Influencia de la Alteración Hidrotermal en la Caracterización Geomecánica del Macizo Rocoso C. Vallejo Cortes Servicios de Geología Aplicada EIRL, Lima-Perú
RESUMEN: En el planeamiento de minado de un yacimiento es muy importante conocer en detalle las características del macizo rocoso en el cual se encuentra emplazado, con el objetivo de prever su comportamiento geomecánico ante los diferentes tipos de minado proyectados. Sin embargo, en el área de influencia de la mineralización (originada por procesos de alteración hidrotermal), el macizo rocoso original presenta cambios en su composición composición mineralógica según el grado de intensidad, modificando sus propiedades físicas, elásticas y de resistencia, así como de fracturamiento, por lo que estas modificaciones influyen en la determinación de los valores empíricos de los diferentes parámetros que toman en cuenta los índices de clasificación geomecánica. En el presente trabajo se desarrolla los principales conceptos de alteración hidrotermal y su influencia en la caracterización geomecánica del macizo rocoso, sugiriendo en forma preliminar una metodología de aplicación para obtener un factor de corrección numérico (FCAH) y pueda ser aplicado en la valorización final del macizo rocoso original en base al índice RMR. Esta metodología de aplicación esta en función al tipo, intensidad y grado de alteración hidrotermal. 1 INTRODUCCION El conocimiento del macizo rocoso es un gran reto para ser aplicado en el diseño de la l a explotación minera, ya que está basado principalmente en la observación y utilización de datos empíricos para determinar sus características y comportamiento, ésta información de campo es complementada con ensayos de laboratorio, instrumentación y modelamiento numérico cuya interpretación depende en gran parte de la experiencia y dedicación del especialista involucrado. Durante la etapa de ejecución del diseño de ex plotación propuesto para un yacimiento, se presenta una mayor cantidad de incertidumbres, ya que, el macizo rocoso original ha sido afectado por diferentes procesos de mineralización, ver figura 1.
Figura 1. Perfil geológico del Yacimiento Minero Quiruvilca (Geología Mina Quiuvilca, Southern Peaks, 2013)
Para el logro del conocimiento del macizo rocoso se considera predominantemente sus condiciones naturales original (condiciones de formación, procesos
estructurales y procesos erosivos) las cuales son utilizadas para determinar la valoración de sus parámetros según los sistemas de caracterización. Así mismo, se evalúan los factores externos (agua, tensiones, orientación de estructuras geológicas, geológicas, mem etodología de explotación y otros) que influyen en el comportamiento geomecánico del macizo rocoso, con el fin de determinar el tipo de sostenimiento a colocar y su tiempo de autosoporte, según la valoración final obtenida a partir de los diferentes índices de clasificación geomecánica, ver cuadro 1. Cuadro 1. Caracterización y Clasificación del Macizo Rocoso (A. Palmstrom, D. Milne, W. Peck, GeoEng 2000).
Sin embargo, en las áreas de emplazamiento de los yacimientos mineros originados por fluidos hidrotermales, las propiedades de la roca intacta y las condiciones de fracturamiento del macizo rocoso original son modificados significativamente, por lo que se recomienda evaluar con mayor detenimiento dichos cambios del macizo rocoso sugiriendo un fac-
tor de corrección que se pueda aplicar al valor obtenido del macizo rocoso original según los sistemas de clasificación geomecánica, especialmente al sistema de clasificación geomecánica RMR (Bieniawski, 1989) que es uno de los sistemas más utilizados para el diseño de labores subterráneas en la industria minera, ver figuras 2 y 3.
Figura 2: Caracterización del Macizo Rocoso según el Índice GSI (E. Hoek, 1996)
Figura 3A: Parámetros para obtener el valor del Índice RMR (Bieniawski, 1989).
Figura 3B: Clasificación del Macizo Rocoso según el valor obtenido del Índice RMR (Bieniawski, 1989).
El índice de clasificación geomecánica RMR (Bieniawski, 1989) propone los siguientes parámetros para valorar la calidad del macizo rocoso: resistencia, RQD, espaciamiento de discontinuidades, condición de discontinuidades y presencia de agua. La alteración hidrotermal afecta el parámetro de resistencia por modificación de su mineralogía, textura, densidad y porosidad de la roca, así como los parámetros de RQD y espaciamiento de discontinuidades por la ocurrencia de fracturamiento hidráulico debido a la presión de los fluidos hidrotermales. Además, afecta la condición de discontinuidades por los tipos de relleno, por lo que la valoración de los parámetros del índice RMR pueden disminuir, mantener o mejorar significativamente con respecto al macizo rocoso original de un yacimiento. 2 ALTERACION HIDROTERMAL 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 circuló por la misma. La textura original de la roca puede ser modificada ligeramente o completamente obliterada por la alteración hidrotermal. Los factores que controlan la alteración hidrotermal de las rocas son: Temperatura (a mayor temperatura, mayor efecto en la mineralogía original). Composición del fluido (menor pH, mayor efecto en la mineralogía original). Permeabilidad de la roca (mayor permeabilidad, mayor efecto en la mineralogía original). Duración de la interacción agua/roca (mayor duración, mayor efecto en la mineralogía original). Composición de la roca (presencia de minerales susceptibles a ser alterados). La alteración hidrotermal produce cambios en las propiedades de la roca intacta, alterando su mineralogía, textura, densidad (aumento o disminución), porosidad, permeabilidad (aumento o disminución), susceptibilidad magnética (usualmente disminuye, pero puede aumentar cuando se deposita magnetita hidrotermal) y resistividad (usualmente decrece porque los sulfuros metálicos permiten el paso de corrientes eléctricas). En la condiciones de discontinuidades, la alteración hidrotermal origina un mayor fracturamiento por efecto de la presión causando un
fracturamiento hidráulico y modificando la resistencia en las paredes de las fracturas. 3 TIPOS DE ALTERACION HIDROTERMAL Los tipos de alteración hidrotermal pueden definirse en base a la presencia del mineral de alteración más abundante, por lo que se clasifican en: silicificación, sericitización, argilización, cloritización, epidotización, carbonatación y sulfatación. Una segunda clasificación de las alteraciones hidrotermales utiliza las asociaciones de minerales tí picos tales como: alteración propilítica (epidotaclorita-albita-calcita y pirita), alteración argílica intermedia (caolinita-motmorillonita, esmectita o arcillas amorfas), alteración filítica (cuarzo-sericita pirita), alteración argílica avanzada (caolinitaalunita-cuarzo y caolinita) y alteración potásica (feldespatos potásicos y biotita), ver figura 4.
Figura 4: Asociaciones de minerales de alteración comunes en sistemas hidrotermales (tomado de Corbett y Leach, 1998).
4 INFLUENCIA DE LA ALTERACION HIDROTERMAL EN EL MACIZO ROCOSO Todo macizo rocoso que ha sido afectado por fluidos hidrotermales presenta cambios favorables o desfavorables en sus características geomecánicas, por lo que si relacionamos la influencia hidrotermal con los parámetros geomecánicos considerados en la clasificación geomecánica RMR (Bieniawski, 1989) se puede afirmar lo siguiente: La resistencia de la roca intacta puede ser modificado en forma favorable si la alteración hidrotermal predominante es la silicificación o en forma
desfavorable si se tratase de una alteración hidrotermal de sericitización o argilitización. El RQD y espaciamiento de las fracturas pueden ser modificados por efecto de la presión del fluido hidrotermal, el cual podría incrementar la cantidad de fracturas, disminuyendo el RQD y espaciamiento de las fracturas. Las condiciones de las discontinuidades, siendo el factor más importante el relleno, podrían mejorar notablemente si los fluidos hidrotermales rellenan las fracturas existentes con sílice o calcita, o disminuir notablemente si el relleno consistiera en sericita o arcillas. La alteración hidrotermal aumenta significativamente el grado de acidez del agua (PH), lo cual origina una mayor agresividad del agua afectando los minerales, especialmente minerales calcáreos o carbonatados. Estas afirmaciones se pueden cuantificar con la ejecución de ensayos de mecánica de rocas para obtener mejores resultados que los estimados en el terreno. Así mismo, se han realizado estudios que han determinado la influencia de las alteraciones hidrotermales en la constante mi y en la resistencia a la com presión simple de la roca intacta (ver figuras 5 y 6), así como en sus propiedades físicas y elásticas.
Figura 5: Relación del mi con la resistencia a la compresión simple de la roca intacta (σci) según Lowell y Guilbert (1970).
Figura 6: Zonificación de alteración y mineralización según
Lowell y Guilbert (1970).
5 PROPUESTA METODOLOGICA PARA LA DETERMINACION DEL FACTOR DE CORRECCION POR ALTERACION HIDROTERMAL (FCAH) La presente propuesta metodológica preliminar tiene como objetivo ser aplicado en cada unidad minera del país para obtener el RMR (Mina), de acuerdo a su zonamiento hidrotermal, determinado por estudios geológicos de superficie y de sondaje diamantinos, con lo cual, la estimación para su metodología de minado, aberturas, tiempo de autosoporte, tipos de sostenimiento sean más concordantes con la condición del macizo rocoso afectado por la alteración hidrotermal. El índice RMR (Mina) se estima de la siguiente manera: RMR (Mina) = RMR (Bieniawski, 89) + FCAH Donde: RMR: Índice de Clasificación Geomecánica, Bieniawski, 1989) FCAH: Factor de corrección por alteración hidrotermal. Para determinar el factor de corrección (FCAH) por alteración hidrotermal de un macizo rocoso se sugiere la siguiente metodología: 1er Paso: Establecer la diferenciación mineralógica del yacimiento y sus propiedades físicas determinándose el macizo rocoso original, el macizo rocoso a inmediaciones de las estructuras mineralizadas, falsas cajas y vetas. 2do Paso: Zonificar el yacimiento en base a los tipos, intensidad y secuencia de las alteraciones hidrotermales. 3er Paso: Determinar la variación de la resistencia con ensayos de carga puntual en muestras no sumergidas y sumergidas en agua a diferentes tiempos, ya sea en muestras del macizo rocoso original, macizo rocoso a inmediaciones de las estructuras mineralizadas, falsas cajas y vetas. Para determinar el FCAH según el tipo de alteración se debe tomar en cuenta que la argilitización es la más desfavorable, seguida de la sericitización y la epidotización que prácticamente no afecta en forma significativa al macizo rocoso original, además de la silicificación que mejora la calidad del macizo rocoso original. A partir de la primera valoración en base al tipo de alteración, se daría valores en función de la intensidad y grado de alteración, los cuales de-
penden de la litología del macizo rocoso, ver figura 7.
Figura 7: Determinación del factor de corrección por alteración hidrotermal (FCAH).
A manera de ejemplo, se presenta el zonamiento simplificado de una estructura mineralizada en un ambiente de alteración hidrotermal en vetas (ver figura 8): 1. Zona de alteración silícea o cuarzo sericita, asociada con la mineralización de la veta, en donde ocurren rocas de calidad regular. 2. Zona de alteración argílica avanzada o intermedia, correspondiente a las cajas inmediatas, donde ocurren rocas de mala calidad y propensas al fallamiento. 3. Zona de alteración propilítica potásica, asociada a la periferie de las cajas, en donde la roca mejora su calidad, sin embargo, las fracturas presentan minerales de clorita formando superficies lisas. 4. Zona de roca estéril no afectada por la alteración, en donde ocurren condiciones geomecánicas propias del macizo rocoso.
Figura 8: Zonamiento simplificado de una estructura mineralizada (tomado del Manual de Geomecánica aplicada a la prevención de accidentes por caída de rocas en minería subterránea, 2004).
6 PLANO DE ZONIFICACION GEOMECANICA PRELIMINAR DEL PERU En el año 2003 se realizo una zonificación preliminar de las condiciones geomecánicas a nivel del Perú (ver figuras 9 y 10), el cual está relacionado con la zonificación metalogenética elaborado por diferentes autores como De Montreuil L. (1972), Cardoso M. y Cedillo E. (1990), Tumilian P.H. (2002). Esta zonificación preliminar se puede actualizar en base a los dominios geotectónicos y metalogénesis del Perú elaborado por Carloto V. (2009), asociándolos a posibles comportamientos geomecánicos del macizo rocoso en los diferentes yacimientos, para lo cual sería necesario la participación de los especialistas en geomecánica de las diferentes unidades mineras del Perú, asesorados por expertos a nivel nacional e internacional con el apoyo de entidades públicas y privadas interesadas en el tema.
Figura 9:Mapa de zonificación geomecánica preliminar del Perú (C. Vallejo, D. Córdova, 2003)
Figura 10:Descripción de las provincias geomecánicas del Perú (tomado del Manual de Geomecánica aplicada a la prevención de accidentes por caída de rocas en minería subterránea, 2004)
7 CONCLUSIONES En un yacimiento minero existen diferentes áreas con diferente mineralización originados por varios procesos hidrotermales o uno solo, las cuales a su vez presentan diversas alteraciones predominantes, por lo que, en cada una de estas áreas se tendría un determinado factor de corrección (FCAH), el cual es muy importante para proyectar y prever los problemas de minado que se puedan presentar en las am pliaciones o profundizaciones de un yacimiento, determinando el tipo de roca no alterada, tipo de alteración e intensidad en base a los resultados de las investigaciones con sondajes diamantinos, obteniendo la valoración del factor de corrección adecuada por alteración hidrotermal. La zonificación del yacimiento se puede realizar por influencia del halo de alteración en las inmediaciones de una veta o mediante niveles en el halo de alteración de cuerpos mineralizados. La tabla 7, sugerida en el presente trabajo para la determinación del factor de corrección por alteración hidrotermal debería ser llevada a cabo en forma em pírica en diferentes yacimientos y ser evaluada por un comité integrado por las diferentes entidades relacionadas con el desarrollo minero en el país, con el objetivo de elaborar un documento unificado e integral para ser aplicado en las diferentes unidades mineras. Para lograr este objetivo sería conveniente el apoyo de entidades públicas y privadas para la conformación de un comité de profesionales en el área de geomecánica. 8 REFERENCIAS Aguilar, J.C. 2008. Caracterización Geotécnica y Estructural de la Rampa de Exploración y del Túnel de Drenaje, Mina Chuquicamata. Tesis de Grado. Universidad de Chile. Barnes, H.L., 1967. Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits, Primera Edición. Barton, N., 2006. Lecture Series on Rock Mechanics and Tunnelling. School of Engineering, Griffith University, Gold Coast Campus. Bieniawski, Z.T. 1989. Engineering Rock Mass Clasifications. A. Wiley - Interscience USA. Corbett, G.J. y Leach, T.M. 1998. Southewst Pacific Rim Gold-Copper Systems: Structure, Alteration and Mineralization. Society of Economic Geologist, Special Publication Number 6, p. 237. Carlotto, V., Quispe, J., Acosta, H. y otros. 2009. Dominios Geotectónicos y Metalogénesis del Perú. Sociedad Geológica del Perú. Hoek, E., Kaiser P.K. and Bawden W.F. 1997, Sup port of Underground Excavations in Hard Rock. A.A. Balkema, Rotterdam. Reed, M.H. 1997. Hydrothermal Alteration and Its Relationship to Ore Fluid Composition. En: Geo-
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