Metalogénesis

Estudia las leyes que gobiernan la distribuciónespacio temporal de las mineralizaciones deinterés económico.

Estudia el problema de la distribución dedeterminados elementos químicos en la cortezaterrestre.

Geoquímica vs MetalogénesisGeneral vs anomalías

Los depósitos minerales metálicos sonconcentraciones anómalas de uno o varioselementos en la corteza terrestre.

Para que se constituya un yacimiento explotableeconómicamente la concentración debe estar muypor encima de su clarke enriquecimiento.

Abundantes (>0,1% en peso en la corteza):Si (28,2%), Al (8,2%), Fe (5,6%), Mg (2,3%), Ti(0,57%).

Escasos: (<0,01% en peso en la corteza) el resto delos metales.

En los grandes depósitos cupríferos chilenos se explotan con leyes de 1% o mas así que el F.E. es de > 200 veces el clarke.Algunos como el Pb, Cr, etc. Que requieren un F.E. miles de veces mas altas que el contenido normal en la corteza

Evans, 1980

Procesos geológicos

naturales

permiten estas

concentraciones

anómalas

Procesos metalogénicos

Magmáticos

Metamórficos

Erosión y sedimentación

Meteorización

Procesos

• Cristalización magmática

• Segregación magmática

• Cristalización fraccionada

• Inmiscibilidad de líquidos

• Hidrotermales

• Metamórficos

Endógenos

• Exhalativos superficiales volcanogénicos

• Sedimentarios

• Meteorización

Exógenos

Tomado de L. Robb (2005)

Fluidos Mineralizantes

oMagmas silicatados y

fluidos magmáticos con

óxidos, carbonatos o ricos

en sulfuros

oFluidos hidrotermales

acuosos separados de

magmas y fuentes varias

oFluidos asociados a

procesos metamórficos

oSoluciones mineralizantes

superficiales.

oSoluciones mineralizantes

subterráneas

oFluidos volcánicos

Características

Observación de aguas termales

Gases volcánicos

Estudios de mena y ganga

Análisis de laboratorio (Ej:Inclusionesfluidas)

Elementos siderófilos. Se encuentran en forma metálica

Au, Pt y Ag

Elementos calcófilos. Se encuentran en forma de sulfuros

Fe, Cu, Pb y Hg

Elementos litófilos. Se encuentran formando silicatos

Al, Ca, Mg, Ti, Zr, Mn

Débil afinidad por S y O

Fuerte afinidad por S y débil por O

Fuerte afinidad por O

MAGMA Y FLUIDOS MAGMATICOS

Mezcla compleja de componentes químicos a altas temperaturas,incluye sustancia en estado sólido, líquido y gaseoso , compuestapor numerosos elementos (Si, Al, Mg, Fe, Ca, Na, K, O, H, etc)

• Iones metálicos se mueven más o menos libremente

Además de líquidos y sólidos el magma contiene diversos gases disueltos en él (VOLÁTILES)

Volátiles

Agua como gas disuelto: 0,5 - 15% del magma y 90% de todos los volátiles.

Carbono en forma de CO2

Azufre S2

Nitrógeno N2

Argón Ar

Cloro Cl2

Flúor F2

Hidrógeno H2

Br, H2S, S, HCl, NH4Cl (son abundantes) HF, N2, H2, CH4, H3BO3 y CO

Tipos de magma y contenidos de metales

Aunque teóricamente es posible formar un infinito rango de

composiciones de magma (desde ultramáfico hasta altamente alcalinos)

se consideraran 4 tipos fundamentales de magma:

Basaltos

Andesitas

Riolitas

Magmas alcalinos (incluyendo kimberlitas)

La porción fundida es un líquido menos denso en comparación

con la porción sólida. Por consiguiente tiende a ascender a la

corteza terrestre concentrándose allí en bolsas y cámaras

magmáticas

El magma máfico, que asciende continuamente a lo largo de

los bordes de expansión en los océanos se reúne en cámaras

magmáticas cerca de la base de la corteza oceánica en

profundidades entre 4 y 6 km por debajo del fondo oceánico.

El punto de fusión del

magma se logra a

profundidades entre 100

y 200 km, es decir en el

manto superior.

Sólo una porción

pequeña del material del

manto está fundida, lo

demás está en estado

sólido.

Fusión parcial.

MASH ZONE

La porción fundida es un líquido menos denso en comparación

con la porción sólida. Por consiguiente tiende a ascender a la

corteza terrestre concentrándose allí en

bolsas y cámaras magmáticas

Por ejemplo el magma máfico, que asciende continuamente a

lo largo de los bordes de expansión en los océanos se reúne en

cámaras magmáticas cerca de la base de la corteza oceánica

en profundidades entre 4 y 6 km por debajo del fondo oceánico.

Diferenciación magmática

A partir de un magmainicialmentehomogéneo, seseparan fracciones dediferentecomposición por:

• Migración de iones o moléculas debido a

la diferencia de temperaturas dando lugar

a la formación de diferentes tipos de roca

• Transferencia gaseosa, en el ascenso de lasburbujas de gas pueden ser recolectados ytransportados constituyentes ligeramentevolátiles del magma de un lugar a otro.

• Fraccionamiento del magma comoresultado de la cristalización, acentuadopor la tendencia de los cristales pesados ahundirse y la de los ligeros a flotar

• Está en función del punto de fusión de cadamineral, de la gravedad y de losmovimientos de convección del magma.

Enfriamiento del magma. Fases

. Fase ortomagmática

. Fase Pegmatítica - Pneumatolítica

. Fase hidrotermal

A. Cristalizan únicamente los minerales pirogenéticos, algunos

autores incluyen los minerales hidroxílicos con bajo contenido

de agua, la temperatura desciende hasta casi los 800° C, se

produce la cristalización de la mayoría de los cristales, menos

el cuarzo, según la serie de reacciones de Bowen.

Los primeros minerales que se forman de un magma

generalmente son anhidros (espinelas, piroxenos, cromita,

olivino, magnetita y plagioclasa cálcica) puesto que se

desarrollan a alta temperatura en fusiones que contienen una

pequeña proporción en constituyentes volátiles, tales minerales

se denominan pirogenéticos.

Su formación conduce al enriquecimiento relativo del líquido

residual en componentes volátiles que luego permiten la

formación de minerales hidroxílicos como los anfíboles y

micas, los cuales se denominan hidatogenéticos.

Ortomagmaticos

Magmas Máficos

El número de yacimientos formados por soluciones emanadas de

rocas básicas es proporcionalmente muy pequeño comparado con

los asociados a rocas silícicas.

Esto se puede deber a la poca cantidad de agua que contienen los

magmas básicos y por ello solo pueden generar yacimientos de

segregación, por ejemplo Fe, Cu, Pt, Cr, Ni, Co, Au; es decir que

hay una asociación de los metales con el tipo de roca.

Abundancia relativa de metales

La mayoría de los elementos calcófilos y siderófilos (Ni,

Co, Pt, Pd y Au) es mas probable que estén asociados a

rocas de tipo máfico.

Las concentraciones de la mayoría de los elementos

litófilos (Li, Sn, Zr, U y W) están típicamente asociados

con rocas de tipo alcalino o félsico.

Esto tiene implicaciones en el entendimiento de la

génesis de depósitos minerales.

Magmas silícicos

Esta relación no tiene la preferencia que existe en el caso de lasrocas máficas. Ejemplo: Ag, Pb, Mo, U, Zr y W que en general seasocian con las rocas del grupo del granito y la diorita.

Constituyentes móviles como el cloro, son los más abundantesaunque no exclusivos de las diferenciaciones máficas, el boro y elflúor son más abundantes en las fracciones silícicas.

El azufre es uno de los constituyentes más dominantes y másdifundidos en los cuerpos minerales de afiliación ígnea, comoelemento es un producto común en las emanaciones volcánicas.

B. La temperatura desciende entre 800° y 600° C, el magma

entra en la etapa pegmatítica, en la cual coexisten las fases

líquida, cristalina y gaseosa, cristalizan el cuarzo y la ortosa.

Posteriormente se presenta la etapa pneumatolítica, con

temperaturas entre 600 y 400° C, en la que se da un equilibrio

entre cristales y gases.

C. La temperatura está entre 100-400°C. En esta fase se

presenta un equilibrio entre soluciones acuosas, cristales y

gases (componentes volátiles).

Emplazamiento

v

v

Cromita Estratiforme

Arquitectura de la corteza oceánica

Kimberlitas

Hidrotermales

Soluciones Mineralizantes Superficiales

Yacimientos que tienen origen en condiciones de baja

presión y temperatura por procesos exógenos por ejemplo

las vetas formadas en superficie y yacimientos formados

durante la sedimentación.

En ciertos casos la temperatura de formación varían de 0º-

100º C y presiones entre 1 y 900 atm.

Aguas meteóricas

Son aguas de cualquier origen que han pasado a través de la

atmósfera. Son esenciales para procesos supergénicos, los que

involucran agua de origen superficial.

Agua de lluvia, nieve, neblina, rocío, nubes, gotas se percolan e

infiltran hacia abajo y pueden reaccionar con la litosfera.

En equilibrio con la atmósfera el agua disuelve aire, nitrógeno,

oxigeno, CO2 y trazas de gases raros.

El CO2 forma varios iones y compuestos con agua de la cual

resultan soluciones conteniendo iones débiles de ácido carbónico,

ion bicarbonato (HCO3)- y el ion hidrogeno

Zonas de oxidación y cementación

Comportamiento de algunos minerales en la zona de

oxidación

Minerales de hierro

Pirita. (FeS2) El primer proceso que es el de convertirse en sulfato

de acuerdo con la siguiente reacción:

2FeS2 + 7O2 + 2H20 = Fe SO4 + 2H2SO4

El sulfato ferroso se oxida a sulfato férrico de dos maneras:

12FeSO4 + 6H2O+3O2 = 4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3

ó

4FeSO4 + 2H2SO4 = O2+2Fe2(SO4)3+2H2O

Como resultado de la ionización e hidrólisis se tiene

Fe2(SO4)3 = 2Fe+3 + 3SO4

6H2O = 6(OH) + 3H2

= 2Fe(OH)3 + 3H2SO4

y por hidratación del Fe(OH)3 se obtiene la limonita:

4Fe(OH)3 = 2Fe2O3 + 3H2O

El sulfato férrico es un fuerte oxidante y ataca a la pirita y otros

sulfuros y genera también sulfato ferroso

Fe2(SO4) + FeS2 = 3FeSO4 + 2S

El paso de pirita a limonita implica por tanto la formación previa de

sulfato ferroso, sulfato férrico e hidróxido férrico.

A veces el sulfato de hierro se precipita en socavones de mina en

forma de estalactitas y estalagmitas de melanterita (FeSO4 + 7 H2O).

Minerales de cobre

Calcopirita. (CuFeS2). Se oxida directamente en contacto con el

oxigeno del aire a sulfato cúprico:

CuFeS2 + 4O2 = CuSO4 + FeSO4

La calcopirita oxida más fácilmente que la pirita, este sulfato de

cobre es un agente de mucha importancia en el proceso de

enriquecimiento supergénico de minerales de cobre.

Si las condiciones son favorables parte del sulfato de cobre se

precipita como calcantita o vitriolo azul de cobre CuSO4+ 5H2O ocomo brocantita CuSO4 + 3Cu(OH)2 o como antlerita.

A veces el sulfato reacciona con sílice en la roca encajante y

da crisocola CuSiO3. 2H2O en forma coloidal o con calcita o

con bicarbonato de calcio para dar malaquita o azurita

2CuSO4 + 2H2Ca(CO3)2 = CuCO3+Cu(OH)2 + 2

CaSO4+3CO2+H2O

El CuSO4 no se ioniza ni se hidroliza como sucede con el

FeSO4

Calcosina. Cu2S. Puede oxidarse en la zona de oxidación conproducción de cuprita y cobre nativo, según la reacción

4Cu2S + 7O + 4H2O = Cu2O + 4Cu + 4H2SO4

También a partir de la calcosina por oxidación se producecovelina y cuprita

4Cu2S + O2 = 4CuS + 4Cu2O

Lindgren explica la formación de cobre nativo a partir de lacalcosina con la siguiente reacción:

Cu2S +3Fe2(SO4) + 4H2O = 2Cu + 6FeSO4 + 4H2SO4

La calcosina es un buen precipitante para oro y plata y por esoa veces, se los encuentra asociados.

Minerales de plomo

Los minerales de plomo son generalmente mas insolubles que los de

cobre. La galena es apenas débilmente atacada por soluciones ácidas

diluidas. Cuando hay CuSO4 en solución se forma anglesita y covelina a

expensas de la galena.

PbS +CuSO4 = PbSO4 + CuS

PbSO4 se deposita sobre la galena, y por ser insoluble la protege de

oxidación rápida posterior.

El Pb en presencia de carbonatos forma cerusita PbCO3, la cual es mas

insoluble que la anglesita.

El primer producto de oxidación de la galena es la anglesita, luego la

cerusita.

Por debajo de la zona de oxidación la galena es precipitante para Au,

Ag y CuS en soluciones.

Clasificación de D. M.Depósitos asociados a rocas ígneas máficas y ultramáficas Depósitos de cromita. Estratiformes. Podiformes

Depósitos de sulfuros de Fe-Ni-Cu

Depósitos de los elementos del grupo del platino

Depósitos de la asociación de sulfuros de Cu-Ni-Fe-PGE

Depósitos asociados a rocas granitoides Depósitos tipo pórfido (Cu-Mo), (Cu-Au), (Sn)

Chimeneas brechadas cupríferas

Depósitos tipo Skarn

Depósitos de minerales en veta o vetiformes

Depósitos asociados a vulcanismo Depósitos exhalativos sedimentarios. Sulfuros masivos, sulfuros masivos contemporáneos

Depósitos volcanogénicos o exhalativo volcanogénicos asociados a rocas volcánicas.

Sulfuros masivos vulcanogénicos

Tipo Chipre

Tipo Kuroko

Tipo Besshi

Depósitos asociados a metamorfismo. Depósitos Orogénicos

Otros. Carbonatitas. Komatiitas. Kimberlitas. Pegmatitas. Depósitos de estaño