Geoquímica isotópica del Boro en alteración de turmalina (IOCGs)

8/10/2019 Geoqumica isotpica del Boro en alteracin de turmalina (IOCGs)

1/17

ARTICLE

The boron isotope geochemistry of tourmaline-rich alteration

in the IOCG systems of northern Chile: implications

for a magmatic-hydrothermal origin

Fernando Tornos &Michael Wiedenbeck &

Francisco Velasco

R e ce i ve d : 8 J u ly 2 0 11 / A c c ep t ed : 1 8 A u gu s t 2 0 11 / P u bl i sh e d o n l in e : 2 7 S e pt e mb e r 2 0 11# Springer-Verlag 2011

Abstract H y d r o th e rm a l t o ur m al i n e i s c o mm o n i n t h e i r o n

o x i de - c op p er - go l d ( I O C G) d e p os i t s o f t h e C o a st a l C o r di l l e ra o f C h i l e w h e r e i t o c c u r s a s l a r g e c r y s t a l s i n t h e g r o u n d m a s s o f

m a gm at i c- hy d ro th e rm a l b r ec ci a s, s uc h a s i n t he S i lv it a o r

T r o p e z n o r e b o d i e s , o r a s s m a l l g r a i n s i n r e p l a c i v e b o d i e s o r

breccia cement in the ore-bearing andesite, as seen at the

C a nd e la r ia o r C a ro l a d e po s it s . To ur m al i ne s h ow s s t ro n g

c he mi ca l z on in g a nd h as a c om po si ti on o f s ch or ldravite

w i th s i gn i fi c an t p o vo n dr a it e a n d u v it e c o mp o ne n ts . T h e

o bs er ve d b or on i so to pe c om po si t io n i s f ai r ly v ar i ab le ,

between 10.4 a nd + 6. 0 w it h n o m a jo r d if f er e nc e s

a mo ng t he d if fe re nt d ep os it s, s ug ge st in g a c om mo n

g e ne t ic m e ch a ni s m . T h e 11B v al ue s a re s ig ni fi ca nt l y

l o w e r t h a n t h o s e o f s e a w a t e r o r m a r i n e e v a p o r i t e s a n d v e r y

s i mi l ar t o t h os e o f y o un ge r p o rp h yr y c o pp e r d e po s it s a n d

v o lc a ni c r o ck s i n t h e r e gi o n, i n di c at i ng t h at t h e b o ro n h a s

a c om mo n, l ik el y m ag ma ti c, o ri gi n. T he p re do mi na nt

boron source was ultima tely dewater ing of the subductin g

s la b w it h a s ig ni fi ca nt c on tr ib ut io n d er iv ed f ro m t he

o v e r ly i n g c o n t i n e n ta l b a s em e n t . T h e r a n g e o f 11B v a lu e s

i s b e tw e en t h os e o f t h e p o r p hy r y c o pp e r d e p o si t s a n d t h eporphyry tin deposits of the Andes, suggesti ng that the

I O C G m i n e r a l i z at i o n m i g h t b e g e n e t i c a l ly r e l a t ed t o f l u i d s

h av in g m or e c ru st al c on ta mi na t io n t ha n t he p or ph yr y

c op pe r d ep os it s; s uc h a n i nt er pr et at io n i s a t o dd s w i th

c ur re nt m od el s t ha t p ro po se t ha t t he A nd ea n I OC G

d e po s it s a r e r e l a t ed t o j u ve n il e m e l ts o r t o t h e c i rc u la t io n

o f b a s i na l b r i n es . F u r t he r m o r e, t h e o b t a i n e d11B d a t a a r e

m ar ke dl y d if fe re nt f ro m t ho se o f t he t ou rm al in e i n t he

C a ra j s I O CG d i st r i ct ( B ra z il ) , s u gg e st i ng t h at I O CG s d o

n o t f o r m b y a u ni q ue m e ch a ni s m i n v o lv i ng o n ly o n e t y p e

o f f l u i d s.

Keywords B o r o n i s o t o p es . Tourmaline . IOCG . Chile .

Andes

Introduction

O ne o f t he m aj or c on tr o ve r si e s c on ce rn i ng t he o ri gi n o f

i ro n o xi de -c op pe r- go ld ( IO CG ) d ep os it s r el at es t o t he

s o ur c e o f t h e o r e - f or m i ng f l u id s . M a n y I O C G d i s t r i ct s a r e

w i t hi n b e lt s r i c h i n b o th p l ut o ni c r o ck s ( w h ic h a r e b r o a dl y

c on te m po ra ne o us w it h t he m in er al i zi ng e ve nt ) a s w el l a s

s h al l ow m a r in e s e qu e nc e s t h at l o ca l l y c o nt a i n e v ap o ri t e s.

Neither stable isotope nor radiogenic isotope geochemistry

h a s b e e n a b le t o u n ra v el t h i s c o n un d r um b e ca u se m o st c a n

be interpreted as fluids having been equilibrated either with

m ag ma ti c o r b as in al r es er vo ir s. T hi s i s t he c as e f or t he

C l on cu r ry d i st r ic t i n A u st r al i a a nd t h e S k el l ef t e d i st r ic t i n

S w e de n ( M a rk e t a l . 2006; W i l l i a m s e t a l . 2003, 2005) . T h u s ,

c u r re n t m o d el s f o r I O C G s y s te m s f l u ct u a te b e t we e n w h o ll y

m a g ma t i c ( P o ll a r d 2006; To rn os e t a l. 2010) , t ho se t ha t

i n vo k e c i rc u la t io n o f b as i na l b r in es w i th t h e i gn e ou s r o ck s

E d i t o ri a l h a n d l i ng : B . L e h m a nn

F. T or n o s (*)

I n st i tu t o G e o l g ic o y M i ne r o d e E s pa a,

R os R o sa s , 2 3 ,

2 8 0 0 3 M a d r i d , S p a i n

e-mail: [email protected]

M . W i ed e n b e c k

H e l m h ol t z C e n t r e P o t s d a m ,

G F Z G e r m a n R e s e a rc h C e n t r e f o r G e o s c ie n c e s ,

Telegrafenberg C161,

1 4 4 7 3 P o t s da m , G e r m an y

F. Velasco

D e p a r ta m e n t o d e M i n e r al o g a y P e t r ol o g a ,

U n i v e rs i d a d d e l P a s Va s c o ,

C a mp u s d e L e io a , S a rr i en a s / n,

4 8 9 4 0 L e i o a V i zc a y a , S p a i n

M i n e r D e p o s i t a ( 2 0 1 2 ) 4 7 : 4 8 3499

D O I 10.1007/s00126-011-0383-2


2/17

a ct in g e xc lu si ve ly a s h ea t e ng in es ( Ba rt on a nd J oh ns on

1996, 2000) o r i n te r me di a te m o de l s i n w hi c h a m a gm a ti c -

h y d r o t h e r m a l e v e n t i s f o l l o w e d b y t h e i n v a s i o n o f t h e s y s t e m

by basinal brines (Marschik and Fontbot 2001a).

I n s ur fi c ia l e nv ir on me n ts , b or on c an b e c on ta i ne d i n

c la ys a nd b or at e s, b ut i n d ee p s et t in gs , i t i s o nl y h os te d i n

s ma l l a mo un ts i n w hi t e m ic a s a nd s i ll i ma ni t e a nd i n m or e

s i gn i f ic a nt a m ou n ts i n a x in i t e, v o ns e ni t e , f l uo b or i t e, d a to -l i t e, d u mo r ti e r it e , a n d t o ur m a li n e. To u rm a l in e i s t h e m o st

c om mo n B -b ea ri ng m in er al a nd i s f ou nd i n m ag ma ti c,

m e t am o r ph i c, a n d h y dr o t he r m al r o ck s . I t i s v e r y s t a b l e a n d

r e si s t an t t o d i f fu s io n ( N a ka n o a n d N a ka m ur a 2001; B e bo u t

a n d N a ka m ur a 2003) , t hu s a r ch iv in g i n fo r ma ti on a bo ut

o ri gi na l c on di t io ns o f c ry st al l iz at i on . To ur ma l in e i s a

particularl y useful mineral for studies of ore deposits

because its chemical composition is sensitive to changes

o cc ur r in g i n t he g eo ch em ic al e nv ir on me nt d ur i ng o re

f or m at i on , p r ov id i ng a p e tr o ge ne t ic i n di c at o r a b le t o

d i sc r im i na t e a m on g m i ne r al i zi n g r e gi m es ( P al m er a n d

Slack 1989; Slack et al . 1993) . T he t ou rm al i ne c ry st als t ru c tu r e c a n a c co mm o da t e a w i de v a ri e ty o f c a ti o ns w i th

d i ff e re nt s i ze a n d v a le n ce , t y pi c al l y p r od uc i ng a c o mp l ex

t y po l og y a nd v ar i ab l e c o mp os i ti on s . I t i s a m i ne ra l w i de -

spread in magmatic-hydrothermal mineralized systems occur-

r i n g i n b r e c c i a s a n d v e i n s r e l a t e d t o c o p p e r , m o l y b d e n u m , t i n -

t u n g s t e n , a n d g o l d d e p o s i t s ( J i a n g e t a l . 1998; L e h m a n n e t a l .

2000; K r ie n it z e t a l . 2008; W it t en br i nk e t a l . 2009).

B or on i so to pe g eo ch em is tr y i s a p ow er fu l t oo l f or

c on st r ai ni ng t he s ou rc e o f b or on a nd , b y e xt e ns i on , t h e

o r ig i n o f f l u id s r e s po n si b l e f o r B - r ic h a l t er a ti o n. B o r on i s

n ot b ou nd d ir ec t ly t o c at i on s, a nd i ts i so t op e r at i o i s n ot

i n fl u e nc e d b y r e do x s t at e , s a li n i ty o f t h e f l u i d , o r b i og e ni c

a c ti v i ty ; o n ly t e m pe r at u r e, p H , a n d r e l at e d a q ue o us s p ec i -

a ti on s ee m t o h av e a s ig ni f ic an t c on tr o l o ve r 11B v a lu e s

( P al m e r a n d S l ac k 1989) . B or o n i s i nc om p at i bl e i n m os t

m ag m at i c p ro ce s se s n ot i nv ol v in g t he c ry st a ll i za ti o n o f

t o ur m al i n e o r a x in i t e ( B e b ou t e t a l . 1999).

B or on i so to pe s s ho w a w id e r an ge i n n at ur e a nd t he11B/10B r a ti o s o f d i ff e r en t r e se r v oi r s a r e m a r ke d ly d i ff e r en t

(Barth 1993) m ak in g t h em a n e xc el l en t t r ac er f or d is t in -

g u is h i ng b e tw e en c o nt i n en t a l a n d m a ri n e b o ro n r e s er v oi r s .

C on ti ne nt al r oc ks a nd t he ir d er iv ed e va po ri te s h av e

negative 11B v al ue s, w he re as t he l ar ge p os it iv e v al ue o f

s e a wa t e r ( + 3 9. 6 1, 0. 04; Fo st er e t a l. 2010) c au se s

m a r in e s e d im e n ts t o b e s t r on g l y e n r i c he d i n 11B (Chaussidon

a n d A l b ar d e 1992; P a lm e r a n d S w i h ar t 1996; K a se m an n e t

al. 2000) . B or o n i s ot o pe s h a ve b e en u se d f or t r ac k in g m a ss

a n d f l u id t r a ns f e r d u r in g p l a te c o n ve r g en c e a n d s u b du c t io n ,

m os tl y b ec au se t he d if fe r en t r es e rv oi r s p ar t ic i pa ti ng i n

m a g ma g e n er a t i onc o nt i ne n ta l c r us t , m a nt l e, s e di m en t s,

a n d a l te r ed u pp e r o ce a ni c c r us t h av e d is ti nc t B i so to pe

s i g na t u re s ( B e nt o n e t a l . 2001; T o n a r i n i e t a l . 2007) . A n o t h e r

s t re n gt h o f B i s ot o pe g eo ch e mi s tr y i s t h at t h e f r ac t io na t io n

f a ct o rs b et w ee n t ou r ma l in e a n d w a te r a t h ig h t e mp er a tu r es

t h a t d o mi n a t e i n m a gm a t i c- h yd r o th e r ma l s y s te m s ( > 4 00 C )

a r e l o w , c a .1 . 8 1 . 0- u n i t s ( M e y e r e t a l . 2008) , w i t h o n l y a

minimal pressure dependence.

B o r on i s ot o p es c a n b e a v a lu a bl e t o ol f o r d i s c e rn i ng t h e

o ri gi n o f f l ui ds r es po ns i bl e o f I OC G f or m at i on , s in ce t he

c u r r e nt g e n e ti c d i s c u s si o n f l u c t u a t e s b e t w e e n f l u i d s d e r i v e d

f r o m e v a p o r i t i c b a s i n s o r m a g m a t ic - h y d ro t h e r m a l s y s t e m s .S o me s t ud i es h a ve d o cu m en t ed t h e o c cu r r en c e o f t o ur m a -

l i ne i n p o rp h yr y C uM o a n d WS n d e po s it s ( F ri k ke n e t a l .

2005; K l e m m e t a l . 2007; Wa gn er e t a l . 2009; W i t te n b r i n k

e t a l . 2009) , b u t t h e r e i s l i m it e d i n f or m at i o n o n t o ur m a li n e

r el at e d t o I O CG d ep os i ts . T he l ac k o f t o ur m al in e i n m os t

I OC G s ys t em s h as p re cl ud ed i t s s ys t em at i c u t il i za ti on .

U nt il n ow, t he s tu di es d ea li ng w it h B i so to pe s i n I OC G

d ep os i ts a re t ho se o f D re h er e t a l. ( 2008) a nd X av ie r e t a l.

(2008) i n t he C ar aj s P ro vi nc e, B ra zi l. H er e, h ig h 11B

v a lu e s a r e i n di c a ti v e o f t h e o r e- f o rm i ng b r in e s h a vi n g b e en

d er iv e d f r om m ar in e e va po ri t es ; l ow e r 11B v al ue s a re

i nt er pr et ed a s m ix ed s ig na ls w hi ch s om e o f t he B c am ef ro m f el si c c ru st . T he se d ep os it s, a s i s t he c as e i n m os t

I O C G d i s t r i c t s , o c c u r i n h i g h l y d e f o r m e d P r e c a m b r i a n b e l t s

w h e r e s u p e r i m p o s ed e v e n t s o f h y d r ot h e r m a l a c t i v i t y r e l a t e d

t o m ag ma ti s m o r m et am or p hi sm c an m od i fy t he o ri g in al

i s o t o pe c o m p o si t i o n .

To ur m al i ne - ri c h r o ck s a r e w i de s pr e ad i n m a gm a ti c -

h yd ro t he rm al s ys te m s o f t h e A nd e s, i nc lu di ng p or ph yr y

c op pe r a nd e pi t he r ma l d ep os it s ( Si ll i to e a nd S aw ki ns

1971) , b ut o nl y r ec en tl y h as t o ur m al in e b ee n d es cr i be d a s

a n a b un d an t h y dr o t he r ma l m i ne r al i n I O CG - l ik e s y st e ms

( T o r n o s e t a l . 2010) ; p r e v i o u s w o r k s ( B e n a v i d e s e t a l . 2007;

M a rs c hi k a n d F o nt b ot 2 0 0 1 a ) ha v e qu ot e d i t a s a n

a cc es so ry p ha se i n s om e z on es o f t he I OC G d ep os it s o f

t he C op ia p a re a. T hi s s tu dy r ep or t s t h e f ir s t t ou rm a li ne

c o m p o si t i o n al a n d 11B d a ta f or s ev er a l I OC G d ep os it s o f

t h e C o as t al C o rd i ll e r a o f t h e A n de s . To u rm a l in i t e i s p r es e nt

i n b o th t h e o r e- r e la t ed h y dr o th e rm a l a l te r a ti o n z o ne s , a n d

a ss oc ia te d i gn eo us r oc ks a nd h as b ee n f ou nd i n t he

C a nd e l ar i a, C a ro l a, T ro p ez n, a n d S i lv i t a d e po s it s ; t h es e

o re b od ie s a r e E ar l y C re ta ce o us i n a ge , a nd t he p ri ma r y

f ea t ur es a re v ir t ua ll y u nm od i fi ed s i nc e t he t i me o f t he ir

f or ma t io n. To ur m al in e h as b ee n a l so d es cr i be d i n o th er

I O C G s y s t em s ( e .g . , M u m i n e t a l . 2007).

G e ol o gi c s e tt i n g a n d d e sc r i pt i on o f t h e t o ur m a li n e -r i ch

rocks

T he I OC G a nd m ag ne t it e -a pa t it e d ep os i ts o f t he C oa s ta l

C o rd i l le r a o f n o rt h er n C h il e a n d P e r u ( c a. 2 , 00 0 M t o f o r e)

a r e w i t hi n t h e s o -c a l le d C r et a c eo u s I r on B e l t ( H e n r iq u e z e t

al. 1994; Vi va ll o e t a l. 2000; S i ll i t oe 2003) t ha t f or ms a

n a rr o w ( c a. 2 54 0 k m) , 1 ,0 00 k m l on g c or ri do r f ro m n ea r

S a n t i a g o , C h i l e , t o n e a r L i m a , P e r u . T h i s b e l t s h o w s a c l o s e

484 Mi ner D eposita (2012) 47:483499


3/17

s p at i a l r e l at i on s h ip w i t h t h e A t ac a m a F a ul t S y st e m ( A FS ) .

T h e A F S i n cl u de s m u lt i p le c r us t a l- s ca l e , d e ep l y p l un g in g ,

NS a na st o mo si ng , s ub -p ar a ll el s he ar z on es a nd f au lt s

a c c o m p a n i e d b y N E a n d S W s u b s i d i a r y s t r u c t u r e s t h a t h a v e

been active since at least the Early Jurassic (Brown et al.

1993; C em br an o e t a l. 2005) . T he A FS i s p ar al le l t o t he

m o d e r n s u b d u c t i o n z o n e t o t h e w e s t a n d h a s a c c o m m o d a t e d

s i gn i f ic a nt d e fo r ma t i on i n du c ed b y o b li q ue s u bd u ct i on ; i t a l s o c h a n n el i z e d r e g i o na l m a g m a t i c- h y d r ot h e r m a l a c t i v i t y

a n d m i n e r a li z a t i o n.

T h e o r e b o d i e s a r e h o s t e d b y s h a l l o w m a r i n e t o s u b a e r i a l

c a lc - a lk a li n e a n de s i te o f L a te J u ra s s ic t o E a rl y C r et a c eo u s

a g e t h a t w a s e r u p t ed i n a n a r c- b ac k a r c e n v i r on m en t d u ri n g

e a rl y s t ag e s o f p l a te c o nv e rg e nc e . T h i s a n de s i te i s e a r li e r t o

c oe va l w i th p lu t on i sm o f i nt e rm ed ia te t o f el s ic c om po si -

t i o n. D a te d m a gn e t it e - ap a t it e a n d I O C G d e po s i ts f o r me d i n

t h e 1 3 29 8 M a r a n g e ( M a t h u r e t a l . 2002; D i a z e t a l . 2003;

G el c ic h e t a l. 2005; B en av id es e t a l. 2007; To rn os e t a l.

2010) . A s a w ho l e, t h e C r e ta ce o us I r on B e lt s ee m s t o h av e

f or m ed i n r es po ns e t o a m aj o r t ec to ni c b re ak up t h at t oo k place in the Early Cretaceous, when there was a major

c ha ng e i n t he c on ve r ge nc e v ec t or o f t he N az c a P la te w it h

t he S ou th A m er i ca n P la te , w i th o rt ho go na l s ub du ct i on

c ha ng in g t o a n o bl i qu e o ne w i th m ax i mu m c om pr e ss iv e

s t r es s -o r i en t ed N W- S E ( S ch e ub e r a n d A n dr i e ss e n 1990).

T hi s s hi ft p ro du ce d a c ha ng e i n t he s ty l e o f m ag m at is m ,

w h i c h g r a d u a l l y e v o l v e d f r o m v o l u me t r i c a l l y l a r g e , f i s s u r e -

d o mi n a te d , f l oo d - li k e j u ve n i le a n de s i te o f L a te J u ra s s ic t o

E ar ly C r et a ce ou s a ge t ha t w as e xt r ud ed i n a n e xt en s io na l

s et ti ng , t o i nt ru si on o f t he C oa st al B at ho li th t ha t w as

e m pl a c ed a s s e ve r a l l a rg e l a c co l i th s i n p u ll - ap a rt s t r uc t ur e s

w i t hi n a t r a ns p r es s i ve s e t ti n g ( G ro c o tt a n d Ta y lo r 2002).

T h e o n s et o f l e f t l a t er a l , s t r i k e - sl i p d e f or m a ti o n w a s s y n ch r o -

n o u s w i t h e a s tw a r d m i g r a ti o n o f t h e m a g m a t ic a r c ( T a yl o r e t

al. 1998) . T he C r et a ce ou s I r on B e lt i s t he w e st e rn m os t o r e

province of the South American Cordillera; eastward, it is

bound by younger sub-parallel, NS t re nd in g C u, A g, a nd

S n b e l ts ( e . g. , S i l li t o e 1976).

T he I r on B e lt h os t s h un dr e ds o f s m al l c o pp er p r os pe ct s ,

m o st o f w h i ch a r e h e ma t i t e- r i ch b o di e s t h a t c o m p r i se s t o ck -

w o rk z on e s a nd m a ss i ve r e pl a ce m en ts r e la t ed t o f a ul t s a nd

breccia bodies. The prospects are associated with a sericite

chloritec a r bo n a te h y dr o t he r m al a l t e ra t i o n a s s em b l ag e t h at

postdates an earlier and deeper amphiboleK f e ld sp a r

m a gn e t it e a s s em b la g e ( B e na v i de s e t a l . 2007; R ieg er e t a l.

2011) , o f w hi ch t he M an to ve rd e ( 14 0 M t a t 0 .6 3% C u) ,

C a r m e n d e C o b r e ( 7 1 M t a t 0 . 6 5 % C u ) , a n d T e r e s a d e C o l m o

( 92 M t a t 0 .5 3% C u ) d ep os it s a r e t h e m o s t s i gn i fi ca nt .

T h e m a g ne t i te - r ic h d e p os i t s r e p la c e v o l ca n i c a n d p l u to n i c

r o c k s a n d a r e a s s o c i a t e d w i t h a K feldsparactinolitebiotite

a l t er a t io n a s s em b l ag e ; t h e y p r o b a bl y f o r me d a t h i g he r d e p th s

a nd t e mp e ra t ur e s t ha n t h e h e ma t it e -r i ch o ne s . T he m a jo r

d ep os it s n ea r C op ia p ( Fi g . 1) i nc lu de t he w or l d- cl a ss

C a nd el a ri a d e po si t ( 47 0 M t a t 0 .9 5 % C u ) , C a ro la ( 20 M t a t

1 .4 % C u) , A lc ap ar ro sa , a nd S an to s. T he se d ep os it s a re

h os te d b y t he P un ta d el C ob re F or ma ti on o f E ar ly

C r et a ce ou s a ge , t ha t c on s is t s o f c a. 5 00 m o f s ha l lo w m a ri ne

v ol ca ni cl as ti c a nd es it e d ep os it ed i n a b ac k a rc b as in

( M ar s ch i k a n d F o nt b ot 2001b) . Th e Pu nt a de l C ob re

F o r ma t i on i s o v e rl a i n b y t h e L a t e B e r ri a s ia n t o E a r ly A l b ia n

C h a ar c il l o G r ou p ( 70 02 ,0 00 m ), w hi ch i nc lu de s b ot hv ol c an i c a nd s e di m en t ar y r o ck s ; t h e o r e i s p r ed om i na nt l y

h os te d b y t he a nd es it e a nd t o a m uc h l es se r e xt en t b y t he

C h a a r c il l o G r o u p . B o t h t h e P u n t a d e l C o b r e F o r ma t i on a n d

t he C h a ar c il l o G r ou p f o rm e d i n a NS t r e nd i n g, e l o ng a t e,

e n s ia l i c b a c k a r c s h a ll o w m a r in e p u l l- a p ar t b a s in t h a t f o r m e d

d ur i ng o ns e t o f t h e o b li q ue s ub du c ti o n, b ei n g i n ti m at e ly

r e l at e d t o t h e d e f or m a t io n t h a t a c c om m o da t e d t h e c u r va t u re

o f t he A ta ca ma F au lt S ys te m ( Ta yl or e t a l. 1998) . R o ck s

belonging to the Chaarcillo Group interfinger with the

s u b ae r i al a n d es i t e o f t h e B a n du r r i as F o r ma t i on , r e p re s e nt i n g

t he v ol can ic f ac ies o f th e m agm at ic a rc t o t he ea st .

M i ne r al i za t io n i s a s so c ia t ed w i th s e ve r al s t ee p ly d i pp in g ,NNWS SE s t ru c tu re s a n d a l a rg e a ur e ol e o f h yd r ot h er m al

a lt er at io n t ha t h as r ep la ce d t he a nd es it e. T he a lt er a ti on

a ss e mb la g es a r e b i ot i temagnetitea ct i no li t e K f e ld s pa r

e pi d ot e q u a rt z i n t h e d e ep z o ne s a n d b i ot i teK f e ld s pa r

q u a r t z i n t h e s h a l l o w o n e s ; t h e s u l f i d e a s s e m b l a g e c o n s i s t s o f

c h a lc o p yr i t e a n d p y r it e w i t h m a g ne t i te c o m mo n l y r e p la c i ng

e ar l ie r h em at i te . T he o ve rl yi ng l im es t on e i s i r re gu la r ly

r ep la ce d b y a n ea rl y b ar re n c al ci c s ka rn ( Ma rs ch ik a nd

Fontbot 2001a) . M ar sc hi k a nd F on tb ot (2001a) r e po r te d

m i no r t o ur m al i ne i n t he e a rl i es t h yd r ot h er m al a s se m bl a ge ,

but we found in our study that it is fairly common within the

d ee p p ar t s o f t h e d e po s it .

Near Taltal, about 200 km north of the Punta del Cobre

d i st r i ct , s o me I O C G- l i ke d e po s i ts s h ar e m a ny f e at u r es w i t h

t ho se o f t he C op ia p a re a, b ut d if fe r i n b ei ng r el at ed t o

l a r ge t o ur m a li n e b r ec c i a p i p e s . T r o pe z n i s a s m al l C uMo

m in e t ha t w or ks a z one o f m as si ve C a FeK a l te r a ti o n

r ep la ci ng d io ri te d at ed a t 11 0. 0 2 .1 M a ( To rn os e t a l.

2010) . T h e h o s t d i or i t e i n t r u si o n i s p e rv a s iv e ly a l t er e d w i t h

i rr eg ul ar r ep la ce me nt o f t he p ri ma ry a ss em bl ag e b y a

potassicc a lc i c a l te r a ti o n o f K - f el d s pa r, b i ot i t e, a c ti n ol i t e,

a nd m ag ne t it e . A m or e i n te ns e C a FeK a l t er a t io n o c cu r s

a s a d om e- sh ap ed b od y i n t he c or e o f t he i nt ru si on ,

d o mi n at e d b y a c ti n o li t e w i t h a c ce s so r y m a gn e t it e , t o ur m a-

l i ne , q u ar t z , a n d s u lf i d es ( m os t l y p y ri t e , c h al c op y ri t e , a n d

m o ly b de n it e ) . T h e u p pe r m os t p a rt g r ad e s i n t o a n e p id o t e

quartzK -f el ds p ar r oc k w it h l oc al l y a bu nd an t a nh yd ri te .

T he C a FeK a l t er a ti o n p o st d a te s t h e e m pl a c em e nt o f t w o

t o ur m al i n e b r ec c ia p i pe s ; t h e se p i pe s c o nt a i n m o no l i th i c

f ra gm en ts o f t he h os t d io ri te w it h a p ot as si cc a l c i c

a l t e r a ti o n a s s e m bl a g e s u p p or t e d a n d r e p l a c ed b y t o u r m a l in e

a n d q u ar t z . G r ou n dm a s s m i ne r a ls i n cl u d e c o ar s e -g r ai n e d

t o ur m al i n e, m a gn e t it e , m o ly b de n i te , p y ri t e , c h al c o py r it e ,

M i n e r D e p o s i t a ( 2 0 1 2 ) 4 7 : 4 8 3499 485


4/17

c a l c i t e , a n d l o c a l a n h y d r i t e . S i m i l a r t o T r o p e z n , t h e S i l v i t a

prospect has at least two monolithic tourmaline breccia

pipes but lacks visible actinolite-rich alteration and related

m i ne r a li z a ti o n. To u rm a li n e i s i n te r gr o w n w i t h q u ar t z a n d

c h al c op y ri t e a n d l o ca l l y s u pp o rt s h i gh l y h e t er o me t r ic f r ag -

m en ts o f t he h os t d io ri te . L at e f lu id s t ha t i nv ad ed t he

s ys te m s ee m t o h av e h ad m in im al i nf lu en ce i n a ll t he se

d e po s it s b e ca u se r e tr o gr a de a l te r at i on a s se m bl a ge s a r e

a c c e s s or y a n d v o l u m et r i c a l l y m i n o r.

T he a ge o f t he e pi zo na l C oa st al B at ho li th ( ca . 1 31

1 0 4 M a ; B e r g e t a l . 1983; D a l l m e y e r e t a l . 1996; G e l c i c h e t

al. 2005) is sim il ar t o tha t of th e or e deposit s. Thi s

polyphase batholith is characterized by rather primitive

i s ot o pi c s i gn a t ur e s, w i t h i n it i a l 87Sr/86S r r at io s c lo se t o

0 . 70 3 a n d Ndi v al ue s o f + 1. 8 t o + 2. 8 ( Ma rs ch ik e t a l.

2003a) . A c l e a r g e n e t i c r e l a t i o n s h i p b e t w e e n i n t r u s i v e r o c k s

a nd m i ne ra li z at i on i s f ou nd i n t he T ro pe z n a nd S il vi t a

m i ne s , w h e r e t h e o r e b o dy i s d i r ec t ly r e l at e d t o t o ur m a li n e

breccia pipes, and hydrothermal alteration is restricted to

d i sc r et e d i or i t e i n tr u si o n s. I n t h e P u nt a d e l C o br e d i st r i ct ,

t h e s i t u a t i o n i s n o t s o s t r a i g h t f o r w a r d , s i n c e t h e o r e d e p o s i t s

a r e a f e w k i l o m et e r s f r o m t h e i n t r u si v e r o c k s a n d p r ob a bl y

r e pl a c e a r o of p e nd a nt o f v o lc a ni c r o ck s . H o w e v er , i n t h i s

d i s t r i c t , n o r e p o r t e x i s t s o f a r e l a t i o n s h i p o f t h e d e p o s i t s a n d

a s pe ci fi c i nt rus iv e un it o r a d ir ec t l in k w it h a k no wn

m a g m a t ic - h y d ro t h e r m al s y s t e m .

Fig. 1 G eo lo gi c m ap o f t he

C o a s t al C o r d i ll e r a o f C h i l e

s h ow i ng t h e l o c a t io n o f t h e

s t u d i e d I O C G m i n e s. M o d i f ie d

f r om To r no s e t a l . ( 2010)

486 Mi ner D eposita (2012) 47:483499


5/17

F l ui d c o mp o si t i on a n d s t a bl e i s ot o p e d a ta a r e s o me w ha t

a mb ig u ou s. A t C an de l ar ia , f l ui d i nc l us i on s i nd i ca te t he

c i r cu l a ti o n o f C O2- b e a r i ng f l u i d s h a v i n g s a l i n i ti e s b e t w e en

2 5 a nd 47 w t. % ( Ma rs ch ik a nd Fo nt bo t 2001a) and

s ug ge s t t he p re se nc e o f a f i rs t p ul s e o f m ag ma t ic b r in es

t ha t w as g ra du al l y r e pl a ce d b y C a- r ic h f lu id s o f b as in al

d e ri v a ti o n. H o we v er , b o th m e ta l s a n d s u lf u r a r e i n t er p re t e d

t o b e o f m ag ma ti c o ri gi n. S ul f ur i s ot o pe d a ta s ho w h i gh l yv a ri a b le s i gn a t ur e s : w h i le T ro p ez n a n d C a nd e la r i a h a ve

c l o s e t o 0 v a lu e s ( M ar s ch i k a nd F on t bo t 2 0 0 1 a )

c o mp a t ib l e w i t h a m a gm a t ic d e ri v at i o n, M a nt o ve r d e d i s-

plays highly variable data (6.8 t o + 11 .2) w hi ch

s ug ge s t d er i va t io n o f m os t o f t he s ul f ur f r om t h e a dj ac e nt

s e di m en t a ry r o ck s . I n it i a l O s i s ot o p e s i gn a t ur e s s u pp o rt a

basinal derivation of the fluids (Mathur et al. 2002) , w h e re a s

37

C l v al ue s ( 0. 2004.6) o f f lu id i nc lu si on s a re a ls o

c o ns i st e nt w i th m i xi n g o f m a gm a ti c b r in es w i th a d om i na nt

f l ui d e qu i li b ra t ed w i th e v ap or i ti c s ou r ce s ( C hi a ra d ia e t a l .

2006) . L e a d i s o t o pe s f r o m C a n d e l ar i a a r e c o n si s t en t w i t h t h e

l e ad b e in g d er i ve d f r om m i xe d c r us t al a nd m a nt l e s ou r ce s( M ar s ch i k e t a l . 2 0 0 3 b) . A t T r op e z n, o r e - f or m i n g f l u i d s

a r e b o t h C O2- p o o r a n d h i g h s a l i n e ( 5 07 0 w t . % N a C l e q . )

NaKC a b r in e s t h at a r e i n t er p re t ed a s h a vi n g e x so l ve d

f r om t h e u nd e rl y in g i n tr u si o n a b ov e t h e t w o p h as e c u rv e

( To r no s e t a l . 2010 ) . T h us , t h e g e ol o gy a n d g e oc h em i s tr y

o f t h es e d e po s it s i s c o ns i st e nt w i th t h ei r d e ri v at i on f r om

o n e o f t w o c o nt r as t in g f l ui d s o ur c es : e i th e r t h e i n tr u si v e

r oc ks , t he C oa st al B at ho li t h o r m ar in e s t ra ta perhaps

i n c l u d i n g e v a p o r i t e so f t h e C h a a r c i l l o F o r m a t io n . B o t h

s y st e ms c o ul d h a ve c o ex i st e d i n t i me a n d s p a c e w i t h t h e

o r e - f o r m i n g p r o c e s s e s .

Tourmaline occurrences

T he p et r og ra ph ic a nd c om po si t io na l f e at u re s o f t he t ou r-

m a li n e v a ry d e pe n di n g o n l o ca t i on a n d s t a ge o f d e po s i ti o n.

I n d e t ai l , t w o g r ou p s o f t o ur m a li n e a r e d i st i n gu i s he d , o n e

f r o m T r o p e z n a n d S i l v i t a a n d a n o t h e r o n e f r o m C a n d e l a r i a

a n d C a r o l a.

F i n e g r a i n e d , u n i f o r ml y s u b m i cr o s c o pi c t o u r m al i n e f r o m

t h e C a n d e la r i a a n d C a ro l a d e po s i ts i s e u he d ra l a n d s h o w s a

poorly defined chemical zonation traceable by a very thin,

d a r k r i m . T y p i c a l l y , i t o c c u r s a s s m a l l d i s s e m i n a t e d e u h e d r a l

g ra in s ( c a. 1 530 m ) , o n ly l o ca l l y f o r m i ng t r u e t o u r m a-

l i n it e ( > 30 % t o ur m a li n e) . T h es e t o ur m a li n e c r ys t al s h a ve a

pleochroism ranging from greenish blue to pale yellow or

c ol or le ss . I n c on tr as t, t he t ou rm al in e i n Tr op ez n a nd

S il vi ta i s c oa rs e g ra in ed , u p t o s ev er al m il li me te rs i n

l en gt h , p ri s ma ti c t o a ci cu la r, a nd s ho ws a w e ll -d ef i ne d

c h em i c al z o na t i on . To u rm a l in e f r o m t h e T ro p ez n b r ec c i a

d i sp l ay s a n i n t en s e p l eo c hr o i sm f r om b r ow n - ye l l ow t o d a rk

g re en i n t he c or e, t o p al e b ro w n i n t he r eg ro w th s a n d r i m s.

T he c or es h av e a bu nd an t f lu id i nc lu si on s a nd s ho w a

c om pl ex i rr eg ul ar z on at i on w it h e vi de nc e o f m ul ti pl e

r e ab s or p t io n e v en t s ; a p a tc h y z o ni n g i s f o un d l o ca l l y. A l s o

present there are embayments with cleaner, more transpar-

e n t a n d c o lo r l es s o u te r z o ne s . T h e o c cu r r en c e o f a b un d an t

i n c l u s i o n s o f c h a l c o p y r i t e a n d m a g n e t i t e i n d i c a t e s t h a t t h e s e

e xt er n al z on es g re w d ur i ng t he o re -f o rm i ng s ta ge . T hi s

f ea tu re d if fe rs f ro m t ha t i n t he c ry st al s f ro m t he S il vi ta

m in e, w hi ch d i sp la y m or e h om og en eo us c or es w it h o nl yw e a k o s c i l l a t o r y z o n i n g s u r r o un d e d b y n a r r o w, d a r k - b ro w n

r i ms . Te nt at i ve l y, i t c ou l d b e s ug ge s te d t h at c or es o f t he

l a r g e p r i s m a t i c c r y s t a l s a t T r o p e z nS i l v i t a a n d t h e d i s s e m -

i n a t e d f i n e - g r a i n ed c r y s t a ls a t C a r o l a - Ca n d e l ar i a a r e e q u i v -

a le nt a nd b el on g t o a f ir st p ul se o f t ou rm al in iz at io n,

w he re as t he p al e b ro wn r eg ro wt hs , p at ch es , a nd r im s

c o rr e l at e w i th a s e co n d e v en t o f t o ur m a li n e g r ow t h r e la t e d

t o o r e f o r ma t i on ( F ig . 2).

To u rm a li n e i s a l so a b un da n t i n s e ve r al s u b- v ol c an i c

m o n z o d i o r i t et o na l it e p l ug s t h at c r os s cu t a n de s it e o f t h e

P un ta d el C ob re F or ma ti on . T he se p lu gs a re r el at ed t o

NWS E t r en d in g d i ke s a n d s h ow w i de s pr e ad a l bi t i za t io nw it h r ep la ce me nt o f t he g ro un dm as s a nd m os t p he no c-

r ys ts b y a lb it e a nd l es se r q ua rt z, a ct in ol i te , m ag ne ti te ,

a nd m in or s ca po li te a nd z ir co n. T he m os t a lt er ed z on es

h os t i rr eg ul ar b re cc ia b od ie s w it h 21 0 m m a ngu lar

f ra gm en ts o f t ex tu ra ll y v ar ia bl e p lu to ni c r oc k h av in g

s i mi l ar m a t ri x , b ut a f i ne - gr a in e d a s se m bl a ge c o nt a in i ng

a bu nd an t q ua rt z a nd t ou rm al in e. T hi s t ou rm al in e i s

petrogr aphicall y and chemica lly identic al to that in the

n e a r by m i n e r al i z e d z o n es .

A n a l y ti c a l m e t h o ds

We u se d t he C am ec a i ms 6 f S IM S i ns t ru me n t i n P ot s da m,

G e rm a ny, t o o b ta i n i n s i tu 11B d e te r m in a t io n s o f s e le c t ed

d o ma i ns o f t o ur m a li n e c r ys t a ls i d en t i fi e d i n p o li s he d t h i n

s ec ti on s. P ri or t o a na ly si s , t he s am pl es w er e c le an ed

u lt r as on ic al l y f or 5 m i n i n h ig h- pu ri t y e t ha no l , s pu tt er -

c oa te d w it h a 3 5 n m- th ic k f il m o f h ig h- pu ri ty A u, a nd

place d in an in-ho use desi gned high- vacuum stor age

c h a m b er ( W i ed e n b e ck e t a l . 2004) a t l e a s t 1 d a y i n a d v a n c e

o f a n al y si s . C a li b r at i o n o f t h e S I M S a n al y se s w a s b a s e d o n

t h re e n a tu r a l t o ur m al i n e s a mp l es w h os e 11B v al ue s h ad

been characterized as parts of reference material develop-

m e nt p r oj e c ts : H a rv a r d M i ne r a lo g i ca l M u se u m # 11 2 56 6

s c ho r l a n d # 1 08 7 96 d r av i t e ( D y a r e t a l . 2001; L ee ma n a nd

Tonarini 2001) a nd B 4 s ch or l ( Go nf ia nt in i e t a l. 2003;

To n ar i n i e t a l . 2003) . T h es e t h re e r e f er e nc e m a t er i a ls w e r e

a n a l y z e d a t o t a l o f 4 2 t i m e s d u r i n g t h e 4 d a y s d u r i n g w h i c h

s am pl e a na ly se s w er e o bt ai ne d. T he se d at a y ie ld a

r e pe a t ab i l it y o f 1 .2 (1) , f o r o v er a l l i n st r um e n ta l m a s s

f r ac ti on at i on , w hi c h i s t he p re do mi na nt s ou rc e o f u nc er -

t ai nt y i n o ur a na l yt i ca l s et - up ; t hi s i s o ur b es t e st i ma t e o f

t h e r o bu s tn e ss o f t h e i s o to p ic d a ta .

M i n e r D e p o s i t a ( 2 0 1 2 ) 4 7 : 4 8 3499 487


6/17

T he S IM S a na ly se s e mp lo ye d a n 8 00 - pA , n om i na l ly

12.5-kV 16O primary beam that was focused to a ca. 5 m

d ia me te r s po t o n t he s am pl e s ur fa ce . P ea k s te pp in g

s e qu e nc e f o r o u r m o no - co l l ec t i on i n st r u me n t c o ns i s te d o f

5 .9 5 m /e ( 0. 1 s p er c yc le ; n ee de d f or t he 1 80 s d ur at io n

presputtering used to clean the sample surface and to

e s t a b l i sh e q u i l i br i u m s p u t t e ri n g c o n d it i o n s ) , 6Li ( 1 s ) , 10B

( 4 s ), a nd 11B (2 s). A total of 40 cycl es of dat a wer e

Fig. 2 P h o to gr ap hs o f t ou rm al i ne -b ea ri n g r oc ks f ro m t h e I OC G

d e po s it s o f t h e C o as t al C o rd i l le r a. a A c ic u l a r f i n e -g r a i n e d g r e e n -

brow n tourmaline, w ith a matrix of quartz, plagioclase, and chlorite

f ro m t h e C a nd e la r ia d ep o si t ( sa mp l e C AN D -1 ); b b r ec c i a w i t h

f r ag m en t s o f a l te r ed a n de s it e s u pp o rt e d b y f i n e- g ra i ne d t o u rm a li n e

a nd q u ar tz a nd c ut b y l a te v ei n s o f s ul fi d es . Wi d th o f v i ew 1 2 c m

Candelaria; c l a t e t o ur m al i n e i n t er g ro w n w i t h K - fe l ds p ar , q u ar t z,a c t i n o l i t e , e p i d o t e , a n d s u l f i d e s a n d m a g n e t i t e (black) . T r o p e z n M i n e .

S a m p le T R - 1 4 5; d b r e cc i a f r o m t h e T r op e z n d e p o s i t w i t h f r a g me n t s

o f d i o ri t e a f fe c t ed b y p o ta s si c a l t er a ti o n a n d s u pp o rt e d b y a c e me n t o f

t o u r m al i n e , q u a r t z , p y r i t e , m a g n e t i t e a n d , m o l y b de n i t e ; e tourmaline

i n te rg r ow n w i th s ul f id e s ( ch al c op yr i te a nd p yr i te ) a nd q u ar tz .

T r o pe z n M i n e . S a m p le T R 4 ;f a n d e si t e r e p l a ce d b y t o u r ma l i n e f r o m

t h e C a r o l a m i n e . T ou r m a l in e g r a i n s l o c a l l y c o n t a i n m i n u t e c r y s t a l s o f

m a g n et i t e . S a m p l e 3 3 0 . 1 ; g t o u r ma l i ne b r ec c ia f r om t h e S i lv i t a m i ne

i nc l ud in g l a rg e f ra gm en ts o f d i or it e w i th p ot as si c a lt e ra t io n a n d

s u p p o rt e d b y q u a r t z a n d t o u r m al i n e . W i de s p r ea d s u p e rg e n e a l t e r a t i o n

h i gh l i gh t t h e f r ag m en t s; h p ri s ma t i c t o u rm a li n e f r om t h e S i lv i t a

breccias exhibiting fine-scale chemical zonation w ith greenish tobrow n cores and pale-brow n rims, in a cement of actinolite, quartz,

a n d m a gn e ti t e . M i cr o ve i ns a n d p a tc h e s c o rr e sp o nd t o l a t e c o lo r le s s t o

g re e n t ou rm al i ne . A l l m ic ro p ho to gr ap hs a re 1 c m a cr os s a nd w it h

plane polarized transmitted light

488 Mi ner D eposita (2012) 47:483499


7/17

c ol le ct ed , l ea di ng t o a t ot al a na ly si s t im e, i nc lu di ng

presputtering, of 9 min per spot. The count rate on the11B p ea k w as t yp ic al l y a ro un d 3 50 c ou nt s /s , l e ad in g t o a n

o b se r ve d u n ce r t ai n ty o n s i n gl e m e as u r em e nt s t y pi c a ll y o f

0.5 (1).

E l e c tr o n m i c r o pr o b e ( E P M A ) a n a l ys e s w e r e p e r f or m e d

u si ng a n a ut om at i ze d C am eb ax M BX ( C am ec a) i ns tr u-

m en t a t t he C ou nt ry B as qu e U ni ve rs it y. T he a na ly ti ca lc o nd i ti o ns w e re 1 5 k V a c c el e ra t in g v o lt a ge , 1 0 n A b e am

c u r r e nt , 12 m b ea m s iz e, a nd 3 0 s p ea k c ou nt in g t i me .

D at a w er e m an ag ed u si ng a c on ve nt io na l Z AF r ou ti ne ,

a nd d at a w er e r ed uc ed u si ng a c on ve nt io na l Z AF

procedur e. Natural silicat e minera ls and synthet ic refer-

e nc e m at e ri al ( Sp i S tr uc tu re P ro be I nc .) w er e u se d f or

c a l i b r a t i o n .

C o mp o si t i on o f t h e t o ur m al i n e

T h e g e n e ra l f o r mu l a o f t h e t o ur m a li n e m a y b e e x pr e s se d a s

XY3Z6(T6O18)(BO3)3V3W w i t h X c o n t a i n i n g N a , K , C a , o r v a ca n t ; Y r e pr e s en t i ng F e2+, M g , M n2+, o r A l , F e3+, Cr3+,

V3+, Ti4+, a n d L i ; Z f o r A l , M g , F e3+, Cr3+, V3+; T = S i , A l ;

B =B ; V =O H , O a nd W =O H, F, O ( H aw th or ne a nd H e nr y

1999) . F o r t h e n o rm a l iz a t io n o f t h e s t r uc t ur a l f o r mu l a, t h e

a na ly se s w er e r ec al cu la te d o n t he b as is o f 1 5 ( T + Z + Y )

c a ti o n s ( H en r y a n d D u tr o w 1996) , a s su m in g t h e t h eo r et i c al

a mo un t o f 3 a .p .f . u. f or b or on d es pi t e t ha t s om e a u th or s

h av e s ug ge s te d t ha t e xc es s o f B m ay e x is t i n T p os i ti on s

( Ta gg e t a l. 1999) . F or t he c al cul at io n o f t he g en er al

f o rm u l a a n d t h e c o rr e s po n di n g e n d- m e mb e r c o mp o ne n ts ,

w e h av e u se d t he p ro ce du re o f P es qu er a e t a l . ( 2008).

R e p re s en t at i v e c o mp o si t i on s o f t o ur m al i n e f r om c a . 3 0 0

e le ct ro n m ic ro pr ob e a na ly se s f ro m Tr op ez n (n= 2 3 1 ) ,

S il vi ta (n= 3 2) , C an de la ri a (n= 16), and C arola (n= 2 0 )

m i n e s a r e s h o w n i n T a b l e 1. T h e m o st s i gn i fi c a nt v a ri a t io n s

a re o bs er ve d f or F eO , M gO , C aO , a nd N a 2O , a l t ho u gh t h e

TiO2 and V2O3 v a ri a ti o n s a r e a l s o n o te w or t h y. F l uo r i ne

c o n t e n t s a r e u p t o 0 . 2 w t . % . T h e K 2O , M n O , a n d C r 2O3 are

l ow a nd c lo se t o t he d et e ct i on l i mi t i n a ll a na l ys es . O xi de

t o t a l s f o r m o s t o f t h e a n a l y s e s a r e b e t w e e n 8 4 a n d 8 7 w t . % .

M o st t o ur m al i ne a n al y s es f a l l w i t h i n t h e f i el d o f t o ur m a li n e

f r om F e3+- r i c h q u a r t z -t o u r m a li n e r o c k s , c a l c - s i l i c a t e r o c k s ,

a nd m et ap el it e a cc or di ng t o H en ry a nd G ui do tt i (1985)

(Fig. 3a) , a nd c la ss i fy i n t he a l ka l i g ro up w i th s ig ni f ic an t

C a c o nt e nt s a n d l o w X - si t e v a ca n ci e s ( F ig . 3b) . I n g e ne r al ,

m o st c o mp o si t i on s o f t o ur m a li n e s e em t o b e i n fl u en c ed b y

t he c h em is t ry o f t he h os t r oc k, d ef i ni n g s ep ar a te f i el d s i n

t e r ms o f m a j or e l e me n ts w i t h r i m s s h ow i ng w i de r c o mp o -

s i t io n al v a ri a t io n t h an t h e c o re s . P r ob a bl y, t h is v a ri a bi l i ty

c o ul d r e f le c t t h e c h an g in g n a tu r e o f t h e m i n er a l iz i ng f l u id s

a bl e t o c au se t he o bs er v ed o sc il l at or y z on in g, t h e e mb ay -

m ent s b y d is so lut io n a nd t he l at er r eg row th s o f t he

t o u r m al i n e c r y s t al s .

A ll t ou rm al in e s tu di ed f ro m t he C oa st al C or di l le ra

belongs to Fe- and Mg-rich varieties (schorld r a v i t e s e r i e s ) ,

but the incorporation of other cations (Ca, V, Ti, Cr, or Mn)

produces numerous substitutions in the form of mineral

s ol i d s ol ut i on s. To ur m al i ne f ro m t he S il vi t a m in e h as t he

h ig he st c on ce nt r at i on s o f F e a nd t he l ow e st M g c on t en ts ,

s u gg e st i ng a m a j or p o vo n dr a i te c o mp o ne n t. A t t h e e d ge o f

t he n ea rl y o pt ic al l y o pa qu e o ut e r r i ms , t h e i ro n c on te nt i su p t o 2 1. 2 w t. %; ho we ver, i t i s r el at iv el y p oor i n A l.

To ur ma li ne f ro m t he Tr op ez n a nd S il vi ta m in es a ls o

belongs to the schorldraviteu v it e s e ri e s b u t a p pr o a ch e s

t h e M g - r i c h e n d - m e m b e r w i t h M g / ( F e + M g ) r a t i o s f r o m 0 . 5

t o 0 .9 . E PM A d at a i nd ic at e t ha t m uc h o f t he c he mi ca l

v ar ia bi li ty o f t he Tr op ez n t ou rm al in e i s i n t he a to mi c

r at io s o f M g# ( Mg /( Fe + M g )) , C a/ (C a + N a) , a nd N a

( F i g . 3ce ) ; h ow ev er, t he y h av e a n i mp or ta nt u vi te

c om po ne nt w it h C a/ ( Na + C a) r at i os b et we en 0 .2 a nd 0 .7 .

T h is t o ur m al i n e c a n h a ve n o te w or t h y h i g h V2O3 contents,

w h i c h c a n r e a c h v a l u e s u p t o 0 . 5 w t . % ( a v e r a g e 0 . 1 5 w t . % )

w h il e t h e T i O2 a n d F c on te n ts y ie ld a ve r ag es o f 1 .1 w t .%a n d 0 . 2 w t . % , r e s p e ct i v e l y.

To u rm a li n e f r o m t h e C a nd e la r i a a n d C a r ol a m i n es a l s o

belo ngs to the drav ites ch or l s er ie s a nd e xh ib it s a n

i nt er me di at e c om po si ti on w it h d ep le ti on i n C a a nd a

r el a ti ve e nr i ch me nt i n A l t ha t i s m or e p ro no un ce d i n t he

t ou rm al i ne f r om C ar ol a ( Ta bl e 1 a nd F ig . 3a ) . I t i s

i m po r t an t t o n o te t h a t t h e f e rr o m ag n es i an a . p. f .u . c o nt e nt s

a re s ig ni fi ca nt ly l es s t ha n t hr ee i n t he C an de la ri a a nd

C a r ol a t o ur m a li n e , p r ob a bl y r e ve a l in g t h e p r es e nc e o f A l ,

Fe3+, v a ca n ci e s, a n d/ o r o t h e r s c a t i on s i n t h e Y s i t e.

Normalization of the tourmaline to a stoichiometric

v a lu e o f 3 B o f a . p. f .u . g e ne r a ll y g i ve s a s i g ni f i ca n t e x c e s s

i n t he c at io n c ha rg e, s om et hi ng t ha t s ug ge st s t ha t a

s i g n i f i c a n t p a r t o f t h e F e i s i n t h e f o r m o f F e3+. T h is a g re e s

w i t h t h e o b se r ve d p o si t i ve c o rr e l at i o n b e tw e e n A l ( m a in l y

below 6 a.p.f.u) and the (Fe + Mg) content and is consistent

w i t h s o me i n vo l ve m e nt o f t h e F e Al - 1 a n d/ o r A l O (F e (O H ) )-

1 e xc ha ng e v ec to r s ( Fi g. 4e) . T he p ro je ct io n o f t he d at a

a l on g t h e p o vo n dr a i te -oxy-dravite j o in a ls o s ug ge s ts a n

i m po r t an t i n fl u e nc e o f t h e M g Fe - 1 e x ch a ng e , m a i nl y i n t h e

o ut e r r i m s o f t h e t o u rm a li ne . T hi s i s e as y t o o bs er ve o n a

RX s i t e v a c a nc y C a +T i v s . A lX s it e v ac an c y + Ca p lo t.

H e r e , R r e p r es e n t s t h e s u m o f Mg a n d F e a n d t h e

t o ur m al i n e a n al y s es f a ll r o ug h ly p a ra l l el t o t h e F e Al - 1 a n d

A lO (R (O H) )- 1 e xc ha ng e v ec to rs . T hi s p lo t e na bl es t o

e va lu at e t he s ig ni fi ca nt p ro po rt io n o f t he p ov on dr ai t e

c om po ne nt b ec au se t h e d ra vi t e a nd s ch or l e nd -m em be r s

f al l p ro je ct ed i n a s am e p oi nt a lo ng t he oxy-dravite

povondraite join (Henry et al. 2008) . T h i s c o n f i r m s t h a t t h e

F e e n ri c h me n t o b s e r ve d i n t h e c r y s t al r i ms c o ul d b e r e la t e d

w it h a n i nc re as e o f t he a Fe3+ d ur i ng o re d ep os i ti on o r a

s hi ft i n t he r ed ox s ta te o f t he f lu id s. T he a bu nd an ce o f

m a gn e ti t e a n d t h e p r es e nc e o f a n hy d ri t e i n t h e h y dr o t he r -

M i n e r D e p o s i t a ( 2 0 1 2 ) 4 7 : 4 8 3499 489


8/17


9/17

m al a ss em b la ge i s c on si st e nt w it h a r el a ti ve l y o xi di z in g

environment.

A n e va lu at i on o f t he d if fe re nt e xc h an ge v ec to r s t h at

c o nt r o l s u bs t i tu t i on s i n t h e t o ur m a li n e s t ru c t ur e i n di c at e

t ha t b ot h c or es a nd r im s of t he c ry st al s gr ew i n op en

h yd r ot h er m al s ys t em s . A c co r di n g t o Ta y lo r a n d S la c k

( 1984) , t he o sc il l at o ry z o ni ng o bs er v ed i n t he r im s o f t he

t ou rm al in e c ry st al s l ik el y r ef le ct m in er al g ro wt h i n a

presumably open system with high fluid/rock ratios.

R e su l t s o f t h e i s ot o pi c s t ud y

11B v al ue s o f a na l yz e d t ou rm a li ne r a ng e f r om 10.4

t o + 6. 0, w it h a n a ve ra ge v al ue o f 2 . 4 3 . 3 (n= 6 0 ;

Table 2 a n d F i g. 5) . T he se v al ue s a r e o nl y s li g ht ly m or e

n eg at i ve t ha n t ho se o bt ai n ed b y W it t en br i nk e t a l. (2009)

f or b or on i n m el t i nc lu si on s i n p or ph yr y d ep os it s o f

n o rt h er n C h i le . T h es e s i gn a t ur e s s h ow d i ff e r en c es a m on g

d if f er en t o ut c ro ps a nd g en er a ti on s o f t ou rm a li ne . I n t he

T ro p ez n d e po s it , t o ur m a li n e i n t h e b r ec c i a p i pe h a s11B

v a lu e s o f 4.6 t o + 0. 5, w h er e as l a t er o r e- a s so c ia t e d

t ou rm al i ne h as m or e n eg at iv e s i gn at ur es o f

7.6 and

2.1. T he n ea r by S il vi t a m in e h as 11B b e tw e en 4.9

a nd + 6. 0, w hi ch i s t he l ar ge st v ar ia ti on w it h t he m os t

positive values observed.11B v a l u e s i n t h e C a n d e l a r i a a n d

C ar ol a d ep os i ts a re v er y s im i la r, 6.1 t o + 1. 2 and

10.4 t o + 1 . 5, r e s p e ct i v e l y, w i t h t h e1 0 . 4 v a l u e b e i n g

t h e m o s t n e ga t i ve m e as u r ed . A t t h e c r y s t al s c al e , t h e r e a r e

n o m a r k e d d i f f e r e n c e s.11B v a r i a t i o n i s u n i f o r m l y l e s s t h a n

4. N o s y s t e m a t i c t r e n d w a s f o u n d i n t h e a n a l y z e d c r y s t a l s

f r o m t h e t w o T r o p e z n s a m p l e s T R - 3 4 a n d T R - 5 6 ; w h e r e i n

r i ms c an b e e it h er e nr i ch ed o r d ep le te d i n 11B r el at i ve t o

c o r r e s po n d i n g c o r e s ( Ta b l e 2) . T he d at a ba se o f 11B d at a

f ro m m ag ma ti c h yd ro th er ma l s ys te ms o f t he A nd es i s

s ca rc e a nd l i mi t ed t o t he d at a o f W it te nb ri n k e t a l. (2009)

f r om t he E l S al va do r p or ph yr y c op pe r d ep os i t. T hu s, w e

h a ve a l s o o b ta i ne d e i gh t 11B a n al y se s o f t o ur m a li n e f r o m

t he c a. 6 0 M a C op uc ha p or ph yr y c op pe r d ep os it i n t he

S i er r a G o r da d i st r i ct ( I r ia r te 1993) . T he o bt a in ed v al ue s

r a n g e b e t w e en 3.1 and 1.4 (Table 2).

W i t h i n a r e p e a t a b i l i t y o f c a . 1, t h e o b s e r v e d v a r i a t i o n s ,e ve n i n s in gl e c ry st al s, a re l ar ge r t ha n t he a na ly ti ca l

u nc er ta in ty, i nd ic at i ng t ha t t he y a re n ot a n a na ly ti ca l

a rt i fa ct , b ut i ns t ea d r ef le ct r ea l v ar i at io n s i n t he 11B of

t h e t o ur m a li n e. S o me 11B v al ue s o f t ou rm al i ne f r om t h e

C ar ol a M in e f al l i n t he + 3. 5 t o + 8. 3 r an ge a nd a r e

s i gn i fi c a nt l y h e av i e r t h an t h os e m e as u r ed o n o t he r s p ot s o f

t he s am e s am pl e a nd f ro m t he ot he r m in es ( Ta bl e 2).

D up li ca t e a na ly se s i n a d ja ce nt s po ts , o nl y a f ew m i cr o-

m et er s f ro m t he o ri gi na l c ra te r, m at ch t he a ve ra ge o f

r e gi o na l v a l ue s . F u rt h e rm o r e, t h es e h i gh 11B v al ue s a re

s y st e ma t i ca l l y a c co m pa n ie d b y l o w B c o nt e n ts , s u gg e st i n g

t ha t t he i on b ea m s am pl ed i nc lu si on s t ha t a ff ec te d t he

s ig na l . T hu s, t he se r es ul t s a re e xc lu de d f r om t he o ve r al l

interpretation.

D i sc us s io n: t h e s ou rc e o f B i n t he I O CG d ep os i ts

D ue t o t he s te ad i ly g ro wi ng d at ab as e f or b or on i s ot op es

f r om m an y d i ff er en t r oc k t y pe s, t h e o ve ra l l s ig na tu re s o f

m a j o r r e s e r v o i r s a r e n o w w e l l e s t a b l i s h e d ( F i g . 6; C h a us s i do n

a n d A l b ar d e 1992; P a lm e r a n d S w i h ar t 1996; K a se m an n e t

Fig. 3 C h e m i ca l c o m po s it i o n o f t o u rm a l in e f r o m t h e s t u di e d I O CG

d e p os i t s e x p r e ss e d i n a t o ms p e r f o r mu l a u n i t ( a . p. f . u. ) a n d a t o mi c r a t io s . a

A l -F e- Mg t e rn ar y d i ag ra m s h ow i ng t h e f i el d d ef in e d b y H e nr y a n d

G u i do t t i (1985) w i t h t h e t o u rm a li n e d a t a o c c up y i ng m a i nl y t h e f i e l d s 3 ,

5 a n d 6 . L a b e l e d f i e l d a r e :1 Li-rich granitic rocks, pegmatite, and aplite;2 L i - p o or g r an i t ic r o c ks , p e g ma t i te , a n d a p l it e ;3 hydrothermally altered

granitic rocks; 4 metapelite and meta-arenite (aluminous);5 metapelite

and meta-arenite (A l-poor); 6 Fe3+- r i ch q u a rt z - to u rm a l in e r o ck s , c a l c-

s i l ic a t e h o rn f e ls , a n d m e t ap e l it e ; 7 l o w - C a m e ta - u lt r a ma f ic r o c ks ; a n d

8 meta-carbonate rocks and meta-pyroxenite. b X-site-vacancy-Na-Ca

t e rn ar y d i ag ra m ( H aw t ho rn e a n d H e nr y 1999) s ho wi ng t ha t m os t a n a ly s es p l o t i n t h e a l k a l i c a n d c a l c ic g r o up s

M i n e r D e p o s i t a ( 2 0 1 2 ) 4 7 : 4 8 3499 491


10/17

al. 2000) . I n t he s tu di ed o re d ep os it s, p re ci pi ta ti on o f

t o ur m al i ne i n a n o t he rw i se B - po or i g ne ou s r o ck i n di c at e s

t h at t h e b or o n i s ot o pe c om p os i ti o n i s c on t ro l le d b y t h e o r e-

f o r mi n g m a g ma t i c f l u id s . T h e o r i gi n a l f l u id s i g na t u re c o u ld

h a v e b e e n m o d if i e d b y f r a ct i o na t i on d u r in g s e p ar a t i on , f l u id

m ix in g, o r i nt er ac ti on w it h B -b ea ri ng h os t r oc ks . T he se

r e s u l t s m a y b e a l s o i n f l u e n c e d b y d e p o s i t i o n a l t e m p e r a t u r e o r

e q u il i b ra t i on w i t h l a t e f l u i ds ( e . g. , P a l me r a n d S l a c k 1989).

H o we ve r, t h e i n fl u en ce o f m o st o f t h es e v ar i ab le s i s l i ke l y

q ui te s ma ll . Va ri at io ns i n t he t em pe ra tu re a lo ne c an no t

a c co un t f o r t he r a ng e o bs e rv e d i n t h e d a ta . F l ui d i n cl us i on

m i cr o th er m om e tr y s ho w s t h at t ou r ma l in e i n t h e Tr o pe z n

a n d S i l v i t a m i n e s p r e ci p i t at e d b e t w e e n 4 0 0 C a n d m o r e t h a n

6 0 0 C ( To r n os e t a l . 2010) . T h is t e m pe r a tu r e r a n ge i s s i m i la r

t o t h at e st i ma te d b y M ar s ch ik a n d F o nt b ot (2001a) f o r t h e

e a rl y m i ne r al i zi ng s t ag e a t C a nd el a ri a ( 5 00 C t o 6 00 C ) .

B or on i so to pe f ra ct io na ti on b et we en t ou rm al in e a nd a n

a qu eo us f lu id i s o nl y 2.7 a t 4 00 C a nd 1.3 at

6 0 0 C ( M e y e r e t a l . 2008) . T h u s, c h a ng e s i n t h e t e m pe r at u r e

c a n o n l y e x p l a i n a r e l a t i v e l y s m a l l v a r i a t i o n o f p e r h a p s 1,

a r a ng e c l os e t o o u r a na l yt i ca l u nc er t ai n ty. M i xi n g w i th B

i nh er it ed f ro m t he h os t r oc ks w as p ro ba bl y n eg li gi bl e

Fig. 4 C h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f

t o u r m al i n e s e x p r e s s e d i n t e r m s

o f a t o m i c r a t i o a n d a . p . f . u . a Ca/

( C a+ N a ) v s . M g #; b Fe(total)

v s . M g ; c N a v s . C a ; d vacancy

v s . C a ;e F e v s . A l + C a ; a n df (R

+ X s i te v a ca n cyC a + T i ) v s .

(A lX - s i t e v a c a n c y + C a ) .R is

t h e s u m o f M g a n d F e f o r

a c h i e v in g t h e p r o j e c t i o n d o w nt o t h e M g Fe - 1 e x ch a ng e v e ct o r;

t h u s, d r av i t e a n d s c ho r l a r e

projected in the same point.

PlotsB,C,D,E, a n dF s h o w t h e

d i re c ti o n o f t h e m a in e x c ha n ge

v e ct o rs . N o t e t h a t i n a l l p l o t s ,

t h e t o u r ma l i n e c o m p os i t i o n

d e fi n es a t r en d t o w ar d s t h e

s c h o r l, d r a v i t e, u v i t e , a n d

povondraite end-members

492 Mi ner D eposita (2012) 47:483499


11/17

because of the likely high fluid/rock ratios expected during

m a g ma t i c a n d h y d ro t h er m a l t o u rm a l in e g r o wt h . F l u id - m el t

s e p ar a t io n i n d uc e s a n i n c re a s e i n t h e11Bfluid v a lu e s d u e t o

t h e p r e fe r e nt i a l f r a ct i o na t i on o f 11

B t o t h e f l u i d ( H e r v i g e t a l .2002) , w h er e as b oi l in g p r od uc es t h e r e ve rs e e ff e ct ( Sm i th

and Yardley 1996) . B oi li ng h as b ee n r ec or de d i n b ot h t he

Tr op ez n a nd S il vi ta m in es , b ut n ot i n t he C an de la ri a o r

C a ro l a d ep os i ts . H o we ve r, b ec a us e t he 11B v al ue s a re

s i mi l ar i n a l l t h e d e p os i ts , i t s e em s t h at t h e e f f ec t o f b o il i ng

i n t h e b or o n i s ot o pe c o mp os i ti o n i s m i no r c om p ar e d w i th

o t h er p o s si b l e s o u rc e s o f v a r ia t i on .

Wi th a l im it ed B m ag ma ti c r es er vo ir, t he i so to pi c

c om po si ti on o f d if fe re nt b at ch es o f t he r el ea si ng f lu id

Fig. 5 Hi s to g ra m s h ow i ng t h e b o ro n i s ot o pe c o mp o si t io n o f

t o ur m al i ne f r om t h e I O CG d e p os i ts o f t h e C o as t al C o rd i l le r a

Table 2 11B a n al y si s a n d L i c o nt e nt s o f t o ur m al i ne f r om t h e I O C G

d e po s it s o f t h e C o as t al C o rd i ll e ra o f C h il e

Sample P oint 11B Err or Li g /g

TR-5 6 g 1 co re 5.9 0.5 1 3

TR-56 g 1 o uter r im 7.6 0.5 1 6

TR-56 g 1 i nner r im 7.6 0.5 16

TR-56 g 1 o uter cor e 5.6 0.5 19

TR-56 g2 i nter ior 5.1 0.5 15

TR-56 g2 ri m 6 .4 0.5 18

TR-56 g3 in ter ior 4 .1 0.5 22

TR-56 g3 ri m 3 .8 0.5 20

TR-56 g4 core clear 4 .9 0.6 14

TR- 56 g4 core dark 3 .3 0.6 14

TR- 56 g4 rim 5 .1 0 .6

T R- 56 g5 core 5. 4 0 .5 14

T R- 56 g5 rim 2. 1 0 .4 15

T R-3 4 g1 core 1. 8 0 .6 8

TR-3 4 g1 rim 1.1 0 .5 11

TR-3 4 g2 co re +0.5 0. 8 1 2

TR-3 4 g2 rim +0.0 0. 4 1 0TR-3 4 g3 co re 1.8 0. 7 1 4

TR-3 4 g 3 rim 5.9 0. 6 1 5

TR-3 4 g 4 co re 2.1 0. 6 1 8

TR-34 g 4 rim +0.5 0.6 1 8

TR-34 g 5 co re 3.3 0.6 1 7

TR-34 g 5 r im 4.4 0.5 15

TR-34 g 6 cor e 0.6 0.6 12

TR-34 g6 r im 0.3 0.6 13

TR-34 g7 cor e 0.6 0.7 12

TR-34 g7 ri m 4 .6 0.4 16

383 .1 G1-1 +8 .3a

0. 6 29 2

38 3.1 G2- 1 +3.5a

0. 8 68 8

38 3.1 G3- 1

5.1 0. 5 11 7

38 3.1 G4- 1 +1.5 0.6 5 9

38 3.1 G5- 1 +6.8a

0. 5 12 1

38 3.1 G6- 1 2.8 0. 4 4 6

38 3.1 G6- 2 1 0.4 0.6 4 1

38 3.1 G7- 1 lower circle 3.6 0.5 3 9

38 3.1 G8- 1 upp er ci rcle +1.0 0.5 1 6

38 3.1 g 9-9 4.1 0.5 7

38 3.1 g 10-1 1.6 0.5 31

38 3.1 g 5-2 3.8 0.5 33

38 3.1 g 1-2 7.4 0.5 33

38 3.1 g 2-3 1.8 0.5 45

SILV-2 G1-1 tip 3.1 0.6 40

SILV-2 G1-2 massive +2.5 0.5 8 7

SILV-2 G1-3 massive +6.0 0.5 2 1

SILV-2 G1-4 massive +2.0 0.6 4 9

SILV-2 G1-5 co re +3.0 0.5 20

SILV-2 Fi bro us 0.6 0.5 17

SILV-2 Fi bro us 4.9 0.4 19

SILV-2 Fi bro us +0.7 0.5 18

SILV-2 Massive edge +0.2 0.5 27

SILV-2 Massive edge 2.1 0.6 41

SILV-2 Massive edge +4.8 0.5 53

Table 2 (continued)

Sample Po int 11

B Erro r Li g /g

SILV-2 Fi bro us +0.5 0.5 35

SILV-2 Ed ge +2.0 0.5 26

SILV-2 Ed ge 4.1 0.6 13

CAND-1 pt 1 nor th +0.7 0.5 31

CAND-1 pt 2 nor th

6.1 0.6 29CAND- 1 pt 3 nor th ti p 6.1 0.8 26

CAND- 1 pt 4 east +1.2 0.7 30

CAND- 1 pt 5 mi d +0.7 0.8 29

CAND- 1 pt 6 2 .8 0.6 41

CAND- 1 pt 7 so uth 0 .6 0.5 32

COPU-1 1 3 .1 0.4 15

COPU-1 2 2 .1 0.4 1 87

COPU-1 3 2 .6 0 .5 27

COPU-1 4 1. 9 0 .4 16

COPU-1 5 1. 4 0 .4 2 43

383-1 Carola, COPU Copucha, CAND Candelaria, SILV Silvita, TR

Tropezn

Error i nd ic at es t he 1 o b se rv ed u n ce r ta i nt y o f t he i nd i vi d ua l

a n al y si s b a se d o n t h e s c at t er o f 4 0 i s ot o p e r a t i os r e co r de d d u ri n g t h e

r un . T he o ve ra ll u nc er ta in t y f or a g i ve n d a tu m i s e st i ma t ed t o b e

a r o u n d 1 . 2 (1 ) a s b as ed o n t h e o b se rv ed r ep ea ta b il i ty o f t he

i n st r um e nt a l m a ss f r ac t i on a ti o n a s m e as u re d u s in g 4 2 a n al y se s o f t h e

s u i t e o f t h r e e t o u r m a l i ne r e f e re n c e m a t e r i a l s

A n a l y si s G F Z P o t s d a m , S I M S l a b o r a t o r yaS a m p le s h a v i n g i n c l u s i o ns o f o t h e r m i n e r al s

M i n e r D e p o s i t a ( 2 0 1 2 ) 4 7 : 4 8 3499 493


12/17

w o ul d b e g o ve r n ed b y R a yl e i gh f r ac t i on a ti o n a n d p r od u c-

i n g p r o g r es s i v e l y 11B e n ri c h ed f l ui d s. P r el i m in a ry L A I C P-

M S f l ui d i nc lu si o n a na l ys e s s ug ge st t ha t h yd ro t he rm al

f l u i d s a t T r o p e z n c a r r i e d 1 02103 g / g B , a c o n t e n t s i m i l a r

t o t ha t r ep or te d b y A ud et at e t a l. (2000) for t he Mol e

G r a ni t e , i n A u st r a li a . P r ec i p it a t io n o f t o ur m a li n e h a vi n g c a .

3 w t. % B s ho ul d g ra du al ly d ep le te t he s ys te m i n B . A t

5 00 C , t he c al cu l at ed 11Bfluid v al ue s a t Tr op ez n a rebetween 5.7 a n d + 2 .4; a f l ui d e qu il i br a te d w it h t he

i s ot o pi c al l y h ea v ie r t ou r ma l in e (11Btourmaline = + 0 . 5)

w o u l d i m p l y f v al ue s ( r es i du al B i n t h e s y s te m) a s l ow a s

0 .0 1 i f t he o ri gi na l 11Bfluid w as i n e qu il ib ri um w it h a

t ou rm al in e h av in g a s ig na tu re t o 7.6. T h u s , t h e

observed 11B r a ng e c o ul d r e f le c t t o ur m a li n e g r ow i ng f r o m

a s y st e m w i t h m a j o r v a ri a t io n i n t h e d e g r e e o f d i st i l l at i on .

T he se r es ul t s s ho w t ha t w i th i n i nd i vi du al d ep os i ts , t he

observed 11B v a ri a t io n s c a n n ot b e d u e t o t h e p r e c i pi t a ti o n

o f t ou rm al in e a t d if fe re nt t em pe ra tu re s a nd d eg re es o f

d i st i l l at i on u n le s s e x tr e m e f r a ct i o na t i on i s a s su m e d; t h us ,

t he o bs er v ed v ar i at i on s m us t b e i n te rp re t ed a s i n he r it edf ro m t he b or on s ou rc e. T he o ve ra ll i so to pi c d at a a nd

g eo lo gi c e vi de nc e a r e c on si s te nt w i th a m od el i n w hi ch

t h e v a ri a t io n o f 11B v a l ue s h a s a r e gi o na l s i gn i f ic a nc e a n d

i s i nh er it e d f r om t he B s ou rc e s.

A r c m e lt s u s ua l l y h a v e11B i s ot o pi c s i gn a t ur e s t h at a r e

d if f er en t f ro m t ho se o f t he u nd er l yi n g c ru st a nd m an tl e

w e dg e , s u gg e st i n g t h a t m a te r i al f r o m t h e s u bd u ct e d s l ab i s

i n c o r p o r a t e d i n t h e m e l t s . B o r o n i n b o t h t h e s l a b a n d t h e a r c

t r en ch i s m ai nl y h os te d b y c la y w i th in t he p el a gi c s ed i-

m en ts , w hi c h i s r ap id ly c on ve rt e d i nt o p he n gi t e. I t i s a l so

c on ta i ne d i n e nt r ai ne d s ea w at er a nd i n s er pe nt i ne i n t he

a lt e re d o ce an i c c r us t . T hu s, t he 11B v al ue s c an v ar y

s i gn i f ic a nt l y d e pe n di n g o n t h e t h i ck n es s a n d n a t u r e o f t h e

s ed im en ta ry c ov er a nd t he d eg re e o f a lt er at io n o f t he

s e a f l o or . P e l a g i c s e d i m en t s h a v e11B s i gn a t ur e s o f 9.2

to 6.6; b o ro n p r ed o mi n an t l y d e ri v ed f r om t h e p e la g i c

s e di m en t s i s a c co m pa n ie d b y s m al l e r c o nt r i bu t i on s f r o m

c o n t i n en t a l d e t r i t u s (11B,13 to2.8) , b i o g e n i c s i l i c a

( + 2 . 1 t o + 4 .5) a nd l im es to ne ( +8 t o + 3 5)

( Sp iv ac k e t a l. 1987; I sh i ka wa a nd N ak am ur a 1993). In

t he p r es en t- da y o c ea n f lo or e as t o f t he P ac if i c t re nc h, t he

proportion of continental sediments and carbonates is low,

w i t h t h e s e di m e nt a r y c o ve r d o mi n at e d b y c l a y- r i ch p e l ag i c

s e d i m en t s ( P l a n k a n d L a n g m ui r 1998) . T he 11B v al u es o f

t he a lt e re d o ce an i c c ru st a r e b et we en 5 a nd + 21

( S pi v ac k a n d E d mo n d 1987; L ee ma n a nd S is so n 2002;

R os ne r e t a l. 2003) . I s hi k a wa a n d N a k a mu r a ( 1994) s t at e d

that11B v a lu e s a r e a l s o i n f l ue n ce d b y t h e t h i ck n es s o f t h e

m an tl e w ed ge b ut i ts l ow B c ont en t, s im il ar t o t ha t o f

u na lt e re d M OR B -l i ke c ru st ( ca . 0 .0 5 g / g) , s u gg e st t h at

t hi s c on t ri bu t io n i s u su al l y n eg li g ib le ( C ha us s id on a nd

Marty 1995) . T hu s, 11B v al ue s o f t he s ub du ct ed s la b

s h ou l d b e c o nt r o ll e d b y p r op o rt i o ns o f p e la g i c s e di m en t s

a nd a lt er ed o ce an ic c ru st , v ar yi ng b et we en e xt re me

v al ue s o f 13 t o + 2 1, w i th a v er a ge c o mp o si t i on s

between 5 a n d + 2 0 ( M ar s ch a ll e t a l . 2009 ) . Va l u e s

c lo se t o t he l ow er l i mi t h av e b ee n p ro po se d f or t he 11B

c o m po s i ti o n o f c o n ti n e nt a l c r u st , b e t we e n13 and7,

w i th a n a ve r ag e o f 8.9 ( C h a u ss i d on a n d A l b a r d e 1992;

P a l me r a n d S w i ha r t 1996; K a se m an n e t a l . 2000; M a r sc h a ll

a n d L u dw i g 2006).T h e a r ch i te c t ur e o f t h e A n de a n c o nv e rg e nt m a rg i n a n d

i t s a ss oc ia t ed m ag ma t ic a rc i s r el at i ve ly w el l k no wn ( se e

C oi ra e t a l. 1982; M po do z is a nd R a mo s 1990) , a nd t he

g eo ch em is tr y o f b or on i n t hi s s ys te m i s r el at iv el y w el l

c o ns t r ai n ed ( e .g . , R o s ne r e t a l . 2003) . Vo l ca n i c a n de s i te t o

d a ci t e o f C e no z oi c a g e h a v e 11B v al u es b e tw ee n 0 and

6, i nt er pr et ed a s r ef le ct in g t he c om po si ti on o f t he

s u bd u ct i n g s l a b ( R o sn e r e t a l . 2003) ; N e og e ne i g ni m br i t e

h a s m o r e n e ga t i ve v a lu e s o f 11B of6.6 to1.0; t h i s

boron isotope composi tion is interpr eted as reflect ing

m ix in g o f b or o n d er i ve d f ro m t h e s ub du c te d s la b a nd t he

u nd er ly in g c on ti ne nt al c ru st s in ce t he e ar ly P al eo zo icbasement has an average 11B s i gn a tu r e o f 11 to 5

( K as e m an n e t a l . 2000) . T h e11B v a lu e s o f m e l t i n c l u si o ns

i n m i ne ra l iz ed p or p hy ry s ys t em s i n t he A nd es s ho w t ha t ,

w he re as t he t in p or ph yr ie s h av e n eg at iv e s ig na tu re s

(14.1 to 8.7) , t he p or ph yr y c op pe r d ep os it o f E l

S al va do r h as a b ro ad r an ge b et we en 7 t o + 1 2

( Wi t te nb ri nk e t a l. 2009 ) . O ur da ta f or t he C opu ch a

porphyry copper deposit (3.1 to 1.4) r a ng e w i th in

t h e s e l a t t e r v a l u es .

C u r re n t t e c t o ni c m o de l s c a ll f o r t h e f o rm a t io n o f I O CG

d e po s i ts o f t h e A n de s d u ri n g t h e e a r l y s t a ge s o f s u bd u ct i o n

(Sillitoe 2003) w he n t he m a gm a ti c a rc w a s i n i t s i n c ip i en t

s t ag e . T h e11B s i g na t u re s s h ow n i n Ta b le 2 a r e s i m i l ar t o

t ho se o f t he n ea rb y C en oz oi c v ol c an ic r oc ks , b ot h m af ic

a n d f e l s i c, a n d s o m e w ha t d e pl e t ed i n 11B c o mp a re d w i t h

t h e w i d e r a n g e o b se r v ed i n t h e p o rp h yr y c o pp e r d e po s it s .

T h e u p p e r m o s t o b s e r v ed 11B v al ue , + 6, i s o nl y s l ig ht l y

h ig he r t ha n t he + 4 s i g n at u re p r ed i ct e d f o r f l ui d s d e ri v e d

d i r e c t l y f r o m a s u b d u c t i n g s l a b . M o r e n e g a t i v e v a l u e s c o u l d

a l so b e e x p l ai n e d b y B s o ur c ed f r om d e wa t e ri n g o f t h e s l a b

a t m uc h g re at er d ep th s, b ut i t s ee ms u nl ik el y t ha t t hi s

o c c u r r e d d u r i n g t h e e a r l y s t a g e s o f s u b d u c t i o n w i t h m a g m a s

g e n er a t ed n e a r t h e t r e nc h . A s s um i n g t h a t t h e11B c o m po s i -

t io n o f t he s la b a nd b as em en t h as n ot c ha ng ed s in ce t he

C r et a ce ou s , t h e s i mp l es t i n te rp r et a ti on i s t h at t h es e v a lu es

t r ac k b or o n d er i ve d f r om t w o o r m o re r e se r vo ir s h os t ed b y

t he c on ti ne nt al c ru st a nd t he u nd er ly in g s ub du ct ed s la b

(Fig. 6).

Negative Ndi v a l ue s (1 1 t o5 . 5) i n t h e t i n p o rp h yr i es

a nd +2 t o + 4 Nd values in the porphyry copper deposits

( Wi t t en b ri n k e t a l . 2009) s up po rt t ha t i n t he A nd es , n ot a ll

t he o bs er ve d v ar ia ti on i n b o ro n i so to pe s i s d ue t o

progressive dehydration of the subducting slab but reflects

494 Mi ner D eposita (2012) 47:483499


13/17

t wo d is ti nc t s ou rc es o f B , c ru st al m el ts g en er at ed f ro m

pelitic rocks and slab-derived fluids. The data of Stern and

S ke we s (1995) s ho w r at he r p ri mi ti ve i ni ti al v al ue s f or

porphyry copper deposits, with 87Sr/86Sri l o w e r t h a n 0 . 7 0 49

and Ndi h i g he r t h an 1 . 0 ( e . g . , S t e r n a n d S k e w e s 1995).

H ow ev er , p re li m in ar y r ad io ge ni c i s ot op e d at a f or t h e

T ro p ez n d e po s i t w i t h 87Sr/86Srinitial and Ndinitial values

o f 0 .7 07 5 a nd 2 .9 , r es pe ct i ve ly ( To r no s e t a l. 2010),

i nd ic at e t ha t m el ts r el at ed t o t he I OC G d ep os it s h ad

i n t er m ed i a te d e gr e e o f c o nt a mi n a ti o n b e tw e e n t h os e o f t h e

porphyry copper and the tin-related intrusions. The boron

i so to pe s a re c on si st en t w it h t hi s m od el , a nd t he m os t

c oh er e nt i nt e rp re t at i on i s t ha t t he o bs er ve d 10.4 to

+ 6.0 v a lu e s r e f le c t m i x in g b e tw e e n b o ro n d e ri v e d f r o m

a n u nd er l yi ng c on ti ne nt a l b as em e nt a nd f lu i ds r el ea s ed

f r om a s h al l ow s u bd u ct i n g s l a b . I f t h at h o ld s t r u e, p r im i t iv e

m el t s w e r e n ot t he s ol e s ou rc e o f t he I OC G d ep os i ts i n t he

A nd es , a nd t he i nt er ac ti on o f j uv en il e m el ts w it h t he

o ve rl yi ng c on ti ne nt al c ru st w as a p re re qu is it e f or i ts

f or ma t io n. O ur m od el d if fe r s f r om t he i nt e rp re ta ti on s o f

M ar s ch ik e t a l . ( 2003a) a n d S i ll i to e (2003) , w h o s u gg e st e d

t ha t I OC G s ys t em s a re r el a te d t o p ri m it i ve m el ts h av in g

m i no r i nt e ra c ti on w it h c ru st a l r oc ks o r m et a mo rp hi c ,

basinal, or surficial fluids.

T he g eo lo gi c e n vi r on me nt o f f or ma t io n o f t he s t ud i ed

I O C G d e po s i ts e x cl u d es p r ed o mi n an t d e ri v at i o n o f b o ro n

f r om c o nt i ne n ta l e v ap o ri t es , u n mo d if i ed s e aw a te r, o r

m ar in e c ar bo na te s. I t c an b e a rg ue d t ha t t he o bs er ve d

11B s i gn a t ur e r e fl e c ts t h e i n te r a ct i o n o f s e aw a t er d e ri v e d

f ro m t he c oe va l b ac k a rc b as in w he re t he C ha a rc il lo

F o rm a t io n w a s d e po s i te d w i t h a n u n de r l yi n g c o nt i n en t al

basement. Percolation of evaporitic brines into the crust and

f u rt h er e qu i li b ra t io n m ig h t p r od uc e t he o bs er v ed 11B

s ig na tu re . H ow ev er , a n um er ic al a pp ro ac h u si ng t he

e qu at io ns p re se nt ed b y F au r ( 1 9 8 6) s ho ws t ha t t hi s

m ec ha ni s m i s u nl i ke l y. T he i n te r ac ti on o f a f l ui d d er i ve d

f r om s e aw a t er h a vi n g a 11B v al ue o f + 3 9 a n d 4 . 5 g/g

B ( I s hi k a wa a n d N a k a m u ra 1993) w it h a b as em en t h av in g a

11B of 8.9, and 43 g /g B ( Ka se ma nn e t a l. 2000)

i m p li e s t h a t o n l y e q u il i b ra t i on a t f l u id / r oc k m a s s r a t i o s l o w er

t h an 0 . 20.3a s s um i n g e q u i l i b ra t i on i n a d o m in a n tl y o p e n

systemc a n p r o du c e t h e o b s er v e d11B v a l ue s . D e s p i t e t h a t

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

11B

non marine evaporitesmarine evaporites

seawater

biogenic carbonatesbiogenic silica

marine detritic sediments

altered oceanic crustsubducting slab

MORBgranitic rocks

metapelite

avg. continental crust

Paleozoic basement

Jurassic limestone

Cretaceous sediments

Cenozoic andesite-dacite

Present day volcanoes

Salars

Tin porphyriesCopper porphyries (EL Salvador)

Copper porphyries (Copucha)

CandelariaCarola

Silvita

TropezonOre deposits

RocksCentral Andes

GlobalReservoirs

SossegoCarajs district Igarap-Baha (high grade)

Igarap-Bahia & Salobo

pelagic sediments

progressive

dehydration

Fig. 6 11B v al u es o f d if fe re nt b or on r es er vo i rs i n t h e A nd e s a nd

e l se w he r e. D a ta o f t h e v o lc a ni c a n d m e ta s ed i me n ta r y r o ck s a n d t h e

basement of the A ndes are from K asemann et al. (2000) , R o s n e r e t a l .

(2003) , a n d S c h m i t t e t a l . ( 2002) , a n d t h o s e o f t h e g l o b a l r e s e r v o i r s a r e

f ro m C ha us si d on a nd A lb ar d e (1992) , I sh i ka wa a nd N ak am ur a

(1993 ) , M ar sc ha l l a nd L ud wi g (2006) a nd M ar sc ha ll e t a l. (2009),

P a l m e r a n d S w i h a r t (1996) , S p i v a c k a n d E d m o n d (1987 ) , a n d S p i v a c k

e t a l . ( 1987)

M i n e r D e p o s i t a ( 2 0 1 2 ) 4 7 : 4 8 3499 495


14/17

t h i s i s n u m er i c al l y p l a us i b le , s u c h l o w f l u i d/ r o ck r a t io s s e e m

u nr e al i st i c f o r t he s e s y st e ms b ec a us e m e ta l s w o ul d n ev er

h a v e b e e n l e a c h e d i n s u f f i c i e n t a m o u n t s t o f o r m t h e o b s e r v e d

o r e d e p o s it . A l s o, i t i s i n c on s i st e n t w i t h t h e g e o l o gi c s e t ti n g

o f t h e T ro pe z n d e po si t l oc at ed i n t he a pi ca l z on e o f a n

i nt ru si on a nd s ho wi ng m an y o f t he c ha ra ct er is ti cs o f

magmatic-hydrothermal systemsa nd t he s im il it ud e o f t he

measured 11B v al ue s w it h t ho se o f p or ph yr y C u a nd S nd e p os i t s a n d v o l ca n ic r o c ks .

F i na l l y, o u r r e s u l t s a r e s o me w h at d i ff e r en t f r om t h os e o f

X av ie r e t a l. (2008) f or t he C ar aj s d i st r ic t , B r az il , w ho

r ep or t ed a b ro ad r a ng e o f 11B v a lu e s b e tw e en 8 and

+ 26.5 a nd w i t h s i gn i fi c a nt v a ri a ti o n s a m on g d e po s it s .

T h ei r d a ta w e re i n te r pr e t ed t o s u gg e st t h a t t h e o r e- f o rm i ng

f l ui d s a r e d e ri v e d f r o m m a ri n e e v ap o ri t e s, w h ic h a r e m i xe d

w i t h f l u i d s f r o m o r e q ui l i br a t ed w i t h f e l s i c i g n e o us r o ck s .

H ow ev er , t he d at a f or t he S os se go d ep os it (11B, 8

t o + 11) a re ve ry s im il ar t o t ho se f or t he m ag ma ti c-

h yd ro th er m al d ep os i ts o f t he A nd es . T he i so to pi ca ll y

h ea vi e r b or on o f I ga ra p -B ah a a nd S al ob o ( +5 .8t o + 26 .1) s ug ge st a c le ar e va po ri t ic i nf l ue nc e ( F ig s. 6

and 7) . A s a w h ol e , t h e s e r e su l ts r e in f or c e t h e c o nc e pt t h at ,

v ie w ed w or ld w id e, I OC G d ep os it s d o n ot r ef l ec t a s in gl e

u n if o r m e v ol u t io n ar y s y st e m a n d t h at o t he r w is e s i m il a r o r e

d e po s i ts d i ff e r m a rk e dl y i n t h ei r e v ol u t io n .

Conclusions

To ur m al in e f ro m t he Tr op ez n , S il vi t a, C a nd el ar i a, a nd

C a r o l a I O C G d e p o s i t s o f t h e C o a s t a l C o r d i l l e r a o f C h i l e h a s11B v a l ue s r a ng i n g f r o m10.4 t o + 6. B o t h t h e b o r o n

i s ot o pe d a ta a n d t h e c o mp o si t i on a n d z o na t i on o f t o ur m a-

l i ne a re c on si st e nt w i th a c om m on o ri gi n f o r b or on i n a ll

t h es e d e po s it s , p r ob a bl y r e pr e se n ti n g d i f fe r en t z o ne s i n a

l a r ge m a gm a t ic - hy d ro t he r m al s y st e m . T h i s s y st e m w o ul d

i n cl u d e s u bv e rt i c al t o ur m al i n e b r ec c i a p i pe s i n t h e l o w er -

m os t z on es ( Tr op ez n a nd S il vi ta ) a nd m or e d if fu se

t o ur m al i n e- r i ch a l t er a ti o n t h at i s f o un d o n ly i n t h e d e ep e r

z o ne s o f C a r ol a a n d C a nd e la r i a.

A s a w h o l e , t h e s e11B v a l u e s a r e s i m i l a r t o t h o s e o f t h e

n ea rb y C en oz oi c v ol ca ni c r oc ks a nd a re i nt er me di at e

betw een thos e of the porp hyry copp er depo sit s andi nt r us i ve r oc ks r el at e d t o S nA g d ep os i ts , s ug ge s ti ng a

c o mm o n o r ig i n f o r t h e b o ro n . T h e s i m pl e s t i n t er p re t a ti o n i s

t ha t t he 11B v al ue s t r ac k d er i va t io n o f b or on e xt r ac t ed

Fig. 7 11B o f t ou rm al in e f ro m t h e I OC G d ep os it s o f t he C oa st a l

C o r d i ll e r a , n e a r b y r o c k s , a n d o t h e r o r e d e p o s it s o f t h e A n d e s , s h o w i n g

t h e s i mi l ar i t y o f t h e b o ro n i s o to p e c o mp o si t i on s o f t h e I O CG d e po s i ts

w i t h t h o s e o f t h e n e a r b y b u t y o u n g e r p o r p h y r y c o p p e r a n d t i n d e p o s i t s

a nd v ol c an ic r oc ks . D at a f ro m t h e E l S al v ad or p or ph yr y c op pe r

d e po s it a n d t h e t i n p o rp h yr y d e po s it s o f B o li v i a a r e f r om W it t en b ri n k

e t a l . (2009 ) . F o r c o m p a r i s o n, 11B s i gn a t ur e s o f t o u rm a li n e f r om t h e

I O CG d e p os i ts o f t h e C a r a j as d i st r ic t ( B ra z i l) a r e s h o w n ( X a v i er e t a l .

2008 ) . D at a f or t h e p l ut on ic a nd m et as ed im en ta ry r oc ks a nd t h e

basement of the A ndes are from K asemann et al. (2000, 2004),

S ch mi t t e t a l. (2002) , a n d R os ne r e t a l. (2003) . T he 11B v al ue s o f

r e ce n t p l ut o n ic r o ck s a r e i n te r pr e te d a s r e fl e c ti n g t h e c o mp o si t i on o f

d ee p me lt s w it h t he l ow er v al ue s b ei ng c lo se r t o t ho se o f t he

s u bd u ct i n g s l a b t h at a r e g r ad u al l y m o di f i ed b y i n t er a ct i o n w i th t h e

basement. The low 11B v a l ue s o f t h e p o rp h yr y t i n d e po s it s s u gg e st

t h a t p a r t o f t h e b a s e m e n t h a s e v e n m o r e n e g a t i v e s i g n a t u r e s t h a n t h o s e

predicted by K asemann et al. (2000 )

496 Mi ner D eposita (2012) 47:483499


15/17

d u ri n g d e vo l at i l iz a ti o n o f a l t er e d o c ea n ic c r us t a n d o v er l y -

i n g s e di m e nt s o f t h e s u bd u ct i n g s l ab , w h i ch s u bs e qu e nt l y

i n t e r a ct e d w i t h t h e A n d e a n c o n t i n e n t a l b a s e m e n t i n v a r i a bl e

proportions. These results are consistent with Sr and Nd

i so to pe d at a, a ll o f w hi ch i nd ic at e a pp re ci ab le c ru st al

c o nt a m in a ti o n o f i g ne o us r o ck s a s so c i at e d w i t h t h e I O C G

d e po s it s . L o ca l p r oc e s se s s u ch a s c h an g es i n t h e t e m pe r a-

t u r e o f p r e c i p i t a t i o n o r d i s t i l l a t i o n s e e m t o h a v e p l a y e d o n l ya m i no r r o le .

The 11B v al ue s a re , t hu s, c on si s te nt w it h a m ag m at ic -

h yd ro th er m al o ri gi n f or t he I O CG d ep os i ts o f t he C oa s ta l

C or di l le ra o f C hi l e a nd e xc l ud e b as in al b ri ne s r el at e d t o

m ar i ne e va po ri t es a s a m aj or s ou rc e o f t he h yd ro t he rm al

boron, although non-marine evaporites cannot be excluded;

h o we v er , t h e s i mi l i tu d e o f t h e o b ta i n ed d 11 B v a lu e s w i t h

t h os e o f p o rp h yr y d e po s i ts , a n d v o lc a ni c r o ck s i n di c at e t h at

t he b or on i s o f m ag ma ti c/ ba se me nt d er i va ti on . T he se

c o nc l us i on s a r e a t o d ds w i t h t h o s e f o r o t he r s e tt i n gs , w h er e

positive B isotopes values suggest a marine evaporitic

o r ig i n o f t h e b o r o n.

Acknowledgements T hi s s tu dy

Documents

Geoquímica isotópica del Boro en alteración de turmalina (IOCGs)