Principales Características Geoquímicas en los Sedimentos de la Hoja Pisagua, Regiones de Tarapacá y de Arica y Parinacota, Chile.

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1 SOCIEDAD GEOLOGICA DE CHILE la serena octubre 2015 Fundada en Principales Características Geoquímicas en los Sedimentos de la Hoja Pisagua, Regiones de Tarapacá y de Arica y Parinacota, Chile. Felipe Astudillo*,Juan Lacassie R., Leonardo Baeza B., Jaime Barrera S., Felipe Carrasco R., Paula Castillo G., Francisca Espinoza H., Maira Figueroa V., Carolina Miralles G., Nicole Muñoz V., Catalina Ramírez M., Paula Salinas V. Servicio Nacional de Geología y Minería, Avenida Santa María #0104, Providencia - Santiago, Chile. * felipe.astudillo@sernageomin.cl Resumen. En este trabajo se presentan algunos de los principales resultados obtenidos del la Geoquímica de Sedimentos de la Hoja Pisagua. Este trabajo permiten definir valores de línea de base para estudios medio-ambientales, como también identificar zonas prospectivas caracterizadas por anomalías geoquímicas multi-elemento. Entre las características geoquímicas principales en la zona, se destacan: 1) un patrón regional en la cordillera de la Costa, con altos valores de S Total, Na 2O, CaO, Sr y Se, asociados al ingreso del aerosol marino; 2) un patrón regional en la depresión Central, caracterizado por altos valores de SiO 2, Al 2O 3, K 2O, Rb, Ba, As, Cs y Sb, asociados al transporte de detritos desde la precordillera y cordillera de los Andes; 3) un primer patrón regional de la cordillera de los Andes, caracterizado por los altos valores de Fe 2O 3, MnO, TiO 2, Cr 2O 3, Ni, V, Co, Ga y Sc, asociados a la presencia de detritos provenientes desde fuentes de rocas máficas, comunes en la cordillera de los Andes; y 4) un segundo patrón regional de la cordillera de los Andes, caracterizado por altos valores de Ag, Pb, Zn, Hg y Sn, asociados a la presencia de detritos derivados de zonas mineralizadas o alteradas. Palabras Claves: Geoquímica, Pisagua, Sedimentos, Fluvial, Anomalía, Redes Neuronales, Pampa del Tamarugal, Arsénico. 1 Introducción En las últimas décadas, ha ocurrido un importante incremento en la producción de mapas geoquímicos (e.g. Friske and Hornbrook, 1991; Darnley et al., 1995; Gustavsson et al., 2001; Johnson et al., 2005; Salminen et al., 2005; De Vos et al., 2006; Lacassie, 2008). Estos mapas, han generado líneas de base para estudios medio-ambientales y han promovido la prospección minera mediante la identificación amplias zonas anómalas. Siguiendo esta tendencia de carácter global, el Servicio Nacional de Geología y Minería (SERNAGEOMIN) incorporó en su Plan Nacional de Geología, la realización de un Programa de Cartografía Geoquímica a nivel nacional, a través de la producción de cartas geoquímicas a escala 1: En este trabajo se presentan los resultados más destacables observados en la "Geoquímica de Sedimentos de la Hoja Pisagua" (Astudillo et al., 2014), el cual, constituye el segundo mapa de la Serie Geoquímica de la Carta Geológica de Chile. Este estudio, sigue la línea de investigación y metodologías aplicadas en la hoja geoquímica ya publicada: Geoquímica de Sedimentos de la Hoja Iquique (Lacassie et al., 2012). 1.1 Ubicación La zona de estudio, se ubica entre los 19o00 y los 20o00 de latitud sur y desde los 69o00 de longitud oeste hasta el Océano Pacífico, abarcando un área aproximada de km Antecedentes regionales A grandes rasgos, en la zona se reconocen seis unidades geomorfológicas (Borgel,1983), distribuidas en franjas norte-sur, las que tienen una fuerte correlación con las unidades geológicas presentes. De oeste a este se tiene: Planicies costeras, cordillera de la Costa, Pampa del Tamarugal, pediplanos, precordillera y cordillera de los Andes. Las planicies costeras y cordillera de la Costa, están constituidas principalmente por intercalaciones volcanosedimentarias jurásicas (lavas, areniscas, calizas marinas, lutitas y conglomerados continentales), a excepción del sector de Pisagua, donde afloran granodioritas cretácicas (Ordoñez y Rivera, 2004). La Pampa del Tamarugal y pediplanos, están constituidos principalmente por secuencias sedimentarias continentales cuaternarias, depósitos evaporíticos y depósitos no consolidados de tipo fluvio-aluvial (Ordoñez y Rivera, 2004). En la precordillera y cordillera de los Andes, existen algunos afloramientos intrusivos cretácicos y eocenos, que 272

2 AT 4 Impacto de las GeocIencIas en la sociedad subyacen complejos volcánicos miocenos, conformados por lavas, domos y depósitos piroclásticos (Ordoñez y Rivera, 2004). En cuanto a las características climáticas presentes, se distinguen cuatro climas que van gradando de oeste a este (Dirección Meteorológica de Chile), asociados a la geomorfología y el nivel de precipitaciones: desérticocostero con nublados abundantes, desértico normal, desértico marginal de altura y estepa de altura. La variedad de climas que ocurre en la Región de Tarapacá condiciona el desarrollo hídrico de su territorio. En el sector altiplánico, se generan las precipitaciones, luego éstas, forman ríos que escurren tanto hacia la costa pacífica, como hacia el territorio boliviano, generando cursos arreicos, endorreicos y exorreicos. En base a las características y distribución de los yacimientos presentes, han sido reconocidas tres provincias metalogénicas que coinciden con las unidades geomorfológicas mayores (Ordoñez y Rivera, 2004). 2 Metodología 2.1 Recolección, preparación de muestras y análisis químico Las muestras fueron recolectadas, siguiendo una grilla regular (ajustada a la red de drenaje en el entorno del punto de muestreo), con una densidad de 1 muestra cada 20 km 2 en toda la Hoja, a excepción de los alrededores de Pisagua donde se cuenta con una densidad de 1 muestra cada 4 km Procesamiento de datos Los datos fueron procesados de tal forma que permitieran identificar tanto patrones geoquímicos multi- elemento de escala regional como anomalías geoquímicas más acotadas. Para revelar la existencia de patrones geoquímicos regionales, se realizó un análisis estadístico utilizando redes neuronales artificiales (RNA) del tipo Growing Cell Structures (GCS; Fritzke, 1994; Lacassie et al., 2004). Para revelar la existencia de anomalías geoquímicas acotadas, se proyectaron sobre el mapa las concentraciones de cada elemento y se realizaron mapas de interpolación con el método geoestadístico de Kriging. 3 Resultados y Discusiones 3.1 Redes neuronales El método de redes neuronales artificiales, dio como resultado una red neuronal compuesta por 6 nodos. Donde cada nodo agrupa muestras que presentan características químicas similares. La proyección de los distintos nodos sobre el mapa base, revela la existencia de una diferenciación geoquímica a escala regional (Figura 1). Cada muestra corresponde a un compósito de submuestras (2 a 4 kg en total). Las muestras fueron recolectadas desde cauces fluviales activos, cauces fluviales recientemente activos y pampas. Las muestras se tomaron a una profundidad máxima de 15 cm utilizando una pala de PVC. En el laboratorio del Servicio Nacional de Geología y Minería (Sernageomin), las muestras fueron secadas (a 27 o C), tamizadas (malla # 80) y pulverizadas con un molino de ágata. 273 Las muestras preparadas fueron enviadas a AcmeLabs, donde mediante espectrometría de masa (ICP-MS) y de emisión (ICP-ES), se determinó la abundancia de óxidos principales y de elementos traza, respectivamente (AcmeLabs, 2012). Obteniéndose las concentraciones de 59 elementos y compuestos: SiO 2, Al 2O 3, Fe 2O 3, CaO, MgO, Na 2 O, K 2 O, S Total, MnO, TiO 2, C Total, P 2 O 5 y Cr 2 O 3, Au, Ag, As, Ba, Be, Bi, Cd, Co, Cs, Cu, Ga, Hf, Hg, Mo, Nb, Ni, Pb, Rb, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, Ta, Th, Tl, U, V, W, Y, Zn, Zr, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb y Lu. Figura 1. Distribución de las muestras asociadas a los distintos nodos y sus elementos característicos. Nodo 2: para este nodo, se sugiere que el principal factor que controla su ocurrencia y distribución, no sería la

3 ST 12 CONTAMINACIÓN DE SUELOS, AGUAS, SEDIMENTOS, ATMÓSFERA Y BIOSFERA litología del basamento rocoso, sino la común existencia de costras salinas, y la fuerte penetración del aerosol marino (o camanchaca), la cual se estima que alcanza unos 30 a 50 km tierra adentro a partir del límite costero. Nodo 4: se correlaciona con zonas mineralizadas con presencia de Au y Cu, a lo largo de la cordillera de la Costa. Nodo 3 y 6: se sugiere que estos sedimentos provienen, de fuentes de composición máfica de la precordillera y de la cordillera de los Andes. Adicionalmente, su patrón geoquímico, sugiere la proveniencia desde zonas mineralizadas o alteradas. Nodo 1: se sugiere que esta dispersión, se debe al transporte de detritos desde la precordillera y cordillera de los Andes, hacia la depresión Central (a través de sistemas de drenaje endorreico) y cordillera de la Costa (a través del sistema de drenajes exorreicos). Nodo 5: es similar al nodo 1, se diferencia principalmente de éste, por presentar concentraciones más altas, sin llegar a ser significativas, en elementos como el Fe 2 O 3, MgO, V y Co. Esto sugiere que, corresponden a detritos, derivados de los complejos volcánicos de composiciones andesíticas, presentes en la precordillera. 3.2 Mapas de interpolación Mediante el análisis de los mapas de interpolación, se pudieron identificar marcadas anomalías positivas en elementos metálicos de interés económico, estas anomalías tienen una significativa correlación con las franjas metalogénicas de la cordillera de la Costa, de la depresión Central y de la precordillera y cordillera de laos Andes: En la cordillera de la Costa, se destacan las concentraciones altas de Cu, Au, Ag, Pb y Zn, asociadas a la franja metalogénica del Jurásico-Cretácico Inferior, donde la mayoría de los depósitos, corresponden a vetas cupríferas y auríferas y, en menor medida, argentíferas con contenidos menores de plomo y cinc (Ordoñez y Rivera, 2004, Figura 2). Figura 2. Mapa de interpolación del cobre (Cu). En la depresión Central, las ocurrencias de metales base y preciosos se observan aisladamente hacia el este de la cordillera de la Costa, dentro de la quebrada de Camarones (Cu), y en la depresión Central, particularmente en: Pampa Chiza (Au y Se); Pampa Tana (Pb, Zn, Hg, Cu y Bi); en el límite este de la depresión Central (Fe 2 O 3, MnO, TiO 2, V, Cr 2 O 3, Ni, Co, Zn, Sc, Sn, Zr, Hf, Nb, Th y tierras raras); en el SW de la Pampa del Tamarugal (As, Cs, Sb, Hg, W, K 2 O, Rb, Tl y Au); y en los cauces terminales de las quebradas de Aroma, Guasquiña, Seca y Tarapacá (Hg, Ag, W, Sb, Tl, Au y Bi). Existen cuatro quebradas principales, con un régimen fluvial activo durante todo el año, que atraviesan transversalmente la depresión Central. De norte a sur, corresponden a las quebradas de Camarones, Camiña, Aroma y Tarapacá. Estas quebradas se caracterizan por presentar marcadas anomalías positivas en As, Cs y Sb. La quebrada de Tarapacá, se caracterizan por presentar, en su curso superior importantes zonas con altas concentraciones de tierras raras y elementos metálicos como Ag, Cu, Pb, Sn y Zn (Figura 3). 274

4 AT 4 Impacto de las GeocIencIas en la sociedad Figura 3. Mapa de interpolación del arsénico (As). En la precordillera y cordillera de las Andes, se observan anomalías de Fe 2 O 3, Ag, Pb, Zn, Hg, As, Sn, MnO, TiO 2, Cr 2 O 3, Ni, V, Co, Ga, Sc, Sn, Zr, Nb y Ta, emplazadas en zonas de alteración, asociadas a complejos volcánicos (Figura 4). volcánicas de composición andesítica, de común distribución en la cordillera de los Andes. En el SE de la Hoja, se presentan altos valores de Ag, Pb, Zn, Hg y Sn los cuales se correlacionan con zonas mineralizadas o alteradas, asociadas a cuerpos intrusivos que contienen depósitos del tipo pórfido cuprífero, vetiforme y de relleno de fracturas. Agradecimientos Se agradece a los funcionarios de Subdirección Nacional de Geología del SERNAGEOMIN que hicieron posible la realización de este proyecto, al personal de las Oficinas Regionales de Iquique y Arica por su importante apoyo logístico, a los funcionarios del Laboratorio de SERNAGEOMIN por su invaluable dedicación en la preparación de las muestras y al comité editor, por sus significativos aportes y sugerencias. Referencias 275 Figura 4. Mapa de interpolación del hierro (Fe 2 O 3 ). 4 Conclusiones Tanto los patrones geoquímicos generales, como las anomalías puntuales detectadas en la Hoja, obedecen principalmente a factores naturales: La cordillera de la Costa, se caracteriza por presentar altos valores de S Total, Na 2 O, Ca, Sr y Se. Estos valores, son el reflejo de la abundancia de costras salinas, cuyo desarrollo estaría fuertemente influenciado por la camanchaca. La principales anomalías metálicas son de Cu y Au, las cuales tienen una fuerte coincidencia con cuerpos intrusivos. La depresión Central, se caracteriza por presentar altos valores de SiO 2, Al 2 O 3, K 2 O, Rb, Ba, As, Cs y Sb. Estas concentraciones indican que existe un transporte de detritos, ricos en estos elementos, desde la precordillera y cordillera de los Andes, hasta la depresión Central. En particular, el transporte de detritos ricos en As, Cs y Sb, ocurriría principalmente a través de las quebradas Aroma, Camarones y Camiña, desde zonas mineralizadas o alteradas, ubicadas en las cabeceras de estos drenajes. La ocurrencia de anomalías de Au, Pb, Hg, Zn, Bi y Cu en las pampas, refleja un proceso de concentración de las fases minerales más densas como consecuencia del accionar erosivo del viento. La cordillera de los Andes, se caracterizada por presentar altos valores de Fe 2 O 3, MnO, TiO 2, Cr 2 O 3, Ni, V, Co, Ga y Sc. Este patrón refleja la presencia de detritos derivados de fuentes de máficas, las que se asocian a rocas AcmeLabs, Price Brochure. On line Pdf: acmelab.com/pdfs/ Acme_Price _Brochure.pdf Astudillo, F.; Lacassie, J.P.; Baeza, L.; Barrera, J.; Carrasco, F.; Castillo, P.; Espinoza, F.; Figueroa, M.; Miralles, C.; Muñoz, N.; Ramírez, C.; Salinas, P., Geoquímica de sedimentos de la Hoja Pisagua, Regiones de Tarapacá y de Arica y Parinacota. Servicio Nacional de Geología y Minería, Carta Geológica de Chile, Serie Geoquímica No. 2: 1 Texto, 1 Mapa Interactivo para 59 elementos y compuestos químicos escala 1: y 2 anexos (1 DVD versión 1.0, 2014). Santiago. Borgel, R., Geografía de Chile, Geomorfología. Instituto Geográfico Militar (IGM). Darnley, A.G., Bjorklund, A., Bolviken, Bolviken, B., Gustavsson, N., Koval, P.V., Plant, J.A., A., Steenfelt, A., Tauchid, M., Xuejing, X., A global geochemical database for environmental and resource management. 19, UNESCO publishing, Paris. De Vos, W., Tarvainen, T., Salminen, R., Reeder, S., De Vivo, B., Demetriades, A., Pirc, S., Batista, M.J., Marsina, K., Ottesen, R.T., O Connor, P.J., Bidovec, M., Lima, A., Siewers, U., Smith, B., Taylor, H., Shaw, R., Salpeteur, I., Gregorauskiene, V., Halamic, J., Slaninka, I., Lax, K., Gravesen, P., Birke, M., Breward, N., Ander, E.L., Jordan, G., Duris, M., Klein, P., Locutura, J., Bel-lan, A., Pasieczna, A., Lis, J., Mazreku, A., Gilucis, A., Heitzmann, P., Klaver, G. & Petersell, V., Geochemical Atlas of Europe. Part 2 - Interpretation of Geochemical Maps, Additional Tables, Figures, Maps, and Related Publications. Geological Survey of Finland, Espoo: 692 pp. Dirección Meteorológica de Chile. URL: Friske and Hornbrook, Canada s National Geochemical Reconnaissance program. Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy, Section B, Volume 100: Fritzke, B Growing cell structures-a self-organizing

5 ST 12 CONTAMINACIÓN DE SUELOS, AGUAS, SEDIMENTOS, ATMÓSFERA Y BIOSFERA network for unsupervised and supervised learning. Neural Networks; 7: Gustavsson, N., Bølviken, B., Smith, D. B., and Severson, R. C., Geochemical landscapes of the conterminous United States. New map presentations for 22 elements: U.S. Geological Survey Professional Paper 1648: 38 p. Johnson, C.C., Breward, N., Ander, E.L., Ault, L., G- BASE: baseline geochemical mapping of Great Britain and Northern Ireland. Geochemistry: exploration, environment, analysis 5 (4): Lacassie, J.P., Roser, B., Ruiz, J., Hervé, F Discovering geochemical patterns using self-organizing neural networks: a new perspective for sedimentary provenance analysis. Sedimentary Geology 165: Lacassie, J.P., Estudio mineralógico y geoquímico del sistema fluvial del río Rapel, VI Región, Chile. Servicio Nacional de Geología y Minería, Informe Registrado IR : 66 p. Lacassie, J. P.; Astudillo, F.; Baeza, L.; Castillo, P.; Figueroa, M.; Muñoz, N.; Ramírez, C Geoquímica de sedimentos de la Hoja Iquique, Región de Tarapacá. Servicio Nacional de Geología y Minería, Carta Geológica de Chile, Serie Geoquímica 1, 1 DVD versión 1.0, que contiene 1 mapa interactivo para 59 elementos químicos escala 1: , 1 texto (41 p.) y 2 anexos. Ordóñez, A., Rivera, G., Mapa metalogénico de la I Región de Tarapacá, Escala 1: (Inédito). Geodatos: 2 volumenes, 5 mapas plegables, 1 CD. Salminen, R., Batista, M.J., Bidovec, M., Demetriades, A., De Vivo, B., De Vos, W., Duris, M., Gilucis, A., Gregorauskiene, V., Halamic, J., Heitzmann, P., Lima, A., Jordan, G., Klaver, G., Klein, P., Lis, J., Locutura, J., Marsina, K., Mazreku, A., O Connor, P.J., Olsson, S.Å., Ottesen, R.T., Petersell, V., Plant, J.A., Reeder, S., Salpeteur, I., Sandström, H., Siewers, U., Steenfelt, A. & Tarvainen, T., FOREGS Geochemical Atlas of Europe, Part 1: Background Information, Methodology and Maps. Geological Survey of Finland, Espoo: 526 p. 276