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GEOQUIMICA DE DEPOSITOS HIDROTERMALES Preparado por: Miguel Calcina B. Fuente: Bird Krauskopf, Hedenquist Richard, W.W. Atkinson, Noel C. White

Ilustración esquemática de un batolito y una cámara magmática subvolcánica Los depósitos

magmáticos hidrotermales se forman de los fluidos emanados por la cristalización magmática y/o por las aguas calientes circundantes en el interior de la C.T. Comprenden dep. porfiríticos, skar, de reemplazamiento polimetálico, VMS, epidtermales, depósitos de Au hospedados en los sedimentos tipo Carlin

Volcan Fumarola Superficie

Geisserfuentes termales

Nivel freatico Vetas de sulfuros Remplazamiento de depositos minerales

Caliza

Camara magmatica subvolcanico

Circulación del fluido hidrotermal

Fluidos metamorficos

tita ma P eg

(Granito)

1 km

(Magma)

Batolito

Anatexis

Fuente: Krauskopf (1995)

Entonces Agua o Fluido Hidrotermal: significa nada mas que agua caliente natural: Puede ser del mar, de intrusiones, de agua subterránea, de superficie, o metamorfismo, e incluye el vapor. Fuente: WW Atkinson (2002)

Yacimientos Minerales Dentro del Modelo de la Tectónica de Placas.

Si hacemos una sección oceano-continente,en ella visualizamos masas igneas en ascenso como plumas o hot spot, formando grandes cuerpos roocsos como batolitos, lacolitos stocks, cámaras subvolcánicas con sus conductos de salida como diatremas, vetas, diques, etc. Entonces aquí tenemos los ambientes de todos los depósitos. La historia comienza con las zonas de extensión de los ocáanos donde se crea la C.O. Donde el agua de mar encuentra basalto calienta y lixivia los metales de roca y el S del SOx → Sulf. Al salir el agua este se enfría y deposita sulfuros Fe, Cu, Zn, Pb y oxidos de Fe y Mn Es importe notar que el basalto se altera ganando H20,S-2 y Na

Soluciones Formadores de Menas ¿Cuál es la naturaleza del fluido mineralizante?. Análisis de aguas termales de los manantiales y los fluidos de las fumarolas, indican los minerales de menas se han precipitan de una solución líquida, en las fumarolas han cristalizado a partir de un gas. ¿Cuál de estos agentes, líquidos o gaseosos, juega el papel principal formando un depósito mineral? La evidencia más fuerte es que muchas menas se han depositado de líquidos o soluciones supercríticas en lugar de un gas de baja densidad.

La volatilidad de compuestos metálicos ¿En qué forma los metales existirán en los gases de alta temperatura? Lo más probablemente como cloruros, se supone que todos los compuestos podrían ser formados con los constituyentes de gases magmáticos, los cloruros para muchos metales pesados son los más volátiles. En cualquier combinación un metal pueden existir en un enfriamiento magmático (como óxido, sulfuro, sulfato, silicato), vapores de Cl- o HCl podrían formar compuestos volátiles estables para poder contener algunos de los metales en el estado gaseoso en concentración apreciable. Las reacciones de equilibrio serían. PbS + 2HCl(g) ↔ PbCl2(g) + H2S(g)

Fuente: Noel C. White Muestreo a fumarola volcánica en volcán de White island, Nueva Zelanda

Fuente: Noel C. White

Comportamiento de Gases Magmáticos

La forma de S en los magmas es SO2- a Tº bajas el SO2 reacciona con Agua para producir.

Fuente: Noel C. White

Complejación de metales en soluciones hidrotermales Para depósitos formados en el rango de 50-500ºC, existen evidencias claras que los minerales se depositan en soluciones en forma líquida y los líquidos circulan por los poros e intersticios de las rocas cuyas temperaturas y composiciones son similares a las aguas hot-spring y de aguas geotermales ¿Como puede tal líquido llevar metales en solución? La mayoría de metales: Cu, Zn, Ag, Mo, Hg curren, principalmente en los yac. como minerales de sulfuro. Para formar un yacimiento, los metales deben haber sido disuelto y estar en estado de algún modo presente en una solución que también contiene S.

Continúa Trabajos experimentales han demostrado la efectividad de complejos clorurados como un medio para aumentar la solubilidad en soluciones acuosas calientes. Otros aniones pueden jugar un papel similar: HS-, forman complejos estables con Au, Ag, y Hg [Au(HS)-2, Ag(HS)-2, Hg(HS)°2]; Los CO3 -2 contienen uranio en solución como UO2(CO3)3 -2 y UO2(CO3)3 -4 donde OH- iguales en complejos como ZnOH- y Zn(OH)°2 puede aumentar notablemente la solubilidad. Una reacción general para aumentar la solubilidad queda así: sulfuro de metal + anión → complejo anión- metal + ión de sulfuro: PbS + 2HCl(g) ↔ PbCl2(g) + H2S(g) Dónde el "anión" puede representar: Cl-, HS-, S2-, OH-, HCO3-, CO3 2-, F-, y varios otros.

Continúa Qué complejo(s) serán los más importantes? Para un metal dado, dependen las propiedades del metal y composición de la solución, así como la temperatura y presión. Por ejemplo, la concentración de un complejo clorurado depende de la preferencia/disputa por el metal entre Cl- y S2-; si el sulfuro es bajo o la solución es ácida (qué hace el S2- bajo) la cantidad de metal llevado en la solución como ión complejo es alto. Si tal solución es diluído, o si pasa a un ambiente más alcalino, mucho de este metal precipitará.

Controversia entre Complejos Sulfurados y Clorurados Durante los años 60 y 70, hubo una gran controversia entre los prf. H.L. Barnes (U. Pensilvania) y H. Helgesen (U. Northwestern). Para Barnes los complejos sulfurados eran los más importantes para el trasporte de metales en solución Helgesen, en su trabajo de tesis doctoral sobre complejos clorurados de Pb y Zn, con muchos datos existentes. Finalmente Barnes se dio cuenta del hecho que los dos grupos de compuestos eran importantes en diferentes condiciones y dependiendo también del metal.

Los dif. Tipos Yac. Hid. Estan asoc. A Intrus prof En amb. Reductores la > son vetas, pero tambien hay Skarn Porfidos de CuAu-Mo-W, rasgo + imp. Red de vetillasque salen de la intr. Dep. epitermales: yac. De vetas, encima y alrededor de las intrusiones, son de varios tipos y dependen de su prof. Fuentes termales , vetas de alto nivel, vetas de bonza de Ag. Vetas de metales base

Ambientes Hidrotermales

Complejos de oro

A temperaturas altas > 400ºC, hay poco H2S, AuCl2es importante A temperaturas bajas < 400ºC, hay poco SO2, mucho H2S, Au(HS)2- es importante Atkinson W. (2006) Bajo de 400ºC 4SO2 + 4H2O → H2S + 3 H2SO4

Fig. Dibujo indicando la relación de la reacción de SO2 a la intrusión mineralizante.

En la etapa de ↑Tº 700 400ºC casi todos los metales están en complejos clorurados. Mo, Cu, Au no salen mucha distancia, mientras Pb, Zn y Ag van muy lejos

Atkinson W. (2006) Fig. 4.11. Deposición de los metales pesados de complejos cloruros, debido al enfriamiento y reacciones con calizas.

En esta etapa de Tº + bajas 400 100ºC, se forma mucho H2S que transporta el Au fuera del porfido (una removilización).La abundancia (fugacidad) de H2S determina el grado de sulfuración; un indicador geoquímico que determina en que parte de un sistema se deposita el oro. Cuanto mas H2S, tanto más lejos se transporta el oro. Concepto propuesto por el Prf. Mark Reed, es válido para todos los tipos de Yac. Hidrot de oro. El GºSulf. Determina en que tipo de yac. Se presenta el oro, desde depósitos muy cerca de la intrusión (- S el Au va desde un nivel metal base a bonanz. Ag) mineralizante, hasta muy cerca de la superficie (con +S tendremos dep. sulfato ácido y alter AA + Kao + Alun).

Atkinson W. (2006)

Depositación de Oro por Ebullición Au(HS)2- + 2H+ + e- → Auo + 2H2S ↑

reducción

Ebullición de Fluidos Hidrotermales Ebullición es un poderoso y complejo mecanismo. Esta asociado con Descenso de temperatura y presión Causas Pérdida de gases (principalmente H2O, CO2, H2S) Incremento en el pH Incremento en el estado de oxidación (sutil) Fluidos de oro orogénico – Temperatura – Presión – Comp. Fluido

250 – 400ºC > 1-4Kb H2O-CO2 + CH4, N2, H2S

Complejos + importantes de oro en soluciones hidr. Son (AuCl2)- y [Au(HS)2]La solubilidaad disminuye con condiciones de reducción y más alcalinas: La solubilidad aumenta con + NaCl Fuente: Atkinson W. (2006) Fig. 4.3. La variación de solubilidad de oro con la temperatura debido a los complejos cloruros y bisulfuros, a valores de pH de 4 y 6. Según Romberger, 1991.

Complejos bisulfurados (HS-) de As y Sb H3As3S6 (H2As3S6)(HAs3S6)2-

H2Sb2S4 (HSb2S4)(Sb2S4)2-

P.Cl: Casi siempre el As acompaña al Au, debido a que sus complejos bisulfurados se comportan como los de oro. Sb es semejante pero sus complejos tiene solubilidades algo diferentes, y no se comportan tan similarmente a los del Au y del As. Por eso, no se ve una correlación entre Sb y Au tan estrecha como la de As y Au. Fuente: Spycher & Red, 1989

Grado de sulfuración Gº Sulf. Es nada menos que la concentración de S disponible para gobernar la mineralogía de los sulfuros, el pH y la solubilidad de oro y otros metales y otros metales que forman complejo bisulfurado Reacciones de sulf. De minerales de arsénico. Ya que el As acompaña al oro comunmente, es util conocer los indicadores de Sulf. Visto en minerales de As. A Tº ↑ y ↑ Sulf. Sólo un líquido de As y S coexiste con Py. A ↓ Gº Sulf. Coexisten Aspy i loellingita. Otro indicador importante, es el hierro en esfalerita, Una solución sólida existe entre ZnS puro y (Zn0.5 Fe0.5)S La esfalerita oscura contiene mucho hierro, → ↓GºSulf. La esfalerita clara condición opuesta.

Inclusiones fluidas Consisten en diminutos fluidos que transportaron y depositaron las menas. Son los mejores indicadores de Tº y salinidad de los fluídos. El fluido de las inclusiones es evidentemente incorporado en los cristales cuando ellos se forman, y representan el material de menas que estaban depositando. La gran mayoría de inclusiones consiste en líquidos o de una burbuja de gas; a veces más de un líquido es visible. El tamaño es extremadamente pequeño, con 0.1mm a generalmente < 0.01mm.

Salinidad de inclusiones fluidas y Fases

Fig. izq. Contenido de salinidad en una I.F. en vetas de cuarzo. Fig. Der, se observa 4 fases (s) solido, (v) vapor (l) líquido. Dep. porfirítico de Cu , Santa Rita- México. Fuente Ahmad y Rose 1980 en Krauskopf 1995.

Ejemplo de Granisle, British Columbia, Canadá, un pórfido cuprífero. Las inclusiones contienen una burbuja y cristales de halita, hematita, otro transparente desconocido y otro opaco, probablemente un sulfuro. Fuente: Atkinson W. (2006)

Temperaturas y presiones de la formación de menas La temperatura y presión son dos variables importantes para entender las condiciones de formación de los yacimientos. Minerales de menas y de ganga típicamente encontrados en áreas de intrusiones representan temperaturas y presiones más altas, de aquellos más alejados y más bajos.

Superficie Arcilla

Sericita

Caliza Circulacion de fluidos hidrotermalesl

Agua Magmatica

Skarn

Intrusionl 1 Km

Fig. muestra cámara magmática subvolcánica, se indica la distribución de silicatos hidrot, en un dep. porfirítico de Cu, el area fina alt T°, Silicato de K o alt. Potásica, area más gruesa , baja T° , existe metasomatismo de H+, que produce minerales tales como sericita, caolinita, pirofilita y montmorillonita. Hemley y Hunt, 1992).

Minerales de alta, intermedia y baja Tº Alta temperatura: wolframita [(Fe,Mn,)WO4], casiterita (SnO2), molibdemnita (MoS2) y pirrotita (Fe7S8) Temperatura intermedia: calcopirita (SFe2), bornita (Cu5FeS4) y tetrahedrita (Cu12Sb4S13); Baja Temperatura: argentita,(Ag2S), cinabrio,(HgS), estibina (Sb2S3) y marcasita (SFe2). Algunos minerales aparecen en todas las zonas de temperaturas, como la galena, esfalerita, pirita, y Au nativo. Ésta es la base de la clasificación de Lindgren (1933) en yacimientos hipotermales (alta temperatura, cerca del intrusivo), mesotermal (intermedio), y epitermal (temperatura baja, distante de la fuente).

Alteración Hidrotermal Alteración Potásica: Feld-K, Bi, Magnetita Alteración Sericita: Sericita, Py, Cz, Alteración Adularia-sericita: Adularia, (Fel-K de baja Tº), Sericita Alteración Argílica: montm, (esmectita), caolinita e illita. Alteración Argílica Abanzada: Caolinita, pirofilita, frec alunita. Alteración propilítica: Cl, ep. calcita Alb y sericita

Modelos de Zoneamiento Hidrotermal Relacionando las fases y modelos de zoneamiento de silicatos formados por las soluciones hidrotermales, también proporcionan información acerca de la variación de la temperatura en un depósito mineral. Por ejemplo, depósitos de pórfido de cobre muestra un zoneamiento regular de los silicatos como lo indicado en la Fig. 19-4(a). La alteración de alta temperatura forma primero el feldespato-K y biotita (alteración potásica) ubicado en la porciones centrales del depósito, seguida por una temperatura más baja y más tardía en la parte superior, el metasomatismo del H+ produce minerales tales como: sericita (muscovita), caolinita, pirofilita, o montmorillonita que lo cubren. Un posible ejemplo de zoneamiento de mineralización relacionado a temperatura se muestra en Fig. 19-4(b).

Fig. 19.4 a,b falta b (a) 700

Agua Magmatica (silic ato de K)

600

K- feldespato Mezcla con agua meteorica

Andalusita

) it a

400

Muscovita 300

Pirofilita (Boiling) ión o) ac ac id r lte o Kaolinita (A lfat su

200

100 (b)

0

1

2

+ ta ) ici ia e r ar (S dul a

Temperatura(ºC)

500 ic er (S

Estabilidad de los minerales en el sistema K2O – Al2O3SiO2- H2O – HCl, a una P° de kbar y a 1m total de solución de cloruro en funcion de Temperatura y la ratio molal de KCl/HCl. Las flechas indican la ruta de enfriamiento de agua magmática y una región de mezcla de aguas magmáticas y las soluciones hidrotermales meteóricas y su consiguiente decompresion de del fluido. Los K-silicatos, sericita, sere+adul. Sulfato acido son los diferentes tipos de alteración producidos por la reacción agua roca.

3

4

5

log mK. total /mH. total

Fuente: Krauskopf (1995)

QSP La alteración fílica o sericitización es típica de ensamble QSP son el FeldK, Kaol- Calc, biot, rutilo, anh y apatito. Esta alteración grada hacia el interior, a tipo potasico y argilico por aumento de min. arcillosos La alteración sericítica es esencialmente ocacionada por la desetabilización de los feldespatos en presencia de H+, OH-, K, S. para formar cuarzo, mica blanca, pirita y algunos granos de calcopirita Fuente: Pirajno, trad. A. Aranda (2001)

Alteración Hidrotermal en Depósitos Porfiríticos de Cu Lowell y Guilbert (1970) propusieron un modelo de cuatro zonas de alteración hidrotermal para depósitos porfiríticos de cobre en: 1) Zona potásica (feld-k, biotita), 2) Fílica (Cz – sericita), 3) Argílica (minerales de arcilla, caolin, montmorillonita, py) y 4) Piropilítica (clorita, pirita, calcita y epidota). Hedenquist, J. & Jeremi, R. (1998) de una revisión general de los pórfidos cupríferos plantean una ligera modificación agregando la zona de argílica avanzada al modelo de Lowell & Gilbert. Los términos de alteración propilítica, argílica, fílica y potásica fueron propuesto por Creasey (1966) y el término alteración argílica avanzada fue propuesta por Meyer y Hemley (1970).

Modelo Lowell y Gilbert (1970)

AA P QSP A

A

P K

Modelo Jedenquist y Jeremy (1998)

MC B-2005

Ore AA = Argilica avanzada K = potasica A = Argilica QSP = Cuarzo-Sericita-Pirita P = Propilitica

Zonas de Alteración Hidrotermal según Hedenquist y Jeremy (1998) 1. Zona potásica, la alteración potásica (o K-silicatada) consiste en biotita secundaria, magnetita y feldespato- K y se presenta en posición proximal a la intrusión central. Por la ausencia de minerales de arcilla Creasey (1966) planteó que la alteración potásica se formó relativamente alta temperatura (>400ºC). 2. Zona Fílica o sericítica, en una posición intermedia entre la potásica y la argílica, se identificó una asociación de cuarzosericita-pirita. 3. Zona Argílica, se distingue por la presencia de minerales de arcilla tales como caolinita y motmorillonita, Creasey notó que este tipo de alteración se habría formado a temperatura más baja. 4. Zona Argílica Avanzada, la alteración argílica avanzada producida por extrema lixiviación hidrolítica de bases (cationes). Esta asociación se caracteriza por dickita, caolinita y/o pirofilita, pudiendo incluir cuarzo, alunita, sericita, topacio y zunyita. 5. Zona Propilítica, ocurre marginal a los sistemas porfíricos y se caracteriza por varias combinaciones de clorita, calcita, epidota y caolinita, siendo los principales agentes de alteración la hidratación y metasomatismo de CO2.

Fugacidad de Sustancias Gaseosas Fugacidad: Es su concentración efectiva y es exactamente como la actividad de las sustancias en solución acuosa. La actividad se define como la relación de la fugacidad considerada y la fugacidad de un gas en su estado estandar que la del gas puro a una atmósfera de Pº, la magnitud d este estado estandar vale siempre 1, para que la constante y la actividad tenga el mismo valor que la fugacidad. Fx Æ Px, cuando Px Æ 0

Estimaciones de pH, fO2 y fS2 Otros tres atributos de una solución formadora de menas son: acidez, su estado de oxidación Æ fugacidad de oxígeno (Eh o pe), y su concentración de azufre expresado como la fugacidad del vapor de azufre. La vieja pregunta de acidez contra la alcalinidad de los fluidos que llevan y precipitan minerales de mena, puede ser respondido con una simple afirmación que el pH es probablemente cercano a la neutralidad, no más de 2 unidades del punto neutral, pero las soluciones fuertemente ácidas o fuertemente básicas no son sugeridos como los portadores potenciales de minerales de menas.

Reacciones de sulfuración de minerales de Cu Aquí tenemos v/m de Cu y Fe. La mayoria de los Dep Hidrot. Se forman entre el límite superior de Po y de la saturación con S. La presencia de min. Nos da una idea de las fugacidades del S durante la deposición. Note que la fugacidad de una reacción depende de la Tº

Diagrama fO2 – fS2 mostrando la estabilidad de los óxidos y sulfuros de Cu-Fe-S a 250ºC. Fuente: Atkinson, 2006

Fuente: Krauskopf (1995)

Relaciones de fugacidad de S2 -O2 en los sistemas Fe-S-O, líneas gruesa ; y Cu-Fe-S-O-H línea fina

Diagrama de fases actividadfugacidad, relaciona cantidad de sulfuros y óxidos en el sistema Cu-Fe-S-O-H., Tº 300ºC y Pº 500 bar

Los fluidos magmático-hidrotermales ¿se transforman en ácidos o alcalinos al enfriarse? Volviendo al debate acerca la acidez de los fluidos magmático-hidrotermales, estos ¿se transforman en ácidos o alcalinos al enfriarse?, ahora puede asegurarse con seguridad que ¡las dos cosas! (Giggenbach, 1997). Los fluidos se convierten neutros respecto al magma fuente debido a la reacción, pero al enfriarse se acidifican, volviéndose más reactivos y, al mismo tiempo, la reacción con las rocas de caja neutraliza los ácidos basados en Cl- y S-. El problema se complica cuando el H2S se oxida en la zona vadosa para formar aguas ácidas sulfatadas calentadas por vapor cerca de o en la superficie.

Fig. 18.1 Volcan Fumarola Superficie

Geisserfuentes termales

Nivel freatico Vetas de sulfuros Remplazamiento de depositos minerales

Caliza

Camara magmatica subvolcanico

Circulación del fluido hidrotermal

Fluidos metamorficos

tita ma g e P

(Granito)

1 km

(Magma)

Batolito

Anatexis

Evidencia acerca de su origen o fuente vienen de los ratios de valores de isótopos, particularmente 18O/16O y H/D en minerales de un yacimiento. Estos ratios son los valores característicos de los minerales de rocas igneas en aguas meteóricas.

Fuente: Krauskopf (1995)

Continuación El fluido magmático intersecta su solvus originando una fase de líquido inmiscible y una fase vapor con alto contraste de densidades. Como corolario debe tenerse en mente que al nivel de intrusión de los stocks de pórfidos donde se acumulan los minerales de mena para formar el cuerpo mineralizado hipógeno (sitio de precipitación de mena, 2-3 km de profundidad), lo hacen a partir del flujo de fluidos hidrotermales desde una cámara magmática en cristalización más profunda (~4-6 km) y que los pórfidos intrusivos genética y temporalmente asociados a la mineralización deben ya estar cristalizados para hospedar los sulfuros que constituyen las menas.

Fuente: Noel White (2007)

Fuente: Noel White (2007)

En depósitos epitermales, simples observaciones nos dicen mucho Es importante reconocer los minerales clave y sus texturas, y entender que los produce De estos podemos interpretar en donde estamos en el sistema y la dirección probable hacia la mineralización Herramientas claves para exploración efectiva : Martillo, lupa, ojos y cerebro Conocimiento Clave : productos, procesos, como interpretarlos y la diversidad de los depósitos reales Fuente: Noel White (2007)

¿Qué significa“Epitermal”? Se Refiere a depósitos formados a baja temperatura. “Epizonal” se refiere a depósitos formados a profundidades someras. El término Epitermal fue impuesto por Lindgren en 1933 basándose en observaciones de – mineralogía de la mena y alteración – texturas de la mena y alteración e inferencias acerca de – Temperatura de depositación – Profundidad de formación Fuente: Noel White (2007)

Podemos reconocer depósitos epitermales por Sus minerales y texturas características Su mineralogía de alteración hidrotermal y zonación caractéristica De esto podemos inferir que ellos Se formaron a bajas temperaturas (100o-320o, tipicamente 170o-280o) Desarrollados a niveles corticales someros (tipicamente