Procesos metalogénicos fundamentales

Metalogénesis
Estudia las leyes que gobiernan la distribución
espacio temporal de las mineralizaciones de
interés económico.
Estudia el problema de la distribución de
determinados elementos químicos en la corteza
terrestre.
Geoquímica vs Metalogénesis
General vs anomalías
 Los
depósitos minerales metálicos
concentraciones anómalas de uno o
elementos en la corteza terrestre.
son
varios
 Para que se constituya un yacimiento explotable
económicamente la concentración debe estar muy
por encima de su clarke  enriquecimiento.
 Abundantes (>0,1% en peso en la corteza):
Si (28,2%), Al (8,2%), Fe (5,6%), Mg (2,3%), Ti
(0,57%).
 Escasos: (<0,01% en peso en la corteza) el resto de
los metales.
Procesos geológicos
naturales
permiten estas
concentraciones
anómalas
Evans, 1980
En los grandes depósitos cupríferos chilenos se explotan con
leyes de 1% o mas así que el F.E. es de > 200 veces el clarke.
Algunos como el Pb, Cr, etc. Que requieren un F.E. miles de
veces mas altas que el contenido normal en la corteza
Procesos metalogénicos
Magmáticos
Metamórficos
Erosión y sedimentación
Meteorización
Procesos
Endógenos
Exógenos
•
•
•
•
•
•
Cristalización magmática
Segregación magmática
Cristalización fraccionada
Inmiscibilidad de líquidos
Hidrotermales
Metamórficos
• Exhalativos superficiales
volcanogénicos
• Sedimentarios
• Meteorización
Tomado de L. Robb (2005)
Fluidos Mineralizantes
oMagmas silicatados y
fluidos magmáticos con
óxidos, carbonatos o ricos
en sulfuros
oFluidos
hidrotermales
acuosos separados de
magmas y fuentes varias
oSoluciones mineralizantes
superficiales.
oSoluciones mineralizantes
subterráneas
oFluidos volcánicos
oFluidos asociados a
procesos metamórficos
Características
 Observación de aguas termales
 Gases volcánicos
 Estudios de mena y ganga
 Análisis de laboratorio (Ej:Inclusiones
fluidas)
Elementos siderófilos. Se encuentran en forma metálica
Au, Pt y Ag
Débil afinidad por S y O
Elementos calcófilos. Se encuentran en forma de sulfuros
Fe, Cu, Pb y Hg
Fuerte afinidad por S y débil por O
Elementos litófilos. Se encuentran formando silicatos
Al, Ca, Mg, Ti, Zr, Mn
Fuerte afinidad por O
MAGMA Y FLUIDOS MAGMATICOS
Mezcla compleja de componentes químicos a altas temperaturas,
incluye sustancia en estado sólido, líquido y gaseoso , compuesta
por numerosos elementos (Si, Al, Mg, Fe, Ca, Na, K, O, H, etc)
•
Iones metálicos se mueven más o menos libremente
Además de líquidos y sólidos el magma contiene diversos gases
disueltos en él (VOLÁTILES)
Volátiles
Agua como gas disuelto: 0,5 - 15% del magma y 90% de todos los volátiles.
Carbono en forma de
CO2
 Azufre
S2
 Nitrógeno
N2
 Argón
Ar
 Cloro
Cl2
 Flúor
F2
 Hidrógeno
H2
Br, H2S, S, HCl, NH4Cl (son abundantes) HF, N2, H2, CH4, H3BO3 y CO
Tipos de magma y contenidos de
metales
Aunque teóricamente es posible formar un infinito rango de
composiciones de magma (desde ultramáfico hasta altamente alcalinos)
se consideraran 4 tipos fundamentales de magma:
Basaltos
Andesitas
Riolitas
Magmas alcalinos (incluyendo kimberlitas)
La porción fundida es un líquido menos denso en comparación
con la porción sólida. Por consiguiente tiende a ascender a la
corteza terrestre concentrándose allí en bolsas y cámaras
magmáticas
El magma máfico, que asciende continuamente a lo largo de
los bordes de expansión en los océanos se reúne en cámaras
magmáticas cerca de la base de la corteza oceánica en
profundidades entre 4 y 6 km por debajo del fondo oceánico.
El punto de fusión del
magma se logra a
profundidades entre 100
y 200 km, es decir en el
manto
superior.
Sólo una porción
pequeña del material del
manto está fundida, lo
demás está en estado
sólido.
Fusión parcial.
MASH
ZONE
La porción fundida es un líquido menos denso en comparación
con la porción sólida. Por consiguiente tiende a ascender a la
corteza terrestre concentrándose allí en
bolsas
y
cámaras
magmáticas
Por ejemplo el magma máfico, que asciende continuamente a
lo largo de los bordes de expansión en los océanos se reúne en
cámaras magmáticas cerca de la base de la corteza oceánica
en profundidades entre 4 y 6 km por debajo del fondo oceánico.
Diferenciación magmática
• Migración de iones o moléculas debido a
la diferencia de temperaturas dando lugar
a la formación de diferentes tipos de roca
A partir de un magma
inicialmente
homogéneo,
se
separan fracciones de
diferente
composición por:
• Transferencia gaseosa, en el ascenso de las
burbujas de gas pueden ser recolectados y
transportados constituyentes ligeramente
volátiles del magma de un lugar a otro.
• Fraccionamiento del magma como
resultado de la cristalización, acentuado
por la tendencia de los cristales pesados a
hundirse y la de los ligeros a flotar
• Está en función del punto de fusión de cada
mineral, de la gravedad y de los
movimientos de convección del magma.
Enfriamiento del magma. Fases
. Fase ortomagmática
. Fase Pegmatítica - Pneumatolítica
. Fase hidrotermal
A. Cristalizan únicamente los minerales pirogenéticos, algunos
autores incluyen los minerales hidroxílicos con bajo contenido
de agua, la temperatura desciende hasta casi los 800° C, se
produce la cristalización de la mayoría de los cristales, menos
el cuarzo, según la serie de reacciones de Bowen.
Los primeros minerales que se forman de un magma
generalmente son anhidros (espinelas, piroxenos, cromita,
olivino, magnetita y plagioclasa cálcica) puesto que se
desarrollan a alta temperatura en fusiones que contienen una
pequeña proporción en constituyentes volátiles, tales minerales
se denominan pirogenéticos.
Su formación conduce al enriquecimiento relativo del líquido
residual en componentes volátiles que luego permiten la
formación de minerales hidroxílicos como los anfíboles y
micas, los cuales se denominan hidatogenéticos.
Ortomagmaticos
Magmas Máficos
El número de yacimientos formados por soluciones emanadas de
rocas básicas es proporcionalmente muy pequeño comparado con
los asociados a rocas silícicas.
Esto se puede deber a la poca cantidad de agua que contienen los
magmas básicos y por ello solo pueden generar yacimientos de
segregación, por ejemplo Fe, Cu, Pt, Cr, Ni, Co, Au; es decir que
hay una asociación de los metales con el tipo de roca.
Abundancia relativa de metales
La mayoría de los elementos calcófilos y siderófilos (Ni,
Co, Pt, Pd y Au) es mas probable que estén asociados a
rocas de tipo máfico.
Las concentraciones de la mayoría de los elementos
litófilos (Li, Sn, Zr, U y W) están típicamente asociados
con rocas de tipo alcalino o félsico.
Esto tiene implicaciones en el entendimiento de la
génesis de depósitos minerales.
Magmas silícicos
Esta relación no tiene la preferencia que existe en el caso de las
rocas máficas. Ejemplo: Ag, Pb, Mo, U, Zr y W que en general se
asocian con las rocas del grupo del granito y la diorita.
Constituyentes móviles como el cloro, son los más abundantes
aunque no exclusivos de las diferenciaciones máficas, el boro y el
flúor son más abundantes en las fracciones silícicas.
El azufre es uno de los constituyentes más dominantes y más
difundidos en los cuerpos minerales de afiliación ígnea, como
elemento es un producto común en las emanaciones volcánicas.
B. La temperatura desciende entre 800° y 600° C, el magma
entra en la etapa pegmatítica, en la cual coexisten las fases
líquida, cristalina y gaseosa, cristalizan el cuarzo y la ortosa.
Posteriormente se presenta la etapa pneumatolítica, con
temperaturas entre 600 y 400° C, en la que se da un equilibrio
entre cristales y gases.
C. La temperatura está entre 100-400°C. En esta fase se
presenta un equilibrio entre soluciones acuosas, cristales y
gases (componentes volátiles).
E
m
p
l
a
z
a
m
i
e
n
t
o
v
v
Cromita Estratiforme
Arquitectura de la corteza
oceánica
Kimberlitas
Hidrotermales
Soluciones Mineralizantes Superficiales
Yacimientos que tienen origen en condiciones de baja
presión y temperatura por procesos exógenos por ejemplo
las vetas formadas en superficie y yacimientos formados
durante la sedimentación.
En ciertos casos la temperatura de formación varían de 0º100º C y presiones entre 1 y 900 atm.
Aguas meteóricas
Son aguas de cualquier origen que han pasado a través de la
atmósfera. Son esenciales para procesos supergénicos, los que
involucran agua de origen superficial.
Agua de lluvia, nieve, neblina, rocío, nubes, gotas se percolan e
infiltran hacia abajo y pueden reaccionar con la litosfera.
En equilibrio con la atmósfera el agua disuelve aire, nitrógeno,
oxigeno, CO2 y trazas de gases raros.
El CO2 forma varios iones y compuestos con agua de la cual
resultan soluciones conteniendo iones débiles de ácido carbónico,
ion bicarbonato (HCO3)- y el ion hidrogeno
Zonas de oxidación y cementación
Comportamiento de algunos minerales en la zona de
oxidación
Minerales de hierro
Pirita. (FeS2) El primer proceso que es el de convertirse en sulfato
de acuerdo con la siguiente reacción:
2FeS2 + 7O2 + 2H20 = Fe SO4 + 2H2SO4
El sulfato ferroso se oxida a sulfato férrico de dos maneras:
12FeSO4 + 6H2O+3O2 = 4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3
ó
4FeSO4 + 2H2SO4 = O2+2Fe2(SO4)3+2H2O
Como resultado de la ionización e hidrólisis se tiene
Fe2(SO4)3 = 2Fe+3 + 3SO4
6H2O = 6(OH) + 3H2
= 2Fe(OH)3 + 3H2SO4
y por hidratación del Fe(OH)3 se obtiene la limonita:
4Fe(OH)3 = 2Fe2O3 + 3H2O
El sulfato férrico es un fuerte oxidante y ataca a la pirita y otros
sulfuros y genera también sulfato ferroso
Fe2(SO4) + FeS2 = 3FeSO4 + 2S
El paso de pirita a limonita implica por tanto la formación previa de
sulfato ferroso, sulfato férrico e hidróxido férrico.
A veces el sulfato de hierro se precipita en socavones de mina en
forma de estalactitas y estalagmitas de melanterita (FeSO4 + 7 H2O).
Minerales de cobre
Calcopirita. (CuFeS2). Se oxida directamente en contacto con el
oxigeno del aire a sulfato cúprico:
CuFeS2 + 4O2 = CuSO4 + FeSO4
La calcopirita oxida más fácilmente que la pirita, este sulfato de
cobre es un agente de mucha importancia en el proceso de
enriquecimiento supergénico de minerales de cobre.
Si las condiciones son favorables parte del sulfato de cobre se
precipita como calcantita o vitriolo azul de cobre CuSO4+ 5H2O o
como brocantita CuSO4 + 3Cu(OH)2 o como antlerita.
A veces el sulfato reacciona con sílice en la roca encajante y
da crisocola CuSiO3. 2H2O en forma coloidal o con calcita o
con bicarbonato de calcio para dar malaquita o azurita
2CuSO4 + 2H2Ca(CO3)2
CaSO4+3CO2+H2O
=
CuCO3+Cu(OH)2
+
2
El CuSO4 no se ioniza ni se hidroliza como sucede con el
FeSO4
Calcosina. Cu2S. Puede oxidarse en la zona de oxidación con
producción de cuprita y cobre nativo, según la reacción
4Cu2S + 7O + 4H2O = Cu2O + 4Cu + 4H2SO4
También a partir de la calcosina por oxidación se produce
covelina y cuprita
4Cu2S + O2 = 4CuS + 4Cu2O
Lindgren explica la formación de cobre nativo a partir de la
calcosina con la siguiente reacción:
Cu2S +3Fe2(SO4) + 4H2O = 2Cu + 6FeSO4 + 4H2SO4
La calcosina es un buen precipitante para oro y plata y por eso
a veces, se los encuentra asociados.
Minerales de plomo
Los minerales de plomo son generalmente mas insolubles que los de
cobre. La galena es apenas débilmente atacada por soluciones ácidas
diluidas. Cuando hay CuSO4 en solución se forma anglesita y covelina a
expensas de la galena.
PbS +CuSO4 = PbSO4 + CuS
PbSO4 se deposita sobre la galena, y por ser insoluble la protege de
oxidación rápida posterior.
El Pb en presencia de carbonatos forma cerusita PbCO3, la cual es mas
insoluble que la anglesita.
El primer producto de oxidación de la galena es la anglesita, luego la
cerusita.
Por debajo de la zona de oxidación la galena es precipitante para Au,
Ag y CuS en soluciones.
Clasificación de D. M.
Depósitos asociados a rocas ígneas máficas y ultramáficas




Depósitos de cromita. Estratiformes. Podiformes
Depósitos de sulfuros de Fe-Ni-Cu
Depósitos de los elementos del grupo del platino
Depósitos de la asociación de sulfuros de Cu-Ni-Fe-PGE
Depósitos asociados a rocas granitoides




Depósitos tipo pórfido (Cu-Mo), (Cu-Au), (Sn)
Chimeneas brechadas cupríferas
Depósitos tipo Skarn
Depósitos de minerales en veta o vetiformes
Depósitos asociados a vulcanismo






Depósitos exhalativos sedimentarios. Sulfuros masivos, sulfuros masivos contemporáneos
Depósitos volcanogénicos o exhalativo volcanogénicos asociados a rocas volcánicas.
Sulfuros masivos vulcanogénicos
Tipo Chipre
Tipo Kuroko
Tipo Besshi
Depósitos asociados a metamorfismo. Depósitos Orogénicos
Otros. Carbonatitas. Komatiitas. Kimberlitas. Pegmatitas. Depósitos de estaño