PORFIDO TENIENTE: DOS FASES INTRUSIVAS CARACTERISTICAS GEOLOGICAS, PETROGRAFICAS Y GEOQUIMICAS, YACIMIENTO EL TENIENTE

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1 U N I V E R S I D A D D E C O N C E P C I Ó N DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA 10 CONGRESO GEOLÓGICO CHILENO 2003 PORFIDO TENIENTE: DOS FASES INTRUSIVAS CARACTERISTICAS GEOLOGICAS, PETROGRAFICAS Y GEOQUIMICAS, YACIMIENTO EL TENIENTE ROJAS, A. Rancagua, Rafael López 786, VI Región, Chile. arojasp03@yahoo.es RESUMEN El Pórfido Teniente, está compuesto por una serie de variedades petrográficas de características primarias y secundarias. Las relaciones de contacto entre las variedades primarias y sus características petrográficas permiten definir dos unidades litológicas dentro del pórfido denominadas: Pórfido Dacítico Hipidiomorfo y Pórfido Dacítico Idiomorfo. Estas dos fases intrusivas se emplazaron en el Complejo Intrusivo Máfico El Teniente, sucesivamente en el tiempo y a través de sistemas estructurales secundarios. La primera etapa de intrusión y cristalización, representada por el Pórfido Dacítico Hipidiomorfo, ocurrió hace 5.3 Ma. Petrográficamente, ambas rocas tienen textura porfídica, y corresponden a pórfidos dacíticos leucocráticos, compuestos principalmente por cristales de plagioclasa, books de biotita y ojos de cuarzo; masa fundamental de cuarzo y cantidades subordinadas de plagioclasa, biotita y feldespato potásico pertítico. Químicamente, la roca en ambos pórfidos tiene un carácter subalcalino metaluminoso de afinidad calco-alcalina, con contenidos de SiO 2 variable entre 66 y 68% en peso, altos contenidos de Al 2 O 3 (>17%) y Na 2 O (>4%), con contenidos medios de K 2 O ( 2,5%) y razones variables de Fe 2 O 3 /MgO (0,8 a 3). Las Tierras Raras se encuentran fuertemente fraccionadas con razones [La/Yb] N >17. Las variedades petrográficas secundarias forman parte del Pórfido Dacítico Idiomorfo, y corresponden a roca fuertemente alterada, donde las características texturales y composicionales primarias se encuentran modificadas. INTRODUCCION El propósito de la presente contribución, es exponer a la comunidad geológica los resultados obtenidos en el estudio desarrollado como Memoria para optar al título de Geólogo [1], cuyo objetivo fue realizar una caracterización geológica, petrográfica y geoquímica del Pórfido Teniente, el cual es uno de los más importantes y controversiales intrusivos que conforman al yacimiento El Teniente. La investigación contó con el auspicio de la Superintendencia Geología de la División El Teniente, CODELCO-CHILE, y fue una contribución al Modelamiento Geológico del Yacimiento El Teniente dirigido especialmente al sector norte del yacimiento, con el propósito de apoyar al Proyecto Desarrollo Teniente - 25 años. Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad.

2 GEOLOGIA El Pórfido Teniente, se emplazó en el Complejo Intrusivo Máfico El Teniente a través de sistemas estructurales secundarios ubicados dentro de la Zona de Falla Teniente (ZFT). El cuerpo tiene forma tabular de m de longitud y actitud subvertical, cuyo eje de emplazamiento sigue una orientación aproximada NS en coordenadas mina (Norte mina: 14º19 34 respecto al norte astronómico). Su extremo sur se encuentra truncado por la megaestructura Chimenea de Brechas Braden (Figura 1). Al interior del Pórfido Teniente, se reconocen dos variedades petrográficas principales [1, 2], y cada una conforma a una unidad litológica, denominadas Pórfido Dacítico Hipidiomorfo y Pórfido Dacítico Idiomorfo (Figura 1). El Pórfido Dacítico Hipidiomorfo, se ubica en la porción occidental de la parte sur del Pórfido Teniente, y conforma un cuerpo de actitud subvertical de sección tabular de 500 m de largo de orientación general NS, con anchos variables entre los 50 y 150 m en el nivel Ten-7 (2.063 m s.n.m.) (Figura 1). El contacto con las rocas del Complejo Intrusivo Máfico El Teniente es en gran medida tajante y de contornos sinuosos, exhibiendo en general un bajo contenido relativo de xenolitos de la roca de caja sin alterar. El Pórfido Dacítico Idiomorfo, en el nivel Ten-7 (2.063 m s.n.m.), conforma un cuerpo elongado de 1300 m de largo de actitud subvertical, con anchos que varían entre los 20 y 100 m. En la porción oriental de la zona sur del Pórfido Teniente, el cuerpo tiene una orientación NS, mientras que en el sector norte se distribuye según una orientación N20ºW (Figura 1). En el contacto con las rocas del Complejo Intrusivo Máfico El Teniente, se desarrolla una franja de hasta 100 m de ancho, denominada PDIc (Figura 2), la cual presenta contenidos variables de xenolitos y megaxenolitos de rocas máficas parcial o totalmente alterados, los cuales se encuentran en una matriz de roca de Pórfido Dacítico Idiomorfo. La franja presenta una estructura interna, donde es posible definir tres zonas, las cuales se diferencian entre sí por el modo e intensidad de la alteración que presentan las inclusiones. En el contacto entre los Pórfidos Hipidiomorfo e Idiomorfo, se encuentra la misma franja incluyendo además xenolitos de roca del Pórfido Dacítico Hipidiomorfo. El extremo sur de ambos pórfidos se halla en contacto con la Chimenea de Brechas Braden, la cual se caracteriza por la presencia de una amplia gama de brechas incluidas en la unidad brecha marginal (Figuras 1 y 2), compuestas esencialmente por fragmentos de los pórfidos intensamente alterados en una matriz principalmente de turmalina. El Pórfido Dacítico Idiomorfo, se caracteriza además, por presentar una alteración hidrotermal de carácter fuerte que modificó los rasgos texturales y composicionales primarios de la roca en el techo del cuerpo, diferenciando en esta parte a una variedad petrográfica secundaria denominada Pórfido Dacítico Idiomorfo alterado (PDIa) (Figura 2). En los márgenes del pórfido Idiomorfo, xenolitos de rocas máficas se presentan parcial o totalmente alterados y/o asimilados con desarrollo de roca híbrida, donde se distinguió una segunda variedad petrográfica secundaria, denominada Pórfido Dacítico Idiomorfo de biotita (PDIb) (Figura 2).

3 Figura 1. Unidades litológicas del nivel Ten-7 Extracción y Traspaso (2.063 m s.n.m.), con las litologías más relevantes del yacimiento El Teniente y que muestra la distribución de las unidades litológicas que conforman al Pórfido Teniente. Plano geológico tomado de Rojas, 2003.

4 Figura 2. Variedades petrográficas del nivel Ten-7 Extracción y Traspaso (2.063 m s.n.m.), con las litologías más relevantes del yacimiento El Teniente y que muestra la distribución de las variedades petrográficas que conforman al Pórfido Dacítico Idiomorfo. Plano geológico tomado de Rojas, 2003.

5 La ZFT, de características distritales, presenta entre varios, dos sistemas estructurales [3, 4] : N60 E y N50 W, los que habrían estado activos antes, durante y después de la formación del yacimiento El Teniente [5]. Estos, evidencian un episodio de deformación de edad estimada entre los 14 ± 0,9 a 2,9 ± 0,3 Ma [3], durante el cual se habrían emplazado las rocas del depósito. De acuerdo a las características petrográficas, distribución espacial y geometría que presentan los Pórfidos Hipidiomorfo e Idiomorfo, se ha interpretado los posibles sistemas estructurales que habrían controlado el emplazamiento de éstos [4]. El emplazamiento del Pórfido Dacítico Hipidiomorfo habría ocurrido a través del sistema estructural NE, durante un régimen distensivo y fuera de los canales de alto cizalle; mientras que el del Pórfido Dacítico Idiomorfo, habría estado controlado por el sistema estructural NW, ubicado dentro de zonas de alto cizalle. Dataciones efectuadas en muestras del Pórfido Dacítico Hipidiomorfo mediante los métodos K- Ar [6] y 40 Ar- 39 Ar [7] en biotita y biotita-sericita respectivamente, definen una edad de alteración y mineralización comprendido entre los 4,6 a 4,8 Ma y edades U-Pb [7, 8] en circón indican que la cristalización de este pórfido ocurrió hace 5,3 Ma. PETROGRAFIA La roca en el Pórfido Dacítico Hipidiomorfo es de color blanco grisáceo, de textura porfídica de grano medio, formada por cristales de plagioclasa subidiomorfos de color blanco lechoso, y en menor proporción ojos de cuarzo y books de biotita. La masa fundamental es afanítica de color gris claro. En el Pórfido dacítico Idiomorfo, la roca es verde grisácea, de textura porfídica con tamaño del grano variable entre el fino y medio, compuesta por cristales de plagioclasa idiomorfos translúcidos de tamaño bimodal, ojos de cuarzo, books de biotita y masa fundamental afanítica de color verde claro. Ambos pórfidos, poseen composición dacítica y tienen un carácter leucocrático. Microscópicamente, la roca en los pórfidos Hipidiomorfo e Idiomorfo, se encuentra constituida por fenocristales de plagioclasa principalmente, cuarzo, biotita (Figura 3 A y C), feldespato potásico pertítico caracteriza a la roca del Pórfido Dacítico Hipidiomorfo y anfíbol a la del Pórfido Dacítico Idiomorfo. La masa fundamental de textura aplítica, está compuesta por cuarzo y cantidades subordinadas de plagioclasa, feldespato potásico pertítico y biotita (Figura 3 B y D). Pórfido Dacítico Hipidiomorfo: Los fenocristales de plagioclasa en el Pórfido Dacítico Hipidiomorfo principalmente son subhedrales y muestran desarrollo de maclado marcado y zonación incipiente, con contenidos de Anortita variable entre An 17 y An 28, cuya zonación composicional es normal e inversa. En la masa fundamental, la plagioclasa se encuentra de manera incipiente en cristales euhedrales de hábito tabular. El cuarzo se encuentra en forma subordina como fenocristales anhedrales u ojos, y es el principal constituyente de la masa fundamental, el cual se presenta en cristales anhedrales los que conforman un mosaico irregular y poco homogéneo. El feldespato potásico, se encuentra como pertita producto del reemplazo parcial o total de los fenocristales de plagioclasa desde el borde hacia el centro. La ocurrencia de este mineral está estrechamente relacionado a la presencia de vetillas y/o microvetillas de cuarzo-feldespato

6 potásico-anhidrita-opacos y guías de feldespato pótasico. En la masa fundamental, se encuentra aisladamente en granos pertíticos. Figura 3. Fotomicrografías de secciones transparentes. A - B: Pórfido Dacítico Hipidiomorfo, C - D: Pórfido Dacítico Idiomorfo. (A y C) Vista general de la textura nicoles cruzados a 2,5x; 5,3 4,2 mm. A: Roca de textura porfídica subidiomorfa, C: Roca de textura idiomorfa bimodal. (B y D) detalle de la masa fundamental; nicoles cruzados a 20x; 7,0 5,5 mm. Pl: plagioclasa; Qz: cuarzo, Bt: biotita; Pt: feldespato potásico pertítico; An: anhidrita. La biotita de color pardo rojizo, se presenta aisladamente en fenocristales euhedrales de hábito hexagonal o tabular y escasos microlitos diseminados en la masa fundamental. En general el borde de los fenocristales se encuentra fuertemente reabsorbido por la reacción con la fase aplítica que constituye la masa fundamental; donde son frecuentes los embahiamientos en el cuarzo y los mantos de reacción alcalina en las plagioclasas. Pórfido Dacítico Idiomorfo: En el Pórfido Dacítico Idiomorfo, la plagioclasa presenta composiciones variables entre An 21 y An 25, cuyos fenocristales, de tamaño bimodal, son esencialmente euhedrales con zonación marcada y maclado difuso. La zonación composicional es normal e inversa. En la masa fundamental se encuentra distribuida en forma aislada en cristales ehuedrales de hábito tabular.

7 Fenocristales de cuarzo y biotita se encuentran con la misma forma, distribución y frecuencia que en la roca del Pórfido Dacítico Hipidiomorfo. De igual manera que en la unidad anterior, el cuarzo es el principal constituyente de la masa fundamental, pero es más fino conformando un mosaico más homogéneo. El anfibol se encuentra en todas las variedades petrográficas del Pórfido Dacítico Idiomorfo y se presenta en escasos fenocristales euhedrales de hornblenda o pseudomorfos de biotita según anfíbol. La reabsorción que presenta el borde de los fenocristales es de carácter leve, y en general éstos presentan contornos bien definidos. En la variedad petrográfica secundaria PDIa, la alteración está determinada fundamentalmente por una fuerte argilización y sericitización de la plagioclasa, cloritización y biotitización pseudomorfa de biotita y anfíbol respectivamente (Figura 4A). La masa fundamental se encuentra totalmente silicificada y sericitizada (Figura 4B). Figura 4. Fotomicrografías de las variedades petrográficas secundarias en el Pórfido Dacítico Idiomorfo: PDIa (A-B) PDIa y PDIb (C-D). A y C: vista general de la textura, nicoles cruzados a 2,5x; 5,3 4,2 mm; B y D: detalle de la masa fundamental, B: nicoles cruzados 40x; 0,34 0,27 mm. D: a 20x; 0,7 0,55 mm. Pl: plagioclasa, Qz: cuarzo, Bt: biotita; Pt: feldespato potásico pertítico Af: anfíbol; An: anhidrita; Op: opaco.

8 La roca en la variedad PDIb es de color pardo oscuro de textura porfídica de grano medio y masa fundamental afanítica de color pardo con biotita finamente diseminada. Microscópicamente en PDIb (Figura 4C), se observan fenocristales euhedrales de plagioclasa, de composición variable entre la Oligoclasa y Andesina (An 21 -An 34 ), con zonación marcada y composicionalmente inversa, cuarzo, biotita y pseudomorfos según anfíbol. La masa fundamental, está compuesta principalmente por plagioclasa (An 20 -An 39 ) y biotita, menores cantidades de cuarzo y granos pertíticos (Figura 4D). GEOQUIMICA La geoquímica que presentan las rocas en los Pórfidos Dacíticos Hipidiomorfo e Idiomorfo es consistente con el patrón de distribución que poseen las rocas félsicas de arco a la latitud de El Teniente ( 34ºS). Composicionalmente, corresponden a la de una dacita, con contenidos de SiO 2 variable entre el 66 y 68% en peso, presentando un carácter subalcalino de afinidad calcoalcalina con contenidos de medio potasio (K 2 O 2,5%), e índices ASI<1, definiendo un carácter metaluminoso por el alto contenido de Na 2 O (>5,5%) y de Al 2 O 3 (>17%), y razones de FeO/MgO variables entre 0,8 y 3. Los patrones de tierras raras, se encuentran fuertemente fraccionados con razones [La/Yb] N >17, y son consistentes con el carácter calcoalcalino que posee la roca en los pórfidos dacíticos Hipidiomorfo e Idiomorfo. Presentan además altos contenidos Sr, bajos en Nb, ausencia de anomalías de Eu y bajas concentraciones de REE pesadas e Y. Lo anterior estaría indicando que el fraccionamiento de la plagioclasa en la fuente no fue importante, mientras que sí lo fue el del granate residual en la fuente. En la variedad petrográfica PDIb identificada en el Pórfido Dacítico Idiomorfo, los elementos mayores y menores marcan patrones de distribución que definen un campo independiente respecto al SiO 2 (entre 65 y 65,5% SiO 2 ), pero muestra el mismo patrón de distribución de REE y y de Multielementos o Spider, presentando un mayor contenido relativo de REE y de elementos compatibles. CONCLUSIONES El Pórfido Teniente, se encuentra compuesto principalmente por dos unidades litológicas, cuyas rocas son composicional y texturalmente similares, y éstas representan dos fases o pulsos de intrusión, emplazados sucesivamente en el tiempo, los que cristalizaron a niveles someros dentro de la corteza, constituyendo a cuerpos hipabisales. Un primer pulso, comprende al emplazamiento del Pórfido Dacítico Hipidiomorfo, el cual se habría emplazado en las rocas del Complejo Intrusivo Máfico El Teniente a través de un sistema estructural secundario de orientación general ENE. La cristalización de este intrusivo habría ocurrido hace 5,3 Ma.

9 Un segundo pulso, se habría emplazado entre las rocas máficas y el límite Norte y Este del Pórfido Dacítico Hipidiomorfo, por medio de un sistema estructural secundario de orientación general WNW, quedando caracterizado por el Pórfido Dacítico Idiomorfo. Las características petrográficas de la roca en el Pórfido Dacítico Hipidiomorfo, sugieren condiciones de mayor equilibrio de cristalización, probablemente más prolongada en el tiempo, que aquellas imperantes en la formación del Pórfido Dacítico Idiomorfo, donde en esta última, las características petrográficas de la roca, indican un enfriamiento más rápido del líquido residual, cristalizando rápidamente la masa fundamental en una mesostasis de grano más fino. La geoquímica sugiere afinidad genética entre el Pórfido Dacítico Hipidiomorfo y el Pórfido Dacítico Idiomorfo. De acuerdo a las características petrográficas macro y microscópico de la roca, composición mineralógica, relaciones de contacto y distribución espacial que presentan las variedades secundarias reconocidas en el Pórfido Dacítico Idiomorfo, se interpreta que PDIa corresponde a una zona con una alteración hidrotermal de carácter fuerte caracterizada por la destrucción parcial o total de los feldespatos y recristalización de la masa fundamental por cuarzo criptocristalino; mientras que PDIb sería el resultado de una serie de reacciones durante la asimilación de xenolitos de rocas máficas por el magma que originó al pórfido Idiomorfo (Ver Rojas, 2003). REFERENCIAS [1] Rojas, A., Petrografía y geoquímica del Pórfido Teniente, ubicado en el sector norte del yacimiento El Teniente. Provincia de Cachapoal, VI Región, Chile. Memoria para optar al título de Geólogo. 133 p. Universidad de Concepción, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Ciencias de la Tierra. Concepción, Chile. [2] Ossandon, G., Petrografía y alteración del pórfido dacítico, yacimiento El Teniente. Memoria para optar al título de Geólogo. 189 p. Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Departamento de Geología. Santiago, Chile. [3] Garrido, I., Riveros, M., Cladouhos, T., Espiñeira, D. & Allmendinger, R., Modelo geológico-estructural, yacimiento El Teniente. Actas del VII Congreso Geológico Chileno, Vol. 2, p , Concepción, Chile. [4] Garrido, Proyecto geodinámico mina El Teniente. Geología estructural del distrito y mina El Teniente y situación geodinámica regional. Informe inédito, 61p. Tomo 1. Superintendencia Geología, División El Teniente, Codelco-Chile. Alto Colón, Chile. [5] Reyes, F., Estudio geológico-estructural del yacimiento El Teniente. Memoria para optar al título de Geólogo. 196 p. Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Departamento de Geología. Santiago, Chile. [6] Cuadra, P., Geocronología K-Ar del yacimiento El Teniente y áreas adyacentes. Revista Geológica de Chile, N 27, p Santiago, Chile. [7] Maksaev, V., Munizaga, F., Mcwilliams, M., Thiele, K., Arevalo, A., Zuñiga, P. & Floody, R., Ar/ 39 Ar geochronology of the El Teniente porphyry copper deposit. III Simposio Sudamericano de Geología Isotópica. Pucón, Chile, Extendend Abstracts. p (CD-ROM). [8] Maksaev. V., Munizaga, F., Mcwilliams, M., Fanning, M., Mathur, R., Ruiz, J. & Thiele, K., El Teniente porphyry copper deposit in the Chilean Andes: new geochronological timeframe and duration of hydrotermal activity Denver Annual Meeting (October 27-30, 2002). Paper N 152-4, 1 p.