Geologia de la península de Keweenaw, Michigan
IntroduccióLa península de Keweenaw, situada a la península superior de Michigan, acull la major concentració de jaciments de coure nadiu del món. La mida real del dipòsit es realitza en la quantitat de coure natiu purificat eliminat. Entre 1845 i 1996, quan la mina White Pine va tancar i va acabar amb la mineria de coure a Michigan, el districte va produir aproximadament 15.500 milions de lliures de coure. En 150 anys de mineria al districte, només s'ha extret al voltant del 40 per cent del coure total estimat contingut en el jaciment. Per entendre com aquesta àrea es va convertir en un lloc miner clàssic i una de les grans regions de recollida de minerals del món, només cal estudiar i entendre la geologia i la mineralogia del 'País del Coure'.
Visió general geològica
La península de Keweenaw es troba al flanc sud del sistema Mid-Continent Rift (MCR) d'Amèrica del Nord. L'MCR s'estén uns 2.000 quilòmetres des de Kansas al nord-est a través del llac Superior, després al sud-est a través de la península inferior de Michigan, on acaba bruscament a prop de Detroit, Michigan. El MCR es va començar a formar fa uns 1.100 milions d'anys (Ma) quan un plomall del mantell creixent va entrar en contacte amb la Província Superior del Precambri. A mesura que el plomall es va estendre lateralment al llarg de la base de la Província Superior, va provocar que l'escorça de la regió s'aprima i es separes, formant l'esquerda. A mesura que el plomall va continuar augmentant, va començar a despresuritzar-se i fondre, produint riolita i magmes basàltics. Part d'aquest magma va arribar a la superfície a través de falles i fractures formades per l'aprimament de l'escorça. A la península de Keweenaw, s'han comptat més de 200 colades de lava individuals, inclòs el Greenstone Flow, que es diu que és un dels més grans, si no el més gran, de lava de la Terra. White (1960) va suggerir que el Greenstone Flow té una extensió aèria de més de 5.000 quilòmetres quadrats i un volum total de més de 1.600 quilòmetres cúbics. El Greenstone Flow forma part del Portage Lake Volcanics (PLV) que està exposat a la península de Keweenaw i Isle Royale, a 90 quilòmetres al nord-oest. El PLV té un gruix total d'uns 10 quilòmetres al centre del llac Superior (Cannon, 1992). Al Keweenaw, el PLV té uns 5 quilòmetres de gruix. El PLV a la península de Keweenaw va entrar en erupció en un període de 2 a 3 milions d'anys al voltant dels 1.095 Ma (Davis i Paces, 1990).
Després del vulcanisme, va començar un període de sedimentació que va omplir el rift amb fins a 8 quilòmetres de sediments clàstics (Cannon, 1992). A mesura que va acabar el vulcanisme i els sediments van omplir la zona, tota la regió va començar a enfonsar-se sota l'immens pes dels estrats superposats. Es creu que aquesta sedimentació va començar entre 1.085 i 1.060 Ma. Els sediments clàstics estan formats per conglomerats de color vermell (Copper Harbour Conglomerate) i gresos de color vermell (Freda Sandstone) amb una fina capa de gres de color gris a negre (Nonesuch Shale). Al final de la subsidència tèrmica del rift, Cannon et al. (1989) proposen que es va dipositar una pedra arenisca vermella madura (Jacobsville Sandstone) a tota la conca.
L'última fase del sistema MCR implica la transformació de la falla normal limitada graben original en falles inverses d'angle alt. Avui la falla principal que recorre la columna vertebral de la península és la falla de Keweenaw (KF), una falla inversa d'angle alt. Originalment, aquesta falla era una falla normal que limitava graben important (Cannon et al. 1989). El KF té uns quants quilòmetres de desplaçament invers, que va provocar una inclinació addicional dels estrats ja inclinats. Es van produir falles i fractures addicionals a la Península tant en basalts com en sediments com a conseqüència d'aquesta compressió a la regió (White, 1968). Cannon et al. (1993) havien determinat que la fallada inversa es va produir al voltant de 1.060 Ma basant-se en les edats de la biotita Rb-Sr dins de les roques del soterrani precambrià més antigues. La causa més probable de l'esdeveniment de compressió és una col·lisió continental a la costa est al llarg del front de Grenville (Hoffman, 1989). El moment de la fallada inversa al Keweenaw també coincideix amb l'esdeveniment de compressió de Grenville. Es creu que la fase de compressió va començar ja als 1.080 Ma (Cannon, 1994) i es va completar en 1.040 Ma (Price i Mcdowell, 1993).
Després de la finalització del rifting i la compressió, la regió va viure un període tranquil. Un gran mar interior va cobrir la regió durant el Paleozoic que va dipositar calcàries i algunes dolomies. Aquestes mateixes roques també formen les roques de la conca de Michigan a la península inferior de Michigan. Les roques paleozoiques van ser eliminades del Keweenaw per l'erosió i més tard per la gran glaciació del Plistocè. El paisatge actual del Keweenaw està fortament influenciat pel mateix esdeveniment glacial.
Mineralització
Com s'ha dit anteriorment, del 1845 al 1996, el districte va produir més de 15 mil milions de lliures de coure refinat a partir de 380 milions de tones de mineral. Juntament amb el coure, també es van recuperar petites quantitats de plata nativa (uns 11 milions de lliures) (White, 1968). L'horitzó principal productor de mineral era una franja de terra de 5 quilòmetres d'ample per 42 quilòmetres de llarg entre Mohawk i Painesdale. Fins al 1929, aquesta franja de terra produïa el 95,4 per cent de tot el coure extret a la regió (Butler i Burbank, 1929). L'hoste més comú per al coure natiu eren els fluxos de basalt bretxats i amigdaloïdals (58,5 per cent de la producció), seguits dels conglomerats d'interflux (39,5 per cent) i un sistema de fissures de venes creuades (2 per cent). Els quatre jaciments més grans van produir el 85 per cent de la producció total del districte amb un grau d'aproximadament dos per cent.
El coure natiu es presenta com a fina disseminació, farcits de vesícules i masses. Una part superior de flux bretxada 'típica' té de 3 a 5 metres de gruix i de 2 a 11 quilòmetres al llarg de la vaga. La longitud de baixada sol ser d'1,5 a 2,5 quilòmetres (Butler i Burbank, 1929). Tot i que les topes de flux van tenir més producció, un dels conglomerats d'interfluència, el conglomerat Calumet i Hecla, era i continua sent el fil de coure natiu més gran del món. El conglomerat va produir 4.200 milions de lliures de coure en una longitud d'impacte de 4,9 quilòmetres i 2,8 quilòmetres cap avall, i un gruix mitjà de llit de 6 metres (Weege et al. 1972). El tercer tipus de dipòsit a la península de Keweenaw són les venes de coure, també conegudes com a venes de fissures. Les primeres mines del districte, les famoses mines Cliff, Central i Minesota, treballaven aquestes fissures. El coure es va formar en espais oberts, omplint fractures que tallaven els llits de basalt en angles elevats. Algunes de les masses de coure més grans mai trobades (fins a 520 tones) al districte es van trobar a les mines de fissures, però les vetes només produïen al voltant del dos per cent del total de coure extret al districte (Broderick, 1931).
Minerals de mena/ganga
El coure natiu representa més del 99 per cent de tots els minerals metàl·lics extrets a la península de Keweenaw, el que el converteix en l'acumulació més gran de coure natiu de la Terra (Bornhorst i Lankton, 2006). Altres minerals metàl·lics inclouen la plata, que només representen al voltant del 0,1 per cent de la producció de coure. La major part del coure natiu també portava una petita quantitat (menys del 0,5 per cent) d'arsènic i plata (Broderick, 1929). Els arsenurs de coure-níquel també estan presents a les venes d'una part superior del flux prop de Mohawk, la localitat tipus de Mohawkite (ara es coneix com a Domeykite) (Stoiber i Davidson, 1959). La calcocita també es va trobar en associació amb coure autòcton, però és insignificant a la Península (cal destacar que White Pine va extreure calcòcita gairebé exclusivament i amb gran èxit, produint aproximadament 4.500 milions de lliures de coure refinat en 43 anys de funcionament).
El coure natiu es troba acompanyat de diversos minerals de ganga (Butler i Burbank, 1929). Amb el coure hi ha més de 100 minerals hidrotermals a la península (Bornhorst i Lankton, 2006). Hi ha una estreta relació en el temps entre la mineralització de coure nativa i altres minerals hidrotermals que omplen vesícules i venes a tot el districte.
Edat de l'emplaçament del coure natiu
S'ha fet molta investigació sobre quan es va col·locar el coure natiu en relació amb altres esdeveniments a la península de Keweenaw. White (1968) va interpretar l'edat de la mineralització de coure nativa com més jove que els sediments d'ompliment de rift (Freda i Copper Harbour), però més antiga que la de Jacobsville. Weege et al. (1972) ha assenyalat que hi ha una estreta relació entre l'emplaçament de coure i la deformació de la falla de Keweenaw. Basant-se en les relacions de camp, la mineralització nativa del coure és més jove que els volcànics i els sediments que omplen el rift i és sincrònica amb la fallada inversa i el començament de la deposició sedimentària que flanqueja el rift. Bornhorst et al. (1988), utilitzant els mètodes Rb-Sr, van determinar l'edat de mineralització entre 1.060 i 1.047 Ma, uns 30 mi després del vulcanisme d'ompliment de rift, però contemporània de la fallada inversa al llarg de la falla de Keweenaw.
Model genètic per a dipòsits de coure natiu
Els models genètics per a l'emplaçament de coure natiu afavoreixen dues teories. Un proposa que l'evidència de coure natiu en altres zones del MCR suggereix que aigües mineralitzadores calentes regionals generalitzades fluïen per la regió. El segon suggereix que el metamorfisme d'enterrament dels basalts a temperatures de 300 a 500 graus centígrads generaria fluids minerals rics en coure (Jolly, 1974). No existeixen proves concloents a favor o en contra de cap de les dues hipòtesis, però una quantitat creixent d'evidències, encara que no concloents, afavoreixen el metamorfisme d'enterrament de les roques rift. La dissolució de només unes poques parts per milió de coure del basalt produeix una gran quantitat de solució rica en coure. La investigació suggereix que hi havia una quantitat suficient de coure als flancs de la fractura tancada en basalt. (Bornhorst i Rose, 1994).
A mesura que les laves van entrar en erupció, es creu que la desgasificació va eliminar grans quantitats de sofre dels basalts i, per tant, els fluids minerals tenien un contingut de sofre molt baix (Cornwall, 1956). El moviment d'aquests fluids es va aconseguir a través de les nombroses falles i fractures formades durant la compressió regional i la deformació posterior. Atès que l'edat de l'emplaçament del coure natiu és gairebé contemporània amb la compressió i la fallada del PLV (al voltant de 1.060 Ma), això va proporcionar el sistema de fontaneria necessari per permetre als fluids minerals un camí més fàcil cap al seu lloc de deposició final (Bornhorst, 1997). Sense sofre al sistema, el coure es va dipositar com a metall natiu en lloc de sulfur de coure. El principal esdeveniment de compressió al final del sistema MCR pot haver proporcionat la diferència en el model genètic per generar els dipòsits de coure natiu de classe mundial a la península de Keweenaw i enlloc més (Bornhorst, 1997).
Conclusió
Malgrat els més de 150 anys de mineria i investigació realitzada a la península de Keweenaw i els seus jaciments de coure natius, moltes preguntes encara no tenen resposta. Una de les moltes preguntes és per què es van col·locar grans quantitats de dipòsits de coure nadiu a la península de Keweenaw i en cap altre lloc al llarg del MCR quan se sap que els basalts estan presents al llarg del rift, segons les dades del nucli de perforació. Una altra pregunta clau és per què el MCR acull dipòsits de coure nadiu tan grans quan altres basalts d'inundació d'arreu del món no ho són. Aquestes i altres preguntes de recerca importants probablement mantindran pensant tant els professionals com els aficionats durant els propers anys.
Referències
Bornhorst, T.J., Paces, J.B., Grant, N.K., Obradovich, J.D. i Huber, N.K. (1988) Edat de la mineralització de coure nativa, península de Keweenaw, Michigan. Geologia econòmica, v. 1999; 83, pàg. 619-625.
Bornhorst, T.J. i Rose, W. I. (1994) Viatge geològic autoguiat a la península de Keweenaw, Michigan. Institute on Lake Superior Geology Proceedings, 40th Annual Meeting, Houghton, MI, v. 40, part 2, 185 pàg.
Bornhorst, T.J. (1997) Context tectònic dels dipòsits de coure natius del sistema de rift del continent nord-americà. Geological Society of America Special Paper 312, pàg. 127-136.
Bornhorst, T. J. i Lankton, L. D. (2006) Keweenaw Copper: Geology and History. Great Lakes Geoscience, Ontonagon, MI.
Broderick, T.M. (1929) La zonificació dels jaciments de coure de Michigan i la seva importància. Geologia econòmica, v. 24, pàg. 149-162, 311-326.
Broderick, T.M. (1931) Relacions de veta i filó de fissures als dipòsits de coure de Michigan. Geologia econòmica, v. 26, pàg. 840-856.
Butler, B.S., i Burbank, W.S. (1929) Els jaciments de coure de Michigan. U.S. Geological Survey Professional Paper 144. Washington, D.C.
Cannon, W.F., Green, A.G., Hutchinson, D.R., Lee, M., Milkereit, B., Behrendt, J.C., Halls, H.C., Green, J.C., Dickas, A.B., Morey, G.B., Sutcliffe, R. i Spencer, C. (1989) The North American Midcontinent rift under the Lake Superior from GLIMPCE sísmic reflection profiles: Tectonics, v. 8, p. 305-332.
Cannon, W.F. (1992) The Midcontinent rift a la regió del Llac Superior amb èmfasi en la seva evolució geodinàmica: Tectonophysics, v. 213, pàg. 41-48.
Cannon, W.F., Peterman, Z.E. i Sims, P.K. (1993) Empenta de l'escala de l'escorça i origen de la monoclina del riu Montreal: una secció transversal de 35 quilòmetres de gruix de l'esquerda del Midcontinent al nord de Michigan i Wisconsin. Tectònica, v. 12, pàg. 728-744.
Cannon, W.F. (1994) Closing of the Midcontinent Rift- Un efecte de camp llunyà de la contracció de Grencillian. Geologia, v. 22, pàg. 155-158.
Cornwall, H.R. (1956) Un resum d'idees sobre l'origen dels jaciments de coure natiu. Geologia econòmica, v. 51, pàg. 615-631.
Davis, D.W. i Paces, JB (1990) Resolució temporal dels esdeveniments geològics a la península de Keweenaw i implicacions per al desenvolupament del sistema de rift del Midcontinent: Earth Planet Science Letters, v. 97, pàg. 54-64.
Hoffman, P.F. (1989) Geologia precambriana i història tectònica d'Amèrica del Nord: a Bally, A.W., i Palmer, A.R., eds., The Geology of North America- An overview, Boulder, CO., Geological Society of America, The Geology of North America, v. A, pàg. 447-512.
Jolly, W.T. (1974) Comportament de Cu, Zn i Ni durant el metamorfisme de rang prehnita-pumpellyita dels basalts de Keweenawan, al nord de Michigan. Geologia econòmica, v. 69, pàg. 1118-1125.
Price, K.L., i McDowell, S.D. (1993) Illit/smectite geothermometry of the Proterozoic Oronto Group, Midcontinent rift system: Clays and Clay Minerals, v. 41, pàg. 134-147.
Stoiber, R.E., i Davidson, E.S. (1959) Zona de minerals d'amígdules a la sèrie Portage Lake Lava, districte de coure de Michigan. Geologia econòmica, v. 54, pàg. 1250-1277, 1444-1460.
Weege, R.J., Pollock, J.P. i el personal geològic de la divisió de Calumet. (1972) La geologia de dues noves mines al districte natiu del coure. Geologia econòmica, v. 67, pàg. 622-633.
Blanc, W.S. (1960) Les laves Keweenawan del llac Superior, un exemple de basalts d'inundació: American Journal of Science, vol. 258A, pàg. 367-374.
Blanc, W.S. (1968) Els jaciments de coure natius del nord de Michigan. a Ridge, J.D., ed., Ore Deposits of the United States, 1933-1967 (el volum de vendes de Graton). Institut Americà d'Enginyeria de Mines, Metal·lúrgia i Petroli, Nova York, pàg. 303-325.
