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 LA CHIMENEA BRADEN: NUEVOS ANTECEDENTES GEOLÓGICOS Y GEOCRONOLÓGICOS VEGA, E. 1 y MAKSAEV V. 1 1 Departamento de Geología, Universidad de Chile, Casilla 13518, Correo 21, Santiago, Chile. elvega@cec.uchile.cl y vmaksaev@cec.uchile.cl INTRODUCCION. La Chimenea Braden (Cuadra, 1986) constituye una unidad distintiva del megadepósito de Cu- Mo El Teniente (>75 Mt de Cu fino y >1.4 Mt Mo, Skewes et al., 2002), el cual se ubica en el flanco occidental de la Cordillera de Los Andes de Chile central, 44 Km. al NE de la ciudad de Rancagua. La Chimenea Braden (Cuadra, 1986) corresponde a un complejo de brechas ubicado en la porción central del yacimiento, el cual tiene forma de un cono invertido y un diámetro de 1200 m en superficie (3140 m s.n.m.), que disminuye a 700 m a una profundidad cercana a los 1900 m s.n.m., y que posee una extensión vertical de aproximadamente 2000 m reconocidos por sondajes y algunas labores subterráneas. La enorme chimenea de brecha es asimétrica, con el flanco oriental subvertical, mientras los otros flancos buzan de 60º a 70º hacia el interior. La Chimenea Braden fue reconocida tempranamente por Lindgren y Bastin (1922) quienes la denominaron Conducto de Emisión Explosivo Braden ( Braden Explosive Vent ) y la interpretaron como un cráter originado en un volcanismo explosivo. Estos autores también fueron los primeros en describir la ocurrencia de una estratificación en algunos niveles superiores de la chimenea. Posteriormente Howell y Molloy (1964) se refirieron a la Chimenea Braden ( Braden Pipe ) con este nombre y denominaron Formación Braden al material fragmental que rellena la chimenea, considerando que no había evidencias suficientes para afirmar que fuera un conducto de emisión de material volcánico y atribuyen su formación a un cataclismo estructural de naturaleza oscura. Sin embargo, Camus (1975) señaló que características tales como la presencia de obsidiana, material tobáceo y estratificación de las fracciones finas dentro de la chimenea indican que su origen volcánico debe ser considerado seriamente. Sillitoe (1985) describe a la Chimenea Braden como una diatrema de origen freatomagmático post-mineral, la que presenta estratificación de origen incierto pero atribuible a surtidores de base ( base surge ). Cuadra (1986) se refiere a esta mega estructura como Chimenea Braden, diferenciando dos unidades, una que se encuentra en la periferia como un anillo de brechas de turmalina, a las que se refiere como Brecha Marginal y una unidad ubicada dentro del conducto compuesta por subunidades menores, a las que denomina Brecha Braden, planteando que las relaciones de temporalidad entre la Brecha Marginal y la Brecha Braden es complejo y que no había sido estudiado con el detalle suficiente. Skewes et al. (2002) consideraron a la Chimenea Braden como una brecha magmática-hidrotermal, dentro de las muchas existentes en El Teniente. Todas las contribuciones fueron proporcionados directamente por los autores y su contenido es de su exclusiva responsabilidad.
GEOLOGIA DE LA CHIMENEA BRADEN. La Chimenea Braden esta compuesta por ocho unidades mayores, las cuales son claramente diferenciables entre sí por su aspecto general (fábrica) y/o por la composición del cemento, que en la mayoría de los casos se trata de una alteración hidrotermal sobreimpuesta. Estas unidades de roca fragmentada son llamadas brecha Braden de cuarzo-sericita-clorita, brecha Braden turmalina-sericita fina, brecha Braden turmalinizada, brecha marginal, brecha Braden cloritasericita, brecha hidrotermal de turmalina, brecha hidrotermal de sulfuros y diques de guijarro; la distribución de estas unidades en un nivel de la mina es posible observarla en la figura N 1. En la mina El Teniente existen algunas subdivisiones más para las unidades, relacionadas principalmente con el aspecto geotécnico de la Chimenea Braden. La unidad que presenta mayor desarrollo volumétrico en todos los niveles de la mina (figura N 1), con aproximadamente un 68 % del volumen de roca, es la brecha Braden de cuarzo-sericitaclorita. En general, presenta una fábrica matriz soportada con un color gris claro a gris verdoso, cantidades de fragmentos redondeados a subredondeados que varían entre un 30% y un 65%, polimíctica con litología predominante de fragmentos de rocas de las variedades litológicas observadas en el yacimiento y cantidades menores de fragmentos de brechas y cristales de plagioclasas y cuarzo de posible origen primario. El cemento esta compuesto por un agregado microcristalino de minerales de alteración, entre los que se cuenta el cuarzo, ilita, clorita entre otros. Esta unidad esta en contacto con todas las otras unidades, siendo éste tajante, notándose que en el contacto con la brecha marginal, una unidad corta a otra en forma indistinta. En ocasiones es posible observar estratificación o bandas de fragmentos orientados y/o seleccionados, presentando una manteo con tendencia hacia el centro de la Chimenea Braden, que es posible de observar en forma discontinúa desde superficie hasta aproximadamente los 1100 m de profundidad. Esta unidad también presenta bloques y mega bloques porfídicos, de composición dacítica, con un volumen cercano al 4,3 % de la roca perteneciente a la Chimenea Braden. El volumen de las otras unidades es bastante menor aunque es posible destacar en su conjunto las unidades con turmalina férrica, que representan el 19,3 % de las brechas que conforman la Chimenea Braden, encontrándose en todos los niveles de la mina, las cuales son tres: brecha Braden turmalinizada, brecha marginal y brecha hidrotermal de turmalina. Estas unidades se caracterizan por tener turmalina férrica (chorlo) como componente mayoritario del cemento, lo que genera un característico contraste entre el color blanquecino de los fragmentos y el color principalmente negro del cemento; sin embargo, sus fábricas permiten hacer una clara diferencias entre ellas. La brecha Braden turmalinizada es una brecha matriz soportada con características muy similares a la brecha Braden cuarzo-sericita-clorita, presentando un contacto gradual con las otras unidades. La brecha marginal se ubica preferentemente en el borde de la Chimenea Braden, presenta una fábrica clasto soportada y en ocasiones craquelada o con textura de mosaico, siendo los fragmentos angulosos y su composición corresponde a la roca de caja adyacente; el contacto con las otras unidades es tajante o gradual. La brecha hidrotermal de turmalina se presenta como cuerpos de tamaños y formas diversas, variando entre matriz y clasto soportada, con fragmentos redondeados de texturas porfídicas. Se observa principalmente en contacto tajante con la brecha Braden de cuarzo-sericita-clorita.
Figura N 1: Distribución horizontal de las unidades de brecha pertenecientes a la Chimenea Braden. Teniente 4 (2346 m s. n. m.)
La brecha Braden de turmalina-sericita fina presenta un muy escaso desarrollo volumétrico, que es del orden del 2,5 % (ver figura N 1), formando cuerpos irregulares que cortan a la brecha Braden de cuarzo-sericita-clorita y se caracteriza por tener una abundante masa fundamental (cercana al 90%), con fragmentos subredondeados a subangulosos, polimícticos; el cemento es un agregado microcristalino compuesto por ferrodravita e illita principalmente. La brecha Braden de clorita-sericita presenta un volumen cercano al 1,8% de la Chimenea Braden, con un color verde variando entre matriz y clasto soportada. Se ubica en forma discontinua en el borde más externo de la Chimenea Braden; el contacto con la roca de caja es siempre tajante y con las unidades de la Chimenea Braden es principalmente gradual. El cemento esta compuesto por clinocloro, sericita, sulfuros de cobre y mineralogía de ganga. Las brechas hidrotermales de sulfuros se trata de un grupo de brechas de origen hidrotermal, que cortan a la roca de caja (otras unidades de roca fragmentadas) y se ubican en distintas partes de la Chimenea Braden, con un volumen del 2,3%, y tamaños muy variables. Sus fábricas varían entre matriz y clasto soportada, con alteración intensa de los fragmentos. El cemento está compuesto por sulfuros y sulfosales de Cu principalmente, además de mineralogía de ganga. Los Diques de Guijarros son en general clasto soportadas, con fragmentos muy redondeados que en promedio representan el 80% de la roca, polimicticos. El cemento está compuesto principalmente por sericita. Se ubican solo en algunos niveles de la mina (Floody, 2000), con aproximadamente un 1,8% del volumen de la Chimenea Braden. Las diferentes unidades de brechas presentan en general una moderada a intensa alteración cuarzo-sericitica, siendo más intensa la alteración en las brechas de turmalina, brechas hidrotermales de sulfuros y en el agregado más fino de las brechas. Además existe una moderada argilización en las brechas de sulfuros y sus inmediaciones; este tipo de alteración también es posible observarla en los bloques y mega-bloques de composición dacítica existentes en la Chimenea Braden (Floody, 2000). La Chimenea Braden no presenta estructuras importantes en su interior, encontrando principalmente vetillas de minerales de mena y ganga; sin embargo, existen estructuras en la periferia, que son relevantes y están dispuestas alrededor de la Chimenea en forma concéntrica, de las cuales destacan los diques de guijarros, vetillas y fallas (Reyes,1979). DATACIONES 39 Ar/ 40 Ar. Se han realizado dataciones 39 Ar/ 40 Ar en cuatro unidades de roca fragmentada de la Chimenea Braden, siendo la sericita el mineral datado, en un concentrado de roca total sericitizada. Las unidades datadas son brecha Braden de cuarzo-sericita-clorita, brecha Braden turmalinizada, brecha Braden turmalina y una brecha hidrotermal de sulfuros. Las dataciones obtenidas oscilan entre 4,49 y 4,81 Ma. Estos resultados representarían la edad de la alteración hidrotermal que afectó a esta estructura brechosa.
CONCLUSIONES Y DISCUSIONES. La Chimenea Braden es un conducto con forma de cono invertido, posiblemente originado en una explosión volcánica, el cual presenta en su interior una variedad de cuerpos de brechas menores de diversas características, que en conjunto representan por lo menos seis eventos distintos de brechización, debido a que dos de las unidades descritas podrían interpretarse como una fase distinta de alteración de otras unidades; más de algún evento brechizador podrían haber actuado en forma simultánea, teniéndose al menos tres eventos distintos en el tiempo: formación del conducto principal y fragmentación inicial de la roca existente, formación y emplazamiento de las brechas de turmalina férrica y brechas hidrotermales de sulfuros y finalmente el emplazamiento de los diques de guijarros. Si bien, el conducto principal y la fragmentación mayor de las rocas que forman esta megaestructura pudieron ser generadas por una explosión de tipo volcánica (explosión freatomagmática según Sillitoe, 1985), la posterior formación de las otras unidades fragmentadas, como las brechas de turmalina férrica y brechas hidrotermales de sulfuros, parecen ser originadas por procesos de fluidización (McCallum, 1985) tanto por gases como por líquidos hidrotermales. Las características observadas en las rocas no permitieron encontrar evidencias concluyentes que pudieran demostrar un origen volcánico explosivo para el conducto, debido a la intensa alteración que afecta a la roca y en particular al agregado más fino de ésta, sin embargo, el gran tamaño de la Chimenea Braden, con un volumen de roca desplazada (más de 4770000 m 3 de roca), abundante matriz que soporta fragmentos redondeados por atricción y de variada composición, sin aún encontrase en forma manifiesta la base de esta estructura, además de ciertas características como la presencia de grandes bloques de roca, cristales de cuarzo de origen volcánico en la brecha Braden de cuarzo-sericita-clorita y brecha Braden de turmalina-sericita fina, hacen difícil creer un origen más pasivo para esta megaestructura. La presencia de material volcánico, según lo expuesto por Lindgren y Bastin (1922) y Camus (1974) son un tanto inciertas debido a que la alteración intensa que afecta a la roca y en especial al agregado más fino, no permitieron identificar la presencia de material juvenil. Por las observaciones hechas en terreno referente a las relaciones de contacto entre las unidades de roca brechizada y los resultados en las dataciones radiométricas, permiten afirmar que la brecha marginal es simultánea o posterior a la formación del conducto principal y fragmentación de la brecha Braden de cuarzo-sericita-clorita; más aún, la brecha Braden de turmalina presenta las características de una brecha formada por colapso gravitacional (Laznicka, 1988) debido al emplazamiento del conducto principal de la Chimenea Braden y la circulación de fluidos hidrotermales en su periferia, siendo esta idea opuesta a la planteada por Howell y Molloy (1964). Al tener en cuenta la mineralización presente tanto en la brecha marginal como en las otras brechas hidrotermales presentes dentro de la Chimenea Braden, permiten afirmar que no es un conducto post mineral como lo planteó Sillitoe (1985), sino que se trata de una unidad que se formó durante los procesos de mineralización del yacimiento. La presencia de estratificación en todos los niveles conocidos de la mina, no se pueden explicar por un solo proceso, más bien pareciera ser producto de varios procesos, tales como elutriación, subsidencia, movimiento de fluidos hidrotermales que transportan fragmentos e inclusive procesos de fluidización (McCallum, 1985) que pudieron transportar bloques estratificados
generados por depósitos de caída, desde las partes más altas de la Chimena Braden. Según lo que plantearon Lindgren y Bastin (1922), dicha estratificación sería producto de depósitos de caída en un lago originado por la explosión volcánica, sin embargo, la presencia de esta estratificación en los niveles profundos de la Chimenea Braden dejan en cuestionamiento esta idea. AGRADECIMIENTOS. Este trabajo es parte de la tesis de magíster de la Srta. Vega, por ello se agradece a la Superintendencia Geología, División El Teniente, CODELCO Chile, en la persona del superintendente de geología, Sr. Patricio Zuñiga por autorizar el acceso a los recintos de la mina y financiar la mayor de este proyecto. Las dataciones son financiadas por FONDECYT, proyecto N 1000932 (V. Maksaev, F. Munizaga). REFERENCIAS. Camus, F. 1975. Geology of the El Teniente Orebody with Emphasis on Wall-Rock Alteration. Economic Geology. Vol. 70. p. 1341-1372. Cuadra, P. 1986. Geocronología K-Ar del yacimiento El Teniente y áreas adyacentes. Revista Geológica de Chile,.Vol. 27. p. 3-26. Floody, R. 2000. Estudio de Vulnerabilidad Geológica-Geotécnica de Chimenea Braden., Fase 1, Geología Complejo de Brechas Braden, Informe Avance. Inf. Ined. Superintendencia Geología, El Teniente. Howell, F. y Molloy, J. 1960. Geology of the Braden Orebody, Chile, South America. Economic Geology. V.ol. 55. p. 863-905. Laznicka, P. 1988. Breccias and Coarse Fragmentites. Petrology, enviroments, associations, ore. Development in Economic Geology, 25. Elsevier Sci. Pub. B.V. Amsterdam.832 p. Lindgren, W. y Bastin, E. 1922. Geology of the Braden mine, Rancagua, Chile. Economic Geology. Vol. 17. p. 75-79. McCallum, M.E. 1985. Experimental Evidence for Fluidization Processes in Breccia Pipe Formation. Economic Geology. Vol. 80. p. 1523-1543. Morales, A. 1997. Geología y geotecnia del sector norte del proyecto Esmeralda, División El Teniente, CODELCO- Chile. VIII Congreso Geológico de Chile, Antofagasta. Actas V. 2. p. 1068-1072. Reyes, J., 1979. Estudio Geológico-Estructural del Yacimiento El Teniente. Memoria de Título de Geólogo. Universidad de Chile. Departamento de Geología. Santiago. Chile. 96 pp. Sillitoe, R.H. 1985. Ore-Related Breccias in Volcanoplutonic Arcs. Economic Geology. Vol. 80. p. 1467-1514. Skewes, M. A., Arévalo, A., Floody, R., Zuñiga, P. H. y Stern, C. R. 2002. The Giant El Teniente Breccia Deposit: Hypogene Copper Distribution and Emplacement. Society of Economic Geologists. Special Publication 9. p. 299-332.