SULFUROS MASIVOS VOLCANOGENICOS

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SULFUROS MASIVOS VOLCANOGENICOS (VMS)
Los depósitos de sulfuros masivos volcanogénicos (conocidos como depósitos VMS; de
"volcanogenic massive sulfide") corresponden a cuerpos estratiformes o lenticulares de
sulfuros presentes en unidades volcánicas o en interfases volcánico-sedimentarias
depositadas originalmente en fondos oceánicos. A menudo, los depósitos consisten en un
90% en pirita masiva aunque la pirrotina está presente en algunos de ellos, pero contienen
cantidades variables de Cu, Pb, Zn, Ba, Au y Ag; siendo típicamente depósitos
polimetálicos.
Los depósitos de sulfuros masivos volcanogénicos usualmente se presentan en grupos y en
áreas específicas o distritos están restringidos a un nivel o a cierto número limitado de
niveles estratigráficos. Estos horizontes pueden representar cambios en la composición de
las rocas volcánicas, un cambio desde volcanismo a sedimentación o simplemente a pausas
en actividad volcánica submarina. Existe una asociación con rocas volcanoclásticas y
muchos cuerpos de mena sobreyacen productos explosivos de domos riolíticos. Debajo de
los depósitos de sulfuros normalmente existe un stockwork de venillas de sulfuros en rocas
intensamente alteradas, el cual parece haber sido el alimentador de los fluidos
hidrotermales que penetraron para formar el cuerpo de sulfuro masivo sobreyacente. El
stockwork mismo en ocasiones puede tener leyes económicas.
Fig. 1. Esquema mostrando el sistema de circulación de aguas marinas que dan origen a
depósitos de sulfuros masivos en los fondos oceánicos.
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Fig. 2. Esquema de un depósito de sulfuro masivo típico con zonación de calcopirita pirita ± pirrotina en la parte inferior, seguida de pirita ± esfalerita ± galena y esfalerita ±
galena ± pirita ± baritina en la parte superior. Subyace al cuerpo de sulfuros una zona de
rocas alteradas (cuarzo, sericita, siderita, cloritoide) con stockwork de sulfuros.
El orígen de estos depósitos es volcánico exhalativo, es decir se han formado por
emanaciones de fluidos hidrotermales asociadas a volcanismo submarino (Fig. 1) y se trata
de depósitos singenéticos formados al mismo tiempo que la actividad volcánica submarina
a la que se asocian. El conocimiento de la génesis de estos depósitos metalíferos se ha
incrementado significativamente desde el descubrimiento en 1970 de las fuentes termales
submarinas en las dorsales oceánicas conocidas en inglés como "black smokers" debido al
color oscuro que adquieren las emanaciones en el agua marina debido a la precipitación
microscópica de sulfuros producida por el contacto entre el fluido hidrotermal a
temperaturas de 250º a 380ºC y el agua fría del mar. Estas fuentes termales se asocian a
sistemas hidrotermales oceánicos que involucran la circulación de aguas marinas dentro de
las secuencias volcánicas de los fondos oceánicos y su emisión como fluidos hidrotermales
en fallas o fracturas sobre todo a lo largo de escarpes relacionados a la tectónica extensional
en las dorsales hemi-oceánicas donde se genera corteza oceánica.
El depósito se forma por la acumulación de los sulfuros en el fondo marino, mismos que
normalmente constituyen >60% del depósito, esto ocurre por:
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1. Precipitación en el fondo marino
2. Reemplazo metasomático desde abajo por los fluidos hidrotermales ascendentes
3. Formación y colapso de chimeneas por las que se emiten los fluidos
Fig. 3 Acumulación de sulfuros en el fondo oceánico por exhalaciones hidrotermales
involucrando precipitación, formación y colapso de chimeneas y reemplazo desde abajo.
La mayoría de los depósitos de sulfuros masivos del mundo son relativamente pequeños y
el 80% de los depósitos conocidos está en el rango de 0,1 a 10 Mt (millones de toneladas
métricas). De estos la mitad contiene <1 Mt de mineral. Sin embargo, estos depósitos
pueden ser grandes o muy ricos (de alta ley) o ambos y su explotación puede ser muy
rentable, sobre todo cuando se explotan distritos en que existen numerosos cuerpos
mineralizados formando grupos compactos. Depósitos importantes de sulfuros masivos
ocurren en Canadá, Tasmania, España, Portugal y Japón.
En Chile no existen depósitos de sulfuros masivos de relevancia económica, aunque han
sido descritos mantos con pirita, pirrotina, calcopirita y blenda intercalados en esquistos
verdes paleozoicos en Tirúa, Casa de Piedra, Hueñalihuen, Trovolhue, Pirén y Corral en la
Cordillera de la Costa de Valdivia (Alfaro y Collao, 2000) y cuerpos de sulfuros masivos
cupríferos en esquistos y metabasaltos de la región costera de la XII Región (depósitos La
Serena y Cutter Cove; Vivallo, 2000).
La mineralogía de los depósitos de tipo sulfuro masivo volcanogénicos es simple y
corresponde a una mezcla de sulfuros metálicos dominados por pirita y/o pirrotina con
cantidades variables de calcopirita, esfalerita y galena. Dependiendo del tipo de depósito la
bornita y calcosina pueden ser constituyentes importantes y pueden estar presentes
cantidades menores de arsenopirita, magnetita y tenantita-tetrahedrita. Con el aumento del
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contenido de magnetita estos depósitos gradan a menas masivas de óxidos. La ganga es
principalmente cuarzo y baritina, pero ocasionalmente se presenta carbonato, clorita y
sericita.
La mayoría de los depósitos de sulfuros masivos están zonados. La galena y esfalerita se
ubican en la mitad superior de los depósitos, mientras que la calcopirita se concentra en la
porción inferior y grada hacia abajo a un stockwork de venillas (Fig.2).
Fig. 4. Esquema indicando la ubicación de las fuentes termales submarinas que depositan
depósitos de sulfuros en los fondos oceánicos.
Las texturas varían con el grado de recristalización. Las texturas originales parecen ser de
bandeamientos coloformes de los sulfuros con desarrollo de pirita framboidal, posiblemente
reflejando la depositación a partir de coloides. Sin embargo, es común la recristalización
por la circulación subsecuente de los fluidos calientes y/o por metamorfismo posterior, lo
que destruye el bandeamiento coloforme y produce menas granulares. Esto puede resultar
en minerales bandeados en la sección superior rica en Zn de los depósitos, mientras que la
parte rica en calcopirita raramente está bandeada. Ocasionalmente se presentan inclusiones
angulosas de rocas volcánicas y estructuras de sedimentos blandos (deslizamientos, marcas
de carga; "slumps", "load casts"). Es relativamente frecuente la brechización hidrotermal
en la porción inferior de los depósitos originando brechas mineralizadas, asimismo los
deslizamientos subacuáticos pueden originar menas brechosas.
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La alteración hidrotermal normalmente se restringe a las rocas subyacentes, siendo la
sericitización y cloritización los tipos más comunes (Fig. 5). La alteración tiene una forma
general de chimenea y hacia su porción central contiene el stockwork con calcopirita. El
diámetro de la chimenea alterada aumenta hacia arriba (en forma de cono invertido) y su
porción más ancha coincide con la mena masiva.
Fig. 5. Esquema de alteración hidrotermal y variación de componentes asociado a
depósitos de tipo sulfuro masivo volcanogénico; las dimensiones del sistema hidrotermal
pueden variar, pero los depósitos mayores se asocian a los sistemas más grandes.
Los depósitos de sulfuros volcanogénicos presentan una división geoquímica en hierro,
hierro-cobre y hierro-cobre-zinc, pero debe destacarse que si bien existen depósitos de
pirita sin cobre, nunca se encuentran exclusivamente sulfuros de cobre, sino que siempre
acompañados de sulfuros de Fe. Desde el punto de vista económico existen solo dos
grupos los de Cu-Zn y los de Zn-Pb-Cu. Algunos depósitos pueden contener cantidades
importantes de Ag y/o Au. Si bien en términos generales existen esos dos grupos
principales de sulfuros masivos, existen varios tipos en la literatura dependiendo del marco
tectónico y las rocas volcánicas asociadas a saber:
Tipo Chipre ("Cyprus"): Cu (±Zn) ±Au, asociados a basaltos toleíticos de conjuntos
ofiolíticos (generación de corteza oceánica). Formados en fondos oceánicos profundos con
volcanismo basáltico. Los ejemplos típicos se presentan en la isla de Chipre en el mar
Mediterráneo.
Tipo Besshi: Cu-Zn±Au±Ag, asociados a rocas sedimentarias con aporte terrígeno,
grauvacas y turbiditas asociadas con basaltos de intraplaca. Formados en cuencas
sedimentarias marinas profundas con volcanismo basáltico.
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Tipo Kuroko: Cu-Zn-Pb±Au±Ag, asociados a volcanismo bimodal con lavas toleíticas y
lavas y piroclastos calco-alcalinos. Formados en cuencas marinas someras con volcanismo
explosivo con formación de calderas en sectores de trás-arco. Los ejemplos típicos se
encuentran en Japón formados en una cuenca marginal.
Tipo Noranda o Primitivos: Cu-Zn±Au±Ag, asociados a rocas volcánicas totalmente
diferenciadas desde basaltos a riolitas en cuencas marinas de <1 km de profundidad.
Actualmente presentes en las fajas de rocas verdes en los escudos precámbricos (como en
Canadá). Su marco tectónico es materia de debate, pero parecen haberse formado en
cuencas subsidentes limitadas por fallas, posiblemente en secciones de tras-arco.
Tipo SEDEX: Zn-Pb±Ag, asociados a rocas sedimentarias como lutitas negras carbonosas,
areniscas y rocas carbonatadas. Estos se asocian a fluidos expelidos desde cuencas
sedimentarias por celdas convectivas de aguas marinas probablemente generadas por calor
derivado de fuentes magmáticas subyacentes. Ej. Mina Aguilar en el noroeste de
Argentina.
Aunque la génesis de los depósitos de sulfuros masivos puede tener variaciones la
evolución general es la siguiente (ilustrada en la Fig. 6):
Etapa 1: Precipitación de esfalerita, galena, pirita, tetrahedrita, baritina con cantidades
menores de calcopirita por mezcla de fluido a 200ºC con agua de mar.
Etapa 2: Recristalización y aumento del tamaño del grano de minerales por efecto de
circulación de fluido a 250ºC, continúa la depositación de esfalerita, galena, etc.
Etapa 3: Influjo de soluciones ricas en Cu a 300ºC, produciendo el reemplazo de la porción
inferior (mena amarilla) y redepositación de minerales reemplazados más arriba.
Etapa 4: Circulación de fluidos calientes sub-saturados en Cu disolución de calcopirita y
reemplazo por pirita en la base del depósito.
Etapa 5: Depositación de exhalitas de chert-hematita en torno al depósito (esto también
ocurre en las etapas previas), mucho SiO2 se deposita en el stockwork subyacente.
Etapa 6: Preservación por cubierta de lavas o sedimentos. Los depósitos que quedan
expuestos a la acción marina se oxidan y se destruyen por acción de meteorización
submarina transformándose en capas de "ocre" constituidas por cuarzo, goethita, illita,
jarosita. Solo si los depósitos son cubiertos se evita la meteoricación submarina y los
depósitos pueden preservarse.
Cabe recordar que los depósitos de sulfuros masivos se forman en fondos marinos (Fig. 4),
de modo que su incorporación a áreas continentales, donde ellos se explotan, se produce
por fenómenos tectónicos, principalmente por acreción o colisión continental. Esto
significa que los depósitos generalmente presentan una notable deformación tectónica
incluyendo pliegues y fallas. En las últimas décadas se han reconocido varios de estos
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depósitos recientes en las dorsales oceánicas, pero a la fecha no existe explotación de los
depósitos submarinos holocenos, debido a los costos involucrados y los posibles efectos en
el medioambiente marino.
Fig. 6. Etapas en la formación de depósitos de sulfuros masivos (explicación detallada en
el texto).
Los análisis de los fluidos que producen las acumulaciones de sulfuros masivos actuales
indican temperaturas variables entre 250º-380ºC (máximo ~420ºC), aunque existen
sistemas de baja temperatura (3-13ºC) en los que hay mezcla con aguas marinas en el
sustrato rocoso antes de ser emitidos en el fondo oceánico. En los depósitos antiguos como
por ejemplo los de Chipre, las inclusiones fluidas indican temperaturas de 300º-370ºC en
los niveles inferiores y de 260º-350ºC en los niveles superiores; en los depósitos de tipo
Kuroko de Japón las etapas tempranas indican 200º-300ºC y en la culminación de 250º350ºC.
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Los fluidos son de baja salinidad mayormente 2-4% en peso de NaCl; en Chipre son de 2,74% en peso y en los Kuroko de 3-5% en peso. Los efluentes actuales de los fondos marinos
son de salinidad cercana a la del agua de mar, pero puede ser superior o inferior (~2-10%
en peso).
Los efluentes de fluidos a alta temperatura en profundidades abisales están sometidos a
presiones de >400 atmósferas (presión del agua del mar) de modo que el fluido no hierve al
ser emitido. Sin embargo, en algunos depósitos más someros puede producirse ebullición
de los fluidos al acercarse al fondo marino y ellos pueden presentar alteración argílica
avanzada (Ej. Sillitoe et al., 1996).
Los estudios de isótopos de oxígeno e hidrógeno indican que estos sistemas hidrotermales
involucran principalmente la circulación de aguas marinas en celdas convectivas activadas
por el calor del magmatismo de las dorsales oceánicas, aunque la composición isotópica es
modificada por la interacción entre agua/roca (alteración hidrotermal) y por el aporte de
fluidos magmáticos
REFERENCIAS
Collao, S. & Alfaro, G., 2000. Paleozoic massive sulphide orebodies of the Nahuelbuta
and Queule mountains, south-central Chile: Results of geothermobarometry and sulphur
isotope studies. In: Sherlock, R.L. and Logan, M.A. (editors) Volcanogenic massive
sulphide deposits of Latin America. Geological Association of Canada, Mineral Deposits
Division, Special Publication Nº 2, p. 629-641.
Sillitoe, R.H., Hannington, M.D. and Thompson, J.F., 1996. High sulfidation deposits in
the volcanogenic massive sulfide environment. Economic Geology, V. 91, pp. 204-212.
Vivallo, W., 2000. Volcanic-exhalative massive sulphide deposits in Chile. In: Sherlock,
R.L. and Logan, M.A. (editors) Volcanogenic massive sulphide deposits of Latin America.
Geological Association of Canada, Mineral Deposits Division, Special Publication Nº 2,
p.617-627.
BIBLIOGRAFIA
Franklin, J.M., 1996. Volcanic-associated massive sulphide deposits. In: Kirkham, R.V. et
al. (editors) Mineral Deposits Modeling, Geological Association of Canada, Special Paper
40, pp. 315-334.
Rona, P.A., 1988. Hydrothermal mineralization at ocenaic ridges. Canadian Mineralogist,
V. 26, p. 431-465.
Sawkins, F.J., 1990. Integrated tectonic-genetic model for volcanic-hosted massive
sulphide deposits. Geology, V. 18, p. 1061-1064.