Mineralogical, petrographic, and geochemical analyzes which confirm the hydrothermal origin of the sediments that overlie the peridotites of Cerro Matoso, Colombia

Abstract

The Cerro Matoso deposit, one of the largest open-pit ferronickel mines in the world is formed by a sedimentary succession on top of an abducted ultramafic body that makes part of the Cauca ophiolite complex. The set of rocks was accreted in northwestern Colombia during the Cretaceous and exposed to weathering processes during the last Andean Orogeny. Sediment samples were collected and studied using petrographic microscopy, SEM, EPMA, ICP-MS, XRF, and oxygen as well as carbon isotopes analyses. Oxygen isotope results reflect pore-water temperatures reaching up to 130 degrees C during mineral precipitation, which are consistent with serpentinization-derived fluids of mantle rocks that may be related to deep-sea hydrothermal activity. Negative delta 13C values (-27.1 to -1 parts per thousand V-PDB) in bulk samples of the tabular succession correlate with the delta 13C range of methane from modern serpentinite-derived fluids. The REE/Fe data (ratio <0.4) suggest that sediments differenced in black mudstone and fossiliferous green claystone correspond to metalliferous and hydrothermal sediments respectively, formed in the ancient mid-ocean Pacific ridge, far west of its present position. Positive Eu and negative Ce anomalies registered in the black mudstone succession correlate with a hydrothermal plume scenario.

El yacimiento Cerro Matoso, una de las minas de ferroníquel a cielo abierto más grandes del mundo, está formado por una sucesión sedimentaria que reposa sobre un cuerpo ultramáfico adosado al continente, que forma parte del Complejo Ofiolítico del Cauca. El conjunto de rocas fue adosado en el noroeste de Colombia durante el Cretácico, y fue expuesto a procesos de meteorización durante la última orogenia andina. Las muestras de sedimentos fueron recolectadas y estudiadas mediante microscopía petrográfica, SEM, EPMA, ICP-MS, FRX y análisis de isótopos de oxígeno y carbono. Los resultados de los isótopos de oxígeno reflejan temperaturas del agua intersticial que alcanzan los 130°C durante la precipitación mineral, lo que es coherente con fluidos derivados de la serpentinización de las rocas ultramáficas que pueden estar relacionados con actividad hidrotermal en el fondo del mar. Los valores negativos de δ13C (−27,1 a −1‰ V-PDB) en muestras (roca total) de la sucesión sedimentaria, se correlacionan con el rango de δ13C del metano de fluidos modernos derivados de serpentinita. Los datos REE/Fe (relación <0.4) sugieren que los sedimentos denominados lodolitas negras y arcillolitas verdes fosilíferas corresponden a sedimentos metalíferos e hidrotermales respectivamente, formados en la antigua dorsal meso-oceánica del océano Pacífico, muy al oeste de su posición actual. Las anomalías positivas de Eu y negativas de Ce registradas en la sucesión de lodolitas negras se correlacionan con un escenario de plumas hidrotermales