Resumen de Fluid and melt inclusion study of magmatic-hydrothermal mineralization in the Ossa Morena Zone (SW Spain)
La Zona de Ossa Morena (ZOM), situada en el suroeste de España, representa una de las áreas geológicas más complejas y mejor estudiadas del cinturón Varisco europeo. Esta complejidad deriva de la evolución tectónica heterogénea que ha registrado la ZOM desde la orogenia Cadomiense (Neoproterozoico ¿ Cámbrico temprano) hasta la orogenia Varisca (Paleozoico tardío). La ZOM se caracteriza por una gran variedad de depósitos minerales relacionados tanto con ambas orogenias como con la etapa de rifting que tuvo lugar durante el Cámbrico temprano y el Ordovícico medio. Los depósitos de óxidos de Fe, Cu Au y Ni Cu situados a lo largo del Cinturón de Olivenza Monesterio (COM, estructura anticlinal situada en la parte central de la ZOM) son de particular importancia e interés por su origen controvertido. Este estudio está enfocado en tres áreas dentro del COM que representan problemas metalogenéticos bien definidos: el filón de Cu Au de la mina Sultana, el depósito de magnetita de La Berrona y la albitita del área de Valuengo, asociada al depósito de La Berrona.
La mineralización de Cu Au de Sultana se sitúa al sureste del COM y consiste en venas o filones de cuarzo y anquerita encajadas en el Stock Varisco de Sultana así como en las pizarras negras y metagrauvacas Precámbricas de la Serie Negra. La mineralización se compone principalmente de calcopirita, bismutinita y maldonita y desarrolla una altiiieración sericítica en la roca de caja. Por su parte, el depósito de La Berrona es un cuerpo epigenético de forma cilíndrica encajado en el granito albítico del mismo nombre así como en las calizas de edad Cámbrico temprano y medio de la formación Malcocinado. La mineralización es de tipo remplazante con desarrollo de brechas y stockwork en la parte alta the la intrusión albítica. Esta albitita forma parte de las albititas Cámbricas del área de Valuengo situadas en la parte central del COM, y como La Berrona, algunas de ellas están asociadas a depósitos de magnetita. La roca presenta una textura porfirítica con predominancia de plagioclasa albita e intruye las calizas, pizarras y corneanas calcosilicatadas del Cámbrico temprano medio así como las pizarras negras Precámbricas de la Serie Negra.
Los objetivos principales de esta tesis son (1) caracterizar los fluidos e investigar las causas de la precipitación del Cu y el Au en el yacimiento de Sultana, (2) investigar la formación del stock albítico de La Berrona así como su origen magmático o hidrotermal, y (3) caracterizar la evolución magmático hidrotermal del depósito de magnetita de La Berrona, desde la intrusión del stock albítico hasta el depósito de los metales. Para alcanzar estos objetivos se ha llevado a cabo un estudio detallado de inclusiones fluidas y vítreas mediante su caracterización petrográfica y microtermometrica, combinado con análisis de catodoluminiscencia por microscopio electrónico de barrido (SEM CL), ablación láser con espectrometría de masas con fuente de plasma de acoplamiento inductivo (LA ICPMS) y espectroscopía Raman. Además, se han realizado isótopos estables de S e isótopos radiogénicos de Sr Nd Pb para confirmar las hipótesis establecidas mediante las inclusiones fluidas y vítreas.
Las imágenes de SEM CL del filón de Cu y Au de Sultana revelan al menos tres generaciones de cuarzo sugiriendo un relleno polifásico con procesos de disolución y precipitación en espacios abiertos y fracturas. El estudio detallado de inclusiones fluidas combinado con las imágenes de catodoluminiscencia indica que un fluido de baja salinidad (<4 to 15 wt % NaCl eq; promedio de 5 wt % NaCl eq.) con contenidos bajos en CO2 (10.4 mol %), densidad intermedia y alta concentración en metales (> 537 g/g Cu, >539 S g/g) fue atrapado a presiones estimadas de ~800 bares y temperaturas de más de 420 ºC. A continuación, y coincidiendo con el proceso de disolución de la primera generación de cuarzo (Q1), el fluido se separa en dos fases por condensación de una fase minoritaria salina (~ 40 wt % NaCl eq.) y una fase vapor de muy baja salinidad (~ 2.4 wt % NaCl eq.) a una temperatura de alrededor de 350 ºC y a 100 ¿ 300 bares de presión.
Ambas fases transportan los metales de cobre y posiblemente oro (335 ± 123 g/g Cu, 9.5 ± 6.6 g/g Au) en el sistema. El sulfuro de cobre precipita en los espacios abiertos generados antes o conjuntamente con la precipitación de la segunda generación de cuarzo (Q2). Esta precipitación se confirma con la concentración de Cu, que desciende drásticamente de 700 g/g en las inclusiones salinas y de vapor a menos de 0.1 g/g en las inclusiones secundarias posteriores a la precipitación de la calcopirita. El oro precipita después en las fracturas cortando la calcopirita, debido probablemente a un exceso de azufre en la fase vapor que transportó el oro tras depositarse el Cu.
El reconocimiento de inclusiones vítreas silicatadas (SMI, silicate melt inclusions) en los fenocristales de cuarzo de la albitita de La Berrona demuestra que esta roca es magmática en origen y que no ha sido formada por procesos metasomáticos como se ha sugerido previamente en la literatura. Estas inclusiones vítreas así como algunos glóbulos de óxidos de hierro (IOB, iron oxide blebs) han sido analizadas mediante ablación laser (LA ICPMS) para establecer su composición química. Las inclusiones vítreas presentan una composición albítica con SiO2 (73.2±1.9 wt%), Na2O (6.8±1.1 wt%), K2O (0.1±0.1 wt%) y CaO (0.6±0.4 wt%) como elementos mayores. En concordancia con el comportamiento compatible e incompatible de los elementos traza en sistemas magmáticos, elementos como el Ba, Sr, V, Zr, Ni y P son compatibles con la mineralogía de la albitita mientras que otros elementos incompatibles y metales como el Cu, Pb, Zn y Mo permanecen en el fundido representado por las inclusiones vítreas. La comparación de la composición de las inclusiones vítreas silicatadas con composiciones obtenidas en estudios experimentales así como el estudio de isótopos radiogénicos sugieren que el fundido albítico se formó por fusión parcial de rocas de la corteza. Así mismo, es probable que la presencia de agua y flúor en el fundido desviara el eutéctico del sistema haplogranítico hacia composiciones más ricas en plagioclasa albita. Por otra parte, el análisis preliminar de LA ICPMS de los glóbulos de óxidos de hierro en los fenocristales de cuarzo indica composiciones ricas en Fe, Ti y P sugiriendo la existencia de una fase fundida de esta composición que fue segregada del fundido silicatado.
La mineralización de La Berrona es incuestionablemente de origen hidrotermal, con desarrollo de brechas y stockwork en las zonas altas de la albitita y remplazamiento de magnetita actinolita albita de las calizas encajantes y de la propia albitita. La magnetita de la mineralización presenta bajos contenidos en Ti y P lo que sugiere que los fluidos no interaccionaron con la fase inmiscible de óxidos de hierro rica en estos elementos.
Los resultados presentados en esta tesis representan casos prácticos que conllevan las siguientes implicaciones: (1) los sistemas de filones de cobre y oro asociados a intrusiones pueden presentar mecanismos de precipitación y transporte de metales similares a los que operan en los depósitos tipo pórfido cuprífero (como por ejemplo separación de fases, enfriamiento, solubilidad retrógrada del cuarzo, entre otros) y también características típicas de venas mesotermales y depósitos de oro metamórfico como el contexto geológico o la composición de fluidos; (2) la roca albítica, típicamente asociada a depósitos de magnetita, puede ser también de origen magmático y no sólo metasomático como se ha venido sugiriendo en la literatura hasta el momento. Esta roca albítica podría tener así una importancia crítica en la formación de depósitos epígeneticos de magnetita. El origen magmático de esta roca es posiblemente la contribución científica más innovadora de esta tesis ya que abre nuevas líneas de investigación para futuros estudios en el ámbito del origen magmático de rocas félsicas ricas en plagioclasa y también estudios relacionados con exsolución de fundidos y fluidos ricos en óxidos de Fe como mecanismo para formar depósitos de magnetita magmáticos e hidrotermales respectivamente. Finalmente, (3) el tratamiento del estudio de inclusiones fluidas y vítreas como inclusiones atrapadas sincrónicamente en una asociación (FIA: fluid inclusion assemblage o asociación de inclusiones fluidas) es de importancia crítica para obtener datos geoquímicos fiables y realistas. Igualmente, la combinación del estudio de inclusiones fluidas y vítreas con otras técnicas como LA ICPMS, imágenes de SEM CL y espectroscopía Raman se ha revelado como una herramienta muy útil para el estudio del origen de los depósitos minerales.
