03-hidrotermalismo alteraciónhidrotermal 1

8/20/2019 03-HIDROTERMALISMO AlteraciónHidrotermal 1

1/46

Alteración Hidrotermal


2/46

Alteración Hidrotermal • Se entiende como proceso de alteración

hidrotermal al intercambio químico ocurrido

durante una interacción fluido hidrotermal-roca.

• Alteración hidrotermal provoca cambios químicosy mineralógicos en la roca afectada.

• En estricto rigor, una alteración hidrotermal puedeser considerado como un proceso demetasomatismo, dandose transformación química

y mineralógica de la roca original en un sistematermodinámico abierto.


3/46


• Cambios mineralógicos, texturales y químicos de

una roca productos de interacción agua – roca.

Roca en

contacto con

Vapor

Fluido (agua) calientegas

Usualmente

solución acuosa

Cambios

Mineralogía

TexturaQuímica

• Sistema abierto de interacción agua – roca

• Con desequilibrio químico

• Adición o remoción de componentes químicos

• Estos procesos implican Transferencias de Masa


4/46

Transferencia de masas en sistemas

hidrotermales

Normalmente las soluciones hidrotermales estánsubsaturadas en metales, de modo que requiere lacirculación de un gran volumen de fluidos por una unidad

de roca durante un prolongado tiempo para que metalesse concentren mediante una contínua precipitación deminerales desde el fluido.

• ¿Porqué circulan los fluidos hidrotermales?

• Diferencias de densidad inducidas termalmente (es larazón principal), diferencias composicionales y dedensidad.

• Gradientes de presión: compactación sedimentaria,generación de fluidos metamórficos, dilatación durantedeformación, diferencias de elevación, liberación de fluidosde un magma (típicamente a alta presión y temperatura,como en pórfidos Cu)


5/46

Advección o convección de fluidos

• Los fluidos necesitan espacio físico para fluir a travésde la corteza terrestre

• Muchos minerales de mena son precipitados comorelleno de espacios abiertos

• La porosidad y permeabilidad de las rocas sonimportantes en el control de:

– La ubicación de la mineralización (a escala local y

regional) – Del tamaño y forma de los depósitos minerales


hidrotermales


6/46


hidrotermales

• Porosidad primaria: generalmente rocas sedimentarias (Ej.Rocas clásticas bien seleccionadas, arrecifes, lavasbrechosas y vesiculares)

• Porosidad secundaria: más importante!

– Inducida tectónicamente: fallas, diaclasas, etc.

– Inducida por el fluido: disolución (Ej. Karsts),dolomitización, facturamiento hidráulico.

• Preparación del terreno (‘ground preparation’) condicionesgeológicas previas a la circulación de fluidos hidrotermalesque permiten la circulación de fluidos hidrotermales y

concentración de minerales de mena.


7/46


hidrotermales

• La razón de flujo de un fluido depende de su: – Densidad

– Viscosidad

– Diferencia de presión – Permeabilidad del medio

• Se rige por la Ley de Darcy

Q = KiAQ = descarga (m2/seg)

K = conductividad hidráulica (coeficiente de permeabilidad; m/s)

i = gradiente hidráulico (∆h/l; diferencia de altura por el trayecto l)

A = área de la sección (m2)

La razón de flujo volumétrico es función del área deflujo, elevación, presión del fluido y una constante de

proporcionalidad.


8/46


hidrotermales

Difusión• Movimiento de especies moleculares o iónicas a través de un

medio “inmovil” (gas, líquido o sólido); generalmente inducido

por gradientes de concentración.

• F = -D(dc/dx) Primera Ley de Fick• F = flujo difusivo

• D = coeficiente de difusión• dc/dx = gradiente de concentración• - signo negativo indica hacia abajo en el gradiente de difusión• D para iónes o moléculas en agua ~10E-5 cm2/seg• D para iónes en sólidos a 1000°C ~10E-10 cm2/seg

• En general la difusión en líquidos es importante solocuando el fluido está estático y/o donde lapermeabilidad es baja y la difusión en sólidos es

importante solo a altas temperaturas.


9/46

Reacciones de intercambio iónico en procesos

de alteración hidrotermal

• Intercambio catiónico o cambio de base

Ej. Mg2+ por Ca2+ o Na+ por K+ generalmenteocurre a alta t° Ej. enriqueciendo la roca en K a

expensas de Na y Ca.• Cationes metálicos por H+, que es un caso especial

de intercambio iónico que corresponde

químicamente a hidrólisis, la que es una reacción dedescomposición en la que participa agua.

• La hidrólisis controla la estabilidad de feldespatos,micas y arcillas en procesos de alteración

hidrotermal, en los cuales K+, Na+, Ca2+ y otroscationes se transfieren de los minerales a la solucióny el H+ se incorpora en las fases sólidasremanentes, lo que se ha denominadometasomatismo de hidrógeno (Hemley & Jones,1964).


10/46

Ejemplos de intercambio catiónico

• Calcita Dolomita

• 2CaCO3 + Mg2+ CaMg(CO3)2 + Ca

2+

• Ortoclasa Clorita

• KAlSi3O8 + 6.5Mg2+ + 10 H2O Mg6.5(Si3Al)O10(OH)8 +K

+ + 12H+

• Ortoclasa Albita

• KAlSi3O8 + Na+ NaAlSi3O8 + K

+


11/46

Ejemplos de Hidrólisis (Metasomatismo de H + )

Alteración de plagioclasa sericita arcillas cuarzo

Andesina Sericita + Cuarzo

0.75 Na2CaAl4Si8O24 + 2H+ + K+ KAl3Si3O10(OH)2 + 1.5 Na

+ +

0.75 Ca2+ + 3SiO2

Sericita (mica potásica) Caolinita

KAl3Si3O10(OH)2 + H+ + 1.5 H2O 1.5 Al2Si2O5(OH)4 + K

+

Caolinita Cuarzo

0.5 Al2Si2O5(OH)4 + 3H+ SiO2 + 2.5 H2O + Al3

+


12/46

Otros ejemplos de hidrólisisAndesina caolinita + cuarzo

Na2CaAl4Si8O24 + 4H+ + 2H2O = 2 Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + 2Na+ + Ca2+

Sericita pirofilita + cuarzoKAl3Si3O10(OH)2 + H

+ + 3SiO2 = 1.5 Al2Si4O10(OH)4 + 4SiO2 + 2Na+ + Ca+

Albita montmorillonita-Na +cuarzo1.17 NaAlSi3O8 + H

+ = 0.5 Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH)2 + 1.67SiO2 + Na+

Montmorillonita caolinita +cuarzo3 Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH)2 + H

+ + 3.5 H2O = 3.5 Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + Na+

Sericita alunita + cuarzoKAl3Si3O10(OH)2 + 4H

+ + 2SO2- = KAl3(SO4)2(OH)6 + 3SiO2ácido sulfúrico

Estas reacciones controlan la actividad de H+, K+, Ca+, Mg2+, etc.Como los cationes H+ son extraídos del fluido e incorporados en los

minerales de alteración el fluido incrementa su pH, pero su variación

depende de la presencia de minerales buffers de pH.


13/46

Otras reacciones de alteración

• Hidratación

Olivino antigorita

2Mg2SiO4 + 2H2O + 2H+ = Mg3Si2O5(OH)4 + Mg

2+

Hematita limonita

Fe2O3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 3

• Silicificación

Calcita cuarzo

2CaCO3 + SiO2 + 4H+ = 2Ca2+ + 2CO2 + SiO2 +2H2O


14/46

Otras reacciones de alteración

• Redox

Involucra componentes con estados de oxidación

variables

Magnetita Hematita

4Fe3O4 + O2 6Fe2O3 (martitización)

Annita Ortoclasa + Magnetita2KFe3AlSi3O10(OH)2 + 2O2 2KAlSi3O8 + 2Fe3O4 +

2H2O

• Sulfuración

Hematita Pirita

2S2 + Fe2O3

2FeS2 + 1.5O2


15/46

Alteración Hidrotermal • En la naturaleza se reconocen variados tipos de alteración

hidrotermal, caracterizados por asociaciones de mineralesespecíficos.

• Los distintos tipos de alteración e intensidad son dependientes defactores tales como composición del fluido hidrotermal,composición de la roca huésped, temperatura, pH, Eh, razón

agua/roca y tiempo de interacción, entre otros.• La alteración hidrotermal puede involucrar:

• Crecimiento de nuevos cristales

• Disolución (lixiviación) y precipitación de nuevos minerales

Transformación de fases mineralesReemplazo o metasomatismo


16/46

Tipos de Alteración Hidrotermal

Alteración Potásica

• Caracterizada principalmente por feldespato potásico y/o

biotita, con minerales accesorios como cuarzo, magnetita,sericita, clorita.

• La alteración potásica de alta temperatura (400° a 800°C)

se caracteriza por una alteración selectiva y penetrativa.• Biotita en vetillas ocurre principalmente en el rango 350°-

450°C.

• Feldespato potásico en vetillas en el rango 350°-400°C.• Biotita y felsdespato están comunmente asociados con

cuarzo, magnetita y/o pirita, formados a condiciones de pH

neutro a alcalino.


17/46


Alteración Potásica


18/46


Alteración Propilítica• Caracterizada principalmente por la asociación clorita-epidota

con o sin albita, calcita, pirita, con minerales accesorios como

cuarzo-magnetita-illita.• La alteración propilítica ocurre por lo general como halo

gradacional y distal de una alteración potásica, gradando

desde actinolita-biotita en el contacto de la zona potásica aactinolita-epidota en la zona propilítica.

• En zonas más distales se observan asociaciones de epidota-

clorita-albita-carbonatos gradando a zonas progresivamentemás ricas en clorita y zeolitas hidratadas formadas a bajas

condiciones de temperatura.

• Se forma a condiciones de pH neutro a alcalino a rangos detemperatura bajo (200°-250°C).


19/46


Alteración Propilítica


20/46


Albita

• Asociado con alteración propilítica de alta

temperatura, ocurre por lo general comoreemplazo selectivo de plagioclasas junto con

actinolita.

• En sistemas porfídicos es interpretado como unaalteración temprana y profunda durante etapas

tardías de cristalización de un magma (Na – Fe)

• En yacimientos de tipo Estrato Ligado ocurre

como una alteración metasomática penetrativa de

Na.


21/46


Alteración Cuarzo-Sericita (Fílica)

• Caracterizada principalmente por cuarzo y sericita con

minerales accesorios como clorita, illita y pirita.

• Ocurre en un rango de pH 5 a 6 a temperaturas sobre los

250°C.

• A temperaturas más bajas se da illita (200°-250°C) o illita-

smectita (100°-200°C).

• A temperaturas sobre los 450°C, corindón aparece en

asociación con sericita y andalusita.

• En ambientes ricos en Na, paragonita puede aparecer como

la mica dominante.


22/46


Alteración Cuarzo-Sericita (Fílica)


23/46


Alteración Argílica Moderada

• Caracterizada principalmente por arcillas(caolín) y mayor o menor cuarzo.

• Ocurre en rangos de pH entre 4 y 5 y puede co-existir con la alunita en un rango transicionalde pH entre 3 y 4.

• La caolinita se forma a temperaturas bajo300°C, típicamente en el rango


24/46


Alteración Argílica Avanzada

• Caracterizada principalmente por cuarzo residual (cuarzooqueroso o “vuggy sílica”) con o sin presencia de alunita,

jarosita, caolín, pirofilita y pirita.

• Ocurre dentro de un amplio rango de temperatura pero acondiciones de pH entre 1 y 3.5.

• A alta temperatura (sobre 350°C) puede ocurrir con

andalusita además de cuarzo.

• Bajo pH 2 domina el cuarzo, mientras que alunita ocurre a

pH sobre 2.


25/46

Alunita en Alteración Argílica Avanzada

• La alunita puede originarse en variados tipos deambientes, como producto de alteración por

condensación de gases ricos en H2S, como

producto de alteración supérgena, como producto

de cristalización magmática/hidrotermal, o a lo

largo de vetas y brechas hidrotermales de origenmagmático.


26/46


Alteración Carbonatada• Caracterizada por calcita, dolomita, ankerita, siderita, con mayor

o menor sericita, pirita y/o albita.

• Los carbonatos ocurren dentro de un amplio rango de

temperatura y pH, asociados con caolinita, clorita y minerales

calco-silicatados.• Zonación de carbonatos en función de pH incremental es

observado en muchos sistemas hidrotermales.

• Carbonatos de Fe-Mn (siderita-rodocrosita) co-existen concaolinita e illita.

• Carbonatos mixtos de Ca-Mn-Mg-Fe (rodocrosita-ankerita-

kutnahorita-dolomita) ocurren con illita y clorita.


27/46


Alteración Carbonatada

• Carbonatos de Ca-Mg (dolomita-calcita) ocurren conclorita y minerales calco-silicatados.

• Zonación es interpretada como producto de la mobilidad

decreciente de Fe, Mn y Mg a pH progresivamente másalto.

• Los carbonatos pueden aparecer en todo tipo de ambiente

hidrotermal.


28/46


Alteración Calco-silicicatada

• Caracterizado por silicatos de Ca y Mg dependiendo de la

roca huésped, caliza o dolomita.• Caliza : granates andradita y grosularita, wollastonita,

epidota, diopsido, idocrasa, clorita, actinolita.

• Dolomita : fosterita, serpentinita, talco, tremolita, clorita.

• La alteración calco-silicatada ocurre bajo condiciones de pH neutro a alcalino a distintos rangos de temperatura.

• La asociación zeolita-clorita-carbonatos es formada a bajastemperaturas y epidota, seguido por actinolita, ocurren atemperaturas progresivamente mayores.


29/46

Zeolitas en Alteración Calco-silicicatada

• Minerales de zeolita son particularmente sensibles a

temperatura.

• Zeolitas hidratadas (natrolita, chabazita, mesolita,

mordenita, stilbita, heulandita) predominan a condiciones

de baja temperatura (


30/46

Alteración Calco-silicicatada

Algunos minerales termo-indicadores

• La epidota ocurre como granos pequeños y mal cristalizados

a temperaturas entre 180° y 220°C.

• Epidota bien cristalizada a temperaturas más altas (>200°-250°C).

• Actinolita es estable a temperaturas >280°-300°.

• En ambientes colindantes a pórfido ocurre clinopiroxeno(>300°C) y granate (>325°-350°C).


31/46

Tipos de Alteración

Alteración Greissen

• Caracterizado por muscovita de grano grueso,feldespato y cuarzo, con o sin topacio y/o

turmalina.

• Esta alteración ocurre principalmente asociado a

fases pneumatolíticas en rocas graníticas, a

temperaturas sobre 250°C.

Clasificación AKFC


32/46

Clasificación AKFC


33/46

Diagrama de

clasificación deAlteración

En función de

Temperatura y pH

(Corbett y Leach, 1998)


34/46


Observaciones

• Cabe destacar que la alteración propilítica corresponde a

una asociación de minerales que se da en rocas a bajatemperatura y razón agua/roca, no diferenciándose en gran

medida de metamorfismo de bajo grado.

• Se recomienda restringir el uso de la palabra propilítica a

aquellas asociaciones que contengan albita, clorita y

epidota en rocas cuya composición total no ha variado

enormemente con respecto a la roca original.• Esta definición la distingue de alteraciones particulares

como son la albitización, cloritización y epidotización.


35/46

Asociaciones de Alteración, Reacciones y

Termodinámica de Fluidos Hidrotermales• El empleo de diagramas binarios o ternarios para la visualización

de relaciones de estabilidad entre los minerales de alteración y

entre los minerales con una solución acuosa es de uso frecuente.

• Tales diagramas son útiles para la comprensión de las relaciones

de estabilidad entre minerales y son directamente aplicables en lainterpretación de procesos de alteración en sistemas de pocos

componentes.

• Sin embargo, su utilidad en la interpretación y predicción queda

descompuesto en varios sistemas multicomponentes de interés

para el entendimiento de los procesos de alteración hidrotermal.

• Un solo diagrama no es capaz de representar un sistema

multicomponente en forma adecuada.

Reacción de basalto submarino con agua de


36/46


mar a 300°C ( diagrama de actividad K + /H + vsSiO2 )

• El pH inicial de agua de mar es

neutro a alcalino y el producto

de alteración corresponde a unaasociación microlina-muscovita.

• Composición inicial S, de

acuerdo a la asociación dealteración resultante, uno

debiera esperar la trayectoria

lógica SA.


37/46



38/46


mar a 300°C ( diagrama de actividad K + /H + vsSiO2 )

• La reacción real sigue el

camino SQ, para primero

generar cuarzo-pirofilita.

• Posteriormente continua

con reacciones de

neutralización de pH y

seguir el camino QM.• Dando lugar a la

asociación microlina-

muscovita.


39/46


Diagramas de Utilidad

• El uso tradicional de diagramas de estabilidad y la

simplificación de los procesos de alteración

hidrotermal no explican a cabalidad las reaccionesde equilibrio producto de la interacción agua-roca,

pero si entregan una guía para su entendimiento en

término de los productos de reacciones dealteración.


40/46

Reacciones de Hidrólisis

• Alteración sobre feldespato producto de ataque ácido por

parte de un fluido hidrotermal.

• Reacciones de hidrólisis de feldespatos en función de

razón K+/H+ (a), Na+/H+ (b) y Ca2+/H+


41/46

Reacciones de intercambio metasomático

• Procesos de difusión iónica, intercambiándose iones enminerales que aceptan solución sólida e incluso

transformando un mineral a otro.

• Estos procesos quedan representados en diagramas bi- otri-componentes en función de la actividad iónica de los

iones a intercambiar.

• Por ejemplo, las relaciones de estabilidad en función de lasactividades de K + y Na+ para la determinación de

minerales con albita-feldespato K, mica-Na - mica-K

(paragonita-muscovita) y pirofilita.

• Relación esquemática decampos de estabilidad en el


42/46

sistema K 2O-Na2O-Al2O3-

SiO2-H2O-HCl a 400°C y 1

kb.

• La pirofilita es metaestable.

• (a) Diagrama triangular de

fracción molar, mostrandoasociaciones solidas con

cuarzo.

• (b) Ploteo similar de

Na2O/Al2O3 vs. K 2O/Al2O3.• (c) Estabilidad de fases en

función de actividad de Na2O

vs. actividad de K 2O.

• (d) Estabilidad de fases en

función de log aNa+/aH+ vs.

log aK+/aH+.

• (e) Similar a (d) pero enfunción de potencial químico

µK 2O vs. µ Na2O

Reacciones de


43/46

• Controlada

principalmente por

condiciones de

presión y

temperatura.

• Los campos de

estabilidad deasociaciones de

alteración

principalmente en

función detemperatura,

incluyéndose

minerales

metamórficos de altatemperatura.

deshidratación

• Reacciones de oxidación,controlados por lascondiciones óxido-reducciónReacciones de oxidación


44/46

co d c o es ó do educc ódel fluido hidrotermal. Loselementos susceptibles a estas

reacciones son Fe, Mn, Sn, Ce H.

• Minerales conteniendo a estoselementos pueden proveer

información con respecto alestado de oxidación de losfluidos del cual se formaronlos minerales.

• Ad = andradita; An = anortita;

Ann = annita; Ep = epidota;Fay = fayalita; Fe = fierro; Ftr = ferrotremolita; Gar =granate; Hd = hedenbergita;Hm = hematita; Iv = ilvaita;

Kr = kirschsteinita; Ksp =feldespato K; Mt = magnetita;Ps = pistacita; Px = piroxeno;

Sid = siderita; Ws = wustita

Reacciones de oxidación


45/46

Reacciones de Skarn

• Controlados principalmente por temperatura- presión y actividad de Ca, Fe, Mg y Mn.

• Procesos de metasomatismo y asociaciones

minerales principalmente en función de diagramas

ternarios.

Diagramas Ternarios para minerales de Skarn


46/46

Diagramas Ternarios para minerales de Skarn

Gr-Di = Ca-Fe

Ad-Hd = Ca-Mg

Am-Sp-Jo = Mn

03-hidrotermalismo alteraciónhidrotermal 1

Documents