Modelamiento geoquímico de la cristalización del magma con simulación de Monte Carlo: Complejo Val Fredda, Batolito del Adamello, Norte de Italia

Abstract

Este trabajo se enfoca en el modelamiento geoquímico de la cristalización fraccionada en el Complejo Val Fredda, un producto ígneo temprano en la extremidad sur del Batolito del Adamello, Norte de Italia. Se contribuye con una nueva herramienta para entender la génesis de las rocas ígneas, que son un componente mayoritario de la corteza terrestre, y para realizar la exploración minera de Sistemas de Pórfido de Cobre. El modelamiento se realizó con Simulación de Monte Carlo en la plataforma del programa “R Studio”. El caso de estudio es un ejemplo, excelentemente documentado, de un complejo de rocas intrusivas relativamente pequeño, donde ocurrieron procesos geológicos sin obliterar las evidencias necesarias para entender la evolución del magma a gran profundidad. Se trata de un enjambre de sills máficos que fue emplazado dentro de una intrusión félsica, alcanzando interacción y mezcla limitadas entre los magmas. Se brindan nuevas observaciones de campo, petrográficas y geoquímicas, que ayudan a obtener una interpretación unificada del modelo geológico. El Capítulo I es la Introducción y presenta el caso de estudio, junto con los antecedentes generales y la realidad problemática del estudio de la Geoquímica aplicada al estudio de rocas ígneas. Se presentan los objetivos, alcances y metodología seguidos durante la elaboración de la tesis. El Capítulo II incluye el marco teórico utilizado para la elaboración del modelo geoquímico. Se menciona lo más relevante sobre lo que es el coeficiente de partición, la cristalización fraccionada y la Simulación de Monte Carlo.

El Capítulo III se explaya sobre el caso de estudio (Complejo Val Fredda), mencionando aspectos importantes sobre la geología regional, distrital y local. Se unifican las interpretaciones de casi 40 años de estudios, a diferentes escalas. El Capítulo IV abarca la metodología, describiendo el muestreo de campo con mapas y fotos ilustrativas, junto con la preparación y análisis de las muestras para llevar a cabo estudios petrográficos y de geoquímica de roca total. Se presenta lo más relevante de la descripción macro- y microscópica de las muestras, la secuencia para genética interpretada y la Geoquímica. Se presentan nuestros análisis químicos de roca total y se reúne data de otros autores para tener casi 200 muestras en la base de datos de ioGAS y ganar representatividad. El Capítulo V delinea el modelamiento geoquímico que se usó para entender el proceso de cristalización fraccionada que ocurrió en profundidad, realizando algunas hipótesis relevantes para la composición química de los sills y presentando el sumario de los resultados. El código fue configurado para correr 4’617’295 veces y poder modificar el tipo de condiciones geológicas que se usaron en la fase FILTER para descartar simulaciones irrealistas de la composición del fundido (ajustar el modelo). El Capítulo VI interpreta la evolución magmática del Complejo Val Fredda, indicando que fue dominada por hornblenda. Se proponen 2 alternativas para la interpretación de los “caminos evolutivos” ocurridos a gran profundidad, coherentemente con la paragénesis mineral. Luego, se propone una aplicación de la tesis a la Exploración Minera. Finalmente, las conclusiones se presentan en un orden lógico. Incluyendo las concernientes a la campaña de campo y geología local, geoquímica y modelamiento. Después, se presentan las recomendaciones para seguir estudiando el Complejo Val Fredda y desarrollando el modelamiento geoquímico.

This work focuses on the geochemical modeling of fractional crystallization on Val Fredda Complex, an early igneous product at the southern end of the Adamello Batholith, Northern Italy. A new tool is given to understand the genesis of igneous rocks, a major component of the Earth´s crust, and perform mining exploration of Porphyry Copper Systems. The modeling was done with Monte Carlo Simulation in the platform of the software “R Studio”. The study case is an excellently documented example of a relatively small intrusive igneous complex, where the geological processes happened without obliterating the necessary evidence to study magma evolution at great depth. These are mafic sill swarms emplaced inside of a felsic intrusion, reaching limited magma interaction and mixing. New fieldwork, petrographic and geochemical observations are given, and they help to obtain a unified interpretation of the geological model. Chapter I is the Introduction and presents the study case together with the general background and problematic of using Geochemistry to study igneous rocks. Also, the thesis objectives, scope and methodology are presented. Chapter II includes the theoretical framework used to construct the geochemical model. The most relevant information about the partition coefficient, fractional crystallization and Monte Carlo Simulation is given. Chapter III explains the study case (Val Fredda Complex), mentioning important regional, district and local geologic aspects. Over 40 years of interpretations at different scales are unified.

Chapter IV comprises the methodology, describing the field sampling with maps and photos, together with the sample preparation and analyses to carry out petrographic and whole rock geochemical studies. The most relevant information of the macro- and microscopic sample descriptions, paragenetic sequence, and Geochemistry is presented. Also, our whole rock chemical analyses and data of previous authors to have almost 200 samples in the database of ioGAS and gain representativeness. Chapter V delineates the geochemical modeling that was used to understand fractional crystallization processes occurring at depth, making some relevant hypotheses of the chemical composition of the sills and presenting a result summary. The script was configured to run 4’617’295 times and be able to modify the type of geological conditions used in the FILTER phase to discard unrealistic melt composition simulations (adjust the model). Chapter VI interprets the magmatic evolution of Val Fredda Complex, indicating that it was dominated by hornblende crystallization. It proposes 2 alternatives to interpret the “evolution paths” that occurred at great depth, in line with the interpretations of the mineral paragenesis. Later in the chapter, an application of the modeling for mining exploration is proposed. Finally, the thesis conclusions are given in a logic order, regarding the field campaign and local geology, Geochemistry and modeling. After, recommendations are given to keep studying the Val Fredda Complex and developing the geochemical modelling.