Download - Magmatismo y Metalogénesis (Resumen)
MAGMATISMO
Es una mezcla de material rocoso fundido, de composición preferentemente silícea que contiene gases agua y minerales sólidos dispersos.
Las rocas formadas por el enfriamiento de los magmas se llaman rocas ígneas.
GENERACIÓN DE LOS MAGMAS
Ocurre en las dorsales oceánicas, Hot spots (islas oceánicas y arcos de isla) y en los márgenes continentales activos (zonas de subducción).
Se generan por la fusión total o parcial de rocas profundas de la corteza inferior y manto superior.
Los materiales de estas zonas se encuentran en condiciones cercanas al punto de fusión, siendo lo más probable que sólo una pequeña fracción del material se encuentre fundida y que la mayor parte de las rocas siga en estado sólido, a este fenómeno se denomina fusión parcial.
La fracción fundida es un líquido menos denso que la fracción sólida a través de la que asciende. El magma se almacena en bolsas denominadas cámaras magmáticas a profundidades menores.
Los factores físicos que condicionan la fusión de un magma son la presión y la temperatura.
Para que se genere un magma es necesario que suba la temperatura o que descienda la presión.
CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA (Bowen 1928)
Es el proceso de diferenciación más importante. Mediante este proceso, en un magma que
comienza a cristalizar, las sustancias más insolubles o más pesadas son las primeras que
cristalizan, como son, en general los minerales accesorios y los minerales esenciales.
En la serie de reacción discontinua cada mineral tiene una estructura cristalina diferente, que se forma a medida que los componentes sólidos reaccionan con el fundido restante y producen el
siguiente mineral de la secuencia. La serie de reacción continua muestra que los cristales de plagioclasa ricas en calcio reaccionan con los iones sodio contenidos en el fundido para enriquecerse cada vez más en sodio. Durante la última etapa de la cristalización, después de quela mayor parte del magma se ha solidificado, se generan los minerales moscovita, feldespato potásico y cuarzo.
DIFERENCIACIÓN MAGMÁTICA La diferenciación magmática es el conjunto de procesos mediante los cuales un magma madre, más o menos homogéneo, se separa en fracciones que llegan a formar rocas de composiciones diferentes. Se distinguen dos tipos de diferenciación:
La diferenciación magmática sensu stricto, o sea la separación de una o varias fases líquidas a partir del magma madre, antes de la cristalización.
La cristalización fraccionada, que es la
separación consecutiva de una o varias fases
sólidas a partir del magma inicial.
CONCENTRACIÓN DE METALES EN EL MAGMA
El principal mecanismo de concentración de metales es la cristalización fraccionada.
Los primeros metales formados son retirados por densidad y acumulados en el fondo de la cámara
magmática. El magma residual se empobrece en algunos elementos y se concentra en otros,
cambiando su composición química a medida que progresa la cristalización.
Otros elementos (la mayoría de los metales de uso económico del magma) como el Cu, Pb, Zn, Ag,
Au, Mo son incompatibles, por su radio iónico, composición química y estado de oxidación. No
entran con facilidad en la estructura de los silicatos y son enriquecidos en un magma residual.
TIPOS DE ROCAS IGNEAS
Rocas intrusivas o plutónicas: Se forman en el interior de la corteza terrestre. Se enfrían
lentamente con solidificación de magma, resultando un material cristalino, generalmente de
tamaño de grano grueso y de cristales bien formados.
Rocas extrusivas o volcánicas: Se forman en la superficie de la corteza terrestre. Se enfrían
rápidamente con solidificación brusca del magma, resultando un material vítro o microcristalino,
donde coexisten cristales bien formados en una masa fundamental.
Rocas volcanoclásticas: Fragmentos de diferentes tamaños (bombas hasta ceniza) expulsados al
aire durante una erupción explosiva.
DEFORMACIONES EN MARGEN CONVERGENTE
Subducción tipo chilena: (Compresión) Con una placa oceánica joven y caliente, de baja densidad
y una alta tasa de convergencia.
Subducción tipo Mariana: (Extensión) Placa oceánica antigua, densa y fría, con baja velocidad de
convergencia.
EXPERIMENTOS DE COMPRESIÓN TRAXIAL
Determinan las características de Esfuerzo - Deformación y resistencia de los suelos sujetos a
esfuerzos cortantes.
FALLAS
Discontinuidad que se forma por fractura
en las rocas de la corteza terrestre, a lo
largo de la cual ha habido movimiento de
uno de los lados respecto del otro.
PORFÍDOS CUPRÍFEROS EN EL NORTE
Norte → alta conductividad eléctrica → presencia de fluidos → existencia de fallas → minerales
Cerro Colorado, Collahuasi, El Abra, Radomiro Tomic, Chuquicamata, Escondida, El Salvador.
FALLA OBLICUA
Es aquella que presenta movimiento en una componente vertical y una componente horizontal.
En convergencia oblicua las vetas de tensión, se ubican en el interior de pares activos de fallas
transcurretes (extensionales o compresionales).
La presión de los fluidos es uniforme antes de la fractura, después de la fractura fluyen hacia los
jogs.
SISTEMAS HIDROTERMALES
Fluido hidrotermal: Puede ser definido como una solución acuosa a alta temperatura portadora
de muchos metales en solución, que puede migrar lateral y verticalmente en el interior de la
corteza terrestre en un rango amplio de temperaturas y presiones.
Depósito mineral de origen hidrotermal: se puede formar por la circulación por fluidos de
temperatura variable (50°C -500°C), que lixivia, transporta, y posteriormente precipita su carga de
metales, en respuesta a cambios en las condiciones físico-químicas del medio por donde circula.
Las rocas donde circula el fluido hidrotermal no es estable en presencia de dicho fluido, y tiende a
re-equilibrarse, formando una nueva asociación de minerales más estable.
FUENTE DE ORIGEN DE LOS FLUIDOS HIDROTERMALES
Magmática: (2-6%) aportada por el magma en enfriamiento. Alta participación en las fases
iniciales de mayor temperatura.
Meteórica: (95%) aportada por aguas lluvias. Muy abundante en las fases finales de menor
temperatura del sistema.
EFECTOS DEL AGUA EN SISTEMAS MAGMÁTICOS
Despolimeriza la mezcla y reduce su viscosidad
Aumenta la velocidad de difusión iónica
Disminuye la temperatura de cristalización
Se exsuelve y expande en el magma, causando en determinadas circunstancias una explosiva
evacuación de volátiles hacia la superficie (ebullición retrógrada).
EBULLICIÓN Y SEPARACIÓN DE FASES
La cristalización continua del magma y el incremento de concentración de H2O en el magma
residual, provocan que la presión del H2O en la parte superior de la cámara iguale a la presión
confinante. En este punto se produce segunda ebullición o ebullición retrógrada de los volátiles
en el magma.
Cu, Zn, Pb, Ag, Au se incorporan a la fase cristalina como trazas en minerales formadores de rocas.
El aumento de la presión al entrar en ebullición el sistema, produce una fracturación y
brechización hidráulica de las rocas. Lo que produce una rápida pérdida de presión en el fluido en
la cámara, lo cual lleva a la precipitación de la sílice (sellando el sistema y a la formación de
magma).
Los minerales de mena son transportados por esta red de fracturas y depositados a partir de las
soluciones hipersalinas.
Al final del proceso hay una densa red de fracturas y una alteración de los canales de circulación,
generando un stockwork.
TRANSPORTE DE LOS METALES
Las soluciones hidrotermales son insolubles de la mayoría de los compuestos y metales.
La formación de complejos iónicos, es el mecanismo que transporta a los metales en solución.
El ion central es un catión metálico.
Moléculas neutrales o aniones se llaman ligandos.
DEPOSITACIÓN DE LOS METALES
La precipitación de metales desde complejos iónicos en un fluido hidrotermal ocurrirá por:
1. Variaciones de temperatura
2. Cambios químicos producidos por mezcla de fluidos
La temperatura, nivel de oxidación y pH cambian cuando fluidos hidrotermales se mezclan con
aguas meteóricas.
3. Reacciones de la solución con las rocas de caja
La alteración hidrotermal de los feldespatos y de otros silicatos ocurre a través de la hidrólisis.
ALTERACIÓN HIDROTERMAL
Las soluciones hidrotermales junto con su capacidad para transportar metales de interés
económico, interactúan con las rocas, producen cambios mineralógicos, texturales y químicos en
estas.
Se convierte un conjunto mineral inicial en una nueva asociación de minerales más estable bajo las
condiciones hidrotermales de temperatura, pH y composición de fluidos.
Existen minerales más fáciles de alterar que otros, los de mayor temperatura de cristalización
están en fuerte desequilibrio y serán los primeros en alterarse.
Olivino > magnetita > piroxenos > anfíboles > biotita = plagioclasa.
FACTORES QUE CONTROLAN LA ALTERACIÓN HIDROTERMAL
Temperatura y la diferencia de temperatura ( t°) entre la roca y el fluido que la invade: mientras
más caliente el fluido mayor será el efecto sobre la mineralogía original.
Composición del fluido, sobre todo el pH del fluido hidrotermal: mientras más bajo el pH (fluido
más ácido) mayor será el efecto sobre los minerales originales.
Duración de la interacción agua/roca y variaciones de la razón agua/roca: mientras mayor sea el
volumen de soluciones que circulen por las rocas y por mayor tiempo, las modificaciones
mineralógicas serán más completas.
Permeabilidad de la roca: Una roca compacta y sin permeabilidad no puede 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.
EFECTOS DE LA ALTERACIÓN HIDROTERMAL
1. Porosidad secundaria: inducida tectónicamente, o inducida por fluido. Aumenta la porosidad y
permeabilidad secundaria produciendo Stockwork y brechas hidrotermales
2. Reemplazo de minerales: los minerales originales tienden a ser reemplazados por nuevos
minerales más estables
3. Lixiviación de elementos: Algunos de los componentes químicos son extraídos por los fluidos
hidrotermales muy ácidos (pH<2) al reaccionar con ellas (hidrólisis), de modo que la roca es
lixiviada dejando solo el armazón rico en sílice.
4. Depositación de minerales de mena y ganga: Muchos minerales se depositan directamente a
partir de soluciones hidrotermales.
TIPOS DE ALTERACIÓN HIDROTERMAL
Alteración Potásica: (300°-800°C) Alteración de plagioclasas y minerales máficos a feldespato
potásico y/o biotita. Esta alteración corresponde a un intercambio catiónico con la adición de K+ a
las rocas.
Alteración Propílica: (pH neutro a alcalino, 200°-300°C) Presencia de epidota y/o clorita (albita,
calcita y pirita). Este tipo de alteración representa un grado bajo de hidrólisis de los minerales de
las rocas.
Alteración Cuarzo-Sericítica: (pH 5 a 6, >250°C) Ambos feldespatos (plagioclasas y feldespato
potásico) transformados a sericita y cuarzo.
Alteración Argílica Intermedia: (pH 4 a 5, 150°-200°C) Importantes cantidades de caolinita,
montmorillonita o arcillas amorfas, reemplazando a plagioclasas; puede haber algo de sericita
acompañando a las arcillas.
Alteración Argílica Avanzada: (pH 1.5 a 3.5, T° variable) Gran parte de los minerales de las rocas
son transformados a caolinita, dickita, pirofilita, alunita y cuarzo.
EFECTOS EN LOS PROCESOS METALÚRGICOS
1. Molienda: Las dificultades de la molienda son, la dureza de la roca (alteración cuarzo-sericítica) o
bien la plasticidad de la misma (alteración argílica).
2. Flotación: La mala recuperación del concentrado se debe a la presencia de lamas (materiales finos
menores a 10 µm, generalmente del tipo filosilicatos).
3. Lixiviación: Los minerales son primeramente chancados, lo cual tiene dificultades por la presencia
de rocas duras o blandas. En la etapa siguiente, la del curado el mineral está en contacto con ácido
concentrado, el consumo de ácido se relaciona a la mena y a la ganga que reacciona.
4. Estabilidad de la pila : La alta presencia de minerales de arcillas expandibles (esmectitas) en las
rocas puede causar la desestabilización de un sector de la pila y la pérdida operacional de la
misma.
5. Pérdida de conectividad hidráulica: La presencia de arcillas causa también el sellado de los poros
en la pila y finalmente el aposamiento, con perdidas de recuperación importantes.
SISTEMAS DE PÓRFIDOS CUPRÍFEROS
Los pórfidos cupríferos son depósitos de minerales (Cu-Mo) de gran tonelaje pero de baja ley. Se
denominan pórfidos cupríferos, porque se asocian a rocas Ígneas intrusivas de textura porfídica
(cristales grande),coriginados por cristalización fraccionada de magmas procedentes de la fusión
del manto. Se clasifican según su contenido mineral: -Cu-Mo
-Cu-Au
-Cu-Au y Mo
CONTENIDOS DE AGUA EN LOS MAGMAS FORMADORES:
El magma que se genera en márgenes convergentes de placas es un magma hidratado.
(Zona de subducción >corteza inferior>incorporación al magma en formación).
El agua hace menos viscoso al magma y permite que llegue a la superficie del emplazamiento,
esencial para la formación de los pórfidos cupríferos.
Cuando la presión del magma hidratado iguale a la presión litostática, suficientemente bajas, se
detendrá su ascenso y se cristalizará en el lugar.
2.5% < [H2O] < 6.5% en Magmas Félsicos (presión, temperaturas y la composición química)
[H2O] = 3% en magma ácido, libera agua a ~3.5 kms
[H2O] = 4% en magma ácido, libera agua a ~4.5 kms
SEGUNDA EBULLICIÓN
Este proceso es crítico en la
formación de un sistema
mineralizado hidrotermal de origen
magmático. A medida que la
cristalización del magma progresa, el
magma residual se va enriqueciendo
en volátiles hasta producirse la
liberación de una fase acuosa.
Cuando la presión del magma
hidratado iguale a la presión
litostática generará la ebullición del
fluido: a) salmuera densa
b) Vapor de baja densidad
(este proceso será más rápido y violento a mayor velocidad de cristalización)
Los efectos en la cúpula del pórfido por la rápida expansión de los gases al momento de la
ebullición, genera una densa red de fracturas polidireccionales (stockwork), así como fracturas
radiales y concéntricas que afectan tanto la parte del pórfido ya solidificada como las rocas de caja
hacia la superficie.
Los sulfuros primarios se depositan a temperaturas entre los 250-400°C , por repetidos procesos
de ebullición retrógrada. (vetillas, stockwork)
el cloro se encuentra disuelto en cantidades importantes en el magma, donde el cloro prefiere
permanecer disuelto en el magma. El cobre es movilizado a alta tempretura como un complejo
clorurado.
MODELOS DE ALTERACIÓN HIDROTERMAL
Según este modelo los
depósitos de cobre porfídico
desarrollan generealmente
cuatro zonas de alteración:
Zona de alteración potásica: caracterizada por el desarrollo de feldespato potásico y
biotita secundaria, o por la presencia de feldespato potásico-clorita y a veces por la
asociación feldespato potásico-biotita-clorita.
Zona de alteración fílica, conocida también como zona de alteración cuarzo-serícitica.
Esta zona está caracterizada por la asociación cuarzo-sericita-pirita, a menudo
acompañada por algo de clorita, illita, rutilo y pirofilita.
Zona de alteración argílica, está caracterizada por la presencia de minerales de arcilla,
siendo la caolinita importante en la zona interior y la montmorillonita en la parte exterior.
Zona de alteración propilítica, muy extensa y siempre presente en la parte externa de los
yacimientos. Caracterizada por la asociación clorita-calcita-epidota-albita-pirita.
MODELO DE MINERALIZACIÓN
La mineralización primaria (hipógena) se puede encontrar:
- Completamente contenida dentro del pórfido
- En parte en el pórfido y en parte en las rocas de caja
- Completamente en las rocas de caja circundantes al pórfido.
En general, la zona mineralizada corresponde a un cuerpo aproximadamente cilíndrico subvertical.
Los cuerpos mineralizados están normalmente rodeados por una envoltura rica en pirita.
La mineralogía primaria de los pórfidos cupríferos andinos es muy simple: pirita (FeS2), calcopirita
(CuFeS2); como los sulfuros más abundantes, con cantidades menores de bornita (Cu5FeS4) y
calcosina (Cu2S) en las partes internas.
MODELO DE MINERALIZACIÓN EN PÓRFIDOS CUPRÍFEROS
La parte central es una zona de baja ley con algo
de calcopirita y molibdenita.
Hacia afuera existe un incremento de la
mineralización primero en molibdenita y luego
de calcopirita.
Exteriormente se localiza una envolturapiritosa
donde la pirita puede alcanzar hasta un 15% en
peso.
Distribución y edad de la mineralización
Los pórfidos cupríferos terciarios de los Andes
Centrales, se distribuyen en tres franjas de distinta edad:
Paleoceno (65-54 m.a): Se extiende hasta un poco mas al sur de la latitud 20º S.
(metalogénica se extiende desde el sur de Perú hasta la latitud de Vallenar 28°)
Eoceno Superior - Oligoceno Inferior (45-35m.a): Se ubica inmediatamente al este de la franja
paleocena, en la precordillera Andina entre los 18º y 27º S (yacimientos de mayor importancia
económica en Chile, distribuidos a lo largo de la zona de falla Domeyko ZFD)
Mioceno-Plioceno (23-2 m.a): Se ubica inmediatamente al este de la franja del Eoceno Superior –
Oligoceno, entre los 27° y los 35° S. (Alta cordillera en el sector adyacente al limite con Bolivia y
Argentinaprolongandose hacia el oriente)
PROCESOS SUPÉRGENOS EN PÓRFIDOS CUPRÍFEROS
Oxidación y destrucción de sulfuros hipógenos
Generación de soluciones ácidas producidas por la descomposición de la pirita principalmente
Lixiviación y remoción de metales en solución como sulfatos
Percolación y reacción con los silicatos en las rocas
Formación de niveles superficiales con alteración argílica
Neoformación y depositación de minerales oxidados
Precipitación de sulfuros secundarios (bajo el nivel de aguas freáticas)
Estos procesos producen la alteración de los sulfuros, disolución y precipitación de otros minerales
y una lixiviación y alteración (descendente) importante en las rocas.
ZONACIÓN VERTICAL DE LA ALTERACIÓN SUPÉRGENA
Cubierta lixiviada: Es la zona en contacto con la
superficie, donde los proceso de oxidación son más
intensos, provocando la disolución y transporte del
cobre hacia zonas más profundas o lejanas.
Zona de oxidación: El cobre solubilizado en la parte superior encuentra condiciones de mayor
estabilidad en esta zona y es depositado en forma de minerales oxidados de cobre (de color azul o
verde).
Zona de cementación o enriquecimiento supérgeno: Es la situada por debajo del nivel freático, en
la que se produce el enriquecimiento del contenido de cobre, con el desarrollo de sulfuros de
cobre, a partir del reemplazo de los sulfuros primarios.
Zona primaria: Caracterizada por la mineralización inalterada de sulfuros de origen hidrotermal.
ENREQUICIMIENTO SUPÉRGENO
Las reacciones que se producen oxidan y destruyen los sulfuros con la consiguiente formación de
iones sulfatos y H+, que implican una acidificación del medio.
Estos procesos son los que originan las aguas ácidas, características de las áreas mineras.
Son también responsables de la destrucción de los sulfuros primarios y su posterior lixiviación
desde la parte superior del perfil de alteración supérgena.
El cobre es un elemento soluble en ambiente ácido y durante los procesos de alteración se infiltra
hacia la zona de cementación.
La eficiencia de la lixiviación depende de varios factores, pero uno de los más relevantes es la
capacidad de la mineralogía primaria de generar soluciones ácidas al reaccionar con los fluidos
meteóricos percolantes.
Para esto, la presencia de pirita es fundamental ya que la descomposición de la misma genera
ácido sulfúrico.
En condiciones reductoras se producen las reacciones que dan lugar a la formación de sulfuros
secundarios de cobre calcosina y covelina, por sustitución de hierro de calcopirita o pirita.
FACTORES QUE CONDICIONAN EL ENREQUICIMIENTO
Evolución geomorfológica (exhumación)
Clima
Mineralogía hipógena (mena y ganga)
Composición de la roca de caja
Estructura
Nivel de aguas subterráneas
Agentes orgánicos: Bacterias
Estos factores son interdependientes
EXHUMACIÓN DE UN PÓRFIDO CUPRÍFERO
La exhumación es un prerrequisito para el desarrollo de procesos de alteración y enriquecimiento
supérgenos, por lo que estos procesos que son sensitivos a la evolución fisiográfica o
geomorfológica de una región.
DEPÓSITOS EXÓTICOS DE COBRE
Se desarrollan en numerosos sectores aledaños a los pórfidos cupríferos andinos. En todos ellos el
Cu es extraído por fenómenos de oxidación–lixiviación y es transportado lateralmente por
soluciones ácidas.
Mina Sur en Chuquicamata, Damiana asociado a El Salvador, Huinquitipa (Collahuasi)
DESARROLLO DE UN DEPÓSITO EXÓTICO
La mineralización está compuesta de minerales oxidados de cobre que forman el cemento en la
parte basal de un conjunto de gravas y también rellenando fracturas y microvetillas en las rocas
del basamento subyacente.
En menor proporción, la mineralización puede ocurrir como diseminación en gravas y rocas
intensamente argilizadas, como reemplazo de feldespatos, absorbida en micas descompuestas y
minerales de arcilla en zonas alteradas.
El horizonte mineralizado se encuentra cubierto por una secuencia de grava estéril de espesores
variables entre 120 y 200 metros.
La neutralización de las soluciones ácidas portadoras del cobre, habría dado lugar a la depositación
de la mena oxidada. Esta habría precipitado como silicato (crisocola), cloruros (atacamita) o como
un gel amorfo rico en sílice, cobre, hierro y manganeso, correspondiente al “copper pitch y copper
wad”.
