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la serena octubre 2015

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Química Mineral de Apatitos en Depósitos Tipo Magnetita-Apatito (Kiruna), Norte de Chile Gisella Palma1, Fernando Barra1,2, Victor A. Valencia3, Martin Reich1,2 1Departamento de Geología, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803, Santiago, Chile. 2Departamento de Geología y Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (FONDAP-CEGA), Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803, Santiago, Chile. 3School of the Environment, Washington State University, Pullman, Washington, USA * email: gilla.palma.l@gmail.com Resumen. Los depósitos de magnetita-apatito (o tipo Kiruna) de la Cordillera de la Costa del Norte de Chile se componen de magnetita masiva y contenidos variables de apatito y actinolita. Estos depósitos ricos en hierro y deficientes en cobre han sido interpretados como un miembro extremo de los depósitos IOCG. Al igual que los depósitos IOCG, el origen de éstos continúa siendo controversial, postulándose como hipótesis contrapuestas la segregación magmática de un fundido rico en hierro, y por otra parte un origen netamente hidrotermal. Si bien el estudio de la química mineral de apatito y actinolita contribuye a la comprensión de estos depósitos a escala global, estudios que involucren el análisis de estas fases minerales en Chile son escasos. En este resumen se presentan los resultados preliminares de química mineral de apatitos de los depósitos Carmen y Fresia, realizados mediante microsonda electrónica. Se establece que los apatitos presentan variaciones composicionales entre fluorapatito y cloroapatito, específicamente, zonaciones de F-Cl y microfracturas de cloroapatito en cristales de fluorapatito. Las variaciones composicionales de F y Cl ocurrirían producto de dos etapas de formación de este mineral: primero, fluorapatito de posible origen magmático, seguido de la formación de cloroapatito producto de fluidos hidrotermales posteriores que causarían la alteración de fluorapatito. Esta zonación composicional es consistente con una transición desde condiciones puramente magmáticas a hidrotermales, y apunta a un modelo magmático-hidrotermal para la formación de los yacimientos de hierro-apatito. Palabras claves: depósitos de magnetita-apatito, fluorapatito, cloroapatito, 1 Introducción

1.1 Estructura y ocurrencia del apatito Los apatitos constituyen un grupo de minerales donde los más comunes son los apatitos de calcio y fosfato que presentan la fórmula general Ca5(PO4)3(F, Cl, OH), con las especies fluorapatito, cloroapatito y hidroxiapatito como miembros de una solución sólida ideal. Los apatitos forman una estructura atómica hexagonal, basada en dos sitios catiónicos-metálicos (M1, M2) ocupados por calcio, un sitio tetraédrico catiónico (T) donde se ubica el fósforo y una columna aniónica con F-, Cl- o OH- en las cuatro

esquinas de la celda unitaria (Fig. 1; Hughes y Rakovan, 2015). El apatito se encuentra como mineral accesorio en ambientes ígneos, metamórficos, sedimentarios e hidrotermales. Además, puede ser un mineral importante en fosforitas sedimentarias y en depósitos de tipo hierro-apatito o de tipo Kiruna (Martin y Rakovan, 2013; Harlov, 2015). Figura 1. Arreglo atómico del apatito proyectado a lo largo del eje c, con la celda unitaria en color negro. Los iones verdes en las esquinas de la celda unitaria corresponden a la columna aniónica con F-Cl-OH. El sitio M1 (Ca1) corresponde a las esferas rojas, el sitio M2 (Ca2) a las naranjas y el sitio T(P) a las esferas amarillas. Modificado de Hughes y Rakovan (2015). 1.2 Depósitos de magnetita-apatito (Kiruna) en la

Cordillera de la Costa del norte de Chile

La Cordillera de la Costa del norte de Chile es una provincia con importantes depósitos de óxidos de hierro, incluyendo los depósitos de magnetita-apatito (tipo Kiruna) como El Romeral, Algarrobo y Los Colorados; y del tipo óxidos de hierro-cobre-oro (IOCG) como Mantoverde y Candelaria (e.g., Nystrom y Henríquez, 1994; Sillitoe, 2003).

La Franja Ferrífera Chilena es un cinturón de orientación N-S que se extiende entre los 26°-31°S, alcanzando ~600 km de largo y que incluye ca. 50 depósitos de hierro (Nystrom y Henríquez 1994), con reservas minerales para algunos depósitos de 490.7 Mton @ 36.5 % Fe para Los

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Colorados; 436.2 Mton @ 28.5 % Fe para El Romeral; 180,3 Mton @ 36.3 % para Cerro Negro Norte; 528.6 Mton @ 26.1 % Fe para El Tofo; 376.3 Mton @ 56.7 % Fe para El Laco (Memoria anual CAP, 2014). Estos depósitos se componen de magnetita masiva y contenidos variables de apatito y actinolita. La magnetita ocurre como vetas, pequeños diques y como cuerpos irregulares y pseudoestratiformes, hospedados en rocas volcánicas y plutónicas del Jurásico-Cretácico Temprano.

Los depósitos tipo Kiruna han sido clasificados como miembros extremos de la clan IOCG, deficientes en cobre (Hitzman et al., 1992), ya que algunos depósitos IOCG evidencian en etapas tempranas de su evolución mineralización de magnetita y apatito (Sillitoe, 2003).

El origen de estos depósitos continúa siendo un tema controversial; se postula un modelo magmático (relacionadas a fundidos oxidados, con bajos contenidos en Si y ricos en Fe y P) y uno hidrotermal (derivados de salmueras magmáticas o no-magmáticas) para la génesis de estos (e.g., Nystrom y Henríquez, 1994; Sillitoe y Burrows, 2002). 1.3 Depósitos de magnetita-apatito: Fresia,

Carmen y Mariela Este estudio preliminar se centra en los depósitos de magnetita-apatito Fresia, Carmen y Mariela. Los depósitos Carmen y Fresia se ubican en la III Región de Atacama bajo el control estructural del sistema de falla de Atacama (Fig. 2).

Figura 2. Mapa de ubicación de los depósitos Carmen, Fresia y Mariela, además de otros depósitos de magnetita-apatito y IOCG bajo el control estructural del Sistema de Falla de Atacama (SFA). Modificado de Knipping et al. (2015).

El depósito Carmen consiste en una masa irregular de 50 x 500 m de dirección este-oeste, encajado en rocas andesíticas de la Formación La Negra, que incluye lavas masivas cortadas por diques microdioríticos y dioríticos (Velasco y Tornos, 2009). Por otra parte, el depósito Fresia es un cuerpo laminar elongado e inclinado, <20 m de ancho, hospedado en rocas andesíticas de la Formación Los Cerros Florida que forman una serie de flujos de lava cortada por diques andesíticos que varían de microgabro a microdiorita (Treloar y Colley, 1996). Los depósitos Fresia y Carmen son cuerpos de hierro masivos, dominados por mena de magnetita y parches de hematita local. Los cuerpos de magnetita varían en tamaño, desde largos cuerpos tabulares subverticales >20 m en ancho a vetillas de solo unos pocos milímetros. Los apatitos comúnmente ocurren como grandes cristales individuales inmersos en una matriz de magnetita con una distribución no uniforme. Algunos de los cristales de apatito alcanzan tamaños de hasta 50 cm de largo y se encuentran zonados, con núcleos de color rosado gradando a bordes más blancos. Además, se observan cristales de apatito que crecen de manera perpendicular a los contactos de intrusiones y paredes de las vetillas de magnetita, con intersticios rellenos de magnetita y cristales de actinolita arborescente. Hacia los bordes de estos depósitos, las rocas se encuentran brechizadas y se observan espacios abiertos rellenos por magnetita, fibras de actinolita y apatito; además de apatitos brechizados y cortados por vetillas de magnetita posteriores. En la vecindad de los depósitos Carmen y Fresia, las rocas circundantes se encuentran afectadas por intensa alteración propilítica con mineralogía de epidota, clorita, calcita y anfíbola cálcica de la serie de solución sólida tremolita-actinolita (Treloar y Colley, 1996). El depósito Mariela se ubica 90 km al sur-este de Taltal en la II Región de Antofagasta, en el límite con la III Región de Atacama (Fig. 2). La geología regional comprende rocas volcánicas andesíticas de la Formación Aeropuerto (Cretácico), intruidas por pórfidos dioríticos, granodioríticos y monzoníticos. El área oeste es intruido por el Batolito Costero de composición granodiorítica (112 ± 24 Ma; Naranjo y Puig, 1984). En el sector este de Mariela, rocas de la Formación Chile-Alemania (Terciario; lavas dacíticas, flujos de ceniza, tobas y lavas andesíticas) sobreyacen a las rocas de edad cretácica. A diferencia de los depósitos Carmen y Fresia, en Mariela la alteración y mineralización principal se encuentra asociado a una gran pipa de brecha de orientación NNE, limitada al este por una falla de orientación N-S; se reconoce mineralización menor de óxidos de cobre, asociada a alteración supérgena, y trazas de sulfuros (Roffey, 2001). Por otra parte, el color de los apatitos en Mariela varía de blanco a amarillo, distinto a lo observado en Carmen y Fresia donde los apatitos son de color rosado a blanco, lo cual podría deberse a diferencias composicionales.

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SIM 3 DEPÓSITOS DE TIPO IOCG DE LOS ANDES

De acuerdo a Roffey (2001) en el depósito Mariela se identifica una zonación de la mineralogía, con cambios laterales desde apatito-actinolita, a apatito-magnetita hacia el oeste, gradando a hornblenda en profundidad. La actinolita y magnetita presentan orientación aleatoria, con hábito tabular a acicular radial (2-15 cm), donde los cristales se desarrollaron en espacios abiertos creados por la brechización. Una etapa más tardía de apatito ± actinolita ocurre en fracturas y fallas abiertas. Asociaciones de apatito-actinolita hospedadas dentro de las zonas de falla usualmente alcanzan anchos entre 0.5 y 3 m. Hacia los bordes de este depósito, las rocas presentan una débil alteración propilítica regional (clorita ± epidota). Escasos estudios geoquímicos han sido realizados para apatitos de depósitos tipo Kiruna en Chile. Treloar y Colley (1996) realizaron mediante microsonda electrónica perfiles de centro-borde en cristales de apatitos de los depósitos Carmen (4 muestras) y Fresia (10 muestras). Bonson (1998) dedica unas pocas páginas en su tesis de doctorado a los apatitos de Carmen, agregando 12 análisis en total de apatitos con y sin alteración. Posteriormente, Velasco y Tornos (2009) describieron inclusiones fluidas y vítreas en apatitos del depósito Carmen, además de realizar algunos análisis isotópicos de Sr en fluorapatito y actinolita. Para el caso del Mariela no existe ningún tipo de información geoquímica ni petrográfica en apatitos. Dado lo anterior, el objetivo de este trabajo es realizar una caracterización química de los apatitos en depósitos de magnetita-apatito del norte de Chile y así contribuir en la comprensión y modelo metalogénico de estos depósitos. 2 Resultados Los resultados preliminares para muestras con magnetita-apatito-actinolita de los depósitos Carmen y Fresia a partir del análisis de mapas de intensidad de rayos X realizados con microsonda electrónica (Figs. 3 y 4) se resumen a continuación: Los apatitos de los depósitos Carmen y Fresia presentan una composición variable entre fluorapatito y cloroapatito. Se observa un comportamiento desacoplado entre Cl y F (Figs. 3 y 4, C-D). Los fluorapatitos del depósito Carmen presentan alteración a cloroapatito a partir de microfracturas (Fig. 3, C-D), mientras que algunos apatitos del depósito Fresia presentan una leve zonación con centros más ricos en Cl (cloroapatito) y bordes más ricos en F (fluorapatito); (Fig. 4, C-D).

3 Discusión y conclusiones

Los mapas de intensidad de rayos X (Figs. 3 y 4) muestran variaciones composicionales entre F y Cl para los apatitos de los depósitos Carmen y Fresia. De acuerdo a Frietsch (1978) y Cliff et al. (1990) los apatitos de depósitos tipo Kiruna presentan altos contenidos de fluor, lo cual además Figura 3. A. Aspecto macroscópico de la muestra analizada con microsonda electrónica del depósito Carmen, con cristales de apatito (Ap) inmersos en una matriz de magnetita (Mg); B. Imagen de electrones retrodispersados (BSE) en falso color. Se distinguen claramente cristales de apatito (Ap), magnetita (Mg) y actinolita (Act); C. Mapa de rayos X de Cl (KD); cloroapatito en bordes y microfracturas de alteración; D. Mapa de rayos X de F (KD); fluorapatito en centro de los cristales. Figura 4. A. Aspecto macroscópico de la muestra analizada con microsonda electrónica del depósito Fresia, con cristales de apatito (Ap) inmersos en matriz de magnetita (Mg); B. Imagen de electrones retrodispersados (BSE) en falso color. C y D. Mapas de intensidad de rayos X que muestran cloroapatito (Cl) en los centros y fluorapatito (F) en los bordes, respectivamente.

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sería indicativo de un origen magmático para este tipo de depósito (Frietsch, 1978). Por otra parte, las zonaciones de F-Cl y microfracturas de cloroapatito en cristales de fluorapatito, habrían ocurrido producto de alteración hidrotermal de fluorapatito, causado por fluidos hidrotermales post-magmáticos. Este proceso secundario involucraría fraccionamiento de F/Cl durante el crecimiento de los apatitos. Por otra parte, Webster y Piccolli (2015) indican que los apatitos ricos en Cl (>3.5 wt%) son raros en sistemas plutónicos, casi inexistentes en ambientes volcánicos, y se forman de manera más común a partir de fluidos hidrotermales. Lo anterior es consistente con los trabajos de Treloar y Colley (1996) para los depósitos Carmen y Fresia, y Velasco y Tornos (2009) para el depósito Carmen, donde distinguen dos generaciones de apatito: (i) la primera, compuesta de fluorapatito, contemporánea con la formación de magnetita más temprana y actinolita; (ii) una segunda etapa, donde se formó cloroapatito, en menor medida carbonoapatito y monacita, en un ambiente predominantemente hidrotermal (con remoción de F, REE, aporte de cloruro, sulfato y carbonato). Esta segunda etapa iría acompañada de magnetita de grano fino, localmente reemplazada por hematita de alta temperatura. Esto es compatible con observaciones de terreno, de cristales de apatitos cortados por vetillas de magnetita más tardía. Las observaciones presentadas en este resumen son consistentes con el nuevo modelo de flotación de suspensiones magmáticas de magnetica que Knipping et al. (2015) proponen para explicar la génesis de los yacimientos de tipo Kiruna. Este modelo involucra la formación y posterior flotación de magnetita magmática por efecto de burbujas de fluido exsueltas desde magmas dioríticos. En dicho modelo, los microlitos de magnetita magmática son sobrececidos por magnetita hidrotermal como resultado de un proceso continuo de transición desde condiciones puramente magmáticas a hidrotermales. Dicha transición, observada por Knipping et al. (2015) desde los centros a los bordes de los cristales de magnetita en el yacimiento Los Colorados, estaría registrada en los apatitos de mina Carmen, corroborando un cambio desde condiciones de cristalización magmáticas a magmático-hidrotermales. Agradecimientos Esta contribución se enmarca dentro del Proyecto Fondecyt #1140780, titulado “Metallogenesis of the Mesozoic magmatic arc of Northern Chile: testing the IOCG connection using multiproxy geochemical approach” y dentro del Núcleo Milenio NC130065 “Trazadores de Metales en Zonas de Subducción”. Se agradece al Centro Fondap-CEGA por el apoyo a esta investigación. Se agradece además a Arturo Correa de Rio Tinto Mining and Exploration por las discusiones sobre la geología del depósito Mariela.

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