Análisis de componentes principales y K-means Clustering en la materia orgánica y la geoquímica del Kupferschiefer de Turingia y Alta Sajonia, Alemania

Abstract

Trabajo Fin de Máster Oficial en Geología y Gestión Ambiental de los Recursos Minerales (2023-24). Tutor: Dr. D. Reinaldo Sáez Ramos. Los depósitos tipo Kupferschiefer ha demostrado ser uno de los más importantes tanto económica como académicamente, la gran cantidad de investigaciones llevadas a cabo en sus distintos distritos mineros han servido para entender y modelar este tipo de yacimientos. La finalidad del presente trabajó consistió en el estudio de la relación entre la materia orgánica en el Kupferschiefer y la mineralización de sulfuros de un total de 42 muestras provenientes de distintos distritos mineros de Turingia y Alta Sajonia, y recolectadas en 4 localizaciones diferentes a través de sondeos, afloramientos e interior de minas. Para estudiar dicha relación se optó por el uso de estadística composicional junto con métodos de análisis de datos como Análisis de Componentes Principales y K-Means Clustering, estos se aplicaron a datos de geoquímica de elementos mayores y composición general junto con índices de Pirolisis Rock-Eval. Ya que la historia termal de todo el conjunto de muestras es similar debido a la proximidad de estas en el espesor de las capas, los resultados de Rock-Eval permitieron determinar que los cambios relacionados a la maduración de las muestras se encuentran únicamente influenciados por su condición de origen inicial y por la interacción con fluidos hidrotermales, relacionando así la condición de madurez de estas con las acumulaciones de distintos metales, especialmente el Cu. El análisis de componentes principales aplicado a elementos mayores reveló como el cambio litológico de sedimentos de ambientes transicionales a carbonatos también se relaciona con la acumulación de metales, siendo estos últimos un tapón para la precipitación de sulfuros. Para el caso de la composición elemental, se determinó la existencia de dos grupos de elementos calcófilos dominados por Cu y Pb-Zn, marcando una zonación metálica que se encuentra acompañada por una zonación similar de la maduración y composición de la materia orgánica. Finalmente se concluyó que la materia orgánica serviría como agente reductor en la precipitación de sulfuros, demostrando que los métodos de análisis utilizados aportaron resultados concordantes con los diversos modelos genéticos existentes.

Kupferschiefer-type deposits have proven to be one of the most important both economically and academically. The large number of studies carried out in its various mining districts has served to understand and model this type of deposit. The purpose of this work consisted of studying the relationship between organic matter in the Kupferschiefer and the sulfide mineralization of a total of 42 samples from different mining districts in Thuringia and Upper Saxony. These samples were collected from 4 different locations through drilling, outcrops, and inside mines. To study this relationship, the use of compositional statistics along with data analysis methods such as Principal Component Analysis and K-Means Clustering was chosen. These methods were applied to geochemical data of major elements and overall composition along with Rock-Eval Pyrolysis indices. Since the thermal history of the entire set of samples is similar due to their proximity in the layer thickness, the results of Rock-Eval allowed us to determine that changes related to the maturation of the samples are influenced only by their initial source condition and interaction with hydrothermal fluids, thus relating the maturity condition to the accumulation of various metals, especially Cu. Principal component analysis applied to major elements revealed how the lithological change from sediments of transitional environments to carbonates is also related to the accumulation of metals, with the latter acting as a barrier to sulfide precipitation. In the case of elemental composition, the existence of two groups of chalcophile elements dominated by Cu and Pb-Zn was determined, marking a metal zoning that is accompanied by a similar zoning of organic matter maturation and composition. In conclusion, it was found that organic matter would serve as a reducing agent in sulfide precipitation, demonstrating that the analysis methods used provided results consistent with various existing genetic models.