Geochemistry and origin of calcic tungsten-bearing skarns, Los Santos, Central Iberian Zone, Spain

Abstract

The mesozonal, calcic and reduced Los Santos skarn, in the Central Iberian Zone, is a low-tonnage, high-grade tungsten deposit that occurs as discontinuous stratabound lenses enriched in scheelite along the contact between Variscan granodiorite– monzogranite and early Cambrian calcic and dolomitic marble and calc-silicate and pelitic hornfelses. The δ18O values of the garnet and clinopyroxene in the prograde skarn are indicative of δ18Ofluid compositions near 9.5–10.9‰. The compositions of clinoamphibole and biotite of the retrograde skarn suggest equivalent δ18Ofluid values (9.1–12.0‰). These heavy δ18O values indicate that the mineralizing fluids equilibrated with deep crustal rocks, with no significant input of surficial waters, even during the formation of the retrograde skarn. The Sr and Nd radiogenic isotope data for the scheelite (87Sr/86Sr in the range 0.7117–0.7119; εNd300Ma between −9.4 and −8.5), garnet–pyroxene skarn (87Sr/86Sr in the range 0.7119–0.7128; εNd300Ma between −8.5 and −8.7) and plagioclase-rich skarn (87Sr/86Sr in the range 0.7124–0.7129; εNd300Ma between −9.7 and −7.0) trace the complex evolution of hydrothermal fluids circulating through deep perigranitic systems. These signatures, as well as the REE contents, suggest equilibration of an external fluid with the host metasedimentary sequence. The regional geology and the Nd isotopes indicate that the ultimate source of the hydrothermal fluids and the tungsten and fluorine is not the adjacent barren granodiorite–tonalite nor the host metamorphic rocks, but rather an unexposed granitic pluton geochemically equivalent to the (biotite ± tourmaline)-bearing, fine-grained leucogranite dikes that crop out nearby. These are characterized by high 87Sr values (87Sr/86Sr > 0.7112–0.7149) and intermediate εNd signatures (εNd300Ma in the range −5.6 to −4.6) and are similar to those hosting perigranitic W–(Sn) mineralization in other areas of the Variscan Belt. Thus, the geochemical data show that the magmatic fluids extensively interacted with the host aluminosilicate rocks but were not able to precipitate the scheelite and fluorite until the reaction with carbonate rocks. Scheelite from nearby regionally stratabound orebodies have isotopic signatures (87Sr/86Sr in the range 0.7108–0.7110; εNd300Ma = −8.6) similar to those of the Los Santos skarn, strongly suggesting that they are also of Variscan perigranitic origin and not exhalative or synmetamorphic, as had been previously proposed.La skarn de Los Santos, mésozonale, calcique et réductrice, affleurant dans la Zone Ibérique Centrale, constitue un gisement de tungstène à tonnage limité mais à teneur élevée se présentant en lentilles enrichies en scheelite le long du contact entre granodiorite–monzogranite varisque et marbres calcique et dolomitique, calc-silicates et cornéennes pélitiques d’âge cambrien précoce. Les valeurs de δ18O du grenat et du clinopyroxène dans la skarn prograde indiqueraient des valeurs δ18O de la phase fluide voisines de 9.5–10.9‰. La composition de la clinoamphibole et de la biotite des skarns rétrogrades indiqueraient des valeurs de δ18O de la phase fluide équivalentes (9.1–12.0‰). Ces valeurs élevées de δ18O montrent que les fluides minéralisateurs ont équilibré avec des roches crustales profondes, sans signes d’une interaction avec des eaux de surface, même pas au cours de la formation des skarns rétrogrades. Les données isotopiques pour le Sr et le Nd dans la scheelite (87Sr/86Sr entre 0.7117 et 0.7119; εNd300Ma entre −9.4 et −8.5), le skarn à grenat–pyroxène (87Sr/86Sr entre 0.7119–0.7128; εNd300Ma entre −8.5 et −8.7) et les skarns riches en plagioclase (87Sr/86Sr entre 0.7124 et 0.7129; εNd300Ma entre −9.7 et −7.0) tracent l’évolution complexe de fluides hydrothermaux lors de leur circulation au travers de socles périgranitiques profonds. D’après ces signatures, de même que les teneurs en terres rares, il y a eu équilibrage d’un fluide externe avec les roches hôtes métasédimentaires. Le contexte géologique régional et les données sur les isotopes de Nd indiquent que la source des fluides hydrothermaux, du tungstène et du fluor n’est pas la granodiorite–tonalite adjacente mais stérile, ni les roches hôtes métamorphiques, mais plutôt un pluton granitique évolué enfoui, géochimiquement équivalent des filons leucoranitiques à biotite ± tourmaline, à granulométrie fine, qui affleurent tout près. Ces filons possèdent une teneur élevée en 87Sr (87Sr/86Sr > 0.7112–0.7149) et une valeur intermédiaire de εNd (εNd300Ma entre −5.6 et −4.6), et ressemblent aux roches périgranitiques hôtes de minéralisation W–(Sn) ailleurs dans la ceinture varisque. Les données géochimiques montrent donc que ces fluides ont longuement interagi avec les roches hôtes aluminosilicatées, sans pouvoir précipiter la scheelite et la fluorite avant de réagir avec des roches carbonatées. La scheelite provenant des gisements régionalement développés en strates dans le voisinage ont des signatures isotopiques (87Sr/86Sr = 0.7108–0.7110; εNd300Ma = −8.6) semblables à celles de la skarn de Los Santos, ce qui nous pousse à l’attribuer aussi aux venues périgranitiques varisques, et non aux phénomènes exhalatifs ou synmétamorphiques, comme on l’avait proposé antérieurement.