Reassessing the role of organic matter in stratabound Cu-(Ag) deposits, Northern-Central Chile

Abstract

Los depósitos estratoligados de Cu-(Ag) representan la tercera fuente más importante de cobre en Chile después de los pórfidos cupríferos y los depósitos IOCG. Estos depósitos, de edad Jurásica a Cretácica Inferior, ocurren en un cinturón que se extiende por ~1000 kms a lo largo de la Cordillera de la Costa del centro-norte de Chile. En los depositos del Cretácico Inferior, la mineralización se encuentra albergada en rocas volcánicas íntimamente asociada con bitumen. La estrecha asociación espacial entre mineralización y bitumen ha sido interpretada como evidencia de la precipitación de sulfuros de Cu y Fe inducida por la materia orgánica a través de procesos de oxidación-reducción. Sin embargo, el rol específico de los hidrocarburos en la mineralización de Cu-(Ag) es aún incierto y no ha sido investigado en profundidad. Sobre la base de recientes estudios experimentales y empíricos que reconocen la capacidad los hidrocarburos de transportar metales y ligantes, es que la presente investigación tiene por objetivo re-evaluar el rol de la fase orgánica (hidrocarburo) durante las etapas de mineralización en los depósitos estratoligados de Cu-(Ag) del centro-norte de Chile. Con el propósito de evaluar el rol de la fase orgánica en estos depósitos estratoligados de Cu-(Ag), esta investigación contempló un estudio micro-analítico detallado de las asociaciones de bitumen y sulfuros de Fe-Cu. Estos estudios incluyeron observaciones a través de (FE)-SEM, análisis de elementos mayores, menores y trazas mediante EMPA y LA-ICP-MS, y mapeo elemental utilizando μ-XRF. Además, se investigó el estado redox del azufre en el bitumen mediante métodos espectroscópicos por luz sincrotrónica (μ-XANES), y se determinó la signatura isotópica del azufre en pirita utilizando técnicas in situ mediante SIMS. Los resultados presentados en esta tesis muestran evidencia que los sulfuros de (Fe)-Cu y pyrobitumen están íntimamente asociados en las dos etapas de mineralización: pre-mineral y de mineralización principal de Cu. Observaciones texturales en estos depositos, evidencian que múltiples pulsos de un fluido acuoso e hidrocarburos estuvieron involucrados en la formación de estos depósitos. Además, los análisis de microsonda electrónica (EMPA) y μ-XRF revelaron que el bitumen alberga decenas a miles de ppm de metales bases (Fe, Cu, V) y ligantes (Cl, S) alcanzando en algunos casos niveles de porcentaje en peso (% peso). El azufre es el elemento más abundante en el bitumen y los datos de μ-XANES muestran que este se encuentra presente con diferentes estados de oxidación, siendo tiofeno y sulfona las especies más probables. Datos geoquímicos de elementos traza en estos depositos revelan que la pirita asociada al bitumen hospeda concentraciones significativas de Cu, As, Mn, Pb, Tl, Co, Ni, V y Mo, que oscilan desde unos pocos ppm a niveles de porcentaje en peso. Además, la pirita se caracteriza por presentar razones bajas de Co/Ni (∼0.1 a 10) y Co/Cu (∼0.0001 a 10) y altos valores de las razones Ag/Co (∼0.001 a 10), lo que sugiere que la pirita se formó a temperaturas relativamente bajas (100 a ∼300 °C), condiciones reducidas y con una fuerte componente sedimentaria. Adicionalmente, datos isotópicos de azufre en pirita en los distintos depósitos muestra un rango amplio de valores (−30 a +60 ) que apuntan a fuentes predominantemente sedimentarias para el azufre, y sugieren mecanismos de fraccionamiento isotópico modulados por reducción incompleta de sulfato en un sistema parcialmente cerrado e interacción sulfato-metano anaeróbico. Los datos presentados en esta tesis entregan nuevos antecedentes geoquímicos e isotópicos que confirman un rol relevante de la fase orgánica en la formación de los depósitos estratoligados de Cu-(Ag) en el centro-norte de Chile, validando un modelo genético en el cual fluidos hidrotermales acuosos de origen externo y mixto interactuaron con el bitumen, gatillando la precipitación de sulfuros. Finalmente, los datos obtenidos destacan el potencial de la fase orgánica como una fuente, al menos en parte, de metales y azufre para la mineralización de Cu-(Ag) en depósitos estratoligados.