Geology and Metallogeny of the Cerro Quema Au-Cu deposit (Azuero Peninsula, Panama)

Abstract

Cerro Quema és un dipòsit d’or-coure situat a la Península d’Azuero (SO Panamà). Està encaixat dins d’un complex de doms dacítics que intrueixen la Formació Río Quema, seqüència vulcanosedimentària d’edat Campanià superior - Maastrichtià dipositada en una conca d’avantarc. La mineralització i l’alteració hidrotermal estan controlades per falles regionals d’orientació E-O i litològicaments per la presència de doms dacítics. Es tracta d’un dipòsit d’origen controvertit, ja que ha estat interpretat com a epitermal d’alta sulfuració, i també com a un híbrid epitermal - sulfurs massius. Malgrat els estudis geològics i metal·logenètics previs, la geodinàmica de la zona i la seva relació amb el dipòsits minerals, no es coneixia en detall. En conseqüència, l’objectiu d’aquesta Tesi és el esbrinar la relació entre l’evolució geològica de la zona i l’origen i evolució dels fluids mineralitzants. Al Capítol 1, es revisen les característiques principals dels dipòsits epitermals d’alta sulfuració i la seva possible relació amb d’altres dipòsits d’interès econòmic (p.e. pòrfirs cuprífers i sulfurs massius). Els Capítols 2 i 3 comprenen l’estudi tectonoestratigràfic, geoquímic i bioestratigràfic de la part sud de la Península d’Azuero. És presentat també un nou mapa geològic de la zona d’estudi, completat amb dades geoquímiques i bioestratigràfiques de radiolaris i foraminífers planctònics. Finalment, es proposa un model de reconstrucció de l’arc volcànic durant el Cretaci. Els Capítols 4 i 5 tracten la geologia, mineralogia, geoquímica i l’edat del dipòsit. Es descriuen les paragènesis minerals de la mineralització i de les alteracions (hidrotermal i supergènica). A partir de dades d’incllusions fluides (temperatura d’homogenització i salinitat), i d’isòtops estables (S, O i H), es discuteix l’origen i evolució dels fluids mineralitzants. La caracterització geoquímica dels fluids hidrotermals és completada dades de contingut en metalls de les roques de caixa alterades hidrotermalment i per anàlisis amb microsonda electrònica (EMPA) de pirites, alunites i minerals alumino-fosfats-sulfats (APS). Per tal de concretar l’edat de la mineralització, s’han realitzat datacions radiomètriques Ar/Ar (hornblendes), en les roques caixa (67.9 ±1.3 - 65.6 ±1.3 Ma) i en les roques plutòniques de la zona (batòlit de El Montuoso: 65.7 ±1.4 Ma; batòlit de Valle Rico: 54.8 ±1.2 Ma; batòlit de Parita: 40.8 ±1.4 Ma). Per tal de conèixer l’origen dels fluids, s’ha analitzat la δ34S en pirita, calcopirita, enargita, barita i alunita, la δ18O en barita, alunita, quars, caolinita i dickita, i la δD en caolinita i dickita. Les mesures microtermomètriques s’han realitzat en inclusions fluides secundàries contingudes en quarsos ignis alterats hidrotermalment. El conjunt d’aquestes dades ha permès desenvolupar un model genètic conceptual on s’integra la gènesi del dipòsit en el marc geodinàmic de la Península d’Azuero. El Capítol 6 inclou les conclusions de la tesi. D’acord amb les observacions de camp, juntament amb les dades geocronològiques i bioestratigràfiques, podem afirmar que Cerro Quema és un dipòsit epitermal d’alta sulfuració emplaçat durant l’Eocè inferior (~55-49 Ma), i que probablement està relacionat amb un sistema de pòrfir cuprífer subjacent. Els fluids mineralitzants van ser de temperatura variable (140 – 240ºC) i de baixa salinitat (< 5% en pes eq. de NaCl). L’espècie de sofre dominant en els fluids hidrotermals era el H2S, d’origen magmàtic (δ34SΣS= -0.5‰). Els valors de δ18O dels fluids en equilibri amb el vuggy silica (-2.6 - +3.0‰) i els valors de δ18O/δD dels fluids en equilibri amb caolinites/dickites (δ18O= -10.0 - +13.3‰; δD= -72 - -13‰, respectivament) indiquen que la mineralització es va produir per la barreja de fluids hidrotermals amb aigües meteòriques. Cerro Quema és només una part d’un extens sistema hidrotermal que va donar lloc a dipòsits similars a la regió sud de la Península d’Azuero. Aquest estudi ha posat de manifest la interrelació entre els dipòsits d’or-coure de la Península d’Azuero amb falles regionals d’orientació E-O, una característica important que pot ser utilitzada com a eina d’exploració.

Cerro Quema es un depósito de oro-cobre situado en la Península de Azuero (SO Panamá). Está encajado dentro de un complejo de domos dacíticos que intruyen la Formación Río Quema, secuencia volcanosedimentaria de edad Campaniense superior – Maastrichtiense depositada en una cuenca de antearco. La mineralización y la alteración hidrotermal están controladas por fallas regionales de orientación E-O y litológicamente por la presencia de domos dacíticos. Se trata de un depósito de origen conrovertido, pues ha sido considerado como un depósito epitermal de alta sulfuración, pero también como un deposito híbrido epitermal - sulfuros masivos. A pesar de los estudios geológicos y metalogenéticos previos, la geodinámica de la zona y su relación con los yacimientos minerales, no se conocía en detalle. En consecuencia, el objetivo de esta Tesis es averiguar la relación entre la evolución geológica de la zona y el origen y evolución de los fluidos mineralizantes. En el Capítulo 1 se describen las características principales de los depósitos epitermales de alta sulfuración y su posible relación con otros yacimientos de interés económico (p.e. pórfidos cupríferos y sulfuros masivos). Los Capítulos 2 y 3 comprenden el estudio tectonoestratigráfico y geoquímico de la parte sur de la Península de Azuero. Se presenta también un nuevo mapa geológico de la zona de estudio, complementado con datos geoquímicos y bioestratigráficos de radiolarios y foraminíferos planctónicos. Finalmente se propone un modelo de reconstrucción paleogeográfica del arco volcánico durante el Cretácico. Los Capítulos 4 y 5 tratan sobre la geología, mineralogía, geoquímica y la edad del yacimiento. Se describen las paragénesis minerales de la mineralización y de las alteraciones (hidrotermal y supergénica). A partir de los datos de inclusiones fluidas (temperatura de homogenización y salinidad) y de isotopos estables (S, O y H), se discute el origen y evolución de los fluidos mineralizantes. La caracterización geoquímica de los fluidos hidrotermales es complementada con los datos de contenido de metales de las rocas caja alteradas hidrotermalmente y con los análisis con microsonda electrónica (EMPA), de piritas, alunitas y minerales alumino-fosfato-sulfatos (APS). Para concretar la edad de la mineralización, se han realizado dataciones radiométricas Ar/Ar (en hornblenda), en las rocas caja (67.9 ±1.3 - 65.6 ±1.3 Ma) y en las rocas plutónicas de la zona (batolito de El Montuoso: 65.7 ±1.4 Ma; batolito de Valle Rico: 54.8 ±1.2 Ma; batolito de Parita: 40.8 ±1.4 Ma). Para conocer el origen de los fluidos, se ha analizado la δ34S en pirita, calcopirita, enargita, barita y alunita, la δ18 en barita, alunita, cuarzo, caolinita y dickita, y la δD en caolinita y dickita. Las mediciones microtermométricas se han realizado en inclusiones fluidas secundarias contenidas en cuarzos ígneos alterados hidrotermalmente. El conjunto de estos datos ha permitido desarrollar un modelo genético conceptual donde se integra la génesis del yacimiento en el marco geodinámico de la Península de Azuero. El Capítulo 6 incluye las conclusiones de la tesis. De acuerdo con las observaciones de campo, junto con los datos geocronológicos y bioestratigráficos, podemos afirmar que Cerro Quema es un depósito epitermal de alta sulfuración emplazado durante el Eoceno inferior (~55-49 Ma), y que probablemente está relacionado con un sistema de pórfido cuprífero subyacente. Los fluidos mineralizantes fueron de temperatura variable (140 – 240ºC), y de baja salinidad (< 5% en peso eq. de NaCl). La espécie de azufre dominante en el fluido hidrotermal era el H2S, de origen magmático (δ34SΣS= -0.5‰). Los valores de δ18O de los fluidos en equilibrio con vuggy silica (-2.6 - +3.0‰) y los valores de δ18O/δD de los fluidos en equilibrio con caolinitas/dickitas (δ18O= -10.0 - +13.3‰; δD= -72 - -13‰, respectivamente) indican que la mineralización se produjo por la mezcla de fluidos hidrotermales con aguas meteóricas. Cerro Quema es solo una parte de un extenso sistema hidrotermal que dio lugar a depósitos similares en la región sur de la Península de Azuero. Este estudio ha puesto de manifiesto la interrelación entre los depósitos de oro-cobre con las fallas regionales de orientación E-O, una característica importante que puede ser utilizada como herramienta de exploración.

Cerro Quema, located in the Azuero Peninsula (SW Panama) is a structurally and lithologically controlled Au-Cu deposit. It is hosted by a dacite dome complex intruded within the Río Quema Formation, a volcanosedimentary sequence of Late Campanian to Maastrichtian age deposited in a fore-arc basin. Mineralization and hydrothermal alteration is controlled by E-W trending regional faults. Cerro Quema is a controversial deposit because it has been interpreted as a high sulfidation epithermal deposit, but also as a hybrid epithermal-volcanogenic massive sulfide deposit. Despite previous geologic and metallogenetic studies, the geodynamic framework of the area and the relationship with mineral deposits is not understood. The aim of this thesis is to unravel the relationship between the geological evolution of the area and the origin and evolution of the mineralizing fluids. In Chapter 1, the main characteristics of high sulfidation epithermal deposits and their link with other economically important deposits (e.g., porphyry copper and VMS) are revised. Chapters 2 and 3 comprise the tectonostratigraphy, geochemistry and biostratigraphy of the Azuero Peninsula. A new geologic map of the area, complemented with geochemical data and a biostratigraphical study of radiolarian and planctonic foraminifera, is presented. Finally, a paleogeographic reconstruction of the Cretaceous volcanic arc is proposed. Chapters 4 and 5 deal with the geology, mineralogy, geochemistry and age of the deposit. Ore and alteration (hydrothermal and supergene) mineral parageneses are described. The origin and evolution of mineralizing fluids is discussed from fluid inclusion (homogenization temperature and salinity) and stable isotopes (S, O and H) data. The chemical characterization of the hydrothermal fluids is strengthened from trace metal content of hydrothermally altered host rocks, and EMPA analyses on pyrite, alunite and aluminum phosphate-sulfate (APS) minerals. In order to constrain the age of the mineralization, Ar/Ar dating (hornblende) have been performed on Cerro Quema host rocks (67.9 ±1.3 to 65.6 ±1.3 Ma) and on plutonic rocks of the area (El Montuoso batholith: 65.7 ±1.4 Ma; Valle Rico batholith: 54.8 ±1.2 Ma; Parita batholith: 40.8 ±1.4 Ma). δ34S values have been measured on pyrite, chalcopyrite, enargite, barite and aluntie. δ18O was analyzed on barite, aluntie, quartz, kaolinite and dickite, and δD on kaolinite and dickite. Microthermometircal measurements were performed on secondary fluid inclusions from hydrothermally altered igneous quartz. A conceptual model integrating the genesis of the deposit within the geodynamic framework of the Azuero Peninsula is presented. Chapter 6 includes the conclusions of the thesis. According to field observations coupled with geochronological and biostratigraphical data, Cerro Quema is a high sulfidation epithermal deposit emplaced during Lower Eocene (~55-49 Ma) times, and is probably related to an underlying porphyry copper system. Mineralizing fluids were of variable temperature (140 - 240ºC) and low salinity (< 5 wt% NaCl eq.). Hydrothermal fluids were sulfide dominant with sulfur of magmatic origin (δ34SΣS= -0.5‰). δ18O of fluids in equilibrium with vuggy silica (-2.6 to +3.0‰), and δ18O/δD values of fluids in equilibrium with kaolinite/dickite (δ18O= -10.0 to +13.3‰; δD= -72 to -13‰, respectively), indicate that mineralization was produced by the mixing of hydrothermal fluids with meteoric waters. Cerro Quema is only a part of an extensive hydrothermal system that produced similar deposits in the southern portion of the Azuero Peninsula. The present study has revealed the relationship of Au-Cu deposits with E-W trending regional faults, an important feature that might be used as exploration tool.