Mineral system in the mantle section of forearc ophiolites

Abstract

[eng] Ophiolitic sequences are the remnants of past oceanic lithosphere, including upper mantle and oceanic crust, that have been tectonically emplaced onto continental margins or volcanic arcs. Subduction-related ophiolites are the most common type of ophiolite formed in the so-called suprasubduction zone (SSZ). The mantle section of ophiolitic sequences is predominantly constituted by peridotites, mainly harzburgites with layers, dikes and/or sills of dunites, lherzolites, and pyroxenites. Ophiolitic peridotites are most relevant in the study of the composition of oceanic lithospheric mantle and in understanding large-scale geodynamic processes. However, ophiolitic peridotites also have a great potential at containing important economic resources of a suite of different metals, such as Cr, Ni, Co, Sc, Cu, Au, Ag, and platinum group elements (Ru, Os, Ir, Rh, Pt, Pd). In recent years, many national and international agreements have been signed to reduce, and eventually cut off, the emission of greenhouse gases, to slow the effects of climate change. However, the implementation of low-carbon energy technologies entails a considerable increase in the demand for minerals. In this regard, the mantle section of ophiolitic sequences has great potential to contribute to ease the demand of several metals catalogued as critical. The criticality of these metals lies in their essential role in modern technologies, economies, and national security, while their supply chains remain vulnerable to disruption. In this Ph.D. thesis, three different mineral systems hosted in the mantle section within the forearc region of a SSZ ophiolitic sequence are evaluated. The three studied mineral systems formed at different stages within the evolution of the intra-oceanic subduction setting, produced by the subduction of the proto-Caribbean lithosphere (inter-American Mesozoic ocean of Atlantic affinity formed after the breakup of Pangea) underneath the Caribbean lithosphere (of Pacific affinity), which generated the Cretaceous Caribbean island arc. The evaluation of the different deposits from a mineral system point of view considers all the geological processes that take place in the genesis and preservation of an ore deposit. This includes the mobilization, transport and accumulation of metals from a fertile source to an accumulation zone, together with all the processes responsible for preserving the deposit after its genesis.

[cat] Les seqüències ofiolítiques són els romanents d’antigues litosferes oceàniques, incloent tant el mantell superior com l’escorça oceànica, que han sigut emplaçades tectònicament sobre marges continentals o arcs volcànics. Les ofiolites més comunes són aquelles relacionades amb zones de subducció, les quals es formen en l’anomenada zona de suprasubducció. La secció mantèl·lica de les seqüències ofiolítiques està predominantment constituïda per peridotites, majoritàriament harzburgites amb capes, dics i/o sills de dunites, lherzolites i piroxenites. Les peridotites ofiolítiques representen una font valuosa d’informació sobre la composició del mantell litosfèric oceànic i sobre els processos geodinàmics a gran escala. A més, les peridotites ofiolítiques també poden contenir concentracions econòmicament rellevants de Cr, Ni, Co, Sc, Cu, Au, Ag o elements del grup del platí (Ru, Os, Ir, Rh, Pt i Pd). En els darrers anys, nombrosos acords de caràcter nacional i internacional han estat signats per a reduir, i eventualment aturar, l’emissió de gasos d’efecte hivernacle per a poder mitigar els efectes del canvi climàtic. No obstant, la implementació de tecnologies de baixes emissions comporta un augment significatiu de la demanda de minerals. En aquest sentit, la secció mantèl·lica de les seqüències ofiolítiques té un gran potencial per a satisfer la demanda de molts metalls, els quals han estat catalogats com a crítics. La criticitat d’aquests metalls rau en el seu paper fonamental en les tecnologies modernes, les economies i la seguretat nacional de molts països, però que a la vegada les seves xarxes de subministrament són vulnerables i potencialment poden veure’s interrompudes. En aquesta tesi doctoral s’avaluen tres sistemes minerals encaixats en la secció mantèl·lica d’ofiolites de zona de suprasubducció, en particular de la regió d’avantarc. Els tres sistemes minerals es van formar en diferents estadis dins de l’evolució d’un context de subducció intraoceànica, produïda per la subducció de la litosfera del proto- Carib (oceà mesozoic inter-americà d’afinitat Atlàntica format durant la ruptura de Pangea) per sota de la litosfera del Carib (d’afinitat pacífica), i que va originar l’arc d’illes del Cretaci del Carib. L’avaluació de diferents tipologies de jaciments minerals des del punt de vista de sistema mineral té en compte tots els processos involucrats en la gènesi i preservació del dipòsit mineral. Aquests processos inclouen la mobilització, el transport i l’acumulació de metalls des d’una font fèrtil fins a una zona d’acumulació, juntament amb tots els processos responsables de la conservació del dipòsit un cop s’ha format.

[]spa] Las secuencias ofiolíticas son los remanentes de antiguas litosferas oceánicas, incluyendo tanto el manto superior como la corteza oceánica, que han sido emplazadas tectónicamente sobre márgenes continentales o arcos volcánicos. Las ofiolitas más comunes son aquellas relacionadas con zonas de subducción, las cuales se forman en la llamada zona de suprasubducción. La sección mantélica de las secuencias ofiolíticas está predominantemente constituida por peridotitas, mayoritariamente harzburgitas con capas, diques y/o sills de dunitas, lherzolitas y piroxenitas. Las peridotitas ofiolíticas representan una valiosa fuente de información sobre la composición del manto litosférico y sobre los procesos geodinámicos a gran escala. Por otra parte, las peridotitas ofiolíticas también pueden albergar concentraciones económicamente relevantes de Cr, Ni, Co, Sc, Cu, Au, Ag, o elementos del grupo del platino (Ru, Os, Ir, Rh, Pt, Pd). En los últimos años, se han firmado numerosos acuerdos de carácter nacional e internacional para reducir, y eventualmente cesar, la emisión de gases de efecto invernadero, con el fin de mitigar los efectos del cambio climático. Sin embargo, la implementación de tecnologías de bajas emisiones conlleva un aumento significativo en la demanda de minerales. En este sentido, la sección mantélica de las secuencias ofiolíticas tiene un gran potencial para satisfacer la demanda de muchos de estos metales, los cuales han sido catalogados como críticos. La criticidad de estos metales reside en su papel fundamental en las tecnologías modernas, las economías y la seguridad nacional de muchos países, pero cuyas cadenas de suministro son vulnerables y potencialmente pueden verse interrumpidas. En esta tesis doctoral, se evalúan tres sistemas minerales encajados en la sección mantélica de ofiolitas tipo zona de suprasubducción, en particular en la región de antearco. Los tres sistemas minerales se formaron en diferentes estadios dentro de la evolución de un contexto de subducción intraoceánica producido por la subducción de la litosfera del proto-Caribe (océano mesozoico inter-americano de afinidad Atlántica formada durante la ruptura de Pangea) por debajo de la litosfera del Caribe (de afinidad pacífica), que dio lugar al arco de islas del Cretácico del Caribe. La evaluación de distintas tipologías de yacimientos minerales desde el punto de vista de sistema mineral tiene en cuenta todos los procesos involucrados en la génesis y preservación del depósito mineral. Estos procesos incluyen la movilización, el transporte y la acumulación de metales desde una fuente fértil hasta una zona de acumulación, junto con todos los procesos responsables de la conservación del yacimiento una vez se ha formado.