Alteración Hidrotermal: Cambios mineralógicos, texturales y

Alteración Hidrotermal: Cambios mineralógicos, texturales
y químicos de una roca producidas ante la presencia o
circulación de soluciones hidrotermales.
Cambios
Mineralogía
Vapor
Roca en
Textura
Contacto con Fluido (agua) caliente
Química
gas
Usualmente
solución acuosa
Sistema abierto de interacción agua – roca
Desequilibrio químico
Adición o remoción de componentes químicos
Resultado:
Conjunto de minerales más estables en condiciones
hidrotermales
Roca alterada
La alteración hidrotermal puede involucrar:
•Crecimiento de nuevos cristales
•Disolución y precipitación de nuevos minerales
Lixiviación
Depositación
•Transformación de fases minerales
Reemplazo o metasomatismo
Reacciones de intercambio iónico
(intercambio catiónico o cambio de base)
Ej. Mg 2+ por Ca2+ o Na+ por K+
Cationes metálicos por H+ , que es un caso especial
de intercambio iónico
Hidrólisis
Reacciones comunes de alteración
1. Hidrólisis (Metasomatismo de H+)
Alteración de plagioclasa → sericita → arcillas → cuarzo
Andesina
sericita + cuarzo
0.75 Na2CaAl4Si8 O24 + 2H+ + K+ = KAl3Si3 O10(OH) 2 + 1.5 Na+ +
0.75 Ca2+ + 3SiO 2
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+
Otros ejemplos de hidrólisis:
Andesina
caolinita + cuarzo
Na2CaAl4Si8O24 + 4H+ + 2H2O = 2 Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2
+ 2Na+ + Ca2+
Sericita
pirofilita + cuarzo
KAl3Si3O10(OH)2 + H+ + 3SiO2 = 1.5 Al2Si4O10(OH)4 +
4SiO2 + 2Na+ + Ca+
Albita
montmorillonita-Na +cuarzo
1.17 NaAlSi3O8 + H+ = 0.5 Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH)2 +
1.67SiO2 + Na+
Montmorillonita
caolinita +cuarzo
3 Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH)2 + H+ + 3.5 H2O = 3.5
Al2Si2O5(OH)4 + 4SiO2 + Na+
Sericita
alunita + cuarzo
KAl3Si3O10(OH)2 + 4H+ + 2SO2- = KAl3(SO4)2(OH)6 + 3SiO2
ácido sulfúrico
Pueden aumentar o disminuir el pH de la solución (pueden
causar la precipitación)
Bajo ciertas circunstancias puede haber buffer de pH
Estas reacciones controlan la actividad de H+, K+, Ca+, Mg2+,
etc.
2. Hidratación (+H2O)
Ej. muscovita
caolinita
Olivino
antigorita
2Mg 2SiO4 + 2H2O + 2H+ = Mg 3Si2O5(OH)4 + Mg 2+
Hematita
limonita
Fe2O3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 3
3.- Metasomatismo de álcalis o tierras alcalinas
(cambio de base)
Calcita
dolomita
2CaCO3 + Mg2+ = CaMg(CO3)2 + Ca2+
Ortoclasa
clorita
KAlSi3O8 + 6.5Mg2+ + 10 H2O = Mg6.5(Si3Al)O10(OH)8 +
K+ + 12H+
Ortoclasa
albita
KAlSi3O8 + Na+ = NaAlSi3O8 + K+
4.- Silicificación
Calcita
cuarzo
2CaCO3 + SiO2 + 4H+ = 2Ca2+ + 2CO2 + SiO2 + 2H2O
5. Redox
Involucra componentes con estados de oxidación variables
Magnetita
hematita
4Fe3O4 + O2 = 6Fe2O3 (martitización)
Annita
ortoclasa + magnetita
2KFe3AlSi3O10(OH)2 + 2 O2 = 2KAlSi3O8 + 2Fe3O4 + 2H2O
6. Sulfuración
2S2 + Fe2O3 = 2FeS2 + 1.5O2
Manifestación Física
•Halos de alteración/envolventes o zonas de alteración
•Alteración pervasiva
•Alteración selectiva
•Obvia o críptica
Puede ser local o extensa (mm a km)
Morenci, pórfido Cu: depósito = 2 km2, alteración = 72 km2
Exploración
Factores controladores:
•Temperatura y ∆tº entre roca y fluido invasor
•Composición del fluido (pH)
•Razón agua/roca y duración de la interacción agua – roca
•Permeabilidad
•Composición de la roca (química del protolito)
•Presión; factor indirecto que controla procesos secundarios
- profundidad de ebullición
- fracturamiento hidráulico
- erupción hidrotermal
Cambios
- Químicos (roca y fluido)
- Densidad (+ o -)
- Porosidad (+ o -)
- Permeabilidad (+ o -)
- Susceptibilidad magnética (usualmente -, pero +)
- Resistividad (-, pero sulfuros +)
Resultado final solo roca alterada, porque el fluido es
removido del sistema, excepto por inclusiones fluidas.
Asociación de minerales
características del fluido
Tipos de Alteración
(Meyer y Hemley, 1967; in Barnes)
(Reed, 1997 ; in Barnes)
1. Propilítica (hidrólisis, hidratación, carbonatación)
epidota, clorita, albita, carbonatos, montmorillonita
2. Potásica (metasomatismo de K+, hidrólisis)
feldespato K, biotita
3. Fílica (sericítica) (hidrólisis, lixiviación de tierras alcalinas;
Ca, Mg)
muscovita (sericita), cuarzo (pirita, caolinita)
4. Argílica (hidrólisis, lixiviación de álcalis y tierras alcalinas,
K, Na, Ca, Mg)
caolinita, montmorillonita, muscovita, calcita
5. Argílica avanzada (hidrólisis, lixiviación de álcalis
y tierras alcalinas, K, Na, Ca, Mg)
caolinita, dickita, pirofilíta, muscovita, alunita,
diásporo
6. Sódico-cálcica (cambio de base, hidrólisis)
albita, epidota, actinolita, clorita
7. Skarn (silicificación, hidratación, metasomatismo
alcalino y de tierras alcalinas)
anhidros: granate, clinopiroxeno, wollastonita, olivino
hidratados: clorita, tremolita-actinolita, epidota, carbonatos.
8. Greisen (hidrólisis, lixiviación de álcalis y tierras alcalinas,
K, Na, Ca, Mg, adición de flúor)
Muscovita, topacio, fluorita, turmalina, cuarzo,
feldespatos.
9. Carbonatación (adición de CO3)
Calcita, dolomita, ankerita, siderita, sericita, albita
10. Silicificación (adición de sílice, lixiviación de álcalis, lixiviación de Al)
Cuarzo, calcedonia, jaspe.
Transferencia de masas en sistemas hidrotermales
Advección/convección vs. Difusión
Advección
Los fluidos necesitan espacio físico para fluir a través de la
corteza terrestre
Muchos minerales de mena son precipitados en espacios abiertos
La porosidad y permeabilidad son importantes en el control de:
•La ubicación de mineralización (a escala local y regional)
•Del tamaño y forma de los depósitos minerales
Porosidad y permeabilidad primaria vs. Secundaria
Primaria: generalmente rocas sedimentarias (Ej, rocas clásticas
bien seleccionadas, arrecifes, lavas vesiculares.
Secundaria: más importante
Inducida tectónicamente: fallas, diaclasas
Inducida por fluido: disolución (Ej. Karsts); dolomitización;
fracturamiento hidráulico
Preparación del terreno “ground preparation”
Razones para la advección o convección
Diferencias de densidad: inducidas termalmente, diferencias composicionales
Gradientes de presión: compactación sedimentaria, generación de
fluidos metamórficos, dilatación durante deformación,
diferencias de elevación, liberación de fluidos de magma
(típicamente alta tº y P como en pórfidos Cu).
La razón de flujo depende de varios factores:
densidad
viscosidad
diferencia de presión
permeabilidad
Ley de Darcy
Q = KiA
Q = descarga (m3/seg)
K = conductividad hidráulica (coeficiente de permeabilidad)
I = gradiente hidráulico (Dh/l)
A = área de la sección
Hay importante transferencia de masas por advección
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 iones o moleculas en agua ~ 10-5 cm2/seg
D para iones en sólidos a 1000ºC ~ 10-10 cm2/seg
En general la difusión en líquidos es solo importante cuando el
fluido está estático y/o donde la permeabilidad es baja
La difusión en sólidos solo es importante a altas temperaturas
Clasificación de Depósitos Minerales
•Distintos criterios de clasificación
Forma y Tamaño
Ej.
Vetas
Estratiformes
(mantos)
Irregulares
Chimeneas
Estratoligados
Stockwork
(enrejados de
venillas)
Minerales o metales
Conocidos (asociaciones)
Ej.
Pb-Zn-Ag
Ni-Co
Sn-Ag-Bi
Turmalina-cuarzo
Depósitos de Cobre
(Clark, 1993)
Monstruosos
Super-gigantes
Gigantes
Muy grandes
Grandes
Moderados
Pequeños
Cu fino Mt
>31
10-31
3-10
1-3
0.3-1
0.1-0.3
<0.1
Petrología
Calco-alcalinos
Alcalinos
Toleíticos
Etc.
Ambiente tectónico
Arcos de islas
Arcos magmáticos de margen continental activo
Rift continental
Rift oceánico
Intraplaca
Génesis de los depósitos
Ortomagmático
Pneumatolítico
Hidrotermal
Exhalativo
Residual
Clasificación de Niggli (1929);Criterios: Génesis y asociaciones
de metales/minerales
I PLUTÓNICO O INTRUSIVO
A Ortomagmático
1. Diamantes, platino-cromo
2. Titanio-hierro-níquel-cromo
B Neumatolítico o Pegmatítico
1. Metales pesados – alcalino térreos-P-Ti
2. Silicatos-álcalis-F-B-Sn-Mo-W
C. Hidrotermal
1. Fe-Cu-Au-As
2. Pb-Zn-Ag
3. Ni-Co-As-Ag
4. Carbonatos-óxidos-sulfatos-fluoruros
II VOLCÁNICO O EXTRUSIVO
A. Sn-Ag-Bi
B. Metales pesados
C. Au-Ag
D. Sb-Hg
E. Cobre Nativo
F. Volcanes subacuáticos y depósitos bioquímicos
Clasificación de Schneiderhön (1941); Criterios: Naturaleza del fluido
mineralizador, asociaciones minerales, profundidad de depositación,
tipo de depositación, huésped o ganga.
I YACIMIENTOS INTRUSIVOS O LÍQUIDO MAGMÁTICOS
II YACIMIENTOS NEUMATOLÍTICOS
A. Filones pegmatíticos
B. Filones neumatolíticos e impregnaciones
C. Reemplazos neumatolíticos de contacto
III YACIMIENTOS HIDROTERMALES
A. Asociaciones de
Au y Ag
Cada asociación la
B.
“
Pb y Cu
subdivide en tipos
C.
“
Pb-Zn-Ag
D.
“
Ag-Co-Ni-Bi-U específicos de yacimientos
hipabisales y
E.
“
Sn-Ag-W-Bi
subvolcánicos
F.
“
Sb-Ag-W-Bi
G.
“
No sulfuros
H“
No metales
IV YACIMIENTOS EXHALATIVOS