Active Components of the Subcontinental Lithospheric Mantle for Crustal Metallogenic Endowment in Off-Craton Regions

Resumen

Los depósitos minerales son volúmenes de roca con concentraciones anómalas de elementos que tienen valor económico. Los depósitos de minerales metálicos se pueden formar en un amplio espectro de ambientes geológicos, aunque predominantemente el magmático e hidrotermal. A pesar de la extensa investigación sobre el origen de estos yacimientos, existe aún mucha incertidumbre sobre los procesos que controlan la génesis y distibución de los depósitos magmático-hidrotermales en la corteza continental. En particular, aún queda por resolver si la formación de estos tipos de dépositos minerales está en primera instancia controlada por una fuente enriquecida en metales a partir de la cual se extraen los magmas parentales, o es resultado de la concentración eficiente y localizada a partir de una fuente con metales diseminados en muy baja concentración. A este respecto, una mejor comprensión de los mecanismos y repositorios que controlan la movilidad, el transporte y el almacenamiento de ciertos metales en las rocas del manto y los magmas es clave. El objetivo general de esta tesis doctoral es evaluar los factores geológicos que gobiernan la movilización, el transporte y la concentración de metales calcófilos en el manto litosférico subcontinental (MLSC), enfatizando sus impactos en la formación y distribución de depósitos minerales de tipo magmático-hidrotermal en la corteza suprayacente. Para lograr este objetivo principal, la tesis investiga la mineralogía, geoquímica y petrología de xenolitos de peridotitas del manto y de rocas volcánicas asociadas procedentes de regiones mineralizadas de México central y del sureste de España. Se presta un énfasis especial al análisis de los sulfuros de metales base (SMB), minerales del grupo del platino (MGP) y partículas metálicas de tamaño nanométrico a micrométrico, usándolos como trazadores mineralógicos y geoquímicos del comportameniento de metales preciosos y semimetales en el MLSC. Para ello, se ha utilizado una combinación de métodos analíticos tradicionales (p. ej., microscopía óptica de luz transmitida/reflejada, microscopía electrónica de barrido, análisis por microsonda electrónica) con técnicas avanzadas para el análisis in situ de minerales (p. ej., espectrometría de masas con fuente de plasma inductivamente acoplado (multicolector) y ablación láser, microscopía electrónica de transmisión de alta resolución). La estructura de la tesis incluye una primera introducción general a los temas de investigación (Capítulo 1), seguida de una descripción de los objetivos (Capítulo 2) y métodos utilizados (Capítulo 3). Sucesivamente, el primer capítulo de la sección de resultados (Capítulo 4) presenta un estudio mineralógico y geoquímico de SMB y silicatos de xenolitos de peridotitas del manto procedentes de los campos volcánicos de Santo Domingo, Ventura-Espíritu Santo y Durango (México central). Los resultados obtenidos sugieren que estas rocas registraron bajos grados de fusión parcial en los campos de estabilidad de las peridotitas con granate (⁓ 2%) y espinela (⁓ 2-4%), y la interacción con fundidos alcalinos hidratados posiblemente durante la fase tectónica extensional del Basin and Range desde el Oligoceno tardío. Los granos de solución sólida monosulfurada incluidos en los silicatos de las peridotitas de Santo Domingo o intersticiales entre ellos son residuos de la extracción de 0.1-0.5 fracciones de fundido sulfurado rico en Ni-Cu durante eventos de fusión del manto. Por otro lado, los sulfuros globulares (pentlandita ± calcopirita) en venas de vidrio en las peridotitas de Ventura- Espíritu Santo y Durango cristalizaron a partir de gotas de fundido sulfurado rico en Ni-Cu, inmiscibles en los magmas silicatados Cuaternarios que transportaron los xenolitos a la superficie. Las edades modelo obtenidas a partir del análisis de isótopos de Re-Os en estos sulfuros indican que parte del MLSC del terreno Oaxaquia (debajo de Santo Domingo y Ventura-Espíritu Santo) se originó en el Arcaico-Paleoproterozoico como extensión más meridional del cratón de Laurentia, y se ensambló con el terreno Central (debajo de Durango) durante la orogenia Grenville (⁓ 1.0 Ga). Las edades modelo del Paleozoico temprano (⁓ 500 Ma) comunes a sulfuros en las peridotitas de los tres campos volcánicos sugieren que el bloque compuesto Oaxaquia-Central se separó de América del Norte durante la ruptura de Rodinia, y experimentó la orogenia Panafricana- Brasiliana que produjo el ensamblaje de Gondwana. Durante el Cenozoico, la reactivación de las fallas translitosféricas que limitan este MLSC antiguo proporcionó los canales preferenciales para el ascenso de magmas/fluidos productores de menas metálicas durante la subducción debajo del margen Pacífico de México. El segundo capítulo de la sección de resultados (Capítulo 5) examina un conjunto de xenolitos de peridotitas con espinela (más una con plagioclasa) encajados en los basaltos alcalinos del campo volcánico de Tallante (sureste de España). La percolación de fundidos subalcalinos metasomáticos en el Mioceno provocó la cristalización de agregados de clinopiroxeno + ortopiroxeno + espinela en lherzolitas fértiles durante la migración hacia el oeste del frente de subducción en el Mediterráneo occidental. En el Plioceno, el aporte de calor y especies volátiles por los magmas alcalinos encajantes causó tasas muy bajas de fusión de los agregados metasomáticos de piroxeno-espinela, generando fundidos silicatados que se enfriaron dando lugar a vidrio rico en silice y alcalis y coronas de reacción alrededor de clinopiroxeno y espinela. El evento de refertilización registrado en las peridotitas de Tallante conllevó la precipitación de abundantes sulfuros de metales base que ahora se encuentran como inclusiones sólidas en clino- y ortopiroxeno metasomáticos. Estas inclusiones sulfuradas consisten en agregados de pentlandita ± calcopirita ± bornita con una composición homogénea en términos de elementos mayores (Ni, Fe, Cu) y semimetales (Se, As, Te, Sb, Bi), pero con un fraccionamiento muy variable entre los elementos del grupo del platino (EGP) (0.14 < PdN/IrN < 30.74). Asimismo, se identifican abundantes inclusiones euhédricas de minerales del grupo del platino (MGP) ricos en Pt-Pd- Sn y partículas de Au en el interior de los SMB. Dicha distribución geoquímica y mineralógica de los EGP en los sulfuros no puede explicarse mediante modelos convencionales de fraccionamiento de elementos calcófilos en fundidos sulfurados. Más bien, estas características reflejan la posible incorporación mecánica de distintas poblaciones de SMB, MGP y nanopartículas metálicas (especialmente de Pt, Pd y Au) durante la fusión del manto y/o la percolación de fundidos. Por lo tanto, estos resultados respaldan que los fundidos subalcalinos, producidos en el Mioceno por el ascenso de la astenosfera debido a la ruptura del margen continental Ibérico subducido, generaron dominios metasomaticos enriquecidos en metales preciosos dentro de este sector de MLSC. Las altas concentraciones de Au en los SMB de las lherzolitas de Tallante (concentración mediana = 1.78 ppm) sugieren que estos dominios metasomatizados proporcionaron la fuente fértil de metales, especialmente oro, que dió lugar durante el Mioceno tardío a los magmas parentales de los depósitos minerales en el Mediterráneo occidental. El tercer capítulo de la sección de resultados (Capítulo 6) documenta la presencia de nanopartículas ricas en Pb incluidas en SMB de xenolitos de peridotitas metasomatizadas del manto (campo volcánico de Tallante) y diques de lamproítas asociadas espacial y genéticamente (campo volcánico de Fortuna) de la Provincia Volcánica Neógena del Sureste de España. Estos SMB cristalizaron a partir de gotas de fundido sulfurado extraídas por fusión parcial del MLSC, que luego fueron transportadas fisicamente en magmas alcalinos silicatados a lo largo de toda la sección litosférica. Las nanoinclusiones de galena en SMB poseen características nanoestructurales inconsistentes con un origen por exsolución a baja temperatura de PbS originalmente disuelto en la estructura del SMB. Más bien, éstas cristalizaron a partir de nanofundidos ricos en Pb (y Cu) originalmente inmiscibles en el líquido sulfurado. Esta es quizás la primera evidencia mineralógica de inmiscibilidad entre nanofundidos ricos en metales (Pb) y líquidos sulfurados en la naturaleza, y desafía los modelos tradicionales de transporte de metales y sulfuros en magmas silicatados, basados únicamente en la solubilidad química y la partición de tipo calcófilo. En cambio, estos resultados requieren evaluar el impacto de las relaciones físicas basadas en la energía superficial entre nanofases, líquidos sulfurados y magmas silicatados en el transporte y la concentración de metales derivados del manto en la corteza.