Vapor Fluido (agua) caliente gas Usualmente solución acuosa

Transcripción

1 Alteración Hidrotermal: Cambios mineralógicos, texturales y químicos de una roca producidas ante la presencia o circulación de soluciones hidrotermales. Roca en Contacto con Vapor Fluido (agua) caliente gas Usualmente solución acuosa Cambios Mineralogía Textura Química Sistema abierto de interacción agua roca Desequilibrio químico Adición o remoción de componentes químicos Resultado: Conjunto de minerales más estables en condiciones hidrotermales Roca alterada La alteración hidrotermal puede involucrar: Crecimiento de nuevos cristales Disolución y precipitación de nuevos minerales Lixiviación Depositación Transformación de fases minerales Reemplazo o metasomatismo Reacciones de intercambio iónico (intercambio catiónico o cambio de base) Ej. Mg 2+ por Ca 2+ o Na + por K + Cationes metálicos por H +, que es un caso especial de intercambio iónico Hidrólisis

2 Reacciones comunes de alteración 1. Hidrólisis (Metasomatismo de H+) Alteración de plagioclasa sericita arcillas cuarzo Andesina sericita + cuarzo 0.75 Na 2 CaAl 4 Si 8 O H+ + K+ = KAl 3 Si 3 O 10 (OH) Na Ca SiO 2 Sericita (mica potásica) caolinita KAl3Si3O10(OH)2 + H H2O = 1.5 Al2Si2O5(OH)4 + K+ Caolinita Cuarzo 0.5 Al2Si2O5(OH)4 + 3H+ = SiO H2O + Al3+ Otros ejemplos de hidrólisis: Andesina caolinita + cuarzo Na2CaAl4Si8O24 + 4H+ + 2H2O = 2 Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + 2Na+ + Ca2+ Sericita pirofilita + cuarzo KAl3Si3O10(OH)2 + H+ + 3SiO2 = 1.5 Al2Si4O10(OH)4 + 4SiO2 + 2Na+ + Ca+ Albita montmorillonita-na +cuarzo 1.17 NaAlSi3O8 + H+ = 0.5 Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH) SiO2 + Na+ Montmorillonita caolinita +cuarzo 3 Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH)2 + H H2O = 3.5 Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + Na+ Sericita alunita + cuarzo KAl3Si3O10(OH)2 + 4H+ + 2SO2- = KAl3(SO4)2(OH)6 + 3SiO2 ácido sulfúrico Pueden aumentar o disminuir el ph de la solución (pueden causar la precipitación) Bajo ciertas circunstancias puede haber buffer de ph Estas reacciones controlan la actividad de H+, K+, Ca+, Mg2+, etc.

3 2. Hidratación (+H 2 O) Ej. muscovita caolinita Olivino antigorita 2Mg 2 SiO 4 + 2H 2 O + 2H + = Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 + Mg 2+ Hematita limonita Fe 2 O 3 + 3H 2 O = 2Fe(OH) Metasomatismo de álcalis o tierras alcalinas (cambio de base) Calcita dolomita 2CaCO3 + Mg2+ = CaMg(CO3)2 + Ca2+ Ortoclasa clorita KAlSi3O Mg H2O = Mg6.5(Si3Al)O10(OH)8 + K+ + 12H+ Ortoclasa albita KAlSi3O8 + Na+ = NaAlSi3O8 + K+ 4.- Silicificación Calcita cuarzo 2CaCO3 + SiO2 + 4H+ = 2Ca2+ + 2CO2 + SiO2 + 2H2O 5. Redox Involucra componentes con estados de oxidación variables Magnetita hematita 4Fe3O4 + O2 = 6Fe2O3 (martitización) Annita ortoclasa + magnetita 2KFe3AlSi3O10(OH)2 + 2 O2 = 2KAlSi3O8 + 2Fe3O4 + 2H2O 6. Sulfuración 2S2 + Fe2O3 = 2FeS O2

4 Manifestación Física Halos de alteración/envolventes o zonas de alteración Alteración pervasiva Alteración selectiva Obvia o críptica Puede ser local o extensa (mm a km) Morenci, pórfido Cu: depósito = 2 km 2, alteración = 72 km 2 Exploración Factores controladores: Temperatura y tº entre roca y fluido invasor Composición del fluido (ph) Razón agua/roca y duración de la interacción agua roca Permeabilidad Composición de la roca (química del protolito) Presión; factor indirecto que controla procesos secundarios - profundidad de ebullición - fracturamiento hidráulico - erupción hidrotermal Cambios - Químicos (roca y fluido) - Densidad (+ o -) - Porosidad (+ o -) - Permeabilidad (+ o -) - Susceptibilidad magnética (usualmente -, pero +) - Resistividad (-, pero sulfuros +) Resultado final solo roca alterada, porque el fluido es removido del sistema, excepto por inclusiones fluidas. Asociación de minerales características del fluido

5 Tipos de Alteración (Meyer y Hemley, 1967; in Barnes) (Reed, 1997 ; in Barnes) 1. Propilítica (hidrólisis, hidratación, carbonatación) epidota, clorita, albita, carbonatos, montmorillonita 2. Potásica (metasomatismo de K+, hidrólisis) feldespato K, biotita 3. Fílica (sericítica) (hidrólisis, lixiviación de tierras alcalinas; Ca, Mg) muscovita (sericita), cuarzo (pirita, caolinita) 4. Argílica (hidrólisis, lixiviación de álcalis y tierras alcalinas, K, Na, Ca, Mg) caolinita, montmorillonita, muscovita, calcita 5. Argílica avanzada (hidrólisis, lixiviación de álcalis y tierras alcalinas, K, Na, Ca, Mg) caolinita, dickita, pirofilíta, muscovita, alunita, diásporo 6. Sódico-cálcica (cambio de base, hidrólisis) albita, epidota, actinolita, clorita 7. Skarn (silicificación, hidratación, metasomatismo alcalino y de tierras alcalinas) anhidros: granate, clinopiroxeno, wollastonita, olivino hidratados: clorita, tremolita-actinolita, epidota, carbonatos. 8. Greisen (hidrólisis, lixiviación de álcalis y tierras alcalinas, K, Na, Ca, Mg, adición de flúor) Muscovita, topacio, fluorita, turmalina, cuarzo, feldespatos. 9. Carbonatación (adición de CO3) Calcita, dolomita, ankerita, siderita, sericita, albita 10. Silicificación (adición de sílice, lixiviación de álcalis, lixiviación de Al) Cuarzo, calcedonia, jaspe.

6 Transferencia de masas en sistemas hidrotermales Advección/convección vs. Difusión Advección Los fluidos necesitan espacio físico para fluir a través de la corteza terrestre Muchos minerales de mena son precipitados en espacios abiertos La porosidad y permeabilidad son importantes en el control de: La ubicación de mineralización (a escala local y regional) Del tamaño y forma de los depósitos minerales Porosidad y permeabilidad primaria vs. Secundaria Primaria: generalmente rocas sedimentarias (Ej, rocas clásticas bien seleccionadas, arrecifes, lavas vesiculares. Secundaria: más importante Inducida tectónicamente: fallas, diaclasas Inducida por fluido: disolución (Ej. Karsts); dolomitización; fracturamiento hidráulico Preparación del terreno ground preparation Razones para la advección o convección Diferencias de densidad: inducidas termalmente, diferencias composicionales Gradientes de presión: compactación sedimentaria, generación de fluidos metamórficos, dilatación durante deformación, diferencias de elevación, liberación de fluidos de magma (típicamente alta tº y P como en pórfidos Cu).

7 La razón de flujo depende de varios factores: densidad viscosidad diferencia de presión permeabilidad Ley de Darcy Q = KiA Q = descarga (m 3 /seg) K = conductividad hidráulica (coeficiente de permeabilidad) I = gradiente hidráulico (Dh/l) A = área de la sección Hay importante transferencia de masas por advección Difusión Movimiento de especies moleculares o iónicas a través de un medio inmovil (gas, líquido o sólido); generalmente inducido por gradientes de concentración. F = -D(dc/dx) Primera ley de Fick F= flujo difusivo D= coeficiente de difusión dc/dx = gradiente de concentración -Signo negativo indica hacia abajo en el gradiente de difusión D para iones o moleculas en agua ~ 10-5 cm 2 /seg D para iones en sólidos a 1000ºC ~ cm 2 /seg En general la difusión en líquidos es solo importante cuando el fluido está estático y/o donde la permeabilidad es baja La difusión en sólidos solo es importante a altas temperaturas

8 Clasificación de Depósitos Minerales Distintos criterios de clasificación Forma y Tamaño Ej. Vetas Estratiformes (mantos) Irregulares Chimeneas Estratoligados Stockwork (enrejados de venillas) Minerales o metales Conocidos (asociaciones) Ej. Pb-Zn-Ag Ni-Co Sn-Ag-Bi Turmalina-cuarzo Depósitos de Cobre (Clark, 1993) Cu fino Mt Monstruosos >31 Super-gigantes Gigantes 3-10 Muy grandes 1-3 Grandes Moderados Pequeños <0.1 Petrología Calco-alcalinos Alcalinos Toleíticos Etc. Ambiente tectónico Arcos de islas Arcos magmáticos de margen continental activo Rift continental Rift oceánico Intraplaca Génesis de los depósitos Ortomagmático Pneumatolítico Hidrotermal Exhalativo Residual

9 Clasificación de Niggli (1929);Criterios: Génesis y asociaciones de metales/minerales I PLUTÓNICO O INTRUSIVO A Ortomagmático 1. Diamantes, platino-cromo 2. Titanio-hierro-níquel-cromo B Neumatolítico o Pegmatítico 1. Metales pesados alcalino térreos-p-ti 2. Silicatos-álcalis-F-B-Sn-Mo-W C. Hidrotermal 1. Fe-Cu-Au-As 2. Pb-Zn-Ag 3. Ni-Co-As-Ag 4. Carbonatos-óxidos-sulfatos-fluoruros II VOLCÁNICO O EXTRUSIVO A. Sn-Ag-Bi B. Metales pesados C. Au-Ag D. Sb-Hg E. Cobre Nativo F. Volcanes subacuáticos y depósitos bioquímicos Clasificación de Schneiderhön (1941); Criterios: Naturaleza del fluido mineralizador, asociaciones minerales, profundidad de depositación, tipo de depositación, huésped o ganga. I YACIMIENTOS INTRUSIVOS O LÍQUIDO MAGMÁTICOS II YACIMIENTOS NEUMATOLÍTICOS A. Filones pegmatíticos B. Filones neumatolíticos e impregnaciones C. Reemplazos neumatolíticos de contacto III YACIMIENTOS HIDROTERMALES A. Asociaciones de Au y Ag B. Pb y Cu C. Pb-Zn-Ag D. Ag-Co-Ni-Bi-U E. Sn-Ag-W-Bi F. Sb-Ag-W-Bi G. No sulfuros H- No metales IV YACIMIENTOS EXHALATIVOS Cada asociación la subdivide en tipos específicos de yacimientos hipabisales y subvolcánicos