GEOQUIMICA DE LOS PROCESOS POSTMAGMATICOS
En un cuerpo magmático que esta completando su cristalización, el líquido residual se encuentra enriquecido con los elementos que no se fijaron en los minerales ya formados de la roca ígnea. Si el contenido original del metal metal en el magma es mayor que el que puede fijar los minerales de la roca, quedaría un resto relegado a los fluidos residuales que, al enfriarse, se depositará en forma relativamente concentrada. La capacidad de un cuerpo magmático de formar depósitos minerales depende no solo de que contenga una proporción superior al promedio de un metal determinado, sino también de que su evolución diferenciativa y las condiciones geológicas estructurales permitan la concentración extraordinaria del metal durante algunas de sus fases evolutivas. Los procesos endógenos como los pegmatiticos, pneumatolíticos e hidrotermales, representan las etapas finales de la diferenciación magmática(postmagmatica) que constituyen depositos en los que minerales metálicos se formaron después que las rocas que lo alojab an(depositos epigeneticos), pero también no son los unicos procesos de concentración de elementos minerales; también pueden producirse durante la etapa ortomagmatica, como se demuestra con los depósitos de cromo, niquel, cobalto, y cobre asociados con rocas maficas a ultramaficas, en este caso, los minerales se formaron al mismo tiempo que la cristalización de los silicatos de las rocas (depósitos singeneticos). Según Niggli (1929) los dividió en fases de cristalización: Fase ortomagmatica Fase pegmatitica Fase pneumatolitica Fase Hidrotermal Fases post magmáticas en hidrotermal y fase teletermal La fase hidrotermal se divide en tres zonas: Zona catatermal Zona mesotermal Zona epitermal
Depósitos de Segregación magmática Se muestran tres casos de cristalización de los minerales siliceos y metaliferos a partir de los magmas ultrabasicos y basicos, lo que conduce a los tres tipos de yacimiento magmaticos. En primer caso se denominan yacimientos magmaticos tempranos, cuando los minerales mataliferos cristalizan antes o simultáneamente con los silicatos. El segundo caso denominado yacimientos de licuación, cuando la masa fundida metalifera se separa de la silicia todavía en la fase liquida y el tercer caso llamado yacimientos megmaticos tardio s,
cuando la masa fundida metalifera se separa de la silicea y la cristalizacion de los minerales metaliferos sucede mas tarde que los silicatos. Los depósitos de segregación magmática se forman por la acumulación de minerales de interés económico en el f ondo o en zonas inferiores de la cámara magmática. Dos son los principales tipos o clases de estos depósitos: 1) Depósitos formados por la cristalización fraccionada. 2) Depósitos formados a partir de la separación y cristalización de un fundido de sulfuros.
1.- Depósitos formados por la cristalización fraccionada: Si el magma es fluido y la cristalizacion tiene lugar en condiciones de reposo tectonico, los silicatos olivino, piroxenos y plagioclasas descienden y se depositan en el fondo de la camara magmati ca formando lechos o capaz de peridotitos y gabros, los elementos de interes economico tales como el diamante, grupo del platino, como aquellos que forman oxidos (cromita, oxidos de hierro y titanio) que se encuentran en cantidades muy inferiores a los elementos mayoritarios, se concentran en el fundido residual. y
Depósito de cromita
El mineral significativo es la cromita que pertenece a la familia de las espinelas con un contenido teorico de 32% FeO y 68% Cr 2O3. Ademas las cromitas contienen distintos proporciones Mg, Al, Fe 3+, Mn y Zn. Su composición es muy variable, ya que el Fe y Mg se sustituyen mutuamente en todos las proporciones y Cr 2O3 es sustituido por el A 2L3 y Fe2O3.Se distinguen dos tipos de criaderos de cromita: a) Depositos tabulares o estratiformes, en complejos ultramaficos no perturbados, estos depositos se consideran anorogenicos por las condiciones de reposo en que se han formado, tales como Bushveld (Sudáfrica). b) Depositos podiformes, en rocas de complejos ofioliticos, es decir, situ ados en cinturones orogenicos, la mena se encuentra en dunitas y harzburgitas, con textura nodular y forma alargada: ejemplo en los Apalaches (USA) y Urales (Rusia). 2.- Depositos formados a apartir de la separacion y cristalizacion de un fundido de sulfuros: El magma residual ultramafico, en donde juega un papel importante el azufre, el cual se separa del liquido inmisible, a este se incorporan los elementos calcofilos: Mn, Cu, Ni, Co y Fe, especialmente para formar sulfuros en su mayor proporcion en la capa peridotita y en magmas gabroides. y
Depositos de Niquel
Los depositos de sulfuros de niquel estan asociados a rocas maficas a ultramaficas.
y
Depositos de Diamantes en Kimberlitas y lamproitas Las kimberlitas son rocas igneas ultrabasicas potasitas ricas en volatiles, con grandes cristales de olivino, piroxenos, flogopita, granate e ilmenita magnesina. Las lamproitas son rocas volcanicas o subvolcanicas(lamprofidos) ricas en K Y Mg con fenocristales y/o matriz de leucita.
y
Depositos de carbonatitas El termino carbonatita fue establecido por el geologo noruego W.C. Brogger en 1921. Las carbonatitas en cuya composición la calcita es el mineral mayoritario con apatito, pirocloro, biotita, magnetita recibe el nombre de sovitas.
Depósitos de pegmatitas La pegmatita es una roca ígnea con tamaño de grano alrededor de 20 mm. La mayoría de las pegmatitas están compuestas por granito, que contiene cuarzo, feldespato y mica. Las pegmatitas son importantes en cuanto a que contienen minerales poco frecuentes en la tierra y también piedras preciosas, como pueden ser aquamarina, turmalina, topacio, fluorita y apatita. A veces se encuentran mezclados con minerales compuestos por estaño y wolframio. Los minerales cuya textura cristalina es granular, y que tiene n cristales grandes son el resultado del lento enfriamiento de los magmas, y que los que tienen cristales más pequeños son el resultado de enfriamientos de magma más rápidos. Sin embargo, la pegmatita es una excepción a esta regla. Estas se forman por magma que se enfría rápidamente, en ocasiones en cuestión de días. A veces, aparece en forma de diques o sills. Por razones aún desconocidas, esta roca puede desarrollar grandes cristales a pesar de su relativo rápido enfriamiento. La hipótesis más barajada s ería la acción del agua, que es muy importante en todos los procesos de cristalización. A pesar de su rápido enfriamiento, la pegmatita puede tener grandes cristales, en ocasiones llegan a medir varios metros de largo. La acción del agua puede también concentrar elementos poco comunes en la pegmatita. Así pues, no es demasiado raro encontrar minerales poco frecuentes o piedras preciosas. La pegmatita es por tanto una fuente de minerales poco frecuentes como la
columbita o la tantalita. La forma más común de encontrar este mineral está en las intrusiones graníticas. Pueden formar bolsas que contengan bonitas formaciones cristalinas. Esto es porque los cristales son libres de crecer en el espacio de la bolsa sin distorsionarse. De acuerdo de la situación geo tectónica se forman diferentes tipos de magma. El magma en zonas de subducción es diferente como el magma de una cordillera centro oceánica. El ambiente geotectónico se refleja entonces en los tipos de rocas magmáticas y en la composición química, especial mente de los elementos de traza y de las tierras raras (Nb, Y, La).
Pegmatita
Depositos Pneumatolíticos Las rocas (o yacimientos) neumatolíticas, son intermedias entre las pegmatitas y las rocas hidrotermales. Son rocas de reemplazamiento metasomático, es decir, producto del reemplazamiento a alta temperatura de una roca por otra, por disolución parcial de la original, y depósito a partir de los fluidos mineralizantes. Las temperaturas características de formación se sitúan entre 600 y 400ºC. Su composición es muy variable, en función de la de los fluidos, y de la roca a la que reemplazan, con la que suele producirse mezcla química. Las mas conocidas e interesantes desde el punto de vista minero son los denominados
Skarns producidos por la interacción entre fluidos derivados de granitos, y, principalmente, rocas carbonatadas (calizas o dolomías). Se forman así unas rocas de mineralogía especial, ricas en silicatos cálcicos (epidota, anfíboles y piroxenos cálcicos, granates cálcicos), y que pueden contener concentraciones de minerales metálicos de interés económico: scheelita, casiterita, fluorita, calcopirita, blenda, galena, magnetita, hematites. Por lo general co nstituyen masas irregula res en la zona de con tacto entre las rocas intrusivas y las encajantes . Su morfología es irregular, aunque se encuentra condicionada por la zona de contacto entre ambas rocas. Su textura es característica de sistemas de reemplazamiento, con sustituciones seudomórficas, diseminaciones irregulares, relleno de fracturillas, etc. Otro tipo de yacimiento neumatolítico de interés minero es el denominado
Greisen Corresponden estos yacimientos a zonas de alteración relacionadas con granitos, y que por lo general afectan a zonas periféricas del propio granito En estas zonas se produce una destrucción del feldespato potásico, con formación de mica blanca microcristalina (illita), y con entrada de abundante sílice que se deposita en la roca en forma coloidal (calcedonia), en lo que de denomina proceso de silicificación. La casiterita y la wolframita suelen ser las principales menas metálicas asociadas a estos yacimientos.
DEPOSITOS HIDROTERMALES Son soluciones hidrotermales que transportan los metales desde la intrusión en consolidación hasta el lugar de la deposición del metal y se les considera el factor de mayor importancia en la formación de depósitos minerales epigenéticos. Son líquidos que gradualmente pierden calor a medida que aumenta su distancia de la intrusión. De este modo dan origen a depós itos hidrotermales de elevada temperatura cerca de la intrusión, los depósitos de temperatura intermedia acierta distancia de la misma, y los de baja a mayor distancia. Lindgren designó a estos 3 grupos con el nombre de depósitos hipotermales, mesotermales y epitemales, según las temperaturas y presiones. En su viaje a través de las rocas, las soluciones hidrotermales pueden perder su contenido mineral por deposición en las distintas clases de aberturas de las rocas, formando depósitos de relleno de cavi dades o por sustitución meta somática de las rocas, formando depósitos de substitución. La substitución en condiciones de alta temperaturas y presiones próximas a la intrusión donde se formaron los depósitos hidrotermales y el relleno de cavidades predomin a en condiciones de bajas temperaturas y presiones donde se formaron los depósitos epitermales ambos son características de la zona mesotermal.
Principios de los yacimientos hidrotermales. Los geólogos atribuyen a los procesos hidrotermales la gran vari edad de depósitos minerales metálicos que proporcionan la mayoría de nuestros útiles metales y minerales. De dichos depósitos se obtienen la mayor parte del oro, plata, cobre, plomo y zinc, mercurio, antimonio y molibdeno, la mayoría de los metales menores y muchos minerales no metálicos. Por consiguiente, estos depósitos han sido explotados, investigados y estudiados mucho más que los de ningún otro grupo. Ellos han dado origen a muchos de los grandes distritos mineros del mundo; la ciencia de la minería surgió de ellos. Factores esenciales para la formación de depósitos hidrotermales son:
Disponibilidad de soluciones mineralizadoras susceptibles de disolver y transportar materia mineral
Presencia de aberturas en las rocas las cuales puedan canalizars e las soluciones
Presencia de lugares emplazamiento para la deposición del contenido mineral
Reacción química cuyo resultado sea la deposición
Suficiente concentración de materia mineral depositada para llegar a constituir depósitos explotatables.
Carácter de las soluciones
La naturaleza de las soluciones hidrotermales debe interpretarse por deducción y por analogía con ciertos tipos de manantiales termales. Su acción es visible sólo en la forma de depósitos minerales o como una alteración de la pa red rocosa. Como implica la palabra hidrotermal, son aguas calientes cuya temperatura oscila probablemente entre los 500ºC y 50ºC. Las de temperatura elevada están también a presión elevada Aberturas en las rocas
El desplazamiento de las soluciones hidrote rmales 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 minerales extraños implica la necesidad de una continua provisión de materia nueva, y esto si gnifica que deben existir conductos de transito. Las aberturas tienen que estar interconectadas. Además, es evidente que los depósitos de relleno de cavidades no pueden formarse a menos que existan cavidades susceptibles a ser rellenadas. También es eviden te que los depósitos de substitución no pueden formarse a menos que las soluciones puedan llegar a la roca que experimenta la substitución. Por consiguiente, las aberturas en las rocas son fundamentales para la formación de depósitos epigenéticos. Asimismo son esenciales para la existencia de masas de aguas freáticas, petróleo y gas.
DEPOSITOS EPITERMALES Los depósitos epitermales son aquellos en los que la mineralización ocurrió dentro de 1 a 2 Km de profundidad desde la superficie terrestre y se depositó a partir de fluidos hidrotermales calientes. Los fluidos se estiman en el rango desde <100ºC hasta unos 320ºC y durante la formación del depósito estos fluidos hidrotermales pueden alcanzar la superficie comofuentes termales, similar a las existentes en El Tatio y Puchuldiza en el Norte Grande de Chile o como fumarolas o solfataras. Los depó sitos epitermale s se encuentran de preferencia en áreas de volcanismo activo alrededor de los márgenes activos de continentes o arcos de islas y los más importantes son los de metales preciosos (Au, Ag), aunque pueden contener cantidades variables de Cu, Pb, Zn, Bi, etc.
La mineralización epitermal de metales preciosos puede formarse a partir de dos tipos de fluidos químicamente distintos. Los de ³baja sulfuración´ son reducidos y tienen un pH cercano a neutro (la medida de concentración de iones de hidrógeno) y los fluidos de alta ³ sulfuración´, los cuales son más oxidados y ácidos. Los términos de alta y baja sulfuración fueron introducidos por Hedenquist (1987) y se refieren al estado de oxidación del azufre. En los de alta sulfuración el azufre se presenta como S4+ en forma de SO2 (oxidado) y en los de baja sulfuración como S-2 en forma de H2S (reducido).
y
Los fluidos de baja sulfuración (BS)
son una mezcla de aguas-lluvias (aguas meteóricas) que han percolado a subsuperficie y aguas magmáti cas (derivadas de una fu ente de roca fundid a a mayor profundidad en la tierra) que han ascendido hacia la superficie. Los metales preciosos han sido transportados en solución como iones complej os (en general bi-sulfurados a niveles epitermal es; clorurados a niveles más profund os) y para fluidos de baja sulfuración la precipit ación de metales ocurre cuando el fluido hierve al acercarse a la superficie (ebullición). y
Los fluidos de alta sulfuración (AS)
se derivan principalmente de una fuente magmática y depositan metales preciosos cerca de la superficie cuando el fluido se enfría o se diluye mezclándose con aguas meteóricas. Los metales preciosos en solución derivan directamente del magma o pueden ser lixiviados de las rocas volcánicas huéspedes a medida que los fluidos circulan a través de ellas.
ALTERACIONES HIDROTERMALES
La alteración hidrotermal es un término general que incluye la respuesta mineralógica, textural y química de las rocas a un cambio ambiental, en térmicos químicos y termales, en la presencia de agua caliente, vapor o gas. La alteración hidrotermal ocurre a través de la transformación de fases minerales, crecimiento de nuevos minerales, disolución de minerales y/o precipitación, y reacciones de intercambio iónico entre los minerales constituyentes de una roca y el fluido caliente que cir culó por la misma. Aunque la composición litológica inicial tiene una influencia en la mineralogía secundaria (hidrotermal), su efecto es menor que el debido a la permeabilidad, temperatura y composición del fluido. En efecto, la temperatura del fluido y e l pH del mismo son los factores más relevantes en la asociación mineralógica resultante de los procesos de alteración hidrotermal, más que la litología. Ej., La asociación mineralógica: cuarzo, albita, feldespato -K, clorita, epidota férrica, illita, calcit a y pirita, se ha encontrado en basaltos en Islandia, areniscas en Imperial Valley, riolitas en Nueva Zelanda y andesitas en Indonesia.Esa asociación de minerales de alteración se ha producido en el rango de temperatura de 250º -280ºC.La susceptibilidad a la alteración es variable en los minerales primarios de las rocas. Elmás reactivo es el vidrio volcánico, frecuentemente alterado primero a ópalo, smectita, calcita o zeolita y luego a minerales de arcilla. En términos generales se puede establecer un orden relativo de susceptibilidad a la alteración de los minerales, a saber: Olivino > magnetita > hiperstena > hornblenda > biotita = plagioclasa La alteración hidrotermal es un tipo de metamorfismo que involucra la recristalización de la roca a nuevos mineral es más estables bajo las condiciones hidrotermales. La caracteráitica distintiva de la alteración hidrotermal es la importancia del fluido hidrotermal en transferir constituyentes y calor. En efecto, la alteración hidrotermal involucra la circulación de volúmenes relativamente grandes de fluidos calientes atravesando las rocas permeables debido a la presencia de fisuras o poros interconectados. El fluido tiende a estar considerablemente fuera de equilibrio termodinámico con las rocas adyacentes y esto genera las modificaciones en la composición mineralógica original de las rocas, puesto que componentes en solución y de los minerales sólidos se intercambian para lograr un equilibrio termodinámico.El transporte de materiales involucrados en la alteración de la s rocas puede ocurrir por infiltración o por difusión (transporte por difusión de especies químicas a través de fluidos estancados en los poros de las rocas) o por una combinación de ambos procesos. Si la evidencia geológica muestra que los materiales o componentes químicos se movieron a gran distancia el medio de transporte dominante probablemente fue la infiltración. En sistemas hidrotermales la difusión e infiltración ocurren simultáneamente.
Factores
que controlan a la alteración hidrotermal de las roc as .
a) Temperatura: La diferencia de temperatura ,entre la roca y el fluido que la invademientras más caliente el fluido mayor será el efecto sobre la mineralogía original.
b) Composición del fluido : Sobre todo el pH del fluido hidrotermal: mientras más ba jo el pH (fluido más ácido) mayor será el efecto sobre los minerales originales. c) Permeabilidad de la roca : Una roca compacta y sin permeabilidad no podrá ser invadida por fluidos hidrotermales para causar efectos de alteración. Sin embargo, los fluidos pueden producir fracturamiento hidráulico de las rocas o disolución de minerales generando permeabilidad secundaria en ellas. d) Duración de la interacción agua/roca: Variaciones de la razón agua/roca. Mientras mayor volumen de aguas calientes circulen por las rocas y por mayor tiempo, las modificaciones mineralógicas serán más completas. e) Composición de la roca : La proporción de minerales: es relevante para grados menos intensos de alteración, dado que los distintos minerales tienen distinta susceptibilidad a ser alterados, pero en alteraciones intensas la mineralogía resultante es esencialmente independiente del tipo de roca original. f) Presión: Este es un efecto indirecto, pero controla procesos secundarios como la profundidad de ebullición de fluidos, f racturamiento hidráulico (generación de brechas hidrotermales) y erupción o explosiones hidrotermales. TIPOS DE ALTERACION
y
Alteración potásica: caracterizada por la presencia de feldespato potásico secundario y/o biotita secundaria (anhidrita tambien puede estar presente). En terminos
fisicoquímicos esta alteración se desarrolla en presencia de soluciones casi neutras y a altas temperaturas (400º-600ºC). y
Propilítica: Caracterizada por la presencia de clorita, epidota y/o calcita, y plagioclasa albitizada. Generada por soluciones casi neutras en un rango variable de temperaturas.
y
Alteración fílica Tambien denominada cuarzo-sericítica o simplemente sericítica: caracterizada por el desarrollo de de sercita y cuarzo secundario. Es el resultado de una hidrólisis moderada a fuerte de los feldespatos, en un rango de temperatura de 300º-400ºC.
y
Alteración argílica. también denominada argílica intermedia: caracterizada por la presencia de caolinita y/o montmorillonita. fuerte, dando lugar a la formación de caolinita y/o alunita.
y
Silicificación: caracterizada por la destrucción total de la mineralogía original. La roca queda convertida en una masa silícea. Representa el mayor grado de hidrólisis posible. Los rellenos hidrotermales de espacios abiertos por cuarzo "no son" una silificación.
