DEPÓSITOS DE SULFUROS MASIVOS ASOCIADOS A ROCAS VOLCÁNICAS Como grupo de yacimientos el término "sulfuros masivos", es difícil de definir y describir ya que involucra aspectos como edad geológica, ambiente tectónico y composición de los depósitos. Son muy importantes económicamente porque aportan considerables cantidades de Cu, Zn, Pb, Ag y Au y subproductos como Sn, Cd, Sb y Bi. Solo son superados en importancia económica por los yacimientos de pórfidos cupríferos. Son muchos los tipos de yacimientos que pueden pertenecer a esta categoría, por lo tanto los depósitos se han clasificado de varias maneras: • Sangster y Scott (1976) según el ambiente: volcánico, sedimentario y volcanosedimentario. • Hutchinson (1973) según la composición dominante: depósitos de Cu-Zn, depósitos de Pb-ZnCu-Ag y de pirita-Cu. • Sawkins (1976), según características del depósito y su ambiente tectónico: Tipo Chipre, formados en centros de expansión oceánica y post arco. Tipo Kuroko, formados en ambientes relacionados a subducción (arcos de islas) Tipo Besshi, en centros de expansión pero en rocas de caja sedimentarias Con base en la litología de la roca de caja, se tienen dos depósitos principales: 1) Depósitos de sulfuros masivos asociados a rocas volcánicas (volcanogénicos). 2) Depósitos de sulfuros masivos asociados a sedimentos (exhalativos sedimentarios). Los depósitos de sulfuros masivos pueden encontrarse dentro de estratos volcánicos o en rocas sedimentarias pero originadas en un régimen volcánico. Ejemplos de depósitos antiguos están los de tipo Chipre y tipo Kuroko; entre los modernos se encuentran los depósitos de reciente formación. Un modelo de depósito puede considerarse como formado por 2 componentes: Modelo descriptivo. Involucra el emplazamiento geológico, morfología, química, mineralogía, zonación etc. Modelo genético. Que es una explicación racional y consistente de las características del tipo de depósito en términos de procesos geológicos conocidos o postulados. Estos depósitos se forman por la descarga de soluciones hidrotermales en el piso oceánico Emplazamiento geológico y distribución Los depósitos de sulfuros masivos volcanogénicos (SMV) ocurren típica, pero no exclusivamente en los dominios que pueden definirse por rocas volcánicas submarinas como lavas, rocas piroclásticas (de origen volcánico directo), volcanoclásticas (origen volcánico indirecto) y shales o grawackas. No presentan un ambiente geotectónico preferido, excepto que, como las rocas submarinas por si solas, ellos son formados mas comúnmente cerca de las márgenes de placas. Los ambientes de formación de los depósitos SMV son: Dorsales oceánicas Centros de expansión en cuencas margínales Arcos de islas Estos depósitos de SMV se encuentran en las márgenes de placas divergentes (asociados a ofiolitas) que reflejan cordilleras meso-oceánicas o cuencas marginales en separación (Depósitos tipo Chipre), en márgenes de placas convergentes en arcos de islas o márgenes continentales (Depósitos de tipo Kuroko en Japón y el cinturón de pirita de España y Portugal); asociados con islas volcánicas intraplaca y por supuesto en ambientes de placa más enigmáticos tal como los representados por cinturones de rocas verdes del Arcaico. Estos depósitos no están asociados a ningún tipo petroquímico de roca volcánica, se ha sugerido que existe una asociación preferencial de los SMV con las fases más diferenciadas de un magma calcoalcalino. En el tiempo tampoco se encuentra una distribución preferencial para estos depósitos desde hace 3.500 m.a. (Depósitos de Pilbara Block, Australia) hasta los depósitos modernos en el Pacífico Este; en el cinturón volcánico del escudo canadiense se conocen cerca de 83 depósitos de SMV con edades entre 2650 y 2730 m.a. Sangster (1980) calculó que el área promedio ocupada por un grupo de depósitos es de 850 km2, equivalente a un área circular de 32 km2 de diámetro con un promedio de 12 depósitos y 94 millones toneladas de mena. Solomon (1976) dedujo que un 50% de los SMV están asociados espacialmente con rocas volcánicas félsicas, los depósitos de SMV por sí solos se asocian con domos de riolita o rocas félsicas fragmentales. Hodgson y Lydon(1977) propusieron que muchos SMV se asocian a sistemas de fracturas producto del resurgimiento de una caldera o intrusiones subvolcánicas. Estructura de un depósito de sulfuro masivo volcanogénico. Modelo Idealizado. La morfología de un depósito individual puede ser la de un cuerpo tabular hasta la de un cono de lado vertical. Las características más notables en los sulfuros masivos son: la zonación química, mineralógica y textural de las menas, cambios metasomáticos de la roca de caja dentro de la zona de la alteración hidrotermal y fuerte metasomatismo de sílice. Está conformado por lentes concordantes de sulfuros masivos (Figura 22), compuestos por 60% o mas de sulfuros, estratigráficamente es subyacido por una estoverca discordante de tipo vetiforme con mineralización de sulfuros contenida en un conducto de roca alterada hidrotermalmente. El contacto de los lentes de sulfuros masivos con las rocas suprayacentes es concordante, pero el contacto inferior con la zona de estovercas es gradacional. Un depósito simple puede consistir de varias lentes de sulfuros masivos y su zona de estovercas; zona esta que representa los canales cercanos a superficie y los lentes representan la acumulación de los sulfuros precipitados. Minerales más comunes. • Sulfuros. Pirita. En menor cantidad pirrotina, calcopirita, esfalerita, galena, sulfosales y bornita, estas dos últimas son muy escasas. • Óxidos. Magnetita, hematita, casiterita. • Ganga. Cuarzo, clorita, barita, yeso, carbonatos y anhidrita. Zonación. Esta es quizás la característica diagnóstica más pronunciada. Se presenta un decremento sistemático en la relación Cpy/(Esf+Gal) o sea Cu/Zn, desde el núcleo del conducto hacia arriba y hacia los costados; pirrotina, magnetita y bornita tienden a concentrarse en el núcleo de la zona de estoverca y en la zona donde la relación Cu/Zn es alta. Se piensa que ésta zonación es el reflejo de la temperatura de depositación, el cobre sería llevado en fluidos de alta temperatura y el zinc en fluidos de baja temperatura. Altas temperaturas en la base forman zonas ricas en cobre, mientras que las zonas ricas en zinc se forman en las partes mas altas a medida que la temperatura desciende gradualmente. Cuando existe barita, esta se presenta en la zona donde hay mas esfalerita y galena que es la zona más externa de los lentes. La pirita es un mineral ubicuo pero tiende a concentrarse mas donde la esfalerita predomina sobre la calcopirita. MINERALIZACIONES DE SULFUROS MASIVOS CONTEMPORÁNEOS Sólo un 1% de los 50.000 km. (65.000 km.) de longitud de las cordilleras oceánicas (ridges) se ha explorado en detalle en los cuales se han descubierto cerca de 60 campos hidrotermales. La mayoría se encuentran localizados en el Océano Pacífico donde ocurren la mayoría de los "respiraderos" y los fluidos hidrotermales emanan directamente de un sustrato volcánico. La temperatura de los fluidos hidrotermales fluctúa entre 400° c en algunos respiraderos hasta unos pocos grados bajo temperatura ambiente en el mar. Las salmueras del Mar Muerto presentan salinidades 7 veces mayores que las de los océanos actuales con temperaturas de mas de 200° C. Acumulación de sulfuros modernos en chimeneas y pilas El crecimiento de una chimenea de sulfuros se inicia por la precipitación de anhidrita (CaSO4) en la parte interna de la chimenea, la anhidrita precipita del agua de mar por que su solubilidad decrece con el incremento de la temperatura. En el agua de mar moderna, si se incrementa !a temperatura a 130 °C se precipita CaSO4 . Esta pared porosa continua creciendo, aunque el calcio puede ser aportado por los fluidos hidrotermales, análisis de isótopos indican que el sulfato de la anhidrita se Figura 22. Características esenciales de un depósito idealizado de sulfuros masivos vulcanogénicos. (Tomado de John W. Lydon) deriva del agua de mar. La mayoría del material hidrotermal fluye hacia arriba, a lo largo del conducto central de la anhidrita y descarga en el agua circundante, sin embargo una proporción pequeña (aproximadamente un 1%) del fluido hidrotermal fluye a través de los poros de la anhidrita, los minerales son atrapados en los poros de esta. Fluido hidrotermal Agua de mar T° mas de 300° C Acidez aprox. 3.5 H2S Mayor que SO4 2° C Alcalina, PH aprox. 7.8 Oxidante SO4 Mayor H2S Las chimeneas presentan un diámetro entre 2.7 y 4.7 cm, con un crecimiento diario entre 8 y 30 cm, el flujo de salida de las partículas esta entre 1-2.4 m/s con un tamaño aproximado entre 1-3 micras, las cuales se han detectado que han viajado hasta 750 km. desde la fuente o chimenea. Una chimenea madura tiene como estructura característica una zonación concéntrica de calcopirita (+/Isocubanita +/- pirrotita). La teoría de la volcanogénesis para la mineralización en los sulfuros masivos tiene gran apoyo por el descubrimiento de los yacimientos metálicos que se están formando actualmente por aguas calientes en el mar Rojo, donde el Fe, Cu, Zn y Ag están presentes en cantidades apreciables. Las aguas salinas calientes concentradas y los metales se encuentran en 18 fosas oceánicas diferentes, las fosas se asemejan a calderas con una temperatura promedio de 56° y salinidad de 255 p.p.m. Las fosas están alineadas a lo largo de una zona de fractura y la actividad volcánica está muy involucrada con la formación de las aguas salinas y calientes. Igualmente en los sistemas de cordilleras meso-oceánicas, se generan grandes volúmenes de magma y hay una intensa actividad hidrotermal, se acepta la idea de que ciertos complejos ofiolíticos, en cadenas orogénicas jóvenes, tenían características similares a las de estas áreas oceánicas. En los sitios de actividad hidrotermal presentes en las dorsales se encuentran depósitos de sulfuros masivos recientes, conocidos como "fumarolas negras". Los sitios específicos se localizan principalmente en la Dorsal del Pacífico Oriental y en las islas Galápagos, allí hay manaderos hidrotermales cuyas descargas por sus características minerales se han denominado fumarolas blancas y negras; las blancas contienen pocos sulfuros, los materiales formados son principalmente de barita y sílice; las negras, descargan abundantes sulfuros de Fe, Cu y Zn que pueden tener estructuras columnares de varias dimensiones, recubiertas generalmente por óxidos de Fe. Las muestras recolectadas allí se caracterizan por su mineralogía particular, su textura bandeada y porosa, como la de gel o coloidal, y arreglo zonal de sulfuros. En los depósitos de la dorsal del pacífico hay una íntima asociación de sulfuros de alta temperatura como calcopirita y pirrotina con otros que muestran textura de gel o coloidal (marcasita, pirita, melnikovita, blenda zonada), los elementos más importantes son Fe, Zn, Cu en un rango muy amplio, a veces hay valores altos de Cu y/o Zn, y es común una ausencia casi total de Pb. YACIMIENTOS DE SULFUROS MASIVOS TIPO CHIPRE. Los sulfuros masivos de Chipre, se relacionan con el Complejo Ofiolítico de Troodos, se formó en un centro de expansión submarina, que se desarrolló durante el Cretácico Tardío, se ha interpretado como generado en una dorsal meso-oceánica o como producto de un arco de islas. En general se involucra un basamento oceánico que se movió desde el suroeste, como consecuencia de una subducción y que fue levantado a su posición actual, apreciándose una estructura dómica, constituida por una secuencia de rocas ultramáficas y gabros que forman el núcleo, rodeado de zonas concéntricas de rocas volcánicas. En la zona se conocen unos 90 depósitos con tamaños desde 0.5 hasta 15 millones de toneladas de mineral con contenidos hasta el 6% de Cu. Los depósitos se encuentran en las capas superiores de las lavas almohadilladas. Un yacimiento típico tiene forma de batea, puede ser lenticular a irregular y presenta zonación vertical así: • • • Sedimentos pelágicos(Chert) Zona masiva de pirita, marcasita, calcopirita y esfalerita Zona silícea en la parte basal La forma del depósito se resume de la siguiente manera: lentes concordantes de sulfuros masivos suprayaciendo una zona de estoverca (cuarzo y sulfuros) en la cual la roca de caja se presenta con una intensa alteración hidrotermal (lavas brechadas de basalto cloritizado) y rellenando fracturas de las lavas almohadilladas. La zona masiva es rica en pirita y cantidades variables de marcasita y calcopirita, en menor cantidad esfalerita con un horizonte ocre en la parte superior y en la mena silícea que es la parte basal. Los horizontes ocres son zonas de cuarzo, goethita y algo de jarosita(por alteración secundaria de la pirita) e illita, resultado de los sulfuros expuestos a oxidación submarina. La mena masiva ocurre de dos formas: • • Como bloques conglomeráticos de sulfuros en una matriz de sulfuros sacaroides. En una zona compacta, debajo de la anterior, de grandes bloques de pirita separados por fracturas rellenas con pirita sacaroide. Ambiente deposicional y emplazamiento geológico. Los lentes de sulfuros comúnmente se encuentran en basaltos marinos calcoalcalinos o toleíticos, comúnmente almohadillados, cerca de una transición con sedimentos argílicos suprayacentes. Muchos lentes parecen estar controlados estructuralmente, alineados cerca de fallas normales de ángulo alto. Edad de la mineralización. Cualquier edad. Los depósitos de la Columbia Británica son Mississipiano-Permicos o del Triásico Tardío. Tipos de rocas asociadas. Flujos de basaltos o lavas almohadilladas toleíticas o calcoalcalinas, tobas basalticas, chert, argilita. Las capas suprayacentes denominadas ocre, son laminas pobres en manganeso y ricas en hierro, conteniendo goethita y maghemita (Fe3O4-Fe2O3) y cuarzo o chert. Minerales de mena. Pirita, calcopirita, magnetita, esfalerita, en menor cantidad marcasita, galena, pirrotita, cubanita, estannita-besterita, hematites, algunas veces goetita por alteración de las partes superiores de sulfuros. Minerales de ganga. Talco, chert, magnetita clorita. Mineralogía de la alteración. Clorita, talco, carbonatos, sericita y venas de cuarzo en el núcleo de la zona de estoverca, algunas veces con una capa delgada de alteración de albita e illita. Controles de la mena. Tienen un gran control estructural en grupos o alineamientos de lentes de sulfuros a lo largo de fallas normales, cerca a la transición de basaltos máficos almohadillados; son menos comunes en tobas máficas Temperatura de formación. Por estudio de las inclusiones fluidas se considera que la temperatura de formación es del orden de los 350 °C. Chipre se explotó principalmente para pirita, su importancia actual está en la obtención de cobre. También recuperan oro y plata de los sedimentos residuales de la desintegración de la pirita. Tenor y tonelaje. El promedio de un depósito de 1.6 toneladas es de 1.7% Cu 0-33 g /t Ag 0-1.9 g/t Au 0-2.1% Zn Los valores de Zn son muy bajos. La presencia de cobalto en la pirita llega hasta un 0.06%. Otros yacimientos de este tipo se han encontrado en las ofiolitas de Filipinas y Turquía. Alrededor del mundo estos depósitos son importantes mas por sus altos tenores y naturaleza polimetálica que por su tamaño. YACIMIENTOS DE SULFUROS MASIVOS TIPO KUROKO Las menas de Kuroko del Japón son el ejemplo clásico de yacimientos volcanogénicos de sulfuro masivo, asociados con rocas volcánicas (tobas verdes) y sedimentos fosilíferos del Mioceno. Figura 23. Figura 23. Modelo idealizado de un depósito de sulfuro masivo tipo kuroko. Kuroko significa material negro. El término tipo Kuroko, se aplica comúnmente a tres categorías de la mena según la composición mineralógica: ¾ Las menas silíceas (KEIKO), contienen sulfuros, particularmente calcopirita, diseminada a través de la roca muy silicificada. ¾ Las menas amarillas (OKO), son principalmente pirita con cantidades menores de calcopirita. ¾ Las menas negras (KUROKO), son mezclas de esfalerita, galena, baritina y valores menores de pirita y calcopirita; localmente se encuentran cantidades menores de wurtzita, enargita, tetraedrita, marcasita y otros minerales. En la parte inferior del depósito, las rocas son principalmente andesitas y dacitas, y rocas más félsicas hacia la parte superior. Las riolitas y dacitas normalmente se encuentran brechificadas. La roca encajante está constituida por flujos piroclásticos ácidos. El techo o respaldo superior está constituido por formaciones volcánicas y/o sedimentarias, seguidas por una zona silico-ferruginosa (generalmente cuarzo o chert y hematita). Luego sigue una zona con baritina y la zona Kuroko. Más abajo le sigue la zona Oko o zona amarilla. Hacia la periferia del depósito aparece la zona de anhidrita-yeso pirita, y luego la zona silícea o Keiko. El piso está constituido por riolita silicificada y por rocas piroclásticas. Son características de las menas tipo Kuroko, la laminación fina, paralela a los techos tufáceos, texturas coloformes y capas brechoides de sulfuros. Los yacimientos son cuerpos masivos lenticulares que suprayacen zonas de estovercas. Existe una zonación vertical y lateral, Pb y Zn aumentando y Cu disminuyendo hacia arriba y lejos de los centros mineralizantes. La baritina es abundante en las menas de Pb-Zn. Una alteración típica de la roca de caja es la silicificación hacia el centro, sericitización y cloritización hacia afuera de los depósitos. El K y el Mg aumentan y el Na disminuye hacia el cuerpo del mineral. La mineralización de este tipo de yacimientos se explica a través de tres procesos principales: ¾ Relleno de fisuras, diseminación o reemplazamiento por fluidos ascendentes, en las rocas preexistentes, para las menas "keiko" o de estovercas. ¾ Precipitación química de fluidos y emanaciones mineralizantes provenientes del fondo del mar, a través de sedimentos o de rocas volcánicas pre-existentes, para las menas tipo "Kuroko" y "oko" de sulfuros masivos. ¾ Sedimentación mecánica de fragmentos de menas anteriores, y originados por explosiones posteriores, para las brechas volcánicas de explosión. DEPÓSITOS TIPO BESSHI Características geológicas. Son depósitos típicamente comprimidos en hojas delgadas y bien estratificadas de pirrotina, calcopirita, esfalerita, pírita y galena en menor cantidad, interbandeados en rocas clásticas terrígenas y basaltos calcoalcalinos, tobas andesíticas y flujos. Figura 24. Figura 24. Modelo idealizado de un depósito de sulfuros masivos tipo besshi. (Tomado de Evans 1993) Emplazamiento tectónico. Se da en ambientes extensionales tales como cuencas marginales, rídges oceánicos cerca de márgenes continentales y o cuencas de rift en el estado inicial de la separación continental. Ambiente de depositación y emplazamiento geológico. Las rocas asociadas son terrigenas clásticas con rocas volcánicas marinas y algunas veces rocas carbonatadas; estas pueden subyacer carbonatos de plataforma o rocas clásticas. Edad de la mineralización. Pertenecen a cualquier edad. En Columbia Británica, la mayoría de los depósitos son del Cámbrico, Terciario superior y menos comunes son los de edad Mississipianopérmico. Tipos de rocas asociadas (Rocas encajantes). Rocas volcánicas marinas y sedimentos clásticos; tobas basálticas y flujos, shale y limolitas, comúnmente calcáreas; chert y formaciones de hierro son poco comunes. Es factible que se presente una secuencia de metagabro y rocas ultramáficas. Forma del depósito. La forma típica es la de una hoja concordante de sulfuros masivos de unos pocos metros de espesor y de unos cuantos kilómetros de longitud. Pueden ser lentes apilados. Textura y estructura. Masiva y con estratificación bien definida, sulfuros con tamaño de grano de medio a fino; en los depósitos metamorfoseados y deformados se presenta textura gneisica en los sulfuros. No es muy común la textura acordonada en la mena. Son frecuentes las venas con clorita, cuarzo y carbonato, que cortan cristales de pirita, calcopirita, y/o esfalerita. Minerales de mena. Los principales son: Pirita, pirrotina, calcopirita esfalerita, los secundarios son: cobaltita, magnetita, galena, bornita, tetrahedrita, cubanita, estannina, molibdenita, arsenopirita y marcasita. Minerales de ganga. Los principales son cuarzo, calcita, ankerita, siderita, albita y turmalina. Los secundarios son: grafito y biotita, Minerales de alteración. Similar a los minerales de ganga, cuarzo, clorita, calcita, siderita, ankerita, pirita, sericita y grafito. Modelo genético. Depositación en el fondo del mar de lodos sulfurosos en cuencas marginales, o varios otros emplazamientos tectónicos, contemporáneos con el vulcanismo. Factores económicos. Tenor y tonelaje. Altamente variable en tamaño, los depósitos de Columbia Británica van desde menos de 1 MT hasta mas de 113 MT. Por ejemplo, el depósito Goldstream, presenta un total de recursos, reservas y producción de 1.8 MT conteniendo 4.81 % de Cu, 3.08% Zn y 20.6g/t Au. Importancia. Son fuentes importantes de Cu, Zn y Ag, y se pueden encontrar en secuencias sedimentarias que no han sido exploradas totalmente para este tipo de depósitos. DEPÓSITOS EN COLOMBIA DE SULFUROS MASIVOS ASOCIADOS A VOLCANISMO. En la región nororiental de Colombia, en el Carmen de Atrato (Chocó), el depósito se llama El Roble. En este depósito la roca de caja es una secuencia de rocas sedimentarias y volcánicas cretáceas del grupo Cañasgordas, que incluyen en la base basaltos toleíticos cloritizados, cherts negros y grises muy cizallados hacia la parte superior. El cuerpo principal de sulfuros masivos se encuentra rodeado por cherts negros. Dentro de la unidad basáltica se encuentran mineralizaciones, alejadas del cuerpo masivo. En la mina Santa Anita se encuentra la zona principal, la zona de mineralizaciones se debe a fluidos mineralizantes que ascendieron por conductos y que corresponderían a la zona principal más inferior del depósito original. El yacimiento del Roble es masivo, tiene forma lenticular, es casi vertical, presenta intenso fallamiento, su espesor es variable llega hasta 45 m, sus reservas conocidas son del orden de 1'100.000 toneladas y su tenor promedio de Cu es del 4.9% al 3.7 g/ton de oro. Mineralogía: sulfuros de textura masiva, en parte bandeada y brechoide, pirita es el sulfuro más abundante, calcopirita y pirrotina en menor proporción. Esfalerita, electrum, marcasita y ganga de cuarzo, dolomita y grafito en proporciones mínimas. El depósito se ha incluido dentro de la categoría de sulfuros masivos tipo Chipre, según su ambiente geológico y sus rasgos morfológicos y composicionales. CUERPO MINERALIZADO DE LA EQUIS. La mineralización de la Equis, está confinada dentro del grupo de las rocas volcánicas de la Equis. Por su costado este se encuentra en contacto con el batolito de Mandé; en el sector oeste, se pone en contacto con rocas del Oligoceno. Es un yacimiento tipo Kuroko, debido a sus características exhalativas-volcanogénicas. Mineralogía principal: calcopirita, pirita, galena, esfalerita, oro y plata. Ganga: cuarzo y barita. Reservas probadas: 120.000 toneladas. Zn: 0.8-1.2% Pb: 0.8-1.5% Au: 12-15g/ton Ag: 10-12g/ton PROSPECTO DEL DOVIO (VALLE). Mineralización consistente en venamientos cupríferos emplazados en rocas diabásicas y basaltos del grupo Dagua. Localmente tiene mineralizaciones lenticulares de pirita, calcopirita y blenda, emplazados dentro de una zona de cizalla de unos 500 m de largo, en donde unas lavas almohadilladas se encuentran alteradas y en contacto con chert negro. Se caracteriza como de tipo Chipre. MINA COLUMBIA (BELÉN DE UMBRÍA) Consiste en una estoverca emplazada en una zona cizallada dentro de unas rocas verdes (basaltos y diabasas). La mena está compuesta por pirita, calcosina, bornita y malaquita. Se cataloga como tipo Chipre.