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Fundada en 1962

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D GEOLOGICA DE CH

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la serena octubre 2015

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Evolución eocena-miocena de la Cuenca El Tesoro: condiciones paleoambientales y paleoclimáticas de la mineralización supérgena y exótica en el Distrito Centinela Rodrigo Riquelme1, Miguel Tapia2, Eduardo Campos1,!Constantino Mpodozis2, Alberto Fernandez-Mort1, Sebastien Carretier3, Caroline Sánchez1,3 1 Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Chile 2 Antofagasta Minerals S.A. Avenida Apoquindo 4001, Las Condes, Santiago, Chile. 3 Géosciences Environnement Toulouse, OMP, UPS, CNRS, IRD, Université Toulouse, France.

contact email: rriquelme@ucn.cl Abstract El Desierto de Atacama alberga numerosos yacimientos tipo pórfido cuprífero del Eoceno medio a superior y, en algunos casos, depósitos exóticos de cobre hospedados en secuencias sedimentarias en la vecindad de los pórfidos cupríferos parentales, tal como ocurre en la Cuenca El Tesoro (Distrito Minero centinela). Esta incluye un relleno sedimentario del Eoceno Mioceno, que hospeda la mineralización exótica de los yacimientos El Tesoro, Tesoro NE y Mirador. La mineralización de cobre en la Cuenca El Tesoro es sin-sedimentaria, y ella fue promovida por dos factores complementarios: la existencia de depocentros restringidos, tectónicamente controlados, y un ambiente de depósito que favoreció la precipitación de minerales de cobre en la zona vadosa (principalmente óxidos, haluros e hidróxidos). La historia paleoambiental y paleoclimática de la Cuenca El Tesoro, es consistente con la reportada para otras localidades del Desierto de Atacama, y sugiere que la persistencia de condiciones climáticas semiáridas a áridas relativamente estables, entre el Eoceno y el Mioceno medio, son uno de los principales factores que determinan la actividad supérgena en el norte de Chile..

Keywords: Depósitos exóticos de cobre, procesos supérgenos, registro estratigráfico.

Introducción La viabilidad económica de los pórfidos cupríferos del Eoceno-Oligoceno inferior del Norte de Chile depende, en muchos casos, de la ocurrencia de zonas de enriquecimiento secundario originadas por la removilización y precipitación de cobre en el ambiente supérgeno, bajo las condiciones climáticas semiáridas (precipitaciones del orden de ~100 mm/año) que habrían prevalecido durante el Oligoceno y Mioceno. Este proceso ocurrió en presencia de una tabla de aguas lo cual favoreció la oxidación, lixiviación y migraciòn de fluidos ricos en cobre (Chávez, 2000). El cobre en solución precipitó posteriormente como óxidos de cobre (e.g. crisocola, calcantita, antlerita), o como sulfuros secundarios (e.g. calcosina y covelita),

dependiendo si ello se produjo sobre o bajo la tabla de aguas. Condiciones climáticas hiperáridas, posteriores al Mioceno medio, limitaron, màs tarde, el impacto de los procesos de alteración supérgena, favoreciendo la preservación de las zonas mineralizadas (Sillitoe, 2005).

Figura 1. Límites (aproximados) de la Cuenca El Tesoro (línea blanca). En rectángulo negro se señalas los pórfidos cupríferos, y en rectángulo blanco los depósitos exóticos de cobre del Distrito Centinela. En algunos distritos y dentro de este contexto, los fluidos con cobre en solución migraron lateralmente, para dar origen a depósitos exóticos hospedados en secuencias sedimentarias neógenas tales como la Mina Sur, en Chuquicamata o El Tesoro, en el Distrito Centinela, donde se exponen varios pórfidos cupríferos con edades comprendidas entre los 45 y 39 Ma (Fig1). La Cuenca El Tesoro, donde se hospeda la mineralización exótica, guarda un

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completo registro sedimentario del Eoceno-Mioceno. Dos rajos (Tesoro y Tesoro NE) permiten el acceso directo a los estratos que albergan la mineralización exótica. En esta contribución presentamos los resultados de un estudio estratigráfico de alta resolución acompañado de dataciones U-Pb, y análisis de los paleosuelos asociados a la mineralización (Fig. 2). Su objetivo es determinar cronología, ambiente de depósito y las condiciones paleoclimáticas existentes durante la formación de los depósitos exóticos. Nuestras principales interrogantes son: ¿Pueden los eventos paleoclimáticos regionales del Eoceno-Mioceno ser deducidos de los estudios estratigráficos de los depósitos sedimentarios de la Cuenca El Tesoro? ¿Controlan estos eventos paleoclimáticos la formación de depósitos exóticos de cobre, o estos resultan de condiciones locales?. Así pretendemos contribuir a la discusión entre paleoclimas y mineralización supérgena de cobre en el Desierto de Atacama. El inicio de la acumulación de las coberturas de gravas (rocas sedimentarias y sedimentos poco consolidados) que caracteriza la zona central de la región de Antofagasta, sería el resultado de la erosión y denudación de la Precordillera, elevada en respuesta a deformación incaica durante el Eoceno (e.g. Maksaev and Zentilli, 1999). Las variaciones de facies dentro del registro estratigráfico neógeno han sido relacionadas con episodios tectónicos o fluctuaciones climáticas ocurridas durante Cenozoico tardío (May et al. 2005; Riquelme et al., 2007; Blanco, 2008). Dentro de estos, uno de los más importantes es el cambio desde condiciones climáticas áridas-semiáridas a hiperáridas, registrado, por la variación, desde vertisoles cálcicos (precipitación>100 mm/año) hasta gypsisoles ricos en nitratos (<10 mm/año) (Rech et al, 2006). La edad del inicio de la hipraridez ha sido muy discutida durante la última década (e.g. Hartley and Chong, 2002; Rech et al, 2010; Riquelme et al., 2007) y ha tratado de ser establecida en base a varios proxies tales como isotópos (16O y 13C), geoquímica y mineralogía de paleosuelos o geocronología de geoformas relictas (e.g. Rech et al, 2006, 2010; Dunai et al., 2005; Riquelme et al., 2007).

Evolución paleoambiental y paleoclimática de la Cuenca El Tesoro Las secuencias sedimentarias de la Cuenca El Tesoro presentan un registro estratigrafico completo desde el Eoceno hasta el Mioceno. El relleno de esta comenzó con el depósito de la Formación Esperanza (Tapia y Riquelme, 20012;

Riquelme et al., en prep., Fig 2). Sus primeros ~400 m se depositaron en el Eoceno (45-42 Ma) e incluyen conglomerados bien redondeados con intercalaciones de areniscas, depositados en cauces trenzados proximales o abanicos aluviales distales. La sedimentación ocurrió en forma simultánea a actividad volcánica cercana al depocentro, como lo atestiguan depósitos de bloques y ceniza y tobas líticas (ignimbritas) intercaladas. Los siguientes ~300 m, que se habrían depositado entre los 39->30 Ma (Fig. 2), comprenden una serie retrogradante, acumulada en abanicos aluviales medios a proximales, que gradan estratigrafía-arriba, a sistemas trenzados proximales. La Formación Esperanza refleja un ambiente de depósito con relativamente alta capacidad de exportación de sedimentos, que permitió el desarrollo de horizontes de calcisol, durante ciclos de depósitos de inundación, indicando condiciones climáticas semiáridas a áridas.

La Formación Tesoro (Tapia y Riquelme, 20012; Riquelme et al., en prep.; Fig 2) alcanza hasta ~700 m de espesor. Dataciones U-Pb de circones detríticos, edades de alteración supérgena en pórfidos cupríferos, datos termocronológicos (Sanchez et al., este congreso), la ocurrencia de mineralización exótica de cobre, y una edad en Ar/Ar en criptomelano, permiten proponer, para ella, una edad oligocena (~30 a >21.9±1.2 Ma Riquelme et al., en prep). Las facies sedimentarias indican que la parte inferior (~270m de espesor) se depositó a partir de un sistema fluvial trenzado bajo condiciones de alta evaporación. La parte superior (~100 m) refleja un sistema de abanico aluvial distal. La mineralización exótica está albergada en dos mantos tabulares estratigráficamente controlados, contenidos, en el nivel inferior y superior de la formación. La mineralización exótica incluye crisocola y, en menor medida copper-wad (criptomelano-birmesita) minerales que junto con carbonatos, forman el cemento de los depósitos y muestran texturas de co-precipitación. Atacamita, paratacamita, malaquita y azurita se encuentran sobreimpuestos y rellenando espacios (Campos et al. 2015; Fernández-Mort et al, este congreso). Los carbonatos que forman el cemento del manto inferior contienen nódulos de carbonato (2-5 cm), indicativos de procesos pedogénicos (horizonte Bk de calcisol, Fernández-Mort et al, este congreso). En el manto superior los estratos están frecuentemente truncados por los depósitos sobreyacentes, que a su vez, contienen clastos retrabajados de crisocola y criptomelano, cementados por los mismos minerales de cobre.

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La Formación Los Arrieros (Tapia y Riquelme, 20012; Riquelme et al., en prep.) es una unidad de gravas poco consolidadas de amplia distribución en el Distrito Centinela, que se depositó entre <21.9±1.2 Ma y >9.28±0.05 Ma. Esta formación refleja un ambiente de abanico aluvial con asociaciones de facies proximales, medias y distales. El contenido de paleosuelos varía, estratigrafía-arriba, desde horizontes cálcicos Bk a gypsisoles sálicos maduros ricos en nitratos.

Evolución de los procesos supérgenos Las edades de mineralización supérgena disponibles para el Norte de Chile, indican que los procesos supérgenos estuvieron activos principalmente entre 44 y 6 Ma (e.g. Alpers and Brimhall, 1988; Sillitoe and McKee, 1996; Arancibia et al., 2006; Bissig and Riquelme, 2010). Una proporción significativa de estas edades se concentra a los ~20, ~14 y ~ 6 Ma, lo que podría ser el resultado de episodios discretos de intensa alteración supérgena, relacionados a periodos climáticos relativamente más húmedos. Sin embargo, esta apreciación puede cambiar a medida que se disponga de más edades de alteración supérgena (Hartley y Rice, 2005). Otros autores sugieren que las edades de alteración supérgena podrían agruparse en dos etapas principales: Eoceno tardío-Oligoceno temprano y Oligoceno tardío- Mioceno medio (Alpers and Brimhall, 1988; Sillitoe and McKee, 1996; Mote et al., 2001; Arancibia et al., 2006).

Discusión y conclusiones El registro estratigráfico de la Cuenca Tesoro no indica episodios climáticos discretos e independientes que puedan asociarse a episodios discretos actividad supérgena. Nuestros datos sugieren la prevalencia de condiciones semiáridas a áridas durante el Eoceno tardío hasta el Mioceno temprano e hiperaridez establecida definitivamente desde el Mioceno medio. La distribución, las discordancias internas, las poblaciones de circones detríticos, y las asociaciones de facies, permiten considerar a las formaciones Esperanza y Tesoro, como dos series sucesivas cuya acumulación estuvo controlada tectónicamente. El registro estratigráfico y las edades de alteración supérgena obtenidas en la Cuenca El Tesoro, indican que, en lo que respecta a la historia de exhumación y alteración supérgena, esta incluye dos etapas, (Riquelme et al., en prep.). La primera

corresponde al emplazamiento de los pórfidos cupríferos, portadores de la mineralización hipógena del Distrito Cantinela, la cual ocurrió en forma simultánea al depósito de la Formación Esperanza en el Eoceno tardío. Esta unidad volcano-sedimentaria refleja el desarrollo de abanicos aluviales distales y sistemas fluviales trenzados proximales, bajo condiciones climáticas semiáridas a áridas. Las dataciones de circones detríticos, indica que durante este lapso de tiempo se erosionaban rocas volcánicas e intrusivas del Eoceno (47-42 Ma) y Paleoceno (62-57 Ma).

La segunda etapa corresponde a la erosión y alteración supérgena de los pórfidos cupríferos, y sería simultánea al depósito de la Formación Tesoro, en el Oligoceno. Ello se deduce de la ocurrencia de mineralización exótica sin-sedimentaría, y la edad de las poblaciones de circones detríticos, que indican la erosión de los pórfidos y de sus rocas de caja (Jurásico, Cretácico tardío). Las facies sedimentarias que albergan el manto inferior indican un ambiente de depósito de inundación, donde la humedad y la alta evaporación permitieron procesos pedogénicos, asociados a la co-precipitación de crisocola y carbonatos en la zona vadosa. En el manto superior, la naturaleza sin-sedimentaria de la mineralización exótica se deduce de la presencia de clastos mineralizados retrabajados. La disolución y reprecipitación tardía de minerales ricos en cobre que forman el cemento de los depósitos hospedantes puede atribuirse a la circulación posterior de aguas subterráneas.

Otros dos factores complementarios ayudaron a la formación de la mineralización exótica en la Cuenca El Tesoro: (1) Un ambiente de depósito en el que fluidos ricos en cobre reaccionaron con carbonatos que precipitaron como cemento por evaporación y flujo capilar de aguas; (2) La acumulación de los sedimentos en depocentros tectónicamente restringidos, que permite la concentración de los fluidos ricos en cobre. El cese de los procesos de alteración supérgena en el Mioceno Medio, puede relacionarse al cambio mayor, del régimen climático desde condiciones áridas-semiáridas a hiperáridas. Este cambio se registra en el cambio, estratigrafía-arriba, en el tipo de paleosuelos en la Formación Los Arrieros, desde horizontes de calcisol hacia los gypsisoles sálicos maduros, representativos de las condiciones climáticas actualmente imperantes en el Desierto de Atacama.

Agradecimientos

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Estudio financiado por el Proyecto FONDECYT N1121041, Antofagasta Minerals y proyecto LMI-COPEDIM del IRD, Francia. Referencias Alpers CN, Brimhall GH (1988) Middle Miocene climatic change in the Atacama Desert, northern Chile: evidence from supergene mineralization at La Escondida. Geological Society of America Bulletin 100, 1640– 1656. Arancibia G, Matthews SJ, De Arce CP (2006) K-Ar and 40Ar/39Ar geochronology of supergene processes in the Atacama Desert, Northern Chile: tectonic and climatic relations. J Geol Soc London 163: 107–118. Bissig T, Riquelme R (2010) Andean uplift and climate evolution in the southern Atacama Desert deduced from geomorphology and supergene alunite-group minerals, Earth Planetary Science Letters, doi:10.1016/j.epsl.2010.09.028 Campos E, Menzies A, Sola S, Hernández V, Riquelme R (2015) Understanding Exotic-Cu Mineralization: Part I - Characterization of Chrysocolla. SGA, Agosto 2015, Nancy, Francia. Chavez, W. (2000) Supergene oxidation of copper deposits: zoning and distribution of copper oxide minerals. Soc. Econ. Geol. News 41: 10–21 Dunai TJ, Gónzalez-López G. A, Juez-Larré J, Carrizo D (2005) Oligocene/Miocene age of aridity in the Atacama Desert revealed by exposure dating of erosion sensitive landforms. Geology 33, 321 – 324. Fernández-Mort A, Riquelme R, Campos E, Tapia M, Sola S. Sedimentary controls on the formation of gravel-hosting exotic-Cu deposits. Examples from Tesoro Basin, northern Chile. Este Congreso. Hartley AJ, Rice CM (2005) Controls on supergene enrichment of porphyry copper deposits in the Central Andes: A review and discussion. Miner Deposita 40: 515 – 525. Maksaev V. Zentilli M (1999) Fission track thermochronology of the Domeyko Cordillera, Northern Chile: implications for Andean tectonics and porphyry copper metallogenesis. Exploration and Mining Geology, 8, 65 – 89. May G, Hartley A, Chong G, Stuart F, Turner P, Kape S (2005) Eocene to Pleistocene lithoestratigraphy, chonostratigraphy and

tectono-sedimentary evolution of the Calama Basin, northern Chile. Revista Geológica de Chile, Vol. 32, Nº1, 33 - 58. Mote T, Becker T, Renne P, Brimhall G (2001) Chronology of exotic mineralization at El Salvador, Chile, by 40Ar/39Ar dating of copper wad and supergene alunite. Economic Geology, 96, 351 – 366. Münchmeyer C (1996) Exotic Deposits – Products of Lateral Migration of Supergene Solutions from Porphyry Copper Deposits, in Andean Copper Deposits: New Discoveries, Mineralization, Styles and Metallogeny, Society of Economic Geologists, Special Publication 5, 43 - 58. Rech JA, Currie B.S, Michalski G, Cowan M (2006) Neogene climate change and uplift in the Atacama Desert, Chile. Geology 34: 761 - 764. Riquelme R; Hérail G; Martinod J; Charrier R, Darrozes J (2007) Late Cenozoic geomorphologic signal of Andean forearc deformation and tilting associated with the uplift and climate changes of the Southern Atacama Desert (26°S-28°S). Geomorphology 86 (3-4): 283 - 306. Riquelme R, Tapia M, Muñoz S, Campos E, Mpodozis C, González R, Carretier S, Fernandez-Mort A, Marquardt C, Sanchez C., Late Cenozoic sedimentary basin evolution in the Precordillera of the Atacama Desert and the palaeo-environmental controls on supergene processes and exotic-Cu mineralization: the case study of the Tesoro Basin, en prep. Sanchez C, Brichau S, Riquelme R, Lopez C, Campos E, Farias M, Mpodozis C, Regard V, Herail G., Low temperature thermochronology, porphyry-Cu exhumation history and supergene enrichment in the Centinela District, Atacama Desert, Chile, Este Congreso. Sillitoe, R.H. McKee H (1996) Age of supergene oxidation and enrichment in the Chilean porphyry copper province. Economic Geology 91: 164 – 179. Sillitoe RH (2005) Supergene Oxidized and Enriched Porphyry Copper and related Deposits. Economic Geology 100th Anniversary Volume, 723 - 768. Tapia M, Riquelme R (2012) Estratigrafía y sedimentología de la Cuenca El Tesoro, Distrito Centinela (región de Antofagasta) y su relación con la mineralización exótica de cobre. XII Congreso Geológico Chileno, Antofagasta, 634 – 636

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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Figura 2. Panel cronoestratigráfico de la Cuenca Tesoro, que integra la información sobre facies sedimentarias, ambientes de depósito, contenido de paleosuelos, datos geocronológicos, poblaciones de circones detríticos, y edades de mineralización hipógena y supérgena del Distrito Centinela.