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Introducción
Los depósitos del tipo pórfido de cobre son la principal fuente de cobre en el mundo [1]. Estos yacimientos son comunes en todo el mundo, pero tienen una importancia particular en las cordilleras occidentales de Norteamérica y Sudamérica. En Norteamérica, se localizan a lo largo de un cinturón que se extiende desde Alaska hasta el sur de México, siendo particularmente importantes en la región entre los estados de Arizona y New Mexico, en el suroeste de Estados Unidos, y en el estado de Sonora, en el noroeste de México. Esta región concentra la mayor parte del cobre de este tipo en una zona que se ha denominado el Gran Clúster de los pórfidos de cobre de Norteamérica. El emplazamiento de estos depósitos inició desde el período Triásico, con la activación de la subducción de la placa oceánica Farallón debajo de la placa de Norteamérica, y continuaron formándose en el Mesozoico y gran parte del Cenozoico [2], aunque los más importantes se emplazaron durante el Cretácico Tardío y el Eoceno [3].
Los yacimientos de pórfidos de cobre son sistemas magmático-hidrotermales emplazados en ambientes sub-volcánicos asociados a zonas de subducción (Figura 1). El origen de estos pórfidos mineralizados está ligado a la evolución de plutones de composición calcoalcalina [1], [3] emplazados a niveles mesozonales de la corteza, a ~8-12 km de profundidad [5], [6]. A partir del enfriamiento de estos cuerpos se desarrollaron columnas de magma relativamente delgadas (~2 km), de textura porfídica, que se emplazaron en niveles subvolcánicos (~1-3 km) [4], [8]. La composición de los plutones porfídicos varía entre cuarzodiorítas y granitos [6], [7], los cuales generalmente presentan más de una fase en un mismo sistema; y no todos ellos mineralizan.
Figura 1 Modelo esquemático de la formación de pórfidos de cobre a partir de un proceso de subducción, en la región del noroeste de México. En rojo se indican los pórfidos de cobre considerados para este trabajo. La línea punteada indica el límite sur del Gran clúster de pórfidos de cobre de Norteamérica. (adaptado de Valencia-Moreno [9]).
Actualmente resulta muy difícil discernir entre un plutón porfídico productivo y uno no productivo de mineralización basado en las características geológicas y geoquímicas. Sin embargo, existe un aparente indicador en las concentraciones de los elementos del grupo de las tierras raras (REE). Nuestras observaciones indican una aparente reducción e incluso una inversión en la polaridad de la anomalía de europio observada en los patrones de REE, partiendo un patrón enriquecido en las REE ligeras (LREE) y una anomalía negativa claramente desarrollada en el plutón principal. La causa específica de este comportamiento es desconocida; sin embargo, Lang y Titley [10], realizaron un estudio en varios pórfidos de cobre de Arizona, mediante el cual observaron un cambio en las anomalías de europio, con una firma más positiva en los plutones porfídicos, propusieron que esta característica está ligada a un proceso magmático que ocurrió en equilibrio con la hornblenda. Tomando lo anterior, en este estudio se realizó un análisis geoquímico en cinco depósitos de Sonora con mineralización del tipo pórfido de cobre, poniendo énfasis en la composición de las REE, para evaluar si el comportamiento de las mismas es similar a lo observado en Arizona.
Sitios de estudio
En Sonora se han documentado 27 localidades de pórfido de cobre, de las cuales El Pilar, Buenavista del Cobre, La Caridad, Suaqui Verde y Piedras Verdes fueron seleccionados para este estudio, cuyas características particulares se describen a continuación.
El Pilar
El prospecto El Pilar se encuentra ubicado a 45 km al noroeste de la ciudad de Cananea, en el municipio de Santa Cruz. Este prospecto se encuentra en etapa de exploración por parte del corporativo Grupo México, y contiene reservas estimadas en ~325 Mt de cobre con una ley promedio de 0.287% Cu [11]. El sistema está relacionado al emplazamiento de un plutón de composición granodiorítica, el cual fue fechado por U-Pb en zircones en 74.7 ± 1.1 y 74.6 ± 1.4 Ma [12]. La mineralización está asociada al emplazamiento de un pórfido cuarzofeldespático dominado por fenocristales de ortoclasa y cuarzo.
Buenavista del cobre
La mina Buenavista del Cobre, la mayor en México y una de las más importantes en Norteamérica, se encuentra a 1 km al oeste-suroeste de la ciudad de Cananea. Este depósito cuenta con recursos estimados en ~7140 Mt, con leyes de 0.42% Cu y 0.008% Mo [13]. La mineralización está alojada principalmente en rocas volcánicas de las Formaciones Henrietta y Mesa, y está asociada al emplazamiento de intrusivos porfídicos generados durante el enfriamiento de la granodiorita Cuitaca. La edad determinada para esta granodiorita fue de 64 Ma, por U-Pb en zircones. La mineralización del depósito está centrada en un pórfido cuarzofeldespático, la cual fue fechada por Re-Os en molibdenita en 59.2-59.3 ± 0.3 Ma [12].
La Caridad
La mina La Caridad se ubica a unos 14 km al sureste de Nacozari, siendo la segunda en importancia en México; cuenta con recursos estimados en ~1800 Mt, con leyes de 0.452% de Cu y 0.0247% de Mo [13]. La mineralización se aloja principalmente en rocas volcánicas de la Formación Tarahumara, asociada a la intrusión de una granodiorita fechada por U-Pb en zircones en 55.5 ± 1.9 y 55.6 ± 1.7 Ma [14]. La mineralización está asociada al emplazamiento de un cuerpo porfídico de composición cuarzomonzonítica, cuya edad ha sido determinada por Re-Os en molibdenita en 54.3 ± 1.7 Ma [14].
Suaqui Verde
El prospecto Suaqui Verde se encuentra a unos 5 km al noreste del poblado de Suaqui Grande, en Sonora central. Este prospecto tiene un tamaño estimado en ~87.2 Mt, con una ley de 0.43% de Cu [13]. El depósito está alojado principalmente en rocas volcánicas de la Formación Tarahumara, y está asociada al emplazamiento de un plutón granodiorítico, con edades K-Ar en hornblenda y biotita de 58.8 ± 1.3 y 56.4 ± 1.2 Ma, respectivamente [1]. La mineralización deriva del emplazamiento de un intrusivo porfídico cuarzofeldespático, fechado por Re-Os en molibdenita en 57 ± 0.3 Ma [15].
Piedras Verdes
La mina Piedras Verdes se localiza a unos 10 km al noroeste de Álamos, y contiene recursos estimados en ~452.79 Mt con una ley de 0.28% Cu [16]. El depósito está emplazado en rocas sedimentarias de cuenca marina profunda de edades de la Era Paleozoica, las cuales son intrusionadas por una granodiorita de edad K-Ar en biotita de 67.3 ± 1.4 Ma [1]. La mineralización está asociada al emplazamiento de un pórfido cuarzofeldespático fechado por KAr en biotita en 62.2 ± 1.6 Ma [17].
Metodología
En cada sitio de estudio se colectaron 2 muestras, una del intrusivo principal y una muestra del plutón porfídico asociado con la mineralización. Las muestras se colectaron de afloramientos o de núcleos de barrenación, tratando de colectar la roca con la mejor preservación posible. Las muestras se prepararon en las instalaciones de la Estación Regional del Noroeste del Instituto de Geología de la UNAM en Hermosillo, Sonora (ERNO), para su posterior análisis por XRF en el Laboratorio Nacional de Geoquímica y Mineralogía de la UNAM en la Ciudad de México, y por ICP-MS en el Laboratorio de Estudios Isotópicos del Centro de Geociencias de la UNAM en Juriquilla, Querétaro.
Resultados
Las concentraciones de elementos mayores obtenidos por XRF se presentan en la Tabla 1.
Tabla 1 Concentración de óxidos de elementos Mayores (wt%) y algunos traza (ppm) medidos por XRF, indicando el índice de alcalinidad (A/CNK); los valores de número de magnesio (Mg#) y de algunos minerales fueron calculados de acuerdo con la norma CIPW.
NOTA: LOI: Perdida por encendido. A/CNK: Relaciones de álcalis basadas en las proporciones molares de Al2O3/CaO+Na2O+K2O). Mg#: índice de magnesio calculado a partir de 100 veces la relación molar de MgO/(MgO+FeO). 1Datos de Wodzicki [18]. Patrones y curvas de calibración dados en Lozano y Bernal [19]. N.D.: Sin datos.
El contenido de SiO2 varía entre ~63.05 y 70.35% con una media de 66.84%. Los elementos mayores muestran tendencias negativas en relación a la variación de sílice, a excepción del K2O, que muestra una distribución positiva, y el Na2O que tiene una distribución más enriquecida hacia los valores medios del rango de sílice.
En la mayoría de los casos, las muestras de los intrusivos precursores y de los plutones porfídicos estudiados, tienen una composición muy similar a los plutones asociados a los sistemas de pórfido de cobre en Arizona, en particular los intrusivos porfídicos. La concentración de algunos elementos traza, incluyendo el grupo de las tierras raras (REE) se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2 Concentración de elementos traza y tierras raras en ppm para las rocas colectadas en los distintos sitios con mineralización tipo pórfido de cobre estudiados en Sonora.
Concentraciones de elementos obtenidas por ICP-MS, con excepción de las muestras LC-1 y LC-2, que fueron medidas por XRF.1Datos de Wodzicki [18]. El subíndice "N" indica valores normalizados de condrita de acuerdo con los valores de McDonough y Sun [20]. Eu/Eu*= EuN/(SmNxGdN)½. CeN/YbN=pendiente REE. Estándares utilizados y curvas de calibración dadas en Mori et al [21]. N.D.: Sin datos.
Las abundancias totales de REE varían de entre 116 y 165 ppm para las muestras de los plutones precursores, y entre 70 y 134 ppm, con promedios de 137 y 110, respectivamente. La pendiente de los patrones de REE normalizadas a la condrita (REEN), dado por las relaciones CeN/YbN, son entre 7.5 y 16.2 con un promedio de 11.5 para los plutones precursores, y entre 10.2 y 20.2, con un promedio de 14.4 para los plutones porfídicos. En cuanto a la anomalía de europio (Eu/Eu*), los valores de los intrusivos precursores son entre 0.73 y 0.96, con un promedio de 0.85, y entre 0.79 y 1.58 con un promedio de 1.08 para los pórfidos. Estos valores obtenidos de las concentraciones de REE sugieren que existe una clara menor concentración en las muestras de los intrusivos porfídicos, acoplados a patrones normalizados con pendientes y anomalías de europio relativamente mayores, con tres de las siete muestras estudiadas indicando anomalías positivas (Figura 2).
Figura 2 Diagrama de los patrones de REE normalizados a los valores condríticos propuestos por Sun y McDonough [20].
Haciendo un análisis de los patrones de tierras raras normalizados a la condrita (REEN) se observa un claro mayor enriquecimiento en las muestras de los plutones precursores combinado con el desarrollo de anomalías positivas en el caso de los plutones porfídicos.
Conclusión
Los resultados de los datos geocronológicos y geoquímicos en muestras de los intrusivos precursores y de los plutones porfídicos en El Pilar, Buenavista del Cobre, La Caridad, Suaqui Verde y Piedras Verdes, indican una gran afinidad temporal y composicional entre ellos. Los patrones de tierras raras normalizados a la condrita indican que los plutones porfídicos fueron extraídos a partir del plutón principal en enfriamiento, probablemente en equilibrio con hornblenda, clinopiroxeno y esfena, cuyo fraccionamiento causó una inversión de la anomalía de Eu a posiciones menos negativas e incluso positivas en los espectros. Además de esto, el fraccionamiento de estas fases minerales está evidenciado por una disminución en el total de tierras raras, así como por una mayor concavidad en el segmento de las tierras raras pesadas (HREE).
