Caracterización y origen de los depósitos de Zn-(Fe-Pb) en la zona de Riópar (Prebético, SE de España)

Abstract

La present Tesi té com objectiu l’estudi dels dipòsits de Zn a la zona de Riópar i les seves roques encaixants, que es localitzen just en el límit entre les zones del Prebètic Intern i l’Extern (Conca Bètica Mesozoica, SE d’Espanya). Això permetrà discernir el tipus i evolució dels fluids mineralitzants, així com els principals controls per la seva circulació, a partir de dades geològiques, petrogràfiques i geoquímiques. La zona de Riópar es caracteritza per presentar múltiples cossos dolomítics allotjats en carbonats de diferents edats. Les composicions isotòpiques de C-O dels cossos dolomítics en el Juràssic Inferior i Mitjà, així com en el Cretaci Superior (δ13C: +2,5 a +3,8‰; δ18O: +26,9 a +29,8‰), són similars a les composicions de les calcàries marines del Juràssic-Cretàcic (δ13C: +0.5 a +3.2‰; δ18O: +27.6 a +30.9‰), fet que suggereix una dolomitització per aigua marina a baixes temperatures. En contraposició, els estudis isotòpics de C-O i microtermomètrics desenvolupats en inclusions fluides de les dolomies allotjades en el Juràssic Superior-Cretàcic Inferior (δ13C: -2,3 a +0,8‰; δ18O: +25,1 a +27,6‰; Th: 150-250ºC) posen de manifest que aquestes dolomies varen ser formades per processos hidrotermals. Els dipòsits de Zn-(Fe-Pb) de Riópar es troben exclusivament en les dolomies d’origen hidrotermal, entre les falles de San Jorge i Socovos. Aquests jaciments es caracteritzen per presentar dos tipologies de mineralitzacions: i) hipogèniques de sulfurs de Zn-(Fe-Pb) de tipus Mississippí Valley (MVT), constituïdes per marcassita, esfalerita i galena; i ii) supergèniques de tipus calamina formades per smithsonita, hidrozincita i cerussita, així com oxi-hidròxids de Fe (hematites i goethita). Les dolomies hidrotermals i els sulfurs es varen formar per una mescla entre un fluid de baixa salinitat, probablement derivat del mar Cretàcic (Fluid A: ≤ 5% en pes eq. de NaCl), el qual va circular a través dels estrats Mesozoics, i una salmorra hidrotermal de conca (Fluid B: ≥ 25% en pes eq. de NaCl) amb metalls i sulfat, que va circular per el basament Paleozoic. Les relacions isotòpiques de Pb en cristalls de galena (206Pb/204Pb: 18,736-18,762; 207Pb/204Pb: 15,629-15,660; 208Pb/204Pb: 38,496-38,595) apunten a una única font de metall, segurament derivada de roques Paleozoiques. Per altre banda, les composicions isotòpiques de sofre dels sulfurs de metalls base (marcassita: -7,5 a -5,8‰ δ34S; esfalerita: -2,2 a +3,5‰ δ34S; galena: -2,8 a -2,4‰ δ34S), suggereixen que el sofre va derivar de sulfat Triàsic (marí y/o de dissolució d’evaporites). La reducció del sulfat (SO42-) a àcid sulfhídric (H2S) s’explica mitjançant reaccions termoquímiques amb compostos orgànic (ex., hidrocarburs, metà) en la zona de precipitació mineral. Les observacions de camp i els resultats de les simulacions de transport de calor i flux de fluid suggereixen que els fluids hidrotermals varen circular canalitzats predominantment a través de la falla de San Jorge, mentre que la falla de Socovos devia actuar com a barrera impedint la fuita del fluid hidrotermal cap el Prebètic Extern. Les composicions isotòpiques en C-O de la smithsonita (δ18O: 27,8 a 29,6 ‰; δ13C: -6,3 a +0,4‰), que constitueix la fase principal dels jaciments de calamina, posen de manifest que: i) el fluid oxidant era d’origen meteòric i va interactuar amb els sulfurs a temperatures de 12 a 19ºC, suggerint un procés de meteorització supergènica sota condicions de clima temperat; i ii) la font de carboni va resultar de la mescla entre dos components de CO2, un derivat de la dissolució de les roques carbonatades de caixa (font enriquida en 13C) i l’altre de la descomposició vegetal (font empobrida en 13C). Finalment, la combinació entre els estudis petrogràfics, isotòpics de C i O i microtermométrics seria la eina d’exploració més útil per identificar les dolomies que són favorables a allotjar mineralitzacions de Zn a la zona del Prebètic. Una de las àrees susceptibles a explorar es el bloc inferior de la falla de l’Alto-Guadalquivir.

La presente Tesis tiene como objetivo el estudio de los depósitos de Zn de la zona de Riópar y sus rocas encajantes, que se localizan justo en el límite entre las zonas del Prebético Interno y el Externo (Cuenca Bética Mesozoica, SE de España). Esto permitirá discernir el tipo y evolución de los fluidos mineralizantes, así como los principales controles para su circulación, a partir de datos geológicos, petrográficos y geoquímicos. La zona de Riópar se caracteriza por presentar múltiples cuerpos dolomíticos albergados en carbonatos de diferentes edades. Las composiciones isotópicas de C-O de los cuerpos dolomíticos en el Jurásico Inferior y Medio, así como en el Cretácico Superior (δ13C: +2,5 a +3,8‰; δ18O: +26,9 a +29,8‰), son similares a las composiciones de las calizas marinas del Jurásico-Cretácico (δ13C: +0,5 a +3,2‰; δ18O: +27,6 a +30,9‰), sugiriendo una dolomitización por agua marina a bajas temperaturas. En cambio, los estudios isotópicos de C-O y microtermométricos desarrollados en inclusiones fluidas de las dolomías alojadas en Jurásico Superior-Cretácico Inferior (δ13C: -2,3 a +0,8‰; δ18O: +25,1 a +27,6‰; Th: 150-250ºC) ponen de manifiesto que estas dolomías fueron formadas por procesos hidrotermales. Los depósitos de Zn-(Fe-Pb) de Riópar se encuentran exclusivamente en las dolomías de origen hidrotermal, entre las fallas de San Jorge y Socovos. Estos yacimientos se caracterizan por presentar dos tipologías de mineralizaciones: i) hipogénicas de sulfuros de Zn-(Fe-Pb) de tipo Mississippi Valley (MVT) constituidas por marcasita, esfalerita y galena; y ii) supergénicas de tipo calamina formadas principalmente por smithsonita, hidrocincita y cerusita, así como oxi-hidróxidos de Fe (hematita y goethita). Las dolomías hidrotermales y los sulfuros se formaron por una mezcla entre un fluido de baja salinidad, probablemente derivado del mar Cretácico (Fluido A: ≤ 5% en peso eq. de NaCl), el cual circuló a través de los estratos Mesozoicos, y una salmuera hidrotermal de cuenca (Fluido B: ≥ 25% en peso eq. de NaCl) con metales y sulfato, que circuló por el basamento Paleozoico. Las relaciones isotópicas de Pb en cristales de galena (206Pb/204Pb: 18,736-18,762; 207Pb/204Pb: 15,629-15,660; 208Pb/204Pb: 38,496-38,595) apuntan a una única fuente de metal, posiblemente derivada de rocas Paleozoicas. Por otra parte, las composiciones isotópicas de S de los sulfuros de metales base (marcasita: -7,5 a -5,8‰ δ34S; esfalerita: -2,2 a +3,5‰ δ34S; galena: -2,8 a -2,4‰ δ34S), sugieren que el azufre derivó de sulfato Triásico (marino y/o de disolución de evaporitas Triásicas). La reducción del sulfato (SO42-) a ácido sulfhídrico (H2S) se explica mediante reacciones termoquímicas con compuestos orgánicos (ej., hidrocarburos, metano) en la zona de precipitación mineral. Las observaciones de campo y los resultados de las simulaciones de transporte de calor y flujo de fluido sugieren que los fluidos hidrotermales circularon canalizados predominantemente a través de la falla de San Jorge, mientras que la falla de Socovos actuaría como barrera impidiendo el escape del fluido hidrotermal hacia el Prebético Externo. Las composiciones isotópicas en C-O de la smithsonita (δ18O: 27,8 a 29,6 ‰; δ13C: -6,3 a +0,4‰), que constituye las fase principal de los yacimientos de calamina, ponen de manifiesto que: i) el fluido oxidante era de origen meteórico e interaccionó con los sulfuros a temperaturas de 12 a 19ºC, sugiriendo un proceso de meteorización supergénica bajo condiciones de clima templado; y ii) la fuente de carbono resultó de la mezcla entres dos componentes de CO2, una derivada de la disolución de las rocas carbonatadas de caja (fuente enriquecida en 13C) y otra de la descomposición vegetal (fuente empobrecida en 13C). Finalmente, la combinación entre los estudios de petrográficos, isotópicos de C y O y microtermométricos sería la herramienta de exploración más útil para identificar las dolomías favorables a albergar mineralizaciones de Zn en la zona del Prebético. Una de las áreas susceptibles a explorar es el bloque inferior de la falla del Alto-Guadalquivir.

The aim of the present PhD Thesis is the study of the Zn ore deposits and their carbonate host rocks in the Riópar area, which is located in the limit between the Internal and External Prebetic Zones (Mesozoic Betic Basin, SE Spain). This study will constrain the type and evolution of mineralizing fluids and the main controls for fluid flow, from geological, petrographical and geochemical data. The Riópar zone is home to extensive outcrops of dolostone bodies, which are hosted within different age carbonates. The C-O isotopic compositions of the dolomitic bodies in Lower and Middle Jurassic, as well as in Upper Cretaceous (δ13C: +2.5 a +3.8‰; δ18O: +26.9 a +29.8‰), are within the range of Jurassic to Cretaceous marine limestones (δ13C: +0.5 a +3.2‰; δ18O: +27.6 a +30.9‰); this supports a seawater dolomitization model at low temperature. Nevertheless, the C-O isotopic and fluid inclusion microthermometric studies from dolostones hosted within Upper Jurassic and Lower Cretaceous carbonates (δ13C: -2.3 a +0.8‰; δ18O: +25.1 a +27.6‰; Th: 150-250ºC) suggest that these dolostones are formed by hydrothermal processes. The Riópar Zn-(Fe-Pb) deposits are enclosed within the hydrothermal dolostones, between San Jorge and Socovos faults. These deposits are characterized by two mineralization types: i) hypogenic Zn-(Fe-Pb) sulfides of Mississippi Valley type (MVT) constituted by marcasite, sphalerite and galena; and ii) supergenic non-sulfide deposits (calamine), formed by predominant smithsonite, hydrozincite and cerussite, as well as Fe-oxi-hydroxides (hematite and goethite). The hydrothermal dolostones and sulfides were formed by a mixing between a low salinity fluid, probably derived from Cretaceous seawater (Fluid A: ≤ 5 wt.% NaCl eq.), which flowed through Mesozoic strata, and a basinal brine (Fluid B: ≥ 25 wt.% NaCl eq.) with metals and sulfate, which flowed within the Paleozoic basement. The Pb isotopic ratios in galena crystals (206Pb/204Pb: 18.736-18.762; 207Pb/204Pb: 15.629-15.660; 208Pb/204Pb: 38.496-38.595) suggest a unique metal source, probably from within Paleozoic rocks. On the other hand, the S isotopic compositions from base metal sulfides (marcasite: -7.5 to -5.8‰ δ34S; sphalerite: -2.2 to +3.5‰ δ34S; galena: -2.8 to -2.4‰ δ34S), points to a sulfur source derived from Triassic sulfate (seawater and/or from dissolution of Triassic evaporites). The sulfate (SO42-) reduction to hydrogen sulfide (H2S) is explained by thermochemical reactions with organic compounds (e.g., hydrocarbons, methane) in the ore formation region. Field observations and results of heat transport and fluid flow simulations suggest that hydrothermal fluids must have flowed upwards predominantly along San Jorge fault, whereas the Socovos fault must have acted as a thermal barrier blocking the scape of fluid to the External Prebetic area. The C-O isotopic composition of smithsonite (δ18O: +27.8 to +29.6‰; δ13C: -6.3 to +0.4‰), which constitute the principal mineral phase of the calamine deposits, puts constrains on: i) the oxidizing fluid type, which was of meteoric origin and interacted with sulfides at temperatures of 12 to 19°C, suggesting a supergene weathering process for the calamine-ore formation under a temperate climate; and ii) the carbon source, that resulted from mixing between two CO2 components, one derived from the dissolution of the host-dolomite (13C-enriched source) and another form vegetation decomposition (13C-depleted component). Therefore, the combination of petrographical, C-O isotopes and microthermometrical studies can be used as an exploration tool to identify favorable dolostones to host Zn mineralizations in the Prebetic Zone. One of the susceptible areas to target is the footwall block of Alto-Guadalquivir fault.