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