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Mecanismos de concentración de elementos críticos en la Carbonatita de Bailundo (Angola)

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Universitat de Barcelona. Departament de Mineralogia, Petrologia i Geologia Aplicada

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[spa] La reciente demanda e interés por los elementos críticos y en especial, por las REE’s ha impulsado en la última década diferentes trabajos relacionados con las carbonatitas. En muchos de ellos se demuestra la importancia que ejercen los procesos de alteración hidrotermal en la distribución de estos elementos. Los resultados obtenidos en esta tesis apoyan los trabajos anteriores y van más allá, demostrando que la mayor concentración de los elementos de REE´s se produce en los depósitos lateríticos por la acción de los procesos meteóricos.
En este trabajo se presentan los resultados obtenidos tras el estudio del complejo carbonatítico de Bailundo. El complejo carbonatítico de Bailundo se sitúa en la parte central de Angola y está relacionado con la estructura tectónica de Lucapa, siendo uno de los complejos carbonatíticos más importantes del país, con más de 7km de diámetro y 38,5km2 de extensión. El estudio petrológico, mineralógico y textural ha permitido clasificar los litotipos de la carbonatita de Bailundo en tres grandes grupos: carbonatitas, foscoritas-nelsonitas y fenitas. Los resultados geoquímicos junto con los anteriores han permitido demostrar la actuación de sucesivos fenómenos de alteración hidrotermal y meteórica. Estos procesos de alteración han producido cambios importantes en la mineralogía original, generando rocas secundarias y depósitos lateríticos.
Algunos minerales se revelan muy útiles para entender la evolución de los diferentes procesos que han tenido lugar. En el caso del pirocloro, tiene dos ventajas: a) se forma en diferentes estadios de cristalización; b) presenta diferentes posiciones de la estructura cristalina en que se acomodan diferentes elementos. Por lo tanto, el análisis químico de cada una de las generaciones de pirocloro refleja la actividad de estos elementos en el magma o fluidos que lo formaron. De esta forma, se deduce que los magmas primarios de la carbonatita fueron ricos en Na y F, depositándose a partir de ellos natrofluorpirocloro primario. En cambio, estadios más tardíos de cristalización magmática de la carbonatita o incluso hidrotermales contienen diversas generaciones de pirocloro progresivamente empobrecido en Na y F, que pueden desaparecer, generándose diversos tipos de kenopirocloro que se van enriqueciendo sucesivamente en Ca, Sr, Ba y Pb.
En cambio, el pirocloro primario que se forma en rocas nelsonitas contiene altas concentraciones de HFSE en especial, en Ta y Zr, lo que reflejaría una mayor concentración de estos elementos en el magma parental de estas rocas.
 
Por otro lado, se ha establecido, a partir del análisis sistemático de las inclusiones de fundidos atrapados en diversos minerales de cada estadio de las diferentes rocas, la coexistencia de vidrios de composiciones muy diferente: vidrio alcalino-carbonatítico-silícico, vidrio fluoro-carbonato-magnésico- alcalino, vidrio alcalino-magnésico-carbonatítico y vidrio natrocarbonatítico. Sin embargo, no se ha podido analizar ninguna inclusión de vidrio rico en carbonato cálcico. El estudio de las inclusiones ha sido útil también a la hora de reforzar la secuencia mineral obtenida a partir de datos petrográficos, a la vez que se establecía qué tipo de fundidos se daban en cada episodio de cristalización.
En cuanto a la datación del complejo, los cristales de circón analizados proceden de carbonatitas y son muy pobres en U, por lo que la datación ha debido realizarse utilizando el método Pb208/Th203 y análisis La-ICP-MS de ET. De estos análisis se han obtenido dos edades medias, 88 ±3,4 (2σ) Ma y 97,7 ±1,4 (2σ) Ma, por lo que se trata de la segunda carbonatita más joven de Angola, después de Catanda.
Por otro lado, los resultados isotópicos en C, O y S indican un origen mantélico y primario para los carbonatos y sulfuros analizados, así como fraccionamiento tipo Rayleigh, lo que apoya que hayan ocurrido procesos de cristalización fraccionada en el magma. No obstante, hay evidencias de reequilibrio con fluidos hidrotermales externos al sistema.
Finalmente, con todos los resultados obtenidos a partir de los diferentes estudios, se ha realizado una aproximación al modelo genético del complejo carbonatítico de Bailundo.

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[eng] During the recent years there has been a growing demand and interest in critical elements, and especially in Rare Earth Elements (REEs). This demand contributed to the emergence of a multitude of projects related to carbonatites within the last decade. Many of which demonstrate the relevance of hydrothermal alteration processes in the distribution of these elements. The results obtained in this thesis support previous results and go further by demonstrating that the highest concentration of REEs occurs in lateritic deposits due to the action of meteoric processes.
This work presents the results obtained from the study of the Bailundo carbonatitic complex. The Bailundo carbonatitic complex, located in the central region of Angola, and connected to the Lucapa tectonic structure, is one of the country’s most significant carbonatitic complexes. This complex spans 7km in diameter and covers an area of 38.5km2. The petrological, mineralogical and textural study has allowed the lithotypes of the Bailundo carbonatite to be classified into three large groups: carbonatites, phoscorites-nelsonites and fenites. The geochemical results, together with the previous ones, have made it possible to demonstrate the action of successive phenomena of hydrothermal and meteoric alteration. These alteration processes have produced important changes in the original mineralogy, generating secondary rocks and lateritic deposits.
Some minerals have provided information that aids in understanding of the evolution of the different processes that have taken place at the Bailundo complex. This is the case of pyrochlore, which has two advantages: a) it is formed in different stages of crystallization; and b) it displays different forms within the crystalline structure, which comprises various elements. Therefore, the chemical analysis of each of the generations of pyrochlore reflect the activity of these elements in the magma or fluids that formed it. Thus, suggesting that the primary magmas of the carbonatite were rich in Na and F, and that primary natrofluorpyrochlore was deposited from them. On the other hand, it suggests that later stages of magmatic crystallization of carbonatite or even hydrothermal stages contain several generations of pyrochlore progressively depleted in Na and F, which can subsequently disappear, generating various types of kenopyrochlore successively enriched in Ca, Sr, Ba and Pb.
Furthermore, the primary pyrochlore that forms in nelsonite rocks showed to contain high concentrations of HFSE, especially in Ta and Zr, which would reflect a higher concentration of these elements in the parent magma of these rocks.
 
In addition, the systematic analysis of melt inclusions trapped in various minerals of each stage of the different rocks, showed the coexistence of glasses with contrasting compositions: alkaline-carbonatitic- silicic glass, fluoro-carbonate glass alkaline-magnesium, alkaline-magnesium-carbonatitic glass and natrocarbonatitic glass.
However, no glass rich in calcium carbonate could be analyzed. The study of inclusions has also reinforced the mineral sequence obtained from petrographic data, which established what type of melts occurred in each episode of crystallization. Regarding the dating of the complex, the zircon crystals analyzed from carbonatites were very poor in U, which required the dating to be carried out using the Pb208/Th203 method and La-ICP-MS analysis of ET. From these analyses two average ages were obtained: 88
±3.4 (2σ) Ma and 97.7 ±1.4 (2σ) Ma, making it the second youngest carbonatite in Angola, after Catanda.

On the other hand, the isotopic results in C, O and S indicate a mantle and primary origin for the carbonates and sulfides analyzed, as well as Rayleigh-type fractionation, which supports that fractional crystallization processes have occurred in the magma. However, there is evidence of rebalancing with hydrothermal fluids external to the system.
In conclusion, the results from the various studies mentioned here have facilitated the development of a genetic model for the Bailundo carbonatitic complex.

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cc by-nc-sa (c) Castellano Calvo, Amaia, 2025

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Tesis Doctorals - Departament - Mineralogia, Petrologia i Geologia Aplicada

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Mecanismos de concentración de elementos críticos en la Carbonatita de Bailundo (Angola)