Anomalías geoquímicas de sedimentos de drenaje de la Hoja Arica

Anomalías geoquímicas de sedimentos de drenaje de la
Hoja Arica, Región de Arica y Parinacota.
Leonardo Baeza*, Juan Lacassie, Felipe Astudillo, Jaime Barrera, Felipe Carrasco, Paula Castillo, Francisca
Espinoza, Maira Figueroa, Carolina Miralles, Nicole Muñoz, Catalina Ramirez, Paula Salinas.
Servicio Nacional de Geología y Minería, Avda. Santa María 0104, Santiago, Chile
* email: leonardo.baeza@sernageomin.cl
Resumen. El presente trabajo, enmarcado en el programa
de cartografía geoquímica del SERNAGEOMIN, muestra
las principales características geoquímicas de la Hoja
Arica, asociada al estudio de sedimentos de drenaje de
baja densidad de la zona.
Los datos fueron analizados utilizando redes neuronales
artificiales (técnica estadística multidimensional) y mapas
de interpolación. Los resultados permiten evaluar los
factores que determinan la geoquímica de los sedimentos.
A través de la visualización de los datos, es posible: 1)
establecer la existencia de marcados contrastes
geoquímicos entre los tres principales dominios
geomorfológicos de la Hoja Arica (cordillera de la Costa,
depresión o pampa Central, y precordillera-cordillera de los
Andes) y 2) delimitar sectores anómalos tanto para
elementos de interés económico como para elementos de
índole medio-ambiental.
Los resultados muestran que el mapeo geoquímico de baja
densidad permite generar líneas de base para el monitoreo
de la calidad de los sedimentos, además de su aplicación
en la identificación de áreas prospectivas y sus
características signaturas geoquímicas.
Palabras
Claves: Geoquímica, Arica, sedimentos,
anomalías, redes neuronales, arsénico,
exploración
1 Introducción
En las últimas décadas se ha generado una gran cantidad
de información geoquímica asociada a la producción de
mapas geoquímicos tanto a escala continental como
regional (e.g. Gustavsson et al., 2001; Johnson et al., 2005;
Salminen et al., 2005).
De acuerdo a esta tendencia, el Servicio Nacional de
Geología y Minería (SERNAGEOMIN) incorporó la
realización de un Programa de Cartografía Geoquímica a
través de la producción de hojas geoquímicas a escala
1:250.000.
Este tipo de mapas pueden ser utilizados en el tratamiento
de una amplia gama de problemas ambientales, así como
para la identificación de nuevas áreas con potencial para el
descubrimiento de recursos minerales.
En este trabajo se presentan los principales resultados
asociados a la composición química de las muestras de
sedimentos de drenaje de la Hoja Arica (Baeza et al.,
2014). Se estudia la fracción <180 μm de los sedimentos.
Los resultados de los análisis químicos (ICP-MS e ICPES) son interpretados utilizando redes neuronales
artificiales y mapas de interpolación.
2 Metodología
2.1 Muestreo, preparación de la muestra y
análisis químico
Las muestras fueron recolectadas siguiendo una grilla
regular, que se ajusta a la red de drenaje en el entorno del
punto de muestreo, a una densidad de 1 muestra cada 20
km2.
Para el muestreo se utilizaron palas de PVC y se
almacenaron en bolsas de polietileno transparente. Cada
muestra corresponde a un compósito resultante de la
mezcla de sub-muestras, de 2 a 4 kg, obtenidas a lo largo
de un tramo de, aproximadamente, 100 m en el drenaje.
En el laboratorio del SERNAGEOMIN, las muestras
fueron secadas (25-30 ºC), tamizadas para obtener la
fracción < 180 µm (malla #80), pulverizadas en un molino
de ágata y almacenadas en frascos plásticos estériles.
El material resultante se envió a AcmeLabs, donde se
determinaron las concentraciones químicas de las muestras
mediante espectrometría de masa (ICP-ES) y de emisión
(ICP-MS), obteniendo 59 elementos y compuestos
químicos: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O,
STotal, MnO, TiO2, CTotal, P2O5 y Cr2O3, 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.
2.2 Procedimientos analíticos
El set de datos fue analizado usando redes neuronales
artificiales no-supervisadas del tipo Growing Cell
Structures (Fritzke, 1994). A través de esta técnica es
posible visualizar de manera simple y directa estructuras
de grupo ("clusters") y relaciones lineales y no-lineales
entre las variables químicas (Lacassie et al., 2004). A
través de esta técnica es posible identificar patrones
geoquímicos multi-elemento a escala regional.
Por otro lado, con el propósito de evidenciar anomalías de
elementos individuales y acotadas, se generaron mapas de
concentraciones e interpolación de elementos. Para estos
últimos se utilizó el método geoestadístico, Kriging.
3 Resultados y discusión
3.1 Patrones geoquímicos generales
El análisis del set de datos, mediante el método de redes
neuronales artificiales, dio como resultado un mapa
neuronal compuesto por 6 nodos. Cada nodo agrupa
muestras que presentan características químicas similares y
que, en términos geoquímicos, representa una agrupación o
"cluster" de muestras. Luego, la proyección de las
muestras asociadas a los distintos nodos, revela la
existencia de una diferenciación geoquímica a escala
regional, que caracteriza los distintos dominios
geomorfológicos de la hoja (Figura 1).
sectores, refuerzan este patrón geoquímico al producir
concentración in-situ de apatitos, piroxenos y
probablemente otras fases minerales ricas estos elementos.
Además, las altas concentraciones de cobre estaría ligada a
la presencia de zonas mineralizadas en este metal.
Al igual que en la cordillera de la Costa y la depresión
Central, la presencia del nodo 5 en drenajes de la
precordillera y cordillera de los Andes, refleja el aporte de
detritos desde zonas mineralizadas con cobre y unidades de
composición más máfica.
Nodos 2 y 4: Estos nodos determinan un patrón
geoquímico asociado a la cordillera de los Andes, el cual
se extiende hacia la depresión Central, a través de los
principales drenajes que bajan de ella. El nodo 2 se
caracteriza por presentar las mayores concentraciones de
Fe2O3, MnO, Ti2O, Cr2O3, V, Co, Sn, Ga, Zr, Hf, Nb, Ta,
Th y LREE, lo que estaría reflejando el aporte desde áreas
con rocas predominantemente máficas y la concentración
de fases minerales densas, tales como magnetita, anfíbolas,
allanita, titanita y circón, debido al fraccionamiento
hidrodinámico de los sedimentos a través de los cauces que
bajan desde la cordillera de los Andes. El nodo 4 se
caracteriza por presentar altas concentraciones de SiO2,
K2O, Rb y Be, acompañado de concentraciones medias a
altas de Sr, Na2O, Al2O3, Ba y Ga. Se estima que este
patrón refleja la ocurrencia de detritos ricos en cuarzo,
plagioclasas, micas y arcillas, derivados de las unidades
volcánicas de composición félsica, que ocurren en la
cordillera de los Andes.
Un factor importante que controla la dispersión de las
muestras asociadas a los nodos 2 y 4, hacia los drenajes de
la depresión Central son las precipitaciones del invierno
altiplánico.
Figura 1. Distribución de muestras asociadas a cada nodo y los
elementos que los caracterizan.
Esta diferenciación en las concentraciones químicas
corresponden a:
Nodos 3 y 5: Estos nodos están ubicados, principalmente,
en la cordillera de la Costa y depresión Central. El nodo 3
se caracteriza por presentar las mayores concentraciones de
Stotal, Sr, CaO, Se y Na2O. Este patrón, sería el reflejo de la
frecuente ocurrencia de costras salinas en la cordillera de la
Costa, cuya génesis estaría influenciada por la penetración
del aerosol marino o camanchaca (Chong et al., 1999;
Clarke, 2006; Capo y Chadwick, 1999; y Rech et al.,
2003). Por otro lado, el nodo 5, se caracteriza por tener
altas concentraciones de MgO, P2O5, Sc, Cu, Ni, y HREE,
lo que sugiere que el factor principal que controla su
ocurrencia y distribución es la presencia de detritos
provenientes de rocas máficas asociadas a la cordillera de
la Costa y la depresión Central. Lo anterior, sumado a las
extremas condiciones de aridez y la deflación de algunos
Nodos 1 y 6: Estos nodos se ubican, principalmente, en la
precordillera-cordillera de los Andes y el altiplano. El nodo
1, exhibe los más altos valores de Au, Ag, Mo, Pb, Zn, W,
Hg, U, As, Cd, Sb, Cs, Bi y Tl. Se estima que este patrón
geoquímico refleja la existencia de detritos provenientes
desde zonas de alteración hidrotermal y/o desde sectores
mineralizados, localizados en la cordillera de los Andes, y
que coinciden con la Franja Polimetálica del Mioceno
Inferior-Plioceno (Ordóñez y Rivera, 2004). El nodo 6, se
caracteriza por presentar las mayores concentraciones de
Al2O3 y Ba, acompañado por altas concentraciones de Sr,
SiO2 y Na2O. Este patrón sugiere el aporte de detritos con
fases minerales félsicas desde las unidades aflorando en la
precordillera-cordillera de los Andes.
3.2 Anomalías geoquímicas
El análisis de los mapas de interpolación de la Hoja Arica,
permite identificar zonas con marcadas anomalías
geoquímicas, tanto en elementos de interés económico
como en elementos de índole medio-ambiental, las que
coinciden con las provincias metalogénicas de la cordillera
de la Costa, depresión Central y precordillera-cordillera de
los Andes.
que tendría un fuerte control litológico, asociado a la
erosión de unidades volcánicas y sedimentarias del sector.
En la cordillera de la Costa, destacan anomalías positivas
de Cu y Au, junto a altas concentraciones de MgO, Ni y
Sc, asociadas a la franja metalogénica del JurásicoCretácico Inferior (Ordóñez y Rivera, 2004; Figuras 2 y 4).
4) Río Lauca (Ag, Au, Hg, Cu, Mo, As, Pb, Sb, Bi, Cd, Tl,
Se). Se estima que, esta anomalía refleja la ocurrencia de
sectores mineralizados ubicados en la vertiente oriental del
río Lauca. Aún así no se descarta que exista cierta
influencia proveniente de la actividad minera de la mina
Choquelimpie (Au-Ag), particularmente en lo que respecta
a la anomalía de As.
Figura 2. Mapa de interpolación del cobre (Cu).
En la depresión Central, la principal zona anómala está
asociada al curso medio e inferior del río Lluta, el que
presenta anomalías positivas de As, Cd, Cs, Pb, Tl, Sb y
Zn, cuyas concentraciones sugieren que, en parte, esta
anomalía refleja el transporte y sedimentación de detritos
derivados desde sectores anómalos ubicados en la
cordillera de los Andes, tal como la zona de alteración
hidrotermal (ZAH) Putre-Vilañuñumani. Sin embargo, los
fuertes contrastes entre las concentraciones que se
presentan en sedimentos activos con respecto a los de
terrazas fluviales, sugieren que, esta anomalía podría estar
potenciada por la paralizada minería de azufre que se
explotó en la parte alta del río Lluta y a los detritos
derivados de ésta (Baeza, 2010; Figura 3).
Figura 3. Mapa de interpolación del arsénico (As).
En el sector comprendido por la precordillera-cordillera de
los Andes es posible distinguir una serie de zonas
anómalas, entre las que destacan las siguientes (Figuras 2,
3, 4 y 5):
1) ZAH Putre-Vilañuñumani (As, Bi, Hg, Mo, Se), cuyo
patrón geoquímico constituye una guía de exploración para
nuevos blancos prospectivos.
Figura 4. Mapa de interpolación del oro (Au).
2) Faja Belén-Tignámar (Ag, Cu, Pb), reflejando el aporte
de detritos desde fuentes alteradas hidrotermalmente y/o
mineralizadas.
3) Vertiente occidental del río Lauca (U, Th, SiO2, K2O,
Rb, Ba, Zr, Hf, Nb, Y y REE), con un patrón geoquímico
Cabe destacar que, en el área de la precordillera-cordillera
de los Andes, se observó una extensa zona anómala que
coincide con rasgos geológicos y estructurales de escala
regional y orientación noroeste, cuyo extremo norte
coincide con el sector anómalo ubicado al noroeste de
Putre, sigue por la ZAH Putre-Vilañuñumani, continúa por
la faja Belén-Tignámar y se extiende al sur del límite de la
Hoja Arica, siguiendo el mismo rumbo en la Hoja Pisagua
(Astudillo et al., 2014), al menos hasta la localidad de
Camiña, y que en la Hoja Arica fue denominada como
Anomalía Regional Putre-Camiña. Los elementos y
compuestos químicos con concentraciones anómalas a lo
largo de esta zona corresponden a Cu, Mo, Ag, Zn, As, Sb,
Se, Fe2O3, Bi y U. Los rasgos geológicos, estructurales y
geoquímicos de esta zona, sugieren que puede
corresponder a un dominio regional de interés prospectivo.
4 Conclusiones
Los resultados muestran que el mapeo de sedimentos de
drenaje de baja densidad permite establecer patrones
amplios en las concentraciones elementales de la Hoja
Arica, tanto para la exploración minera como para estudios
ambientales.
En particular, la cordillera de la Costa y la vertiente oeste
de la depresión Central, presentan anomalías ligadas a: 1)
fuentes litológicas de composición máfica, y procesos de
deflación y erosión, 2) zonas de mineralización de Cu y
Au, y 3) presencia de costras salinas e influencia del
aerosol marino.
La depresión Central se caracteriza por presentar
anomalías geoquímicas relacionadas al transporte de
detritos desde la precordillera-cordillera de los Andes, que
reflejan: 1) aporte desde litologías de composición félsica
y máfica, 2) aporte desde zonas de alteración hidrotermal
y/o mineralizadas, posiblemente agravadas por actividad
minera abandonada, y 3) cambios en la dinámica de los
ríos principales.
En la precordillera-cordillera de los Andes se observan
anomalías que se relacionan con: 1) aporte desde zonas de
alteración hidrotermal y/o mineralización polimetálica, 2)
posible influencia de la mina Choquelimpie, en la
anomalía de As del río Lauca, y 3) aporte desde fuentes
litológicas de componente félsica.
Agradecimientos
Se agradece a los funcionarios de la Subdirección de
Geología del SERNAGEOMIN, sin los cuales hubiera sido
imposible realizar este proyecto. En particular, al personal
de las Oficinas Regionales de Arica e Iquique, por su
apoyo logístico, a los funcionarios del Laboratorio del
SERNAGEOMIN, por su dedicación en la preparación de
muestras, y al comité editor, por sus comentarios y
sugerencias.
Referencias
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., 2014. 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 1:250.000 y 2 anexos
(1 DVD versión 1.0, 2014). Santiago.
Baeza, L.; Lacassie, J.P.; Astudillo, F.; Barrera, J.; Carrasco, F.;
Castillo, P.; Espinoza, F.; Figueroa, M.; Miralles, C.; Muñoz, N.;
Ramírez, C.; Salinas, P., 2013. Geoquímica de sedimentos de la
Hoja Arica, Región de Arica y Parinacota. Servicio Nacional de
Geología y Minería, Carta Geológica de Chile, Serie Geoquímica
No. 3: 1 Texto, 1 Mapa Interactivo para 59 elementos químicos
escala 1:250.000 y 2 anexos (1 DVD versión 1.0, 2014). Santiago.
Baeza, L. 2010. Estudio ambiental y económico: análisis
mineralógico y qeoquímico de sedimentos del sistema fluvial del
río Lluta, XV región de Arica y Parinacota, Chile. Memoria para
optar al Título de Geólogo. Departamento de Geología, Facultad de
Ciencias Físicas y Matemáticas. Universidad de Chile, 126 páginas.
Capo, R. and Chadwick, O. 1999. Sources of strontium and calcium
in desert soil and calcrete. Earth and Planetary Science Letters;
170: 61-72.
Chong, G., Mendoza, M., Garcia-Veigas, J., Pueyo, J., Turner, P.
1999. Evolution and geochemical forearc evaporitic basin: the
Salar Grande (Central Andes of Chile). Paleogeography,
Paleoclimatology, Paleoecology; 151: 39-54.
Clarke, J. 2006. Antiquity of aridity in the Chilean Atacama Desert.
Geomorphology; 73: 101-114.
Fritzke, B. 1994. Growing cell structures-A self-organizing network
for unsupervised and supervised learning. Neural Networks; 7:
1441-1460.
Gustavsson, N., Bølviken, B., Smith, D. B., Severson, R. C. 2001.
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. 2005. G-BASE:
baseline geochemical mapping ofGreat Britain and Northern
Ireland. Geochemistry: exploration, environment, analysis 5 (4):
347-357.
Lacassie, J.P., Roser, B., Ruiz, J., Hervé, F. 2004. Discovering
geochemical patterns using selforganizing neural networks: a new
perspective for sedimentary provenance analysis. Sedimentary
Geology; 165: 175-191.
Ordóñez B., y Rivera R. 2004. Mapa metalogénico de la I región de
Tarapacá, Escala 1:500.000. Geodatos: 2 v., il; 5 mapas pleg; 1 CD,
Santiago.
Rech, J.A., Quade, J., Hart, W.S. 2003. Isotopic evidence for the
source of Ca and S in soil gypsum, anhydrite and calcite in the
Atacama Desert, Chile. Geochimica et Cosmochimica Acta; 67:
575-586.
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. 2005. FOREGS Geochemical Atlas of Europe, Part 1:
Background Information, Methodology and Maps. Geological
Survey of Finland, Espoo, 526 pp.