Espectroscopía de Reflectancia –SWIR & Alteración Hidrotermal
Lima-Agosto 2009
Franklin Viera
Objetivo •
•
•
Presentar una visión sobre el uso de la espectroscopia de reflectancia en la exploración minera. Comprender las propiedades espectrales de los minerales y su detección en el campo electromagnético Conocer el funcionamiento y utilidades del equipo Terra Spec como herramienta de mapeo de Alteración Hidrotermal.
Objetivo •
•
•
Presentar una visión sobre el uso de la espectroscopia de reflectancia en la exploración minera. Comprender las propiedades espectrales de los minerales y su detección en el campo electromagnético Conocer el funcionamiento y utilidades del equipo Terra Spec como herramienta de mapeo de Alteración Hidrotermal.
Contenido del Curso • Espectrometría de Reflectancia Aplicada Aplica da SWIR • Alteración Hidrotermal: – Minerales – Ensambles • Mapeo de Alteración Hidrotermal – Ejemplos de aplicación de Espectrómetros – Quimsacocha • Terra Spec – Sofware – Practica
Espectro Electromagnético • • •
VIS-Luz
visible (0.4-0.7µm) NIR -Cercana a infraroja (0.71.3µm), SWIR -Infra-roja de onda corta (1.3-2.5µm)
Espectrometría de Reflectancia Es la Técnica que usa la energía del espectro electromagnético para analizar materiales: • La espectroscopía de reflectancia está basada en las
propiedades espectrales de los materiales • Ciertos átomos y moléculas absorben energía como una función de su estructura atómica . • La manifestación de la toma de energía es un espectro de reflectancia con ciertos rasgos de absorción con posiciones y formas distintivas que pueden ser usadas para la identificación de minerales y de fases orgánicas.
Mecanismos de Absorción Las características de la reflectancia del espectro de los minerales son el resultado de las diferentes propiedades físicas y químicas. • Las transiciones entre los niveles de energía y las diferencias en la composición se manifiestan por las características de la absorción en longitudes de onda determinadas. Algunos de esos procesos electrónicos operan entre la región visible y la región SWIR •
PROCESOS DE VIBRACION Los procesos de vibración en la región SWIR son una función de la composición del mineral. Son una manifestación de la absorción de energía dentro de la red cristalina que proviene de las transiciones de diferentes estados de vibración. Porque estos estados de vibración corresponden a distintos niveles de energía, los rasgos de absorción ocurren en posiciones de longitud de onda bien definidas • Los movimientos vibratorios entre los componentes (átomos , moléculas) dentro de la red cristalina son llamados modos normales o fundamentales. El número y forma o tipo de estas vibraciones se determina por los átomos presentes, su geometría espacial y la magnitud de las fuerzas que los une • Cuando un modo fundamental es excitado por dos o más quantas de energía. Ocurre un sobre-tono (overtono ). Este produce una banda en o cerca de algún valor que representa una multiplicación integral de la frecuencia fundamental. • Los modos fundamentales ocurren con las longitudes de onda infrarroja mediana e infraroja lejana mientras que los sobre-tonos (overtones) y combinaciones ocurren en las regiones de SWIR Y NIR •
SWIR (Short Wave Infrared) Infra-roja de onda corta
SWIR es particularmente sensible a los minerales de arcilla y otros minerales de alteración como carbonatos, jarositas, alunitas, pirofilitas, y cloritas. Por lo tanto su aplicación en exploración minera facilita la determinación de algunos minerales que usualmente sirven par la definición de un tipo de depósito mineral • La sensibilidad es una función de las moléculas presentes en las fases minerales, especialmente H2O, OH y CO3. •
RASGO ESPECTRAL “Datos de reflectancia de
materiales es visualmente manifestado como un set de pares XY (posiciones de longitud de ondas en un nanometro o micrones contra el porcentaje de reflectancia los cuales pueden ser expuestos como una gráfica “Espectro de reflectancia”
Componentes del Espectro Consiste en una curva de Hull o continua de fondo y rasgos de absorción • Los rasgos de absorción tienen frecuencias o posiciones de la longitud de onda y amplitud de onda características: – FWHM: (full with at half maximun )- amplitud total en la mitad de máxima – Depth.- profundidad del rasgo •
MAYORES RASGOS DE ABSORCIÓN
EQUIPOS DE CAMPO FIELD PORTABLE SWIR SPECTROMETERS
• PIMA. Integrated
Spectronics Pty. Ltd
• Terra Spec-ASDField Spec. Analytical
Spectral Devices
• GER-IRIS
(Geophysical Environmental Research)
ALTERACIÓN HIDROTERMAL
INTERPRETACION DE LA MINERALOGIA DE ALTERACION
•
Exploración Geotérmica
• Exploración Mineral • Evaluación de roca esteril (Escombreras etc..)
DEPOSITOS MINERALES • Relacionado a Intrusiones: • •
Pórfido Epitermal HS- High Sulphidation
• Relacionado a Sistemas Geotermales – Epitermales LS- Low Sulphidation – Sulfuración Intermedia IS
• • • •
Sediment Hosted Gold Mesothermal VHMS -Volcanogenic Massive Sulphide Sediment Hosted Massive Sulphide
Alteración Hidrotermal &Exploración Minera • Determinar que minerales están presentes en la roca: –
Características Mineralógicas texturales (determinar el origen)
• Determinar la distribución de los minerales: – – – – –
Relleno- venilla o vuggs? Alteración selectiva – minerales primarios /secundarios o clastos? Selectiva - pervasiva – minerales y/o areas restringidas? Pervasiva – replazamiento del total de la roca? Zonas específicas- alrededor de vetas o fracturas?
• Definir la relación entre los principales minerales –
Secuencia para-genética.
• Determinar los ensambles de minerales de alteración
hidotermal y su interrelación Modelo Hidrotermal – Vectores Geotérmicos –
MAPEO DE ALTERACION Exploración Minera Espectrómetros son tipicamente empleados en la (SHORTINFRARED de SPECTROSCOPY) determinación de WAVE la mineralogía rocas alteradas: – Clasificación de sistemas de Mineralización – Identificación de ensambles de minerales • Espectrómetros de campo pueden ser usados en el estudio de distintos ambientes de depósitos minerales – Epitermales: HS, LS & IS, – Porfido – Mesotermal, – VMS y – Depósito de Kimbertiltas •
Tipo de Alteracion Hidrotermal Propylitic
CHLORITE, EPIDOTE, ZEOLITES MONTMORILLONITE, ILLITE , CARBONATE
Potassic
FELDSPARS, BIOTITE, PHLOGOPITE, CHLORITE, VERMICULITES, ANHYDRITE,
GYPSUM
Phyllic
ILLITE, MUSCOVITE, KAOLINITE, QUARTZ
Argillic
KAOLINITE,
Advanced Argillic
PYROPHYLLITE, DICKITE, ALUNITE,
SMECTITE / MONTMORILLONITE ILLITE, SMECTITE, HALLOYSITE
ZUNYITE, DIASPORE , TOPAZ
Leached Cap Environment ALUNITE, KAOLINITE, ILLITE, DIASPORE , IRON OXIDES, COPPER SULFATES , HYDROXIDES , JAROSITE
Sistemas Hidrotermales Control en la mineralogía de alteración
CONTROLES EN LA MINERALOGÍA DE ALTERACION
Temperatura y Química del Fluido Temperatura y Ph del Fluido son los mas importantes de los factores que influencian la mineralogía de los sistemas hidrotermales. • La presión esta directamente relacionada a la temperatura (Browne, 1978) • Favorece la estabilidad de algunas especies minerales con la formación de secuencias minerales: •
–
•
Influencia en el grado de cristalinidad de los minereles –
•
SmectitaSmcill(mixed layer )illitemica blanca (sericita?) Grupo del Caolin: Halloysitecaolinitedickite
Progresiva deshidratación de minerales: •
Zeolitas: Clinoptolite mordeniteStilbitelauomonitewairakite
Concentración de los fluidos & Composición de la roca huésped • Concentración: La concentración absoluta de componentes en los fluidos hidrotermales tienen algunos efectos en la naturaleza de los minerales de alteración alteració n producidos
• Composición de la roca huésped: •
Algunos controlan la naturaleza y extensión de algunos ensambles de minerales minerales de alteración: Skarn, son formados en rocas huésped de naturaleza naturaleza calcárea Feldespato-K (secundario), roca host rica en potasio (riolitas, shoshonitas) – Feldespato-K – Muscovita, se forma en rocas previamente alteradas a feldespato-K –
Cinética de los fluidos Comúnmente afecta la cristalinidad de los minerales: – Sílice Amorfa: Superficie, temperaturas
moderadamente alta, enfriamiento brusco (sistemas geotermales superficiales) – Cuarzo cristalino: Condiciones estáticas subteráneas igual temperatura, permite crecimiento lento de los cristales
Duración del Sistema hidrotermal
O período en el que el sistema hidrotermal esta abierto, determina el equilibrio entre el fluido fluido hidrotermal que circula y la roca huesped, algunos minerales pueden formarse bajo condiciones meta estables, si el equilibrio no ha sido interrumpido.
Permeabilidad • Permeabilidad primaria y permabilidad
secundaria • Comúnmente sistemas de fracturas de dilatación, localmente como permeabilidad litológica. • Ejm. Alteración phílica es comúnmente encontrada como halo adyacente de estructuras mayores o vetillas • Controla el espesor de los halos de alteración.
Minerales de alteración Ensambles
Argilica Avanzada – Acid sulphate Quartz, Kaolinite/dickite, Alunite, Diaspore, Pyrophillite, Rutile, Zunyite, Alumino phosphate-sulpohates, Native Sulphur. Pyrite, Hematite.
Argillic Intermediate – Argillic Kaolinite/dickite, motmorillonite, Smectite-illite, Quartz, Pyrite.
Propylitic •
Calcite, Chlorite, Epidote, Albite, Sericite, Clay, Pyrite
Caracterización de Minerales de Alteración Hidrotermal
Grupo de la Sílice • • • • •
Bajo PH, generalmente Ph 2( Stoffrengen, 1987) Comunmente asociados a pequeñas cantidades de fases Titanium-Iron, Rutilo. <100°C: Silice opalina, cristobalita y tridimita son encontrados en ambientes superficiales. 100°C- 200°C.-Qz : Es el principal mineral de sílice 200°C – Sílice amorfa: afectado por condiciones cinéticas, fluidos rápidamente enfriados
Grupo de la Alunita • • • •
Acidez mayor a Ph 2, Sílice -Alunita ocurre en un amplio rango de temperatura Alunita- Andalusite (<350-400°C) Alunita- Corindon (<400-450°C)
Alunitas Ambientes de formación Steam Heated: Alunita ocurre bajo condiciones superficiales por la oxidación de fluidos ricos en H2S H2 (SO4) • Cristales finos pseudo-cúbicos •
Alunita Supérgena: Se forma por la generación de ácido H2S por meteorización de sulfuros (Py..) • Hábito, pobremente cristalizado, muy fino y pseudo-acicular •
Alunita Magmática: Formas bien cristalizadas, comunmente cristales tabulares rellenando fracturas Cementando brechas ,depositado en cavidades de lixiviación ácida (vuggy), reemplazando formas de cristales o clastos. Formada a alta temperatura puede intercrecer con muscovita o andalusita, ocure en formas irregulares alredeor de ase de cuarzo. Cristales euhedrales pseudo-rómbicos.
Vetas/brechas Magmáticas: Se forma desde fluidos volátiles , Cristales radial- prismético
Alunitas Distintiva por : • Dobles en 1400 y 2178 m • Rasgos simples en 1780 y 2320 m • El rasgo en 1400 y 2200 m se puede confundir/ ocultar con la presencia de arcillas del grupo del caolin • El rasgo en 2200 muestra triplete para Al-K • Pequeños rasgos en 2430 y 2470 indican Al-K • Mineral fuertemente reflector se detecta en pequeñas cantidades u
u
u
Grupo del Caolín • • • • • • •
Se forman de Fluidos moderadamente ácidos pH 4 Coexisten con alunitas en rangos de transición de pH 3-4 Halloysita ocurre principalmente como producto de alteración supérgena o en condiciones hidrotermales de bajas temperaturas Caolinita se forma a poca profundidad bajo condiciones de moderada temperatura (<150-200°C) Pyrofilita se forma a mayor profundidad a altas temperaturas (<200250°C) Dickita se forma en la zona transicional entre caolinita y pirofilita Diásporo es localmente encontrado junto con alunita y/o minerales del grupo del caolín, comúnmente en zonas de intensa silicificación Qz + Diasporo Pyrofilita
Grupo de la Caolinita Silicatos – Al Hidroxilados Incluye:Dickite,Kaolinite-Halloysite •
•
•
• •
El SWIR detecta la capa la ubicación de la capa octaedral, la cual controla de algún orden en la estructura del cristal El doble en 1400 en caolinita y dickita es una función de las vibraciones dentro de la molécula OH El rasgo en 1900 es único del H2O, es mas profundo y redondeado en halloysita muestra el grado de orden de la estructura. Agua libre en la superficie redondea el rasgo. El rasgo en 2200 resulta de la detección de energía vibratoria asociada a las uniones de AlOH
Halloysita Al2Si2O5(OH)4x2H2O Rasgo en 1400.- distintivo por rasgo en forma de flama en 1400 (rasgo de agua líquida 1460 se combina con el rasgo 1400) • Rasgo 1900 profundo y asimétrico, si se redondea muestra agua libre o superficial • Doblete en 2200 mal formado •
Caolinita Al2Si2O5 (OH)4 •
•
Doblete en 1392 a 1402 m si el rasgo se acerca a 1380 indica mezcla de capas caolinita-dickita Doble en 2200 u
– 2162- 2168 (puede confundirse con Pyro/
alunitas – 2205 -2214 se puede confundir con ill, Alun, Dck
1810-1848 es altamente diagnóstico y es una medida de la cristalinidad • La caolinita es fuerte reflector y se puede detectar en pequeñas cantidades •
Dickita Al2Si2O5 (OH)4 Doblete 1378-1386 si se aproxima a 1390 muestra mezcla con capas de caolinita • Rasgo diagnóstico 2180-2186 y 2206 -2214 • Rasgo en 23822-2390 es muy persistente y visible en mezclas • Rasgo 1798 – 1836 pequeño doble muy diagnóstico y puede ser diagnóstico de cristalinidad •
Pirofilita Al2Si4O10 (OH)2 Rasgos • Agudo y estable en 1392-1396 m • Pequeño doblete en 2072 -2086 m • Agudo profundo en 2166-2168 m • Normalmente no contiene agua u
u
u
Grupo de las Ilitas (Smc-Ill-Musc) Rango de fluidos con pH 4 – 6 • Coexisten con el grupo del colín en fluidos pH 4-5 •
(dependiendo de la temperatura y salinidad del fluido)
Smectitas ocurren a bajas temperaturas (<150-150°C) • Interlayer (illita-smectita), 100-200°C • Illita aproximadamente 200-250°C • Muscovita mayor a 250°C- (Sericita es una muscovita de grano fino •
conteniendo cantidades de illita encontrada en ambinetes transicionales entre illita y muscovita bien cristalizada) Paragonita – fase sódica (ambiente relacion Na:K alta- plagioclas es albita) Roscoelita – Mica – V; Fugsita – Mica – Cr- –
La cristalinidad de illita y sericita incrementa con el incremento de temperatur
Ilita • Muestran cambios
en su cristalinidad con la temperatura • Cambios en la forma del espectro por la química
Montmorillonita (Na,Ca0.33)(Al,Mg)2Si4O10(OH)2xH2O El rasgo de absorción entre 1406 y 1418 puede compartir con la ilitas, diagnóstico pequeño hombro en1450 1460 Simple agudo en 1900 Simple agudo en 2208-2214 -comparte con ilitas, diagnostico forma (se abre hacia la izquierda
Ilita K
1-1.5
• •
• •
•
Al4 (Si7-6-5Al1-1.5O20 (OH)4)
Rasgos sencillos en las regiones: 1400 m el desplazamiento de este puede usarse para ver cambios en contenido de Al 1900 m simple abierto 2200 m puede variar agudeza y anchura según la cristalinidad 2350 y 2450 m para diferenciar de la smectita. u
u
u
u
Moscovita K,Al (Si Al)O (F,OH) 2
• Rasgos sencillos y
agudos en las regiones 1.4 y 2.2 • El rasgo pequeño en 2.11 se puede usar para medir cristalinidad • Los do pequeños rosagos en 2350 y 2450 son signos diagnósticos
3
10
2
Sulfatos Los sulfatos son poderosos absorbentes y por lo tanto tienden a dominar los rasgos espectrales de otros minerales en su ambiente Los espectros de sulfato son muy variables.
Jarosita (KFe3(SO4)2(OH)6) Hay cuatro rasgos diagnósticos: • 1466-1478 con el hombro en 1510 es característico • 1847 no siempre es visible • 2260 se esconde pero se nota claramente cuando se mezcla con alunita. La presencia de la jarosita tiende a reducir la reflectancia total de un espectro
Yeso - CaSO4x 2H2O La característica que persiste es el perfil redondeado en 1940-1946 con hombro. • El triplete con perfil de •
escalones o “ala de murciélago” en el rasgo
de 1445-1450 m es un diagnóstico. • Rasgo simple en 17481752 • En mezcla el rasgo de 2200 normalmente es debil y se esconde u
Alunógeno- Al2 (SO4)3x16H2O Mejor diagnóstico es la inclinación negativa. El Alunógeno se encuentra en clima muy secos, puede ser un producto supérgeno de un sistema de sulfatos ácidos, puede confundirse con ´diásporo o con
escorodita (verde o azul)
Grupo de la Clorita Asociado con carbonatos ( Ca-Mg-Fe), epidota, pirita, cuarzo, sericita. Estable en condiciones de Ph neutro (coexiste con carbonatos), en Ph 5-6 puede coexistir con minerales del grupo de la ilita, en bajas condiciones de temperatura coexiste con Smectita (interlayer). Común en algunos sistemas de alteración hidrotermal, particularmente en la zona periférica – propilítica de los depósitos tipo pórfido. Como alteración retrógrada reemplazando a Bta hidrotermal en sistemas tipo pórfido En sulfuros masivos volcanogénicos , clorita es un diagnóstico, se concentra en la caja baja de vetas y vetillas de Py-Cpy. Puede encontrarse zonación de Chl-Fe adyacente a la mineralización de sulfuros hasta a Chl-Mg en la periferia
Grupo de la Clorita • • • •
Los rasgos están asociados a la presencia del Fe, Al y/o Mg. Fe se manifiesta en la pendiente del espectro Rasgo en 1400 m aumenta intensidad con presencia de Mg Mg da al espectro un valle amplio alrededor de 1800 y 2000 m 2250 m indica presencia de Al El rasgo en 2300 m indica sustitución de Fe por Mg (complejo para Mg- perfil de escalera que sube a la izq.) En las Chl-Mg el rasgo de agua en u
u
• •
•
u
u
1900 tiende a desarrollar una “mesa” •
Son malos reflectores difícil detectar
Minerals de Alteración hidrotermal Temperatura de Estabilidad
MAPEO DE ALTERACION Exploración Minera (SHORT- WAVE INFRARED SPECTROSCOPY)
Preparación de Muestras y Técnicas de Recopilación de Datos • En Campo o Terreno – Requiere poca preparación – Tamaño > guijarro – Superficie: meteorizada o fresca- muestreo de
pátinas y superficies oxidadas depende del objetivo de estudio)
En el laboratorio • • • • • • • •
La preparación y presentación puede ser preparada sistemáticamente. Se puede medir muestras de suelo, ripios y núcleos de perforación, muestras de mano y polvo de roca Se debe lograr superficie fresca - con cuchilla o martillo Se puede pulverizar la muestra para lograr identificación selectiva de minerales En muestras húmedas se debe secar al ambiente, no se debe poner en microondas. Realizar varias mediciones desde diferentes ángulos Una misma muestra puede proporcionar diferentes lecturas Escoger superficie lo mas pareja posible, superficies de corte puede bajar reflectancia por las manchas de sierras
Tamaño de Partícula.- Minerales de cristales grandes y transparentes como carbonatos, zeolitas, evaporitas, micas y otros un polvo del mineral produce mejores resultados Transparencia.- Minerales transparentes o traslúcidos permiten el paso de la luz directamente se puede usar metal aluminio atrás de la muestra previamente pulverisada
Evaluación de un Espectro Ver la apariencia general del espectro. Tiene rasgos bien definidos o pobres con alto ruido? Posición y forma de los rasgos de absorción: • En que región espectral están los rasgos? • Son rasgos simples o dobles? • Son rasgos amplios, puntiagudos o profundos? • Tiene fases simples o múltiples?
Curvas Espectrales
Ejemplos de aplicación
EFFECTIVE USE OF ALTERATION IN EXPLORATION: APPLICATIONS OF PIMA
DRILL CORE PLOT EXAMPLE DEPTH
Wave
Au
40
140
2206 2206 2206 2206 2204 2210 2206 2206 2204 2212
146
2192
150
2164 2166 2168 2180 2180 2170 2177 2181 2180 2166 2167 2167 2177 2166 2166 2167 2164 2164 2164
0.005 0.005 0.009 0.024 0.024 0.007 0.013 0.008 0.025 0.005 0.011 0.011 0.099 0.099 1.473 1.473 1.473 0.133 0.133 0.133 0.035 0.013 0.005 0.099 0.099 0.016 0.016 0.196 0.196 0.007
68 74 80 81 94 100a 117 124
164 170 173 175 178 181 182 183 186 196 204 214 218 224 229 235 238 244
Kl Dik Alk Ill Sm Sil Jar Ch ALT
x x x x x x x x x x x
tr x
x x x x
x x x x x
x x x x x tr x x x x
x x x x x x x x x
x x x x tr
x x
x tr x x
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 4 5 4 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Minerals
Jarosite, trace gyp, illite? Illite + silica Illite, silica tr gyp tr kaolinite Illite -> kaolinite, gyp, silica Illite, gypsum - - jarosite? Illite Illite, jarosite Illite Illite jarosite Illite, jarosite, gypsum? Illite, silica Kaolinite Kaolinite, well x/n Kaolinite, MW Dickite, alunite, kaolinite Alunite + dickite Alunite + silica Dickite and alunite silica Dickite, trace alunite Dickite Best kaolinite Kaolinite + silica Kaolinite Kaolinite tr dickite Kaolinite - poor illite Smectite + minor kaolinite Kaolinite Kaolinite - still wet Kaolinite Kaolinite
Quimsacocha HS EPITHERMAL Au,Ag,Cu
Quimsacocha Project • Outcrops mapping • DDH mapping (cores from Cogema,
Newmont) • Temperature Vectors Determination • Alteration Sections • Quimsacocha Ore Body silica core and Advanced Argillic 3 D model.
Quimsacocha Project -Hydrothermal Alteration:
•
Advanced,Argillic-acid sulfate:
Qz, Al, Chalcedony, Ba, Pyro, Dck, Hem •
Argillic :
Kaol/dck, Mont, ill, Qz,Py •
Propylitic:
Smc, Chl, clay, Cc, Epi, Py
Mapping drillholes
field measures
Temperature Vectors: MINERALS ASSEMBLE Drilloles cut hydrothermal alteration with low Au grade and the thickness ore boddy
IQD – 122 102 m @ 9.1 g/t Au, 46.9 g/t Ag, 0.4% Increasing of temperature – Cu vector
•
Transversal Alteration Sections
Longitudinal Alteration Sections
Alteration Database The Quimsacocha deposit alteration database including 10365 records measured with SWIR in 251 IAMGOLD drillholes. • These data were of much utility in the interpretation of the mineralization distribution and planning future drillholes •
3 D Model Silica core – Advenced Argillic
