Geochronology of Mexican mineral deposits. VII: the Peña Colorada magmatic-hydrothermal iron oxide deposits (IOCG “clan”), Colima

• Autores: Antoni Camprubí, Elena Centeno García, Gustavo Tolson, Alexander Iriondo, Berlaine Ortega, Daniel Bolaños, Fanis Abdullin, José L. Portugal Reyna, Mario A. Ramos Arias
• Localización: Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, ISSN-e 1405-3322, Tomo 70, Nº. 3, 2018, págs. 633-674
• Idioma: inglés
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    El área mineralizada de Peña Colorada contiene numerosos depósitos de óxidos de hierro-apatita (IOA) alrededor de lo que cabalmente es el mayor recurso en hierro conocido de México. El depósito de Peña Colorada está emplazado en una secuencia volcanosedimentaria del Cretácico Inferior y está constituido por diversas etapas de mineralización precedidas por cambios en orientación del fallamiento (asociado en parte a la reactivación de corredores estructurales crípticos en el basamento) y detonadas por intrusiones de rocas calci-alcalinas a toleíticas. El fechamiento de alta resolución mediante 40Ar/39Ar y trazas de fisión en apatita (AFT) en este depósito y el adyacente prospecto de Arrayanes permite determinar la siguiente secuencia de eventos que abarcan desde el Cretácico terminal hasta el Eoceno más temprano: (1) intrusión de una diorita con magnetita de 67.6 ± 3.5 Ma con metamorfismo de tipo skarn/skarnoide asociado, que fue simultánea con o antecedió al fallamiento N-S a NNW-SSE, (2) alteración potásica con magnetita diseminada de ~63.26 Ma, antecedida por fallamiento N-S a NNW-SSE y seguida de fallamiento WNW-ESE, (3) intrusión de una diorita de 62.0 ± 2.5 Ma y de diques andesíticos de 59.39 ± 0.21 Ma que anteceden a la etapa de mineralización principal de 55.72 a 54.84 Ma con grandes cuerpos semi-estratoligados masivos y diseminados, (4) estos últimos se superponen temporalmente con un gabro con magnetita de 53.3 ± 3.0 Ma y vetas pegmatoides de magnetita + flourapatita del prospecto de Arrayanes, igualmente antecedidos por fallamiento WNW-ESE, (5) brecha polimíctica de magnetita de 50.70 a 48.18 Ma como última etapa de mineralización en el área, antecedida por fallamiento E-W, y (6) reactivación de fallas WNW-ESE, y fallas NE-SW más tardías. Por lo tanto, la variación total en edad del depósito de Peña Colorada abarca entre ~19 y ~23 millones de años. La proximidad en edad entre las intrusiones y las mineralizaciones en el prospecto de Arrayanes, su confinamiento entre los dominios estructurales WNW-ESE y E-W, y las estructuras tipo “mingling” y “mixing” entre gabros y dioritas con magnetita magmática asociada a éstas, apoyan la idea de un nexo genético cercano entre dichos intrusivos y las mineralizaciones hidrotermales de IOA. Todas las etapas de mineralización en Peña Colorada están asociadas a alteraciones potásicas a propilíticas penetrativas mientras que, por el contrario, en Arrayanes están asociadas con alteración sódica dominante. Dichos rasgos sugieren el emplazamiento somero y profundo de dichos depósitos, respectivamente. El evento 3 reseteó térmicamente la fluorapatita de los fragmentos de las asociaciones pegmatoides de magnetita + fluorapatita + diópsido (fechada en 59 ± 2 Ma, AFT) en la brecha polimíctica, que fueron incorporados a partir de un cuerpo mineralizado (aún no hallado) y que pudiera estar asociado con los eventos 1 o 2. En consecuencia, la exploración a mayor profundidad en el depósito de Peña Colorada puede considerarse prometedora.

    En el presente estudio, utilizamos numerosas aproximaciones geológicas y geoquímicas a fin de precisar el modelo geológico más probable para el depósito de Peña Colorada y sus depósitos adyacentes: (a) la proximidad en espacio y tiempo entre las mineralizaciones hidrotermales y las rocas intrusivas ricas en magnetita magmática, de carácter toleítico, oxidado y primitivo, (b) la presencia de asociaciones minerales clave (i.e. vetas de magnetita + fluorapatita ± diópsido), (c) la presencia exclusiva de fluorapatita en lugar de otras apatitas, (d) la composición en cationes mayores clave (Ca, Fe, Na, Mn) en fluorapatita, (e) las correlaciones entre valores de Ni/Cr vs. Ti, entre valores de Ti+V vs. Ni/(Cr+Mn), entre valores de Ti+V vs. Al+Mn, y los contenidos netos de Mg en magnetita, (f) termometría de piroxenos, (g) valores de log f(O2 ) calculados a partir del contenido de Mn en fluorapatita, y (h) patrones de REE y valores netos de ΣLREE y ΣHREE en fluorapatita. Estas aproximaciones indican que los depósitos de IOA en el área de Peña Colorada son de origen hidrotermal con una fuerte influencia magmática (depósitos de óxidos de hierro magmático-hidrotermales, u OHMH) que se formaron bajo altas fugacidades de oxígeno y temperaturas “moderadas”, y con una alta afinidad geoquímica con depósitos tipo IOCG y Kiruna o del ‘clan’ IOCG en general (respecto tanto a los minerales hidrotermales como a las rocas hipabisales asociadas). Rasgos geoquímicos como contenidos relativamente altos en Ti en magnetita, y contenidos altos en Ce y bajos en Eu en fluorapatita (respecto a las composiciones típicas en depósitos del ‘clan’ IOCG) todavía necesitan explicaciones adicionales.

    La correlación entre los dominios estructurales regionales y locales y el estudio geocronológico en el presente trabajo limitan las edades posibles de dichos dominios como sigue: (1) el dominio N-S a NNW-SSE puede ser limitado entre 67.6 y 63.26 Ma, (2) el dominio WNW-ESE entre 63.26 y 59.39 Ma, (3) el dominio E-W entre 54.84 y 50.70 Ma, (4) el dominio WNW-ESE a NW-SE es más reciente que 48.18 Ma, y (5) el dominio NE-SW sigue activo en la actualidad.

    El análisis estructural también permitió determinar que el cuerpo mineralizado masivo semi-estratoligado se encuentra parcialmente estratoligado pero su emplazamiento estuvo controlado adicionalmente por fallas de bajo ángulo de la orogenia Larámide, y que los fluidos hidrotermales fueron canalizados preferentemente a través de rocas volcanosedimentarias. Esta última característica no tiene sólo que ver con la distribución estratigráfica de rocas relativamente permeables e impermeables sino también con la distribución lateral de dichas rocas debido a fallas laterales N-S. Como consecuencias adicionales del presente estudio, se ha determinado que los conglomerados que sobreyacen la secuencia volcanosedimentaria encajonante, que inicialmente habían sido atribuidos a la Formación Cerro de la Vieja, no pueden ser más antiguos de 67.6 Ma, y que que la formación de los depósitos IOA en Peña Colorada se formaron a sólo unos pocos centenares de metros de profundidad.

  • English

    The Peña Colorada mineralized area contains several iron oxide-apatite (IOA) deposits around the arguably richest known iron resource in Mexico. The Lower Cretaceous volcano-sedimentary host rock sequence has been subjected to several episodes of hydrothermal alteration, each accompanied by a distinct episode of faulting and intrusion (calc-alkaline to tholeiitic).

    Faulting is partly associated with the reactivation of cryptic structural corridors in basement rocks. High-resolution 40Ar/39Ar and apatite fission track (AFT) dating of this deposit and the adjacent Arrayanes prospect reveal the following sequence of events that range from the latest Cretaceous to the earliest Eocene: (1) intrusion of a 67.6 ± 3.5 Ma magnetite-bearing diorite with associated skarn/skarnoid metamorphism that was coeval or predated N–S to NNW–SSE faulting; (2) approximately 63.26 Ma syenite-like potassic alteration with disseminated magnetite, predated by N–S to NNW–SSE faulting and postdated by WNW–ESE faulting; (3) intrusion of 62.0 ± 2.5 Ma diorite and 59.39 ± 0.21 Ma andesite dikes that predate the main mineralization event at 55.72 to 54.84 Ma of large semi-stratabound massive and disseminated bodies; (4) intrusion of a 53.3 ± 3.0 Ma magnetite-bearing gabbro and 53 ± 2 Ma pegmatoid magnetite + fluorapatite veins at the Arrayanes prospect, which overlap the WNW–ESE faulting; (5) 50.70 to 48.18 Ma polymictic magnetite breccia as the last stage of mineralization in the area, predated by E–W faulting; and (6) reactivation of WNW–ESE faults and later NE–SW faults. Therefore, the total age span of the Peña Colorada deposit ranges between approximately 19 and 23 million years. The closeness in age between intrusions and mineralization in the Arrayanes prospect, their confinement between the WNW–ESE and E–W structural domains, and mingling or mixing structures between gabbro and diorite with an associated magmatic magnetite enrichment support the idea of a close genetic link between such intrusives and IOA hydrothermal mineralization. All mineralization events at Peña Colorada are associated with pervasive potassic to propylitic alteration, whereas at Arrayanes they are associated with dominant sodic alteration instead. Alteration features are suggestive of relatively shallow and deep formation of these deposits, respectively . Event 3 thermally reset fluorapatite in fragments of pegmatoid magnetite + fluorapatite + diopside associations (dated at 59 ± 2 Ma, AFT) within the polymictic breccia, which were sampled from a deep orebody (still to be found) and that would be likely associated with event 1 or 2. Consequently, exploration endeavors at depth at Peña Colorada may be considered promising.

    In this study, we use numerous geological and geochemical proxies to constrain the likeliest genetic model for the Peña Colorada and neighboring deposits: (a) the nearness in time and space between hydrothermal mineralization and magnetite-rich, tholeiitic, relatively oxidized intrusive rocks; (b) the occurrence of key mineral associations (i.e. magnetite + fluorapatite ± diopside veins); (c) the exclusive occurrence of fluorapatite in lieu of other apatites; (d) the composition in key major cations (Ca, Fe, Na, Mn) in fluorapatite; (e) the correlations between Ni/Cr vs. Ti values, between Ti+V vs. Ni/(Cr+Mn) values, between Ti+V vs. Al+Mn values, and Mg contents in magnetite; (f) pyroxene thermometry; (g) log f(O2 ) values calculated from Mn contents in fluorapatite; and (h) normalized REE patterns, and ΣLREE and ΣHREE contents in fluorapatite. These proxies indicate that IOA deposits in the Peña Colorada area have a hydrothermal origin with a strong magmatic influence (magmatic-hydrothermal iron oxide, or MHIO, deposits) that formed under high oxygen fugacities and “moderate” temperatures, and with a high geochemical affinity with IOCG and Kiruna-type deposits or the general IOCG “clan” (for both hydrothermal minerals and associated hypabyssal rocks). Relatively high Ti contents in magnetite, and high Ce and low Eu contents in fluorapatite in these deposits (with respect to typical compositions in IOCG “clan” deposits) are geochemical features still in need of further explanation.

    The correlation between regional and local structural domains and the geochronologic study in this paper constrain the possible ages of such domains as follows: (1) the N–S to NNW–SSE domain can be bracketed between 67.6 and 63.26 Ma, (2) the WNW–ESE domain between 63.26 and 59.39 Ma, (3) the E–W domain between 54.84 and 50.70 Ma, (4) the WNW–ESE to NW–SE domain is younger than 48.18 Ma, and (5) the NE–SW domain is still active. The structural analysis also shows that the massive orebody at Peña Colorada is partially stratabound but its emplacement was also controlled by low-angle Laramide faults, and that hydrothermal fluids were preferentially driven through volcanosedimentary rocks. The latter characteristic is not only a matter of the stratigraphic distribution of relatively pervasive versus impervious rocks but also of the lateral distribution of such rocks due to N–S strikeslip faults. As additional results of this study, we determined that the conglomerates atop the host volcano-sedimentary sequence that were initially attributed to the Cerro de la Vieja Formation cannot be older than 67.6 Ma, and that the IOA deposits at Peña Colorada would be formed at depths of only a few hundred meters.