UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Fundada en 1551
FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA, METALURGICA Y GEOGRAFICA
Inclusiones Fluidas Aplicadas a la Exploración de los Yacimientos minerales Tipo Pórfidos y Skarn
“
”
Ingeniería Geológica ESCUELA
Mineralogía Óptica CURSO
Ing. José Andrés Yparraguirre Calderón PROFESOR
Jennifer Viviana Ruiz Alarcón ALUMNO
Lima - Perú
2018
1
INDICE
1.
RESUMEN ........................................................................................................................................ 3
2.
INTRODUCCIÓN............................................................................................................................... 4
3.
OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 5
4.
COMPILACIÓN DE INFORMACIÓN .................................................................................................. 5 4.1.
Efectos de los fluidos con el comportamiento de los fundidos .............................................. 5
4.2.
Inclusiones Fluidas .................................................................................................................. 6
4.2.1.
Contenidos de las inclusiones fluidas. (Ver figura 4-3) .................................................. 8
4.2.2.
Morfología de Inclusiones fluidas ................................................................................... 8
4.3.
Minerales utilizados. ............................................................................................................... 9
4.4.
¿Qué podemos conocer de estas? .......................................................................................... 9
4.5.
Microtermometría ................................................................................................................ 10
4.5.1.
Fase calentamiento-Identificación de la Temperatura de Homogenización ................ 10
4.6.
Inclusiones Fluidas en un Yacimiento Tipo Pórfido. ............................................................. 14
4.7.
Inclusiones Fluidas en un Yacimiento tipo Skarn. ................................................................. 15
4.7.1.
Skarn de Hierro ............................................................................................................. 15
4.7.2.
Skarn de Oro ................................................................................................................. 15
4.7.3.
Skarn de Tungsteno....................................................................................................... 15
4.7.4.
Skarn de Cobre .............................................................................................................. 15
4.8.
Interpretaciones.................................................................................................................... 16
5.
CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 18
6.
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................ 18
2
1. RESUMEN Las inclusiones de fluidos (IF) son porciones pequeñas de líquido o de gas o de una mezcla de estas dos fases, que fueron atrapadas en imperfecciones de minerales durante su crecimiento. Sus tamaños varían de 1 a 100 µm, usualmente entre 3 a 20 µm. Dichos fluidos están relacionados a procesos hidrotermales que han ocurrido en los yacimientos. Debido a varias evidencias, se supone que las IF han conservado las propiedades químicas y físicas de las soluciones originales, y se les considera como muestras directas de las fases volátiles. Las inclusiones primarias y secundarias contenidas en los minerales de mena y ganga pueden ser utilizadas de manera indirecta como la huella digital de ciertos tipos de fluidos formadores de menas; para caracterizar asociaciones particulares de minerales de mena y definir las áreas dónde estos fluidos pueden concentrarse. Particularmente en yacimientos tipo Pórfido y Skarn. Por tanto el estudio y aplicación de Inclusiones fluidas permiten determinar lo siguiente en el estudio petrológico de rocas: Temperatura de homogeneización (Th ºC); Presión (profundidad) del yacimiento; Calculo de la salinidad del fluido mineralizante; Paleorelieves (desmantelamiento erosivo); Secuencias Parageneticas; Paleoisotermas; Direcciones de fluidos mineralizantes. Las inclusiones fluidas nos permiten obtener datos del sistema hidrotermal en el que se formó el mineral: temperatura, presión y composición general del fluido.
3
2. INTRODUCCIÓN El siguiente informe da una vista descriptiva de cómo se formaron las inclusiones fluidas y la presencia de estas en diferentes rocas asociadas a yacimientos hidrotermales tipo pórfido y Skarn. Según Roedder (1984), la primera descripción de una inclusión la aportó Abu Reykhan Al- Biruni un erudito asiático de siglo XI (Lemmlein, 1956). Aparentemente la primera referencia en inglés fue de Robert Boyle (1672) quien describió una gran burbuja moviéndose dentro de un cristal de cuarzo. Los primeros trabajos analíticos para establecer la composición de una inclusión específica fueron hechos por Breislak (1818), Davy (1822), Brewster (1823) y Nicol (1828); sus trabajos fueron usados como fuerte evidencia para apoyar la teoría Neptunista de la formación de minerales y rocas a partir del agua. El estudio de las inclusiones fluidas ha sido particularmente valioso en el campo de la génesis de los yacimientos minerales, utilizándose para determinar las condiciones de transporte de los metales y los mecanismos de formación de los yacimientos minerales (Roedder, 1979; Spooner, 1981). Wilkinson (2001) menciona que los estudios de inclusiones fluidas se han venido utilizando desde hace más de 30 años, como una herramienta fundamental para el entendimiento de la génesis de yacimientos hidrotermales. Las inclusiones son muestras representativas de los fluidos que dieron origen al yacimiento y, en muchos casos, son los más precisos geotermómetros y geobarómetros que se pueden obtener para ese depósito. Los resultados de los estudios microtermométricos contribuyen a la caracterización de varios procesos naturales, que ocurren en la corteza terrestre y en que las inclusiones fluidas juegan un papel importante.
4
3. OBJETIVOS
Entender y reconocer una inclusión fluida y sus diferentes fases ya sean liquidas, solidas, bifásicas, polifásicas. Conocer la aplicación práctica del estudio de inclusiones fluidas en la exploración de yacimientos minerales, tipo skarn y pórfidos.
4. COMPILACIÓN DE INFORMACIÓN
4.1.
Efectos de los fluidos con el comportamiento de los fundidos
El volumen de volátiles en solución que son liberados a una fase libre de vapor, marca la solubilidad de las especies volátiles en los fundidos que son susceptibles a las variaciones de presión. El incremento de la presión puede efectivamente forzar a los volátiles a disolverse en los fundidos silicáticos. A bajas presiones es donde el volumen de gas liberado es mayor. (TOSELLI ,2009). Los fundidos saturados en fluidos son los que contienen las mayores cantidades de especies volátiles disueltas bajo condiciones de P-T-X. Cualquier volátil presente en exceso a una determinada cantidad se separa, coexistiendo como fase fluida. El término presión de fluidos (Pf) se usa para describir los efectos combinados de presión y contenido de fluidos en un sistema. Un sistema fundido a una presión específica puede variar desde saturado en fluido (Pf = Ptotal) a fluido libre (P f = 0, llamado “seco”), dependiendo de la cantidad de fluidos disponibles. Pf raramente excede a Ptotal, porque el resultado sería la expulsión del exceso de volátiles por medio de una explosión. Alternativamente se pueden colectar y analizar gases volcánicos que están escapando, en zonas con volcanismo activo. De estos estudios se aprende que los gases componentes de los magmas son predominantemente del sistema C-O-H-S, siendo H 2O y CO2 dominantes, con cantidades menores de CO, O2, H2, S, SO2, y H2S. Se encuentran asimismo cantidades menores de: N, B, Cl y F. Cuando se coleccionan muestras de roca, el contenido de fluidos, su mayoría se ha perdido y ocasionalmente se observan inclusiones fluidas que son muy pequeñas y que pueden formarse también en estadios post-magmáticos (Fig. 4.1).
5
Figura N° 4-1- Distintos tipos de Inclusiones fluidas. A: Cristal negativo relleno por una sola fase gaseosa. B: Dos fases, gas y líquido. C: Tres fases, agua y vapor, además de CO2. C: Tres ejemplos de cristales negativos conteniendo además de fases de líquido y vapor, desarrollan cristales de NaCl. E: Inclusión en apatita de carbonatita, con cristales de NaCl y KCl, una fase de sulfato y una fase de gas. F y G: inclusiones fluidas típicas en cristales de cuarzo, con formas redondeadas o de cristales negativos, que contienen una fase líquida y otra gaseosa. H: Inclusión en cuarzo conteniendo metano con una solución salina.
4.2.
Inclusiones Fluidas
En general los procesos magmáticos tienen lugar en presencia de una o más fases fluidas. La presencia más obvia de la presencia de fluidos en los fundidos silicáticos se observa en las erupciones volcánicas. Mientras que las evidencias de tal presencia en las rocas plutónicas es menos evidente, ya que solo es posible su identificación en las pequeñas inclusiones entrampadas de los volátiles. Debe tenerse cuidado en identificar si tales inclusiones son primarias (formadas durante la cristalización del mineral que las contiene) o secundarias (si se han formado por procesos posteriores como deformación o metamorfismo). Asimismo, las inclusiones primarias, pueden haber sufrido pérdidas durante procesos posteriores a su formación. La presencia en fundidos silicáticos de gases o soluciones acuosas, ha sido preservada como pequeñas inclusiones entrampadas dentro de cristales de diferentes minerales. Estas inclusiones son pequeñas <1 mm y >100um de diámetro (Fig.4-2), usualmente entre 3 a 20 m y como generalmente permanecen sin cambios después de su formación, proveen información sobre la presión, temperatura y composición de los fluidos entrampados y que estuvieron presentes durante la cristalización de la roca, que cubre temperaturas entre los 700º y 12 00ºC.
6
Figura N° 4-2. Inclusiones fluidas polifásicas. Vapor: H2O (P<<1atm), CO2, CH4, N2, H2S Liquido: H2O, CO2, Petróleo Sólido: NaCl, KCl, hematita, anhidrita, moscovita, calcopirita, magnetita (otros aun no identificados).
Según estos criterios, que se relacionan con la composición, se han propuesto varios tipos de clasificaciones. De todas estas la más conocida es la de Nash (1976) que distingue cuatro tipos de inclusiones (L=líquido; V=vapor; S=sólido; C=carbónicas): Tipo L de moderada salinidad, con dos fases: una líquida (agua) y otra gaseosa (Vapor de agua) con diferente volumen, según la temperatura de atrape. Tipo V ricas en gas (normalmente vapor de agua representando más del 60% de la i nclusión); como se ha comentado anteriormente este tipo es un buen indicador de la existencia de ebullición, especialmente cuando se encuentran coexistiendo con las de tipo L. Aunque sean dominantemente acuosas, pueden contener algo de CO2. Tipo S muy salinas, conteniendo pequeños cristales de halita de hábito cúbico y en ocasiones de silvita, anhidrita, hematita, etc. Tipo C ricas en CO2, con una relación CO2/H2O variable pero casi siempre comprendida entre 3 y 30% del volumen, según se acerquen a los tipos anteriores.
Figura Nº 4-3: Clasificación de Nash (1976) mostrando los cuatro tipos más importantes de inclusiones fluidas. (L=líquido; V=vapor; S=sólido; C=carbónicas). Según estos criterios, que se relacionan con la composición, se han propuesto varios tipos de clasificaciones. De todas estas la más conocida es la de Nash (1976) que distingue cuatro tipos de inclusiones (L=líquido; V=vapor; S=sólido; C=carbónicas)
7
4.2.1. Contenidos de las inclusiones fluidas. (Ver figura(4-1, 4-3)) a) Monofásicas. Están formadas completamente por líquido (L), gas (V) o sólidos (S o inclusiones minerales). Entre los fluidos más frecuentes son las de líquidos acuosos, en general formadas a muy baja temperatura. b) Bifásicas. Presentan sólo dos fases, siendo más frecuentes las que tienen vapor y líquido. c) Trifásicas. Cuando aparecen más de dos fases el esquema de clasificación se complica, ya que unas veces son predominantemente líquidas, otras gaseosas con líquidos inmiscibles o baja proporción de sólidos, mientras que en otras son muy abundantes los sólidos. d) Poli- o multifásicas. Las inclusiones más complejas las tenemos cuando aparecen varios tipos de sólidos ("daughter minerals") junto con el líquido o líquidos inmiscibles y la burbuja de gas. Son típicas de ambientes profundos tipo Pórfidos.
Las determinaciones se realizan mediante una platina de calentamiento/enfriamiento que se adosa al microscopio petrográfico y que permite elevar la temperatura hasta que se rellena la cavidad por el fluido, que también conlleva a la disolución de los cristales formados, que indicaría la temperatura de formación y luego bajar la temperatura hasta congelar al fluido, que permite establecer por ejemplo que la inclusión es de H 2O pura, o que contiene por ejemplo NaCl, si se forman cristales cúbicos de dicho mineral, durante el proceso de enfriamiento (Fig. 4-1).
4.2.2.
Morfología de Inclusiones fluidas
Las formas de las inclusiones pueden ser isométricas, tubulares alargadas y con bordes rectilíneas - como cubos, prismas y pirámides. Tales formas corresponden con la estructura cristalina de los minerales, que albergan las inclusiones. Otras inclusiones son esféricas, ovales o irregularmente. Las inclusiones ocurren individualmente, en grupos característicos, en zonas o en masas a lo largo de superficies o planos en el cristal
Figura N° 4-4: Formas de Inclusiones fluidas. Fuente: Ingemmet
8
4.3.
Inclusiones fluidas en Minerales Claros y Opacos
. Las inclusiones fluidas se producen tanto en minerales traslúcidos (Ej. cuarzo, calcita esfalerita), como en minerales opacos (Ej. calcopirita, pirita, magnetita), pero solamente se pueden estudiar ópticamente en los minerales traslúcidos o transparentes, aunque ha habido algunos intentos recientes de estudiar inclusiones fluidas en minerales opacos utilizando rayos infrarrojos.
4.4.
Minerales utilizados.
Se estudian en minerales que son transparentes, incoloros o débilmente coloreados, principalmente en cuarzo y/o calcita.
Fotomicrografía 01 y 02.- 01) Inclusiones tabulares alineadas en baritina; 02) Inclusiones fluidas bifásicas rica en vapor capturadas en esfalerita.
4.5.
¿Qué podemos conocer de estas?
El estudio nos brinda la siguiente información: a.- Temperatura de homogeneización (Th ºC). b.- Presión (profundidad) del yacimiento. c.- Calculo de la salinidad del fluido mineralizante. d.- Paleorelieves (desmantelamiento erosivo). e.- Secuencias Parageneticas. f.- Paleoisotermas. g.- Direcciones de fluidos mineralizantes.
9
4.6.
Microtermometría
Es la observación de los cambios de fases en inclusiones fluidas (IF) bajo condiciones de calentamiento y enfriamiento controladas, es la base fundamental para el estudio de inclusiones fluidas. La microtermometría es el método de medir temperaturas correspondientes a transiciones de fases en inclusiones fluidas. Suponiendo que la composición y la densidad del fluido atrapado en una inclusión no fuesen modificadas desde su formación se puede determinar su temperatura de homogeneización Th y su temperaturade fusión Tm, es la base fundamental para el estudio de inclusiones fluidas.
Figura N° 4-5: Microtermometría de inclusiones fluidas. Fuente: Modificado según Gill (1993)
4.6.1. Fase calentamiento-Identificación de la Temperatura de Homogenización 4.6.1.1.
Fase de Calentamiento
Proceso que consiste en calentar la Inclusión Fluida y llegar a identificar la temperatura de homogenización.
Figura N° 4-6: Principio de Sorby. Fuente: Sorby (1858)
10
4.6.1.2.
En Inclusiones Fluidas tipo Bifásicas.
Figura 4-7.- Secuencias de cambio de fase para conseguir la temperatura de Homogeneización (ThºC) en una Inclusión Fluida bifásica. L: Liquida; V: Vapor
4.6.1.3.
En Inclusiones Fluidas tipo Polifásicas.
Figura 4-8.- Secuencias de cambio de fase para conseguir la temperatura de Homogeneización y dilución de la Halita en una Inclusión Fluida Polifásica. H: Halita; V: Vapor.
11
4.6.2. Fase Enfriamiento- Identificación de la Temperatura de Fusión. Proceso opuesto al de calentamiento donde La temperatura de fusión del hielo permite determinar la salinidad del fluido en % peso NaCl. La inclusión se congela con nitrógeno líquido, mucho más allá de la temperatura de solidificación, porque por razones cinéticas no se congela inmediatamente. Luego se deja que su temperatura vuelva a subir gradualmente y se llega al punto en que comienza a derretirse.
Figura 4-9.- Secuencias de cambio de fase para conseguir la temperatura de fusión (TfºC) para poder encontrar la salinidad del fluido en una Inclusión Fluida bifásica. L: Liquida; V: Vapor
12
4.7.
Inclusiones típicas de fluidos hidrotermales
4.7.1. Relación con pórfidos y skarn Inclusiones fluidas polifásicas portadoras de sólidos: inclusiones que han atrapado flui dos de alta salinidad (hasta 50% en peso de (NaCl). Como resultado se tiene la cristalización de un cristal hijo.
Figura N° 4-10: Inclusiones fluidas polifásicas portadoras de sólidos.
Este diagrama muestra la relación entre un magma intrusivo y los fluidos salinos que se concentran en sus fluidos fundamentales de fase tardía. Inclusiones fluidas Salinas ocurren arriba y periférico a las zonas económicamente mineralizadas y ayudan en la localización de la zona núcleo mineralizado y también depósitos ciegos.
Figura N° 11. Fluidos salinos en pórfidos de Cobre.
13
4.7.1.1.
Inclusiones Fluidas en un Yacimiento Tipo Pórfido.
Las Temperaturas de Homogeneización y salinidades según zonas de alteración tenemos:
Figura N° 4-12.- Ubicación de las alteraciones de un Yacimiento tipo Pórfido.(Lowell y Guilbert, 1970)
a.- Alteración Cálcico-Sódico: se caracteriza por albita, actinolita, epidota, titanita. Cálcico: Granate y piroxenos. Sódico: Sericita, turmalina (inferior T), superiores Los fluidos son salinos con temperaturas moderadas y altas (300-400ºC). b.- Alteración Potásica: se caracteriza por FPTKs, biotita secundaria +/-magnetita. (Metasomatismo –K, lixiviación Na, Ca, intercambio alcalino). Fluido K y rico Fe. Th: 350-700 °C; Salinidad: 70% en peso de NaCl. c.- Alteración Propilítica: se caracteriza por epidota, clorita, calcita, albita (hidratación, carbonatación, además de volátiles). Th: 150-250 °; Salinidad: 1-10% en peso de NaCl. d.- Alteración Fílica: se caracteriza por sericita-cuarzo. Fluidos usualmente de baja salinidad, dominada vapor (pero hay excepciones). Temperatura entre 200 -400 °C. e.- Alteración Argílica: por arcillas (illita, esmectita, caolinita)-cuarzo. El fluido es acuoso o dominado o condensado en fase de vapor (i.e, de baja salinidad, temperatura baja).
14
4.7.1.2.
Inclusiones Fluidas en un Yacimiento tipo Skarn.
Las Temperaturas de Homogeneización (ThºC) y salinidades según zonas de alteración P rograda y Retrograda: A.- Metamorfismo isoquímico B.- Fase Prograda C.-Fase Prograda D.- Fase Retrograda
Figura N° 4-13.- Ubicación espacial de las ateraciones de un Yacimiento tipo Skarn. (Meinert, 2005)
4.7.2.
Skarn de Hierro
Prograda: Granates y Piroxenos: Th ºC: 370-700°C y 300-690°C; Salinidad: 50 wt % NaCl Retrograda: Epidota y vetas transversales de cuarzo: Th °C: 245-250°C y 100-250°C; Salinidad: 25 wt % NaCl 4.7.3.
Skarn de Oro
Prograda: Granates y Piroxenos: Th °C: 730-695°C; Salinidad: 33 wt % NaCl Retrograda: Escapolita, epidota y actinolita: Th °C: 320-400°C, 255-320°C y 320-350°C 4.7.4. Skarn de Tungsteno Prograda: Granates y Piroxenos: Th °C: 800-600°C; Salinidad: 52 wt % NaCl Retrograda: Anfíboles y cuarzo: Th °C: 250-380°C y 290-380°C; Salinidad: 12-28 y 2.5-10.5 wt % NaCl 4.7.5. Skarn de Cobre Prograda: Granates y Piroxenos: Th °C: ~750°-400°C. Retrograda: Th: <400°C; Salinidad: <25 wt% NaCl 15
4.8.
Interpretaciones.
El uso más inmediato de las inclusiones fluidas para fines exploratorios reside en el establecimiento empírico de la relación entre ciertas propiedades microtermométricas de las inclusiones fluidas y características clave de las mineralizaciones económicas (Wilkinson, 2001). En primer lugar, los rangos de temperatura o de salinidad genéricos se pueden considerar (1) como orientativos en la determinación de una tipología o subtipología de yacimientos minerales o (2) como reveladores de un ambiente hidrotermal permisivo para mineralizaciones económicas. En la determinación tipológica de los depósitos minerales, la petrografía y microtermometría de inclusiones fluidas constituyen un elemento de juicio cualitativo importante. Por ello, es necesario que el prospector posea un conocimiento suficiente acerca del tipo de yacimiento que se encuentra bajo exploración, no sólo acerca de la zonación mineral o metálica esperable para cada tipología, sino también las características petrográficas y fisicoquímicas de las inclusiones fluidas que pueden presentar.
Figura N° 4-14.- Diagrama ThºC versus Salinidad para poder ubicar modelos de Yacimientos. Modificada por Yparraguirre de Wilkinson (2001)
16
Figura N°15-(1 al 3 ) Secciones Longitudinal mostrando Paleorelieves, isotermas y direcciones de fluidos.
17
5. CONCLUSIONES
Las inclusiones fluidas nos permiten obtener datos del sistema hidrotermal en el que se formó el mineral: temperatura, presión y composición general del fluido. Los resultados de los estudios microtermométricos contribuyen a la caracterización de varios procesos naturales, que ocurren en la corteza terrestre y en que las inclusiones fluidas juegan un papel importante. Las inclusiones primarias y secundarias contenidas en los minerales de mena y ganga pueden ser utilizadas de manera indirecta como la huella digital de ciertos tipos de fluidos formadores de menas; para caracterizar asociaciones particulares de minerales de mena y definir las áreas dónde estos fluidos pueden concentrarse. El uso más inmediato de las inclusiones fluidas para fines exploratorios reside en el establecimiento empírico de la relación entre ciertas propiedades microtermométricas de las inclusiones fluidas y características clave de las mineralizaciones económicas. El estudio y aplicación de Inclusiones fluidas permiten determinar lo siguiente en el estudio petrológico de rocas: Temperatura de homogeneización (Th ºC); Presión (profundidad) del yacimiento; Calculo de la salinidad del fluido mineralizante; Paleorelieves (desmantelamiento erosivo); Secuencias Parageneticas; Paleoisotermas; Direcciones de fluidos mineralizantes.
6. BIBLIOGRAFIA
Toselli A, Aceñolaza F(2009-2010).Elemtos Básicos de Petrología Ignea. Argentina.Miscelanea 18 , Instituto Superior de Correlación Geológica (INSUGEO) , Pag 132-133. Castroviejo R, Yparraguirre J.A, Cánepa C. (2008) Extensive boiling as a precipitation mechanmism for precious & base metal ores, Bienaventurada Mine, Huancavelica, Perú. 12th Quadrennial IAGOD Symposium, Session C3 (Abs. p. 43 & extended abs. in CD), Moscow, 21-24 august 2006. “Calua H (2013). Aplicaciones de Inclusiones Fluidas en la Exploración del Prospecto Campana, La Libertad- Perú”. Pag 13-21
18
19
