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Homogeneidad geoquímica de la alteración hidrotermal del cinturón de oro orogénico del NW de Sonora, México: Estudio de balance de masas en rocas encajonantes de la mineralización

 

Geochemical homogeneity of hydrothermal alteration in the orogenic gold belt of NW Sonora, Mexico: study of mass balance in host rocks in the mineralized areas

 

Aldo Izaguirre^1,*, Alexander Iriondo^{1, 2}, Juan Antonio Caballero–Martínez³, Francisco Moreira–Rivera³, Enrique Espinosa–Arámburu³

 

¹ Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla, Boulevard Juriquilla 3001, Juriquilla, 76230, Querétaro, México.*aldoizapo@gmail.com.

² Department of Geological Sciences, Jackson School of Geosciences, The University of Texas at Austin, Austin, 78712, Texas, EUA.

³ Servicio Geológico Mexicano, Boulevard Felipe Ángeles km 93.50–4, Colonia Venta Prieta Pachuca, 42080, Hidalgo, México.

 

Manuscrito recibido: Agosto 30, 2011.
Manuscrito corregido recibido: Enero 27, 2012.
Manuscrito aceptado: Enero 31, 2012.

 

Resumen

Un estudio geoquímico de balance de masas, combinado con otros de carácter multidisciplinario (petrografía, correlación geoquímica bivariable de Au y Ag e inclusiones minerales en pirita y oro nativo) en rocas encajonantes alteradas y en vetas de cuarzo presentes a lo largo del Cinturón de Oro Orogénico Caborca (COOC), permitieron evaluar el grado de homogeneidad geoquímica de los fluidos que generaron la alteración hidrotermal y las vetas auríferas que componen la mineralización en el NW de Sonora, México.

Los resultados del estudio de balance de masas, realizado mediante el método de isocona combinando geoquímica de roca fresca y alterada de 20 localidades del COOC, muestran que la mayoría de las rocas encajonantes (> 50 %) se enriquecieron en los compuestos y elementos K₂O, W, Cu, Pb, Mo, Tl, Be, Zn, V, Sb, Ag, Sn, SiO₂, Se, Ni y FeO. Por lo contrario, el balance de masas muestra un empobrecimiento en los elementos Ca, Y, Na, Ho, Co, Sr, Yb, Mn, Dy, Er y Tb. Este consistente patrón de enriquecimiento y empobrecimiento encontrado en las muestras recolectadas en toda la extensión del COOC (~400 km de largo y ~60–80 km de ancho) sugiere un alto grado de homogeneidad de la alteración originada por los fluidos mineralizantes.

Los estudios petrográfícos de las rocas encajonantes frescas y alteradas sugieren que la alteración hidrotermal consistió principalmente en silicificación, sericitización, cloritización, epidotización y piritización. El estudio geoquímico bivariable de Au y Ag, realizado en vetas de cuarzo, indica una estrecha correlación (positiva) con los elementos que sufrieron mayor enriquecimiento en el estudio de balance de masas. De esta manera, estos pudieran proporcionar una guía geoquímica útil en la exploración mineral de Au en la región.

Por otro lado, en cristales de pirita y oro nativo de vetas de cuarzo se encontraron múltiples inclusiones minerales de oro y plata nativos, galena, covelita, esfalerita, molibdenita, scheelita y turmalina que explicarían, mineralógicamente, los enriquecimientos elementales detectados por los métodos geoquímicos empleados en este estudio.

Finalmente, la homogeneidad geoquímica del fluido mineralizante sugerida en este estudio permitiría proponer un evento coetáneo de mineralización de gran envergadura para gran parte del NW de Sonora (vetas de cuarzo con oro de tipo orogénico) durante el periodo compresivo laramídico que se desarrolló durante el Cretácico tardío al Terciario temprano.

Palabras clave: Balance de masas, homogeneidad, alteración hidrotermal, mineralización, oro orogénico, Sonora, México, método de isocona, vetas de cuarzo, microscopia electrónica, correlación bivariable.

 

Abstract

A geochemical mass balance study, combined with petrography, bivariate Au and Ag geochemical analysis, and inclusion study in pyrites and native gold, was performed on a suite of hydrothermally altered host rocks and contemporaneous quartz veins from the Caborca Orogenic Gold Belt in NW Sonora, Mexico (COOC; by its abbreviations in Spanish: Cinturón de Oro Orogénico Caborca). These combined studies helped evaluating the geochemical homogeneity of the mineralizing fluids that formed the alteration envelopes and the auriferous quartz veins in the entire area occupying the COOC (~400 km long and ~60–80 km wide belt).

The isocon statistical technique used in the mass balance study was applied on 20 pairs of mayor and trace element geochemical data of altered and fresh rock samples. The results show that the majority (>50 %) of the altered host rocks are enriched in K₂O, W, Cu, Pb, Mo, Tl, Be, Zn, V, Sb, Ag, Sn, SiO₂, Se, Ni and FeO, and are clearly depleted in Ca, Y, Na, Ho, Co, Sr, Yb, Mn, Dy, Er and Tb. The similar pattern of enrichment and depletion was shown by most of the studied samples suggesting a high degree of geochemical homogeneity of the mineralizing fluids.

Petrography on both the altered and fresh rocks indicates that the hydrothermal alteration primarily consisted of silicification, sericitization, chloritization, epidotization and pyritization. The bivariate Au and Ag geochemical studies, done in auriferous quartz veins, show a strong positive correlation between these two elements and the enriched elements shown by the mass balance study on the altered host rocks. Therefore, these elements could be utilized as a geochemical exploration guide to targeting orogenic gold deposits in the region. Multiple inclusions of native gold and silver, galena, covellite, sphalerite, molybdenite, scheelite and tourmaline were encapsulated in pyrite and native gold grains in the quartz veins. Presence of these mineral occurrences explains most of the elemental anomalies obtained geochemically on the quartz veins and altered host rocks.

In conclusion, the geochemical homogeneity of the mineralizing fluid, proposed in this study, implies that the mineralization (Au–rich quartz veins) and associated alteration assemblages were part of a large–scale event synchronous with the Laramide orogeny when compressional tectonism was active during Late Cretaceous to Early Tertiary time.

Keywords: Mass balance, homogeneity, hydrothermal alteration, mineralization, orogenic gold, Sonora, México, isocon method, quartz veins, electron microscopy, bivariate correlaction.

 

1. Introducción

El siguiente trabajo presenta un estudio geoquímico de balance de masas de la alteración hidrotermal presente en las rocas encajonantes del Cinturón de Oro Orogénico Caborca (COOC), zona localizada al NW de Sonora, México (Figura 1). La denominación de COOC se presenta en este trabajo para comunicar y facilitar el manejo cuando se refiere a la mineralización aurífera de tipo oro orogénico en el NW de Sonora. El objetivo principal de este estudio ha sido el evaluar la hipótesis que asume una homogeneidad geoquímica de los fluidos hidrotermales mineralizantes durante la génesis de la mineralización de tipo orogénico a largo del COOC. Dicha homogeneidad será evaluada por medio de (1) un estudio geoquímico de balance de masas, (2) un análisis de correlación bivariable de los elementos químicos de las vetas de cuarzo del COOC, (3) petrografía de las rocas encajonantes frescas y alteradas (Figuras 2, 3 y 5; Tabla 1), y (4) la caracterización de microscopía electrónica de barrido con espectroscopía de energía dispersiva (SEM–EDS) de inclusiones minerales encapsuladas en granos de pirita y oro nativo.

Otro objetivo de este estudio de balance de masas es determinar la proporción de enriquecimiento, empobrecimiento e inmovilidad de elementos mayores, traza y preciosos de las muestras encajonantes de la mineralización utilizando pares de roca fresca y alterada. Esto se logra calculando los incrementos y decrementos en las concentraciones de cada elemento de la roca fresca (original) con respecto a la roca alterada por el proceso hidrotermal mineralizante. Para encontrar dichos cambios se usó el concepto de diagramas de isocona propuesto por Grant (1986) y que se presentará en este trabajo.

 

2. Estudios previos de la mineralización de tipo orogénico en el NW de Sonora

Los primeros estudios publicados en relación con el área que abarca el Cinturón de Oro Orogénico Caborca (COOC) fueron de carácter regional, con poco detalle, y consistieron en un reconocimiento de la geología estructural y geoquímica de la mineralización que sirvieron para delimitar la extensión y relaciones de Au–Ag entre las expresiones minerales de este cinturón (Silberman et al., 1987, 1988). Sin embargo, en estos estudios se incluyeron depósitos epitermales u otras tipologías de yacimientos dentro de una inmensa área, mucho mayor a la actualmente propuesta en este estudio (Figura 1). Albinson (1989) realizó un estudio regional de inclusiones fluidas determinando que las vetas de cuarzo con Au son de tipo mesotermal, tipología que actualmente se conoce como oro orogénico. Estudios más recientes y de más detalle han permitido caracterizar temporal y geoquímicamente algunas zonas mineralizadas del COOC con el objetivo de contextualizar la mineralización y proponer su paragénesis. Estas zonas mineralizadas (Figura 1) incluyen la Mina San Francisco–Llano (Changkuon, 1990; Pérez–Segura et al., 1996; Araiza–Martínez, 1998; Poulsen et al., 2008), Zona Quitovac–La Choya (Durgin y Terán, 1996; Iriondo y Atkinson, 2000; Iriondo, 2001), Zona Tajitos (Noriega–Martínez, 2006), La Pinta (Araux–Sánchez, 2000) y La Herradura–Cerro Prieto (Quintanar–Ruíz, 2008; Ornelas–Macías y Verdugo–Noriega, 2009). Esta región mineralizada de Au (COOC) presenta las siguientes características:

1. Edades de mineralización del Cretácico tardío–Terciario temprano obtenidas por medio de estudios geocronológicos en sericita o mica blanca (K–Ar y Ar–Ar; Pérez–Segura et al., 1996; Iriondo y Atkinson, 2000; Araux–Sánchez, 2000; Iriondo, 2001) y magnetita o pirita (Re–Os; Quintanar–Ruíz, 2008).

2. El estudio de los fluidos mineralizantes, mediante la medición de inclusiones fluidas atrapadas en el cuarzo de las vetas, indican temperaturas medias de precipitación de ~260–370 °C, salinidades bajas (~3 % en peso equivalente de NaCl) y contenidos altos en CO₂ (p.e., Albinson, 1989; Pérez–Segura et al., 1996; Noriega–Martínez, 2006; Quintanar–Ruíz, 2008).

3. Cálculos termobarométricos sugieren presiones litostáticas de ~1.1 kbar que han permitido calcular profundidades medias de precipitación de las vetas de ~3.5–4.5 km (Noriega–Martínez, 2006).

4. Las firmas isotópicas (O, H, S y C) indican que los fluidos son de origen metamórfico, característico de la tipología de yacimientos minerales de oro orogénico (Quintanar–Ruíz, 2008).

En general, estos estudios también sugieren que este tipo de mineralización se precipitó, preferentemente, a lo largo de fallamientos y fracturas bien establecidas (zonas de debilidad). Por último, recientemente Iriondo y Premo (2010) sugirieron que los fluidos de mineralización de Au en el NW de Sonora se canalizaron precisamente por una zona de debilidad estructural que coincide espacialmente con los límites de la provincia de basamento paleoproterozoica Yavapai.

 

3. Muestreo de las rocas encajonantes y vetas de cuarzo del COOC

El muestreo consistió en colectar los pares de roca encajonate fresca y alterada y las vetas de cuarzo del Cinturón de Oro Orogénico Caborca (COOC) (Figura 1). Los puntos estratégicos a muestrear se seleccionaron empleando información de las publicaciones previas y las cartas geológico–mineras del Servicio Geológico Mexicano (SGM) a escala 1:250,000 del NW de Sonora. También los reportes en texto publicados por el SGM, donde se han ubicado minas o zonas mineralizadas con las características paragenéticas comunes del oro orogénico (vetas de cuarzo, carbonatos de calcio y/o hierro, sericita, mica blanca, clorita, epidota, pirita y galena, principalmente). Durante el muestreo se cubrió una proporción amplia de ocurrencias de la mineralización del COOC, permitiendo un muestreo espacialmente representativo (Figura 1) colectando 20 pares de muestras de roca encajonante fresca y alterada, que fueran representativos de la mineralización. También se colectaron muestras en 102 vetas de cuarzo (Figura 1), que incluyeron algunos fragmentos de la roca encajonante alterada, como comúnmente se hace en el muestreo de tipo canal–esquirla. Las muestras de roca alterada se colectaron en los halos de alteración generados por los fluidos precursores de las vetas de Au del COOC. Las rocas frescas fueron colectadas alejadas de dicha zona alterada hasta encontrar roca visualmente fresca, que en promedio resultó comúnmente ~10 m a partir del fin del halo de alteración generado por las vetas de cuarzo. Cabe aclarar que en algunos de estos puntos de muestreo existe cierto grado de enriquecimiento supergénico, producto, principalmente, del intemperismo de pirita. Este proceso pudo ser debido a variaciones del nivel freático, seguramente originadas durante procesos de oxidación–reducción en el periodo extensional (basculamientos) desde el Mioceno a la actualidad y que generó mineralogías secundarias como carbonatos y silicatos de cobre (p.e., malaquita, azurita, crisocola), wulfenita y óxidos de hierro (p.e., goethita).

Las observaciones de campo, realizadas durante el muestreo, permitieron trazar el perímetro aproximado que presenta geográficamente el Cinturón de Oro Orogénico Caborca (COOC; Figura 1). El COOC tiene dimensiones aproximadas de 400 km de largo y 60–80 km de ancho con una orientación NW–SE. El límite del muestreo, hacia la porción norte, fue la frontera política con los Estados Unidos (Arizona). Sin embargo, la mineralización de tipo orogénico aparentemente continúa, en dirección NW, hacia el estado de California, donde se han reportado ocurrencias de oro orogénico en la zona minera de Cargo Muchacho, American Girl y, posiblemente, Picacho y Copperstone (Branham, 1988; Figura 1A). El límite hacia el sureste del COOC se localiza a ~50 km al SE del poblado de Benjamín Hill donde terminan las ocurrencias de mineralización de esta tipología debido a la presencia de rocas volcánicas oligoceno–miocénicas que las cubren. Finalmente, hacia el NE y SW del cinturón, el límite está estimado por la presencia de otras tipologías de yacimientos (p.e., pórfidos cupríferos) con paragénesis minerales diferentes a las presentes en el COOC (Figura 1B).

 

4. Técnicas analíticas

4.1. Preparación de las muestras

La preparación de rocas encajonantes y vetas de cuarzo consistió en triturar ~3 kg de muestra representativa de cada localidad a estudiar (Figura 1). Para el triturado se empleó una quebradora de gran capacidad marca Chipmuck que fue previamente limpiada con cada una de las muestras para evitar al máximo la contaminación entre muestras. Del material quebrado resultante se realizó un cuarteo para obtener ~150 g de gravilla que se utilizó en el proceso final de pulverizado usando el sistema de pulverizado Shatter Box con contenedores de alúmina para evitar contaminación metálica. Sin embargo, para el pulverizado de las muestras de vetas de cuarzo se utilizó un contenedor de carburo de tungsteno con anillo interno para agilizar el proceso. De cada muestra se obtuvieron ~100 g de polvo con un tamaño de partícula inferior a las ~74 micras, el cual se envió para su análisis a los laboratorios del Centro Experimental Chihuahua pertenecientes al Servicio Geológico Mexicano.

Las muestras se analizaron por medio de diferentes técnicas analíticas para determinar las concentraciones de elementos mayores, traza y preciosos (Tablas A1 y A2 del Apéndice A). Se usaron las técnicas analíticas de espectrometría de emisión atómica con fuente de plasma de acoplamiento inductivo (ICP–AES, por sus siglas en inglés) para analizar Al, Al₂O₃, As, Ba, Be, Bi, CaO, Co, Cr, Cu, FeO, Fe₂O₃, K₂O, MgO, MnO, Mo, Na₂O, Ni, P₂O₅, Pb, Sb, SiO₂, Se, Sn, Sr, Te, TiO₂, Tl, V, W, Zn. También se empleó la espectrometría de masas con fuente de plasma de acoplamiento inductivo (ICP–MS, por sus siglas en inglés) para obtener Ag, Ce, Dy, Eu, Gd, Ho, Ir, La, Lu, Nd, Os, Pd, Pr, Pt, Rh, Ru, Sc, Sm, Tb, Th, Tm, U, Y, Yb. Por otro lado, la pérdida por calcinación (probablemente, y en mayor medida, se componga de H₂O, contenidos orgánicos, carbonato de calcio y dióxido de carbono) se obtuvo al calentar la muestra a 950 °C. Para el caso de la medición del Au se realizó copelación al fuego (fire assay) para obtener mejores resultados. Esto debido a que el oro de esta región se caracteriza por ser de grano fino, o criptocristalino, esta característica lo hace invisible, e inclusive cuando se emplea lupa de aumento.

4.2. Método de balance de masas

El estudio de balance de masas se elaboró utilizando el método de isocona propuesto por Grant (1986, 2005), técnica basada en los estudios pioneros de Gresens (1967). Esta consiste en emplear un simple gráfico binario "x–y" donde, por costumbre universal, el eje "x" es igual a la concentración de elementos químicos medidos en la roca fresca y el eje "y" es igual a la concentración de elementos medidos en la roca alterada. Sobre este gráfico, se busca visualmente, o por medios estadísticos, una correlación entre los elementos que han tenido inmovilidad o que fueron inertes (argumento principal del método) durante el fenómeno geológico de alteración. De esta forma se elige la línea de isocona que se traza a través del origen (0,0) y los elementos inertes elegidos (p.e., Figura 5). El campo por encima de la línea de isocona incluye o abarca los elementos que sufrieron enriquecimiento elemental, mientras que los del campo inferior a la isocona indican empobrecimiento. Este método ha sido útil en los estudios de balance de masas y de movilidad de elementos mayores, traza y preciosos en depósitos minerales de oro orogénico en Nueva Zelanda (Pitcairn et al., 2006) y China (Wei et al., 2001). En estos estudios, se han determinado los elementos característicos de la alteración hidrotermal que han servido como una guía de exploración y en el cálculo de predicción de volúmenes de roca mineralizada de Au. Así mismo, otras tipologías de yacimientos (p.e., skarn) también han sido estudiadas con este método, en donde se ha tratado de determinar los mismos aspectos antes mencionados (Lentz, 2005).

El estudio de balance de masas se realizó enteramente con el programa computacional GEOISO (Coelho, 2006) y se generaron gráficos binarios de la geoquímica de la roca fresca versus la roca alterada (Figura 5) para cada par de las muestras estudiadas. En la elaboración de estos gráficos, las concentraciones químicas de los elementos expresadas en diferentes unidades (p.e., ppm; % en peso) se escalaron de forma arbitraria para conseguir treinta unidades en cada eje, multiplicando cada elemento por factores de normalización incluidos en el programa computacional. Cabe aclarar que cuando los valores de las concentraciones elementales de las muestras se encontraron por debajo del nivel de detección, se utilizó la mitad de ese valor (N.D.) para poder incluirlos en los diagramas de isocona (Tabla A1 del Apéndice A). Con ayuda de los algoritmos del programa se seleccionó la mejor isocona posible (línea de inmovilidad elemental), según los parámetros de correlación y error (Figura 5; línea en color verde). Por medio de estos algoritmos se obtuvieron las estimaciones de empobrecimiento, enriquecimiento e inmovilidad elemental que se muestran en las Figuras 6, 7, 8 y Tablas A3 ,A4, A5 del Apéndice A.

4.3. Método de correlación geoquímica bivariable

Con los datos geoquímicos obtenidos de las vetas se realizó un estudio de análisis de correlación geoquímica bivariable utilizando el paquete computacional Statistical Package for Social Sciencies (SPSS v19) para determinar el coeficiente de correlación "r" entre el elemento clave Au y los otros elementos traza y preciosos (Figura 9 y Tablas A6 del Apéndice A). Los coeficientes de correlación varían entre –1 y +1, y cuando r = 0, significa una completa independencia entre dos elementos analizados; o bien, cuando r = +1, indica una relación funcional directa. Por último, cuando r = –1 representa una correlación funcional inversa (p.e., Davis, 1986). Cabe aclarar que al momento de realizar los cálculos para algunas de las muestras, se utilizó el valor del límite de detección de los elementos. Los valores de los límites de detección se encuentran listados en la Tabla A2 del Apéndice A.

4.4. Técnica de SEM–EDS

Los estudios de microscopía electrónica de barrido con detector de espectroscopía de rayos × de energía dispersiva (SEM–EDS, por sus siglas en inglés) se realizaron en granos milimétricos de pirita, oro y galena de algunas muestras de vetas de cuarzo del Cinturón de Oro Orogénico Caborca (COOC). El procedimiento consistió en la elaboración de probetas de resina epóxica, montando cristales de pirita y galena de algunas de las muestras estudiadas en cinta doble cara, para posteriormente verter la resina epóxica en un molde y capturar los granos. Después del endurecimiento de las probetas se desbastó y pulió hasta llegar aproximadamente a la mitad de los granos para obtener un área máxima de exposición de los mismos. Por otro lado, los granos de oro de las muestras observadas se adhirieron con pintura de carbón conductora de electrones en unas pequeñas pastillas metálicas que sirven para su transporte y análisis dentro del SEM.

Para la obtención de imágenes y espectros de energía dispersiva por medio de análisis puntual de las muestras de pirita y galena se utilizó un SEM–EDS de marca JEOL5800LV. Para las muestras de oro se empleó un FEI Quanta 450 FEG, ambos, equipos del laboratorio de microsonda y microscopia electrónica del U.S. Geological Survey, Federal Center, en Denver, Colorado, Estados Unidos. Los datos fueron reducidos con el paquete computacional NSS 2.3 Microbeam X–ray analysis de Thermo Scientific, del cual se obtuvieron espectros de elementos químicos y composiciones de los análisis puntuales realizados sobre las superficies de los minerales.

 

5. Resultados

5.1. Estudios petrográficos de luz transmitida en la roca encajonante

Mediante un estudio petrográfico de las 20 muestras de roca encajonante fresca y alterada se detectó que la alteración cuarzo–sericítica que solo se observa en algunas de las muestras megascópicamente, en el campo, se encuentra presente microscópicamente en la totalidad de las rocas estudiadas (Tabla 1 y Figuras 2, 3, 4). Algunos ejemplos de los minerales de alteración hidrotermal (sericita, cuarzo, epidota, clorita y minerales opacos) se pueden apreciar en las fotografías de las figuras antes mencionadas. Así mismo, se pueden ver los fantasmas o relictos de mineral desaparecidos asociados a la pérdida (destrucción), principalmente de los minerales ferromagnesianos y plagioclasas en los ejemplares de roca alterada. Esta alteración no es propiamente homogénea ya que se observan, en la mayoría de las muestras, parches de sericita y mosaicos de cuarzo. En la Tabla 1 se presenta un resumen de la mineralogía primaria en la roca fresca (original) y de la mineralogía de alteración presente en la roca alterada como resultado del hidrotermalismo. También se señala una clasificación litológica general y la edad del protolito definida a partir de estudios geocronológicos y de correlaciones con otras rocas similares fechadas en otros lugares del NW de Sonora.

5.2. Estudio geoquímico de balance de masas

Los 20 pares de muestras de roca encajonante fresca y alterada por los fluidos mineralizantes del Cinturón de Oro Orogénico Caborca (Figuras 1 y 2; Tabla A1 del Apéndice A) se analizaron geoquímicamente para cuantificar las concentraciones de elementos mayores, traza y preciosos. De esta manera se pudo realizar un estudio de balance de masas usando la técnica de diagramas de isocona propuesta por Grant (1986).

En la Figura 5A–D, se muestran 4 ejemplos representativos de estos diagramas de isocona con sus correspondientes diagramas de barras (Figuras 6A–D) con los elementos más útiles para evaluar el fenómeno de alteración hidrotermal en el COOC. En estos diagramas, los elementos que grafican por encima de la isocona (campo sombreado de color gris) indican que fueron enriquecidos durante el proceso de alteración hidrotermal. Los elementos y compuestos K₂O, Cu, W, Mo, Pb, Be, Ag, Sb, V y Zn, y la pérdida por calcinación, señalados con una flecha punteada color rojo (Figura 5A), sufrieron un enriquecimiento de mayor envergadura en el total de las muestras del estudio. Por otro lado, los elementos que graficaron por debajo de la línea de isocona son los elementos que fueron empobrecidos durante el proceso de alteración hidrotermal, y están señalados con una línea punteada de color azul (Ca, Y, Na, Sr, Co, Mn y Dy).

El primer ejemplo de la Figura 5A corresponde a la muestra Sanfran–1 que es una roca granítica del Cretácico tardío (Tabla 1) que se localiza en la porción norte del COOC (Figura 1). En este ejemplo, la isocona se generó considerando los elementos Al₂O₃, Pd y Sn (elementos señalados en color verde como inmóviles) y forman un arreglo lineal con una muy buena correlación entre si (1.00 ± 0.041; Tabla A3 del Apéndice A). La línea de isocona también coincide con la constante de aluminio, elemento que por su baja solubilidad se considera como un elemento básicamente inerte en los estudios de balance de masas (Baumgartner y Olsen, 1995; Grant, 1986) y que es ideal para trazar, incluso por sí solo, la línea de isocona a través del origen. Sin embargo, de la totalidad de las muestras de este estudio, solo en un 60 % de los casos el Al₂O₃ muestra un comportamiento inerte, posiblemente debido a que la línea de isocona fue elegida por medios estadísticos, sin influencia del usuario, como sugieren Baumgartner y Olsen (1995) y Coelho (2006)

Los resultados de balance de masa indican que la muestra original (fresca) de la localidad Sanfran–1 tuvo una pérdida de masa de 21.3 % en la zona alterada (Tabla A3 del Apéndice A). El óxido mayor K₂O en la muestra Sanfran–1 se enriqueció y los fluidos incorporaron ~2.48 % de K₂O, lo que representa un incremento de ~0.87 veces o ~87 % su concentración con respecto al contenido en la roca fresca original (Tabla A3 del Apéndice A). El elemento Cu también fue enriquecido en ~621 ppm, lo que representa ~26 veces la concentración original de la roca fresca (Figura 6A). En contrapartida, el óxido mayor CaO se empobreció en 2.37 %, lo que representa casi el doble (~91 %) del CaO presente en la roca original. El elemento Y se empobreció en 2.38 ppm representando un poco más de la mitad (~54 %) del contenido inicial en la roca fresca. Por otro lado, la inmovilidad geoquímica para los elementos inertes es expresada como cero (Tabla A3 del Apéndice A). Sin embargo, en algunos elementos (p.e., Os) puede que esta inmovilidad no sea representativa porque podría ser el resultado de la falta de precisión en las técnicas analíticas empleadas en su cuantificación. De esta manera, y sucesivamente, el empobrecimiento, enriquecimiento e inmovilidad se pueden leer con el resto de los elementos presentados en la Tabla A3 del Apéndice A.

La muestra granítica del Jurásico temprano Sanluisito–2 (Figuras 5B y 6B) se localiza hacia la zona centro del Cinturón de Oro Orogénico Caborca (Figura 1). De esta muestra se determinó estadísticamente una isocona con FeO, Sm y P₂O₅ (señalados en color verde). Éstos forman un arreglo lineal con un coeficiente de correlación de 1.00 ± 0.003 (Tabla A3 del Apéndice A). En este caso, el aluminio no se comportó de forma inerte y presenta un pequeño grado de enriquecimiento que imposibilita usarlo en el cálculo de la isocona. De igual forma que en la descriptiva de la muestra anterior, se señalan con flechas punteadas en color rojo a los elementos que experimentaron una mayor proporción de enriquecimiento en el estudio, mientras que los elementos empobrecidos se señalan con flechas punteadas en color azul (Figura 5B). El elemento Tl se encuentra enriquecido ilustrándose que es uno de los elementos principales y representativos del enriquecimiento en las muestras del conjunto de este estudio. Esta muestra alterada presenta una ganancia de 35.7 % con respecto al total de la masa de la roca fresca (Tabla A3 del Apéndice A). El óxido mayor K₂O se enriqueció en una mayor proporción que en la muestra anterior; en el orden de ~4.82 %, que implica ~1.5 veces (141 %) el contenido original en la roca (Figura 6B). En este caso, el enriquecimiento del Cu fue menor que en la muestra anterior ya que solo tuvo 9.71 ppm de aumento, que representa casi el doble del contenido (~80 %) en la roca fresca original. Por otra parte, el óxido mayor CaO se empobreció en 1.94 %, lo que representa ~77 % del CaO contenido en la roca fresca. También el Y se empobreció en 10.24 ppm, representando una disminución de ~76 % del contenido inicial.

La muestra Sanfran–8 (Figuras 5C y 6C) es una roca encajonante ortognéisica de edad paleoproterozoica localizada al norte del COOC (Figura 1) y de la cual se determinó una isocona con Ru, SiO₂ y Sb, con un coeficiente de correlación de 1.00 ± 0.0003 (Tabla A3 del Apéndice A). En esta muestra, el aluminio no se comportó de forma inerte presentando enriquecimiento, por lo que no fue seleccionado para formar parte de la isocona. También presenta enriquecimiento y empobrecimiento elemental en común con las otras muestras de este estudio (líneas punteadas en rojo y azul, respectivamente) y no presenta un cambio de masa considerable durante la alteración. Entre los elementos más enriquecidos se encuentran el Pb, que se presenta ~204 veces (Figura 6C) más concentrado que en la roca fresca (Tabla A3 del Apéndice A), el Au con ~47 veces ( ~ 4700 % ) más de su concentración original, el Zn con ~18 veces más de su concentración original, y el W con 16 veces más de su concentración original. Por otro lado, los elementos más empobrecidos que presentó esta muestra fueron el Y, con un 97 % de pérdida con respecto a la roca original, y el Er y Pt, con un 96 % de pérdida con respecto a la roca original (fresca).

El último diagrama de isocona que se ejemplifica en la Figura 5 corresponde a la muestra Carretera–2 que es una muestra granítica de edad Cretácico tardío localizada al sur del Cinturón de Oro Orogénico Caborca (Figura 1). La línea de isocona de esta muestra se trazó con los elementos y compuestos con comportamiento inerte Al₂O₃, Lu y Ho, obteniendo un coeficiente de correlación de 1.00 ± 0.003 (Tabla A3 del Apéndice A). El aluminio, en este caso, se comportó como inerte y forma parte de la línea de isocona (Figura 5D). Esta muestra presenta un decremento de masa de ~3.5 % y un enriquecimiento y empobrecimiento elemental similar al de otras muestras de este estudio (líneas punteadas en rojo y azul, respectivamente). Entre los más enriquecidos se encuentran FeO, W, Sb, Cu y As, y entre los más empobrecidos, Te, MnO y CaO (Figura 6D).

Por su parte, en la Tabla 2 y Figura 7A se presenta un resumen de la totalidad de las muestras analizadas mediante este estudio geoquímico de balance de masas con un recuento semicuantitativo de la proporción de enriquecimiento, empobrecimiento e inmovilidad elemental. Estos conceptos indican qué elementos han sido modificados o han permanecido sin cambios en sus concentraciones de la roca fresca (original) con respecto a la roca alterada. Los elementos y compuestos con una proporción de enriquecimiento > 50 % de la totalidad de las muestras, o mayormente enriquecidos en las rocas encajonantes alteradas, son el K₂O, W, Cu, Pb, Mo, Tl, Be, Zn, V, Sb, Ag, Sn, SiO₂, Se, Ni y FeO, y la pérdida por calcinación. Igualmente, los elementos con una proporción de empobrecimiento > 60 % en las rocas encajonantes alteradas son el Ca, Y, Na, Ho, Co, Sr, Yb, Mn, Dy, Eu y Tb (Figura 7A). Cabe destacar que las concentraciones de CO₂, S, Cl no han sido medidas para este estudio de balance de masas, pero sin duda estos elementos se encuentran presentes en los minerales de la paragénesis de la alteración de las rocas del COOC (p.e., carbonatos de calcio y/o hierro, y pirita). También el S y Cl deberían haber tenido un papel importante en la disolución, transporte y precipitación del Au, en tanto en cuanto constituyen moléculas complejantes, como sugieren algunos estudios en yacimientos de oro orogénico (p.e., Mernagh y Bierlein, 2008). Por último, las Figuras 8A y 8B presentan a los elementos y compuestos más importantes que fueron enriquecidos hasta más de 200 % (barras en color rojo) y empobrecidos en más de 50 % (barras en color azul) con respecto a la concentración de la roca fresca, respectivamente (Tablas A4 y A5 del Apéndice A). En las barras de cada elemento se muestra la media aritmética del cambio de concentración en número de veces con respecto a la roca fresca original para cada elemento. Los datos que se muestran en las Tablas A4 y A5, del Apéndice A, se obtuvieron al hacer un ordenamiento por rangos de los resultados de enriquecimiento y empobrecimiento que presenta cada elemento con respecto a la concentración original (∆ conc–CA, Tabla A3 del Apéndice A).

5.3. Resultados del estudio geoquímico de correlación bivariable en vetas de cuarzo

En este estudio se analizaron 102 muestras de esquirlas de vetas de cuarzo representativas de la mineralización del Cinturón de Oro Orogénico Caborca para cuantificar las concentraciones de elementos traza y preciosos (Figura 1; Tabla A2 del Apéndice A). Cabe destacar que 20 de esas muestras coinciden con las 20 localidades del estudio de balance de masas presentado anteriormente.

Los resultados de este estudio de correlación geoquímica bivariable quedan ilustrados en un gráfico binario de coeficiente de correlación del Au vs. los elementos traza y elementos preciosos de las vetas de cuarzo (Figura 9A) dispuestos en orden de mayor a menor correlación. La correlación bivariable de la geoquímica de las vetas con el Au muestran que el Pb, Ag, Zn y Fe presentan una correlación positiva moderada (0.604 a 0.510). Los elementos As, Cu, Ni, Bi, Cr, Mo, Sr y Sb presentan una correlación positiva (0.377 a 0.225) la cual se puede considerar baja. Por lo contrario, los elementos Na, Y, Yb, Er y Pr presentan una correlación negativa muy baja (–0.073 a –0.022), y de los elementos como el Dy y Ca es casi nula (0.001 a 0.017).

La correlación geoquímica bivariable de Ag (Figura 9B) con la geoquímica de las vetas indica que el Pb presenta una correlación positiva alta (0.703), mientras que los elementos Zn, Au, Sb, As y Cu presentan un correlación positiva moderada (0.565 a 0.432). Una correlación positiva baja (0.305 a 0.219) es representada por el Mo, Sr, Fe, Bi, Ba y Cr. Por lo contrario, los elementos Na, Ca, Y, Yb, Dy, Ti, Mg, Th, Mn, Gd y Sm presentan correlación negativa muy baja (–0.173 a –0.004). Además, el elemento Er presenta una correlación negativa baja (–0.240), siendo más intensa que en el resto de los elementos.

5.4. Resultados de SEM–EDS en piritas y oro nativo

Granos milimétricos de pirita, galena y oro nativo de algunas muestras de vetas de cuarzo del COOC se seleccionaron para realizar estudios de microscopía electrónica de barrido con espectroscopía de energía dispersiva (SEM–EDS). El propósito es determinar los minerales incluidos y asociados a los sulfuros que pudieran explicar las anomalías geoquímicas elementales obtenidas en los estudios geoquímicos de las vetas de cuarzo. Esto, debido a que no se pudieron encontrar minerales en tamaños megascópicos en los agregados de cuarzo que pudieran explicar dichas anomalías geoquímicas. De esta manera, se pretende interpretar mejor la presencia y origen de los elementos y compuestos geoquímicos analizados en el estudio de balance de masas de las rocas encajonantes de la mineralización del COOC.

Los resultados obtenidos consisten en imágenes SEM (Figuras 10, 11 y 12) con análisis puntuales espectrales EDS donde se obtuvo espectros de elementos y compuestos que sugieren un gran número de pequeñas inclusiones minerales (~10–50 µm) en los granos de pirita y oro nativo, resultando negativa la búsqueda en los granos de galena. Las inclusiones minerales encontradas en pirita mostraron en los espectros de energía dispersiva elementos como el Au, Ag, Pb, S, Cu, Zn, Fe, Mo, Te, Bi, K, W y Ti. En la inspección de granos de Au se pudo encontrar inclusiones minerales con W y Ca los cuales se puede interpretar como scheelita [CaWO₄] (Figura 12). Mediante el análisis de pirita con un microscopio óptico se dedujo que las inclusiones minerales pueden corresponder a oro nativo, telururos de plata, galena, covelita, esfalerita, molibdenita y scheelita. Los posibles minerales de telururos, incluidos en las piritas, pudieran ser silvanita [(Au,Ag)Te₂], calaverita [AuTe₂] y altaíta [PbTe], como los encontrados en el depósito de tipo orogénico de San Francisco, en Estación Llano (Figura 1, Pérez–Segura et al., 1996). También con una lupa binocular se pudieron detectar inclusiones de turmalina dentro de algunos granos de pirita y, aplicando luz ultravioleta de onda corta en vetas de cuarzo, scheelita y willemita [Zn₂SiO₄] (Figura 12).

 

6. Discusión y conclusiones

Los estudios petrográfícos de las rocas encajonantes alteradas en el COOC indican que la alteración hidrotermal generó silicificación, sericitización, cloritización, epidotización y piritización, aunque estas alteraciones no siempre son visibles megascópicamente. Por otra parte, la alteración presente no siempre es homogénea, y frecuentemente se observa formando parches; sin embargo, a pesar de tener una alteración hidrotermal heterogénea, los resultados del análisis de balance masas sugieren que existió una movilidad elemental considerable.

Los resultados del estudio de balance de masas (Tabla 2, Tabla A3 del Apéndice, Figura 7) permiten, de una manera semicuantitativa y rápida, la discriminación del cambio de masa total en la roca y del enriquecimiento, empobrecimiento e inmovilidad elemental asociado al proceso de mineralización hidrotermal a lo largo del COOC. El balance de masa total en cada roca encajonante, representadas mayormente por rocas graníticas, sugiere que las rocas que contienen más abundancia de feldespato potásico fueron más susceptibles a la alteración hidrotermal y, en consecuencia, más susceptibles a cambiar su masa. Las muestras que aumentaron su masa en más de un 50 % ( p.e., km100 y Quitovac 3) presentan un contenido elevado en SiO₂ y alta pérdida por calcinación, lo que explicaría el aumento de volumen. Por otro lado, en las rocas que perdieron masa en más de un 10 % (p.e., Sanfran–1 y Sanfran–3), la alteración mineral pudiera haber reducido su densidad.

Por su parte, el enriquecimiento elemental obtenido en este estudio indica que la mayoría de las rocas alteradas (> 50 %) presentan un enriquecimiento en K₂O, W, Cu, Pb, Mo, Tl, Be, Zn, V, Sb, Ag, Sn, SiO₂, Se, Ni y FeO, y alta pérdida por calcinación, a una escala mucho mayor con respecto a los elementos en que éstas se empobrecieron, como se observa en la Figura 8A y 8B. Esto también coincide en los porcentajes altos de aumento de masa con respecto a los porcentajes bajos de disminución de masa total en la roca.

En la Figura 8A y B se puede observar que el cambio de concentración elemental ocurrido en el enriquecimiento (p.e., en K₂O, Ag, W, Cu y Pb) y en el empobrecimiento (p.e., en CaO, Sr, Na, MnO), con respecto a la roca fresca, ha sido importante en número de veces o en porcentaje. De este modo, el enriquecimiento y empobrecimiento no es únicamente proporcional como se muestra en la Figura 7 e implica que los fluidos que originaron la alteración en el COOC tenían altas concentraciones en los elementos enriquecidos y capacidad de incorporar elementos de las rocas encajonantes.

Los resultados del estudio de correlación geoquímica bivariable realizados sobre las vetas de cuarzo del COOC sugieren que los elementos que presentaron una mayor proporción de enriquecimiento en el análisis de balance de masas (Pb, Ag, Zn, Fe, Cu, Ni, Mo Sb y V) coinciden con los elementos de mayor coeficiente de correlación positiva (triángulos rojos). Por el contrario, los elementos que presentaron una mayor proporción de empobrecimiento (Ca, Y, Na, Yb, Mn y Dy; triángulos azules) coinciden con los elementos con coeficientes de correlación negativa o nula (Figura 9A). Sin embargo, existen excepciones con algunos elementos que no coinciden con este comportamiento, como son el W y K para el caso del enriquecimiento, y el Sr y Eu para el caso del empobrecimiento. Por su parte, este mismo agrupamiento general de enriquecimiento y empobrecimiento elemental con respecto al Au también se observa para el caso de la Ag (Figura 9B; Tabla A6 del Apéndice A). Esta observación explica que el análisis realizado sobre las vetas de cuarzo, en conjunto con los fragmentos de la roca encajonante alterada, apoyan el resultado del estudio de balance de masas de una manera consistente. Es importante destacar que lo que sugieren los resultados de este estudio es que existe una correlación en el comportamiento de los elementos y compuestos con el estudio de balance masas, inclusive sin considerar los grados de correlación geoquímica bivariable.

Los estudios de SEM–EDS en combinación de la microscopía de luz reflejada y luz ultravioleta muestran la presencia de inclusiones minerales de oro nativo, telururos de plata, galena, covelita, esfalerita, molibdenita, scheelita, willemita y turmalina dentro de los cristales de pirita y en vetas de cuarzo (Figuras 10, 11 y 12). Estas inclusiones minerales concilian la existencia de los elementos enriquecidos durante el proceso de alteración hidrotermal, determinados a partir de los estudios geoquímicos de balance de masa y del análisis de correlación geoquímica del Au y Ag. Sin embargo, las inclusiones minerales no explicarían en su totalidad la presencia de algunos elementos que muestran un enriquecimiento según el balance de masas (p.e., Tl, V, Be, Sn, Se), y que aún siguen sin explicarse en la paragénesis mineral de las vetas de oro orogénico en el COOC. Por otra parte, algunos autores (Groves et al., 1998) sugieren que ciertos elementos contenidos en la mineralización y alteración orogénica pueden ser inexplicables, por lo que sugieren que estos elementos se encuentran sujetos a la disponibilidad en la corteza local y que son lixiviados durante el ascenso de los fluidos hidrotermales orogénicos.

En conclusión, los resultados obtenidos en este estudio sugieren que los fluidos que generaron la alteración hidrotermal en las rocas encajonantes de las vetas auríferas presentes en el Cinturón de Oro Orogénico Caborca (COOC) son muy homogéneos a lo largo del NW de Sonora. Esta homogeneidad es propuesta a pesar de las grandes distancias de centenares de kilómetros entre las muestras estudiadas (Figura 1) y sugiere que los fluidos posiblemente tuvieron un mismo origen de formación (metamorfismo) y también un mismo periodo de emplazamiento (coetaneidad). Todo esto indica que el evento mineralizante en el COOC tuvo lugar durante el periodo compresivo asociado a la orogenia Larámide del Cretácico tardío–Terciario temprano como ya ha sido sugerido anteriormente (Pérez–Segura et al., 1996; Iriondo y Atkinson, 2000; Iriondo, 2001; Poulsen et al., 2008; Quintanar–Ruíz, 2008). Este estudio también permite proponer que el COOC es un cinturón metalogenético de oro orogénico que es comparable, en su dimensión areal y en características geológicas con otras ocurrencias existentes alrededor del mundo como en Australia (Groves et al., 1998), Alaska y California (Goldfarb et al., 1991, 2008; Marsh et al., 2008). De igual forma, la geometría elongada del COOC (orientación general NW–SE) sugiere que debió existir una disposición estructural regional previa para la canalización y acenso de los fluidos (p.e., la coincidencia espacial del COOC con los límites de la provincia de basamento paleoproterozoica Yavapai) como lo sugieren Iriondo y Premo (2010). Cabe destacar que los elementos (K₂O, W, Cu, Pb, Mo, Tl, Be, Zn, V, Sb, Ag, Sn, SiO₂, Se, Ni y FeO) que se introdujeron a partir del fluido mineralizante en las rocas encajonates de este estudio (COOC) podrían emplearse como guía para la exploración mineral de Au en la región, incluyendo partes del SW de Arizona y SE de California. Por último, destacar que esta homogeneidad propuesta para los fluidos mineralizantes debería esperase también en futuros estudios regionales de isotopía estable (H, O, S y C) y radiogénicos (Pb–Pb y Rb–Sr) a realizarse en minerales de la paragénesis del COOC (p.e., cuarzo, sericita o mica blanca, calcita, siderita, ankerita, pirita, galena, clorita, epidota).

 

Agradecimientos

Primeramente, agradecemos a las instituciones que otorgaron los proyectos de investigación PAPIIT/UNAM (clave IN–116709) y CONACYT (claves CB–82518 y CB–129370) por aportar parte del financiamiento para la campaña de campo de este estudio. También se agradece a la Coordinación de Estudios de Posgrado de la UNAM por su ayuda económica para realizar esta campaña de campo. Se agradece al CONACYT por otorgarle al primer autor una beca para una estancia de investigación en el U.S. Geological Survey, Denver, Colorado. Gracias al Servicio Geológico Mexicano (SGM), Gerencia Hermosillo, en Sonora, en especial a Francisco Cendejas–Cruz, Basilio Cervantes–López y Jaime Castro–Escarrega, por el apoyo logístico otorgado durante la campaña de campo y en el manejo de las muestras. Se agradece a Javier Hernández–Rojas, geólogo del SGM, por su compañía profesional durante el muestreo. Queremos expresar nuestros agradecimientos a Thierry Calmus y Pablo Peñaflor por permitir el acceso a los laboratorios de molienda y pulverizado de rocas del Instituto de Geología de la UNAM en la Estación Regional Noroeste en Hermosillo, Sonora. También se da las gracias a Montserrat Hernández–Ramírez por la ayuda brindada durante la molienda y pulverizado de las muestras. Agradecimientos a Luis Miguel Martínez–Torres de la Universidad del País Vasco, España, por elaborar desinteresadamente las secciones delgadas para el estudio petrográfico. Gracias a Shannon Mahan del U.S. Geological Survey, Denver, por el préstamo de contenedores de alúmina para el pulverizado de las muestras; así mismo se agradece a Dan Miggins (U.S. Geological Survey en Denver) y Francisco Paz–Moreno (Universidad de Sonora) por organizar el transporte de dichos contenedores. Agradecemos a Erin Marsh y Heather Lowers por facilitar y asesorar en el uso del microscopio electrónico de barrido (SEM) en el U.S. Geological Survey en Denver. También se agradece a José Solorio Munguía y Gilles Levresse por su ayuda en la obtención de imágenes de vetas de cuarzo con luz ultravioleta. Por último, se agradece a los revisores del manuscrito Ruth Esther Villanueva Estrada y Efrén Pérez Segura, así como a los editores del Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, Antoni Camprubí i Cano y Carles Canet Miquel, por sus comentarios críticos, constructivos y sugerencias que contribuyeron a mejorar y enriquecer el presente trabajo.

 

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