero y una varianza unitaria. Estos datos fueron
analizado mediante el algoritmo GCS (Fritzke, 1993), lo
que permitió identificar una fuerte correlación positiva CrSiO2, indicativa de contaminación por cromo (Cr) durante
la molienda. Luego, el set de datos final no incluye Cr.
3.1 Señales geoquímicas de yacimientos
2.2 Análisis con redes neuronales artificiales
Se realizó un análisis estadístico del set de datos final,
utilizando redes neuronales artificiales no supervisadas del
tipo Growing Cell Structures (algoritmo GCS; Fritzke,
1993). Este análisis se realizó en forma “iterativa”, a fin de
identificar grupos de muestras con “señales geoquímicas
afines” (caracterizadas por el mismo set de elementos)
pero de distinto orden (con variaciones en las magnitudes
de las concentraciones). En cada iteración se realizaron los
siguientes pasos: 1). Se analizó el set de datos utilizando el
algoritmo GCS, a través de lo cual, se identificaron
distintos grupos de muestras con señales geoquímicas
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 análisis, lo que permitió:
1) determinar grupos de muestras, con señales químicas
afines, de primer a cuarto orden, 2) determinar “grupos
El análisis GCS permitió identificar 18 grupos de
muestras, cada uno caracterizado por una señal geoquímica
específica. Luego, para fines de este trabajo, nos
referiremos a “señales geoquímicas” en alusión a cada uno
de estos grupos. En particular, 320 yacimientos presentan
una “Señal Polimetálica”, con altas concentraciones de PbZn-Ag-Cd-Li-Sb. En su mayoría, corresponden a vetas en
yacimientos epitermales a mesotermales de metales
preciosos, relacionados principalmente con magmatismo
Paleoceno-Eoceno. En la Región de Atacama estos
depósitos se concentran en la Provincia Metalogénica
(PM) de la Cordillera de Domeyko (Figura 1). Sus
minerales de mena más 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-CdLi-Mo-Pb-Sb-Zn, acoplado a un enriquecimiento
progresivo de Al-Ca-Mg-K-Ti-P-Ce-Ni; 2). Alteración
fílica y argílica para los yacimientos asociados a las
señales de primer y tercer orden y alteración propilítica
para los yacimientos de segundo y cuarto orden.
Se reconocen 167 yacimientos con una “Señal Aurífera”
con altas a muy altas concentraciones de Au-As-Bi-Sb. En
su mayoría, corresponden a vetas y vetas-falla
mineralizadas, asociadas a depósitos mesotermales de oro,
relacionados principalmente con rocas intrusivas y, en
menor medida, con rocas volcano-sedimentarias del
Jurásico al Cretácico Inferior. En la Región 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
acompañado de óxidos o súlfuros de cobre y de óxidos de
hierro. De primer a cuarto orden, es posible observar: 1).
Un empobrecimiento progresivo en Au-Ag-As-Bi-Pb-ZnZr-Ti acoplado a un enriquecimiento progresivo de CaMg-B-Ni-W-Y; 2). Una cada vez menor proporción de
rocas de caja volcánicas acoplado a un incremento en las
rocas de caja plutónicas; 3). Diferencias en términos de sus
paragénesis de alteración, con predominio de alteración
fílica en los de tercer orden y potásica en los de cuarto
orden. Se estima que, tanto para la señal Polimetálica
como para la señal Aurífera, las diferencias observadas
entre los yacimientos de primer a cuarto orden, serían el
reflejo de distintos niveles de exposición, dentro de un
mismo ambiente mineralizador.
Se reconocen 216 yacimientos asociados a una “Señal
Férrica” (señales Fe y Fe-P). Los resultados muestran que,
estos yacimientos están asociados geográfica y
geológicamente a los asociados a las señales Ca, La-Ce,
Ni-Co, Si y B (Figura 1). En general, corresponden a vetas
y cuerpos macizos de hierro y óxidos de hierro-cobre-oro,
emplazados en rocas intrusivas, volcánicas y sedimentarias
de edad Jurásica a Cretácica Inferior. En la Región 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 óxidos de hierro entre sus
minerales de mena principales. Este grupo de yacimientos
corresponde a los depósitos 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 proporción menor de los
yacimientos de las señales Ca, La-Ce y Ni-Co, ocurren en
rocas metamórficas del Paleozoico Superior al Triásico
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 señales Fe-P, Fe y La-Ce
presentan, predominantemente, una alteración sódica
cálcica con una paragénesis dominada por apatitoactinolita-biotita-epidota y en parte alteración potásica, con
biotita o feldespato potásico; 2) aquellos asociados a las
señales Ca y Ni-Co, se caracterizan por una alteración
propilítica con una paragénesis dominada por cloritaepidota-calcita; 3) los yacimientos de las señales Si y B,
predomina una alteración fílica con una paragénesis
dominada por cuarzo-sericita. Estas características,
sugieren que los yacimientos de las Señales Fe, Fe-P, Ca,
La-Ce, Ni-Co, Si y B, reflejan distintos niveles de
exposición de un mismo sistema mineralizador. En
particular, los yacimientos de la señal de La-Ce,
posiblemente corresponden a depósitos contenidos en
rocas intrusivas y/o en sistemas más profundos, tales como
los depósitos magmáticos de Tierras Raras y Uranio
(Fortín y Alarcón; 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 más profunda está
representada por los depósitos macizos de magnetitaapatita, los depósitos de hierro-cobre-oro corresponden a
una porción intermedia, mientras que la parte superior del
sistema está representada por yacimientos mesotermales de
oro y cobre. Concordantemente, los resultados de este
estudio, muestran que: 1) las concentraciones más altas de
hierro (Fe2O3), ocurren en la parte más profunda del
sistema (Señales Fe y Fe-P; alteración sódico-cálcica); 2)
las concentraciones más altas de cobre y molibdeno (CuMo), ocurren en la parte intermedia del sistema (Señal NiCo; alteración propilítica); 3) las concentraciones más altas
de oro (Au), se incrementan a medida que los yacimientos
reflejan menores profundidades en el sistema, con un
máximo para la zona con alteración fílica (Señal Si).
3.2 Geoquímica de sedimentos de drenaje
Como resultado del análisis GCS, fue posible identificar
parámetros geoquímicos característicos de los yacimientos
asociados a la “Señal Ferrífera” (señales Fe y Fe-P), y que
presentan una correspondencia en los sedimentos de
drenaje asociados a estos yacimientos. Estas últimas
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
guías para la exploración de yacimientos de Fe, Fe-Cu-Au
y Cu-Au, en el área de estudio, utilizando geoquímica de
sedimentos de drenaje. Específicamente, en el ámbito del
arco Jurásico-Cretácico Inferior, representado por los
afloramientos del Complejo Volcánico Agua Salada e
intrusivos del mismo período, al oeste del Sistema de fallas
Romeral y especialmente en el área del Complejo
Plutónico Altos de Talinay (Triásico Sup.–Jurásico Inf.), en
el Complejo Metamórfico del Choapa (DevónicoCarbonífero) y en el ámbito de la falla Pachingo, de la PM
de la Cordillera de la Costa, inmediatamente al sur de la
latitud de Serena (Díaz et al., 2010; Figura 1).
Agradecimientos
Se agradece encarecidamente a todos los profesionales y
técnicos del SERNAGEOMIN, cuya labor ha permitido
generar los datos utilizados en este trabajo.
Referencias
Díaz, A., Lacassie, J.P., Vivallo, W., 2010. Yacimientos Metalíferos
del área Andacollo - Puerto Aldea, Región de Coquimbo.
Servicio Nacional de geología y Minería, Carta Geológica de
Chile, Serie Recursos Minerales y Energéticos, No 31.
Fortín, H., Alarcón, B. 2008. Geología del Prospecto Cerro Carmen;
Mineralización de uranio y tierras raras. Nucleotecnica, año 26.
Fritzke, B., 1993. Growing cell structures - A self-organizing network
for unsupervised and supervised learning. Neural Networks; 7:
1441–1460.
Vivallo, W., Díaz, A., Jorquera, R., 2008. Yacimientos metalíferos de
la Región de Atacama. Servicio Nacional de geología y Minería,
Carta Geológica de Chile, Serie Recursos Minerales y
Energéticos, No 27.
PMCA
PMCC
PMCD
Figura 1. Izquierda: Comparación entre la distribución espacial de las muestras asociadas a las Señales Fe, Fe-P, Ca, Ni-Co y La-Ce y la
de las rocas del Jurásico al Cretácico Inferior en la Región de Atacama (Vivallo et al., 2008). Las líneas punteadas corresponden a los
límites entre las provincias metalogénicas definidas por Vivallo et al (2008) para esta región. PMCC: Provincia Metalogénica de la
Cordillera de la Costa; PMCD: Provincia Metalogénica de la Cordillera de Domeyco; PMCA: Provincia Metalogénica de la Cordillera de
los Andes. Derecha: Valor referencial (según tamaño del círculo amarillo), del parámetro (Ce*La)/Zn, calculado para la concentración 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 extensión hacia el sur (línea roja punteada). El rectángulo gris indica una zona prospectiva en la que hay una
relativamente baja ocurrencia de yacimientos, y altos valores en muchos de los parámetros guías identificados.
Tabla 1. Características químicas y mineralógicas de los yacimientos asociados a las señales Fe, Ca, Fe-P, La-Ce, Ni-Co, Si y B. Las
concentraciones (valores promedio para cada grupo de yacimientos) están 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 más altos. El número de cada mineral, indica el
porcentaje de muestras para las cuales se ha descrito este mineral, en la paragénesis de alteración. La escala de colores indica el percentil
de cada valor, en relación 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 alteración (Alt.) y los minerales que la definen, según: Fil: fílica; Prop: propilítica; Na-C:
sódico-cálcica; Act: actinolita; Bt: biotita; Cal: calcita; Qzo: cuarzo; Ser: sericita; Clo: clorita; Epi: epidota; Tur: turmalina.
Grupo
N
(S eñal)
Fe 2O 3 P2O 5
Elementos distintivos
Minerales de Alteración
Alt.
B
46
16
0,19
23
33
88
12
10553
125
202
2
Act Epi Ap Bt Cal Clo Qz S er Tur
o
1059 8 10 0 10 20 13 100 53 50
Si
308
9
0,10
11
14
52
25
5861
18
29
3
2135
11
25
4
11 44 24 100 46
6
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
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
La
Ce
Co
Ni
Cu
Mo
Pb
CaO
Au
Fil.
Fil.
Prop.