Caracterização mineralométrica e química de minerais pesados aluvionares: aplicação à prospeção de Sn e W na região de Segura

Relatório de estágio de mestrado, Geologia Económica (Prospeção mineral) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2020Trabalhos recentes, inclusivamente na faixa metalogenética estano-volframítica Góis - Panasqueira - Argemela – Segura, enquadrada na Zona Centro-Ibérica (ZCI), têm posto em evidência a incorporação de metais traço na estrutura de rútilos metassomáticos/metamórficos associados a processos hidrotermais mineralizantes. O Couto Mineiro de Segura, presentemente inativo, corresponde ao extremo E da referida faixa e engloba um conjunto de mineralizações que incluem filões pegmatíticos estano-litiníferos, filões de quartzo com cassiterite e volframite e filões de quartzo com barite, galena e esfalerite. Destes, destacam-se as mineralizações de Li-Sn e Sn-W tidas como geneticamente relacionadas com o Maciço granítico de Segura, parte integrante do “Batólito de Cabeza de Araya” que se estende para Cáceres por mais de 70 Km. Este granitóide intrui unidades do Complexo Xisto-Grauváquico, desenvolvendo uma auréola de metamorfismo de contacto superior a 500 m. A geoquímica de sedimentos, efetuada pelo LNEG para a região, sugere um zonamento e enriquecimento em Ti relativamente ao corpo intrusivo, localmente perturbado pelas mineralizações, o que aponta no sentido do desenvolvimento de fases titaníferas metamórficas/metassomáticas. Dada a coleção de concentrados de minerais pesados aluvionares desta região, existente no LNEG, este pareceu ser o cenário indicado para investigar o potencial da geoquímica do rútilo aluvionar como guia de prospeção para Sn e W. Selecionaram-se, então, 57 amostras, ao longo de uma faixa de 2,8 km por 7,7 km, tendo em conta a representatividade e contributo de cada uma das litologias aflorantes,com especial atenção para a relação espacial com o maciço granítico e com os corpos filonianos mineralizados que ocorrem nesta zona. Para o efeito, realizou-se uma análise prévia dos minerais pesados aluvionares, e a associação mineral identificada e quantificada, além de incluir rútilo e os outros polimorfos de TiO2 (anátase e brookite), mostrou-se representativa das litologias aflorantes nas zonas de drenagem. Especial atenção foi igualmente prestada aos minerais representativos das principais mineralizações presentes nesta área: cassiterite, volframite, scheelite e barite e ainda turmalina. A abundância de rútilo mostra correlação e anomalias positivas com o Maciço granítico de Segura e com as mineralizações de Sn-W. A abundância de anátase decresce ao longo do contacto com o granito e nas áreas mineralizadas, sugerindo a sua transformação para rútilo a partir de processos de alta temperatura e/ou metassomáticos. A relação entre a distribuição da brookite e as litologias ou mineralizações não é tão evidente, mas é plausível uma ligação às intrusões tonalíticas que ocorrem na região. As abundâncias de cassiterite, volframite, scheelite e barite marcam, inequivocamente, a presença das mineralizações conhecidas nesta área. Existe, no entanto, uma zona com volframite abundante onde não há registo de quaisquer mineralizações. Verificou-se também que a abundância e distribuição da turmalina está claramente associada ao Maciço granítico de Segura. Este estudo mineralométrico prévio revelou, por si só, um imenso potencial como indicador de litótipos locais e de processos metamórficos/metassomáticos relacionados com a instalação de corpos intrusivos produtivos para Sn-W.A composição química dos polimorfos de TiO2, e da cassiterite, scheelite e volframite, dos concentrados aluvionares, foi avaliada, recorrendo-se à análise por microssonda eletrónica, com oobjetivo de procurar assinaturas geoquímicas traçadoras dos processos geológicos que conduziram à formação dos depósitos minerais de Sn e W existentes na região. Este estudo mostrou que acomposição, em termos de elementos traço, dos rútilos e anátases aluvionares é muito variável,denunciando uma multiplicidade de fontes e diversidade de processos geradores de minerais. No entanto, foram registados enriquecimentos anómalos em Nb, Ta, Fe, V, Sn e W, mais vincados nos rútilos do que nas anátases, principalmente devido às suas diferentes estruturas cristalinas, mostrando que o rútilo não é o único polimorfo de TiO2 onde se reconhecem os sinais das mineralizações. Abrookite foi o polimorfo de TiO2 analisado com menores concentrações de elementos traço e a sua análise carece de um banco de dados mais consistente a desenvolver em trabalhos futuros. A incorporação de elementos traço nas estruturas TiO2 é resultado de substituições isovalentes de Sn4+ por Ti4+ e de mecanismos de substituição emparelhada (Nb,Ta)5+ + (Fe,V)3+ = 2Ti4+, W6+ +2(Fe,V)3+ = 3Ti4+, e W6+ + Fe2+ = 2Ti4+. Os maiores valores de Nb (até 85000 ppm), W (até 57000 ppm), Sn (até 56000 ppm), Fe (até 29000 ppm), Ta (até 19000 ppm) e V (até 11000 ppm) foram registados em rútilos das amostras colhidas na zona interna do Maciço granítico de Segura, onde é possível distinguir uma população rica em Sn e outra rica em W. Estes grãos de rútilo ricos em HFSE e em elementos granitófilos, muito provavelmente, representam cristais magmáticos primários associados a magmas extremamente diferenciados, como é o caso dos representados pelas rochas graníticas que constituem o Maciço de Segura. A sua ocorrência em amostras aluvionares constitui um potencial traçador de granitos produtivos, e que poderá ser utilizado como guia de prospeção para Sn e W, particularmente na ZCI. Os mapas de distribuição geoquímica dos conteúdos em elementos traço nos rútilos e anátases mostram uma anomalia negativa pronunciada em Sn (rútilo+anátase) e W (rútilo) associadas à precipitação de cassiterite hidrotermal, ao contrário do que acontece nos halos de alteração hidrotermal e nas zonas mineralizadas predominantemente em W e sem cassiterite, onde os rútilos hidrotermais primários exibem enriquecimentos semelhantes aos rútilos magmáticos, demonstrando o seu potencialcomo ferramenta de prospeção para sistemas de Sn(W) e W(Sn). Relativamente à composição química dos outros minerais analisados, destacam-se os resultadospara a cassiterite e volframite que permitiram identificar várias populações, representando mineralizações distintas, demostrando a sua utilidade em prospeção. Adicionalmente, a variação na razão Mn/Fe das volframites mostrou ser um vetor particularmente promissor como indicador da proximidade à fonte dos metais. Como corolário, pode-se afirmar que este trabalho denuncia a excelente aplicabilidade da análise mineralométrica e química de minerais pesados aluvionares à prospeção de mineralizações de Sn e W.Recent research, including in the Góis - Panasqueira - Argemela - Segura metallogenetic belt, havehighlighted the incorporation of trace metals in the structure of metasomatic/metamorphic rutiles associated with mineralizing hydrothermal processes. The Segura mining area, currently inactive, corresponds to the East end of that belt and contains several mineralizations that include Sn-Li pegmatitic veins, cassiterite and wolframite quartz veins, and quartz veins with barite, galena and sphalerite. Of these, the Li-Sn and Sn-W mineralized types are considered to be genetically related to the granitic intrusion of Segura as part of the “Batólito de Cabeza de Araya” that extends for more than 70 km to Cáceres. This granitoid intrudes metasedimentary units of the Schist-GreywackeComplex, developing a contact metamorphic halo greater than 500 m. The sediment geochemistry, carried out by LNEG for the region, suggests zoning and enrichment in Ti relative to the intrusive body, locally disturbed by the mineralizations, which points towards the development of metamorphic/metasomatic titaniferous phases. Given the collection of alluvial heavy mineral concentrates from this region, existing in the LNEG, this seemed to be the ideal scenario to investigate the potential of alluvium rutile geochemistry as anexploration tool for Sn and W. Then, 57 samples were selected, over a 2.8 km by 7.7 km strip, taking into account the representativeness and contribution of each outcropping lithologies, paying special attention to the spatial relationship with the granitic massif and the mineralized vein bodies that occur in the area. For this purpose, a previous analysis of alluvial heavy minerals was carried out, and the identified and quantified mineral association, in addition to display rutile and other TiO2 polymorphs (anatase and brookite), was shown to be representative of the outcropping lithologies in the drainage zones. Special attention was also given to the minerals representative of the main mineralization types present in this area: cassiterite, wolframite, scheelite, and barite and tourmaline. Rutile abundance shows positive anomalies and a positive correlation with both the granite and the Sn-W mineralizations. The abundance of anatase decreases along the contact with the granite and in the mineralized areas, suggesting its transformation to rutile by high temperature and/or metasomatic processes. The relationship between brookite distribution and lithologies (including mineralized ones) is not so evident, but a link to the tonalitic intrusions that occur in the region is plausible. The abundance of cassiterite, wolframite, scheelite, and barite unmistakably mark the presence of the known mineralizations in this area. There is, however, an area with abundant wolframite where there is no record of any mineralization. It was also found that the abundance and distribution of tourmaline is clearly associated with the granitic massif of Segura. This initial heavy mineral study revealed, by itself, its immense potential as an indicator of local lithotypes and of metamorphic/metasomatic processes related to the installation of Sn-W productive intrusive bodies. The chemical composition of the alluvial TiO2 polymorphs, cassiterite, wolframite and scheelite,was evaluated, using electron probe analysis, in order to to search for geochemical signatures tracing the the geological processes that led to the formation of the Sn and W mineral deposits existing in the region. This study showed that the composition, in terms of trace elements, of alluvial rutile and anatase is highly variable, acknowledging multiple sources and diversity of mineral forming processes. Anomalous Nb, Ta, Fe, V, Sn and W enrichments are registered, more so in rutile than in anatase,mainly due to their different crystalline structures, thus showing that the rutile is not the only TiO2polymorph where fingerprints of mineralization can be recognized. Brookite was the TiO2 polymorph analyzed with lower amount of trace elements, and its analysis lacks a more consistent database, that needs to be addressed in future works. Incorporation of trace elements follows isovalent substitution of Sn4+ for Ti4+ and the coupled substitution mechanisms (Nb,Ta)5+ + (Fe,V)3+ = 2Ti4+, W6+ + 2(Fe,V)3+ =3Ti4+, and W6+ + Fe2+ = 2Ti4+. The highest values of Nb (up to 85000 ppm), W (up to 57000 ppm), Sn (up to 56000 ppm), Fe (up to 29000), Ta (up to 19000 ppm) and V (up to 11000 ppm) are registered in rutile from samples collected inside the Segura Massif, where a Sn-rich and a W-rich population can be distinguished. These HFSE-rich and granitophile-rich rutile grains most likely represent primarymagmatic crystals associated with extremely differentiated melts, such as those that originate thegranitic rocks that form the Segura Massif. The occurrence of such rutile grains in alluvial samples can be a potential tracer for productive granites and, therefore, a useful exploration tool for Sn and W deposits, particularly in ZCI. Geochemical distribution maps of rutile and anatase trace element contents show pronounced negative Sn (rutile+anatase) and W (rutile) anomalies linked tohydrothermal cassiterite precipitation, as opposed to their hydrothermal alteration halos and to W dominant cassiterite-free mineralized areas, where primary hydrothermal rutile show similar enrichments to magmatic rutile, showing its potential as an exploration tool for Sn(W) and W(Sn) systems. Regarding the chemical composition of the other minerals analyzed, the results of cassiterite and wolframite stand out since allowed to identify several populations, representing different mineralizations, acknowledging their usefulness in exploration. In addition, the variation in the Mn/Fe ratio of wolframites proved to be a particularly promising vector as an indicator of the proximity to themetals source. As a corollary, it can be said that this work acknowledges the exceptional applicability of alluvial heavy mineral mineralometry and chemistry in the exploration for Sn and W deposits