EVOLUCIÓN DEL FLUIDO. ALTERACIÓN HIDROTERMAL Y MINERALIZACIÓN EN EL DEPÓSITO DE Au-Cu GOLDEN HILL, LAS TUNAS CUBA

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1 EVOLUCIÓN DEL FLUIDO. ALTERACIÓN HIDROTERMAL Y MINERALIZACIÓN EN EL DEPÓSITO DE Au-Cu GOLDEN HILL, LAS TUNAS CUBA Mercedes Torres La Rosa (1) Roberto Pérez Xavier (2) René Lugo Primelles (3) Bruce E. Taylor (4) 1. Instituto de Geología y Paleontología. Vía Blanca y Línea del Ferrocarril. San Miguel del Padrón. Ciudad de La Habana Cuba. mercy@lacemi.cu 2. Departamento de Metalogenia y Geoquímica IG/Unicamp, Brasil, CP 6152, CEP xavier@ige.unicamp.br 3. Empresa Geominera de Camagüey, Camagüey, Cuba. 4. Geological Survey of Canada, 601 Booth Street, Ottawa, ON KIA OE8, Canada. btaylor@xi.nrcan.gc.ca RESUMEN La mineralización epitermal aurífera en la región Ciego-Camagüey-Las Tunas, permite reanalizar su potencial metalífero y para este fin se ha escogido el depósito Golden Hill, recientemente explorado por la MacDonald Mines Ltd, haciendo énfasis en la caracterización del fluido hidrotermal, mediante el estudio de inclusiones fluidas y análisis de composición de isótopo de d 34 S en pirita. El depósito se encuentra a 8 km al norte-noreste del poblado de Jobabo, caracterizado por brechas y tobas que hospedan cuerpos de sulfuro masivo y semi-masivo. La alteración hidrotermal asociada a estos cuerpos es silícica, argílica y argílica avanzada, asociada con la mineralización aurífera. Los cuerpos de sulfuro contienen en superficie zonas supergénicas enriquecidas en oro. En Golden Hill la alteración argílica avanzada y la mineralización sulfato-ácida fueron contemporáneas, especialmente durante el estadio II de deposición de la mineralización, formándose de soluciones con baja salinidad, a temperaturas de 172 a 330 o C y bajas concentraciones de CO 2. La correlación entre las temperaturas de homogeneización y la salinidad de las inclusiones fluidas refleja la mezcla de agua meteórica y vapor magmático. La coexistencia de inclusiones ricas en fase de vapor y ricas en fase líquida en cuarzo de venas de zonas de brecha y mineralizadas infiere que los fluidos hidrotermales estuvieron en ebullición, aunque los datos microtermométricos no evidencian completamente este fenómeno debido a que las inclusiones no homogeneizaron tanto a vapor como líquido dentro del mismo intervalo de temperatura. Los valores de isótopo de d 34 S de 6.6 a 2.2 en pirita sugieren una fuente magmática para el sulfuro, señalado también por la ocurrencia de minerales que contienen W, Bi y Mo. ABSTRACT The epithermal auriferous mineralization previously described in the region Ciego-Camaguey-Las Tunas, allows to reanalyze their metal-bearing potential. With this purpose the Acid Sulfate Cu-Au Golden Hill Deposit has been chosen, explored recently by MacDonald Mines Ltd, making emphasis on the hydrothermal fluids characterization, by means of the fluids inclusions study and isotope composition analysis d 34 S in pyrite. The Golden Hill Deposit is located 8Km north-northeast of Jobabo town. It is characterized by breccias and tuffs that host massive and semi-massive sulfur bodies. The hydrothermal alteration related to these bodies is silicic, argilic and advanced argilic associated with auriferous mineralization. The sulfide bodies grade toward the surface to supergenic

2 areas enriched in gold. In Golden Hill the advanced argilic alteration and acid-sulfate mineralization were contemporaneous especially during stage II, and formed by low salinity solutions at 172 to 330 o C and low CO 2 concentrations. The correlation homogenization temperatures and fluid inclusion salinity reflect the mixture of meteoric water and magmatic vapor. The coexistence of vapor and liquid rich inclusions in quartz veins of mineralized and brecciated zones, suggests that the hydrothermal fluids were in boiling, although the homogenization data don t show this phenomenon. The values of the d 34 S isotope in pyrite, ranged between 6.7 and 2.2, permit to suggest a magmatic source for the sulfur, that is also indicated by the minerals bearing W, Bi and Mo. INTRODUCCIÓN En este trabajo son presentados y discutidos los primeros datos de inclusiones fluidas y de isótopo de d 34 S, relacionados con la mineralogía y evolución hidrotermal del depósito epitermal sulfato-ácido de Cu-Au Golden Hill, localizado en secuencias del arco volcánico cretácico en la región Ciego-Camagüey-Las Tunas, Cuba central (fig. 1). En la actualidad, los depósitos epitermales se cuentan entre los tipos de depósitos minerales de mayor interés, tanto económico como científico. Esto se debe a que estos yacimientos son portadores principales de oro y plata. En el área del Caribe, norte, centro y sur América, se han descrito numerosos depósitos epitermales entre los que se encuentra Pueblo Viejo, Summitville, Golfield, Julcani, El Indio, etc, con características epitermales similares al depósito Golden Hill.

3 Fig. 1 - Mapa geológico de la región Ciego-Camagüey-Las Tunas, con la localización del depósito de Au-Cu Golden Hill (modificado de Pérez y Sukar, (1997). Un estudio de esta naturaleza contribuye a mejorar el modelo genético de este depósito, lo cual tiene implicaciones en los modelos de exploración que facilita la búsqueda de depósitos similares y, como consecuencia, se aumente el potencial aurífero de Cuba. GEOLOGÍA DEL DEPÓSITO GOLDEN HILL El depósito Golden Hill, consiste de varios cuerpos mineralizados individuales, Little Golden Hill, Big Golden Hill, Three Hills y Castle Rock, ocupa un área alrededor de 7.2 km 2 (fig. 2). Estos están hospedados en la Formación Crucero Contramaestre del Cretácico Superior, con espesor de 2800m, constituida por secuencias de andesitas, basaltos y andesita - basaltos hasta traquiandesitas, traquibasaltos, tobas, areniscas tobáceas, calizas y conglomerados que fueron depositados en un ambiente submarino a subaéreo. Una serie de diques andesíticos a traquiandesíticos cortan todas las unidades de la formación Crucero Contramaestre. La mineralización en Golden Hill está hospedada en brechas andesíticas, basálticas traquiandesíticas, traquiandesito basaltos y tobas que forman parte de una caldera o sistema de cráter (Melling 1998). Los cuerpos de menas son lenticulares con 40 m de espesor, en dirección NNW, N-S y NE.

4 MATERIALES Y MÉTODOS Este estudio es basado sobre 94 muestras colectadas de superficie y de los pozos de perforación GH -16, -64, -135, realizados por MacDonald Mines Ltd durante el periodo Las menas y mineralogía de alteración fueron determinadas por el estudio de 52 láminas delgadas pulidas, apoyado por SEM/EDS. El estudio de inclusiones fluidas fue realizado en 8 muestras usando un Linkham TMSG-600 calibrado con inclusiones fluidas sintéticas de SYNFLINC. Los cambios de fase y temperaturas de homogeneización fueron medidos con una precisión de ± 0.1 o C y ± 5 o C, respectivamente. La fase de vapor en estas inclusiones fue analizada con un Raman JOBIN-YVON modelo T64000 utilizándose una fuente láser de Argón, operando a través de una línea nm con intensidad de 600 mw durante 300 segundos para cada análisis. Las composiciones de isótopo de azufre fueron determinadas en 14 muestras de pirita y los análisis fueron realizados en un laboratorio de isótopos estables de los Servicios Geológicos de Canadá, Ottawa. MINERALOGÍA Y PARAGÉNESIS DE ALTERACIÓN Y MINERALIZACIÓN Los minerales de alteración y mineralización observados en Golden Hill son típicos de conjuntos de alteración argílica avanzada formados en dos estadios. En el estadio I, el conjunto de alteración mineral consiste de cuarzo, sericita, caolinita, dickita, zunyita, diáspora y rutilo. Los minerales de mena formados durante este estadio son pirita diseminada de formas cúbicas, pirita en concreciones (fig. 3A) y framboidal, localmente enargita en cristales idiomórficos con dimensiones de 2 mm. El oro no fue observado con sulfuro de este estadio. La alteración en el estadio I es pervasiva, aunque relictos de fenocristales de la roca volcánica hospedera alterados a sericita y caolinita, son observados (fig. 3B, C). El cuarzo del estadio I forma granos de dimensiones hasta 760 mm entrecrecido con caolinita. La dickita se desenvuelve en finas capas con alunita y otros tipos de alunita como woodhouseita y florencita son encontrados en este estadio. La diáspora se observa en contacto con cuarzo y estos son

5 alterados por pirofilita (fig. 3D). La zunyita forma agregados granulares en las masas de cuarzo. El aspecto más importante de este conjunto de alteración es la clara coexistencia de alunita con pirita, indicando el origen hipogénico de esta alteración. La alteración del estadio II, incluyo cuarzo, natroalunita y pirofilita con los minerales de mena: pirita, enargita, luzonita, estibioluzonita y oro. La pirita en este estadio se desarrolló y recristalizó formando zonas de crecimiento concéntricas en los framboides primarios (fig. 3E) y contiene pequeñas inclusiones de estanita y rutilo. Los espacios entre las masas de pirita están rellenos por woodhouseita, natroalunita y pirofilita. La enargita en el estadio II, también envuelve pirita framboidal y contiene inclusiones de sulfuro. Las masas de pirita-enargita formadas durante este estadio de mineralización constituyen localmente un 50 a 95 % de sulfuro dominado por pirita. Granos libres de oro nativo con dimensiones de 1 a 20 mm son encontrados con pirita de estadio II. Este oro contiene de 15 a 34 % de Ag. Telururos de Fe y Au-Ag son encontrados como inclusiones en enargita y covelita en los bordes de alguna enargita. La enargita también tiene inclusiones microscópicas de luzonita-estibioluzonita, sulfosales de Cu-Bi-Mo, esfalerita, galena y rara calcopirita. Barita, cuarzo, alunita y wolframita rellenan microcavidades en masas de pirita-enargita masiva.

6 INCLUSIONES FLUIDAS El cuarzo y la barita de ambos estadios de mineralización hospedan inclusiones fluidas, la mayoría de las cuales de las cuales son de dimensiones menores de 10 mm. Las inclusiones fueron divididas en 3 tipos. Inclusiones tipo 1, fase liquida, fueron encontradas aisladas o en grupos en cuarzo y barita. Ellas tienen formas irregulares y no están claras a lo algo de planos secundarios. Las inclusiones tipo 2, las cuales consisten de líquido (dominante) y vapor, también están en cuarzo y barita y son menos comunes que las inclusiones del tipo 1. Estas inclusiones son encontradas en forma de cristales negativos aislados, en grupo o a lo largo de cortas líneas, planos o contactos intergranulares (fig. 4A, B). La relación de volumen líquido/ vapor en estas inclusiones es generalmente entre 8:1 y 9:1. Algunas inclusiones tipo 2 en cuarzo de geoda asociada con la mineralización contiene pequeños cristales hijos prismáticos e

7 incoloros que no pudieron ser identificados. Las inclusiones tipo 3, consisten de vapor (dominante y líquido, son redondeadas (fig. 4C) y coexiste con inclusiones tipo 2. Ellas están en cuarzo euhédrico rodeado por cuarzo anhédrico en venas de zonas mineralizadas. Su relación volumen líquido / vapor es generalmente entre 2:1 y 4:1. Las inclusiones fluidas con dimensiones apropiadas para la medición de temperatura fueron encontradas en barita de estadio tardío y en 7 muestras de cuarzo de estadio II. Todas las inclusiones en cuarzo de estadio I fueron pequeñas para medir temperatura (< 5 mm). Pocos pares de temperatura de homogeneización y fusión del hielo fueron obtenidos de las inclusiones en barita porque muchas de ellas perdieron líquido durante el calentamiento. Todas las inclusiones tipo 2 y 3 homogeneizaron a fase líquida. Las inclusiones fluidas en cuarzo asociado con mineralización de sulfuro variaron de 188 a 330 o C con promedio de 241 o C para ambos tipos de inclusiones (fig. 5A). Las temperaturas de fusión del hielo para estas inclusiones variaron de 1.2 a 2.7 o C indicando salinidad de 2 a 4.5 % en peso equiv. NaCl. Las temperaturas de homogeneización para cuarzo en geoda variaron de 172 a 274 o C con promedio de 198 o C (fig. 5B). La temperatura de fusión del hielo en estas fue de 0.3 a 6.1 o C, correspondiendo a una salinidad de 0.5 a 9.3 % en peso equiv. NaCl Las medidas de unas pocas inclusiones hospedadas en barita indicó temperaturas de homogenización de 155 a 247 o C promediando en 209 o C (fig. 5C) y las temperaturas de fusión del hielo de 2.1 a 4.1 o C y tiene salinidad de 3.5 a 6.5 % en peso equiv. NaCl. La espectroscopia Raman obtenida de inclusiones tipo 2, asociada con mineralización de sulfuros y en geodas de estadio II, indicó concentraciones baja de CO 2 menores que 2 mol %. Estas bajas concentraciones fueron corroboradas por la ausencia de clatrato durante el enfriamiento.

8 COMPOSICIÓN DE ISÓTOPOS DE AZUFRE Los valores de d 34 S fueron determinados en pirita de 14 muestras (Tabla 1). Los valores de d 34 S en las piritas tienen intervalo de 6.7 a 2.2. Los intervalos de d 34 S en la mena masiva de 3.3 a 2.2 y en la semi-masiva de 6.7 a 1.7, característico principalmente en el cuerpo mineral Three Hills, donde se desarrolla la pirita en concreciones. Tabla 1- Composición de isótopo de 34 S en pirita. Muestra Localidad Mineral Estadío d 34 S ( ) GH m Big Golden Hill Pirita (recrist.) II GH m Big Golden Hill Pirita (recrist.) II GH m Big Golden Hill Pirita (recrist.) II GH m Three Hills Pirita (Framb.+recrist.) I+II GH m Three Hills Pirita (concrec+dis) I GH m Three Hills Pirita (concrec+dis) I GH m Three Hills Pirita (concrec+dis) I GH m Three Hills Pirita (concrec+dis) I+II GH m Three Hills Pirita (recrist.) II GH m Little Golden Hill Pirita (Framb.+recrist.) I+II 2.2 GH m Little Golden Hill Pirita (Framb.+recrist.) I+II 1.1 GH m Little Golden Hill Pirita (Framb.+recrist.) I+II GH m Little Golden Hill Pirita (Framb.+recrist.) I+II GH m Little Golden Hill Pirita (Framb.+recrist.) I+II 1.6 Abreviaturas: GH pozos de perforación; dis. pirita diseminada; recrist. pirita recristalizada; framb. pirita framboidal; concrec. pirita concreciones. DISCUSIÓN Las condiciones bajo las cuales se formó la mineralización y alteración, pueden ser estimadas con el diagrama fo 2 -ph

9 de la figura 6. Este diagrama fue realizado a partir de compilaciones de trabajos publicados (Heald et al., 1987; Muntean et al., 1990; Hannington et al., 1997), basado en estimaciones del azufre total, potasio y otros aspectos del fluido mineralizante en Golden Hill, el cual, permitió llegar a algunas conclusiones generales en este trabajo. Como se puede ver en la figura 6, el conjunto, caolinita-pirita, encontrado en la mineralización del estadio I, es formado en condiciones reductoras ácidas. En contraste el conjunto alunita-pirofilita-pirita-enargita-luzonita-estibioluzonita, calcopirita, esfalerita, galena y barita, definen condiciones más oxidantes y ácidas. Las observaciones realizadas en este estudio indican que la alteración argílica avanzada y mineralización sulfato ácida fueron contemporáneas para Golden Hill, especialmente durante el estadio II, formados a partir de soluciones con baja salinidad (2-5%), temperaturas entre 172 y 330 o C y bajas concentraciones de CO 2. La correlación entre temperaturas de homogeneización y salinidad de estas inclusiones (fig 7), puede reflejar mezcla de agua meteórica y vapor magmático. La coexistencia de inclusiones tipo 2 y 3 en cuarzo de venas de zonas brechadas y mineralizadas, sugiere que los fluidos hidrotermales estuvieron en ebullición, aunque los datos de homogeneización no evidencian este fenómeno completamente porque las inclusiones no homogenizaron tanto a vapor como líquido dentro del mismo intervalo de temperatura.

10 Los valores de d 34 S en pirita se encuentran entre 6.7 a 2.2 sugiriendo una fuente magmática para el sulfuro. También indicado por ocurrencia de minerales que contienen W, Bi y Mo. La presencia de texturas framboidales y de concreciones sugiere una actividad bacteriogénica local en el área del depósito. CONCLUSIONES En este trabajo se demuestra que el depósito epitermal de Au-Cu Golden Hill, se originó bajo condiciones típicas de mineralización sulfato-ácida. La alteración argílica avanzada con cuarzo, caolinita, zunyita, alunita y pirofilita se extiende a cientos de metros de profundidad e indica un origen hipogénico. Esta alteración y mineralización sulfato ácida fueron contemporáneas especialmente durante el estadio II, formadas de soluciones con baja salinidad (2-5 % en peso equiv. NaCl), temperaturas de 172 a 330 o C y bajas concentraciones de CO 2. La coexistencia de inclusiones ricas en fase de vapor y líquido en cuarzo de venas de zonas brechadas y mineralizadas, sugiere que los fluidos hidrotermales estuvieron en ebullición aunque no hay evidencia de este fenómeno por los datos de homogenización. El oro fue transportado posiblemente como un complejo de Au-S, promovido por un incremento de fo 2 resultado de la interacción de una fase volátil magmática conteniendo CO 2 y H 2 S con agua meteórica. La presencia de CO 2 en inclusiones fluidas, los valores de d 34 S cercanos de cero y minerales con contenidos de W, Bi y Mo, atestiguan una posible contribución magmática para el sulfuro y bacteriogénico local por la presencia de las texturas de framboides. La secuencia de piroclastitas subalcalinas (traquiandesíticas) encajantes de la mineralización, pertenecientes a la formación Crucero Contramaestre, de posible origen submarino en este entorno, estuvieron expuestas a las condiciones subaéreas en el tiempo de deposición de la mineralización con las alteraciones en condiciones sulfato ácidas. BIBLIOGRAFÍA

11 Capote, C Análise do controle estrutural metalogênico em Cuba Centro-Oriental, com base em dados integrados p. Tesis (doctor )-Instituto de Geociências, Universidade de São Paulo, Hannintong, M. D, et al Volcanogenic gold and epithermal-style mineralization in the VMS enviroment. -- En: Barrie, C.T., ed. Volcanic-associated massive sulfide deposits: processes and examples in modern and ancient settings / C. T. Barrie, M. D. Hannington, ed.-- Ottawa : Carleton University, (Short Course). -- p Heald, P., N. K. Foley, D. O. Hayba Comparative anatomy of volcanic-hosted epithermal deposits: acid-sulfate and adularia-sericite types. Economic Geology 82 (1) : 1-26; Melling, D.R Qualifying report on the Florencia-Jobabo concession and the Florencia sector Camagüey and Las Tunas provinces, Republic of Cuba [on line]. MacDonald Mines Exploration Ltd. Disponible en Intenet: http// Muntean, J.L., et al Evolution of the Monte Negro acid sulfate Au-Ag deposit, Pueblo Viejo, Dominican Republic: important factors in grade development. Economic Geology 85 : ; Pérez, M., Sukar, K Granitoides del arco volcánico cretácico de la región central de Cuba (antigua provincia de Camagüey). -- En: Furrazola G., comp. Estudios sobre Geología de Cuba / G. Furrazola, K. Núñez, comp ed. -- La Habana : Centro Nacional de Información Geológica, p