Mineral deposits and Cu-Zn-As dispersion - contamination in stream sediments from the semiarid Coquimbo Region, Chile

Yacimientos minerales y dispersión - contaminación de Cu-Zn-As en sedimentos fluviales de la Región de Coquimbo, Chile

R. Oyarzun, J. Oyarzun, J. Lillo, H. Maturana, P. Higueras1 2 3 2 4

1. Universidad Complutense (Madrid); 2. Universidad de La Serena y CEAZA; 3. Universidad Rey Juan Carlos (Madrid); 4. Universidad de Castilla - La Mancha (Almadén)

English. Metal dispersion from mineral deposits in the Coquimbo Region results from a combination of industrial (anthropic), geologic, climatic and physiographic (natural) factors. The latter include: 1. The type of ore deposit and associated hydrothermal alteration. Au-Cu-As epithermal deposits of the high sulphidation type in intermediate to felsic volcanic rocks develop extensive and intensive zones of advanced argillic alteration. Given that this type of alteration involves the strong, almost total hydrolysis of feldspars and mafic minerals from the volcanic rocks, no minerals are left to deal with the acid solutions derived from the oxidation of pyrite. These rocks loose the acid-buffering capacity and therefore, metals easily migrate from the deposit. On the contrary, the potassic and propylitic alterations associated to porphyry copper deposits (e.g. Los Pelambres) either do not modify the buffering capacity or even they increase it. This would explain why metal dispersion is so strong in relation to El Indio deposit (Elqui anomaly) and mild in relation to the Los Pelambres deposit (Cuncumén anomaly). 2. The intensity of fracturing also plays a major role in the process. The more fractured an area hosting mineral deposits, the easier the erosion, unroofing, and the passage of oxygen-rich meteoric solutions within the ore bodies. This implies higher rates of oxidation and metal leaching. This is well exemplified by the El Indio and Los Pelambres deposits, which are emplaced in contrasted structural domains: the former within a highly fractured area, the latter within a much lesser fractured sector. 3. Last but not least, climate and physiography do play a major role in metal dispersion. Although the Coquimbo Region is located within the semiarid part of the Chilean territory, the area is also subjected to strong stormy episodes (e.g. El Niño years), during which rain precipitation increases many times compared to the normal ones. Flash floods have a strong capacity to remove soils, sediments, and even large boulders. If this occurs within a high altitude scenario such as the Andes, and the area hosts mineral deposits of the epithermal type discussed above, then massive transport of contaminated sediments and soils go directly to the rivers.

Español. La dispersión de metales a partir de yacimientos minerales en la Región de Coquimbo se produce como respuesta directa a una combinación factores industriales, geológicos, climáticos, y fisiográficos. Los factores naturales incluyen: 1. El tipo de yacimiento mineral y de alteración hidrotermal. Los yacimientos de Au-Cu-As del tipo alta sulfurización emplazados en rocas volcánicas desarrollan importantes zonas de alteración del tipo argílica avanzada (p.ej. El Indio). Dado que este tipo de alteración implica la hidrólisis casi total de los feldespatos y ferromagnesianos de las rocas volcánicas, no quedan minerales que puedan reaccionar con las soluciones ácidas derivadas de la oxidación-lixiviación de la pirita. Estas rocas pierden su capacidad buffer y por lo tanto los metales pueden migrar fácilmente en solución desde el yacimiento. Por el contrario, las alteraciones potásica y propilítica (p.ej. Los Pelambres, pórfido cuprífero) no modifican la capacidad buffer de las rocas e incluso pueden aumentarla. Esto explica porqué la dispersión es tan fuerte en relación con El Indio (anomalía Elqui), y tan escasa con Los Pelambres (anomalía Cuncumén). 2. La intensidad de la fracturación también juega un papel importante en el proceso. Mientras más fracturada una roca, más fácil será la erosión de la cubierta del yacimiento y el paso de las aguas meteóricas ricas en oxígeno por el depósito mineral. Esto implica altas tasas de oxidación y lixiviación de metales. Un buen ejemplo lo constituyen El Indio y Pelambres, emplazados en dominios estructurales muy contrastados. El primero se encuentra en un área muy fracturada, mientras que en el segundo caso, apenas se muestran evidencias de una fracturación regional importante. 3. Por último, el clima y la fisiografía también juegan un papel importante en la dispersión de los metales. Aunque la Región de Coquimbo se localiza en la banda semi árida de Chile, el área se ve sujeta a fuertes episodios tormentosos (p.ej. años de El Niño), durante los cuales las precipitaciones se incrementan notablemente con respecto a las de los años normales. Estas inundaciones tienen una gran capacidad pare remover suelos y sedimentos. Si esto sucede en un escenario de gran altitud como el andino, y el área contiene yacimientos del tipo El Indio, entonces puede producirse el transporte masivo de suelos y sedimentos contaminados directamente a los ríos.

El Indio

Coipita

Los Pelambres

El Tapado

El Infiernillo

El Indio

Coipita

Quebrada Larga

Mostazal

Los PelambresSalamanca

Illapel

Ovalle

Coquimbo

La Serena

Main geologic units

EIN: El Indio

LPE: Los Pelambres

COI: Coipita

EINB: El Indio belt

LPE

EIN

Town

Structural lineament Structural lineament

Hydrothermal alteration zone,

strong metal dispersion

Hydrothermal alteration zone,

minor metal dispersion

Hydrothermal alteration zone,

Main geologic units

Upper Cretaceous - Tertiary

granitoids

Upper Tertiary - Quaternary

sediments

Lower - Upper Cretaceous volcanic

and sedimentary rocks

Paleozoic metamorphic rocks

Oligocene - Miocene volcanic and

subvolcanic rocks

Middle Cretaceous granitoids

Paleozoic - Jurassic granitoids,

volcanic, and sedimentary rocks

Major high-altitude ore deposit

Fault zone

40 km

COI

EINB

Rivers Elqui (E) and Hurtado (H) highs

River Cuncumén.(C) high

Cu (log ìg g ) Zn (log ìg g ) As (log ìg g )

The NW trend

Punitaqui (P) high

.82 : Isoconcentration line

: Major anomaly

: Minor anomaly

H

E

A

I

Andacollo (A) - El Ingenio (I) highs

P

C

Coquimbo

La Serena

Kriged area

Boundary of advanced argillic alteration (AAA)

Boundary of propylitic alteration (PA)

Boundary of potassic alteration (KA)

High density of fractures

Epithermal veins (Au-Cu-As) in associated tensional fractures

AAA

PA

KA

Stormy episodes induce massive metal-rich soil removal

Strong metal dispersion

Minor metal dispersion

A

B

Disseminated mineralization

Porphyry-Cu-type

Metallurgical

industrial activity

A: El Indio type scenario

B: Los Pelambres type scenario

Tomado de: R. Oyarzun, J. Oyarzún, J. Lillo, H. Maturana, P. Higueras. 2007. Mineral deposits and Cu-Zn-As dispersion-contamination in stream sediments from the semiarid Coquimbo Region, Chile. Environmental Geology. DOI 10.1007/s00254-007-0643-8.

www.aulados.net Temas Ambientales 2007