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• Danilo Valle Alvites

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ALTERACIONES HIDROTERMALES 1. Conceptos Generales 1.1

Soluciones acuosas en procesos geológicos

Solución acuosa es una mezcla homogénea de agua como solvente con una serie de compuestos ionicos disueltos en ella (solutos). Las soluciones acuosas intervienen en los procesos geológicos, magmaticos, metamórficos o sedimentarios, en ambientes profundos o en superficie o cerca de ella y a diferentes condiciones de P y T°. 1.2

Soluciones hidrotermales y soluciones mineralizantes

El termino solución hidrotermal se aplica a las soluciones acuosas de origen natural que migran por los espacios abiertos de las rocas del interior de la corteza a T° variables entre 500° y 50°C. La composiciones es variables y depende de la fuente original así como de las reacciones que se desarrollan en las rocas por donde va circulando, sin embargo, se puede decir en general la composición de las soluciones hidrotermales es agua, contenidos volátiles y metales. Con la composición varia también el pH y Eh y con ello la capacidad de disolver o precipitar minerales. De acuerdo a la composición, las soluciones hidrotermales pueden incorporar a los metales en forma de iones complejos y transportarlos hasta donde las nuevas condiciones físico-químicas permiten su precipitación en forma de minerales metálicos. Los ligantes más importantes en la formación de complejos son el Cl-, HS-, NH4, OH-, CH3COO-. Las soluciones hidrotermales que por este mecanismo son capaces de formar depósitos minerales son también denominados soluciones mineralizantes. 1.3

Alteraciones hidrotermales

Son cambios mineralógicos, texturales y químicos que se producen en las rocas como respuesta al desequilibrio físico-químico que se genera por acciones de las soluciones hidrotermales que circulan por ella. Las alteraciones hidrotermales están caracterizadas por asociaciones de minerales y sus arreglos texturales, todo lo cuales varia en el espacio y son una huella de las reacciones que se generan por acciones de las soluciones hidrotermales y sus características de T°, pH y Eh cambiantes a lo largo de su recorrido. Los factores que condicionan la formación e intensidad de las alteraciones son la T°, composición del fluido, permeabilidad de la roca, interacción agua/roca, composición de la roca, presión hidrostática, presión litológica y gradiente de presión.

1.4 Formación de yacimientos a partir de soluciones hidrotermales La formación de yacimientos a partir de soluciones hidrotermales se explica básicamente con las siguientes cuatro condiciones. a) Existencia de una fuente de elementos de interés económico. No es necesario que dichos elementos estén presentes en altas concentraciones en la fuente, la naturaleza se encarga de concentrarlos. b) Existencia de soluciones hidrotermales que sirvan de medio transporte o difusión de los elementos valiosos. c) Existencia de espacios abiertos necesario para la formación de minerales (fallas, fracturas, poros) d) Existencia de trampa geoquímica que provoque la cristalización de los minerales con elementos valiosos (esta puede ser producida por mezcla de fluidos, cambio de P, T° o pH). 2. Naturaleza de las soluciones acuosas 2.1 Fuentes de origen de las soluciones hidrotermales - Agua meteórica que filtra a grandes profundidades de la corteza - Agua marina que filtra a grandes profundidades de la corteza - Agua connata retenida en los poros de las rocas sedimentarias desde el momento de la deposición de los sedimentos. - Moléculas de agua de toman parte en la constitución de un cristal y que son expulsadas de la red cristalina durante cambios metamórficos. - Agua juvenil procedente de las cámaras magmáticas. Cada uno de estos tipos de soluciones presenta características propias de Ph, salinidad, composición, y firma isotópica y pueden dar origen a diversos tipos de yacimientos. 3. Mecanismos de migración de las soluciones 3.1 Separación de soluciones acuosas desde la roca fuente Desde la roca fuente de soluciones acuosas (rocas sedimentarias, metamórficas e ígneas) las soluciones se movilizan a través de las fallas, fracturas, brechas, contactos y a través de la trama misma de las rocas permeables, movidas principalmente por succión o por diferencia de P. A lo largo de su recorrido las soluciones se movilizan también hacia las paredes por difusión o capilaridad. A su paso se encuentra microambientes físicos y químicos, algunos apropiados para generar

la disolución de los minerales existentes y otros la precipitación de nuevos minerales. a) Sistemas sedimentarios El agua connata se encuentra en las rocas ocupando los espacios abiertos total o parcialmente, conforme estos se cierran ya sea por desarrollo del cemento o por compactación por sobrecarga o fases compresivas, aumenta la presión hidrostática y el liquido, buscando su equilibrio físico, fluye a espacios abiertos en dirección de la gradiente de P y T°. A lo largo de su recorrido disminuye la presión hidrostática y T° y asimismo varia la composición química de las soluciones debido a que reaccionan con los minerales constituyentes de las rocas y los destruyen asimilando a los elementos liberados y en otros casos precipitan minerales a partir de los elementos disueltos en las soluciones. Ambos tipos de cambios mineralógicos, disolución y precipitación, se dan según las soluciones abandonen o alcancen las condiciones de P, T°, Ph, Eh y composición correspondientes a los campos de estabilidad de los minerales. Conforme las soluciones se enfrían aumenta la capacidad de precipitación de minerales por descompresión del sistema, en ello juega un rol muy importante el paso de las soluciones a una roca con mayor porosidad o con espacios vacíos más grandes. b) Sistemas metamórficos Las reacciones metamórficas que transforman minerales hidratados en otros anhidros generan liberación de agua progresivamente con el avance del metamorfismo y en cantidades suficientes y con la movilidad adecuada como para constituirse como soluciones hidrotermales. Los ambientes geológicos metamórficos de P baja en los que se verifican reacciones de deshidratación con descompresión, corresponden a metamorfismo de contacto. En estos ambientes las soluciones acuosas liberadas no están sometidas a una fuerte gradiente de P y, en consecuencia, no se facilita el flujo a grandes distancias. Los ambientes geológicos metamórficos de P alta en los que se verifican reacciones de deshidratación con compresión, corresponden a metamorfismo orogenico. En dichos ambientes las soluciones acuosas liberadas están sometidas a una fuerte gradiente de P y, en consecuencia, se facilita el flujo a grandes distancias. c) Sistemas magmáticos

Las soluciones hidrotermales de origen magmático son los más importantes tanto por su magnitud como por la relevancia de los yacimientos minerales que generan. En las últimas etapas de cristalización del magma se tiene ya formados cristales de una serie de minerales quedando, hacia la parte superior de la cámara, restos del fundido silicatado enriquecido en volátiles y metales. Townley (2006) indica que bajo condiciones normales de cristalización, los metales (Au, Ag, Cu, Pb, Zn, etc.) son incorporados a la red cristalina de los minerales formadores de la roca como impurezas químicas en concentraciones trazas. Sin embargo, la separación masiva y violenta de la solución acuosa (ebullición) y la presencia de complejos clorurados y sulfurados disueltas en la solución permiten captar metales antes de que entren a formar parte de los minerales formadores de roca. Esto implica que mientras menos cristalizado este un magma, habrá mayor probabilidad de que la solución extraiga altos contenidos de los metales existentes.

3.2 Medio de propagación y eficiencia del flujo Las soluciones hidrotermales se propagan en dirección de la gradiente de P siguiendo los espacios abiertos interconectados dentro de las rocas e impregnándose en ellas. En la diversidad de espacios abiertos por donde fluyen o se difunden se producen mezclas con otro fluidos o se dan las condiciones físico-quimicas apropiadas para que algunos minerales constituyentes de las rocas caja se destruyan o nuevos minerales precipiten a partir de las soluciones hidrotermales Otros mecanismos que posibilitan el flujo, succión o hasta corrientes de convección, además de la gradiente de P, son las diferencias de T°, de densidad, de salinidad y la compactación. La eficiencia de la reacción entre las soluciones y los minerales de la roca caja varía en función a la permeabilidad, fineza del grano, estabilidad física y química de los minerales constituyentes, caudal del flujo, composición, T° y Ph. 4. Disolución y precipitación de minerales Las soluciones hidrotermales a través de su recorrido se van enfriando y de acuerdo a su T°, composición química y condiciones físicas del medio, precipitan minerales a partir de ellas. Asi mismo, las soluciones reaccionan con los minerales reactivos de las rocas por donde circulan destruyéndolas o transformándolas. Debido a ambos fenómenos, precipitación y disolución, las soluciones se empobrecen en ciertos elementos y se enriquecen en otros. De esta manera

paralelamente con la disminución de T° y P, varian también la composición química, el Ph y Eh de las soluciones. Dichos parámetros (T°, P, Ph y Eh) son relevantes, en mayor o menor medida, para la estabiidad de los diferentes grupos mineralógicos. La proporción agua/roca varia en función a la cantidad de solución circundante y al volumen de la rocas permeable. A mayor proporción agua/roca mas intensa será la alteración. Los principales factores que controlan la disolución, transformación, o precipitación de minerales por acción o a partir de las soluciones hidrotermales son: -

Roca caja (litología, fineza dell grano, fracturamiento, permeabilidad) Solución hidrotermal (T°, P, Ph, Eh) Proporción agua/roca

4.1 Diagrama Eh-Ph Los parámetros potencia del oxidación (Eh) y grado de acidez (pH) juegan un papel muy importante en muchos procesos hidrotermales. Los minerales se forman en ambientes con valores o rangos de Ph definidos, asi como por ejemplo los carbonatos se forman en medios alcalinos y los minerales del grupo de la sílice en medios ácidos. Análogamente el valor del Eh del medio condiciona la formación de determinados minerales (py, por en medios reductores y hm en medios oxidantes.) El diagrama de Eh-Ph nos muestra el efecto combinado de dichos parámetros sobre los campos de estabilidad de minerales y compuestos. 4.2 Diagrama de T°-Ph Otro diagrama muy importante para comprender la variación de asociaciones de minerales de alteración es el que combina la T° con el Ph. En el se puede observar que los minerales del grupo de la sílice precipitan en medios ácidos, las arcillas en medios neutros o alcalinos y los carbonatos y calcosilicatos en medios alcalinos. Entre los minerales del grupo de la sílice, el qz es estable en ambientes mesotermales y epitermales, mientras que a bajas T° son mas estables el qz criptocristalino, calcedonio y ópalo. 4.3 Estabilidad de los principales minerales de alteración Debido a sus diferentes características cristalográficas y químicas, las diversas especies minerales no reacción por igual antes las

soluciones hidrotermales en un determinado medio, existiendo especies físicas y químicamente más resistentes que otras. Alterabilida d Muy alta

Alta Medio

Mineral original Vidrio volcánico Feldespato potásicos (ortoclasa, sanidina) Plagioclasa sódica Anfíboles, biotita Calcita Mt, ilmenita, po, py Plagioclasa cálcica

Baja

Principales productos hidrotermales Zeolitas, cristobalita, qz, calcita, arcillas Adularia, albita, arcillas, sericita, pirofilita, alunita

Piroxenos, olivino

Py, clorita, calcita, anhidrita Dolomita, anhidrita, yeso Py, leucoxeno, esfena, po, hm, goethita Calcita, albita, adularia, wairakita, qz, anhidrita, clorita, arcilla, epidota Clorita, illita, qz, py

4.4 Tipos de reacciones Dentro de la complejidad composicional de las soluciones hidrotermales existen sistemas relativamente independientes y causantes de disoluciones, precipitaciones o transformaciones mineralógicas de determinados conjuntos de minerales de alteración. En cada uno de estos sistemas se verifican determinados tipos de reacciones químicas controladas, en mayor o menor medida, por parámetros físico-químicos tales como concentración, P, T°, Ph y Eh.

Tipo de reacción Precipitación directa

Ión intercambio No

Lixiviación o disolución Reemplazamiento

No

Hidrolisis

H+

Transformaciones

Variable

No

Ejemplos Venillas de cuarzo, calcita o calcedonia Texturas porosas Sausuritizacion (epidota en plagioclasa) Argilizacion de feldespatos Alunitizacion de

Metasomatismo Hidratación Deshidratación

H2O H2O

Redox

O2

sericita Limonitazacion Talco a partir de serpentina Mt a hm

4.5 Texturas e intensidad de las alteraciones Las asociaciones de alteración presentan texturas que, al igual que en el caso de las rocas ígneas, metamórficas o sedimentarias, denotan con relativa claridad su proceso de formación (lixiviación, reemplazamiento o precipitación directa). Las texturas más frecuentes en las alteraciones son las siguientes: intragranular, intergranular, relleno de oquedades, relleno de fracturas, fibroso, orbicular, masivo, radiada, subradiada, moldes de reemplazamiento y reemplazamiento total (pervasiva). La intensidad con la que ocurren las alteraciones hidrotermales depende principalmente de la permeabilidad de la roca y de la reactividad roca-solución. Tomando en cuenta dichos aspectos, además de los conocimientos propios sobre geología de yacimientos, el reporte descriptivo de las características mineralógicas, texturales y de la intensidad con que ocurren las alteraciones hidrotermales en una determinada zona constituyen una excelente guía de exploración. La intensidad de la alteración puede ser calificada como incipiente, débil, moderada, fuerte y muy fuerte, según el grado de desarrollo de cada reacción, de tal manera que en una misma muestra se puede observar caolinización de feldespatos muy fuerte y en la cloritización de anfíboles incipiente, por ejemplo. 5. Alteracion tipo.- Mineralogia y texturas El conjunto de minerales y texturas formado por acción de soluciones hidrotermales de un determinado rango de T°, composición, pH y Eh es conocido como alteración tipo.

Alteracion tipo Hipogen a

Skarn

Minerales T°(°C) caracteristicos Wollastonita, >350 granates, olivino,

pH

Eh

Neutro Variabl a e alcalin

Potasica

Greisen

Propilitica

Subpropilit ica

Filica

Argilica

Argilica avanzada

Superge na

Oxidacion

piroxenos, anfíboles, qz y mt Feldespato potásico, bt, ser, anhidrita, calc, ankerita, clorita, axctinolita, mt, hm, fluorita Muscovita, feldespato, qz, topacio, turmalina, fluorita Clorita, carbonatos, epidota, actinolita, albita, caolinita, Cloritaesmectita, carbonatos, illitaesmectita Sericita, qz, py, dickita, pirofilita Caolinita, dickita, halloisita, motmorillonita , illita Sílice, qz, alunita, caolinita, dickita, diáspora Hm, limonitas, jarosita, malaquita, azurita, crisocola

o

300-500

Neutro Variabl a e alcalin o

>250

Neutro Variabl a e alcalin o

200-350

Neutro Variabl a e alcalin o