Introducción a la geologíaMinerales y rocas
(84.07) Mecánica de Suelos y Geología
Alejo O. Sfriso: [email protected]
Juan M. Sitjá y Balbastro: [email protected]
ÍndiceIn
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• Las ciencias de la Tierra
• Los minerales
• Rocas ígneas
• Rocas sedimentarias
• Rocas metamórficas
Imágenes tomadas de Wikipedia, geology.com y mundogeo.com
La Tierra
La Tierra está en permanente cambio por procesos geológicos que cambian su superficie, destruyen, deforman y crean nuevas rocas
Las fuerzas que motivan este cambio permanente son
• La energía proporcionada por el Sol
• El núcleo caliente que se enfría gradualmente
• La reducción de velocidad de rotación
4mM de años han dado tiempo a incontables ciclos de creación, modificación y destrucción de rocas
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La Tierra
Lo que vemos
• La mayoría de las rocas tienen entre 10 y 500 millones de años
• Muchas de las rocas que vemos se formaron a miles de metros de profundidad
• La superficie que vemos es el producto de la erosión de unos pocos millones de años, lo anterior ya no existe
• La cumbre del Everest es una caliza marina de 300M de años (< 8% de la vida de la Tierra)
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Geología e Ingeniería geológica
La Geología estudia la Tierra como objeto científico, desde sus orígenes, composición y forma hasta los procesos naturales que producen su evolución
La Ingeniería Geológica (o Geología Aplicada a la Ingeniería) estudia el impacto de las propiedaes de las rocas y macizos rocosos en las obras del hombre
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El ciclo de las rocas
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• Las ciencias de la Tierra
• Los minerales
• Rocas ígneas
• Rocas sedimentarias
• Rocas metamórficas
Imágenes tomadas de Wikipedia, geology.com y mundogeo.com
Los minerales
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El mineral es la unidad básica de las rocas
Debe ser
• Inorgánico
• Natural
• Sólido
• Con estructura interna ordenada
• Composición quími-ca fija y determinada
(geology.com)
Formación
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Gneiss
Cristalización: a partir del enfriamiento de rocas fundidas (minerales primarios)
Metamorfismo: a partir de la recombinación de sustancias químicas por calor, presióny aporte de sustancias químicas (minerales secundarios)
Granito
Granito: 4.5% corteza, 15% continentesGneiss: mismos minerales, metamórfica
Cristalización (min. primarios)
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Precipitación por descensode solubilidad de compuestos(descenso de temperatura,presión, vapor de agua, elementos volátiles)
Los minerales que se forman dependen de la abundancia relativa de cada elemento
Feldespatohttp://es.wikipedia.org/wiki/Feldespato#mediaviewer/File:Fel
dspar(Microcline)USGOV.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/Quartzite_2_jpg.jpg
CuarcitaFeldespato: 60% de la corteza terrestreCuarcita: +90% cuarzo (recristalización)
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Corte delgado
De dunita alterada
Corte delgado de cuarcita
Metamorfismo (min. secundarios)
Alteración por enfriamiento de minerales primarios inestablesa bajas temperaturas, meteorización, o disolución y precipitación
• Sales
• Alúmino-silicatos
• Óxidos e hidróxidos
Propiedades de losminerales (para reconocimiento)
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Químicas
• Disolución
• Reacción con ácidos
• Reacción con otroscompuestos
Dolinas y cavernas en Chinchero
(Sotelo y Asoc)
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Propiedades delos minerales
Físicas
• Densidad
• Dureza
• Eléctricas
• Magnéticas
• Sabor
• Olor
• Radioactividad
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FeldespatoMuscovitaObsidiana
Propiedades de los minerales
Los minerales tienen formas de ruptura características
(Wikipedia)
(Wikipedia)
Obsidiana: vidrio volcánico (+70% SIO2) no hay estructura: no es mineralMuscovita: mica
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Cuarzo (SiO2)
Halita (haluro)Oro nativo
Caliza (carbonato)
Clasificación de minerales
• Silicatos (SiO2)Formadores de roca
• Metálicos: nativos, óxidos, hidróxidos y sulfuros de metales
• Sales: sulfatos y carbonatos
• Otros: nativos no metálicos, fosfatos, haluros
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Cuarzo
Feldespato K
BeriloTurmalina
Silicatos
Silicatos: SiO2 con elementos adicionales: Al, Fe, Ca, K, Na, Mg
Su estructura interna condiciona su hábito externo
Aluminosilicatos: Al reemplaza al Si en el tetraedro SiO4
Silicatos: 95% de la corteza
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Estructura de silicatos
• Nesosilicatos
• Sorosilicatos
• Ciclosilicatos
• Inosilicatos (simple y doble)
• Filosilicatos
• Tectosilicatos
• La estructura influye en:
– Forma cristalina
– Estabilidad de minerales (P y T)
Las propiedades dependen de la estructura mas que de los elementos químicos
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GranatesOlivinasZircón
Nesosilicatos
Tetraedros individuales de SiO4
• Olivinas
• Zircón
• Granate
Formas: regulares, equidimensionales, algo elongadas
Sorosilicatos
2 ó 3 tetraedros
Enlaces covalentes de O
• Epidoto
• Hemimorfita
Formas prismáticas elongadasderivadas de un sistema cristalino monoclínico
Epidoto19
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Hemimorfita
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Berilo
Turmalina
Ciclosilicatos
De 3 a 6 tetraedros en anillos
Enlaces iónicos con metales
Berilos (esmeralda), turmalinas
Formas
• Elongadas
• Poligonales en eleje de crecimiento
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Augita (Px)
Hornblenda (Anf)
Inosilicatos
Cadenas simples o dobles de tetraedros
• Anfíboles
• Piroxenos
Formas algo elongadas
• Tabulares (anfíboles)
• Prismáticos (piroxenos)
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Muscovita (mica Al)
Biotita (mica Fe-Mg)
Caolinitas al MEB
Filosilicatos
Estructura 2D formando láminas
• Micas
• Talco
• Arcillas
Formas
• Planas
• Laminares
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Cuarzo
Plagioclasa (Feld Ca-Na)
Ortosa (Feld K)
Estructura 3D
Cuarzo y feldespatos (K y Ca-Na)
Formas prismáticas
Tectosilicatos
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Serie de cristalización
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Minerales formadores de yacimientos
Yacimiento es todo depósito mineral con interés económico
• Óxidos
• Hidróxidos
• Sulfuros
• Sulfatos
• Fosfatos
• Carbonatos
• Haluros
(Sfriso – Bajo La Alumbrera – 2014)
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• Las ciencias de la Tierra
• Los minerales
• Rocas ígneas
• Rocas sedimentarias
• Rocas metamórficas
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El magma
Roca fundida con cristales de minerales en suspensióny gases disueltos, especialmentevapor de agua (90%)
Hay distintos tipos de magma, de acuerdo a la composición de la roca fundida y las mezclas que sufrió por el contacto con su caja
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Rocas ígneas
Intrusivas (o plutónicas): magma solidificado muy lentamente dentro de la corteza
Extrusivas (o volcánicas): magma solidificado rápidamente en la superficie
Hipabisales: el magma solidifica lentamente en sitios cercanos a la superficie pero dentro de la corteza
Minerales formadores de rocas ígneas
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(Bell 2007)
Clasificación de rocas ígneas
La clasificación mas simple se basa en
• Color (indica acidez)
• Tamaño de grano (indica velocidad de enfriamiento)
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(Walthan 2009)
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Clasificación de rocas ígneas
Roca plutónicao intrusiva
Roca volcánica o extrusiva
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Rocas ígneas
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Feld. K
(Ortosa)
Cuarzo
Feld. Alcalino
Na-Ca
(Plagioclasa)
Mica
(muscovita)
Granito
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• Las ciencias de la Tierra
• Los minerales
• Rocas ígneas
• Rocas sedimentarias
• Rocas metamórficas
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La meteorización
La meteorización es la desintegración física y/o la alteración química de una roca
• Procesosgravitacionales(flujos y deslizamientos)
• Erosión (eliminación física del material)
• Transporte
Depositación
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El agente de transporte (agua, hielo o viento) pierde competencia para transportar un cierto tamaño de grano
Se forman estucturas de deposición que dependen del tipo de transporte
(Walthan 2009)
Litificación
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Luego de la deposición, el material será sometido a procesos que aumentan su densidad y resistencia y convierte a los sedimentos sueltos en nuevas rocas
• Compactación: reducción de volumen por presión y tiempo
• Cementación: deposición de un mineral transportado por el agua
• Recristalización: fusión y recristalización local que suelda granos
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Rocas sedimentarias
• Clásticas
• Bioclásticas
• Químicas
• Margas (mixtas)
(Walthan 2009)
Conglomerado (gravas)
Arenisca (arenas)
Lutita (limos y arcillas)
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Rocas sedimentarias clásticas
Formadas por la depositación directa de material transportado en suspensión, saltación o rolido
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Bioclásticas
Acumulación de organismos bióticos (exoesqueleto calcáreo)
• Corales
• Bivalvos
• Cocolitos
• Dinoflagelados
• Silicofalgelados
Caliza (carbonato)
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Químicas (evaporitas)
Precipitación de sales
• Halita (sal de mesa)
• Yeso
• Calizas en salares, lagos y lagunas o mares marginales
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Precipitación de mineralespor inducción de organismosbióticos
• Corales
• Esponjas
• Bivalvas
• Moluscos
• Crustáceos
Bioquímicas
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• Las ciencias de la Tierra
• Los minerales
• Rocas ígneas
• Rocas sedimentarias
• Rocas metamórficas
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Rocas metamórficas
Transformación físico-química de otra roca porpresión y/o temperatura
El metamorfismo puedetener grados:
• Bajo: puede recono-cerse la estructura dela roca originaria
• Alto: desaparecenestratificación, fósiles y estructura previa
(Walthan 2009)
Rocas metamórficas
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Pizarra Esquisto Gneiss
La roca metamórfica correspondiente a las rocas carbonáticas (calizas) se conoce como mármol
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Alteraciones y metasomatismos
Alteraciones: procesos debaja presión / temperatura
Metasomatismo: sustitución de elementos químicos preexistentes por otros aportados por aguas subterráneas
Alteración hidrotermal
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Circulación deagua termal volcánica
Agua remueve sustancias
Concentra y acumula mine-rales a medida que pierde solubilidad
Alteración hidrotermal
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Bajo La Alumbrera, Catamarca
• Pórfidos
• Halos de alteraciónconcéntricos
• Sistemas de vetas
• Brechas asociadas
• Fuente de Cu, Au, Mb y, Ag, Pb, Zn, Sn
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Alteración hidrotermal (pórfidos)
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Formación Farellones
(Complejo Volcánico Teniente)
Paleosuperficie
Mioceno TardíoIntrusión de
Lacolito MáficoAlteración actinolita-magnetita
Intrusión TonalitaBrechas
de Anh
Pórfido ABrechas
Igneas
IntrusiónPórfido Dacitico
Diatrema Freatomagmática
Braden
Brecha Marginal
Procesos de erosión(aproximadamente 1000m por millón de años)
Superficie actual
R. FLOODY, 2002
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Un modelo geológico 4D
Bibliografía
Básica
• Waltham. Foundations on Engineering geology. Spon
Complementaria
• Bell. Engineering Geology. Elsevier
• Blyth. A Geology for Engineers. Elsevier
• Goodman. Engineering Geology. Wiley
• Price. Engineering Geology. Springer
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