Introducción a depósitos minerales

Semestre Primavera 2015

Paulina Durán - Joseline Tapia

Clasificación geoquímica de los elementos

Según Goldschmidt los elementos se clasifican en:● Litófilos● Calcófilos● Siderófilos● Atmófilos

Figura 1. Clasificación geoquímica de los elementos según Goldschmidt. Fuente: GEOL212:

Planetary Geology.

Clasificación geoquímica de los

elementosElementos litófilos

● Los elementos litófilos son los

constituyentes de las rocas.

● La mayoría de los elementos litófilos son

los componentes de los silicatos.

● También ocurren naturalmente como

óxidos, haluros, fosfatos, sulfatos, y

carbonatos.

● Incluye 54 elementos

● Alcalinos y alcalino-térreos: boro,

aluminio, y escandio; Lantánidos y

actínidos: actinio, torio, protactinio, y

uranio

● Carbono, silicio, titanio, zirconio, hafnio,

fósforo, vanadio, niobio, tantalio, oxígeno,

cromo, y tungsteno

● Halógenos y manganeso (posiblemente

tecnecio y astato)

Clasificación geoquímica de los

elementosElementos calcófilos

● Los elementos calcófilos son los elementos

de las menas de sulfuros: cobre, plata, oro,

zinc, cadmio, mercurio, galio, indio, talio,

germanio, estaño, plomo, arsénico,

antimonio, bismuto, azufre, selenio, y

teluro

● Sus cationes tienen 18 electrones en la

capa externa (S

2-

, Se

2-

, y Te

2-

tienen 8

electrones cada uno)

● En la naturaleza se encuentran como

sulfuros, seleniuros, telúridos, y thio sales

(una excepción es el estaño, que ocurre

como casiterita SnO

2

).

● Plata, oro, cobre, arsénico, azufre, bismuto,

y otros, se presentan naturalmente en su

forma elemental.

Clasificación geoquímica de los

elementosElementos siderófilos

● Los elementos siderófilos incluyen a los

del Grupo VIII de la tabla periódica,

también incluye Mo y Re; 11 elementos en

total.

● Son afines a arsénico (sperrylita, PtAs

2

;

loellingita, FeAs

2

; chloanthita, NiAs

2

; y

cobaltita, CoAsS); y menor afinidad con

azufre (pentlandita, (Fe,Ni)

9

S

8

;

molibdenita, MoS

2

) y fósforo, carbono y

nitrógeno.

● En la naturaleza los metales de Pt se

presentan en estado elemental y Fe como

óxidos o silicatos y como sulfuros. Menos

frecuentemente como arseniatos y en

estado nativo.

Clasificación geoquímica de los

elementosElementos atmófilos

● Los elementos atmófilos son los elementos

atmosféricos.

● Acá se incluyen todos los gases inertes (de

He a Rd), nitrógeno e hidrógeno, 8

elementos en total.

● El estado gaseoso es el característicos de

ellos en la naturaleza.

● Su ocurrencia en estado natural es

característica en la mayoría de ellos

(excepto para H, que se asemeja a los

elementos litófilos).

Clasificación de los elementos según Goldschmidt

Figura 2. Clasificación geoquímica de los elementos según Goldschmidt. Fuente: LICENCE L2 STE, Planétologie et Terre

primitive.

Geología económica● La Geología Económica

corresponde esencialmente

al estudio de depósitos

minerales.

● Esto incluye tanto recursos

metálicos, minerales

industriales (no metálicos) y

también los combustibles.

Figura 3. Mena de plata, Mina Ophir. Fuente: Smelting and Roasting Gold and

Silver Ores.

MenasFigura 4. Las menas que cada nuevo bebé Americano necesitará durante su vida. Fuente: MEC, Mineral

usage statistics.

¿Qué buscan l@s geólog@s económic@s?

Figura 5. Los recursos naturales que buscan l@s geólog@s económic@s. Fuente: J. Tapia, elaboración propia.

MetalogénesisTérmino derivado del griego

“metaleion” que significa “mina”, el

cual se refiere al estudio de la

génesis de depósitos minerales

(metálicos o no-metálicos), con

énfasis en sus relaciones espaciales

y temporales (espacio-tiempo) con

los rasgos geológicos regionales

(tectónicos, petrográficos, etc). Es

decir, el estudio de la relación de

los depósitos minerales con su

entorno geológico regional

(Maksaev, V. 2002).

Figura 6. Metalogénesis Andina, zonas con alteración hidrotermal. Fuente:

Oyarzún, J. Andean metallogenesis: a synoptical review and interpretation.

Provincia metalogénica

Es un área caracterizada por una agrupación de depósitos minerales o por uno o más tipos característicos de

depósitos. Una provincia metalogénica puede contener más de un episodio de mineralización (Maksaev, V.

2002).

Figura 7. Provincia metalogénica. Fuente: Gold Producing Metallogenic Provinces and Epochs (MPE).

Época metalogénicaEs una unidad de tiempo geológico

favorable para la deposición de

menas o caracterizada por una

agrupación particular de depósitos

minerales. En una misma área

pueden estar representadas varias

épocas metalogénicas (Maksaev, V.

2002).

Figura 8. Época metalogénica. Distribución de reservas de Mn y

fuentes en rocas de diversas edades de la litósfera terrestre. (1)

Reservas; (2) recursos; (3) rocas manganesíferas del Arcaico; (4)

fase metalogénica principal de acumulación de menas y rocas

manganesíferas. (1) Proterozoico inferior; (2) Proterozoico

medio; (3) Proterozoico superior; (4) Paleozoico inferior-medio;

(5) Paleozoico superior; (6) Mesozoico; (7) Mesozoico superior-

Cenozoico inferior. (5) Principales eventos de biota en el

Fanerozoico (Alekseev, 1989, 1998). Fuente: Kuleshov,V.N.(2011):

Manganese deposits: Communication 2. Major epochs and phases

of manganese accumulation in the Earth's history.

Metalotecto● Término que se refiere a una

determinada característica

geológica que se cree ha jugado un

rol en la concentración de uno o

más elementos (o sustancias

minerales) y ha contribuido a la

formación de depósitos minerales.

● Puede ser una característica

estructural, estratigráfica,

litológica, geomorfológica, etc. y

puede combinar espacio y tiempo.

● Ej. Orógeno Andino, caldera

volcánica, rocas volcánicas

jurásicas, una falla regional, etc.

(Maksaev, V. 2002)

Figura 9. Mapa geológico simplificado del norte de Chile, la zona de Falla de

Domeyko y la de Atacama han representado zonas que han favorecido los

procesos de mineralización. Fuente: Muñoz et al., 2002.

Franja metalogénica● Las franjas metalogénicas existentes en Chile se

ajustan a la definición de Provincia

Metalogénica, pero en trabajos previos se ha

considerado a Los Andes como una Provincia

Metalogénica dominada por yacimientos

cupríferos.

● Esto ha llevado a definir en detalle ya sea sub-

provincias o franjas metalogénicas (Maksaev, V.

2002).

Figura 10. Franjas metalogénicas del Cretácico inferior y

Cretácico medio-superior. Fuente: Maksaev et al., 2010.

Mapa metalogénicoMapa a escala regional que

muestra la distribución de los

depósitos minerales (metálicos o

no-metálicos) sobre una base

geológica adecuada para destacar

características relevantes de la

mineralización y con una

simbología apropiada para indicar

la forma, tipo de mineralización y

magnitud de cada depósito (el

tamaño de los depósitos se muestra

independiente del nivel de

explotación; no es un mapa de

recursos mineros; Maksaev, V.

2002).

Figura 11. Ejemplo de mapa metalogénico, Finlandia. Fuente:

Geologic Survey of Finland, Fennoscandian Ore Deposit Data

Base and Metallogenic Map.

MineralizaciónSe refiere usualmente a procesos

formadores de minerales de

mena o a minerales asociados

que permiten la sobre

concentración de ellos (pirita).

Figura 12. Mineralización de cobre en el prospecto el Dorado, México. Fuente: Source

Exploration CORP.

MineralizaciónElemento Contenido promedio en la

corteza

Ley promedio mínima

explotable

Al 8% 30%

Fe 5% 25%

Cu 50 ppm 0,4%

Ni 70 ppm 0,5%

Zn 70 ppm 4%

Mn 900 ppm 35%

Sn 2 ppm 0,5%

Cr 100 ppm 30%

Pb 10 ppm 4%

Au 4 ppm 1 g·t

-1

Mineralización endógena, hipógena o primaria

● Mineralización endógena, es decir producida

por procesos internos de la tierra.

Figura 13. Vetas minerales múltiples (principalmente cuarzo), zona de falla de Eminence Break, Gran Cañón del Colorado. La

mineralización a lo largo de zonas de falla es algo habitual y ha permitido la localización de muchas minas en la zona de fallas. Fuente:

Conor Watkins And J. David Rogers Grand Canyon Research Eminence Break Fault Landslide.

● Los procesos endógenos más habituales son:

○ Magmáticos

■ Cristalización

■ Segregación

■ Fraccionamiento

○ Hidrotermales

■ Pórfidos

■ Epitermales

○ Metamórficos

■ Regionales

■ De contacto

Depósitos magmáticos● Algunos magmas tienen

concentraciones promedio

de elementos valiosos

mayores que el promedio

● Estos elementos se

concentran en la roca al

cristalizar.

● El enriquecimiento puede

ocurrir por la concentración

de minerales densos ricos en

elementos valiosos.

○ Depósitos de Cr, Ni y

Pt se forman así.

○ Capas de cromita

oscuras en intrusivo

máfico.

Figura 14. Cromitas del Complejo Bushveld. Fuente: all-geo.org, Into the Bushveld #3:

Filthy mineral lucre.

Depósitos magmáticos● Los yacimientos primarios

de diamantes se encuentran

en diatremas, constituidas

por rocas de tipo peridotita

con flogopita llamadas

kimberlitas

Figura 15. Diatremas. Fuente: Colorado Geological Survey, Kimberlite

Diatremes.

Depósitos hidrotermales

● Las aberturas hidrotermales en los

ridges-mid-oceánicos (black

smokers) depositan sulfuros ricos en

metales, formando grandes depósitos

de sulfuros masivos (cobre, cinc, etc).

● Otro tipo de depósitos hidrotermales

se forma cuando magma caliente

aumenta la temperatura de las aguas

subterráneas de las rocas adyacentes.

● Esto lleva a la circulación convectiva

de agua caliente, la que lixivia los

metales de la roca.

● Cuando el agua se enfría, cerca de o

en la superficie, estos metales

precipitan formando depósitos.

Figura 16. Aberturas hidrotermales del fondo oceánico. Fuente: Introduction to mid ocean ridges.

Depósitos hidrotermales

Figura 17. Ciclo biogeoquímico de los ductos del fondo oceánico. Fuente: Wikipedia.

Depósitos hidrotermales: pórfidos y epitermales

Figura 18. Sección transversal esquemática de un típico acoplamiento de batolito + cúpula + sistema volcánico asociado a pórfido de

Cu-Au, ligado a depósito epitermal de alta sulfuración de Cu ± Au. También se indican la estructura termal, patrones de flujo de

fluido, y características durante las principales la etapa principal de actividad hidrotermal, y zonas de alteración hidrotermal. Fuente:

Richards,J.P.(2011): Magmatic to hydrothermal metal fluxes in convergent and collided margins. Ore Geology Reviews, 40, 1-26..

Metamorfismo de contacto: skarn

Depósitos metamórficos

Figura 19. Sección transversal mostrando skarn de Sn, vetas de remplazo de Sn y vetas de Sn, e intrusiones graníticas. Fuente: USGS,

Descriptive model of Sn skarn deposits.

Depósitos exógenos, superficiales o secundarios

● Sedimentarios

○ Alóctonos

○ Autóctonos

● Meteorización

○ Residuales

○ Supergenos

○ Exóticos

● Superficiales

○ Exhalativos

Figura 20. Complejo de cromitas de Bushveld. Fuente: EES 119/219, Lecture 4.

● Ciertos tipos de depósitos se forman por la

deposición o precipitación en ambientes

sedimentarios.

● Las formaciones de hierro, que tienen un

aspecto bandeado típico, son depósitos

extensos de minerales ricos en Fe

formados por la precipitación de óxidos de

Fe desde el agua marina.

● Las formaciones de Fe están restringidas

en el tiempo geológico. Se relacionan al

comienzo de la vida fotosintética

(requieren una atmósfera rica en oxígeno).

Depósitos sedimentarios

Formaciones de hierro bandeado

(BIF)

Formaciones de hierro bandeado (BIF)

Figura 21. Formaciones de hierro bandeado. Fuente: Physical geology, 2004.

Depósitos sedimentarios

● Algunos depósitos se forman por la

precipitación de sales muy concentradas

en lagos someros.

● Estos incluyen depósitos de halita (NaCl,

sal de mesa) y yeso.

Autóctonos: evaporitas

Figura 22. Superficie del Soda Lake en el Plano de Carrizo, California.

Fuente: Lake Scientist, California Drought Impacts Wildlife Living

Around Soda Lake (Credit: Wikimedia Commons User Dracblau7).

Sedimentario: evaporítico

Figura 23. Salar de Uyuni, depósito evaporítico situado en el Altiplano de Bolivia. Fuente: Los Tiempos, Comibol perfora

el salar de Uyuni para conocer reservas de litio.

Nódulos de manganeso (Mn)

Figura 24. Nódulos de manganeso (Mn), del centro del oceáno Pacífico. Fuente: GE114, Manganese oxides, Part 5,

Manganese nodules.

Nódulos de manganeso (Mn)

Figura 25. Nódulos de manganeso (Mn). Fuente: Manganese nodules and outcrops at H2O.

Sedimentario: placer

Figura 26. Origen de los depósitos tipo placer de oro (Au). Fuente: Chris McFarlane, A GIS-based Placer gold potential

assessment for the Bighole river basin, Southwest Montana.

Sedimentario: placerFigura 27. Placeres de playa. Fuente: Australian Government, 2.10 Surficial Mineral Systems.

Depósitos sedimentarios: exóticos

Figura 28. Esquema de depósito tipo exótico del pórfido de Cu-Mo de Chuquicamata, y el exótico Mina Sur. Fuente:

Bernhard Dold, Enrichment processes in oxidizing sulfide mine tailings: Lessons for supergene ore formation, imagen

de Münchmeyer (1996).

Meteorización: depósitos residuales, bauxitas

Figura 29. Esquema de depósitos residuales producidos por meteorización, bauxitas. Fuente: Bauxiteresources.com.au,

What is a bauxite?.

● Los mayores depósitos de mena de Cu y Ag

fueron significativamente enriquecidos como

resultado de la meteorización química por un

proceso llamado ENRIQUECIMIENTO

SUPERGENO O SECUNDARIO.

● Depende de la asociación de sulfuros de Cu, con

pirita y otros sulfuros de Fe (calcopirita,

bornita).

● La oxidación de estos sulfuros crea ambientes

ácidos, por lo tanto Cu

2+

permanece en solución

y es transportado bajo el nivel freático.

● Los iones de Cu

2+

pueden precipitar como

óxidos y carbonatos si el pH aumenta (resultado

de hidrólisis).

● Cuando la pirita es expuesta a una solución con

alta razón Cu

2+

/Fe

2+

, el equilibrio se restablece

por la precipitación de sulfuros de cobre

(calcosina) y disolución de sulfuros de hierro

(pirita), i.e., pirita = ⇒ calcosina.

Meteorización: enriquecimiento secundario

Figura 30. Esquema de enriquecimiento

secundario. Fuente: Aligarh Muslim University,

Ore Deposits Formed by Oxidation and

Supergene Enrichment.

Régimen tectónico de Chile

Régimen tectónico de

ChileSubducción tipo Chilena

Figura 31. Ubicación de la Cordillera de los Andes.

Fuente: Adventure alternative, The Andes.

● Figura de Uyeda & Kanamori (1979, 1982).

Las zonas de subducción pueden ser

clasificadas como dos de los siguientes

miembros extremos (o algún punto

intermedio entre ambos): tipo Chileno y

tipo Mariana. Para esta clasificación Uyeda

& Kanamori argumentaron que:

a. el stress en la zona del trasarco

(atrás del arco magmático) es

compresivo en los arcos tipo

Chileno, y tensional para los arcos

tipo Mariana

b. a pesar que los sismos ocurren en

todos los límites de placa, los

realmente fuertes ( ≥ 8) ocurren

exclusivamente en el tipo Chileno.

Figura 32. Esquema de subducción tipo Chilena (arriba) y

tipo Mariana (abajo). Fuente: Arizona State University, Erik

Flesch, Some relevant subductology.

Subducción tipo Chilena● Chile se encuentra bajo un

régimen tectónico de tipo

compresivo caracterizado

por la subducción de la placa

de Nazca (oceánica) bajo la

placa Sudamericana

(continental).

● Una de las grandes

expresiones geomorfológicas

que se ha generado por la

subducción es la Cordillera

de los Andes

Figura 33. Cordillera de los Andes. Fuente: Andes Range, Wikipedia.

Menas de interés en Chile

Menas del norte de Chile

● Menas metálicas:

○ Cobre

○ Molibdeno

○ Oro

○ Plata

○ Hierro

● Menas no metálicas:

○ Nitratos

○ Litio

○ Yodo

○ Halita

○ Boratos

○ Azufre

○ Rocas ornamentales

Figura 34. Cobre nativo. Fuente: Sierra Gorda Copper-Molybdenum Mine, Chile.

Algunas menas de cobre de Chile

Figura 35. Menas de cobre de Chile. Izquierda: calcopirita. Fuente: W. Griem (2012), UDA; Derecha: malaquita. Fuente: W. Griem

(2013), UDA.

Franjas metalogénicas de Chile● Franja metalogénica de Cu Mioceno

medio-Plioceno inferior: Río Blanco, El

Teniente

● Franja metalogénica de Au Mioceno

inferior-medio: El Indio, La Coipa,

Pascua Lama

● Franja metalogénica de Cu Eoceno

superior-Oligoceno inferior: Quebrada

Blanca, Chuquicamata, La Escondida, El

Peñón

● Franja metalogénica de Cu Paleoceno-

Eoceno inferior: Cerro Colorado

● Franja metalogénica de IOCG Cretácico

inferior: Michilla, Mantos Blancos,

Candelaria, El Soldado

Figura 36. Esquema de las franjas metalogénicas de Chile.

Fuente: Kingsgate.com, Metallogeny of Northern Chile.

Nitratos en Chile

Figura 37. Distribución de los depósitos de nitratos en el norte de

Chile. Fuente: The popular science monthly, Walter Sheldon (1913),

The nitrates of Chile.

Evaporitas en Chile

Figura 38. Norte de Chile, sección transversal de oeste a este. Cuenca del Salar de Atacama: sedimentos del Permo-

Triásico sobreyacidos por sedimentos lacustres continentales del Terciario (Eoceno-Plioceno) y Reciente

(Pleistoceno a la actualidad); evaporitas y volcánicos modernos. Fuente: The Geology of the High Atacama,

Northern Chile, Dr. Chris J. Carlon Consulting Economic Geologist.