UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL ESTADO DE HIDALGO INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA AREA ACADEMICA DE GEOLOGÍA AMBIENTAL
LICENCIATURA DE INGENIERÍA EN CIENCIAS DE LOS MATERIALES MATERIAL ES
APUNTES DE “GENESIS DE YACIMIENTOS YA CIMIENTOS MINERALES”
INDICE Página
UNIDAD I: INTRODUCCIÓN…………………………………………………...... 3 UNIDAD II MINERALO MINERALOGÍA GÍA…………………………… ………………………………………………………. …………………………... 10 II.1 MINERALOGÍA FISICA. CARACTERISTICAS FÍSICAS….... 10 II.2 MINERALOGÍA QUÍMICA………………………… QUÍMICA……………………………………..... …………..... 17 II.3 CRISTALOGRAFÍA CRISTALOGRAFÍA………………………… ……………………………………………… …………………… 22
UNIDAD III GENESIS DE LOS MINERALES…………………………………… MINERALES…………………………………… 23 III.1. PRINCIPIOS GEOQUÍMICOS Y CRISTALOQUÍMICOS DE LA CONCENTRACIÓN EN METALES…………………… METALES…………………………….. ……….. 23 III.2. FORMACIÓN DE LOS YACIMIENTOS METÁLICOS III.2.1 GENERALIDADES……………………………………………. GENERALIDADES……………………………………………. 30 30 III.2.2.- FORMACIÓN DE LOS YACIMIENTOS DE ORIGEN MAGMÁTICO…………………………… MAGMÁTICO…………………………………………………… …………………………..... …..... 33 III.3. LOS YACIMIENTOS YACIMIENTOS ME TASOMÁTICOS…………………… TASOMÁTICOS…………………… 38 III.4. YACIMIENTOS SUPERGENICOS III.4.1.
FORMACION
DE
LOS
YACIMIENTOS
POR
METEORIZACIÓN……………… METEORIZACIÓN…………………………………………………… …………………………………….. 44 III.4.2.
FORMACION
SEDIMENTARIA
DE
LOS
INDICE Página
UNIDAD I: INTRODUCCIÓN…………………………………………………...... 3 UNIDAD II MINERALO MINERALOGÍA GÍA…………………………… ………………………………………………………. …………………………... 10 II.1 MINERALOGÍA FISICA. CARACTERISTICAS FÍSICAS….... 10 II.2 MINERALOGÍA QUÍMICA………………………… QUÍMICA……………………………………..... …………..... 17 II.3 CRISTALOGRAFÍA CRISTALOGRAFÍA………………………… ……………………………………………… …………………… 22
UNIDAD III GENESIS DE LOS MINERALES…………………………………… MINERALES…………………………………… 23 III.1. PRINCIPIOS GEOQUÍMICOS Y CRISTALOQUÍMICOS DE LA CONCENTRACIÓN EN METALES…………………… METALES…………………………….. ……….. 23 III.2. FORMACIÓN DE LOS YACIMIENTOS METÁLICOS III.2.1 GENERALIDADES……………………………………………. GENERALIDADES……………………………………………. 30 30 III.2.2.- FORMACIÓN DE LOS YACIMIENTOS DE ORIGEN MAGMÁTICO…………………………… MAGMÁTICO…………………………………………………… …………………………..... …..... 33 III.3. LOS YACIMIENTOS YACIMIENTOS ME TASOMÁTICOS…………………… TASOMÁTICOS…………………… 38 III.4. YACIMIENTOS SUPERGENICOS III.4.1.
FORMACION
DE
LOS
YACIMIENTOS
POR
METEORIZACIÓN……………… METEORIZACIÓN…………………………………………………… …………………………………….. 44 III.4.2.
FORMACION
SEDIMENTARIA
DE
LOS
PRESENTACIÓN El objeto de esta asignatura en el mapa curricular de la licenciatura en Ingeniería en Ciencias de los Materiales es dar a conocer al estudiante cómo se formó un determinado depósito mineral con valor económico para situarlo en el contexto del origen de los materiales que usa un especialista en esta profesión.
UNIDAD I: INTRODUCCION 1.1. CONCEPTOS GENERALES 1.1.1. Definición de Mineral 1.1.2. Definición de Mineraloide 1.1.3. Definición de Roca 1.2. GRUPOS DE ROCAS 1.2.1. Ígneas 1.2.2. Sedimentarias 1.2.3. Metamórficas Un buen número de materias que usa un Ingeniero en Ciencias de los Materiales tiene un origen mineral. Pero ¿qué son los minerales? Por otro lado, la corteza sólida de nuestro planeta Tierra está compuesta de minerales, los cuales forman las rocas.
1.1. CONCEPTOS GENERALES
Las estructuras cristalinas consisten de un arreglo definido de los átomos de los elementos que forman los minerales. En contraste con moléculas químicas, que tienen tamaños definidos, las estructuras cristalinas no tienen límites de tamaño a pesar de que una estructura cristalina tiene una unidad básica de construcción llamada celda unitaria. En un cristal, puede haber cualquier número de celdas repitiéndose en cualquier dirección. Consecuentemente, los cristales de minerales pueden variar en tamaño (Existen cristales hasta de 10 metros). Es más, si uno ve a una celda unitaria en cualquier parte del cristal no será posible distinguirla de otras celdas unitarias. En una celda unitaria cada átomo de un elemento está rodeado por átomos de otros elementos. Los mineralogistas refieren que los minerales están formados por cationes (iones cargados positivamente de elementos tales como: Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, P, Ti, Cr, etc.) o por aniones (iones cargados negativamente de elementos tales como: O, S, Cl, F y aniones poliatómicos como: CO3 , anión carbonato; PO4 , anión fosfato; SO3, anión sulfato) Otros autores señalan que Mineral: es una fase homogénea que ocurre naturalmente; para algunas autoridades está restringida a fases inorgánicas cristalinas. Como dice otra definición: “Mineral es un elemento químico que se presenta en la naturaleza o un compuesto inorgánico formado como un producto de procesos inorgánicos, que tiene un arreglo ordenado de los átomos que lo constituyen”. Los minerales son los tabiques que construyen a las rocas de la Tierra. Otra definición, apropiada en nuestro caso, dice que “los minerales son los bloques de construcción que edifican y constituyen las materias primas de origen inorgánico que utiliza el hombre en la fabricación de objetos”.
Términos relacionados con Mineral son los siguientes: Mena: son aquellas rocas con contenido en metales, así como las mezclas de
minerales, de las cuales pueden extraerse metales o combinaciones de los mismos por procedimientos técnicos y con rendimiento económico. Ganga: son los minerales estériles que aparecen junto con los metálicos y que se
arrancan al mismo tiempo que estos. Son minerales no metálicos entremezclados con las menas minerales, o minerales que se desechan por inútiles.
Las menas minerales se clasifican en primarias (más antiguas de una secuencia) o también hipogénicas (formadas por soluciones ascendentes) y secundarias o supergénicas (productos de alteración de las primeras como resultado de lixiviación u otros procesos superficiales por la acción de las aguas superficiales descendentes) 1.1.1 Mineraloide: Un término usado para designar materiales que no son comúnmente considerados minerales por ser amorfos, por lo tanto excluidos de algunas definiciones. Por ejemplo Alófono, ópalo. Se forman en condiciones de presiones y temperaturas bajas, y son, por lo general, sustancias formadas durante el proceso de meteorización de los materiales de la corteza terrestre. Por ser amorfos, aparecen generalmente en masas mamilares, botroidales, estalactitas y análogos. 1.1.2 Roca. 1.- Estrictamente hablando, cualquier agregado o masa de materia mineral, ya sea o no coherente, constituyendo una parte esencial y
(tamaño de grano) y estructura (arreglo de las partículas) de una roca, un geólogo puede, por lo general, averiguar algo de su historia. Estudios de este tipo indican que algunas rocas se formaron por enfriamiento y solidificación de material fundido (denominadas rocas ígneas), otras fueron el resultado de la acumulación de sedimentos y precipitados químicos (rocas sedimentarias) y un tercer tipo tuvo un origen causado por la alteración de otras rocas preexistentes por el calor (temperatura), la presión y soluciones de fluidos percolantes (denominadas rocas metamórficas porque cambiaron su forma).
1.2 GRUPOS DE ROCAS 1.2.1. Rocas Ígneas:
cuando se calientan hasta alcanzar sus puntos de fusión. En el caso de las rocas, sin embargo, son mezclas de minerales. Cuando una roca se calienta, los minerales reaccionan entre ellos para formar otros minerales nuevos, y a una temperatura mayor llamada la temperatura de sólido empezará a fundir. El rango de temperaturas de sólidos típico para rocas fluctúa entre 650 a 1200 grados Celsius. Cuando una roca es calentada apenas sobre esta temperatura de sólidos, empieza a fundir. Si la temperatura de la roca está sólo unos pocos grados sobre la temperatura de sólidos de la roca, la cantidad de fusión producida será pequeña (sólo un pequeño por ciento del volumen de la roca). Es más, la fusión parcial producida será de una composición diferente que la roca de la que se está fundiendo. Conforme la temperatura de la roca aumente, la cantidad de fusión parcial presente se incrementará hasta que la roca esté totalmente fundida en su temperatura de líquido. Típicamente, el intervalo de temperatura entre la temperatura de sólido y la temperatura de líquido es de varios cientos de grados. Celsius. Aparte de que hay diferencia en la composición entre el líquido fundido y la roca de la cual fundió, también hay diferencia entre la densidad del líquido, que será generalmente menor, a la densidad de las rocas de las cuales está fundiendo parcialmente. Así, cuando se produce una mezcla parcial, la fusión flota con respecto a las rocas que lo rodean y tiende a elevarse de su fuente origen. Esta elevación por flotación de la mezcla parcial continuará hasta que la fusión alcance el nivel de flotación neutral, un punto donde la fuerza de ascensión flotante de la fusión es menor que el esfuerzo de las rocas que lo rodean, o hasta que la mezcla alcanza la superficie de la Tierra. En todos estos casos, el ascenso de la fusión resulta en que la fusión se mueve a una parte más fría de la Tierra que aquella en donde se produjo por fusión parcial. Consecuentemente, una vez que la mezcla se mueve lejos de su región de origen pasará en contacto con otras rocas más frías y empezará a perder calor, a enfriar y a cristalizar.
magma detiene su elevación por flotación en alguna profundidad de la Tierra, su razón de enfriamiento será relativamente lenta debido a que el calor sólo puede escapar del magma por conducción a través de las rocas que lo rodean. Dado que la conductividad termal de las rocas es pequeña (las rocas son buenos aislantes térmicos), la razón de enfriamiento de cuerpos de magmas en la profundidad de la Tierra es pequeña. Para un cuerpo de magma de unos 10 Km. de diámetro, la razón típica de enfriamiento deberá ser de 1-2 grados por cada mil años. Magma: Definición: Material de roca fundido que se presenta en la naturaleza, generado o formado dentro de la tierra y capaz de intrusionar y extrusionar, y del cual se forman las rocas ígneas por medio de procesos de solidificación u relativos. Puede o no puede contener sólidos suspendidos (tales como cristales y fragmentos de otras rocas) y/o fases gaseosas. Intrusión: 1.- el proceso de emplazamiento del magma en rocas pre-existentes. Este emplazamiento puede ser a muy grandes profundidades, lo que da origen a rocas ígneas plutónicas (de Plutón el díos griego de los infiernos y de los muertos, por extensión de las profundidades), o que se instalan cerca de la superficie formando diferentes estructuras como vetas, etc. Ejemplo de rocas producidas por intrusión: granito. Extrusión: es la emisión de lava relativamente viscosa a la superficie terrestre y las rocas así formadas reciben el nombre técnico de rocas extrusivas más comúnmente denominadas “Rocas Volcánicas” (de Vulcano, el dios romano del fuego) por haber salido a la superficie a través de un volcán como el Popocatepetl. También el nombre de rocas efusivas es sinónimo de rocas extrusivas. Extrusivas es el nombre genérico que se da a las rocas que salen a la superficie, pero algunas veces se hace distinción con Efusión que es la emisión de lava
Por ejemplo la arena de playa al cementarse recibe el nombre de arenisca, que es una roca sedimentaria. El tamaño de los clastos es utilizado para dar nombre a diferentes rocas sedimentarias. Así, la arenisca es una roca formada por partículas de de arena de 1/16 a 2 milímetros de diámetro. Un conglomerado es una roca formada por fragmentos de más de 2mm y una lutita está constituida por sedimentos finos que no pueden ser apreciados a simple vista. Las rocas sedimentarias de origen químico son aquellas formadas por la precipitación de material a partir de una solución. Un ejemplo son los depósitos de sal. Las rocas formadas por residuos o fragmentos orgánicos, como el carbón de piedra, o las calizas “arrecifales” (de arrecife), formadas con conchas de moluscos, corales y esponjas marinas.
1.2.3. Rocas Metamórficas: (Del griego Methos: más allá y morphe: forma, que quiere decir cambio de forma) Son las rocas que provienen de rocas pre-existentes por cambios mineralógicos, químicos y/o estructurales, esencialmente en un estado sólido, en respuesta a marcados cambios de temperatura, presión, esfuerzos cortantes, y ambiente químico. Dichos cambios alteran el equilibrio físico y químico de una unidad general, y se origina el cambio de forma por el esfuerzo para establecer un nuevo equilibrio. Éstos ocurren generalmente en la profundidad de la corteza. Cambios significativos pueden ocurrir en una roca a temperaturas no tan elevadas como las de fusión del magma, pero sometidas a calor y presión elevadas tales que la roca recristaliza. En el metamorfismo suceden varios cambios, como por ejemplo los constituyentes minerales de una roca son cambiados a otros que son más
que calientan a la roca adyacente y la modifican produciendo lo que se llama “metamorfismo de contacto”. También las rocas pueden cambiar de forma debido a aumentos de esfuerzo y de temperatura durante la formación de las montañas o por el movimiento de las placas tectónicas. Este proceso es llamado “metamorfismo regional”. El ejemplo de roca metamórfica más común y que tiene gran uso por sus características ornamentales es el mármol, que es una caliza metamorfizada. Otra roca metamórfica utilizada por el hombre durante mucho tiempo para la educación y recreación del hombre es la “pizarra”, pues ha servido para que nuestros bisabuelos escribieran sus trabajos en la escuela primaria a falta de las actuales libretas o como plancha para las mesas de billar por sus características de finura, tersura, resistencia, compactación y por separarse perfectamente a lo largo de planos paralelos, llamados planos de foliación.
UNIDAD II: MINERALOGÍA La mineralogía es el estudio y descripción de los minerales. Se divide en dos: Mineralogía Física y Mineralogía Química, dependiendo de las características físicas o químicas que se describan. MINERALOGÍA FÍSICA: Características Físicas 2.1. que dependen de la cohesión y la elasticidad 2.2. peso específico 2.3. que dependen de la luz
2.1 MINERALOGÍA FISICA CARACTERÍSTICAS FISICAS 2.1. Características que dependen de la cohesión y la elasticidad 2.1.1. Cohesión es la fuerza de atracción existente entre las moléculas de un solo cuerpo, con consecuencia de la cual ellas ofrecen resistencia a cualquier influencia tendiente a separarlos, como en el rompimiento de un cuerpo sólido o rayando su superficie. 2.1.2. Elasticidad es la fuerza que tiende a restaurar las moléculas de un cuerpo de regreso a su posición original, ya que han sido alteradas, como cuando el cuerpo ha sufrido cambios en forma o en volumen debido a presión. 2.1.3 Crucero es la tendencia de un mineral cristalizado a romperse en ciertas direcciones definidas, produciendo superficie más o menos tersas. Es obvio que esto indica un valor mínimo de la cohesión en la dirección de fácil fractura. Otras: Planos de deslizamiento, gemelación secundaria, partición, figuras de percusión, figuras de corrosión, formas de corrosión, dureza. Tabla 1. ESCALA DE DUREZA O ESCALA DE MOHS
Dureza Mineral Prueba Dureza Mineral Prueba 1 Talco Puede ser rayado 6 Ortoclasa Puede ser rayado con la uña con un cuchillo 2 Yeso Puede ser rayado 7 Cuarzo con la uña
sino solamente aquellos maclados (o gemelos) o que hayan sido sometidos a una presión apropiada. 2.1.6. Fractura es la manera cómo se rompe un mineral cuando no se exfolia o parte. • • • •
Concoidal, con superficie lisas suaves como la cara interior de una concha. Fibrosa o astillosa en astillas o fibras. Ganchuda con una superficie irregular, dentada con filos puntiagudos. Desigual o irregular.
2.1.7. Tenacidad es la resistencia que opone un mineral a ser roto, doblado, molido o desgarrado, flexible, seccionable con la navaja, pulverizable con el martillo, etc. 1. Frágil: un mineral que fácilmente se rompe o reduce a polvo (quebradizo) 2. Maleable: un mineral que puede ser conformado en hojas delgadas por percusión. 3. Séctil: Un mineral puede cortarse en virutas delgadas con un cuchillo 4. Dúctil: se aplica a los minerales que mecánicamente pueden ser trabajados en forma de hilo o alambre. 5. Flexible: puede ser doblado pero que no recupera su forma original una vez que termina la presión que lo deformaba 6. Elástico: un mineral que recobra su forma primitiva al cesar la fuerza que lo ha deformado.
2.2. Características que dependen del peso específico
4. Drusa. Una superficie mineral es una drusa cuando está cubierta por una capa de pequeños cristales. Esto sucede en las paredes de una veta. C) Cuando un mineral consta de grupos radiales o paralelos de cristales distintos 1. Columnar, individuos como columnas robustas 2. Hojoso, un agregado de muchas hojas aplastadas 3. Fibroso. En agregados fibrosos delgados, paralelos o radiales 4. Estrellado. Individuos radiales que forman grupos concéntricos o como estrellas. 5. Globular. Individuos radiales que forman grupos esféricos o semiesféricos. 6. Botrioidal. Cuando las formas globulares se agrupan como racimos de uvas (del griego botrio, racimo de uvas) 7. Reniforme. Individuos radiales terminados en masas redondas que parecen un riñón. 8. Mamilar. Grandes masas redondas que parecen mamas, formadas por individuos radiales. 9. Coloforma. Resulta con frecuencia difícil distinguir entre los agregados representados en los tres términos, y como resultado de ello el término coloforma ha sido propuesto para incluir las formas más o menos esféricas. D) Cuando un mineral está formado por escamas o laminillas: 1. Exfoliable. Cuando un mineral se separa fácilmente en placas u hojas 2. Micáceo. Parecido al exfoliable, pero el mineral puede desintegrarse en hojas pequeñísimas como en el caso de la mica. 3. Laminar o tabular cuando un mineral consta de individuos planos como placas superpuestos y adheridos unos a otros. 4. Plumoso formado por escamas finas con una estructura divergente o plumosa.
2.3. Características que dependen de la luz 2.3.1 Lustre o Brillo: El aspecto o apariencia general de la superficie de un mineral cuando se refleja la luz 1. Metálico 2. No metálico a. Vítreo b. Resinoso (Resina, ámbar) c. Nacarado: brillo irisado de la perla d. Graso parece estar cubierto por una capa de aceite. e. Sedoso f. Adamantino 3. Submetálico 2.3.2 Color: Cuando la luz blanca incide en la superficie de un mineral, parte se refleja y parte se refracta. Si la luz no sufre absorción, el mineral es incoloro. Al absorber ciertas longitudes de onda, reflejan otras que llegan al ojo, lo que resulta en color. Pleocroismo: diferentes colores dependiendo de la dirección cristalográfica Dicroísmo: si hay 2 direcciones Idiocromáticos: Un solo color Alocromáticos: minerales que exhiben varios colores. • • • •
2.3.2.2. Rayadura o Huella. El color del polvo fino de un mineral al ser frotado sobre porcelana recibe el nombre de rayadura o huella. Esta característica es única para cada mineral, a pesar de que cambien de color. 2.3.2.2. Juego de colores. La interferencia de la luz, bien en la superficie o en el
2.4 Características ópticas (VER BIBLIOGRAFÍA) 2.4.1 Generalidades. Naturaleza de la luz 2.4.2 Reflexión y refracción. 2.4.3 Reflexión total y ángulo crítico. 2.4.4 cristales isótropos y anisótropos. 2.4.5 luz polarizada 2.4.6 cristales uniaxiales 2.4.7 cristales biaxiales 2.4.8 dispersión 2.4.9 absorción y pleocroismo
2.5. Características que dependen de la electricidad y del magnetismo • • •
Conductores. Con enlace metálico como los minerales nativos semiconductores con enlace parcialmente metálico como los sulfuros no-conductores con enlace iónico o enlace covalente. En algunos minerales no cúbicos la conductividad varía con la orientación cristalográfica.
Piezoelectricidad aparece cuando se ejerce presión en los extremos de un eje polar de un mineral un flujo de electrones hacia un extremo produce una carga eléctrica negativa, mientras que una carga positiva se induce en el otro extremo. Piroelectricidad: Los cambios de temperatura en un cristal pueden producir el desarrollo simultáneo de cargas positivas y negativos en los extremos opuestos de un eje polar. Primaria o verdadera cuando el mineral tiene un solo eje polar
Tabla 2. RESUMEN DE PROPIEDADES FISICAS DE LOS MINERALES
Propiedades A)Hábitos
Términos 1) Cristales aislados Acicular Capilar y filiforme Hojoso 2) Cristales en Dentrítico grupo Reticulados Divergente o radial Drusa 3) grupos radiales o Columnar paralelos de Hojoso cristales distintos fibroso estrellado Globular Botrioidal Reniforme Mamilar Coloforma 4) formado por Exfoliable escamas o Micáceo Laminillas Laminar o tabular Plumoso 5) formado por granos grandes o pequeños
-----------------------------
Propiedades B) Exfoliación C) Partición D) Fractura
E) Dureza F)Tenacidad G) Peso Específico H) Brillo
I) Color
Términos
Concoidal Fibrosa o astillosa Ganchuda Desigual o irregular
Vítreo Resinoso Nacarado Graso Sedoso Adamantino Pleocroísmo Dicroísmo Idiocromáticos alocromáticos Huella o rayadura Juego de colores ---Opalescencia ---Irisación
II.2 MINERALOGÍA QUÍMICA Características químicas Enlaces químicos
Varias de las características químicas de los minerales dependen de los átomos de los elementos que los conforman. La unión entre ellos forma compuestos químicos. Como sabemos, los átomos están formados exteriormente por electrones, cuya deficiencia o exceso da origen a iones inestables que tienden a compensar dicha carga. Los iones se enlazan en forma diferente unos a otros, dando características diferentes a los compuestos que forman. Los enlaces químicos son, pues, las fuerzas que mantienen unidos los átomos de un compuesto, los iones y moléculas en un cristal, etc. Un criterio importante para prever el tipo de enlace que se forma entre 2 átomos es el conocimiento de su electronegatividad. La escala de elctronegatividad fue obtenida por Linus Pauling asignando a cada elemento un número (que sólo tiene valor relativo) obtenido de medidas de energía de determinados enlaces; este número representa el poder de un átomo en una molécula para atraer electrones. En los extremos de la escala están de una parte los metales alcalinos (poco electronegativos), y de la otra parte el oxígeno y todavía más el fluor (muy electronegativos). La electronegatividad de los elementos es correlativa a su posición en el sistema periódico.
enlace muy estable. Son enlaces covalentes los que presenta el carbono en el caso del Diamante. Si el enlace es entre dos átomos de diferente electronegatividad, entonces el par de electrones no estará perfectamente compartido entre los átomos, sino que tenderá a desplazarse hacia el más electronegativo, confiriendo al enlace un carácter parcialmente iónico. Enlace metálico: es el enlace que presentan los metales que les dan características físicas diferentes al enlace iónico y al enlace covalente. En otras palabras no siguen las leyes estequiométricas. Enlace de polarización o de Van der Waals: En condiciones convenientes de temperatura y presión los gases pueden ser licuados con mayor facilidad cuanto más polares sean sus moléculas. Esta polaridad resulta en una disposición asimétrica de los átomos, que es causa de formación de dipolos eléctricos, los cuales pueden operar entre sí dando lugar a fuerzas atractivas; este es el caso del agua, cuyas moléculas son muy polares. Para algunos gases, como el hidrógeno, cuyas moléculas son poco polares, la temperatura requerida para la licuación es muy inferior a la del agua; por un enfriamiento ulterior estos líquidos pueden solidificarse, originando sólidos cristalinos cuyas fuerzas de enlace entre las moléculas no pueden explicarse por ninguno de los otros enlaces descritos. En este caso se trata de moléculas que, bajo la apariencia de saturación de la valencia, son neutras y no podrán originar otros enlaces. Este tipo de enlace, que en muchos casos es bastante débil, puede explicarse por el hecho de que la configuración electrónica de un átomo o de una molécula es deformada y polarizada por el campo eléctrico que producen los corpúsculos presentes. Son las fuerzas de Van der Waals que causan la licuación y la solidificación de los gases nobles para los que sobre todo por la distribución electrónica estable y esférica, no
Tabla 4. - EJEMPLOS DE PROPIEDADES RELACIONADAS CON LOS TIPOS PRINCIPALES DE ENLACE QUÍMICO
Tipo de Enlace Propiedad Iónico Covalente Van der Metálico Waals (Electrostático) (Comparición de electrones) (Residual) Intensidad de Fuerte Muy fuerte Variable, Débil enlace generalmente moderado Mecánica Dureza, de Dureza grande; Dureza, de pequeña Cristales moderada a alta, frágil a moderada; blandos y según la distancia deslizamiento común algo plásticos interiónica y la alta plasticidad; carga; frágil séctil, dúctil, maleable Eléctrica Malos conductores Aislantes en Buenos conductores; Aislantes en en estado sólido; en estado sólido y conducción por ambos estado de fusión y fusión transporte estados, disolución, electrónico sólido y conducción por líquido transporte iónico Térmica p.f. moderado a alto, p.f. alto; bajo p.f. y coef. Variable; p.f. bajo; (p.f.=Punto de según la distancia coef.; átomos y átomos en fusión. coef. Alto; fusión, interiónica y la moléculas en moléculas Coef.= carga; bajo coef. fusión cristalinas coeficiente de líquidas en dilatación fusión térmica) Solubilidad Soluble en Solubilidades Insolubles, excepto Soluble en
Isomorfismo.- Los compuestos químicos que tienen una composición análoga y una forma cristalina íntimamente relacionada, se dice que son isomorfos. Ejemplos:
Grupo de la Aragonita CaCo3 Aragonita BaCO3 Witherita SrCO3 Estroncianita PbCO3 Cerusita
Grupo de la Barita CaSO4 Anhidrita BaSO4 Barita SrSO4 Celestina PbSO4 Anglesita
El isomorfismo, en el sentido más amplio en el que generalmente se usa la palabra, expresa la relación que existe entre una serie de sustancias de fórmulas químicas y estructuras cristalinas análogas = isomorfismo de volumen. El isomorfismo, empleado en sentido limitado, expresa la habilidad de sustancias cualitativamente diferentes par formarse juntas en un cristal mezclado. Ejem. Las plagioclasas. Mezclas Isomorfas: Es importante notar que los compuestos intermedios de una serie isomorfa, muestran con frecuencia una degradación de forma cristalina marcada. Variación en la composición de los minerales: Sustitución isomorfa y solución sólida. Muchos minerales presentan ligeras variaciones y ciertos otros, variaciones considerables de sus composiciones teóricas. Estas variaciones pueden generalmente explicarse por el principio de isomorfismo. Además, hay casos en los que un compuesto puede, en cierto sentido, disolver
En una reacción polimorfa “reconstructiva” el reajuste interno al ir de una forma a otra es externo. Lleva consigo la ruptura de enlaces atómicos y una reunión de las unidades estructurales en una distribución diferente. Este tipo de transformación requiere gran cantidad de energía, es no reversible y muy lento. Ejem. Tridimita a cuarzo bajo. Existe otro tipo de polimorfismo llamado transformación “ orden-desorden”. Generalmente se presenta en las aleaciones, pero también ocurren en los minerales. Una aleación de composición AB con 50% de A y 50% de B puede existir en varios estados de desorden, de los cuales hay dos condiciones extremas, uno completamente desordenado y otro perfectamente ordenado. Dimorfismo. Isodimorfismo. Un compuesto químico, que cristaliza en dos formas
genéticamente diferentes, se dices que es dimorfo; si en tres, trimorfo, o en general polimorfo. Ejem. De dimorfismo: la calcita (romboédrica del sistema hexagonal) y aragonita (ortorrómbica) Politipismo: Una variedad especial de polimorfismo, llamada politipismo, tiene
lugar cuando dos polimorfos difieren sólo en el apilamiento de láminas o capas idénticas de dos dimensiones. Como resultado, las dimensiones de la celda unitaria, paralelas a las láminas, serán idénticas en los dos politipos. Sin embargo, las dimensiones perpendiculares a las láminas o capas de apilamiento están relacionadas entre sí por números múltiplos o submúltiplos. Seudomorfismo. La existencia de un mineral con la forma cristalina externa de otra
especie mineral se denomina seudomorfismo. Si el cristal de un mineral dado se altera de forma que la estructura interna cambie, pero la forma externa prevalezca, se dice que se ha formado una seudomorfosis o falsa forma. La estructura y
Los minerales amorfos incluyen geles de minerales y vidrios, los mineraloides. Otro tipo de sólidos amorfos naturales son los minerales metamictos. Éstos se formaron originalmente como sólidos cristalinos, pero su estructura cristalina fue destruida por la radiación de elementos radiactivos. Como es lógico, por tratarse de sustancias amorfas, los minerales metamictos no difractan los rayos X y son ópticamente isótropos. Desmezcla: El término desmezcla se refiere al proceso, según el cual una solución sólida inicialmente homogénea se separa en dos (o posiblemente más) minerales cristalinos distintos sin la adición o eliminación de material al sistema; esto significa que ningún cambio tiene lugar en la composición global. La desmezcla, generalmente, aunque no necesariamente, tiene lugar como consecuencia de un enfriamiento. Son muy variadas las propiedades químicas de los minerales. Unos se disuelven fácilmente en el agua o en ácido calcita), otros resisten hasta los ácidos fuertes (cuarzo). La mayoría de los minerales se mantienen bien en el ambiente aéreo, aunque se conocen varias combinaciones naturales que se oxidan o se descomponen fácilmente bajo el efecto del oxígeno, del anhídrido carbónico y de la humedad del aire. Se sabe desde antaño que algunos minerales cambian gradualmente de coloración bajo el efecto de la luz. La estructura cristalina de las sustancias. Esta depende de: 1. el número de las unidades estructuras (átomos, iones, moléculas) mantenidas en el espacio en estado ordenado por las fuerzas electroestáticas;
UNIDAD III GENESIS DE LOS MINERALES • • • • • • • •
Conceptos geoquímicos El magma y sus productos Procesos metasomáticos Procesos supergénicos Depósitos sedimentarios. Metamorfismo Paragénesis mineralógica Hidrocarburos.
III.1. PRINCIPIOS GEOQUÍMICOS CONCENTRACIÓN EN METALES.
Y
CRISTALOQUÍMICOS
DE
LA
El tema de este capítulo es conocer los procesos de formación de los minerales metálicos en el transcurso de los diversos fenómenos mineralógico-geológicos. Estas cuestiones, sin embargo se comprenden con exactitud cuando se recurre a los resultados de la investigación geoquímica y cristaloquímica. La composición química de la litosfera y de la Tierra es como sigue: Tabla 5. Composición Química (en porciento)
Elemento Corteza O 46.60 Si 27.72 Al 8.13 Fe 5.00 Mg 2.09
Tierra 29.53 15.20 1.09 34.63 12.70
Tales elementos podíamos denominarlos ultradispersos y procedemos a su extracción de los minerales que los contienen únicamente en el caso de que posean un valor especial para los trabajos prácticos. Actualmente, suponemos que en cada metro cúbico de cualquier roca podríamos encontrar todos los elementos de la tabla de Mendeleev, si los métodos analíticos de que disponemos fueran lo suficiente precisos para descubrir su presencia. No hay que olvidar que, en la historia de la ciencia, los métodos nuevos tienen todavía más importancia que las nuevas teorías. Otros elementos (por ejemplo: el plomo, el hierro), por el contrario, durante su proceso constante de desplazamiento, experimentan una especie de paros y forman combinaciones capaces de acumularse con facilidad, de conservarse largo tiempo y originan, independientemente de los cambios complejos que se verifican en la corteza terrestre en el transcurso de su transformación geológica, grandes concentraciones y son perfectamente accesibles para su utilización industrial. La Geoquímica estudia las leyes de la distribución y migración de los elementos químicos no sólo en el conjunto de la Tierra y del Universo; los estudia en condiciones geológicas definidas en regiones determinadas del país, del estado, etc., marcando al mismo tiempo el camino a seguir para la búsqueda y exploración de yacimientos minerales. Basándose en ciertas leyes generales, la Geoquímica trata de mostrar dónde puede existir cualquier elemento químico, dónde y en qué condiciones pueden esperarse acumulaciones de los mismos, por ejemplo, de vanadio o de wolframio; ¿qué metales pueden, “de buen grado”, encontrarse juntos?, por ejemplo, el bario
sus acciones, así como también predecirse su conducta en diferentes circunstancias. El comportamiento de cada uno de los elementos depende de la carga y radio de sus iones. Estas magnitudes condicionan en qué fase de la disociación de la materia y en qué compañía se separa cada elemento, y en cierto modo, determinan de antemano, su acción dentro del ciclo geológico. La disociación primitiva del globo terráqueo ocasionó su división en cuatro zonas concéntricas principales: el núcleo de hierro, la capa intermedia de óxidos y sulfuros, la litosfera silicatada y, en la parte de fuera, la atmósfera. La separación de las tres primeras unidades ha sido comparada con la metalúrgica, es decir, con a) la mata, b) la parte mixta impura y c) la escoria. Los elementos que se han acumulado preferentemente en el núcleo de fierro se llaman siderófilos. Como son el Fe, Ni, Co y Pt. En la capa de óxidos y sulfuros se hallan principalmente los elementos calcófilos S, Se, Te, Cu, Zn, Pb, As, Sb, Mo, Bi y otros. En la capa pétrea aparecen los elementos litófilos, como O, Si, Ti, Zr, Ce, F, Na, K, Li, Mg, Ca, Cr. En la atmósfera encontramos los elementos atmófilos O, N, C, H, Ar, Ne, He. (Ver adelante Tabla Periódica). La disociación no es en ninguna manera absoluta –de otra forma no llegaríamos a ver los elementos siderófilos o calcófilos. Algunos elementos pueden estar presentes en dos o tres esferas. Estas propiedades geoquímicas de los elementos se expresan con claridad en la curva de volúmenes de los elementos. Los elementos siderófilos se encuentran en los mínimos de esta curva, los calcófilos en las ramas ascendentes, los atmófilos,
los silicatos de hojas, como la mica y la clorita. En último lugar se forman los silicatos en redes tridimensionales o de estructura en andamiaje, en los que cada vértice del tetraedro está unido a otro inmediato, de donde se sigue la fórmula SiO2. Es la estructura fundamental del cuarzo y los feldespatos. Esta sucesión nos muestra el continuo consumo de oxígeno en la mezcla de magmas fundidos, de forma que las estructuras silicatadas más tardías e hacen cada vez más pobres en O en relación con la cantidad de Si. Las separaciones iniciales poseen, pues, en sus grupos SiO4 y SiO3, la máxima carga negativa sobrante. Por eso van ligados a ellos los cationes positivos más fuertes, o sea, los iones bivalentes más pequeños del grupo del Mg. A las categorías posteriores se unen los iones de Ca, mayores, y finalmente los iones alcalinos monovalentes. Así se explica la sucesión de separación de los silicatos que se indica a continuación: Olivino (Ortosilicatos) Piroxenos de Mg Piroxenos de Mg-Ca Anfíboles Mica Biotita
Plagioclasa cálcica Plagioclasa calcoalcalina Plagioclasa alcalicálcica Plagioclasa alcalina
1923. Con todo esto el hafnio es, por término medio, tan frecuente en la corteza terrestre como el plomo y más que el arsénico y el cobalto. Sin embargo, los últimos aparecen en las disoluciones residuales hidrotermales y, por esa razón, llaman más la atención. Lo más esencial de la mezcla isomorfa es, por consiguiente: Elementos cuyos radios iónicos sean análogos o iguales a los de los elementos más frecuentes en los minerales constituyentes de las rocas de la cristalización principal, permanecen enmascarados dentro de los productos de dicha cristalización. Pero aquellos elementos que tienen radios iónicos extraordinariamente grandes, (como el U, Th, Cs) o desusadamente pequeños (como el Li, Be, B) no pueden hallar refugio isomorfo, o sólo lo encuentran muy difícilmente, y deben formar sus propias redes minerales durante la cristalización residual. Por esta razón encontramos dichos elementos acumulados en las pegmatitas. Cuando se trata de otros elementos, en su separación de la cristalización principal interviene la volatilidad de sus combinaciones, o una especial afinidad con el azufre. Este “refugiarse” de los metales en las redes cristalinas de los minerales constituyentes de las rocas, o también, y a la inversa, su permanencia fuera de dichos minerales, determina la existencia de yacimientos en algunas provincias petrográficas. Por ejemplo, el Mg aprisiona al níquel. Por consiguiente, el Ni aparece disperso de un modo que no permite su explotación en las rocas ricas en Mg y sólo se concentra hasta formar yacimientos allí donde encuentra azufre o arsénico para constituir minerales propios. La dispersión es el resultado de la interacción de procesos que pueden ser ampliamente clasificados en dos grupos: mecánicos y químicos. La dispersión puede ser el efecto de agentes exclusivamente mecánicos, como por ejemplo la
Al menos dos fases deben estar presentes cada vez que nuevos minerales se forman, una fase móvil, generalmente fluida y otra fase inmóvil, cristalina. En la cristalización de un yacimiento hipogénico, la fase móvil es el magma. En el ambiente superficial, la fase móvil es la solución acuosa en la que los productos solubles de la meteorización de minerales primarios están disueltos y llevados lejos. Presión, temperatura, y la disponibilidad de los más abundantes elementos químicos son los parámetros del ambiente geoquímico que determina qué fases minerales son estables en cualquier punto. Basados en estas variables, es posible clasificar todos los ambientes naturales en dos grandes grupos: primarios y secundarios. El ambiente primario se extiende hacia la profundidad del nivel más bajo de las aguas meteóricas circulantes hasta el nivel más profundo en el que se pueden formar las rocas. Es un ambiente de alta temperatura y presión, circulación restringida de fluidos y relativamente bajo contenido de oxígeno libre. El ambiente secundario es el ambiente de meteorización, erosión y sedimentación en la superficie de la Tierra. Está caracterizado por bajas temperaturas, baja presión muy cercanamente constante, movimiento libre de soluciones y abundante oxígeno libre, agua y CO2.
Tabla 6: CLASIFICACIÓN GEOQUÍMICA DE LOS ELEMENTOS EN RELACIÓN CON LA T ABLA PERIÓDICA
H Li
Amófilo: N
Calófilo: Zn*
Litófilo: Na
Siderófilo: Fe#
Be
B
C
Na Mg
Al
Si
K
Ca
Sc
Ti
V
Rb
Sr
Y
Zr
Nb Mo#
Cs
Ba La-Lu
Hf
Ta
Th
Cr
W
Mn
He N
O
F
Ne
P#
S*
Cl
A
Fe# Co#
Ni#
Cu*
Zn*
Ga* Ge#
As*
Se*
Br
Kr
Ru#
Rh#
Pd#
Ag*
Cd*
In*
Sn#
Sb*
Te*
I
Xe
Re# Os#
Ir#
Pt#
Au#
Hg*
Tl*
Pb*
Bi*
U
29
III.2. FORMACIÓN DE LOS YACIMIENTOS METÁLICOS. III.2.1 GENERALIDADES Las menas minerales se clasifican en primarias o hipogénicas y secundarias o supergénicas. Las primeras fueron depositadas durante el periodo primitivo o periodos de metalización, las segundas son resultado de lixiviación u otros procesos superficiales por la acción de las aguas descendentes. Hipogénico indica formación por soluciones ascendentes. Todos los minerales hipogénicos son necesariamente primarios, pero no todos los minerales primarios son necesariamente hipogénicos. Un yacimiento hipogénico está formado por un agregado de minerales y ganga. La notación de “Mena” se aplica solo a aquel yacimiento del cual pueden extraerse provechosamente uno o más metales. Por lo tanto, la materia debe ser fácil de beneficiar, lo cual hace que tenga una importancia económica lo mismo que geológica. La cuestión del beneficio depende de la cantidad y precio del metal, y también del costo de extracción, tratamiento, transporte y venta del producto. Nuevos procedimientos pueden transformar las materias inútiles en materias de valor. Lo que constituye una mena puede depender también de la ganga o de los constituyentes menores. Ciertos minerales sólo pueden ser explotados beneficiosamente por su contenido metálico si puede utilizarse una parte de la ganga. La presencia de pequeñas partes de bismuto, cadmio o arsénico puede hacer perder el valor a los depósitos de plomo, zinc o cobre valiosos por sí mismos. El contenido metálico de una mena se llama tenor, que generalmente se
proporcionar información concreta sobre la temperatura, presión o carácter químico de los agentes mineralizadores, lo cual ayuda de este modo a desentrañar el origen de los depósitos q ue los contienen. Modos de formación:
La formación de un mineral indica generalmente un cambio desde un estado disperso a un estado sólido. Como la mayor parte de los minerales han sido precipitados de soluciones líquidas o gaseosas, la temperatura y la presión desempeñan papeles de importancia. Los modos de formación son los siguientes: 1. Cristalización a partir de magmas 2. Sublimación 3. Destilación 4. Evaporación y supersaturación 5. Reacción de gases con otros gases, líquidos o sólidos. 6. Reacción de los líquidos con líquidos y sólidos. 7. Precipitación por bacterias 8. Desmezcla de soluciones sólidas 9. Deposiciones coloidales 10. Procesos de meteorización 11. Metamorfismo En su mayoría los minerales son estables en las condiciones que se crearon, pero se hacen inestables si cambia este ambiente. Esta sensibilidad a las condiciones de formación o de medio ambiente se utiliza para interpretar la historia de los depósitos minerales que los contienen. Es el índice de metamorfismo progresivo o retrógrado, de la temperatura alta o baja de
Así las valiosas materias de la mayoría de los depósitos minerales, tanto hipogénicos como supergénicos, proceden directa o indirectamente de los magmas. Los magmas son masas de materia en fusión situadas dentro de la corteza terrestre, a partir de las cuales cristalizan las rocas ígneas. Según Larsen, la temperatura de los magmas oscila entre 60º C para los de composición riolítica y 1200º C para los de basalto. Su composición es tan variable como la multitud de rocas a que dan origen. Los volátiles que acompañan al magma desempeñan un importante papel, por cuanto disminuyen la viscosidad, hacen descender el punto de fusión, reúnen y transportan metales y determinan la formación de depósitos minerales. Los magmas son fenómenos temporales dentro de la corteza terrestre. Se forman en depósitos o bolsas de magma en las zonas de tensión de las placas continentales, son empujados hacia arriba y luego se consolidan. La fusión es local. Hay otras explicaciones para la fusión, pero la más aceptada en la actualidad es la anterior. Puesto que los magmas son soluciones y soluciones acuosas, la cristalización de los depende de su solubilidad en el resto del temperatura del magma descienda por bajo saturación de aquellos.
obedecen a las leyes de las minerales constituyentes, que magma, empezará cuando la de los puntos individuales de
La observación ha puesto de manifiesto que volcanes próximos entre sí emanan lavas diferentes, y que incluso un mismo volcán puede dar efusiones sucesivas de lavas diferentes. Del mismo modo, rocas formando una sola masa intrusiva; pueden ser diferentes. Por ejemplo el borde puede diferir del centro.
III.2.2.- FORMACIÓN DE LOS YACIMIENTOS DE ORIGEN MAGMÁTICO. Los yacimientos metálicos son concentraciones en la corteza terrestre por encima de la media normal. Estas concentraciones se forman en el transcurso de la evolución geológica durante la constitución y destrucción de las rocas. La finalidad científica de la metalogenia es aclarar las causas de las concentraciones en metales, y su objetivo práctico, predecir en lo posible los lugares donde se ha producido dicha concentración. Los procesos principales que intervienen en la formación y transformación de las rocas son: los fenómenos magmáticos, la meteorización, la sedimentación y el metamorfismo. La formación magmática de las menas debe considerarse como primaria. Comprende todos los procesos, desde segregación inicial y directa de las menas a partir de una masa fundida básica hasta la decantación de minerales en soluciones acuosas residuales procedentes de lugares alejados y mezcladas ya con las aguas subterráneas próximas a la superficie; dichas soluciones se separaron durante las últimas fases de la solidificación de un foco granítico profundo. De una masa fundida primitiva de composición alta en Fe y Mg, se separan paulatinamente por decantación los componentes básicos, para ir paulatinamente haciéndose más silícicas. (Alto contenido de SiO 2). Este proceso se refleja en los minerales y las rocas formadas:
Periodo Proceso de cristalización Roca magmático Más antiguo Primario Gabro
Depósito de Segregación
Etapas de Cristalización de los Magmas. Una vez que empieza a formarse magma en las profundidades de la corteza terrestre y empezar éste a moverse en busca de salida, empieza enfriarse y los primeros minerales de punto de fusión alto, empiezan a cristalizarse. Durante la cristalización principal se separa de la masa una parte tan grande de los componentes sólidos, que los volátiles se concentran cada vez más. El líquido “pegmatítico” encierra ya una extraordinaria cantidad de agua. Como la segregación de los componentes silicatados sólidos prosigue también durante la fase pegmatítica, la porción permanente de componentes volátiles, que quedan liberados por esta razón se hace tan grande que llega a su ebullición. Hay, pues, un aumento de la tensión interna al disminuir la temperatura. En la fase en la que del magma ya solidificado en su mayor parte se desprenden vapores o, si la presión externa es elevada, con disoluciones fluidas hipercríticas, recibe el nombre de fase neumatolítica. Tan solo al continuar el enfriamiento se condensan los vapores y se forman disoluciones acuosas fuertemente mineralizadas, muy calientes, que más tarde se enfrían. Esta es la fase hidrotermal. Hay que señalar que los metales van unidos preferentemente a los componentes volátiles.
Se llama filtración por presión a la inyección de líquidos residuales, que se volatilizan con facilidad a través de una trama de cristales. Según A. M. Bateman, se distinguen las siguientes fases en la formación magmática de los yacimientos: Magmática Primaria
Magmática secundaria
Separación primaria por diseminación Separación primaria y diferenciación por gravedad Separación tardía de largas fracciones de magma líquido y descenso de las mismas por gravedad Inyección de la fracción de líquido residual en la roca adyacente.
La formación pegmatítica de los yacimientos La palabra “pegmatita” se refiere a una roca ígnea de grano excepcionalmente grueso. (Ver definición completa en el Vocabulario, al final de estos apuntes). Los líquidos pegmatíticos son muy ricos en componentes de fácil volatilización. Esto queda demostrado por la, con frecuencia abundante, aparición de mica hidratada que puede llegar a enriquecerse hasta formar lentejones tabulares de gran tamaño, explotables, dentro de los filones de pegmatitas. Los yacimientos metálicos de origen pegmatítico son relativamente raros en comparación con los restantes yacimientos del ciclo magmático. Las pegmatitas poseen mayor importancia, bajo un aspecto económico, para determinados minerales no metálicos (mica, feldespatos, etc.)
La temperatura de las fumarolas alcanza, como máximo, los 650º C. En los lugares por donde salen los gases se precipitan diferentes minerales característicos, como por ejem. S, Te, B 2O3, NaCl, NH4Cl, etc. Las cantidades de gas expulsadas por los volcanes son muy importantes. No obstante, las exhalaciones gaseosas de los volcanes y la formación de minerales ligadas a ellas no se pueden comparar directamente con los yacimientos originados por la desgasificación de los magmas, a los que llamamos neumatolíticos. Mientras que la formación de minerales a partir de los gases volcánicos se realiza en la superficie terrestre, bajo una presión exterior de una atmósfera, la neumatolisis, por el contrario, se verifica en el ámbito de focos de rocas profundas, donde la desgasificación del magma es retardada por la elevada presión y los componentes volátiles dispersos se hallan en la mayoría de los casos en estado crítico. Entre la formación neumatolítica e hidrotermal a elevada temperatura de depósitos de minerales metálicos existe una transición que tiene lugar cuando los vapores magmáticos empiezan a condensarse. Esta conjunción de diferentes procesos caracteriza los yacimientos de contacto, es decir, aquellos depósitos de minerales metálicos que se hallan próximos al contacto de una roca consolidada. A las formaciones típicas de la neumatolisis de contacto pertenecen las rocas llamadas skarn, es decir, rocas silicatadas cálcicas que, como producto de transformación de la caliza y dolomita, aparecen conjuntamente con los minerales de contacto. Este es el origen del mineral llamado wollastonita. La formación de los yacimientos neumatolíticos es debida a la gran capacidad de reacción de los gases comprimidos y soluciones fluidas de elevada
mayor distancia aún. Los manantiales calientes (fuentes termales) de las regiones volcánicas son también un ejemplo actual de lo dicho. Antiguamente se pensaba que toda el agua de las fuentes termales era de origen magmático, o sea, “juvenil” (aguas que llegan por primera vez a la superficie terrestre). Esto no es cierto, se trata de una mezcla de las aguas juveniles ascendentes con las aguas freáticas descendentes. Las termas volcánicas contienen, muy diluidas, aquellas sustancias cuya existencia teórica hemos supuesto entre los componentes muy volátiles del magma. Por consiguiente, si transcurre mucho tiempo pueden formarse depósitos de minerales metálicos incluso a partir de soluciones muy diluidas. Una teoría sobre el reemplazamiento o metasomatosis alcalina en las cercanías de las rocas intrusivas dice que las disoluciones minerales deben haber sido líquidos alcalinos. Las causas que conducen a la precipitación de minerales en disolución son variadas: 1. El enfriamiento de la disolución 2. La evaporación del medio disolvente. 3. La pérdida de alguno de los componentes que actúan como disolvente, por ejemplo, el ácido carbónico. 4. Por el encuentro de dos disoluciones que reaccionan entre sí. Para la separación de minerales metálicos resulta de especial importancia la reacción de las disoluciones termales con cuerpos sólidos. 5. La reducción de las sales metálicas por las sustancias bituminosas. Las rocas carbonatadas, es decir, calizas y dolomías, ejercen un influjo extraordinario y corroborado por innumerables ejemplos sobre las disoluciones de minerales metálicos. Son más fácilmente solubles que las rocas silicatadas.
Aberturas en las rocas: El desplazamiento de las soluciones hidrotermales desde su origen hasta el lugar de deposición depende en gran manera de las aberturas que se hallen disponibles en las rocas. La deposición de grandes masas de minerales extraños implica la necesidad de una continua provisión de materia nueva, y esto significa que deben existir conductos de tránsito. Las aberturas tienen que estar interconectadas. Son fundamentales para la formación de depósitos epigenéticos. Los diferentes tipos de aberturas en las rocas que pueden servir de receptáculo pueden clasificarse del modo siguiente: Cavidades primitivas 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Espacios porosos, Retículos cristalinos, Vesículas o burbujas de aire Conductos de expulsión de lavas Grietas de enfriamiento Planos de estratificación
Cavidades provocadas 1. 2. 3. 4.
Fisuras, con fallas o sin ellas Chimeneas volcánicas, Cuevas de solución, como las cavernas o grutas, Otras.
III.3. LOS YACIMIENTOS METASOMÁTICOS. Los yacimientos metasomáticos se originan, pues, por transformación química y sustitución de la roca de caja. Cuando las disoluciones minerales están muy
Para la localización de yacimientos metasomáticos son además decisivos los horizontes de rocas impermeables, que estancan las disoluciones ascendentes. Este efecto se denomina límite de permeabilidad de los yacimientos metasomáticos. La forma de los yacimientos metasomáticos está condicionada a la gradual “penetración” de las disoluciones minerales en la roca encajonante.
Los yacimientos de impregnación Cuando las disoluciones minerales no originan ninguna sustitución esencial de la roca de caja, sino que solamente depositan su contenido mineral en los poros y límites de los granos, se forman yacimientos de impregnación. Es cierto que esto no ocurre sin que exista algo de sustitución. La forma de los yacimientos de impregnación es habitualmente poliédrica, por lo que la posición de las grietas que aportan las disoluciones y la aptitud de las capas porosas también desempeñan aquí un determinado papel.
Los yacimientos filonianos Los filones metálicos (vetas) son grietas rellenas por procesos neumatolíticos o hidrotermales. Así como para la formación de los yacimientos metasomáticos son decisivas las características químicas de la roca de caja, para los yacimientos filonianos lo son las mecánicas. Las rocas quebradizas son más propensas a rellenarse. En la mayor parte de los casos, los filones rellenan grietas tectónicas, por eso en determinadas regiones son a menudo paralelos. Algunas veces, las grietas filonianas son fallas o dislocaciones. Más adecuadas que las grietas de dislocación son las de tensión, ya que quedaron abiertas. Los filones transversales a la estratificación de la roca de caja se llaman
En los distritos mineros del tipo filoniano, los puntos más ricos en mineral son, sobre todo, las intersecciónes de los filones, porque la fuerte perturbación de la roca de caja en los mismos ofreció mejor camino a las disoluciones hidrotermales como también porque las menas sulfurosas del filón más antiguo actuaron sobre las disoluciones del más joven originando su precipitación. Incluso vetas no explotables, casi estériles, pueden resultar lo contrario en puntos de intersección. Análogamente a la intersección mutua de filones, en los yacimientos metasomáticos puede decirse lo mismo de los puntos de encuentro de las grietas conductoras de minerales con las superficies de capas especialmente favorables para la mineralización; aunque a veces las zonas de concentración aparecen también sin regla fija.
Cambios de origen hidrotermal en la roca de caja Hasta aquí se ha tratado principalmente del efecto de la roca encajonante sobre las disoluciones minerales. Pero, a la inversa las disoluciones también actúan sobre la roca de caja y producen cambios muy característicos en ella. Las diversas transformaciones típicas de la roca de caja, que acompañan a los yacimientos metálicos y que comprenden zonas más amplias que las de mineralización, brindan normalmente indicaciones muy importantes sobre las posibilidades de una región a investigar. Casi todas las modificaciones van unidas a la aportación de ácido silícico, mica sericita, sulfuros de hierro o a la trasformación de los silicatos existentes en clorita o caolín. Según eso, las rocas de caja de yacimientos hidrotermales y neumatolíticos son habitualmente descompuestas, de colores pálidos o verdosos.
Los hechos naturales observados, que abogan por el origen termal alto de un mineral son: yacimientos en las proximidades del núcleo magmático original y separación temprana.
Temperatura Yacimientos Altas Neumatolítico Hidrotermal intermedia frías
Minerales Casiterita, wolframita Bismutina, mispiquel Pirrotina, calcopirita Blendas claras, galena, siderita
Resulta posible realizar determinaciones de temperatura más exactas considerando los puntos de transformación de diversas modificaciones, o aquellos a que tienen lugar fenómenos de mezcla. Todos estos “termómetros geológicos” tampoco funcionan de un modo acorde en todas las circunstancias. Un ejemplo más claro de la temperatura de formación son las inclusiones líquidas atrapadas (que parecen un nivel de albañil), en algunos minerales, que ocupan menor espacio a temperatura ambiente, pero cuando se les calienta ocupan todo el espacio, siendo la temperatura alcanzada aquella a la que se formaron. Las fases de formación de los minerales metálicos se han valorado como sigue: Pegmatítica Neumatolítica Hidrotermal alta Hidrotermal media
600 – 500º C 500 – 400º C 400 – 300º C 300 – 200º C
Las diferencias primarias de profundidad Es un hecho experimental conocido de antiguo que los yacimientos sufren una variación de su contenido mineral o se esterilizan a medida que aumenta la profundidad. Estas variaciones en profundidad son una consecuencia de la entrada en la zona de temperaturas de formación más elevadas, o sea, de la aproximación al foco u origen de los magmas. Se les denomina diferencias de profundidad primarias. Hay que señalar que algunas especies minerales poseen una estabilidad permanente incluso a gran profundidad y otras no.
La distribución en zonas Las mismas variaciones del contenido en metal, que aparecen conforme aumenta la profundidad, se observa también lateralmente con la aproximación al macizo de rocas profundas que ha ocasionado la mineralización. Esto se denomina distribución en zonas.
Yacimientos plutónicos y subvolcánicos y yacimientos de exhalación submarina. No todos los yacimientos de origen magmático proceden de masas intrusivas profundas (plutones), sino que una parte guarda estrecha relación con las masas fundidas del volcanismo de superficie (volcanes). Hay algunos yacimientos que no están relacionados con las lavas, sino que están un poco más profundos y se denominan subvolcánicos. Lo esencial de estos yacimientos es que las disoluciones se separaron a profundidades más reducidas, pero, sobre todo, que llegaron juntamente con las masas fundidas muy calientes a las inmediaciones de la superficie terrestre, depositando allí su contenido.
encontramos los yacimientos metálicos de origen magmático primario localizados en la base de las masas intrusivas, mientras que los yacimientos neumatolíticos e hidrotermales aparecen en el techo de los cuerpos intrusivos. La superficie exterior de las grandes masas de rocas profundas (batolitos) no es llana, muestra casi siempre abovedamientos o cúpulas donde se alojan los volátiles, mientras que en el centro de los mismos no hay minerales. Así se ha descrito una zonación espacial: a) techo, b) la capucha o parte superior fría del intrusivo, c) el núcleo, con minerales estériles y d) una línea muerta, por debajo de la cual rara vez se forman depósitos de importancia económica. La distribución zonada de los minerales se resume en que menas minerales formadas a temperaturas elevadas, se hallan inmediatas a la fuente magmática, mientras que los de temperatura de formación baja se localizan en zonas más distantes.
Termómetros geológicos Como ya se dijo, los minerales que suministran datos sobre la temperatura de su formación y de los depósitos que los encierran se denominan termómetros geológicos. Tienen importancia científica y práctica para comprender adecuadamente el origen de los depósitos minerales y la clasificación de los mismos: Esta información ha sido obtenida por observación directa, por experimentos de laboratorio y mediante repetidas observaciones de la asociación de ciertos minerales con otros diagnosticados previamente.
1. Mediciones directas.- La medición de las temperaturas de las lavas, fumarolas y manantiales calientes proporciona la temperatura máxima de formación para los minerales contenidos en los mismos. Así, por ejemplo, las menas minerales pirogénicas, como la cromita, se forman en la consolidación del magma.
5. Desmezcla.- Los minerales que forman soluciones sólidas naturales y que se separan de sus mezclas a determinadas temperaturas inferiores dando interformaciones minerales distintas, sirven también de termómetros geológicos, pues indican una temperatura de formación por encima de la cual tiene lugar la desmezcla. 6. Recristalización.- Este cambio es algo parecido a la inversión y desmezcla, pero se aplica de un modo más específico a los metales nativos. Por ejemplo, el cobre nativo experimenta una acusada recristalización a unos 450º C. 7. Inclusiones líquidas.- Localizadas en cavidades de los cristales indican la temperatura aproximada de formación de los cristales mediante el volumen de contracción del líquido, suponiendo que éste llenaba originariamente la cavidad. 8. Cambios de propiedades físicas.- Algunos minerales experimentan, a ciertas temperaturas, cambios visibles en algunas propiedades físicas. Los halos pleocroicos de la mica quedan destruidos a 480º C, el cuarzo ahumado y la amatista pierden color entre 240º y 260º C. 9. Paragénesis.- La repetida asociación de ciertos minerales en depósitos que contienen uno o más termómetros geológicos hace posible clasificarlos, en líneas generales, como minerales de alta, media o baja temperatura. Existen muchos termómetros geológicos clasificados así por deducción. Uno solo de estos minerales no basta para el diagnóstico, pero una asociación de dos o más minerales puede tener el mismo valor que un termómetro geológico claramente conocido. 10. Algunos ejemplos comunes son:
calienta hasta que decrepita, dando con ello la temperatura máxima de formación.
III.4. YACIMIENTOS SUPERGENICOS Una vez en la superficie terrestre o cerca de ella, las rocas como los yacimientos minerales de origen primario sufren las consecuencias del cambio de condiciones (temperatura y presión) y empiezan a sufrir modificaciones de adaptación. Aquí suceden varios procesos de formación de yacimientos minerales: a) por meteorización, b) por sedimentación, c) por evaporación.
III.4.1. FORMACION DE LOS YACIMIENTOS POR METEORIZACIÓN La meteorización es una complicada operación que implica varios procesos distintos, tales como desintegración, oxidación, hidratación, reacciones de soluciones y gases con otras soluciones, gases y sólidos, y evaporación. Estos procesos pueden actuar individual o conjuntamente. La meteorización se subdivide en mecánica y química y usualmente actúan ambas juntas. 1. La mecánica tiene importancia en la formación de valiosos depósitos superficiales, pero no crea minerales útiles, simplemente libera y concentra los ya formados; facilita la meteorización química reduciendo el volumen de los materiales, creando así más superficie específica disponible para el ataque. 2. La meteorización química crea minerales útiles, actuando sobre a)
meteorización química pueden considerarse algunos depósitos de bauxita (Al2O3). Según su forma, los yacimientos de meteorización constituyen capas, costras o bolsas limitadas irregularmente sobre antiguas superficies. Los cambios de metales que tienen lugar a partir de la superficie terrestre (cambios descendentes) y se ha señalado un principio que los yacimientos de meteorización deben empobrecerse rápidamente con la profundidad. Oxidación y enriquecimiento supergénico. Cuando un yacimiento mineral queda expuesto por la erosión, es meteorizado junto con las rocas que lo encierran. Las aguas superficiales oxidan muchos minerales metálicos, produciendo disolventes que disuelven a su vez a otros minerales. Así el yacimiento queda oxidado y desprovisto de muchos de sus materiales valiosos hasta el nivel de la capa de aguas freáticas. Cuando las soluciones disolventes, frías y diluidas, se filtran hacia abajo pueden perder una parte o la totalidad de su contenido metálico en la zona de oxidación y dar origen a depósitos de mineral oxidado, que constituyen un tipo muy corriente, fácilmente accesible a la explotación. Si las soluciones que se filtran penetran en la capa de aguas freáticas, su contenido metálico puede precipitarse en forma de sulfuros secundarios y dar origen a una zona de enriquecimiento secundario o enriquecimiento sulfuroso supergénico.
III.4.2. FORMACION SEDIMENTARIA DE LOS YACIMIENTOS Como continuación del proceso de meteorización, se tiene que los productos que son arrastrados de su origen por corrientes fluviales van a dar origen a yacimientos sedimentarios (sedimentos) igualmente de origen mecánico y
la velocidad de la corriente. Finalmente, las arcillas se depositan al cesar casi por completo el movimiento, y esto sucede en cuencas cerradas como un lago. Un ejemplo de depósito mineral sedimentario de suspensión es la arcilla blanca o caolín de Georgia, U.S.A.
Deposición.- Los materiales que forman las capas sedimentarias de importancia económica pueden ser depositadas mecánica, química o bioquímicamente. El modo de deposición depende de la naturaleza del disolvente y del lugar de deposición, como, por ejemplo, si es en el mar o en una cuenca pantanosa. 1) Depósitos de origen mecánico son los placeres aluviales, como los de oro, que son frecuentes. Se originan de los afloramientos minerales situados aguas arriba y se forman en los ríos y arroyos. Debido al continuo movimiento de la arena y grava arrastrada por el agua, los granos pesados se desplazan gradualmente hacia el fondo y, por esta razón, se encuentran en las capas arenosas más profundas y en hendiduras y salientes de la roca que forma el lecho del río. También hay separación debido a las diferentes velocidades. Se forman placeres marinos en las playas en declive originadas por la resaca y las mareas. En comarcas desérticas y en playas marinas interviene además el arrastre por el viento de los granos más ligeros, lo que origina los placeres eólicos.
2) Los metales contenidos en las disoluciones originadas por meteorización y transportados por arroyos, ríos y las aguas subterráneas, se precipitan químicamente en el mar, en cuencas lacustres y algunas veces en zonas de aguas freáticas continentales y forman así yacimientos sedimentarios de origen
precipitación casi instantánea de óxido férrico hidratado a partir de soluciones coloidales de hierro. Otros productos de sedimentación, de importancia económica son el carbón, con una composición de materias carbonosas, la tierra de diatomeas formada por acumulación de algas de composición de sílice (SiO2) denominadas diatomeas y que sirven entre otras cosas como abrasivos. También las arcillas verdes denominadas bentonitas. El proceso de formación se puede sintetizar de la siguiente manera: Meteorización
Acarreo por aguas
Deposición
III.4.3: FORMACION DE YACIMIENTOS POR EVAPORACION La evaporación tiene mucha importancia en la formación de diversos tipos de yacimientos minerales no metálicos. Las aguas subterráneas fueron arrastradas a regiones áridas, donde se evaporaron y dejaron minerales valiosos que estaban en solución. Ante el implacable sol del desierto, lagos enteros han desaparecido, dejando en las playas capas de sales utilizables o de sal cubiertas después por las arenas. En otros casos, la evaporación no ha sido completa, sino que ha producido líquidos concentrados, a partir de los cuales se obtiene la útil sal doméstica. En la evaporación de masas de agua salina se produce una concentración de las sales solubles, y cuando se produce la sobresaturación de una sal determinada, ésta precipita. Las sales menos solubles son las primeras en precipitar, y las más solubles son las últimas. La solubilidad de una sal dada, y por consiguiente su deposición, viene afectada a su vez por la temperatura y la
Otros depósitos formados por evaporación, son los producidos por aguas subterráneas en regiones áridas, aunque generalmente son de concentración baja. Son corrientes los compuestos de magnesio, sodio, potasio, hierro y manganeso. No obstante, en algunos casos se han formado depósitos importantes, como en Chile, donde la evaporación del agua subterránea ha dado origen a yacimientos de nitratos comerciales (el mundialmente famoso nitrato de Chile).
III.5.YACIMIENTOS METAMÓRFICOS 3.5.1. TRANSFORMACION METAMÓRFICA DE LOS YACIMIENTOS El metamorfismo es un proceso que experimentan las rocas en profundidad por incremento de temperatura y presión del área donde se localizan y se producen cambios en diferentes grados de intensidad, iniciándose con una deformación mecánica, continúa después una recristalización paulatina hasta alcanzar etapas donde la roca se convierte nuevamente en ígnea. En general, el metamorfismo actúa en el caso de los yacimientos metálicos, no formando nuevos, sino transformando los existentes. Una determinada concentración del contenido en metal puede llegar a aumentar su porcentaje por metamorfismo de minerales de hierro de menor riqueza, pero en general, el metamorfismo produce más bien una dispersión del contenido en metal debido al desgaste mecánico por fricción y mezcla con los componentes de la roca encajonante, y a la recristalización conjunta. La deformación mecánica ocasiona una trituración de los minerales quebradizos, como la pirita, y una introducción a presión de los blandos,
III.6. SISTEMÁTICA DE LOS YACIMIENTOS METÁLICOS. Resulta posible clasificar los yacimientos metálicos según los fenómenos y procesos de formación descritos hasta aquí. Así, se tienen que pueden ser divididos según: según : a) La forma. Como depósitos en filones-capa, en vetas, en masas poliédricas, poliédri cas, yacimientos en malla, lentejones, lentejon es, etc. La forma es lo más importante para el minero y para el geólogo que calcula las reservas minerales del yacimiento. b) Su origen, que puede ser singenético (yacimientos (yacimientos formados al al mismo tiempo que la roca encajonante, o sea los sedimentarios) y epigenético (resultantes de disoluciones que penetraron más tarde, o sea, los filones, yacimientos metasomáticos y de impregnación. Los yacimientos formados por disoluciones que suben se denominan ascendentes (o hipogénicos) y los que descienden, descendentes (hipergénicos). Cuando se formaron yacimientos cuyo contenido en metal ha sido extraído de la roca de caja, que fue lixiviada por aguas que corrían lateralmente, se llaman de secreción lateral. La clasificación es, pues hipotética hipoté tica cuando se hacen afirmaciones sobre el origen de las disoluciones. disoluciones. No obstante, en en la actualidad se procura procura realizar realizar una clasificación puramente genética. A continuación se da una clasificación Tabla 5. CLASIFICACION DE YACIMIENTOS MINERALES POR SU ORIGEN
a) Yacs. de concentración por meteorización en zonas áridas b) Yacs. oolíticos marinos Oolitos de hierro, de manganeso c) Yacs. sedimentarios de sulfuros Pizarras cupríferas d) Depósitos influidos por las bacterias Minerales Minerales depositados depositados en lagos II.3. Yacimientos por evaporación 1.- de aguas superficiales superficiales 2.- de aguas subterráneas IV. Yacimientos metamórficos 1. Yacs. de metamorfismo de contacto 2. Yacs. de metamorfismo regional 3. Yacs. Polimetamórficos V. Yacs. de origen metamorfogénico Yacs. hidro-metamorfogénicos, formados por disoluciones originadas por el metamorfismo regional. 2. Yacs. mixtos metamorfo-magmatogénicos, formados por disoluciones ascendentes de origen magmático y metamorfogénico combinado 3.- Yacs. de granitización, que se forman como producto secundario de la granitización de sedimentos. VII. Yacimientos regenerados 1. Yacs. hidrotermales secundarios, formados por lixiviación de yacimientos profundos y nueva deposición en los terrenos de cobertura por las aguas termales puras, en grietas de fractura, 2.- Yacs. regenerados por Palingénesis, derivados
Sal común en lentes y en domos Nitrato de Chile
Los geólogos han escrito más sobre el origen del petróleo que sobre cualquier otro tema, pues la acumulación de cantidades tan fabulosas, requieren de una explicación convincente. Muchas teorías han sido puestas a prueba y se las ha encontrado falsas, otras muchas vienen a reemplazarlas y son puestas a prueba, hasta que se obtenga una imagen bastante clara del origen y evolución del petróleo. La investigación de la génesis del petróleo no es un ejercicio puramente académico. Cuando se pueda determinar exactamente bajo qué condiciones se forman los depósitos comerciales de petróleo y la fecha de su formación, se podrá limitar la exploración petrolífera a los lugares que reúnan estas condiciones y las trampas que estaban en existencia en el tiempo debido. Los problemas que surgen al analizar el nacimiento y evolución del petróleo y el gas y las fases envueltas en esta evolución son varias. Los más importantes son: 1. La procedencia de los elementos (Hidrógeno y carbono). 2. La acumulación de los materiales ma teriales originales. o riginales. 3. El enterramiento ente rramiento de estos materiales. materia les. 4. La transformación de sólido a líquido (o gas) 5. Evolución del petróleo. El problema de la génesis del petróleo se complica por la misma complejidad del petróleo. El petróleo crudo “contiene moléculas que varían en tamaño de uno a cincuenta o más átomos de carbono por molécula y que comprenden una gran variedad de tipos. Cualquier teoría del origen del petróleo ha de ser compatible con la uniformidad de la complejidad de los petróleos naturales.
Procedencia del hidrógeno y el carbono.
organismos modernos. Otro factor a considerar son las oportunidades de supervivencia. Esto es, el petróleo no pudo provenir de organismos con pocas probabilidades de que subsistieran sus restos lo suficiente después de su muerte. Los organismos terrestres pudieron haber dado origen, pero no lo dieron, porque no pudieron quedar fácilmente enterrados por sedimentos. Además hay petróleos con muchos millones de años de antigüedad. Cuando estos organismos aún no se habían desarrollado. Mientras que la vida marina, excepto los vertebrados, ya era abundante y bastante avanzada y son estas especies a las que suponemos que pertenecen la mayoría de los organismos de los que se deriva el petróleo.
Época de generación del petróleo El estudiante de la génesis del petróleo ha de tratar por lo menos de cinco edades distintas: 1) edad de los materiales origen; 2) edad del petróleo; 3) edad de la trampa en que el petróleo se acumula; 4) edad de la acumulación y 5) edad de la roca almacén. Puede haber petróleo singenético, esto es, que los hidrocarburos líquidos deben haberse formado al mismo tiempo que los sedimentos se acumulaban. Pudo haberse formado antes que la petrificación. Otra teoría, de las más viejas, es que el petróleo se formó después de la petrificación de la roca. La primera fase en la formación del petróleo es la deposición de los sedimentos físicos y orgánicos, que van a convertirse en rocas madres. Simultáneamente a esta acumulación sobre el suelo del mar se verifican ciertos cambios químicos en los sedimentos orgánicos como resultado del medio ambiental y la actividad de las bacterias.
orgánica en el fondo del mar. Hay dos fases en el enterramiento del sedimento orgánico. La primera es la deposición simultánea con el mucho más abundante sedimento físico. Este material es usualmente una arcilla o un limo fino. La segunda, el enterramiento es esencial para preservar la materia orgánica bajo condiciones anaeróbicas. Como se efectúan dos cambios en las condiciones físicas con el enterramiento, 1) el aumento de la presión hidrostática con cada metro de cobertura añadida y el otro 2) el causado por la subida de las temperaturas, Campbell creó el término “metamorfismo incipiente” para designar los cambios químicos que se producen en las rocas orgánicas a causa del aumento de la temperatura y presión que acompaña al enterramiento y a la compresión subsiguiente. El porcentaje relativo de volátiles disminuye y aumenta el del carbono fijo. No obstante, hay que señalar que la presencia de microorganismos llamados porfirinas, en petróleos crudos es una prueba positiva de que estos petróleos nunca pudieron estar a temperaturas mayores a 200º C, pues las porfirinas no puede vivir por encima de estas temperaturas. Varios investigadores han demostrado que la formación de petróleo a partir de materia carbonosa es una función de la temperatura y del tiempo, o sea, que es un proceso que toma mucho tiempo. En conclusión, es evidente que incluso en las primeras fases del metamorfismo son enemigas de la supervivencia de hidrocarburos, especialmente el petróleo.
Origen del Gas Natural Según varios autores afirman que se ha escrito mucho menos del origen del gas natural que del origen del petróleo. Aparentemente se ha supuesto que
Que se explican a continuación.
1. Génesis separada: No hay duda de que algo de gas se ha formado directamente a partir de materia orgánica en putrefacción sin pasar por una fase de hidrocarburos líquidos. El llamado “gas de los pantanos”, generado durante la descomposición de materia vegetal en ciénagas y marismas, es un ejemplo bien conocido. Las bacterias ayudan en su generación. Existen otros ejemplos de formación de gas, como el caso del grisú encontrado en minas de carbón y que ha ocasionado accidentes mortales entre los mineros por haberse incendiado; otro es el caso del gas que se incendia en los basureros. Se ha sugerido: a) que el petróleo se deriva de materia orgánica que se acumula bajo condiciones marinas, pero que el gas procede de plantas terrestres, y b) el petróleo se genera en capas que contienen una “rica microflora y que el gas se deriva en gran parte de materia vegetal de mayor tamaño. El metano también se deriva de procesos inorgánicos, como el producido por los volcanes.
2 Derivado del petróleo. De acuerdo con el concepto comúnmente aceptado de la evolución del petróleo, el metano y otros hidrocarburos gaseosos son productos de esta evolución natural. Estos gases se producen mediante procesos catalíticos naturales. Esto conduce a la idea que entre más antigua sea la acumulación, la relación gas/petróleo será mayor. Esto se ve en los yacimientos de la Costa del Golfo. Otro testimonio de la generación del gas durante la evolución del petróleo es la asociación casi invariable de los dos en la naturaleza. .-
El origen de los gases que no son hidrocarburos, el ácido sulfhídrico se atribuye a que la descomposición de los organismos fue bajo condiciones reductoras. El dióxido de carbono se considera presente en forma fortuita.
Las condiciones para que una roca sea roca almacén son simples: debe poseer espacios suficientes para almacenar un considerable volumen de hidrocarburos y las condiciones de almacenaje deben ser tales que ceda fácilmente el petróleo o gas contenido, cuando sea alcanzado por un pozo. Cualquier roca enterrada, ígnea, sedimentaria o metamórfica, que cumpla estas especificaciones puede ser utilizada por los hidrocarburos en emigración como roca almacén. En realidad, la mayoría del petróleo y gas del mundo se encuentra en areniscas (rocas formadas por arena compactadas y cementadas) y en rocas de carbonatos simplemente porque son las rocas más comunes que cumplen con las especificaciones en aquellas partes de la corteza terrestre que contienen hidrocarburos en generación o en emigración. Para que una roca almacén contenga suficiente petróleo o gas para hacer su extracción provechosa, debe poseer una porosidad y potencia mínimas. El valor de la porosidad y potencia mínimas dependen de las condiciones locales. Las rocas almacén más productivas tienen porosidades superiores al 10 por ciento y potencias de más de 3 metros. Sin embargo, una roca con menor porosidad puede ser explotable si su potencia es grande o una roca delgada puede ser puesta en producción si su porosidad es inusualmente grande. Además de una porosidad y potencia adecuadas, una roca almacén debe tener un cierto grado de continuidad lateral o de lo contrario el volumen del petróleo almacenado no será adecuado. La facilidad con que una roca se desprende de los hidrocarburos que contiene, depende de su permeabilidad. Son necesarios tres requisitos para la permeabilidad: 1) porosidad, 2) poros interconectados, y 3) poros de tamaño súper capilar. Aunque una roca permeable debe ser también porosa, una roca
manar o no lo hace inicialmente, la diferencia de presión entre el yacimiento y el pozo es la causa de que los hidrocarburos fluyan hacia él y suban por la tubería, con lo que la profundidad de bombeo puede ser considerablemente menor que la profundidad del yacimiento. Además el mantenimiento de una presión alta en el yacimiento durante la vida del mismo da frecuentemente como resultado una recuperación mayor que la que sería posible si se permitiera que la presión disminuyese apreciablemente. La principal razón para una mayor recuperación con el mantenimiento de la presión reside en la relación entre el petróleo y el gas dentro del yacimiento. Al aumentar la presión, el petróleo puede contener más gas en disolución, con lo que disminuye su viscosidad. El escape del gas en al superficie en cantidades desproporcionadas al petróleo producido da como resultado el aumento de la viscosidad del petróleo que entonces queda en el yacimiento. Es por esta razón de la presión, que en algunos campos petrolíferos se inyecta agua a presión para elevar el nivel de la misma en la roca almacén y poder extraer más hidrocarburos. La presión medida en algunos yacimientos petroleros oscila entre 1 y 860 atmósferas, con excepciones aún mayores.
Sellos de los yacimientos La roca almacén es el depósito. Su confinamiento es únicamente posible si las paredes de estos depósitos están selladas con efectividad. Estos sellos del yacimiento impiden no sólo el escape del petróleo y el gas, sino también de la masa inferior de agua que está casi siempre presente. Los sellos de yacimientos pueden clasificarse en dos grupos, que dependen de su relación estructural respecto a la roca almacén. Si la superficie de cierre es paralela a los planos de estratificación de la roca almacén se le llama cierre paralelo. Si esta superficie, por irregular que sea cruza la estratificación de la roca almacén constituye un cierre transversal.
emigración de estos hidrocarburos desde la roca madre hasta la roca almacén. Además, la mayoría de los científicos del petróleo creen que se efectúa una emigración posterior a través de la roca almacén hasta que los hidrocarburos se escapan o son cogidos en una trampa natural. Debido a la extrema movilidad del gas natural existe poca, o ninguna duda sobre su emigración. El gas bajo presión se mueve a través de todas las rocas, excepto las más compactas, en dirección a la menor presión. Los argumentos que apoyan la teoría de que el petróleo ha emigrado en el pasado geológico son: 1. La presencia de filtraciones de petróleo. 2. Las acumulaciones en rocas inorgánicas. 3. Correlación entre los petróleos de las rocas almacén y los petróleos residuales encontrados en las rocas madre. 4. Petróleos químicamente similares en una serie de yacimientos superpuestos. 5. Ajuste estructural de los hidrocarburos a la roca almacén 6. Consideraciones cuantitativas (en enormes cantidades). La causa del movimiento del petróleo a través de las rocas depende de que la emigración sea primaria o secundaria. En la emigración primaria dominan las fuerzas hidráulicas, en la secundara la flotabilidad del petróleo respecto al agua asociada es probablemente la causa más importante. La emigración cesa cuando el petróleo: 1) alcanza una trampa, o 2) alcanza la superficie (o el nivel de las aguas freáticas por debajo de la superficie). Cuando el petróleo está atrapado puede reanudar la emigración: 1) por basculamiento de la trampa con la consiguiente fuga del petróleo; 2) por empuje del gas que
Estas se pueden clasificar de la siguiente manera: I. Trampas estructurales a) b) c) d) e)
sinclinales secos, anticlinales (ver figura) estructuras perforadas por domos de sal hidrodinámicas fallas.
II. Trampas por variación de la permeabilidad. a) Variación causada por la sedimentación b) Variación causada por las aguas del terreno c) Variación causada por truncamiento y taponamiento.
UNIDAD IV: CLASIFICACION DE LOS MINERALES •
Introducción
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Óxidos e hidróxidos Los óxidos son compuestos químicos caracterizados por la liga de oxígeno con un elemento metálico. Por ejemplo la Cuprita (Cu2O) Los hidróxidos son un tipo de óxidos caracterizados por la liga de un elemento o radical metálico con un ión OH, tal como la brucita Mg (OH) 2. De este grupo se conocen varios minerales que son utilizados como gemas. Silicatos Compuestos cuya estructura contienen tetraedros de SiO4, ya sean aislados o unidos por medio de uno o varios átomos de oxigeno, para formar grupos, cadenas, hojas o estructuras tridimensionales asociados a elementos metálicos. Los silicatos se clasifican de acuerdo a su estructura cristalina en mesosilicatos, sorosilicatos, ciclosilicatos, inosilicatos, filosilicatos y tectosilicatos. Sulfatos Los sulfatos son compuestos minerales caracterizados por un radical sulfato, SO4. Fosfatos, arseniatos y vanadatos Compuestos minerales formados por contener radicales tetraedrales a base de Fósforo, arsénico y vanadio con oxígeno, (por ejemplo, PO 4-3 ). Estos tres elementos se pueden sustituir entre sí en el tetraedro. Carbonatos
Vocabulario Hidrotermal: es un término aplicado a:
1. Emanaciones magmáticas calientes o calentadas, ricas en agua, 2. Los procesos relacionados a (1) 3. Las rocas, yacimientos minerales, productos de alteración y manantiales producidos por dichas emanaciones. Alteración hidrotermal: Aquellos cambios de fase resultantes de la interacción
de fluidos de la etapa hidrotermal (“soluciones hidrotermales”) con las fases sólidas preexistentes, como la caolinización de los feldespatos. También se usa para cubrir cambios en rocas efectuados por la adición o remoción de materiales por medio de fluidos hidrotermales, por ejemplo la silicificación. Decantación: Proceso para separar un sólido y un líquido por acumulación de
aquel en el fondo del recipiente y posterior trasvase del líquido.
Etapa hidrotermal: Una etapa en la secuencia normal de cristalización de un
magma conteniendo volátiles, en la cual el fluido residual se ha enriquecido con agua y otros volátiles. Hay discrepancia entre diferentes autores sobre sus límites exactos, en términos ya sea de fase de ensamble, temperatura, composición o presión de vapor. La mayoría de las definiciones señalan que esta etapa es la última de la actividad ígnea, presumiblemente sucede después (y por lo tanto a menor temperatura) de la etapa pegmatítica. In situ: en su posición natural. Se dice específicamente de una roca, suelo o
fósil cuando está en el lugar original donde se formó.
tierras raras. Las pegmatitas representan la última porción de un magma en cristalizar y es la más alta en agua. Placeres: son acumulaciones sedimentarias de granos de minerales valiosos y
metales pesados y resistentes mecánica y químicamente, y sobre todo, tienen un peso específico más elevado. Normalmente se trata de sedimentos, en los que el mineral fue transportado por los ríos a partir de sus yacimientos primarios y depositado en otros lugares.
Permeabilidad: es la capacidad de la roca almacén para transmitir los fluidos.
Se requiere que tenga poros o fisuras. Se expresa normalmente milidarcys.
en
Porosidad: es el porcentaje del volumen total de la roca almacén ocupado por
espacios vacíos (intersticios o poros).
Segregación: Acción o efecto de segregar, apartar o separar una cosa.
BIBLIOGRAFÍA Para ampliar el conocimiento, se recomienda consultar la siguiente Bibliografía de donde se extrajeron las anteriores notas: •
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Petrascheck, W. y W.E. Petrascheck, 1965, “Yacimientos y Criaderos”, Editorial Omega S.A. de C.V., Barcelona, Esp. Bateman, A.M., 1975, “Yacimientos Minerales de Rendimiento Económico”, Editorial Omega. Emmons, W.H., 1963, “Geología del Petróleo”, Editorial Omega, S.A. de C.V., Barcelona, Esp.
HOJAS WEB http://www.johnbetts-fineminerals.com/jhbnyc/newlist.htm http://www.igsb.uiowa.edu/browse/minerals/minerals.htm http://www.geosci.unc.edu/Petunia/IgMetAtlas/mainmenu.html http://users.rcn.com/kenx/ http://www.themineralgallery.com/
RESUMEN DE MINERALES Grupo/Mineral Nativos
Composición Sistema/clase
Empleo
Metales Nativos
Oro Plata Platino
Au Ag Pt
Isométrico Isométrico Isométrico
Joyería, monedas, instrumentos científicos. Emulsiones fotográficas, equipo electrónico, joyería, monedas Por su alto punto de fusión, resistencia y gran dureza, se emplea para aparatos químicos, equipo eléctrico y joyería.
As Bi
Hexagonal-R Hexagonal-R
Mena muy secundaria de As En forma de aleaciones con plomo, estaño y cadmio con bajo punto de fusión, para fusibles eléctricos y tapones de seguridad para sistemas rociadores de agua. En medicina y cosméticos.
Azufre
S
Ortorrómbico
Diamante
C
Isométrico
Grafito
C
Hexagonal
Fabricación ácido sulfúrico, pólvora, abonos, insecticidas, explosivos, en la preparación de la pulpa de la madera para la fabricación del papel. Industria, para cortar vidrio, como polvo para impregnar discos para corte, o en las puntas de las brocas para taladrar roca. Como gemas Fabricación de crisoles refractarios para las industrias de acero, latón y bronce. Como "mina" de los lápices, como electrodos, escobillas para generadores de corriente, para pinturas especiales para proteger estructuras de hierro y acero.
Semimetales nativos
Arsénico Bismuto No metales nativos
Óxidos Tipos X 2 O y XO
Cuprita Zincita
Tipo X 2 O3
Corindón Hematita (Oligisto)
Cu2 O ZnO
Isométrico Hexagonal-R
Al2 O3 Fe 2 O3
Hexagonal-R Hexagonal-R 64
