Metalogenia de las carbonatitas en dominios plutónicos, subvolcánicos y volcánicos: Tchivira, Bonga y Catanda, Angola

Abstract

Se han seleccionado tres carbonatitas de la estructura tectónica de Lucapa en Angola representativas de diferentes niveles de emplazamiento de los magmas: plutónico (Tchivira), subvolcánico (Bonga) y volcánico (Catanda).

Los objetivos del trabajo son los siguientes:

1) Establecer la secuencia de procesos que se dan en carbonatitas plutónicas, subvolcánicas y volcánicas;

2) establecer la distribución y el comportamiento de los elementos raros en cada uno de estos procesos.

La metodología incluye cartografía geológica de los afloramientos, muestreo según la misma o en algunos casos según columnas estratigráficas, estudio de las asociaciones minerales mediante microscopia óptica de luz transmitida/ reflejada, raman, microscopia electrónica cona analizador de energías de rayos X, difracción de polvo de rayos X, microsonda electrónica, análisis multielemental de elementos mayores y trazas y REE con ICP-MS, análisis microtermométrico de inclusiones fluidas, análisis de isótopos estables de

C y O en carbonatos.

Las carbonatitas se asocian con complejos alcalinos subsaturados de baja agpaicidad, aunque los elementos raros se concentran exclusivamente en las carbonatitas y, en menor medida, en aillikitas.

En las carbonatitas plutónicas e hipoabisales se registran tres estadios de cristalización principales, que controlan la cristalización y composición de los minerales de elementos raros:

a) estadio de cristalización magmático, con alta actividad de F en el magma y que produce la cristalización de

fluornatropirocloro; las tierras raras se concentran en fluorapatito y, en menor medida, en carbonatos primarios.

b) estadio de desgasificación y pérdida de álcalis que produce la fenitización del encajante, con precipitación de kenocalciopirocloro pobre en Na y en F. En el encaj ante pueden desarrollarse mineralizaciones similares.

c) estadio tardío, en que fluidos hidrotermales de origen meteórico procedentes de las rocas encajantes invaden la carbonatita. Se desestabilizan los carbonatos primarios, formándose ankeritización,dolomitización, fluoritización y silicificación de las carbonatitas primarias, a la vez que precipitan varias generaciones de pirocloro rico en Ba, Sr, Pb y Ta y, finalmente, rutilo rico en Nb. Las REE se concentran principalmente en carbonatos, principalmente en los del grupo de la synchisita, pero pueden estar en forma de silicatos de REE.

Por otra parte, durante los procesos supergénicos el pirocloro puede ser parcialmente desestabilizado y el niobio puede reconcentrarse en la estructura de minerales supergénicos de neoformación, como la goethita rica en Nb. Los elementos de las tierras raras pueden precipitar en forma de fosfatos secundarios de REE, como la rabdofana. En estas condiciones puede producirse la separación de Ce4+ del resto de REE. El contenido de F y Na del pirocloro primario disminuye proresivamente desde las carbonatitas plutónicas a las volcánicas, a la vez que el pirocloro se enriquece en Th, U y REE en la posición A y Ta y Zr en la posición B. En un mismo nivel estructural, las mayores concentraciones de pirocloro se dan donde se haya producido desvolatilización de la carbonatita. El

Nb, las REE y, en general, los elementos raros, tienen una muy alta movilidad en los fluidos carbonatíticos en condiciones hidrotermales, e incluso en las condiciones supergénicas.

Three carbonatites from the Lucapa tectonic structure were selected for study, as representative of different levels of magma emplacement: plutonic (Tchivira), subvolcanic (Bonga) and volcanic (Catanda).

The objectives of this research are the next two:

1) To establish the sequence of processes that occur in plutonic, subvolcanic and volcanic carbonatites.

2) To establish the distribution and the behavior of the rare elements in each of these processes.

The methodology includes geological mapping of the outcrops, representative sampling following the above defined geological units (in some cases, along estratigraphic profiles), study of the mineral associations by transmitted/ reflected optical microscopy on thin/ polished section, Raman microprobe, scanning electron microscopy with energy dispersive analyses, X-ray powder diffraction, electron microprobe analyses, multielemental analyses of major and trace elements and REE with ICP-MS, microthermometry of fluid inclusions, C and 0 stable isotope analyses in carbonates.

Carbonatites are associated with undersaturated alkaline complexes with low agpaicity, but the arre elements are concentrated ain the carbonatites and, in lesser extent, in aillikites.

Three main stages of crystallization are found in the plutonic and hypabissal carbonatites. These stages control the crystallization and distribution of the minerals of rare elements:

a) Stage of magmatic crystallization, whit a high F fugacity in the carbonatite magma; fluornatropyrochlore is extensively produced in this stage. Rare earth elements are concentrated in

fluorapatite and, in lesser extension, in the primary carbonates.

b) Stage of devolatilization and loss of alkalis. In this stage is produced the fenitization of host rocks, with precipitation of Na- and F-poor keno-calciopyrochlore. Similar enrichments can be found in the host rock.

c) Late stage, when hydrothermal fluids of meteoric origin, invade the carbonatite coming from the host rocks. The primary carbonates become unstable, and the primary carbonatites are replaced by ankeritization,dolomitization, fluoritization and silicification processes, and new generations of Ba-, Sr-, Pb- and Ta-rich pyrochlore are produced, in many cases as replacements of the early formed pyrochlores. Finally, Nb-rich rutile is formed. REE are reconcentrated mainly in carbonates, commonly as members of the synchysite group, but REE silicates may also be formed.

Moreover, pyrochlore may be unstable during the supergene processes and Nb may be reconcentrated in the structure of supergene minerals of neoformation, as Nb-rich goethite. The REE can precipitate as secondary phosphates, as rhabdophane. Ce4+ may fractionate from the other REE under these conditions. F and Na contents in the primary pyrochlore progressively decrease from the plutonic carbonatites towards the volcanic carbonatites. Conversely, an opposite trend is observed in the case of Th, U and REE in the A position, and in the case of Ta and Zr in the B position. The highest pyrochlore concentrations, for a given structural level, are found where carbonatite suffered a loss of volatiles. Nb, REE and, in general, the rare elements, have a very high mobility in the hydrothermal carbonatite fluids, and

may also be mobile under supergene conditions.