MODELOS DE YACIMIENTOS Introducción Modelos de Yacimientos Un modelo consiste en el intento de describir y explicar el comportamiento de un proceso (natural) en términos de parámetros medibles en su estado final. En el caso de geología lo que se observa y estudia es el resultado final. Por lo tanto un modelo puede ser visto como una función f (xn), donde xi…xn representan parámetros como temperatura, presión, litología, fuente de agua, permeabilidad, Eh, pH, fO2, fS2, ambiente tectónico, etc. Siendo la cantidad de parámetros involucrados extremadamente grande y de compleja medición, muchas veces producto de interpretaciones subjetivas, el desarrollo de un modelo geológico de deposito es sujeto a una enorme gama de incertidumbres, sin mencionar la variablidad de los sistemas naturales que hacen de cada caso estudiado un caso particular. Modelos de Yacimientos Los depositos minerales son el producto de procesos geológicos concentradores ya sea endógenos o exógenos a los cuales se asocia fraccionamiento geoquímico. Entre estos procesos destacan los magmáticos, magmáticos hidrotermales, hidrotermales, volcanogénicos exhalativos, sedimentario exhalativos, metamórficos y sedimentarios. Para la generación de un deposito mineral se requiere de un origen de los elementos y de una serie de procesos que conduzcan a la concentración de ellos. Estos procesos pueden ser bastante variados para distintos tipos de depositos, la comprensión de ellos de vital importancia para la determinación de criterios de exploración. Factor de concentración Al Fe Cu Ni Zn Mn Sn Cr Pb Au Abundancia Media en La corteza % 8.0 5.0 0.005 0.007 0.007 0.090 0.0002 0.01 0.001 0.0000004 Ley mínima explotable promedio % 30 25 0.40 0.5 4 35 0.5 30 4 0.0001 Factor de concentración 3.75 5.0 80 71 575 400 2500 3000 4000 250 Procesos geológicos naturales permiten estas concentraciones anómalas Para llegar a formar depósitos minerales de interés económico un elemento o varios deben estar enriquecidos a un nivel considerablemente superior que su abundancia media en la corteza terrestre. En otras palabras debe constituir una anomalía geoquímica significativa. Pero donde y por qué? Ambientes Tectónicos donde ocurren depositos minerales. Los procesos geológicos que puedan haber ocurrido en algún momento del tiempo y espacio están sujetos al ambiente tectónico en el cual ocurrieron. Fuente y tipos de agua en distintos ambientes tectónicos. Procesos Generadores de Yacimientos Procesos igneos - hidrotermales >T° Magmático (exsolución, cristalización fraccionada, separación gravitacional) Depositos de Cr, Ni, Cu, Co, Ti, PGE Magmático – Hidrotermal (exsolución de agua, fase hidrotermal) Pegmatitas, depositos de R.E.E. Hidrotermal – Magmático (migración de fluidos hidrotermales magmáticos y enfriamiento mediante fluidos meteóricos) Depositos de metales base y precioso Hidrotermal (mezcla con y participación de fluidos meteóricos) <T° Volcano exhalativos Epitermales Sedex Procesos Generadores de Yacimientos Procesos Metamórficos - Zonas de Falla (cizalle) y Bombeo Tectónico - Metasomatismo (migración de fluidos durante metamorfismo) Procesos Sedimentarios - Erosión selectiva, migración química, migración física - Procesos concentradores mecánicos Clasificación de Procesos Mineralizadores Endógenos Procesos internos de la tierra Exógenos Procesos superficiales Procesos Endógenos Magmáticos Metamórficos Cristalización: Rocas ornamentales, REE carbonatitas Segregación: Cromitas, sulfuros Ni-Cu Fraccionamiento: Pegmatitas; REE, Th, Ta, Li, Be Regional: vetas de cuarzo-oro en rocas verdes Contacto: skarn, talco, wollastonita Hidrotermales Procesos Exógenos Sedimentarios Autóctonos: precipitación química de ciertos elementos o compuestos en ambientes sedimentarios adecuados, con o sin la intervención de organismos biológicos. Ej. Fe y Mn sedimentarios, calizas, dolomitas, yeso, fosfatos. Alóctonos (clásticos): arenas y gravas de uso en construcción, pero sobre todo concentración de minerales pesados resistentes física y químicamente en placeres: Au, Sn, Ti, diamantes. Procesos Exógenos Meteorización Residuales: descomposición de rocas y lixiviación química dejando resíduos de óxidos e hidróxidos metálicos. Ej. lateritas Ni, Co, Al Supérgenos: oxidación de mimeralización sulfurada, lixiviación y enriquecimiento secundario. Exóticos: lixiviación por fluidos supergenos y transporte lateral y redepositación de metales en rocas o sedimentos. Superficiales Exhalativos: descargas gaseosas o líquidas de volcanes submarinos o subaéreos. Ej. sulfuros masivos volcanogénicos, azufreras (solfataras). Procesos relacionados con magmatismo Magmáticos y Magmáticos Hidrotermales Pero... qué es un magma? Un magma es una masa silicatada fundida que al cristalizar origina rocas intrusivas o volcánicas. Rocas como granitos, basaltos, dunitas, sienitas de nefelina, etc. Se usan directamente como rocas ornamentales. Algunas rocas ígneas inusuales pueden contener elementos de interés económico: Ej. Tierras raras en carbonatitas, diamantes en kimberlitas. Composición de Magmas? La composición de magmas juega un rol importante sobre el tipo de mineralización asociada, donde la composición de magmas es función en gran medida del ambiente tectónico en el cual es generado. Se entiende por magma a un sistema multicomponente de sustancias en estado líquido, sólido y gaseoso. La fase líquida es la de mayor predominancia, constituida principalmente por soluciones aluminosilicicatadas, acompañadas de iones libres como Na, Ca, K, Mg entre otros. La fase sólida se conforma de olivinos, piroxenos plagioclasas y otros, diseminados en el líquido. La fase gaseosa está compuesta principalmente por agua y cantidades menores de CO2, HF, HCl, SO2, H2BO3, etc. Magmas: Clasificación Alcalinos Calcoalcalinos Toleíticos De acuerdo a contenidos de alcalis (Na2O + K2O) y de sílice (SiO2) se clasifican los magmas en tres grandes grupos. Magmas: Clasificación Magmas Toleíticos representan principalmente lavas basálticas en centros de expansión oceánico o dorsales o en arcos insulares jovenes. En estos ambientes ocurre fraccionamiento entre basaltos, andesitas – basálticas y en menor proporción riolitas. Estos magmas son generalmente bajos en K, con un contenido promedio de sílice del orden de 53%. Yacimientos asociados a este tipo de magmatismo son los de cromita – platinoides (PGM), Bushveld, Sudáfrica, yacimientos de pirrotina – pentlandita – calcopirita, Sudbury, Ontario, yacimientos de magnetita – ilmenita – (vanaditina), Lago Stanford, EEUU, entre otros. Magmas Calcoalcalinos ocurren en zonas de subducción, en arcos insulares maduros y en los márgenes continentales, con rocas de composición desde gabro a granito (basalto a riolita). En el caso de arcos insulares dominan las rocas volcánicas, principalmente de composición andesítica (SiO2 del orden de 59%). Estos magmas son derivados de la fusión parcial de la cuña del manto y en menor medida corteza oceánica, con poca interacción ascedente. En el caso de arcos continentales las rocas tienden a una composición más silicea, andesitas, dacitas y riolitas y sus equivalentes intrusivos. Son derivados de fusión parcial de la cuña del manto y en menor medida corteza oceánica, con mayor o menor interacción y asimilación de corteza continental inferior. Yacimientos asociados a este tipo de magmatismo son pórfidos cupríferos, skarns, estratoligados, epitermales, entre otros. Magmas Alcalinos se dan en zonas de rifting intracontinental, en las zonas de fallas transformacionales y en los trasarcos magmáticos de los margenes continentales. Se fraccionan en shoshonitas (zonas orogénicas) y sienitas (zonas cratónicas). Son rocas bajas en SiO2 respecto a Na2O + K2O alto. A este tipo de magma se asocian rocas peralcalinas en zonas cratónicas, kimberlitas y lamprófiros (a los cuales se pueden asociar diamantes) y carbonatitas. Yacimientos asociados a este tipo de magmatismo son apatito – magnetita, Sokli, Finlandia, apatito – titanita, Lozovero, Rusia, magnetita – apatito – actinolita, Kiruna, Suecia, casiterita – wolframita, Jos, Nigeria y diamantes, Sudáfrica, entre otros. Fraccionamiento La cristalización fraccionada de magmas puede resultar en magmas residuales enriquecidos en ciertos elementos, que se pueden concentrar particularmente en fases pneumatolíticas: Ej. Pegmatitas de uranio de Bancroft, Canadá y Rösling, Namibia. Segregación magmática Acumulados: precipitación de minerales de mena de alta densidad que cristalizan temprano durante la diferenciación magmática. Ej. Capas de cromitas del Gran Dique de Zimbabwe y el Complejo Bushveld de Sudáfrica (complejos de rocas ultramáficas). Inmiscibilidad de líquidos: sulfuros u óxidos que se acumulan debajo de los silicatos o son inyectados en las rocas de caja. Ej. Depósitos de Ni-Cu de Sudbury, Canadá y Pechenga R.F. y Yilgarn Block de Australia occidental. Depósitos de Ti de Allard Lake, Quebec, Canadá. Acumulados de cristales o de líquidos inmiscibles en magmas que conducen a la formación de depósitos minerales Normalmente asociados a magmas ultramáficos en los que pueden precipítar cristales de óxidos de Cr, Ti o segregarse líquidos de sulfuros de Ni-Cu. Las rocas que contienen la cromita tienen textura ígnea. Cromita-anortosita bandeada: Dwars-River, Steelport, South Africa. Procesos relacionados con Metamorfismo Regional: Facies de anfibolitas y eclogita movilizan fluidos que circulan sobre todo por zonas de cizalle (fallas mayores) y pueden transportar y precipitar su contenido metálico en zonas con facies de esquistos verdes. Ej. Vetas “mesotermales” de cuarzo-oro, oro en zonas de cizalle, depósitos diseminados de Ni en rocas ultramáficas. Contacto: reemplazo (metasomatismo) de rocas de caja adyacentes a una intrusión. Ej. Distrito San Antonio, NE de La Serena, depósitos de magnetita de Iron Springs, USA, depósitos de talco de Luzenac, Francia. Minerales industriales como producto de metamorfismo regional o de contacto. Ej. Depósitos de andalusita de Transvaal, Sudáfrica, depósitos de granate de N.Y., USA; asbestos, Canadá. Vetas “mesotermales” de cuarzo-oro en zonas de cizalle Calizas Minerales calco-silicatados (calcita) (granate, piroxeno, epidota) Mineralización ligada a Metamorfismo regional Mineralización ligada a Metamorfismo de contacto Depósitos asociados a contacto intrusivo tipo skarn: reemplazos irregulares (metasomatismo) Procesos relacionados con Hidrotermalismo Involucran la participación de fluidos calientes (soluciones acuosas) de distintos orígenes. Aguas magmáticas primarias Aguas metamórficas Aguas connatas o de formación Agua marina Aguas meteóricas Aguas de derivación magmática primaria: involucra la liberación de los volátiles de un magma a niveles epizonales y generacion de un sistema hidrotermal. Aguas de derivación magmática y aguas meteóricas Aguas de distintos origenes en sistemas hidrotermales Metamórficas Meteóricas Actividad hidrotermal no magmática Depósitos de Pb-Znfluorita-baritina (MVT) que se formarían a partir de soluciones hidrotermales generadas por aguas connatas o mezclados con meteóricas y calentadas por el gradiente geotérmico en cuencas sedimentarias, sin participación de magmatismo. Aguas marinas en procesos hidrotermales de fondos oceánicos en zonas de rift de dorsales meso oceánicas. Esquema de un sistema de descarga en un volcán submarino. Estos sistemas son generados por cuerpos de magma con temperaturas variables dependiendo de su composición. Las líneas cortadas representan corteza permeable en la que el agua marina penetra para originar la circulación hidrotermal con fluidos ascendentes que descargan a ~100°-350°C dependiendo de la profundidad. La burbujas amarillas y las flechas en zigzag representan fluidos magmáticos exsueltos. Algunos compuestos químicos pueden precipitar en la interfase del fondo marino como mineralización hidrotermal. Los componentes restantes (la mayor parte) ascienden para formar el “humo negro” (‘black smoker’) sobre la zona de descarga, el que es oscuro debido a que está formado por la precipitación de sulfuros metálicos. Procesos Hidrotermales La mayor parte de los yacimientos metálicos Chilenos son de origen hidrotermal. Ej. Pórfidos cupríferos Chuquicamata, El Teniente, La Escondida, etc.; vetas de Au, Ag, Cu de El Indio; Estratoligados de Cu. En la naturaleza una gran cantidad de depositos minerales metálicos están de una u otra forma ligados genéticamente a procesos hidrotermales. Procesos Hidrotermales Para originar depósitos minerales los fenómenos hidrotermales deben incluir: Fuente Transporte Depositación Concentración fluidos, solución precipitación metal (es) metales, acuosa química de interés S, etc. Camino recorrido por las rocas de caja Fluido primario ± metales lixiviación, transporte precipitación de metales Trampa para la mena Representación de un Sistema geoquímico hidrotermal complejo. Que involucra múltiples componentes y varias fases (líquido, gas) por ebullición Tomado de Reed (1998) Fluidos hidrotermales de distintas fuentes (solos o combinados) pueden formar soluciones hidrotermales, las que pueden dar origen a una variedad de tipos de depósitos minerales dependiendo de las condiciones fisicoquímicas en las que se ha desarrollado el proceso Procesos Hidrotermales Los procesos hidrotermales usualmente tienen conexión con magmas: éstos son la fuente de calor, fluidos, compuestos y metales. ¿Cuánta agua pueden contener los magmas? La concentración de H2O en magmas félsicos varía de 2,5 a 6,5% en peso, con una media de 3% y su solubilidad en la masa silicatada fundida depende principalmente de la presión, también de la t° y composición del magma. Un magma monzonitico cuarcífero con 3% H2O comenzará a exsolver (liberar) agua a profundidades de ~3,5 km (0.085 Gpa). El mismo magma con 4% H2O hará lo mismo a 4,5 km de profundidad. 1 km3 de magma félsico con 3% H2O puede exsolver 100 Mt de agua (1011l). Metalogénesis Metalogénesis Definiciones Básicas Metalogénesis: Término derivado del griego “metaleion” que significa “mina”, el cual se refiere al estudio de la génesis de depósitos minerales (metálicos o no-metálicos), con énfasis en sus relaciones espaciales y temporales (espacio-tiempo) con los rasgos geológicos regionales (tectónicos, petrográficos, etc). Es decir, el estudio de la relación de los depósitos minerales con su entorno geológico regional. La metalogénesis estudia la distribución de los depósitos minerales en el espacio y el tiempo, tratando de definir los factores que han contribuido al patrón de distribución de los metales dentro de la parte superior de la corteza. Unidades metalogénicas Provincia Metalogénica: es un área caracterizada por una agrupación de depósitos minerales o por uno o más tipos característicos de depósitos. Una provincia metalogénica puede contener más de un episodio de mineralización. Epoca Metalogénica: Es una unidad de tiempo geológico favorable para la depositación de menas o caracterizada por una agrupación particular de depósitos minerales. En una misma área pueden estar representadas varias épocas metalogénicas. Metalotecto Término que se refiere a una determinada característica geológica que se cree que ha jugado un rol en la concentración de uno o más elementos (o sustancias minerales) y ha contribuido a la formación de depósitos minerales; puede ser estructural, estratigráfico, litológico, geomorfológico, etc. y puede combinar espacio y tiempo. Ej. Orógeno Andino, una caldera volcánica, rocas volcánicas jurásicas, una falla regional, etc. Franja Metalogénica (id. Faja, cinturón.): Término utilizado en Chile por varios autores debido a un factor de escala. Las franjas metalogénicas existentes en Chile se ajustan a la definición de Provincia Metalogénica, pero en trabajos previos se ha considerado a Los Andes como una Provincia Metalogénica dominada por yacimientos cupríferos. Esto ha llevado a definir en detalle ya sea subprovincias o franjas metalogénicas. AMBIENTES GLOBALES DE GENERACIÓN DE DEPÓSITOS MINERALES Los marcos geotectónicos en las que se desarrolla actividad ígnea son determinantes de la naturaleza de los intrusivos y rocas volcánicas, pero también de los tipos de depósitos minerales asociados. Esto determina la concentración de ciertos tipos de depósitos minerales y/o metales en ciertas partes de la corteza terrestre. Por Ej. Los Andes chilenos contienen enormes yacimientos de Cu-Mo, pero no existen yacimientos de Sn y solo ocurrencias menores de Ni, Cr, Co. Placa Sudamericana Placa Nazca Los Andes Margen continental activo (ligado a subducción) Pórfidos de Cu-Mo Super-gigantes (monstruosos) 16 yacimientos en explotación en Chile son la fuente de la mayor parte de la producción chilena de Cu y de todo el Mo Unos pocos yacimientos, super-gigantes hacen que Chile sea el mayor productor de cobre del mundo Clark, 1993 Metalogénesis de Chile Paleozoico Superior a Triásico El basamento en Chile está pobremente mineralizado, pero existe una faja de pórfidos Cu-Mo que se extiende hacia el sur en territorio Argentino. Ninguno de estos depósitos está en explotación, a pesar que varios han sido sondeados. Jurásico Dominio de depósitos de Cu Estratoligados Cu (Ag) Vetas Cu (magnetitaactinolita) Vetas Au y Ag Cretácico Inferior Dominio de depósitos de Cu Estratoligados Cu (Ag) Cu-Au óxidos Fe Pórfidos Cu-Mo (Au) Oxidos Fe-apatita Vetas Cu-Au Skarn Cu, Fe Cretácico Superior Vetas mesotermales a epitermales de Cu-Au Pórfidos Cu-Au Vetas Ag Paleoceno-Eoceno Inferior Pórfidos Cu-Mo Vetas epitermales Au y Ag Chimeneas de brecha con matriz de turmalina Cu (Au, W) Eoceno SuperiorOligoceno Inferior Pórfidos Cu-Mo Epitermales Au Es la faja de yacimientos más importante del norte de Chile y la mayor concentración de Cu conocida en el mindo. Mioceno-Plioceno Epitermales Au-Ag (Cu) Pórfidos Cu-Mo Pórfidos Au Migración de fajas metalogénicas ligadas a migración del arco magmático Paleoceno – Eoceno inf Jr K inf K sup Mioceno - Plio Eoceno – Olig inf
