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Depósitos hidromagmáticos en la Faja Paleocena de la Región de Antofagasta: Ejemplos del Distrito Minero El Guanaco Gerardo N. Páez*, Conrado Permuy Vidal, Sebastián Jovic, Diego Guido Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas - Instituto de Recursos Minerales, Facultad de Ciencias Naturales y Museo, Universidad Nacional de La Plata, Paseo del Bosque s/n, La Plata, Argentina. Jorge Osorio, Stabro Kasaneva Guanaco Compañía Minera, 14 de Febrero 2065, Of. 1103, Antofagasta, Chile. * email: gerardo.paez.unlp@gmail.com Resumen. Se describen un conjunto de depósitos piroclásticos del Paleoceno Inferior pertenecientes a la Fm. Chile-Alemania, aflorantes en las inmediaciones de la Mina El Guanaco (Segunda Región de Antofagasta). Se definen dos secuencias piroclásticas estratificadas conformadas por la intercalación de depósitos de ignimbritas líticas poco soldadas, depósitos de oleadas piroclásticas (surges) e ignimbritas pumíceas con grado variable de soldamiento. Estas secuencias presentan rasgos típicos de depósitos originados a partir de la interacción entre un magma y un cuerpo de agua somero (erupción de tipo hidromagmático). Asociado a este vulcanismo se reconocieron además dos cuerpos de brechas, con geometría subcircular y contactos intrusivos, que fueron interpretados como cuerpos de diatremas volcánicas. El conjunto de estos depósitos es interpretado como el resultado de la actividad explosiva de un conjunto de aparatos volcánicos de tipo maar, donde las secuencias piroclásticas representarían facies de conos de cenizas (tuff-cones), y las brechas de diatrema parte de los conductos volcánicos que alimentaron a estos aparatos volcánicos. Palabras Claves: Vulcanismo, Hidromagmatismo,

Diatrema, Paleoceno, Segunda Región. 1 Introducción El vulcanismo de la Faja Paleocena se desarrolla mayormente en el ámbito de la Depresión Central, y comprende un conjunto de lavas basálticas a riolíticas, cuerpos subvolcánicos y stocks plutónicos que se extienden desde el sur de Peru hasta el centro de Chile, y que oscilan en edades desde los 72 a los 40 Ma. Asociado espacial y genéticamente a este magmatismo se reconocen una serie de depósitos epitermales de oro y plata (e.g. Faride, San Cristobal, El Peñón, Cachinal de La Sierra, El Guanaco, Amancaya, etc.). Entre estos se encuentra la Mina El Guanaco (Puig et al., 1988), un depósito epitermal de alta sulfuración ubicado a unos 180 km al sureste de la ciudad de Antofagasta. En este trabajo se describen las características del conjunto de rocas piroclásticas que constituyen parte de las rocas de caja del yacimiento, realizando interpretaciones sobre los mecanismos eruptivos y el tipo de aparato volcánico que les habrían dado origen.

2 Marco Geológico del Distrito Guanaco El Distrito Minero El Guanaco se caracteriza por una geología compleja, compuesta mayormente por rocas volcánicas depositadas desde el Cretácico Superior hasta el Eoceno Superior, y que pueden ser subdivididas en tres grandes ciclos volcánicos separados por importantes discordancias regionales (Espinoza et al., 2011; Permuy et al., 2015). En la zona de estudio estas rocas están representadas por la Fm. Augusta Victoria, de edad cretácica, la Fm. Chile-Alemania de edad paleocena a eocena inferior, y los Basaltos de Catalina, del Eoceno Superior. Los trabajos realizados en la zona por Mathews y Cornejo (2006); Espinoza et al. (2011) y Permuy et al. (2015) permitieron definir a la Fm. Chile-Alemania como una unidad volcánica eminentemente efusiva, con espesores variables, y dominada por coladas y domos de composiciones mayormente andesiticas a dacíticas, con cantidades menores de basaltos y riolitas. En este marco pueden reconocerse cantidades volumétricamente subordinadas de materiales piroclásticos, principalmente depósitos de flujo (ignimbritas) de composiciones dacíticas a riolíticas. 3 Secuencias Hidromagmáticas en el

Distrito Minero El Guanaco Las rocas estudiadas pertenecen a la Fm. Chile-Alemania, representan el 90% de los afloramientos de rocas piroclásticas dentro del distrito, y constituyen la roca de caja de las principales mineralizaciones de la zona (Guido et al., 2014; Permuy et al., 2015). Durante los trabajos de campo se subdividió a estas rocas en dos secuencias independientes en base a su distribución areal. La Secuencia Hidromagmática Dumbo (SHD) se desarrolla en las inmediaciones de la Mina El Guanaco, mientras que la Secuencia Hidromagmática Inesperada (SHI) aflora en el ámbito de la Sierra Inesperada. Ambas secuencias se encuentran desconectadas y separadas por un conjunto de depósitos aluviales post-miocenos (Espinoza et al., 2011) que dificultan la realización de correlaciones entre ambas.

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3.1 Secuencia Hidromagmática Dumbo (SHD) Esta unidad constituye la principal roca de caja de las mineralizaciones en la Mina Guanaco (Guido et al., 2014; Permuy et al., 2015), y puede ser reconocida en los Cerros Estrella y Guanaquito, y en varios afloramientos menores ubicados en las inmediaciones del yacimiento. Se trata de una secuencia estratificada formada por la alternancia de rocas piroclásticas y cuerpos de lavas de composición intermedia a básica, que se presenta basculada hacia el sudoeste, y con buzamientos entre 10° y 40° tanto hacia el oeste como hacia el sudoeste. El espesor aflorante en el sector del rajo Dumbo-Cerro Estrella ronda los 200 m, lo que sumado a los 600 m reconocidos en el sondaje RC-DDH-1016, le otorgan un espesor estimado de 800 m a la secuencia completa. Utilizando los cuerpos de lavas como marcadores estratigráficos se subdividió esta unidad en tres secciones, dos de ellas completamente aflorantes (Fig. 1a), y una reconocida únicamente mediante el sondaje RC-DDH-1016. En líneas generales, cada sección se inicia con un paquete piroclástico ligeramente granodecreciente que culmina con un nivel de lavas básicas a intermedias (Permuy et al., 2015), que es incorporada luego como clastos hacia la base de la secuencia desarrollada inmediatamente por arriba. Las tres secciones piroclásticas descriptas para la SHD presentan similitudes en cuanto a su arreglo interno: cada una de ellas se inicia con un nivel basal de ignimbritas líticas (brechas líticas) con intercalaciones de depósitos de oleadas piroclásticas (surges). Hacia arriba, la secuencia continúa con un paquete estratificado donde alternan ignimbritas de grano fino de aspecto “arenoso” y depósitos de surge. Por último, y coronando cada sección, se reconocen uno o varios paquetes de ignimbritas pumíceas de aspecto masivo. Facies de Brechas Líticas: Esta litología se desarrolla en la base de las secciones y suele presentar espesores entre 5 y 20 m. Internamente está compuesta por intercalación de cuerpos de 1-2 m de brechas líticas masivas, que alternan con cuerpos de 5-20 cm de potencia formados por surges con granulometrías ceniza fina y estructuras tipo laminación paralela y/o cruzada de bajo ángulo. Las brechas presentan abundantes (>50%) fragmentos líticos de lavas afaníticas y porfíricas y de 1 a 15 cm de diámetro, aunque suelen ser casi monolitológicos en comparación con las Facies de Igimbritas Finas que están por encima. Los fragmentos pumíceos son escasos (<10%), pequeños (<5 mm) y se encuentran argilizados. La matriz es cinerítica y se compone de trizas de aspecto blocoso y en menor medida cuspado, y cristaloclastos de cuarzo, plagioclasas alteradas a carbonatos y máficos oxidados. Facies de Ignimbritas Finas: Estas rocas predominan en la parte media de las secciones, donde conforman una secuencia estratificada que oscila entre 30 y 50 m de potencia (Fig. 1b). Está formada por cuerpos de 1 a 5 m de ignimbritas masivas que alternan con niveles de surge laminados con espesores que pueden variar lateralmente

entre 10 cm y 7 m (Fig. 1c). Las ignimbritas se caracterizan por una granulometría fina (tobas lapillíticas finas) y un grado de selección relativamente bueno, lo que les da un aspecto general “arenoso”. Los fragmentos pumíceos son pequeños (1-5 mm), poco vesiculados e irregulares, sin evidencias de soldamiento. La matriz presenta un tamaño ceniza media a gruesa, y se compone de escasos (10%) cristaloclastos de plagioclasas y cuarzo, abundante material lítico (30-40%) y trizas vítreas de aspecto blocoso (50%). Los líticos son de tamaño variable (0,5 mm a 10 cm) y polimícticos, incluyendo diversos tipos de lavas andesíticas e incluso fragmentos de la Fm. Augusta Victoria. Por último, las ignimbritas pueden presentar niveles basales de concentración de líticos, y/o niveles lenticulares de concentración de pómez o líticos. Los surge son de grano fino, con granulometría entre ceniza fina a gruesa, presentan la misma composición que las ignimbritas pero con desarrollo de estructuras sedimentarias: laminación entrecruzada, laminación tipo capa plana y estructuras de impactos balístico.

Figura 1. Depósitos hidromagmáticos en el Distrito Minero El Guanaco. a) Vista hacia el este del Rajo Dumbo mostrando las secciones aflorantes de SHD y su relación con las estructuras mineralizadas (ledges). b) Aspecto estratificado de la SHD en la base del Rajo Dumbo. c) Facies de Ignimbritas Finas de la SHD en el Rajo Perseverancia. d) Estructura de impacto balístico en Facies de Surge en la SHI (flecha). e) Lapilli acrecionario en

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ST 3 METAMORFISMO Y MAGMATISMO EN ZONAS DE SUBDUCCIÓN

Facies de Ignimbritas silicificadas de la SHI (flechas). Facies de Ignimbritas Pumíceas: Coronando a las secciones se observan una serie de paquetes de 5 a 15 m de ignimbritas pumíceas caracterizadas por el desarrollo de fragmentos pumíceos irregulares hacia el techo y fiammes hacia la base, indicando un mayor grado de soldamiento hacia el piso de los depósitos. Pueden presentar además niveles basales de brechas líticas de hasta 2 m de potencia con arreglo granodecreciente, Y si bien los depósitos de surge están poco desarrollados, pueden estar presentes hacia el techo de la sección formando paquetes de unos 2-3 m de potencia. Estas ignimbritas se caracterizan por una matriz fina compuesta por trizas cuspadas que rodean fragmentos pumíceos de hasta 3 cm de diámetro, con geometrías discoidales en la base de los depósitos e irregulares en las partes medias a altas de los mismos. Si bien los depósitos de surge están poco representados en esta facies, se caracterizan por granulometrías finas (tobas medias a tobas lapillíticas finas laminadas) con abundantes estructuras entrecruzadas. Por último, en la parte alta del Cerro Estrella, los fiammes se encuentran en su mayoría reemplazados por alunita gruesa, y la matriz se presenta fuertemente argilizada y en algunos casos silicificada. 3.2 Secuencia Hidromagmática Inesperada (SHI) Esta unidad se desarrolla cubriendo a un conjunto de lavas andesíticas porfíricas y puede ser reconocida a lo largo de toda la Sierra Inesperada, ubicada unos 7 kilómetros al oeste de Mina Guanaco. El alto grado de alteración argílica avanzada que afecta a toda la serranía y la mala calidad de los afloramientos de esta unidad, dificultan el relevamiento de perfiles estratigráficos detallados en la zona. A pesar de esto, se pudo determinar que se trata de una secuencia estratificada con un espesor mínimo de al menos 100 m, compuesta por la intercalación de múltiples depósitos de surges, niveles de ignimbritas y bancos de brechas líticas, muchas de ellas lenticulares, de entre 20 cm y más de 5 m de potencia. Los rumbos y buzamientos medidos sobre esta unidad muestran una gran variación, lo que podría estar sugiriendo que estas rocas fueron depositadas como el relleno de un paleo-relieve. Facies de Surge: Los depósitos de oleadas piroclásticas se caracterizan por granulometrías que pueden variar entre ceniza fina y lapilli, son matriz sostén y presentan un buen grado de selección. Como estructuras sedimentarias se reconoció laminación paralela y cruzada de bajo ángulo, antidunas, impactos balísticos (Fig. 1d) y lapilli acrecionario. Adicionalmente, en el sector de Inesperada Norte se reconocen evidencias de deformación plástica tipo slumping. Facies de Ignimbritas: Los depósitos son generalmente masivos o con estratificación difusa, matriz sostén y mal seleccionados. Se caracterizan por una matriz cinerítica fina a media, con pómez irregulares en general pequeños (menores a 2 cm), y escasos líticos de andesitas, también de pequeñas dimensiones. En algunos casos se han

reconocido lapilli acrecionario en estos depósitos (Fig. 1e). Facies de Brechas Líticas: Las brechas líticas pueden presentarse como niveles basales dentro de las ignimbritas, como niveles de concentración de líticos en las partes medias a altas de las ignimbritas, o bien formar bancos masivos muy mal seleccionados, donde los líticos (mayormente andesíticos) varían en tamaño desde unos pocos cm hasta casi 1 m de diámetro. En general el contenido de líticos en estos depósitos supera el 30-40% en volumen, aunque localmente puede ser mucho mayor. Se observó una tendencia al aumento del tamaño de los litoclastos hacia el norte de la Sierra Inesperada, lo que podría estar sugiriendo que la procedencia de los mismos se encuentra en esa dirección. El elevado grado de alteración hidrotermal imposibilita la observación de las características microscópicas de las facies descriptas, ya que las texturas se encuentran completamente obliteradas. En todos los casos, la alteración argílica avanzada produce el reemplazo total de los vitroclastos (pómez y matriz) por un agregado masivo de caolinita, cuarzo y cantidades variables de alunita. 3.3 Brecha Anfiteatro El sector norte de la Sierra Inesperada se caracteriza por la presencia de dos grandes cuerpos de brechas (Permuy et al., 2015), el mayor de ellos presenta un diámetro de 1,5 km y se ubica sobre la ladera norte del Cerro Inesperado (Fig. 2a). Visto en planta, el cuerpo mayor se caracteriza por una geometría compleja, con un sector central subcircular rodeado por un anillo incompleto con forma de media luna. El segundo de ellos, tiene unos 500 m de diámetro y está ubicado a 1,5 km al este del Cerro Inesperado (Fig. 2a). Internamente, ambos se componen de brechas líticas masivas, con arreglo matriz sostén y clastos polimícticos de lavas andesíticas, y en menor medida riolíticas, con diámetros que varían desde algunos milímetros a varios metros (muy mal seleccionadas). Una característica distintiva de estos cuerpos de brechas es la presencia de clastos cuyos bordes se encuentran hidrotermalizados (Fig. 2b). Por último, los clastos están rodeados por cantidades variables de un matriz fina (cinerítica) de aspecto piroclástico que grada en tamaño con los fragmentos líticos (distribución seriada), que por sectores se presenta silicificada, alunitizada, y/o fuertemente oxidada. Los contactos de los cuerpos de brechas son netos e intrusivos con las lavas andesíticas que hacen de basamento de la SHI, y a partir de ellos pueden observarse numerosos cuerpos tabulares de brechas (diques), de entre 0,5 y 2 m de potencia, que irradian desde el cuerpo principal de la brecha hacia las rocas de caja. Por sectores se observan pequeños cuerpos o “guías” de brechas finas de aspecto fluidizado que cortan al cuerpo principal de brechas.

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Fig. 2. Brecha Anfiteatro. a) Mapa geológico mostrando la distribución y la geometría de los cuerpos de brechas. b) Muestra de mano de brecha mostrando clastos de andesitas con sus bordes hidrotermalizados (flechas). 4 Consideraciones finales La presencia de trizas vítreas con geometrías blocosas (SHD), lapilli acrecionario (SHI), de estructuras de impacto balístico (SHD y SHI) y las evidencias de deformación plástica en los depósitos de surge (SHI), sumadas a la potencia de los niveles de surge (hasta 7 m en SHD) y al aspecto estratificado de la secuencia en general (SHD y SHI), permiten interpretar a esta unidad como originada a partir de erupciones de tipo hidromagmático (Cas y Wright, 1987; Nemeth y Ulrike, 2007), generadas a partir de la interacción entre un magma (presumiblemente de composición andesítica a dacítica) y un cuerpo somero de agua (posiblemente el nivel freático). Adicionalmente, las características descriptas tanto para SHD como para SHI muestran una serie de rasgos compatibles con depósitos asociados a anillos de tobas (tuff-ring o tuff-cone) asociados con volcanes de tipo maar (Cas y Wright, 1987; Nemeth y Ulrike, 2007). Por último, la potencia de las secuencias estudiadas (alrededor de 800 m en SHD y más de 100 m en SHI), sumada a la presencia de al menos dos intercalaciones de lavas dentro de SHD, permiten postular

la existencia de varios ciclos eruptivos vinculados a la evolución del conjunto. Por otra parte, la geometría subcircular de los cuerpos de la Brecha Anfiteatro, su naturaleza intrusiva, la presencia de clastos con bordes hidrotermalizados, y su muy mala selección, permiten interpretar a estos cuerpos como pertenecientes a facies de una o varias diatremas volcánicas (Cas y Wright, 1987; Nemeth y Ulrike, 2007). La SHI y la Brecha Anfiteatro son interpretadas como pertenecientes a un mismo aparato volcánico de tipo maar, donde la secuencia hidromagmática representaría las facies del anillo de tobas y las brechas corresponderían a las facies de diatrema. Esta interpretación es apoyada por el aumento del tamaño de los fragmentos líticos en la SHI de sur a norte; y por la gran variabilidad en la actitud de las capas, una característica común en este tipo de aparatos volcánicos. Finalmente al comparar las dos zonas analizadas, se desprende que el o los maares de la Sierra Inesperada se encuentran significativamente más erosionados que los registrados en Mina Guanaco. Ya que en el primer caso, las facies del anillo de tobas son mucho menos espesas y afloran en cercana asociación con las facies de diatrema. Si bien las SHD y SHI se encuentran separadas por extensos depósitos aluviales post-miocenos, lo que dificulta la realización de correlaciones, las similitudes litológicas observadas permiten plantear que ambas secuencias representan parte de un mismo ciclo volcánico dentro del a Fm. Chile-Alemania, y que por lo tanto tendrían edades similares. En este sentido, la edad de los depósitos puede ser acotada utilizando edades de las unidades infra y suprayacentes de la SHD, por lo que de esta manera la misma puede ser limitada al Paleoceno Superior, entre los 59 y 57 Ma (Espinoza et al., 2011; Permuy et al., 2015). Referencias Cas, R.A., Wright, J.V. 1987. Volcanic successions, modern and

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Matthews S. & Cornejo P., 2006. Geología del área de Guanaco - Inesperada, II Región. Informe interno. Guanaco Compañía Minera Ltda. 21 p.

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