Genesis of the el laco iron deposit unraveled by magnetite geochemistry

Abstract

La génesis de los depósitos de magnetita-apatito o iron oxide-apatite (IOA), fuentes históricas de hierro a nivel mundial, ha sido intensamente debatida por décadas. Gran parte de este debate se ha centrado en el depósito El Laco, ubicado en el Altiplano Chileno. Con una edad Plio-Pleistocena, este depósito representa el ejemplo más reciente y mejor preservado de este tipo de mineralización en la Tierra. Compuesto por seis cuerpos mineralizados de magnetita masiva que afloran en superficie, los depósitos de magnetita en El Laco muestran estructuras superficiales únicas las cuales se asemejan en gran medida a flujos de lava basáltica. Las hipótesis genéticas que se han propuesto para El Laco abarcan desde procesos puramente magmáticos hasta procesos puramente hidrotermales, y su génesis es considerado clave para comprender los procesos formadores de sistemas IOA. Esta investigación tiene como objetivo dilucidar los procesos magmático-hidrotermales que conducen a la formación del depósito de hierro El Laco. El objetivo principal es identificar los procesos fisicoquímicos que controlan la precipitación de magnetita y constreñir el rol que juegan los procesos volcánicos durante la génesis de los depósitos IOA. Esta investigación combinó trabajos de campo y logueo de sondajes con una caracterización química y microtextural de detalle en muestras de magnetita. Fases de magnetita y clinopiroxeno fueron analizadas utilizando una combinación de microsonda electrónica (EPMA), ablación láser (LA-ICP-MS), y fluorescencia de rayos X mediante luz sincrotrónica (μ-XRF). El análisis de la estructura interna de muestras de magnetita fue llevado a cabo usando el método de microtomografía computarizada de rayos X de alta resolución (HRXCT). Los resultados revelan que los cuerpos mineralizados de El Laco están formados por grandes sistemas de brechas de magnetita en profundidad que gradan a cuerpos de magnetita masiva hacia la superficie. Investigaciones mineralógicas revelan gradientes geoquímicos y texturales distintivos, que dependen de la profundidad. La magnetita de las rocas andesíticas hospedantes y de los niveles profundos de los cuerpos minerales, se caracteriza por una alta concentración de elementos traza, incluyendo Ti, V, Ni, Mn, Zn, Cr, Al, Ga, y Co en comparación con la magnetita de los niveles superiores. Por su parte, el análisis de clinopiroxenos reveló mayores contenidos de Mn y Fe en el clinopiroxeno asociado a las andesitas, y un enriquecimiento en Na y Ca en el clinopiroxeno asociado a los cuerpos minerales. Estas tendencias composicionales y microtexturales son interpretadas como reflejo de una transición desde condiciones puramente ígneas a un sistema magmático-hidrotermal dominado por fluidos en enfriamiento. Los análisis microtexturales de magnetita y clinopiroxeno son consistentes con esta hipótesis, revelando además múltiples estadios de disolución y reprecipitación mineral. Estas interpretaciones son apoyadas por observaciones de HRXCT, señalando que la mayoría de la magnetita en El Laco, y particularmente en los niveles superiores, habría precipitado a partir de fluidos hidrotermales ricos en hierro. Los datos presentados en esta tesis apoyan un modelo genético que explica la formación del depósito El Laco por medio de una combinación de procesos magmáticos e hidrotermales que operan durante la evolución de un sistema volcánico. El modelo propuesto involucra pasos secuenciales que incluyen la segregación de magnetita ígnea, la intrusión de magmas máficos, el colapso del edificio volcánico, y la inyección y descarga en superficie de fluidos ricos en Fe de origen magmático. En resumen, las principales características observadas en El Laco son consistentes con un modelo genético en donde los cuerpos de magnetita se forman como resultado de una confluencia óptima de procesos volcánicos comunes que ocurren durante la evolución de volcanes de arco.