Definición de dominios estructurales 3D, integrando datos de registros Televiewer y mapeos de bancos

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Tierra y Tecnología nº 43 | Texto | Rubén Sánchez M. Geólogo, n° de colegiado 6.005, Golder Associates, S.A. (Chile). Cristian Ávila N., geólogo estructural senior, Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi (Chile). Bárbara Navarro, geóloga, Golder. Santiago Castro, geólogo senior, Golder. Figuras | VV.AA. | Para definir los dominios estructurales presentes en los depósitos Rosario y Rosario Oeste del distrito de Collahuasi, se ha utilizado la información de 130 sondeos a diamantina, cuyo fracturamiento ha sido escaneado mediante equipo Televiewer óptico y acústico (164.000 datos estructurales), así como los datos de mapeo de bancos obtenidos durante la excavación del rajo (14.000 datos estructurales). Del análisis de los datos, en una primera fase se han obtenido nueve dominios estructurales con tendencias geotécnicas características, las que han sido tratadas estadísticamente para su análisis y uso posterior.

Distrito de Collahuasi, Chile

Utilizando diversas herramientas de prospección geológica, se han podido definir con exactitud, los dominios estructurales presentes en los depósitos Rosario y Rosario Oeste (figura 1), que se ubican en el extremo norte de Chile, en la I Región de Tarapacá, prácticamente en la frontera con la República de Bolivia, a una altitud geográfica de más de 4.000 m.

chile4301La Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi, S.A. (CMDIC), se ubica en el norte chileno, a 225 km de Iquique en la Comuna de Pica, I Región de la República de Chile, a una altitud de aproximadamente 4.200 a 4.700 m (figura 2). Está situada en una zona de suaves y áridas colinas en una porción del altiplano de Tarapacá. La región es desértica, y se distingue el relieve regional dividido, de oeste a este, en las siguientes macrounidades morfoestructurales: Planicie Litoral; Acantilado Costero y la Cordillera de La Costa; Depresión Intermedia; Cordón Montañoso de Collahuasi; Depresión de Los Salares y la Cordillera de los Andes, de hasta más de 5.000 m, tras la cual se alza, aproximadamente a 4.000 m, el árido paisaje aterrazado del Altiplano.

Los yacimientos del distrito Collahuasi se deben a procesos de mineralización que ocurrieron entre 39 Ma. y 33 Ma., y corresponden a pórfidos de cobre —molibdeno de composición félsica—, emplazados dentro de un basamento del Paleozoico superior (Formación Collahuasi).

Breve reseña histórica

Históricamente, la explotación de Collahuasi ha sido laboriosa y muy irregular. Desde 1649 se hablaba de ella en el libro Arte de los metales, de A. Barba, como el “Mineral de Pereira” en el departamento de Potosí, Bolivia. Sin embargo, pese a la prosperidad alcanzada en el siglo XVII, su explotación decayó a inicios del siglo XVIII y no se recuperó hasta finales del siglo XIX. Esta temprana explotación reveló las dificultades de la utilización rentable de estos yacimientos (lejanía de los centros urbanos, falta de agua, tecnología precaria, rigurosidad del clima, altitud extrema, inestabilidad del mercado, elevados costos de transporte y otros factores (figura 3).

chile4302Ya en el periodo republicano, las inestabilidades políticas postindependencias de las naciones latinoamericanas hicieron desaparecer a Iquique como puerto, lo que repercutió negativamente en la minería de Tarapacá. Durante el auge del salitre en 1855, se abre el puerto de Iquique, principalmente para la exportación de minerales no metálicos, fundamentalmente salitre. Después de la Guerra del Pacífico de 1880, la región de Tarapacá queda bajo administración chilena y la explotación salitrera centró toda la atención de la economía provincial. Se reactivaron también otras faenas mineras extractivas, como la plata, el azufre y, por supuesto, el cobre. Sin embargo, la centralización de la extracción en el salitre, el bajo interés de los empresarios, el poco apoyo estatal y la precaria tecnología no permitían todavía que la extracción de cobre de Tarapacá, y, en especial de Collahuasi, llegara a ser importante.

En el último tercio del siglo XIX, la minería metálica experimentó una auspiciosa prosperidad, concretamente la del cobre y la plata, lo que permitió inaugurar la extracción sistemática en el Distrito de Collahuasi, en 1890. Sin embargo, no fue hasta 1904 cuando Collahuasi fue adquirida por la empresa inglesa Compañía Poderosa de Collahuasi, y se lograra explotar la mina en forma industrializada, hasta 1931, época de la crisis económica que obligó a cerrar esta mina. A comienzos de 1975, se creó la Compañía Exploradora Doña Inés, que se hizo cargo de la exploración y posterior explotación de Collahuasi.

En la actualidad, la Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi SCM pertenece a Anglo American plc (44%), Glencor-Xstrata Copper (44%) y Mitsui & Co (12%), y ha tenido en operación tres rajos: Rosario, Ujina y Huinquintipa.

Estos rajos permiten hoy en día la extracción de 126 tpd de mineral. Hasta ahora, el mineral se procesa tanto para la extracción de óxidos de cobre (pilas de lixiviación y planta SX-EW), así como para la extracción de sulfuros (chancador primario, stock-pile y planta de sulfuros). Los productos finales del proceso son cátodos de cobre y concentrados de cobre; estos últimos son transportados por una tubería del tipo de mineroducto hasta el puerto de Punta Patache, para su posterior embarque.

Objetivos

El principal objetivo del estudio ha sido la actualización de los dominios estructurales 3D de Rosario y Rosario Oeste.

Los objetivos específicos son:

  • Análisis y discusión de antecedentes geológicos de Rosario y Rosario Oeste.
  • Análisis estructural de datos de sondeos registrados con Televiewer (Rosario y Rosario Oeste) y de datos de mapeo de bancos en Rosario.
  • Definir los dominios estructurales de ambos yacimientos y modelarlos como sólidos 3D, usando para tal efecto los modelos tridimensionales realizados por CMDIC.
  • Caracterizar cada uno de los dominios estructurales obtenidos y sus respectivos sets o familias de discontinuidades principales, realizando análisis estadísticos de los resultados obtenidos y generando una tabla resumen con los parámetros más relevantes de cada set (dirección de buzamiento y buzamiento, frecuencia, espaciamiento y persistencia).

Contexto geomorfológico y geológico

La zona investigada consta de 2 unidades fisiográficas mayores del perfil transversal continental chileno: el Cordón Montañoso Pre-Cordillerano de Collahuasi y la Depresión de los Salares, las cuales conjuntamente con la Depresión Intermedia, Cordillera de la Costa y Planicie Litoral, hacia el oeste, y la alta Cordillera de Los Andes y el Altiplano (Bolivia), hacia el este, completan dicho perfil transversal.

Estas macrounidades morfoestructurales, en general elongadas en dirección N-S, se habrían originado como resultado de una activa tectónica de bloques acaecida durante gran parte del Terciario, la cual está controlada por importantes fallas regionales N-S y NNO-SSE, siendo la Falla Oeste, la Falla Río Loa y la Falla Pampa Pabellón, las más notables en las cercanías o dentro del área estudiada.

chile4303El Cordón Pre-Cordillerano corresponde a un bloque tectónico de aproximadamente 30 a 40 km de ancho, de elongación norte-sur, en cuya vertiente occidental se localizan los distritos mineros de Quebrada Blanca y Collahuasi. En el borde occidental de este bloque, está constituido por la denominada “Falla Domeyko (Oeste)”, megaestructura de orientación N-S a NNO-SSE, que controla además el emplazamiento de una serie de yacimientos minerales de envergadura mayor hacia el sur, tales como: Mansa Mina, Mina Sur, Chuquicamata, Radomiro Tomic, El Abra. (Munchmeyer, et al. 1984).

El distrito minero Collahuasi se ubica en los Andes del norte de Chile (20°58’ S y 68°43’ O), y está caracterizado por la presencia de un grupo de pórfidos de cobre-molibdeno mayores (Quebrada Blanca, Rosario, y Ujina) y un pórfido de molibdeno (Copaquire), ubicados a alturas variables entre 3.500 a 4.600 m. La mineralización es producto de episodios geológicos ocurridos entre 39 Ma. y 33 Ma., y se encuentra relacionada a complejos de pórfidos félsicos emplazados dentro de un basamento del Paleozoico superior y estratos marinos-continentales del Paleozoico superior-Mesozoico inferior.

chile4304Los depósitos minerales de Rosario y Rosario Oeste se hallan emplazados en las volcanitas de la Formación Collahuasi, la que corresponde a una secuencia volcano-sedimentaria de edad Permo-Triásico. Tiene una potencia aproximada de 4 km y está constituida principalmente por rocas riolíticas y andesíticas, además de rocas sedimentarias clásticas subordinadas. Los estratos que conforman esta secuencia tienen en general una actitud homoclinal, cuyo rumbo varía entre N-S y NO-SE, en tanto que su manteo es, en general, de suave inclinación hacia el este.

Los cuerpos intrusivos presentes en el área varían en composición, encontrándose dioritas, monzonitas, granodioritas y granitos (Munchmeyer et al., 1984) (figura 4). En el distrito destacan tres periodos de emplazamiento de intrusivos; de más antiguo a más nuevo son:

  • Pérmico-Triásico, que corresponden a granitos y granodioritas que intruyen a la Formación Collahuasi.
  • Cretácico superior-Terciario inferior, que son dioritas cuarcíferas y granodioritas intruyendo a las formaciones Cerro Empexa, Quehuita y Collahuasi.
  • Eoceno superior-Oligoceno inferior, que son intrusiones cuarzo-monzoníticas en la Formación Collahuasi, siendo este último evento el que ocasionó la génesis de los pórfidos cupríferos de Rosario y Rosario Oeste (también con vetas) (Munchmeyer, et al. 1984).

De acuerdo al modelo conceptual de CMDIC, los depósitos de Rosario y Rosario Oeste corresponden a dos ambientes de mineralización distintos, siendo Rosario el depósito del pórfido cuprífero y Rosario Oeste el depósito epitermal de alta sulfidación asociado, con ocurrencia de vetas mineralizadas importantes además del mineral diseminado. Se supone que ambos ambientes se localizan en forma adyacente debido a la activación de una falla normal, una cuestión que aún sigue en estudio.

El distrito Collahuasi alberga importantes recursos minerales tanto metálicos como no metálicos. Entre los primeros se encuentran sectores con mineralización de cobre, molibdeno, oro y plata, en tanto que los recursos no metálicos están constituidos principalmente por depósitos de azufre y salares.

Metodología de trabajo

La metodología llevada a cabo fue planificada y desarrollada por CMDCIC. El proceso de definición de dominios estructurales fue llevado a cabo en diferentes etapas en las cuales se analizaron los datos estructurales y posteriormente se relacionaron con la geología de los depósitos de Rosario y Rosario Oeste.

chile4305Para ello se utilizaron las bases de datos que CMDIC tiene, así como el modelo geológico y estructural 3D actualizados, utilizando los datos estructurales extraídos de los registros realizados con Televiewer, mediante el escaneo de sondeos y los datos cartografiados en los mapeos superficiales de bancos.

En la primera etapa del estudio se realizó el análisis en conjunto de los datos estructurales medidos mediante prospección geofísica a través de registro Televiewer, así como los datos de mapeo de bancos y los datos del pit shell estructural, con las fallas principales, en la zona del Rajo Rosario, como se esquematiza en la figura 5.

A la hora de realizar el estudio se tuvieron en cuenta las estructuras mayores (fallas principales), estructuras menores y diaclasas, realizándose un estudio estadístico mediante la utilización de software específicos como Dips y/o Domain (figura 6) (aplicación desarrollada por investigación y desarrollo de Golder Associates). Estos software permiten realizar análisis estadísticos de gran cantidad de datos estructurales permitiendo visualizar diagramas de distribución de polos de planos de discontinuidades, sus contornos de isodensidades, las rosetas de polos, así como histogramas de dirección de buzamiento (Dip Direction), como de buzamiento (Dip). Una vez realizado el estudio estadístico sondeo a sondeo, y por área, en el caso de los datos de estructuras medidos en los mapeos de bancos, se elaboraron una serie de estereogramas, planos de discontinuidades preferenciales por sondeo, planos interpretativos y figuras para poder establecer comparaciones, y, de tal forma, proceder a la definición de dominios en función de sus tendencias estructurales, como se ejemplifica en las figuras 7 y 8.

chile4306En la segunda etapa se realizó un estudio comparativo entre los datos estructurales con los datos geológicos-litológicos-geotécnicos, buscando potenciales relaciones entre la geología y la estructura del macizo rocoso para cada uno de los dominios, así como sus variaciones en la vertical, tal como se muestra en el esquema de la figura 9.

Para esto se utilizó el modelo 3D, utilizando el software Leapfrog que visualiza en forma tridimensional toda la zona investigada, permitiendo visualizar trazas de elementos como cobre (figura 10), arsénico y hierro (figura 11), así como realizar perfiles geológicos (figura 12) para el análisis.

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Se tuvo en consideración también el pit shell de las fallas principales reconocidas en superficie por los geólogos de CMDIC, las que constituyen, en parte, importantes límites entre los dominios estructurales reconocidos.

Además se realizó el análisis estructural detallado en todos los sondeos que atravesaban fallas principales, obteniéndose en algunos casos cambios importantes desde el punto de vista estructural, confirmando los límites de los dominios involucrados (figura 13).

chile4308Finalmente, a continuación de la definición de los dominios estructurales, se hizo una descripción detallada, dominio a dominio, realizándose su correspondiente análisis estructural. Además, se analizó un potencial control litológico, por alteración hidrotermal y/o por minerales guías (minerales de cobre, arsénico y hierro).

Para la entrega final de los resultados, se elaboró una tabla resumen de todos los sets o sistemas de discontinuidades preferenciales por dominio, extraídos desde distintas fuentes de información (mapeo de bancos, registros Televiewer y fallas mayores del pits hell estructural F1). En la tabla resumen (figura 14) se muestran los siguientes parámetros:

  • Buzamiento (dip) y dirección de buzamiento (dip direction); o sea, los polos del rumbo y manteo de un plano.
  • Desviación estándar de la media de tales parámetros.
  • Frecuencia (porcentaje de una familia preferencial presente en un dominio).
  • Persistencia (máxima longitud de un plano de discontinuidad).
  • Espaciamiento (distancia perpendicular entre planos de discontinuidades adyacentes de cada sistema o familia preferencial).

Para la realización de la tabla se realizó lo siguiente:

  • Revisión y análisis de los datos de registros de Televiewer de sondajes y de mapeo de bancos por dominio.
  • Recopilación de archivos formato para Dips y excel de estructuras de Rango 1-2 (diaclasas) y Rango 3-4 (fallas menores) de los datos de registros con Televiewer; además de los datos del mapeo de bancos, del pits hell de todas las fallas mayores reconocidas por los geólogos de CMDIC, de tal forma de tomar en cuenta y reanalizar todos los datos.
  • Realización del procesamiento estadístico con los parámetros requeridos, desde las bases de datos existentes ya mencionadas, para dar peso y respaldo estadístico a la información entregada.
  • Estos datos fueron diferenciados por sets principales y secundarios.

Resultados

chile4309Como resultado de la metodología empleada se obtuvieron los siguientes productos:

  • Definición y modelamiento de los dominios estructurales, haciendo uso del software Leapfrog 3D.
  • Caracterización de cada dominio estructural obtenido y sus sets principales y secundarios preferenciales.
  • Tabla-resumen por dominio con la estadística de cada familia estructural indicando parámetros como buzamiento, dirección de buzamiento, frecuencia, espaciamiento y persistencia (figura 14).

Conclusiones

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  • Las tendencias estructurales en los yacimientos de Rosario y Rosario Oeste han sido materializadas en la definición de un modelo 3D Leapfrog, que indica la existencia de 9 dominios estructurales, definidos por las geometrías de las discontinuidades identificadas por Televiewer óptico y acústico, además de los datos de mapeo de bancos en el Rajo Rosario (figuras 15 y 16).
  • Los límites de dominios corresponden principalmente a fallas mayores que han tenido influencia relevante en el desarrollo de los depósitos Rosario y Rosario Oeste.
  • El estudio se realizó evaluando ambos yacimientos al mismo tiempo, lo que ha dado como resultado que el depósito de Rosario Oeste se encuentre principalmente caracterizado por el Dominio B.
  • Cabe destacar que la zona investigada se comporta como una zona de cizalla dúctil-frágil, de cinemática transcurrente sinestral, siguiendo el modelo teórico de Riedel (Naylor et al., 1986; Ramsay y Huber, 1987; Sylvester, 1988) (ver figura 17).

En la figura 18 están tres de los autores de este artículo, delante del yacimiento Rajo Rosario.

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Agradecimientos

Queremos agradecer a la Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi, el haber hecho posible la realización de este trabajo y habernos permitido utilizar los datos de la investigación llevada a cabo, para la preparación de este artículo.

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