Geochronological and thermochronological constraints on porphyry copper mineralization in the Domeyko alteration zone, northern Chile Translated title: Determinaciones geocronológicas y termocronológicas para la mineralización de cobre porfídico en la zona de alteración de Domeyko, norte de Chile

Abstract

At Domeyko, 40 km south of Vallenar in northern Chile (28°57'S-70°53'W), the Dos Amigos and Tricolor porphyry copper centers are located within a north-south-elongated hydrothermal alteration zone 6x1.5 km of surface dimensions. The centers are related to tonalite to granodiorite porphyry stocks displaying potassic alteration, which are surrounded by Lower Cretaceous andesitic volcanic rocks with sericitic, kaolinite-illite and propylitic alteration zones. The western boundary of the alteration zone is marked by the post-mineralization Cachiyuyo Batholith of granodioritic to dioritic composition. U-Pb zircon ages for the Dos Amigos porphyry are of 106.Ü3.5 and 104.0±3.5 Ma; and 108.5±3.4 for the nearby Tricolor porphyry. The Cachiyuyo Batholith yielded U-Pb zircon ages of 99.6±1.8 and 99.1±1.9 Ma; and 40Ar/39Ar ages for biotite of 96.9±3.9 and 94.8±0.9 Ma. These dates indicate that batholith emplacement postdated the Dos Amigos and Tricolor porphyries, in agreement with geological relationships. Although copper mineralization is spatially and genetically related to the Lower Cretaceous (Albian) porphyry stocks, most of the dated hydrothermal micas from the Dos Amigos and Tricolor porphyries yielded 40Ar/39Ar ages between 97.1±2.5 and 96.0±1.4 Ma, which overlap within error with the cooling ages obtained for the neighboring batholith. 40Ar/39Ar dating of micas revealed significant disturbance of their K-Ar isotopic systematics that complicates accurate determination of the timing of hydrothermal activity at Domeyko. Nevertheless, the 40Ar/39Ar data establish a minimum Late Cretaceous age for this activity. A fission track age of 59.8±9.8 Ma of apatite from the Dos Amigos porphyry indicates cooling through the temperature range of the apatite partial annealing zone (~125-60°C) during the Paleocene; and an (U-Th)/He age of 44.7±3.7 Ma of apatite from the same porphyry sample shows cooling through the temperature range of the apatite He partial retention zone (~85-40°C) during the Eocene. These ages correspond to the exhumation of the porphyry, and the latter provides a maximum age for the supergene enrichment processes that formed the chalcocite blanket currently mined at Dos Amigos.

Translated abstract

En Domeyko, a 40 km al sur de la ciudad de Vallenar, en el norte de Chile (28°57'S-70°53'O), se ubican los pórfidos cupríferos Dos Amigos y Tricolor dentro de una zona de alteración hidrotermal elongada en sentido norte-sur de 6x1,5 km. Estos están relacionados con stocks porfídicos tonalíticos a granodioríticos con alteración potásica, rodeados por zonas de alteraciones sericítica, caolinita-illita y propilítica, las cuales afectaron principalmente rocas volcánicas del Cretácico Inferior. El límite oeste de la zona de alteración lo constituye el Batolito Cachiyuyo postmineral de composición granodiorítica a diorítica. Edades U-Pb en circón para el pórfido Dos Amigos son de 106,1±3,5 Ma y 104,0±3,5 Ma y de 108,5±3,4 Ma para el pórfido Tricolor. El Batolito Cachiyuyo adyacente dio edades U-Pb en circón de 99,6±1,9 y 99,1±1,9 Ma y edades 40Ar/39Ar en biotita de 96,9±3,9 y 94,8±0,9 Ma. De acuerdo a estas edades el emplazamiento del batolito fue posterior a los pórfidos Dos Amigos y Tricolor, consistente con las relaciones geológicas. Aunque la mineralización de cobre está relacionada espacialmente y genéticamente con los stocks porfídicos del Cretácico Inferior (Albiano), la mayoría de las micas datadas de los pórfidos Dos Amigos y Tricolor dieron edades 40Ar/39Ar entre 97,1±2,5 y 96,0±1,4 Ma, las cuales son coincidentes con las edades de enfriamiento obtenidas para el batolito. La datación 40Ar/39Ar por pasos de micas reveló una importante perturbación del sistema isotópico K-Ar de las mismas, lo que complica una determinación exacta de la edad de la actividad hidrotermal en Domeyko, pero los datos 40Ar/39Ar establecen con certeza una edad mínima Cretácico Tardío para ella. Una edad de trazas de fisión en apatita de 59,8±9,8 Ma para el pórfido Dos Amigos indica enfriamiento a través del rango de temperatura de la zona de acortamiento parcial de trazas en apatita (~125-60°C) durante el Paleoceno y una edad (U-Th)/He en apatita de 44,7±3,7 Ma obtenida para el mismo pórfido revela enfriamiento a través del rango de la zona de retención parcial de He en apatita (~85-40°C) durante el Eoceno. Estas edades corresponden a la exhumación del pórfido y la última provee una edad máxima para los procesos de enriquecimiento supérgeno que formaron el nivel enriquecido con calcosina actualmente en explotación en la mina Dos Amigos.